anatomie și fiziologie

pentru a înțelege modul în care substanțele se mișcă pasiv pe o membrană celulară, este necesar să se înțeleagă gradienții de concentrație și difuzia. Un gradient de concentrație este diferența de concentrație a unei substanțe într-un spațiu. Moleculele (sau ionii) se vor răspândi/difuza de unde sunt mai concentrate până unde sunt mai puțin concentrate până când sunt distribuite în mod egal în acel spațiu. (Când moleculele se mișcă în acest fel, se spune că se deplasează în jos gradientul lor de concentrație.) Trei tipuri comune de transport pasiv includ difuzia simplă, osmoza și difuzia facilitată.

difuzia simplă este mișcarea particulelor dintr-o zonă cu concentrație mai mare într-o zonă cu concentrație mai mică. Câteva exemple comune vor ajuta la ilustrarea acestui concept. Imaginați-vă că vă aflați într-o baie închisă. Dacă s-ar pulveriza o sticlă de parfum, moleculele de parfum s-ar difuza în mod natural din locul în care au lăsat sticla în toate colțurile băii, iar această difuzie ar continua până când nu va mai rămâne niciun gradient de concentrație. Un alt exemplu este o lingură de zahăr plasată într-o ceașcă de ceai. În cele din urmă, zahărul se va difuza în tot ceaiul până când nu rămâne niciun gradient de concentrație. În ambele cazuri, dacă camera este mai caldă sau ceaiul mai fierbinte, difuzia are loc și mai repede, deoarece moleculele se lovesc una de cealaltă și se răspândesc mai repede decât la temperaturi mai reci. Având o temperatură internă a corpului în jurul valorii de 98.6 F, de asemenea, ajută la difuzia particulelor în interiorul corpului.

ori de câte ori o substanță există într-o concentrație mai mare pe o parte a unei membrane semipermeabile, cum ar fi membrana plasmatică, orice substanță care se poate deplasa în jos gradientul său de concentrație pe membrană va face acest lucru. Luați în considerare substanțele care pot difuza cu ușurință prin bistratul lipidic al membranei celulare, cum ar fi gazele oxigen (O2) și CO2. O2 difuzează în general în celule, deoarece este mai concentrat în afara lor, iar CO2 difuzează de obicei din celule, deoarece este mai concentrat în interiorul lor. Niciunul dintre aceste exemple nu necesită energie din partea celulei și, prin urmare, utilizează transportul pasiv pentru a se deplasa prin membrană. Înainte de a trece mai departe, trebuie să revizuiți gazele care pot difuza pe o membrană celulară. Deoarece celulele consumă rapid oxigen în timpul metabolismului, există de obicei o concentrație mai mică de O2 în interiorul celulei decât în exterior. Ca rezultat, oxigenul se va difuza din lichidul interstițial direct prin bistratul lipidic al membranei și în citoplasma din interiorul celulei. Pe de altă parte, deoarece celulele produc CO2 ca produs secundar al metabolismului, concentrațiile de CO2 cresc în citoplasmă; prin urmare, CO2 se va deplasa din celulă prin bistratul lipidic și în fluidul interstițial, unde concentrația sa este mai mică. Acest mecanism de răspândire a moleculelor de unde sunt mai concentrate până unde sunt mai puțin concentrate este o formă de transport pasiv numită difuzie simplă (figura 3.15).

figura 3.15. Difuzie simplă prin membrana celulară (plasmă) structura bistratului lipidic permite doar substanțelor mici, nepolare, cum ar fi oxigenul și dioxidul de carbon, să treacă prin membrana celulară, în jos gradientul lor de concentrație, prin difuzie simplă.

osmoza este difuzia apei printr-o membrană semipermeabilă (figura 3.16). Apa se poate deplasa liber prin membrana celulară a tuturor celulelor, fie prin canalele proteice, fie prin alunecarea între cozile lipidice ale membranei în sine. Cu toate acestea, concentrația de substanțe dizolvate în apă determină dacă apa se va deplasa sau nu în celulă, în afara celulei sau în ambele.

figura 3.16. Osmoza osmoza este difuzia apei printr-o membrană semipermeabilă în jos gradientul său de concentrație. Dacă o membrană este permeabilă la apă, deși nu la un solut, apa își va egaliza propria concentrație difuzând pe partea concentrației mai mici de apă (și, astfel, pe partea concentrației mai mari de solut). În paharul din stânga, soluția din partea dreaptă a membranei este hipertonică.

substanțele dizolvate într-o soluție creează presiune osmotică, o presiune care atrage apa. Osmoza apare atunci când există un dezechilibru al substanțelor dizolvate în afara unei celule față de interiorul celulei. Cu cât conține mai multă soluție, cu atât va fi mai mare presiunea osmotică pe care o va avea soluția. Se spune că o soluție care are o concentrație mai mare de substanțe dizolvate decât o altă soluție este hipertonică. Moleculele de apă tind să difuzeze într-o soluție hipertonică, deoarece presiunea osmotică mai mare atrage apa (figura 3.17). Dacă o celulă este plasată într-o soluție hipertonică, celulele se vor micșora sau se vor crena pe măsură ce apa părăsește celula prin osmoză. În schimb, se spune că o soluție care are o concentrație mai mică de substanțe dizolvate decât o altă soluție este hipotonică. Celulele dintr-o soluție hipotonică vor lua prea multă apă și se vor umfla, cu riscul de a exploda în cele din urmă, un proces numit liză. Un aspect critic al homeostaziei în lucrurile vii este crearea unui mediu intern în care toate celulele corpului sunt într-o soluție izotonică, un mediu în care două soluții au aceeași concentrație de substanțe dizolvate (presiune osmotică egală). Când celulele și mediile lor extracelulare sunt izotonice, concentrația moleculelor de apă este aceeași în afara și în interiorul celulelor, astfel încât apa curge atât în interior, cât și în exterior, iar celulele își mențin forma (și funcția) normală. Diferite sisteme de organe, în special rinichii, lucrează pentru a menține această homeostază.

figura 3.17. Concentrația soluțiilor o soluție hipertonică are o concentrație de solut mai mare decât o altă soluție. O soluție izotonică are o concentrație de solut egală cu o altă soluție. O soluție hipotonică are o concentrație de solut mai mică decât o altă soluție.