Диффузия: пассивный транспорт и облегченная диффузия

Диффузия – это тенденция молекул распространяться в доступном пространстве. Эта тенденция является результатом внутренней тепловой энергии (тепла), присутствующей во всех молекулах при температурах выше абсолютного нуля.

Упрощенный способ понять эту концепцию — представить переполненный поезд метро в Нью-Йорке. В час пик большинство людей хотят добраться до работы или домой как можно скорее, поэтому в поезд набирается много людей. Некоторые люди могут стоять на расстоянии не более одного дыхания друг от друга. Когда поезд останавливается на станциях, пассажиры выходят. Те пассажиры, которые столпились друг против друга, начинают расходиться. Одни находят себе места, другие отходят подальше от человека, рядом с которым только что стояли.

Тот же самый процесс происходит с молекулами. Без других внешних сил вещества будут перемещаться или диффундировать из более концентрированной среды в менее концентрированную. Для этого не выполняется никакой работы. Диффузия — это самопроизвольный процесс. Этот процесс называется пассивным транспортом.

Диффузия и пассивный транспорт

Пассивный транспорт – это диффузия веществ через мембрану.Это спонтанный процесс, и клеточная энергия не расходуется. Молекулы будут перемещаться из места большей концентрации вещества в место меньшей концентрации.

«На этом рисунке показана пассивная диффузия. Пунктирная линия предназначена для обозначения мембраны, которая проницаема для молекул или ионов, показанных красными точками. Первоначально все красные точки находятся внутри мембраны. Со временем происходит чистая диффузия красные точки выходят из мембраны в соответствии с градиентом их концентрации. Когда концентрация красных точек одинакова внутри и снаружи мембраны, результирующая диффузия прекращается. Однако красные точки все еще диффундируют в мембрану и из нее, но скорости внутренней и внешней диффузии одинаковы, что приводит к чистой диффузии O». Стивен Берг, почетный профессор клеточной биологии Университета штата Вайнона.

Хотя процесс протекает самопроизвольно, на скорость диффузии различных веществ влияет проницаемость мембраны. Поскольку клеточные мембраны избирательно проницаемы (могут проходить только некоторые вещества), разные молекулы будут иметь разную скорость диффузии.

Например, вода свободно диффундирует через мембраны, что является очевидным преимуществом для клеток, поскольку вода имеет решающее значение для многих клеточных процессов. Некоторым молекулам, однако, необходимо помочь пройти через бислой фосфолипидов клеточной мембраны посредством процесса, называемого облегченной диффузией.

Облегченное распространение

Облегченная диффузия предполагает использование белка для облегчения движения молекул через мембрану. В некоторых случаях молекулы проходят через каналы внутри белка. В других случаях белок меняет форму, позволяя молекулам проходить сквозь него. Мариана Руис Вильярреал

Облегченная диффузия — это тип пассивного транспорта, который позволяет веществам пересекать мембраны с помощью специальных транспортных белков. Некоторые молекулы и ионы, такие как глюкоза, ионы натрия и хлорида, не могут проходить через бислой фосфолипидов клеточных мембран.Благодаря использованию белков ионных каналов и белков-переносчиков, встроенных в клеточную мембрану, эти вещества могут транспортироваться в клетку.

Белки с ионным каналом позволяют определенным ионам проходить через белковый канал. Ионные каналы регулируются клеткой и либо открыты, либо закрыты, чтобы контролировать прохождение веществ в клетку. Белки-носители связываются со специфическими молекулами, изменяют форму и затем откладывают молекулы через мембрану. После завершения транзакции белки возвращаются в исходное положение.

Осмос

Осмос является частным случаем пассивного транспорта. Эти клетки крови были помещены в растворы с различной концентрацией растворенных веществ. Мариана Руис Вильярреал

Осмос является частным случаем пассивного транспорта. При осмосе вода диффундирует из гипотонического (с низкой концентрацией растворенного вещества) раствора в гипертонический (с высокой концентрацией растворенного вещества). Вообще говоря, направление потока воды определяется концентрацией растворенного вещества, а не природой самих молекул растворенного вещества.

Например, взгляните на клетки крови, помещенные в растворы соленой воды разной концентрации (гипертонические, изотонические и гипотонические).