Difüzyon, maddelerin, konsantrasyon gradyanlarına göre —hiçbir hücresel enerji harcaması gerektirmeyen— pasif hareketidir. Moleküller veya iyonlar gibi maddeler, sitozolde veya zarlar boyunca yüksek konsantrasyonlu bir alandan düşük konsantrasyonlu bir alana yayılır. Sonunda, madde rastgele hareket ederken konsantrasyonda net bir değişikliğe neden olmayacak şekilde konsantrasyon eşitlenecektir. Böyle bir duruma dinamik denge denir ve canlı organizmalarda genel homeostazı sürdürmek için gereklidir.

Difüzyona Bağlı Biyolojik Süreçler

Difüzyon, solunum gibi biyolojik süreçlerde, yani organizmaların çevreleriyle gaz alışverişinde bulundukları süreçte ayrılmaz bir rol oynar. Hava soluduktan sonra, insan akciğerin hava keseleri olan alveollerdeki oksijen konsantrasyonu, kandaki oksijen konsantrasyonundan daha yüksektir. Sonuç olarak oksijen, konsantrasyon gradyanını aşağıya doğru kanın içine yayar. Vücut dokusuna girebilmek için, kanda taşınan oksijen ve diğer besinlerin, konsantrasyon gradyanlarına göre dokulara yayılması gerekir. Karbondioksit gibi metabolik atıklar, dokulardan, karbondioksit konsantrasyonunun vücut dokularının içindekinden daha az olduğu kılcal damarlara yayılır. Daha sonra karbondioksit taşıyan kan, karbondioksitin, kandan daha düşük bir gaz konsantrasyonuna sahip alveollere kolayca yayıldığı akciğerlere pompalanır. Karbondioksit daha sonra alveollerden vücuttan dışarı atılır.

Difüzyon, bitkilerdeki gaz değişiminden de sorumludur. Fotosentez için gerekli olan karbondioksit, stoma adı verilen yapraklardaki küçük gözenekler sayesinde havadan bitki yapraklarına difüz olur. Tersine, fotosentezin bir yan ürünü olarak üretilen oksijen, yapraklardan dışarı ve stomalar aracılığıyla havaya yayılır.

Difüzyon Oranları

Sıcaklık, moleküler kütle, çözücü yoğunluğu, çözünürlük ve bir molekülün konsantrasyon gradyanı büyüklüğü gibi faktörler difüzyon oranlarını etkiler. Örneğin, çözelti içinde her maddenin, diğer maddelerin konsantrasyon gradyanından bağımsız olan kendi konsantrasyon gradyanı vardır. Bölmeler arasındaki daha büyük bir konsantrasyon farkı, daha hızlı difüzyon oranlarına yol açar. Sonuç olarak, bir sistem dengeye ne kadar yakınsa difüzyon hızı o kadar yavaş olur.

Bir zarda difüzyon hızı çoğunlukla moleküllerin bağıl hidrofobikliğine bağlıdır. Spesifik olarak, lipidde çözünen ve polar olmayan moleküller ne kadar çok olursa, membrandan o kadar kolay yayılırlar. Bu, oksijen ve karbondioksit gibi küçük gazları ve vitaminler gibi daha büyük maddeleri içerir. Su ve glikoz benzeri daha büyük moleküller gibi yüksüz ancak polar moleküller, çok daha yavaş bir hızda da olsa geçeceklerdir. Aksine, &mdash boyutları ne olursa olsun— yüklü iyonlar ve lipitte çözünmeyen proteinler, lipit çift tabakası tarafından itilir ve geçmesi için başka mekanizmalar gerektirir.

Basit Difüzyon ve Kolaylaştırılmış Difüzyon

Basit difüzyon, maddelerin, yardım almadan konsantrasyon gradyanları boyunca membranların içinden doğrudan yayılabildiğinde meydana gelir. Bununla birlikte, maddeler enerji harcamadan membranları geçmek için membrana gömülü taşıma proteinlerinin kullanılmasını gerektirdiğinde kolaylaştırılmış difüzyon gerçekleşir.