Hvad er tre ting, der bestemmer om en molekyle vil kunne diffusere over et cellemembran?

En celle trivsel afhænger af dets evne til at kontrollere molekylernes passage over cellemembranen. Nogle molekyler kan diffundere gennem cellemembranen uden hjælp fra cellen. Andre kræver hjælp fra transmembrane proteiner til at bevæge sig ind i eller ud af cellen. Tre primære faktorer bestemmer, om et molekyle vil diffundere over en cellemembran: koncentration, ladning og størrelse.

TL; DR (for lang, ikke læst)

Cellemembranen er en barriere mellem det indre af cellen og omverdenen. Evnen af ​​et molekyle til at rejse over en membran afhænger af dets koncentration, ladning og størrelse. Generelt diffunderer molekylerne over membraner fra områder med høj koncentration til lav koncentration. Cellemembraner forhindrer ladede molekyler i at komme ind i cellen, medmindre cellen opretholder et elektrisk potentiale. Dog kan små molekyler kunne glide gennem membranen uanset deres ladning.

Cellemembranen

En cellemembran indeholder to lag fosfolipider. Hvert phospholipidmolekyle har et hydrofilt fosfathoved og to hydrofobe lipidhaler. Hovederne strækker sig langs cellemembranens indre og ydre overflader, mens halerne fylder mellemrummet. Forskellige typer af transmembranproteiner tilvejebringer lettet diffusion eller aktiv transport for molekyler, der ikke passivt kan diffunderes gennem cellemembranen. Primær aktiv transport kræver, at cellen skal bruge energi til at bevæge molekyler gennem cellemembranen. Diffusion kræver ingen energi fra cellen til at gøre det.

Koncentration og diffusion

Diffusion opstår, fordi molekyler gerne spredes fra områder med høj koncentration til områder med lavere koncentration. Elektrokemisk og kinetisk energi, både strømdiffusion. Den primære determinant af, om et molekyle vil diffunde over en cellemembran, er koncentrationen af ​​molekylet på hver side af cellemembranen. For eksempel er den ekstracellulære koncentration af oxygen højere end den intracellulære koncentration, hvorfor oxygen spredes ind i cellen. Kuldioxid diffunderes af lignende årsager.

Ladning og polaritet

En ion er et atom eller molekyle, der har en direkte ladning på grund af en ubalance mellem antallet af protoner og elektroner. Polaritet er en ujævn fordeling af ladning over et molekyle, med nogle delvist positive og negative regioner. Opladede og polariserede molekyler opløses i vand, mens opladede molekyler opløses i lipider. Lipidstængerne i cellemembranen forhindrer ladede og polariserede molekyler fra diffusion gennem cellemembranen. Imidlertid opretholder nogle celler aktivt et elektrisk potentiale på begge sider af cellemembranen, der kan tiltrække eller afvise ioner og polariserede molekyler.

Molekylstørrelse

Nogle polariserede molekyler er små nok til at glide forbi lipid haler. For eksempel er vand et polariseret molekyle, men dets lille størrelse gør det muligt at diffundere frit over cellemembranen. Dette gælder også for kuldioxid, biproduktet af cellulær metabolisme. Oxygenmolekyler har ingen polaritet og er også små nok til nemt at diffundere ind i cellen. Sukkermolekyler, der indeholder fem eller flere carbonatomer, er både polære og for store til at diffundere gennem cellemembranen og skal rejse gennem transmembranproteiner.