Il benessere di una cellula dipende dalla sua capacità di controllare il passaggio delle molecole attraverso la membrana cellulare. Alcune molecole possono diffondersi attraverso la membrana cellulare senza alcuna assistenza dalla cellula. Altri richiedono l'aiuto di proteine ​​transmembrana per spostarsi dentro o fuori dalla cellula. Tre fattori primari determinano se una molecola si diffonderà attraverso una membrana cellulare: concentrazione, carica e dimensione.

TL; DR (Troppo lungo, non letto)

La membrana cellulare è una barriera tra l'interno della cellula e il mondo esterno. La capacità di una molecola di viaggiare attraverso una membrana dipende dalla sua concentrazione, carica e dimensione. In generale, le molecole si diffondono attraverso le membrane da aree ad alta concentrazione a basse concentrazioni. Le membrane cellulari impediscono alle molecole caricate di entrare nella cellula a meno che la cellula non mantenga un potenziale elettrico. Tuttavia, piccole molecole possono essere in grado di scivolare attraverso la membrana indipendentemente dalla loro carica.

La membrana cellulare

Una membrana cellulare contiene due strati di fosfolipidi. Ciascuna molecola di fosfolipidi ha una testa di fosfato idrofilo e due code lipidiche idrofobiche. Le teste si allineano lungo le superfici interne ed esterne della membrana cellulare, mentre le code riempiono lo spazio centrale. Vari tipi di proteine ​​transmembrana forniscono diffusione facilitata o trasporto attivo per molecole che non possono diffondersi passivamente attraverso la membrana cellulare. Il trasporto attivo primario richiede che la cellula consumi energia per spostare le molecole attraverso la membrana cellulare. La diffusione non richiede energia dalla cellula per farlo.

Concentrazione e diffusione

La diffusione avviene perché le molecole amano diffondersi da aree ad alta concentrazione a zone a bassa concentrazione. Energia elettrochimica e cinetica sia la diffusione di potenza. Il principale determinante del fatto che una molecola si diffonda attraverso una membrana cellulare è la concentrazione della molecola su ciascun lato della membrana cellulare. Ad esempio, la concentrazione extracellulare di ossigeno è superiore alla concentrazione intracellulare, motivo per cui l'ossigeno si diffonde nella cellula. Il diossido di carbonio si diffonde per ragioni simili.

Carica e polarità

Un ione è un atomo o una molecola che ha una carica totale dovuta a uno squilibrio tra il numero di protoni e di elettroni. La polarità è una distribuzione non uniforme della carica attraverso una molecola, con alcune regioni parzialmente positive e negative. Le molecole cariche e polarizzate si dissolvono in acqua mentre le molecole scariche si dissolvono nei lipidi. Le code lipidiche nella membrana cellulare impediscono alle molecole cariche e polarizzate di diffondersi attraverso la membrana cellulare. Tuttavia, alcune cellule mantengono attivamente un potenziale elettrico su entrambi i lati della membrana cellulare che può attrarre o respingere gli ioni e le molecole polarizzate.

Dimensione della molecola

Alcune molecole polarizzate sono abbastanza piccole da scivolare oltre il code lipidiche. Ad esempio, l'acqua è una molecola polarizzata, ma le sue dimensioni ridotte consentono di diffondersi liberamente attraverso la membrana cellulare. Questo vale anche per il biossido di carbonio, il sottoprodotto del metabolismo cellulare. Le molecole di ossigeno non hanno polarità e sono anche abbastanza piccole da diffondersi facilmente nella cellula. Le molecole di zucchero, che contengono cinque o più atomi di carbonio, sono sia polari che troppo grandi per diffondersi attraverso la membrana cellulare e devono viaggiare attraverso le proteine ​​transmembrana.