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 alcun aiuto da parte della cellula. Altri richiedono l'aiuto delle proteine transmembrane per spostarsi all'interno o all'esterno della cellula. Tre fattori principali determinano se una molecola si diffonderà attraverso una membrana cellulare: concentrazione, carica e dimensioni.

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 bassa concentrazione. Le membrane cellulari impediscono alle molecole cariche di entrare nella cellula a meno che la cellula 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. Ogni molecola di fosfolipide ha una testa idrofila al fosfato e due code lipidiche idrofobiche. Le teste si allineano lungo le superfici interna ed esterna della membrana cellulare, mentre le code riempiono lo spazio intermedio. Vari tipi di proteine transmembrane 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 spenda energia per spostare le molecole attraverso la membrana cellulare. La diffusione non richiede energia dalla cellula per farlo.
Concentrazione e diffusione

La diffusione si verifica perché alle molecole piace diffondersi da aree ad alta concentrazione ad aree a concentrazione più bassa. Energia elettrochimica e cinetica sia a diffusione di potenza. Il principale fattore determinante se una molecola si diffonderà 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. L'anidride carbonica si diffonde per ragioni simili.
Carica e polarità

Uno ione è un atomo o una molecola che ha una carica totale a causa di uno squilibrio tra il numero di protoni ed elettroni. La polarità è una distribuzione irregolare della carica attraverso una molecola, con alcune regioni parzialmente positive e negative. Le molecole caricate e polarizzate si dissolvono nell'acqua mentre le molecole non caricate 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 in grado di attrarre o respingere ioni e molecole polarizzate.
Dimensioni della molecola

Alcune molecole polarizzate sono abbastanza piccole da scivolare oltre le code lipidiche. Ad esempio, l'acqua è una molecola polarizzata, ma le sue dimensioni ridotte le permettono di diffondersi liberamente attraverso la membrana cellulare. Ciò vale anche per l'anidride carbonica, 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 transmembrane.