passzív transzport
annak érdekében, hogy megértsük, hogyan anyagok passzív módon mozognak a sejtmembránon, meg kell érteni a koncentrációgradienseket és a diffúziót. A koncentrációgradiens az anyag koncentrációjának különbsége egy térben. A molekulák (vagy ionok) elterjednek/diffundálnak onnan, ahol koncentráltabbak, oda, ahol kevésbé koncentráltak, amíg egyenlően el nem oszlanak abban a térben. (Amikor a molekulák ilyen módon mozognak, azt mondják, hogy lefelé mozognak koncentrációgradiensükön. A passzív transzport három általános típusa az egyszerű diffúzió, az ozmózis és a megkönnyített diffúzió.
az egyszerű diffúzió a részecskék mozgása a nagyobb koncentrációjú területről az alacsonyabb koncentrációjú területre. Néhány gyakori példa segít bemutatni ezt a koncepciót. Képzelje el, hogy egy zárt fürdőszobában van. Ha egy üveg parfümöt permeteznének, az illatmolekulák természetesen diffundálnának arról a helyről, ahol az üveget hagyták, a fürdőszoba minden sarkába, és ez a diffúzió addig folytatódna, amíg nem marad több koncentrációs gradiens. Egy másik példa egy kanál cukor, amelyet egy csésze teába helyeznek. Végül a cukor diffundál az egész teában, amíg nem marad koncentrációs gradiens. Mindkét esetben, ha a szoba melegebb vagy a tea melegebb, a diffúzió még gyorsabb, mivel a molekulák egymásnak ütköznek és gyorsabban terjednek, mint hűvösebb hőmérsékleten. A belső testhőmérséklete 98,6 Ft körül van, így elősegíti a részecskék diffúzióját a testben.
látogasson el erre a linkre, hogy megnézze a diffúziót, és hogyan hajtja meg az oldatban lévő molekulák kinetikus energiája. Hogyan befolyásolja a hőmérséklet a diffúziós sebességet, és miért?
ha egy anyag nagyobb koncentrációban létezik a féligáteresztő membrán egyik oldalán,például a plazmamembránon, akkor minden olyan anyag, amely lefelé mozoghat a koncentrációgradiensén a membránon. Fontolja meg azokat az anyagokat, amelyek könnyen diffundálhatnak a sejtmembrán lipid kettős rétegén keresztül, például az oxigén (O2) és a CO2 gázokat. Az O2 általában azért diffundál a sejtekbe, mert koncentráltabb rajtuk kívül, a CO2 pedig általában a sejtekből diffundál, mert koncentráltabb bennük. Ezen példák egyike sem igényel energiát a sejt részéről, ezért passzív transzportot használnak a membránon való mozgáshoz. Mielőtt továbblépne, felül kell vizsgálnia azokat a gázokat, amelyek diffundálhatnak a sejtmembránon. Mivel a sejtek az anyagcsere során gyorsan felhasználják az oxigént, jellemzően alacsonyabb az O2 koncentrációja a sejten belül, mint kívül. Ennek eredményeként az oxigén diffundál az intersticiális folyadékból közvetlenül a membrán lipid kettős rétegén keresztül a sejten belüli citoplazmába. Másrészt, mivel a sejtek az anyagcsere melléktermékeként CO2-t termelnek, a CO2-koncentrációk emelkednek a citoplazmában; ezért a CO2 a sejtből a lipid kettős rétegen keresztül az intersticiális folyadékba kerül, ahol koncentrációja alacsonyabb. A molekulák ezen mechanizmusa, ahonnan koncentráltabbak, ahol kevésbé koncentráltak, a passzív transzport egyik formája, az úgynevezett egyszerű diffúzió (3.15.ábra).
3.15.ábra. Egyszerű diffúzió a sejtmembránon (plazma) a lipid kettős réteg szerkezete csak kis, nem poláros anyagokat, például oxigént és szén-dioxidot enged át a sejtmembránon, koncentrációs gradiensükön keresztül, egyszerű diffúzióval.
az ozmózis a víz diffúziója egy féligáteresztő membránon keresztül (3.16.ábra). A víz szabadon mozoghat az összes sejt sejtmembránján, akár fehérjecsatornákon keresztül, akár magának a membránnak a lipidfarkai közé csúszva. Azonban az oldott anyagok koncentrációja a vízben határozza meg, hogy a víz mozog-e a sejtbe, a sejtből vagy mindkettőből.
3.16.ábra. Ozmózis az ozmózis a víz diffúziója egy féligáteresztő membránon keresztül annak koncentrációgradiensén keresztül. Ha egy membrán áteresztő a víz számára, bár nem az oldott anyag számára, akkor a víz kiegyenlíti saját koncentrációját azáltal, hogy az alacsonyabb vízkoncentráció (tehát a magasabb oldott anyagkoncentráció) oldalára diffundál. A bal oldali főzőpohárban a membrán jobb oldalán lévő oldat hipertóniás.
az oldatban oldott anyagok ozmotikus nyomást hoznak létre, amely a vizet húzza. Az ozmózis akkor fordul elő, amikor az oldott anyagok egyensúlyhiánya a sejten kívül, szemben a sejt belsejében. Minél több oldott anyagot tartalmaz egy oldat, annál nagyobb az ozmotikus nyomás az oldatban. Azt mondják, hogy hipertóniás az az oldat, amelynek nagyobb az oldott anyag koncentrációja, mint egy másik oldatnak. A vízmolekulák hajlamosak hipertóniás oldatba diffundálni, mert a magasabb ozmotikus nyomás húzza a vizet (3.17 ábra). Ha egy sejtet hipertóniás oldatba helyeznek, a sejtek összezsugorodnak vagy krenálódnak, amikor a víz ozmózis útján távozik a sejtből. Ezzel szemben azt az oldatot, amelynek alacsonyabb az oldott anyag koncentrációja, mint egy másik oldatnak, hipotóniásnak mondják. A hipotóniás oldatban lévő sejtek túl sok vizet vesznek fel és megduzzadnak, azzal a kockázattal, hogy végül felrobbannak, ezt a folyamatot lízisnek nevezik. Az élőlények homeosztázisának kritikus szempontja egy olyan belső környezet létrehozása, amelyben a test összes sejtje izotóniás oldatban van, olyan környezetben, amelyben két oldatban azonos az oldott anyagok koncentrációja (egyenlő ozmotikus nyomás). Amikor a sejtek és extracelluláris környezetük izotóniás, a vízmolekulák koncentrációja a sejteken kívül és belül azonos, így a víz be-és kifelé áramlik, és a sejtek megőrzik normális alakjukat (és funkciójukat). Különböző szervrendszerek, különösen a vesék, dolgoznak ennek a homeosztázisnak a fenntartásában.
3.17.ábra. Az oldatok koncentrációja a hipertóniás oldat oldott koncentrációja magasabb, mint egy másik oldat. Az izotóniás oldat oldott anyagkoncentrációja megegyezik egy másik oldattal. A hipotóniás oldat oldott anyagkoncentrációja alacsonyabb, mint egy másik oldat.