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Diffusione, in biochimica, si riferisce a uno dei molti processi attraverso i quali le molecole possono entrare e uscire dalle cellule attraverso la membrana plasmatica o attraversare le membrane all'interno della cellula, come la membrana nucleare o la membrana che racchiude i mitocondri.
Pensa alla diffusione come a un movimento "alla deriva". Mentre si riferisce a un processo casuale e non guidato, e uno che non richiede un input di energia, segue una regola: le particelle si muovono dalle aree a maggiore concentrazione alle aree a bassa concentrazione, anche se le singole molecole sono libere di muoversi in tutte le direzioni.
Comprensione dei gradienti chimici
Cosa significa che qualcosa si sposta da una regione ad alta concentrazione a una a bassa concentrazione? In primo luogo, è necessario sapere cosa significa "concentrazione" in questo raggiro. Il più delle volte, la concentrazione si riferisce al numero di molecole per unità di volume (ad esempio, millilitri o ml).
Pensa a cosa succede quando prendi un drink di succo d'arancia dalla bottiglia o dal cartone. È probabile che tu percepisca la bevanda come dolce, perché l'alta concentrazione di zucchero nel succo supera quella dei liquidi nel tuo sistema.
Tuttavia, se mescoli il succo con acqua semplice in modo che la soluzione risultante contenga 10 parti di acqua per ogni 1 parte di succo, attendi qualche minuto e prendi un altro sorso, percepirai il fluido come diluito, perché ora è a concentrazione più bassa - meno concentrato, in ogni caso, rispetto ai fluidi corporei.
Poiché le molecole di zucchero nel succo tendono a mescolarsi con le molecole di acqua fino a quando la concentrazione di zucchero è uguale in tutta la soluzione, si dice che la diffusione avviene nella direzione dell'equilibrio.
È importante sottolineare che l'equilibrio non significa una cessazione del movimento delle molecole, ma piuttosto che il movimento delle molecole ha raggiunto un punto di vera casualità perché tutti i gradienti di concentrazione sono stati eliminati.
Il processo di diffusione
Mentre alcune sostanze possono semplicemente diffondersi attraverso le membrane cellulari quando il gradiente di concentrazione lo favorisce, altre sono troppo grandi per farlo tra le molecole fosfolipidiche nella membrana, o portano una carica elettrica netta che si oppone al loro movimento.
La membrana plasmatica è quindi a membrana semipermeabile: Piccole molecole non caricate come acqua (H2O) e anidride carbonica (CO2) possono semplicemente vagare attraverso, mentre altre richiedono aiuto o non sono in grado di attraversare la membrana in modo diretto.
Diffusione semplice è esattamente quello che sembra - il movimento di molecole attraverso una membrana lungo un gradiente di concentrazione come se la membrana non fosse, in effetti, lì. Nel facilitato diffusione, tuttavia, sostanze come ioni (particelle cariche) scendono di un gradiente di concentrazione, ma devono anche attraversare la membrana attraverso speciali canali di trasporto fatto di proteine.
La diffusione tende a procedere fino al raggiungimento della concentrazione di equilibrio. A questo punto, le molecole tendono a lasciare la regione solo attraverso meccanismi di trasporto attivi alimentati da ATP, o adenosina trifosfato - la "valuta energetica" delle cellule.
Pro e contro della diffusione
Tra i lati positivi, il processo di diffusione è "libero" rispetto ad altre forme di trasporto in quanto non richiede energia. Questa è una risorsa importante dato che l'efficienza è enormemente desiderabile nei sistemi biologici e l'energia, proprio come nel mondo "macro", è un premio.
Il lato negativo della diffusione è che è ovviamente insufficiente a spostare le sostanze su un gradiente di concentrazione, e non è difficile immaginare uno scenario in cui sono necessarie molecole all'interno di una cellula nonostante una concentrazione già più alta di queste sostanze all'interno che all'interno al di fuori. Più spesso, tali sostanze devono essere spostate attraverso un gradiente elettrochimico.
Questa è una diversa forma fisica di resistenza, ma è quella che solo un investimento di ATP può superare. Questo viene fatto usando "pompe" a membrana che combattono continuamente la marea del gradiente elettrochimico che si oppone al loro lavoro.