Περιεχόμενο
Διάχυση, στη βιοχημεία, αναφέρεται σε μία από τις πολλές διεργασίες με τις οποίες τα μόρια μπορούν να κινηθούν μέσα και έξω από τα κύτταρα μέσω της μεμβράνης πλάσματος ή διασταυρούμενες μεμβράνες εντός του κυττάρου, όπως η πυρηνική μεμβράνη ή η μεμβράνη που περικλείει τα μιτοχόνδρια.
Σκεφτείτε τη διάχυση ως κίνηση "παρασυρόμενων". Παρόλο που αναφέρεται σε μια τυχαία και μη καθοδηγούμενη διαδικασία και μια που δεν απαιτεί εισροή ενέργειας, ακολουθεί έναν κανόνα: Τα σωματίδια κινούνται από περιοχές υψηλότερης συγκέντρωσης σε περιοχές με μικρότερη συγκέντρωση, ακόμη και όταν τα μεμονωμένα μόρια είναι ελεύθερα να κινούνται προς όλες τις κατευθύνσεις.
Κατανόηση των Χημικών Διαβατηρίων
Τι σημαίνει κάτι να μετακινηθεί από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης σε μια περιοχή με χαμηλή συγκέντρωση; Πρώτον, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τι σημαίνει "συγκέντρωση" σε αυτό το con. Τις περισσότερες φορές, η συγκέντρωση αναφέρεται στον αριθμό των μορίων ανά μονάδα όγκου (π.χ., χιλιοστόλιτρα ή ml).
Σκεφτείτε τι συμβαίνει όταν παίρνετε ένα ποτό χυμού πορτοκαλιού από το μπουκάλι ή το κουτί. Οι πιθανότητες είναι ότι αντιλαμβάνεστε το ποτό σαν γλυκό, επειδή η υψηλή συγκέντρωση ζάχαρης στο χυμό υπερβαίνει αυτή των υγρών στο σύστημά σας.
Ωστόσο, εάν αναμίξετε το χυμό με καθαρό νερό, έτσι ώστε το προκύπτον διάλυμα να περιέχει 10 μέρη νερού για κάθε 1 χυμό, να περιμένετε λίγα λεπτά και να πάρετε μια άλλη γουλιά, θα αντιληφθείτε το υγρό ως αραιωμένο, επειδή τώρα βρίσκεται σε χαμηλότερη συγκέντρωση - λιγότερο συγκεντρωμένη, σε κάθε περίπτωση, από τα υγρά σας στο σώμα.
Επειδή τα μόρια του σακχάρου στο χυμό τείνουν να αναμειγνύονται με τα μόρια του νερού μέχρις ότου η συγκέντρωση του σακχάρου είναι ίση σε όλο το διάλυμα, λέγεται ότι η διάχυση συμβαίνει στην κατεύθυνση της ισορροπίας.
Είναι σημαντικό ότι η ισορροπία δεν σημαίνει διακοπή της κίνησης του μορίου, αλλά ότι η κίνηση των μορίων έχει φθάσει σε ένα σημείο αληθινής τυχαιότητας επειδή όλες οι βαθμίδες συγκέντρωσης έχουν εξαλειφθεί.
Η Διαδικασία Διάχυσης
Ενώ ορισμένες ουσίες μπορούν απλώς να διαχέονται διαμέσου κυτταρικών μεμβρανών όταν η βαθμίδα συγκέντρωσης ευνοεί αυτό, άλλοι είναι πολύ μεγάλοι για να γίνουν μεταξύ των μορίων φωσφολιπιδίου στη μεμβράνη ή φέρουν ένα καθαρό ηλεκτρικό φορτίο που αντιτίθεται στην κίνηση τους.
Η μεμβράνη πλάσματος είναι συνεπώς α ημιπερατή μεμβράνη: Μικρά, αφόρτιστα μόρια όπως το νερό (H2O) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) μπορούν να περάσουν απλά, ενώ άλλα χρειάζονται βοήθεια ή δεν είναι σε θέση να διασχίσουν τη μεμβράνη εντελώς.
Απλή διάχυση είναι ακριβώς αυτό που ακούγεται - η κίνηση των μορίων σε μια μεμβράνη κάτω από μια κλίση συγκέντρωσης σαν να μην ήταν στην πραγματικότητα η μεμβράνη εκεί. Σε διευκολύνθηκε διάχυση, ωστόσο, ουσίες όπως ιόντα (φορτισμένα σωματίδια) μετακινούνται προς τα κάτω σε μια κλίση συγκέντρωσης, αλλά πρέπει επίσης να διασχίσουν τη μεμβράνη μέσω εξειδικευμένων τα κανάλια μεταφοράς από πρωτεΐνες.
Η διάχυση τείνει να προχωρήσει μέχρις ότου επιτευχθεί συγκέντρωση ισορροπίας. Σε αυτό το σημείο, τα μόρια τείνουν να εγκαταλείψουν την περιοχή μόνο με ενεργούς μηχανισμούς μεταφοράς που κινούνται με ΑΤΡ ή τριφωσφορική αδενοσίνη - το «ενεργειακό νόμισμα» των κυττάρων.
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της διάχυσης
Από την πλευρά συν, η διαδικασία διάχυσης είναι "ελεύθερη" σε σύγκριση με άλλες μορφές μεταφοράς, επειδή δεν απαιτεί ενέργεια. Αυτό αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα, δεδομένου ότι η αποδοτικότητα είναι εξαιρετικά επιθυμητή στα βιολογικά συστήματα και στην ενέργεια, όπως και στον "μακροοικονομικό" κόσμο.
Η κάτω πλευρά της διάχυσης είναι ότι είναι προφανώς ανεπαρκής η μετακίνηση των ουσιών σε κλίση συγκέντρωσης και δεν είναι δύσκολο να οραματιστεί ένα σενάριο στο οποίο χρειάζονται μόρια μέσα σε ένα κύτταρο, παρά την ήδη υψηλότερη συγκέντρωση αυτών των ουσιών στο εσωτερικό από ότι στην εξω απο. Πιο συχνά, οι ουσίες αυτές πρέπει να μετακινούνται κατά μήκος μιας ηλεκτροχημική κλίση.
Αυτή είναι μια διαφορετική φυσική μορφή αντίστασης, αλλά αυτή που μόνο η επένδυση της ATP μπορεί να ξεπεράσει. Αυτό γίνεται χρησιμοποιώντας "αντλίες" μεμβράνης που καταπολεμούν συνεχώς την παλίρροια της ηλεκτροχημικής κλίσης που αντιτίθεται στη δουλειά τους.