Difuzia este procesul fizic al mișcării naturale a ionilor sau moleculelor. Apare atât în lichide, cât și în gaze și este important pentru toate organismele vii din multe motive diferite.
Prima dintre ele este supraviețuirea. Difuzia face ca sistemul nervos să funcționeze, promovează respirația celulară și permite distribuirea substanțelor nutritive între celule, printre multe altele.
Este posibil să nu fim conștienți de aceasta, dar difuzia este mereu prezentă în viața noastră. Aflați mai multe despre acest proces molecular și despre modul în care beneficiem de el în fiecare zi.
Principalele tipuri de difuzie
Difuzie pasivă
Acest tip de difuzie apare atunci când moleculele se deplasează pe o membrană semipermeabilă, fără ajutorul canalelor proteice. Membranele celulare sunt realizate dintr-un strat format din fosfolipide, care are un strat mijlociu care este nepolar sau care respinge apa. Stratul de mijloc este protejat pe ambele părți de suprafețe hidrofile sau iubitoare de apă.
Moleculele hidrofobe trec întotdeauna cu ușurință printr-o membrană celulară și aceasta include anumite gaze precum dioxidul de carbon, oxigenul și azotul. Moleculele polare mari încărcate electric nu pot trece liber printr-o membrană celulară.
Când difuzia are loc pe o membrană celulară, aceasta este considerată un tip de transport pasiv și nu necesită energie. Rețineți că membrana celulară este un strat strat fosfolipidic și că atât interiorul cât și exteriorul celulei sunt pe bază de apă.
Există, de asemenea, o zonă hidrofobă în mijloc, care este o barieră vitală pentru orice lucru încărcat, mare, sau hidrofil. Difuzia simplă permite moleculelor care sunt hidrofobe să treacă prin membrana celulară, la fel ca regiunea hidrofobă.
Din această cauză, difuzia simplă asigură trecerea neasistată a moleculelor hidrofobe, nepolare, care sunt destul de mici, iar trecerea începe la o concentrație mai mare și merge la o concentrație mai mică. Chiar dacă celulele sunt hidrofile, molecule mici pot totuși să alunece prin membrana celulei, pur și simplu din cauza dimensiunilor lor mici.
Difuzarea facilitată
Difuzarea facilitată permite fluxul de molecule pe un gradient de concentrație și pe membrana celulei, dar procesul necesită ajutorul unei proteine. Există două categorii de proteine care ajută la acest tip de difuzie.
Primele sunt proteine purtătoare, care pot fi considerate ca o cabină de taxi într-o membrană celulară, deoarece amestecă moleculele dintr-o parte a membranei în cealaltă parte.
Al doilea sunt proteinele de canal, care seamănă cu tunelurile și creează o gaură peste membrana celulară. În aceste cazuri, se deschid canale care permit moleculelor să curgă prin ele. Deși difuzarea facilitată implică proteine, proteinele implicate nu necesită utilizarea moleculei de energie cunoscută sub numele de ATP.
Moleculele precum oxigenul și dioxidul de carbon se pot difuza direct pe membrana plasmatică, în timp ce alte molecule au nevoie de asistență pentru a traversa nucleul hidrofob.
În difuzarea facilitată, moleculele difuzează prin membrana plasmatică cu ajutorul proteinelor membranei, inclusiv a proteinelor, cum ar fi purtătorii și canalele. Deoarece există un gradient de concentrație pentru acele molecule, ele au potențialul de a difuza fie din sau în celula însăși, deplasându-se prin ea.
Deoarece sunt polare sau încărcate, totuși, sunt incapabile să traverseze partea fosfolipidă a membranei fără o mică asistență. Cu alte cuvinte, proteinele care fac parte din transportul facilitat protejează de fapt moleculele de miezul hidrofob al membranei respective, oferind o cale pe care o pot traversa.
Pe scurt, cele două clasificări majore ale proteinelor pentru transport facilitat sunt proteinele de transport și canalele purtătoare.
Difuzarea canalului
Unii experți enumeră trei tipuri de difuzie în loc de două: simple, canale și facilitate. În aceste descrieri, difuzia canalului este considerată un proces pasiv care implică ionii și particulele încărcate care se deplasează printr-un canal specific de proteine sau pori din peretele celulei.
În acest caz, nu există limite la numărul de particule care călătoresc prin fiecare dintre aceste canale. Proteinele sunt de fapt încorporate în membrana celulară și se pot deschide și închide, ceea ce permite compușilor sau moleculelor să intre sau să iasă din celulă. Acest tip de difuzie este reglat foarte ușor de proteinele membranei.
Detalii pentru a vă ajuta să înțelegeți difuziunea
Diferența dintre difuzie și osmoză
Osmoza este un tip specific de difuzie care constă în apa care traversează o membrană semipermeabilă și intră într-o zonă cu o concentrație mai mare de solut. Prin contrast, difuzia standard lasă adesea atât solutii, cât și solvenții să se deplaseze liber spre echilibru.
Ca regulă generală, difuzia implică mișcarea netă a moleculelor într-o soluție cu o concentrație mai mare la o zonă cu o concentrație mai mică. Presiunea osmotică are potențialul de a fi foarte puternică și este singura forță necesară pentru a muta apa de la cele mai mici rădăcini către vârfurile celor mai înalți copaci de oriunde din lume.
Dacă apa dizolvă orice altă substanță, aceasta se întâmplă, de obicei, deoarece moleculele apei, care sunt polare, și solutul sunt de fapt atrase una de cealaltă. Fiecare ion, atom sau moleculă de substanță dizolvată are o încărcare în cel puțin o regiune care atrage una sau altă parte a moleculei de apă.
Moleculele sunt în mișcare aleatorie și constantă una în jurul celeilalte când sunt în apa lichidă, dar din cauza acestei atracții, moleculele de apă sunt puțin mai susceptibile să se deplaseze spre moleculele de apă, mai degrabă decât alte particule de solvent.
Aceasta este o mișcare netă care duce treptat la o distribuție mai uniformă a solutului. În procesul de osmoză, numai moleculele de apă se pot mișca și egaliza concentrațiile.
Osmoza și difuzia sunt, de fapt, legate, dar nu sunt exact același lucru. În difuzie, moleculele se deplasează dintr-o zonă cu concentrație ridicată într-o zonă cu concentrație scăzută, în timp ce osmoza este pur și simplu difuzia apei pe orice tip de membrană semipermeabilă.
Ambele procese au legătură cu moleculele care se deplasează în jos pe un gradient de concentrație; totuși, termenul „osmoză” se referă în mod specific la mișcarea moleculelor de apă, în timp ce difuzia poate implica și orice alt tip de molecule.
Difuzia și osmoza sunt ambele în natură spontană, ceea ce înseamnă pur și simplu că apar fără asistența vreunui tip de energie exterioară. „Osmoza” se referă în esență doar la mișcarea apei care se află în stare lichidă, dar termenul „difuzie” poate însemna și mișcarea moleculelor fie în stare gazoasă, fie lichidă.
Un exemplu include atunci când gazul de dioxid de carbon devine eliberat în centrul unei camere și apoi se difuzează în camera respectivă până când concentrația de dioxid de carbon este uniformă în întreaga cameră.
Termenul „osmoza” este frecvent utilizat în științe precum fiziologia și biologia celulară. Dacă celula este plasată într-o soluție hipertonică sau într-o soluție cu o concentrație mai mare de substanță dizolvată decât cea care se găsește în interiorul celulei, rezultă că apa se deplasează afară din celulă în mod spontan – sau osmoza.
În ambele cazuri, este ușor să spunem că difuzia apei a avut loc de fapt pe membrana celulei.
Exemple de tipuri de difuzie
Câteva exemple de diferite tipuri de difuzie includ:
- Când ceaiul este dispersat în apă fierbinte
- Când fumul dintr-o țigară aprinsă este răspândit în aer
- Când bulele de dioxid de carbon se difuzează dintr-o sticlă de sifon deschisă și determină ca sifonul în sine să devină plat pe măsură ce se pierde carbonatarea
- Când alimentele sunt digerate, cauzate de transferul de oxigen în sânge din plămâni și în mușchii din celulele sângelui
- Când o femeie este însărcinată și mâncarea și oxigenul se deplasează din corpul mamei în făt
- Când se toarnă un lichid fierbinte, cum ar fi cafeaua, și cana este încălzită, deoarece căldura se difuzează de fapt
- Când așezați un cub de zahăr într-un lichid și acesta se dizolvă, deoarece difuzează de fapt lichidul și îl îndulcește uniform, chiar dacă nu îl amestecați
- Când dezumflați un balon de heliu, deoarece se dezumflă când pierde heliu încet din balon
- Când mirosiți parfum sau apă de colonie pe o altă ființă umană, deoarece parfumul sau apa de colonie se difuzează în aerul din jur
- Când vă udați plantele, apa se difuzează în ele și împiedică frunzele să se ofilească; cu alte cuvinte, dioxidul de carbon este difuzat din frunzele din buzunarele de aer situate între diferitele celule mezofile și îl transferă în cloroplast
- Când apele calde din jurul ecuatorului sunt difuzate de curenții oceanici și dacă vă aflați într-o zonă în care aerul umed și cald crește în aerul rece, vaporii de apă se pot transforma în furtuni de ploaie
Difuzie pasivă
Exemple de difuzie pasivă sau simplă includ:
Dioxid de carbon. Dioxidul de carbon este foarte mic, iar molecula poate fi dizolvată în apă. Un exemplu în acest sens este senzația de arsură pe care o primești atunci când ții respirația, ceea ce duce la o dorință puternică de a respira. Acest lucru se întâmplă deoarece dioxidul de carbon se acumulează în țesuturile nervoase ale fluxului sanguin, care sunt foarte sensibile, precum și în creier și plămâni. Odată ce începi să respiri din nou, dioxidul de carbon începe să se difuzeze din sistemul tău. Mai mult, multe gaze pot face acest lucru, deoarece plămânii dvs. difuzează gaze precum azotul, oxigenul și multe altele în timpul unor procese precum acesta.
Bacterii. Bacteriile sunt organisme simple care nu au cum să consume nutrienți decât dacă le difuzează pe membrana celulară. Bacteriile nu folosesc difuzie facilitată pentru a transporta majoritatea acestor substanțe nutritive, ci se bazează pe difuzie simplă pentru a furniza apă, oxigen și substanțe nutritive mici în citoplasmă. Nu există organite specializate cu celulele lor pentru transportarea sau păstrarea substanțelor și, prin urmare, bacteriile se bazează pe simpla difuzie a diferitelor materiale conținute în celulele lor pentru a garanta că acele materiale sunt prezente pentru reacțiile care controlează toate procesele lor de viață.
Oxigen. Al optulea element al tabelului periodic, este un bun exemplu de moleculă care este transportată folosind difuzie pasivă. Atunci când este combinat cu glucoză pentru a produce dioxid de carbon, oxigenul joacă un rol foarte important în procesul de respirație, care folosește difuzia pasivă pentru a finaliza.
Hormoni steroizi. Acesta este un exemplu excelent de difuzie simplă. Hormonii steroizi sunt similari cu colesterolul și se pot deplasa liber pe diferite membrane dacă gradientul lor de concentrație este mic.
Difuzarea facilitată
Un exemplu de difuzie facilitată este atunci când ionii K + sunt trecuți printr-o membrană și sunt ajutați de o proteină de transport de potasiu, precum și de glucoză și aminoacizi care sunt trecuți cu ajutorul proteinelor cunoscute sub numele de permeaze.
Proteina care leagă retinolul poate acționa ca un purtător solubil în apă pentru acizi grași și retinol. Proteinele purtătoare sunt specifice moleculei și, prin urmare, rata de difuzie este întotdeauna limitată de numărul de purtători. Când toți purtătorii pentru o anumită moleculă sunt ocupați, se ajunge la așa-numitul punct de saturație.
Substanțele care utilizează difuzarea facilitată includ:
Învelișul unei celule. Membrana plasmatică este un strat foarte subțire care menține integritatea celulei și închide celula însăși, în principal prin menținerea de lichid celular sau citoplasmă și organite, care sunt structuri specializate. Membrana plasmatică reglează toate substanțele care intră sau ies din interiorul celulei. Celulele mișcă moleculele printr-o varietate de metode, inclusiv două categorii generale – transportul activ și transportul pasiv. Celulele trebuie să cheltuiască energie pentru a realiza transportul activ, în timp ce transportul pasiv nu necesită energie celulară. Transportul pasiv include activitatea de difuzare facilitată.
Facilitarea glucozei. Glucoza este o moleculă de zahăr și este principala sursă de energie pentru multe tipuri de celule. În afara unei celule, fluxul sanguin al unei persoane furnizează în mod constant glucoză, în timp ce metabolismul celular consumă continuu glucoză în interiorul celulei. Rezultatul este o concentrație de glucoză în afara celulei, dar care rămâne la un nivel mai mare de concentrație în interiorul celulei. Cu toate acestea, molecula de glucoză este prea mare pentru a trece prin membrana plasmatică fără asistență. De aceea, celula furnizează proteine purtătoare specifice glucozei care se lipesc de fapt de moleculele de glucoză, permițându-le să pătrundă în celulă.
Moleculele curg de la mare la mic. Deoarece unele molecule, în timpul procesului de difuzie, nu pot intra sau ieși dintr-o celulă în timp ce sunt influențate de un gradient de concentrație, deoarece sunt incompatibile cu membrana plasmatică a celulei, difuzarea facilitată poate ajuta unele dintre aceste molecule atunci când încearcă să treacă prin membrana plasmatică. Acestea leagă moleculele de proteinele purtătoare speciale sau deschid canalele situate între celulă și mediul înconjurător.
Canalele ionice. Proteinele purtătoare utilizate pentru difuzarea facilitată sunt destul de frecvente, iar unele exemple includ galactoză și fructoză, care sunt monozaharide la fel ca glucoza; aminoacizii, care alcătuiesc elementele constitutive ale unei proteine; și nucleozide, ceea ce este necesar pentru sinteza ARN și ADN. Există un tip diferit de difuzie facilitată care implică proteine de canal. Aceste proteine nu se leagă de molecule, ci, în schimb, deschid un canal care permite moleculelor și ionilor mai mici – cum ar fi potasiu, calciu, sodiu și clor – să se transporte rapid.
Motive generale pentru difuzarea facilitată. Există câteva molecule polare, foarte mari, insolubile în lipide sau încărcate electric, care necesită ajutor pentru a se difuza prin membrana plasmei. În aceste cazuri, difuzarea facilitată care utilizează canale ionice sau proteine purtătoare permite acestor molecule importante – de exemplu, glucoză – să traverseze de fapt membrana.
Difuzarea canalului
În difuzarea canalelor, materialele trec printr-un capăt, iar canalele ionice se deschid și le lasă să treacă dacă sunt prezente și substanțe dizolvate. Este o difuzie realizată de un canal proteic și, prin urmare, este numită și difuzie mediată de canal. O mulțime de molecule trebuie să aibă ajutor pentru a se deplasa pe membrana celulară, datorită polarității și dimensiunii lor.
Proteinele care sunt încorporate în membrană acționează ca o poartă pentru difuzie. Moleculele vor muta în jos un gradient de concentrație printr-un por proteic care este deschis, proces numit difuzie de canal. Există multe exemple practice de difuzare a canalelor disponibile și există multe site-uri web care intră în detalii deosebite pe această temă.
Glosar de termeni legați de difuzie
Transportul activ: transportul activ este un proces care necesită energie și în care există o mișcare de ioni sau molecule care merge împotriva unui gradient de concentrație; trece de la o zonă cu concentrație scăzută la una care are o concentrație mare.
Ocurențe de transport activ: transportul activ poate avea loc numai într-un țesut viu în care există energie din ATP. Transportul activ permite celulelor să preia ioni sau substanțe nutritive chiar și cu concentrații scăzute de substanțe în afara celulei; permite celulelor să scape de substanțe nedorite atunci când concentrația este mai mare în afara celulei; în celulele vegetale, floema este încărcată activ cu zaharoză; permite pompei Na / K să lucreze cu ioni care se deplasează în direcții opuse; permite unei pompe de Ca să funcționeze la joncțiunile neuromusculare pentru ca mușchii să se contracte; iar în rinichi, substanțele utile, cum ar fi ionii, sunt reabsorbite împotriva gradientului de concentrație.
Endocitoza mediată de celule: Aceasta apare atunci când moleculele se leagă de receptori speciali din membrană și sunt apoi luați în celulă printr-o veziculă creată chiar de membrana plasmatică.
Crenation: Când globulele roșii din sânge se deshidratează.
Dializă: un proces prin care sângele este filtrat pentru a elimina toxinele.
Difuzie: mișcarea unei molecule de la concentrația sa mai mare la cea mai mică, până când ajunge la echilibru.
Endocitoză: Aceasta se referă la importul în vrac de diferite substanțe în celule.
Procesul de endocitoză: în timpul acestui proces, moleculele sunt de fapt prea mari pentru a se potrivi prin membrane.
Tipuri de endocitoză: Cele trei tipuri principale de endocitoză sunt fagocitoza, pinocitoza și endocitoza mediată celular.
Exocitoză: Aceasta se referă la secreția în vrac a moleculelor mari din celule.
Procesul de exocitoză: Acest proces are loc atunci când moleculele sunt împachetate în vezicule Golgi sau lizozomi de Golgi, iar veziculele se deplasează apoi în membrana suprafeței celulare, cu ajutorul macro tubulilor și ATP. Apoi se fuzionează cu membrana plasmatică și eliberează conținutul în exterior.
Difuzarea facilitată: în difuzarea facilitată, moleculele trec fie prin canale, fie prin proteine purtătoare situate în membrană, iar mișcarea moleculelor este facilitată de o proteină. În plus, moleculele își deplasează gradientul de concentrație în difuzie facilitată, nu gradientul în sus.
Diferențe de difuzie facilitată: Cele două diferențe principale sunt: cu proteinele canalizate, nu există deschidere și închidere și nu există un dispozitiv de legare; când vine vorba de proteine purtătoare, acestea se deschid și se închid și există întotdeauna un site de legare.
Tipuri de difuzie facilitată
Există două tipuri de difuzie facilitată – proteine purtătoare și proteine canalizate.
Hemoliză: se referă la o situație în care o celulă roșie din sânge preia cantitatea maximă de apă și, prin urmare, aceasta sparge.
Presiune hidrostatică: Presiunea lichidului.
Hipertonic: potențial scăzut de apă.
Plasmoliză incipientă: Când jumătate sau 50% din celule sunt considerate ușor plasmolizate.
Izotonic: Egal pe ambele părți.
Molecule care trec prin difuzie facilitată: numai moleculele polare mari trec prin difuzie facilitată, inclusiv aminoacizi, glucoză și nucleotide.
Molecule care trec prin difuzie simplă: numai moleculele mici pot trece prin difuzii simple, cum ar fi H2O, O2 și CO2.
Osmoza: Osmoza este mișcarea pasivă a moleculelor de apă dintr-o zonă cu o concentrație scăzută de solut în una care are o concentrație ridicată de solut printr-o membrană semipermeabilă.
Fagocitoza: De asemenea, cunoscut sub numele de consumul de celule, fagocitoza se referă la procesul prin care moleculele mari sunt luate într-un vacuol fagocitar unde sunt apoi digerate. Vacuolul se numește fagosom.
Pinocitoza: Pinocitoza se referă la procesul prin care moleculele sunt luate într-o veziculă care a fost formată de membrana plasmei.
Plasmoliza: Plasmoliza este atunci când celulele plantelor sunt expuse la un flux osmotic exterior de apă, care are ca rezultat micșorarea citoplasmei, micșorându-l departe de peretele celular viu.
Difuzie simplă: în difuzie simplă, moleculele foarte mici au capacitatea de a se deplasa prin goluri care sunt situate între diferitele molecule de fosfolipide din membranele celulare.
Turgid: Acesta este momentul în care o celulă vegetală a preluat cantitatea maximă de apă.
Te-ar putea interesa şi: 7 tipuri diferite de transport activ
