Диффузия как один из механизмов транспорта веществ

При температуре выше абсолютного нуля все молекулы находятся в постоянном, беспорядочном движении. Это показывает, что они обладают определенной кинетической энергией. Благодаря постоянному движению при смешивании двух жидкостей или двух газов возникает диффузия: молекулы передвигаются быстрее туда, где их меньше, до тех пор пока не распределятся равномерно по всему объему. Диффузия — это пассивное перемешивание частиц, возникающее вследствие теплового движения, неупорядоченное относительно отдельной частицы. В результате диффузии происходит равномерное распределение молекул растворенного вещества и растворителя. Как для всякого движения, для диффузии нужна энергия. Часть внутренней энергии системы, которая может быть потрачена на работу или движение, называется свободной. Свободная энергия, отнесенная к 1 молю вещества, получила название химического потенциала. Химический потенциал — функция концентрации. Чем выше концентрация данного вещества, тем выше его активность и его химический.

потенциал. Диффузия всегда направлена от большей концентрации данного вещества к меньшей, от большего химического потенциала к меньшему. Скорость диффузии прямо пропорциональна концентрации диффундирующего вещества. Она зависит от температуры, природы вещества и разности концентраций. Расстояние, пройденное в процессе диффузии, пропорционально корню квадратному из времени. Диффузия непригодна для передвижения на большие расстояния.

С помощью диффузии вещества поступают в свободное пространство клеточной стенки. Если концентрация данного вещества внутри клетки меньше, чем в ее свободном пространстве, и плазмалемма проницаема для этого вещества, то оно проходит в протопласт тоже с помощью диффузии. Однако скорость диффузии через липидный бислой мембраны сильно зависит от размера молекулы и ее растворимости в липидах. Чем меньше молекула и чем более она растворима в жирах, тем быстрее она диффундирует через мембрану. Это обнаружили в 1899 г. Е. Овертон и Р. Коллайдер. Например, кислород и углекислый газ легко растворяются в липидных бислоях и поэтому быстро проходят через мембрану.

Итак, диффузия — пассивный транспорт, она происходит по градиенту электрохимического потенциала, без траты энергии.

Как сделать, чтобы диффузия шла долго, чтобы увеличение концентрации вещества в клетке не остановило ее? Для этого молекула вошедшего в цитозоль вещества должна так измениться с помощью химической реакции, чтобы мембрана стала для нее непроницаемой. Например, в клетках некоторых бактерий сахара после переноса через плазматическую мембрану фосфорилируются. В результате они становятся заряженными, нс могут выйти из клетки и накапливаются в ней. Кроме того, в результате фосфорилирования концентрация самих нефосфорилированных сахаров внутри клетки остается низкой, так что их диффузия в клетку может продолжаться.

Для объяснения транспорта через мембраны водорастворимых веществ, ионов, а также веществ, транспортируемых против градиента электрохимического потенциала, предложены следующие механизмы.