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

TL; DR (för länge, läste inte)

Cellmembranet är en barriär mellan cellens inre och omvärlden. En molekyls förmåga 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 hindrar 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.

Cellmembran

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

Koncentration och diffusion

Diffusion uppstår eftersom molekyler sprider sig från områden med hög koncentration till områden med lägre koncentration. Elektrokemisk och kinetisk energi, både kraftdiffusion. Den primära determinanten av huruvida en molekyl kommer diffundera över ett cellemembran är koncentrationen av molekylen på vardera sidan av cellmembranet. Till exempel är den extracellulära koncentrationen av syre högre än den intracellulära koncentrationen, varför syrgas diffunderar in i cellen. Koldioxid diffunderar av liknande skäl.

Laddning och polaritet

En jon är en atom eller molekyl som har en ordentlig 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. Uppladdade 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 behåller emellertid aktivt en elektrisk potential på båda sidor av cellmembranet som kan locka till eller avvisa joner och polariserade molekyler.

Molekylstorlek

Vissa polariserade molekyler är små nog att glida förbi lipid svansar. Vatten är till exempel en polariserad molekyl, men den lilla storleken gör det möjligt att fritt diffundera över cellmembranet. Detta gäller också för koldioxid, biprodukten av cellulär metabolism. Oxygenmolekyler har ingen polaritet och är också små nog att enkelt diffundera in i cellen. Sockermolekyler, som innehåller fem eller flera kolatomer, är både polära och för stora för att diffundera genom cellmembranet och måste resa genom transmembranproteiner.