Диффузия – это пассивное движение веществ в направлении убывания градиента концентрации, не требующее расходования клеточной энергии. Частицы, такие как молекулы или ионы, перемещаются из области высокой концентрации в область низкой концентрации в цитозоле или через мембраны. В конце концов, концентрация выровняется, а вещество будет двигаться случайным образом, не вызывая никаких чистых изменений в концентрации. Такое состояние называется динамическим равновесием, которое необходимо для поддержания общего гомеостаза в живых организмах.

Биологические процессы, зависящие от диффузии

Диффузия играет важную роль в биологических процессах, таких как дыхание, процесс, с помощью которого организмы обмениваются газами с окружающей средой. После дыхания в воздухе концентрация кислорода в альвеоли, воздушных мешках легких человека, выше, чем концентрация кислорода в крови. Следовательно, кислород рассеивается в направлении убывания градиента концентрации в крови. Для того, чтобы попасть в ткани тела, кислород и другие питательные вещества, переносимые в крови, должны распространяться в ткани в направлении убывания градиента концентрации. Метаболические отходы, такие как углекислый газ, рассеиваются из тканей в капилляры, где концентрация углекислого газа меньше, чем внутри тканей организма. Кровь, несущая углекислый газ, затем закачивается в легкие, где углекислый газ легко рассеивается в альвеолы, которые имеют более низкую концентрацию газа, чем кровь. Углекислый газ выдыхается из организма из альвеол.

Диффузия также отвечает за обмен газом на заводах. Углекислый газ, необходимый для фотосинтеза, рассеивается в листьях растений из воздуха через небольшие поры на листьях, называемых стоматой. И наоборот, кислород, вырабатываемый в качестве побочного продукта фотосинтеза, рассеивается из листьев и попадает в воздух через стомату.

Показатели диффузии

Такие факторы, как температура, молекулярная масса, плотность растворителя, растворимость и величина градиента концентрации молекулы влияют на скорость диффузии. Например, в растворе каждое вещество имеет свой собственный градиент концентрации, который не зависит от градиента концентрации других веществ. Большая разница в концентрации между отсеками приводит к более быстрым темпам диффузии. Следовательно, чем ближе система к равновесию, тем медленнее скорость диффузии.

Скорость диффузии через мембрану зависит в основном от относительной гидрофобности молекул. В частности, чем больше липидных растворимых и неполярных молекул, тем легче они будут распространяться через мембрану. Это включает в себя газы, такие как кислород и углекислый газ, а также более крупные вещества, такие как витамины. Другие незаряженные, но полярные молекулы, такие как вода и более крупные, такие как глюкоза, пройдут, хотя и гораздо медленнее. В отличие от них, заряженные ионы, независимо от их размера, и нелипидные растворимые белки отталкиваются липидным бислоем и требуют других механизмов, чтобы пересечь мембрану.

Простая диффузия против облегченного диффузии

Простая диффузия происходит, когда вещества могут непосредственно распространяться через мембраны вдоль их градиентов концентрации без посторонней помощи. Облегченная диффузия происходит, когда вещества требуют использования мембранных транспортных белков для прохождения мембран без расходования энергии.