anatomi og fysiologi

for at forstå, hvordan stoffer bevæger sig passivt over en cellemembran, er det nødvendigt at forstå koncentrationsgradienter og diffusion. En koncentrationsgradient er forskellen i koncentration af et stof på tværs af et rum. Molekyler (eller ioner) spredes/diffunderes fra hvor de er mere koncentreret til hvor de er mindre koncentreret, indtil de er ligeligt fordelt i dette rum. (Når molekyler bevæger sig på denne måde, siges de at bevæge sig ned i deres koncentrationsgradient.) Tre almindelige typer passiv transport inkluderer enkel diffusion, osmose og lettere diffusion.

simpel Diffusion er bevægelsen af partikler fra et område med højere koncentration til et område med lavere koncentration. Et par almindelige eksempler hjælper med at illustrere dette koncept. Forestil dig at være inde i et lukket badeværelse. Hvis en flaske parfume blev sprøjtet, ville duftmolekylerne naturligt diffundere fra det sted, hvor de forlod flasken til alle hjørner af badeværelset, og denne diffusion ville fortsætte, indtil der ikke var mere koncentrationsgradient tilbage. Et andet eksempel er en skefuld sukker placeret i en kop te. Til sidst diffunderer sukkeret gennem teen, indtil der ikke er nogen koncentrationsgradient tilbage. I begge tilfælde, hvis rummet er varmere eller teen varmere, forekommer diffusion endnu hurtigere, da molekylerne støder ind i hinanden og spreder sig hurtigere end ved køligere temperaturer. At have en indre kropstemperatur omkring 98,6 liter f hjælper således også med diffusion af partikler i kroppen.

når et stof findes i større koncentration på den ene side af en semipermeabel membran, såsom plasmamembranen, vil ethvert stof, der kan bevæge sig ned i sin koncentrationsgradient over membranen, gøre det. Overvej stoffer, der let kan diffundere gennem lipid-dobbeltlaget i cellemembranen, såsom gasserne ilt (O2) og CO2. O2 diffunderer generelt i celler, fordi det er mere koncentreret uden for dem, og CO2 diffunderer typisk ud af celler, fordi det er mere koncentreret inde i dem. Ingen af disse eksempler kræver nogen energi fra cellens side, og derfor bruger de passiv transport til at bevæge sig over membranen. Før du går videre, skal du gennemgå de gasser, der kan diffundere over en cellemembran. Fordi celler hurtigt bruger ilt under metabolisme, er der typisk en lavere koncentration af O2 inde i cellen end udenfor. Som et resultat diffunderer ilt fra den interstitielle væske direkte gennem membranets lipiddobbelte lag og ind i cytoplasmaet i cellen. På den anden side, fordi celler producerer CO2 som et biprodukt af metabolisme, stiger CO2-koncentrationerne i cytoplasmaet; derfor vil CO2 bevæge sig fra cellen gennem lipid-dobbeltlaget og ind i det interstitielle væske, hvor dets koncentration er lavere. Denne mekanisme af molekyler, der spredes fra hvor de er mere koncentrerede til hvor de er mindre koncentration, er en form for passiv transport kaldet simpel diffusion (figur 3.15).

figur 3.15. Enkel Diffusion på tværs af cellemembranen (Plasma) strukturen af lipid-dobbeltlaget tillader kun små, ikke-polære stoffer såsom ilt og kulsyre at passere gennem cellemembranen ned ad deres koncentrationsgradient ved simpel diffusion.

osmose er diffusion af vand gennem en semipermeabel membran (figur 3.16). Vand kan bevæge sig frit over cellemembranen i alle celler, enten gennem proteinkanaler eller ved at glide mellem lipidhalerne i selve membranen. Imidlertid, det er koncentration af opløste stoffer i vandet, der bestemmer, om vand bevæger sig ind i cellen, ud af cellen, eller begge dele.

figur 3.16. Osmose osmose er diffusion af vand gennem en semipermeabel membran ned dens koncentrationsgradient. Hvis en membran er permeabel for vand, men ikke for et opløst stof, vil vand udligne sin egen koncentration ved at diffundere til siden af lavere vandkoncentration (og dermed siden af højere opløst stofkoncentration). I bægeret til venstre er opløsningen på højre side af membranen hypertonisk.

opløste stoffer i en opløsning skaber osmotisk tryk, et tryk, der trækker vand. Osmose opstår, når der er en ubalance af opløste stoffer uden for en celle versus inde i cellen. Jo mere opløst stof en opløsning indeholder, jo større er det osmotiske tryk, som opløsningen vil have. En opløsning, der har en højere koncentration af opløste stoffer end en anden opløsning, siges at være hypertonisk. Vandmolekyler har tendens til at diffundere i en hypertonisk opløsning, fordi det højere osmotiske tryk trækker vand (figur 3.17). Hvis en celle placeres i en hypertonisk opløsning, vil cellerne skrumpe eller crenere, når vand forlader cellen via osmose. I modsætning hertil siges en opløsning, der har en lavere koncentration af opløste stoffer end en anden opløsning, at være hypotonisk. Celler i en hypotonisk opløsning vil påtage sig for meget vand og svulme op med risiko for til sidst at sprænge, en proces kaldet lysis. Et kritisk aspekt af homeostase i levende ting er at skabe et indre miljø, hvor alle kroppens celler er i en isotonisk opløsning, et miljø, hvor to opløsninger har den samme koncentration af opløste stoffer (lige osmotisk tryk). Når celler og deres ekstracellulære miljøer er isotoniske, er koncentrationen af vandmolekyler den samme udenfor og inde i cellerne, så vand strømmer både ind og ud, og cellerne opretholder deres normale form (og funktion). Forskellige organsystemer, især nyrerne, arbejder for at opretholde denne homeostase.

figur 3.17. Koncentration af opløsninger en hypertonisk opløsning har en opløsningskoncentration højere end en anden opløsning. En isotonisk opløsning har en opløst koncentration svarende til en anden opløsning. En hypotonisk opløsning har en opløst koncentration lavere end en anden opløsning.