ПРОСТА ДИФУЗІЯ: ПРОЦЕС ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Простий дифузії є фізичний процес , з допомогою якого ці речовини переміщаються з області , де вони мають високу концентрацію в тих областях , де концентрація речовини нижче. Проста дифузія - це спонтанний процес, який не потребує енергії, але сприяє градієнту концентрації.

Речовини, що розчиняються, називаються розчинними речовинами, вони переміщуються через розчин (або газ) випадковими рухами. Випадковий рух визначається як рух, який виникає випадково, коли немає регулярного порядку чи системи, за допомогою якої рухи частинок змінюються в розчині або газі.

Проста дифузія

Якщо молекули досить малі, ця проста дифузія може відбуватися через клітинні мембрани, між окремими фосфоліпідами, що складають її. Мембрани можуть бути проникними, непроникними або напівпроникними.

Проникна мембрана - це та, яка дозволяє будь-якій речовині проходити крізь неї, непроникна мембрана не пропускає жодну речовину, а напівпроникна мембрана дозволяє пропускати лише певні речовини.

Простий процес дифузії

Проста дифузія здійснюється завдяки дії водневих зв’язків, що утворюються між молекулами води та розчиненими в ній розчиненими речовинами. Молекули води рухаються випадковим чином і врешті-решт оточують окремі молекули розчинених речовин, максимізуючи можливість утворення водневих зв’язків.

Таким чином, якби суміш речовини виготовляли у воді, спочатку речовина було б зосереджене в одному місці, вихідному. У той час градієнт концентрації дуже високий.

З плином часу молекули рухаються і стикаються між собою; цей рух сприяє утворенню зв’язків між розчиненими частинками та розчинником. Однак ці зв'язки швидко розриваються, оскільки вони дуже слабкі, і саме ця властивість дозволяє розподіляти їх по простору до досягнення рівноваги.

У той момент, коли розчинний розчин рівномірно розподілений по всьому розчину, сила градієнта концентрації закінчується.

Прості дифузійні приклади

Газообмін в дихальній системі

У дихальній системі легенів тварин постійно обмінюються кисень (O2) і вуглекислий газ (CO2). Тварини поглинають кисень і виганяють вуглекислий газ простою дифузією.

У легенях концентрація кисню вища, ніж у крові, тому між цими двома областями існує градієнт концентрації, і це призводить до сприяння дифузії кисню з легенів у кров.

Так само, оскільки в крові більше молекул діоксиду вуглецю, ніж у легенях, вони будуть схильні рухатися з крові в легені.

Розкладаємо чай у гарячій воді

Коли спочатку заварюється чашка чаю, є тільки гаряча вода без жодного розчиненого речовини. Помістивши пакетик чаю в гарячу воду, він починає виділяти чайні частинки з мішка - там, де вища концентрація чаю - у воду, де концентрація чаю нижча.

Руху молекул сприяє початковий градієнт концентрації чаю. Врешті-решт, дифузія чаю призводить до вирівнювання концентрацій у склянці, а розчин стає однорідним (все виглядає одного кольору). На даний момент градієнт концентрації вже не існує.

Відмінності між простою дифузією та полегшеною дифузією

- При простому дифузії частинки перетинають клітинну мембрану вільно, без «допомоги» інших структур. Навпаки, при полегшеній дифузії молекули транспортуються через невеликі білкові канали, які перетинають всю мембрану.

- Проста дифузія повільніше, ніж полегшена дифузія.

- Проста дифузія не характерна для розчинених речовин, лише те, що частинки, що транспортуються, повинні бути гідрофобними, щоб вони могли без проблем перетинати мембрану клітин. Навпаки, при полегшеній дифузії транспортуються специфічні розчинники.

- Проста дифузія не може бути пригнічена, тоді як полегшена дифузія може бути пригнічена конкретними молекулами, які зв'язуються з транспортерними каналами.

- Проста дифузія - це завжди пасивний процес, тобто він не вимагає енергії від АТФ. Навпаки, полегшена дифузія може бути активним чи пасивним механізмом, залежно від того, потрібна вона енергії АТФ чи ні.

- За допомогою простої дифузії речовини завжди рухаються на користь свого градієнта концентрації. Навпаки, при полегшеній дифузії речовини проходять через мембрану проти градієнта концентрації або на користь цього.

- Проста дифузія дозволяє проходити малі та неполярні (гідрофобні) молекули, тоді як полегшена дифузія дозволяє проходити великі та полярні (гідрофільні) молекули.

Відмінності між простою дифузією та осмосом

- проста дифузія відноситься до руху будь-якої речовини як функції градієнта її концентрації; з іншого боку, осмос стосується виключно руху води як функції її водного потенціалу.

- Проста дифузія відбувається в твердих рідинах і газах. Навпаки, осмос може виникати лише в рідкому середовищі.

- Проста дифузія не потребує напівпроникної мембрани, тоді як осмос - це процес, який відбувається через напівпроникну мембрану.

- Проста дифузія допомагає вирівняти концентрації розчинених розчинних речовин у доступному просторі. Осмоз не сприяє рівності концентрації води з обох боків напівпроникної мембрани.

- Проста дифузія може відбуватися між різними типами розчинників. Навпаки, осмос може виникати лише між аналогічними розчинниками та в біологічних системах. Цей розчинник, як правило, вода.

- При простому дифузії частинки розподіляються в усі сторони, в осмосі потік молекул в основному в тому ж напрямку.

- Простий процес дифузії неможливо зупинити чи повернути назад. Натомість осмос можна зупинити або змінити, якщо додаткове тиск буде надано збоку мембрани, де води менше.

Список літератури

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Молекулярна біологія клітини (6-е видання). Гарленд Наука.
2. Кемпбелл, Н. та Різ, Дж. (2005). Біологія (2-е видання) Пірсонова освіта.
3. Лодіш, Х., Берк, А., Кайзер, К., Крігер, М., Бретчер, А., Плое, Х., Амон, А. і Мартін, К. (2016). Молекулярна клітинна біологія (8-е видання). WH Freeman and Company.
4. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Життя: наука про біологію (7-е видання). Sinauer Associates та WH Freeman.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Біологія (7-е вид.) Навчання за участю.
6. Тібодо, П. (2013). Анатомія та фізіологія (8- ^{е місце} ). Mosby, Inc.
7. Tortora, G. & Derrickson, B. (2012). Принципи анатомії та фізіології (13-е видання). John Wiley & Sons Inc.