Het welbevinden van een cel hangt af van het vermogen om de doorgang van moleculen door het celmembraan te regelen. Sommige moleculen kunnen zonder hulp van de cel door het celmembraan diffunderen. Anderen hebben de hulp van transmembraaneiwitten nodig om in of uit de cel te bewegen. Drie primaire factoren bepalen of een molecuul door een celmembraan zal diffunderen: concentratie, lading en grootte.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Het celmembraan is een barrière tussen het binnenste van de cel en de buitenwereld. Het vermogen van een molecuul om over een membraan te reizen, hangt af van de concentratie, lading en grootte ervan. Over het algemeen diffunderen moleculen over membranen van gebieden met hoge concentraties tot lage concentraties. Celmembranen voorkomen dat geladen moleculen de cel binnenkomen, tenzij de cel een elektrisch potentieel behoudt. Kleine moleculen kunnen echter door het membraan glippen, ongeacht hun lading.

Het celmembraan

Een celmembraan bevat twee lagen fosfolipiden. Elk fosfolipidemolecuul heeft een hydrofiele fosfaatkop en twee hydrofobe lipidestaarten. De koppen staan ​​langs de binnen- en buitenoppervlakken van het celmembraan, terwijl de staarten de middelste ruimte vullen. Verschillende soorten transmembraan eiwitten verschaffen gefaciliteerde diffusie of actief transport voor moleculen die niet passief door het celmembraan kunnen diffunderen. Primair actief transport vereist dat de cel energie gebruikt om moleculen door het celmembraan te verplaatsen. Diffusie vereist geen energie van de cel om dat te doen.

Concentratie en diffusie

Diffusie vindt plaats omdat moleculen zich graag verspreiden van gebieden met hoge concentraties naar gebieden met een lagere concentratie. Elektrochemische en kinetische energie, beide vermogensverstrooiing. De primaire bepalende factor of een molecuul door een celmembraan zal diffunderen is de concentratie van het molecuul aan elke zijde van het celmembraan. De extracellulaire concentratie van zuurstof is bijvoorbeeld hoger dan de intracellulaire concentratie, wat de reden is waarom zuurstof in de cel diffundeert. Koolstofdioxide diffundeert om vergelijkbare redenen.

Opladen en polariteit

Een ion is een atoom of molecuul dat een regelrechte lading heeft vanwege een onbalans tussen het aantal protonen en elektronen. Polariteit is een ongelijke verdeling van lading over een molecuul, met enkele gedeeltelijk positieve en negatieve regio's. Geladen en gepolariseerde moleculen lossen op in water, terwijl ongeladen moleculen oplossen in lipiden. De lipidestaarten in het celmembraan voorkomen dat geladen en gepolariseerde moleculen door het celmembraan diffunderen. Sommige cellen behouden echter actief een elektrisch potentiaal aan beide kanten van het celmembraan dat ionen en gepolariseerde moleculen kan aantrekken of afstoten.

Molecuulgrootte

Sommige gepolariseerde moleculen zijn klein genoeg om langs de cellen te glippen lipide staarten. Water is bijvoorbeeld een gepolariseerd molecuul, maar door zijn kleine omvang kan het vrijelijk door het celmembraan diffunderen. Dit geldt ook voor koolstofdioxide, het bijproduct van het celmetabolisme. Zuurstofmoleculen hebben geen polariteit en zijn ook klein genoeg om gemakkelijk in de cel te diffunderen. Suikermoleculen, die vijf of meer koolstofatomen bevatten, zijn zowel polair als te groot om door het celmembraan te diffunderen en moeten door transmembraaneiwitten reizen.