En cells välbefinnande beror på dess förmåga att kontrollera passagen av molekyler över cellmembranet. Vissa molekyler kan diffundera genom cellmembranet utan någon hjälp från cellen. Andra kräver hjälp av transmembranproteiner för att flytta in i eller ut ur cellen. Tre primära faktorer avgör om en molekyl kommer att diffundera över ett cellmembran: koncentration, laddning och storlek.

TL; DR (för lång; läste inte)

Cellmembranet är en barriär mellan cellens inre och omvärlden. Förmågan hos en molekyl att resa över ett membran beror på dess koncentration, laddning och storlek. I allmänhet diffunderar molekyler över membran från områden med hög koncentration till låg koncentration. Cellmembran förhindrar laddade molekyler från att komma in i cellen om inte cellen upprätthåller en elektrisk potential. Små molekyler kan emellertid kunna glida genom membranet oavsett laddning.
Cellmembranet.

Ett cellmembran innehåller två lager fosfolipider. Varje fosfolipidmolekyl har ett hydrofilt fosfathuvud och två hydrofoba lipidhalar. Huvudena sträcker sig längs cellmembranets inre och yttre ytor, medan svansarna fyller mellanrummet. Olika typer av transmembranproteiner ger underlättad diffusion eller aktiv transport för molekyler som inte passivt kan diffundera genom cellmembranet. Primär aktiv transport kräver att cellen spenderar energi för att flytta molekyler genom cellmembranet. Diffusion kräver ingen energi från cellen för att göra det.
Koncentration och diffusion

Diffusion uppstår eftersom molekyler gillar att sprida sig från områden med hög koncentration till områden med lägre koncentration. Elektrokemisk och kinetisk energi båda kraftdiffusion. Den primära bestämningen för huruvida en molekyl kommer att diffundera över ett cellmembran är koncentrationen av molekylen på varje sida av cellmembranet. Till exempel är den extracellulära koncentrationen av syre högre än den intracellulära koncentrationen, varför syre diffunderar in i cellen. Koldioxid sprider sig av liknande skäl.
Laddning och polaritet.

En jon är en atom eller molekyl som har en direkt laddning på grund av en obalans mellan antalet protoner och elektroner. Polaritet är en ojämn fördelning av laddning över en molekyl, med några delvis positiva och negativa regioner. Laddade och polariserade molekyler upplöses i vatten medan oladdade molekyler upplöses i lipider. Lipidsvansarna i cellmembranet förhindrar laddade och polariserade molekyler från att diffundera genom cellmembranet. Vissa celler upprätthåller emellertid aktivt en elektrisk potential på endera sidan av cellmembranet som kan locka till eller avvisa joner och polariserade molekyler. Till exempel är vatten en polariserad molekyl, men den lilla storleken gör det möjligt att diffundera fritt över cellmembranet. Detta gäller också koldioxid, biprodukten av cellulär metabolism. Syre-molekyler har ingen polaritet och är också tillräckligt små för att lätt diffundera in i cellen. Sockermolekyler, som innehåller fem eller fler kolatomer, är både polära och för stora för att diffundera genom cellmembranet och måste färdas genom transmembranproteiner.