Diffusjon – fra høy til lav konsentrasjon
Diffusjon er spredning av stoffer i gass og væske der bevegelsen går fra et sted med høy konsentrasjon av stoffet til et sted der konsentrasjonen av stoffet er lavere. Vi sier at stoffet beveger seg med konsentrasjonsgradienten (fra høyere til lavere konsentrasjon). Dette fører til at stoffet blir jevnt fordelt i det rommet som er tilgjengelig.
Eksempel:
Se for deg en dråpe konditorfarge i et glass med vann. Hvordan fordeler fargen seg over tid?
Diffusjon drives av egenbevegelsen til partiklene (atomer, ioner og molekyler). Denne bevegelsen er tilfeldig, men påvirkes av temperatur og massen til partiklene. Små partikler beveger seg raskt ved høy temperatur og vil dermed spre seg raskere i rommet de har tilgjengelig, enn tilfellet er når partiklene er større eller temperaturen er lavere.
Små partikler vil med andre ord diffundere raskere enn store, og diffusjonen går raskere ved høy enn ved lav temperatur.
Diffusjon gjennom membraner
Når det er konsentrasjonsforskjell mellom innsiden og utsiden av en membran, vil dette føre til at stoffer passivt beveger seg gjennom membranen. Det er dette vi kaller passiv transport, og den går alltid med konsentrasjonsgradienten. Når konsentrasjonen av et stoff er lik på begge sider av membranen, vil transporten gjennom membranen være like stor i begge retninger.
Ved passiv transport gjennom membraner skiller vi mellom:
transport direkte gjennom cellemembranen
transport ved hjelp av proteiner
Transport direkte gjennom cellemembranen
Passiv transport av stoffer direkte gjennom cellemembranen kalles gjerne enkel diffusjon. Fettløselige stoffer og små upolare molekyler kan diffundere rett gjennom fosfolipidlaget i cellemembranen. Små molekyler med høy fettløselighet diffunderer raskere enn større molekyler som er mindre løselige i fett.
Stoffer som kan diffundere direkte gjennom fosfolipidlaget, er:
gasser som oksygen (O2) og karbondioksid (CO2)
fettløselige hormoner (steroider) som østrogener, testosteron, tyroksin og adrenalin
fettløselige vitaminer (A, D, E og K)
vannmolekyler (H2O) (Disse er polare, men er så små at de i noen grad kan passere mellom fosfolipidene.)
Transport ved hjelp av proteiner som ikke krever energi
Vannløselige stoffer trenger hjelp fra proteiner for å kunne passere fosfolipidlaget i cellemembranen. Felles for disse transportproteinene er at ingen av dem trenger tilførsel av energi for å transportere ioner eller små molekyler. Passiv transport ved hjelp av membranproteiner kalles gjerne fasilitert diffusjon. I cellemembranen sitter det flere typer spesialiserte proteiner som brukes til transport.
De membranproteinene som brukes i passiv transport, er ionekanaler og bærerproteiner.
Ionekanaler
Noen membranproteiner danner vannfylte kanaler tvers gjennom fosfolipidmembranen. Disse tillater oppløste ioner å strømme fritt gjennom, og kalles derfor ionekanaler. Ionekanalene kan være åpne, eller de kan åpnes og lukkes basert på ulike signaler. Signalene kan være mekaniske som trykk og støt, eller de kan være kjemiske signaler eller elektriske impulser. Dette er rask og effektiv passiv transport.
Ionekanalene er spesifikke for de ionene de transporter. For eksempel er én type kanal åpen for kaliumioner (K+), en annen type kanal for natriumioner (Na+) og en tredje for kloridioner (Cl-).
Bærerproteiner
Større vannløselige molekyler som aminosyrer, glukose og små proteiner må "bæres" over membranen. Slike molekyler binder seg til transportproteiner i membranen slik at proteinet endrer form, og dermed slipper molekylene gjennom.
I tillegg til å frakte større molekyler kan bærerproteiner også frakte små polare molekyler og ioner over membranen.