Was sind drei Dinge, die bestimmen, ob ein Molekül über eine Zellmembran diffundieren kann?

Was sind drei Dinge, die bestimmen, ob ein Molekül über eine Zellmembran diffundieren kann?

Das Wohlbefinden einer Zelle hängt von ihrer Fähigkeit ab, die Passage von Molekülen durch die Zellmembran zu steuern. Einige Moleküle können ohne Hilfe der Zelle durch die Zellmembran diffundieren. Andere benötigen die Hilfe von Transmembranproteinen, um sich in die Zelle hinein oder aus dieser heraus zu bewegen. Drei Hauptfaktoren bestimmen, ob ein Molekül über eine Zellmembran diffundieren wird: Konzentration, Ladung und Größe.

Die Zellmembran

Eine Zellmembran besteht aus zwei Schichten Phospholipiden. Jedes Phospholipidmolekül hat einen hydrophilen Phosphatkopf und zwei hydrophobe Lipidschwänze. Die Köpfe reihen sich entlang der inneren und äußeren Oberfläche der Zellmembran auf, während die Schwänze den mittleren Raum ausfüllen. Verschiedene Arten von Transmembranproteinen ermöglichen eine erleichterte Diffusion oder einen aktiven Transport für Moleküle, die nicht passiv durch die Zellmembran diffundieren können. Primärer aktiver Transport erfordert, dass die Zelle Energie aufwendet, um Moleküle durch die Zellmembran zu bewegen. Diffusion benötigt dazu keine Energie von der Zelle.

Konzentration

Diffusion tritt auf, weil Moleküle sich gerne von Bereichen hoher Konzentration zu Bereichen geringerer Konzentration ausbreiten. Elektrochemische und kinetische Energie werden zur Leistungsdiffusion verwendet. Die Hauptdeterminante dafür, ob ein Molekül durch eine Zellmembran diffundieren wird, ist die Konzentration des Moleküls auf jeder Seite der Zellmembran. Zum Beispiel ist die extrazelluläre Konzentration von Sauerstoff höher als die intrazelluläre Konzentration, weshalb Sauerstoff in die Zelle diffundiert. Kohlendioxid diffundiert aus ähnlichen Gründen.

Ladung und Polarität

Ein Ion ist ein Atom oder Molekül, das aufgrund eines Ungleichgewichts zwischen der Anzahl von Protonen und Elektronen eine vollständige Ladung aufweist. Die Polarität ist eine ungleiche Ladungsverteilung über ein Molekül mit einigen teilweise positiven und negativen Regionen. Geladene und polarisierte Moleküle lösen sich in Wasser auf, während sich ungeladene Moleküle in Lipiden lösen. Die Lipidschwänze in der Zellmembran verhindern, dass geladene und polarisierte Moleküle durch die Zellmembran diffundieren. Einige Zellen behalten jedoch auf beiden Seiten der Zellmembran aktiv ein elektrisches Potential bei, das Ionen und polarisierte Moleküle anziehen oder abstoßen kann.

Größe

Einige Moleküle sind klein genug, um an den Lipidschwänzen vorbeizukommen, selbst wenn die Moleküle polarisiert sind. Zum Beispiel ist Wasser polarisiert, aber klein genug, um frei über die Zellmembran zu diffundieren. Dies gilt auch für Kohlendioxid, das Nebenprodukt des Zellstoffwechsels. Sauerstoffmoleküle haben keine Polarität und sind auch klein genug, um leicht in die Zelle zu diffundieren. Zuckermoleküle, die fünf oder mehr Kohlenstoffatome enthalten, sind sowohl polar als auch zu groß, um durch die Zellmembran zu diffundieren und müssen durch Transmembranproteine ​​wandern.

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