PROSTA DYFUZJA: PROCES I PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2026

Prosty dyfuzja to proces fizyczny, w którym substancje są przeniesione z regionu, w którym są mocno skoncentrowane na obszarach, gdzie stężenie substancji jest niższe. Prosta dyfuzja to spontaniczny proces, który nie wymaga energii, ale jest wspomagany gradientem stężeń.

Substancje, które są rozpuszczone, nazywane są substancjami rozpuszczonymi, przechodzą przez roztwór (lub gaz) poprzez przypadkowe ruchy. Ruch losowy definiuje się jako ruch zachodzący przypadkowo, w którym nie ma regularnego porządku ani układu, w którym ruchy cząstek zmieniają się w roztworze lub gazie.

Prosta dyfuzja

Jeśli cząsteczki są wystarczająco małe, ta prosta dyfuzja może zachodzić przez błony komórkowe, między poszczególnymi fosfolipidami, które ją tworzą. Membrany mogą być przepuszczalne, nieprzepuszczalne lub półprzepuszczalne.

Membrana przepuszczalna to taka, która przepuszcza każdą substancję, membrana nieprzepuszczalna nie przepuszcza żadnej substancji, a membrana półprzepuszczalna przepuszcza tylko niektóre substancje.

Prosty proces dyfuzji

Prosta dyfuzja odbywa się poprzez działania wiązań wodorowych, które tworzą się między cząsteczkami wody i rozpuszczonymi w niej substancjami rozpuszczonymi. Cząsteczki wody poruszają się losowo i ostatecznie otaczają poszczególne cząsteczki substancji rozpuszczonej, maksymalizując możliwość tworzenia wiązań wodorowych.

Tak więc, gdyby mieszanina substancji została sporządzona w wodzie, początkowo substancja byłaby skoncentrowana w jednym miejscu, początkowym. W tym czasie gradient stężeń jest bardzo duży.

W miarę upływu czasu cząsteczki poruszają się i zderzają ze sobą; ruch ten sprzyja tworzeniu się wiązań między cząstkami substancji rozpuszczonej a rozpuszczalnikiem. Jednak te wiązania szybko się zrywają, ponieważ są bardzo słabe i jest to właściwość, która pozwala im rozprowadzać je w przestrzeni, aż do osiągnięcia równowagi.

W tym momencie, gdy substancja rozpuszczona jest równomiernie rozprowadzona w roztworze, siła gradientu stężenia kończy się.

Proste przykłady dyfuzji

Wymiana gazowa w układzie oddechowym

W układzie oddechowym zwierząt płucnych następuje ciągła wymiana tlenu (O2) i dwutlenku węgla (CO2). Zwierzęta absorbują tlen i wydalają dwutlenek węgla przez prostą dyfuzję.

W płucach stężenie tlenu jest wyższe niż we krwi, więc między tymi dwoma regionami występuje gradient stężenia, co powoduje promowanie dyfuzji tlenu z płuc do krwi.

Podobnie, ponieważ we krwi jest więcej cząsteczek dwutlenku węgla niż w płucach, będą one miały tendencję do przemieszczania się z krwi do płuc.

Rozprowadzanie herbaty w gorącej wodzie

Kiedy na początku parzona jest filiżanka herbaty, jest tylko gorąca woda bez substancji rozpuszczonych. Umieszczając torebkę w gorącej wodzie, zaczyna uwalniać cząsteczki herbaty z torebki - tam, gdzie jest większe stężenie herbaty - do wody, w której stężenie herbaty jest niższe.

Ruchowi cząsteczek sprzyja początkowy gradient stężenia herbaty. Ostatecznie dyfuzja herbaty powoduje wyrównanie stężeń w całej filiżance i jednorodność roztworu (wszystko ma ten sam kolor). W tym momencie nie ma już gradientu stężeń.

Różnice między prostą dyfuzją a ułatwioną dyfuzją

- W prostej dyfuzji cząsteczki swobodnie przechodzą przez błonę komórkową, bez „pomocy” innych struktur. Natomiast w przypadku ułatwionej dyfuzji cząsteczki są transportowane przez małe kanały białkowe, które przechodzą przez całą błonę.

- Dyfuzja prosta jest wolniejsza niż dyfuzja ułatwiona.

- Prosta dyfuzja nie jest specyficzna dla substancji rozpuszczonej, tylko że transportowane cząstki muszą być hydrofobowe, aby mogły bez problemu przejść przez błonę komórkową. Natomiast w przypadku ułatwionej dyfuzji transportowane są określone substancje rozpuszczone.

- Nie można zahamować prostej dyfuzji, podczas gdy ułatwioną dyfuzję mogą zahamować określone cząsteczki, które wiążą się z kanałami transportera.

- Prosta dyfuzja jest zawsze procesem pasywnym, to znaczy nie wymaga energii z ATP. W przeciwieństwie do tego, ułatwiona dyfuzja może być mechanizmem aktywnym lub pasywnym, w zależności od tego, czy wymaga energii ATP, czy nie.

- W przypadku prostej dyfuzji substancje zawsze poruszają się na korzyść gradientu stężenia. Wręcz przeciwnie, przy ułatwionej dyfuzji substancje przechodzą przez membranę przeciw lub na korzyść gradientu stężenia.

- Prosta dyfuzja umożliwia przejście małych i niepolarnych (hydrofobowych) cząsteczek, podczas gdy ułatwiona dyfuzja umożliwia przejście dużych i polarnych (hydrofilowych) cząsteczek.

Różnice między prostą dyfuzją a osmozą

- Prosta dyfuzja odnosi się do ruchu dowolnej substancji jako funkcji jej gradientu stężenia; z drugiej strony, osmoza odnosi się wyłącznie do ruchu wody jako funkcji jej potencjału wodnego.

- Prosta dyfuzja zachodzi w stałych cieczach i gazach. Wręcz przeciwnie, osmoza może wystąpić tylko w ciekłym medium.

- Prosta dyfuzja nie wymaga membrany półprzepuszczalnej, natomiast osmoza to proces zachodzący przez membranę półprzepuszczalną.

- Prosta dyfuzja pomaga wyrównać stężenia rozpuszczonych substancji rozpuszczonych w dostępnej przestrzeni. Osmoza nie sprzyja równości stężeń wody po obu stronach membrany półprzepuszczalnej.

- Między różnymi typami rozpuszczalników może wystąpić prosta dyfuzja. Natomiast osmoza może wystąpić tylko między podobnymi rozpuszczalnikami iw układach biologicznych. Tym rozpuszczalnikiem jest na ogół woda.

- W prostej dyfuzji cząsteczki są rozprowadzane we wszystkich kierunkach, w osmozie przepływ cząsteczek jest zasadniczo w tym samym kierunku.

- Prostego procesu dyfuzji nie można zatrzymać ani odwrócić. Zamiast tego osmozę można zatrzymać lub odwrócić, jeśli dodatkowe ciśnienie zostanie przyłożone po stronie membrany, na której jest mniej wody.

Bibliografia

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.
2. Campbell, N. i Reece, J. (2005). Biology (2nd ed.) Pearson Education.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Molecular Cell Biology (8th ed.). WH Freeman and Company.
4. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Życie: nauka o biologii (7th ed.). Sinauer Associates i WH Freeman.
5. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (2004). Biology (7th ed.) Cengage Learning.
6. Thibodeau, P. (2013). Anatomia Phisiology (8 ^th ). Mosby, Inc.
7. Tortora, G. i Derrickson, B. (2012). Zasady anatomii i fizjologii (13 wyd.). John Wiley & Sons Inc.