Difusión

La difusión es el movimiento pasivo de sustancias a favor de sus gradientes de concentración, sin necesidad de gastar energía celular. Las sustancias, como moléculas o iones, se difunden desde un área de alta concentración a una de baja concentración en el citosol o a través de membranas. Con el tiempo se alcanza un equilibrio dinámico y la sustancia se moverá aleatoriamente, pero sin provocar un cambio neto en su distribución. Este estado se denomina equilibrio dinámico, que es esencial para mantener la homeostasis general en los organismos vivos.

procesos biológicos dependientes de la difusión

La difusión desempeña un papel crucial en procesos biológicos como la respiración, mediante el cual los organismos intercambian gases con su entorno. Después de inhalar aire, la concentración de oxígeno en los alvéolos (sacos aéreos del pulmón humano) es mayor que en la sangre. En consecuencia, el oxígeno se difunde a favor de su gradiente de concentración hacia el torrente sanguíneo. Una vez en la sangre, el oxígeno y otros nutrientes deben difundirse hacia los tejidos corporales, siguiendo sus respectivos gradientes de concentración. Por otro lado, los desechos metabólicos, como el dióxido de carbono, se difunden desde los tejidos (donde su concentración es mayor) hacia los capilares sanguíneos. La sangre transporta el dióxido de carbono hacia los pulmones, donde este gas se difunde hacia los alvéolos, cuya concentración de dióxido de carbono es menor que en la sangre. Finalmente, el dióxido de carbono es exhalado al exterior a través de los alvéolos."

La difusión también es responsable del intercambio de gases en las plantas. El dióxido de carbono necesario para la fotosíntesis se difunde desde el aire hacia las hojas de las plantas a través de pequeños poros de las hojas llamados estomas. Por el contrario, el oxígeno producido como subproducto de la fotosíntesis se difunde fuera de las hojas y hacia el aire a través de los estomas.

Tasas de difusión

Factores como la temperatura, la masa molecular, la densidad del disolvente, la solubilidad y la magnitud del gradiente de concentración de una molécula influyen en las velocidades de difusión. Por ejemplo, en solución, cada sustancia tiene su propio gradiente de concentración que es independiente del de otras sustancias. Una mayor diferencia de concentración entre compartimentos conduce a velocidades de difusión más rápidas. En consecuencia, cuanto más cerca esté un sistema del equilibrio, más lenta será la velocidad de difusión.

La velocidad de difusión a través de una membrana depende principalmente de la hidrofobicidad relativa de las moléculas. Específicamente, cuanto más liposolubles y apolares sean las moléculas, más fácilmente se difundirán a través de la membrana. Esto incluye gases pequeños como el oxígeno y el dióxido de carbono, así como sustancias más grandes como las vitaminas. Otras moléculas polares, pero sin carga, como el agua y otras más grandes como la glucosa, pasarán a través de él, aunque a un ritmo mucho más lento. Por el contrario, los iones cargados, sin importar su tamaño, y las proteínas no solubles en lípidos son repelidos por la bicapa lipídica y requieren otros mecanismos para cruzar.

Difusión simple versus difusión facilitada

La difusión simple ocurre cuando las sustancias pueden difundir directamente a través de las membranas a lo largo de sus gradientes de concentración sin ayuda. Sin embargo, la difusión facilitada tiene lugar cuando las sustancias requieren el uso de proteínas de transporte integradas en la membrana para atravesar las membranas sin gastar energía.