Hvad er tre ting, der bestemmer, om en molekyle vil være i stand til at diffundere over en cellemembran?

En celles velvære afhænger af dens evne til at kontrollere passage af molekyler over cellemembranen. Nogle molekyler kan diffundere gennem cellemembranen uden hjælp fra cellen. Andre kræver hjælp af transmembranproteiner til at bevæge sig ind eller ud af cellen. Tre primære faktorer bestemmer, om et molekyle vil diffundere over en cellemembran: koncentration, ladning og størrelse.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Cellemembranen er en barriere mellem det indre af cellen og omverdenen. Molekylets evne til at bevæge sig hen over en membran afhænger af dens koncentration, ladning og størrelse. Generelt diffunderer molekyler 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. Imidlertid kan små molekyler muligvis glide gennem membranen uanset deres ladning.
Cellemembranen <<> En cellemembran indeholder to lag phospholipider. Hvert phospholipidmolekyle har et hydrofilt phosphathoved og to hydrofobe lipidhaler. Hovederne stiger op langs cellens indre membraner og yderflader, mens halerne fylder mellemrummet. Forskellige typer transmembranproteiner giver lettere diffusion eller aktiv transport for molekyler, som ikke passivt kan diffundere gennem cellemembranen. Primær aktiv transport kræver, at cellen bruger energi til at bevæge molekyler gennem cellemembranen. Diffusion kræver ingen energi fra cellen for at gøre det.
Koncentration og diffusion

Diffusion opstår, fordi molekyler kan lide at sprede sig fra områder med høj koncentration til områder med lavere koncentration. Elektrokemisk og kinetisk energi begge effekter diffusion. Den primære determinant for, om et molekyle vil diffundere over en cellemembran, er koncentrationen af molekylet på hver side af cellemembranen. For eksempel er den ekstracellulære koncentration af ilt højere end den intracellulære koncentration, hvilket er grunden til, at ilt diffunderer ind i cellen. Kuldioxid diffunderer af lignende grunde.
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 uladede molekyler opløses i lipider. Lipidhalerne i cellemembranen forhindrer ladede og polariserede molekyler i at diffundere gennem cellemembranen. Nogle celler opretholder imidlertid aktivt et elektrisk potentiale på hver side af cellemembranen, der kan tiltrække eller afvise ioner og polariserede molekyler.
Molekyle Størrelse

Nogle polariserede molekyler er små nok til at glide forbi lipidhalene. For eksempel er vand et polariseret molekyle, men dets lille størrelse tillader det frit at diffundere over cellemembranen. Dette gælder også for kuldioxid, biproduktet af cellulær metabolisme. Oxygenmolekyler har ingen polaritet og er også små nok til let 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.