Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

5.5: Difüzyon (Yayılma)
TABLE OF
CONTENTS

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Diffusion
 
TRANSCRIPT

5.5: Diffusion

5.5: Difüzyon (Yayılma)

Diffusion is the passive movement of substances down their concentration gradients—requiring no expenditure of cellular energy. Substances, such as molecules or ions, diffuse from an area of high concentration to an area of low concentration in the cytosol or across membranes. Eventually, the concentration will even out, with the substance moving randomly but causing no net change in concentration. Such a state is called dynamic equilibrium, which is essential for maintaining overall homeostasis in living organisms.

Diffusion-dependent Biological Processes

Diffusion plays an integral role in biological processes such as respiration, the process by which organisms exchange gases with their environment. After breathing in air, the concentration of oxygen in the alveoli, air sacs of the human lung, is higher than the oxygen concentration in the blood. Consequently, oxygen diffuses down its concentration gradient into the blood. In order to get into body tissue, oxygen and other nutrients carried in the blood must diffuse into tissues down their concentration gradients. Metabolic waste such as carbon dioxide diffuses from tissues into capillaries where the carbon dioxide concentration is less than that inside body tissues. Blood carrying carbon dioxide is then pumped to the lungs where carbon dioxide readily diffuses into alveoli that have a lower concentration of the gas than blood. Carbon dioxide is then exhaled out of the body from the alveoli.

Diffusion is also responsible for gas exchange in plants. The carbon dioxide needed for photosynthesis diffuses into plant leaves from the air through small pores on leaves called stomata. Conversely, oxygen produced as a byproduct of photosynthesis diffuses out of leaves and into the air through stomata.

Diffusion Rates

Factors such as temperature, molecular mass, solvent density, solubility, and the magnitude of a molecule’s concentration gradient influence diffusion rates. For instance, in solution, each substance has its own concentration gradient that is independent of the concentration gradient of other substances. A larger concentration difference between compartments leads to faster diffusion rates. Consequently, the closer a system is to equilibrium, the slower the rate of diffusion.

The rate of diffusion across a membrane depends mostly on the molecules’ relative hydrophobicity. Specifically, the more lipid soluble and nonpolar molecules are, the more readily they will diffuse through the membrane. This includes small gases such as oxygen and carbon dioxide, as well as larger substances like vitamins. Other uncharged but polar molecules, such as water and larger ones like glucose will pass through, although at a much slower rate. In contrast, charged ions—no matter their size—and non-lipid soluble proteins are repelled by the lipid bilayer and require other mechanisms to cross.

Simple Diffusion vs. Facilitated Diffusion

Simple diffusion occurs when substances are able to directly diffuse across membranes along their concentration gradients without assistance. However, facilitated diffusion takes place when substances require the use of membrane-embedded transport proteins to traverse membranes without expending energy.

Difüzyon, konsantrasyon gradyanlarındaki maddelerin pasif hareketidir ve hücresel enerji harcaması gerektirmez. Moleküller veya iyonlar gibi maddeler, yüksek konsantrasyonlu bir bölgeden sitosol veya membranlar arasında düşük konsantrasyonlu bir alana yayılır. Sonunda, konsantrasyon bile dışarı olacak, madde rasgele hareket ile ama konsantrasyon hiçbir net değişime neden. Böyle bir durum dinamik denge denir, hangi canlıorganizmalarda genel homeostaz korumak için gereklidir.

Difüzyona Bağlı Biyolojik Süreçler

Difüzyon, organizmaların çevreleriyle gaz değiştirme süreci olan solunum gibi biyolojik süreçlerde ayrılmaz bir rol oynar. Hava soluduktan sonra, alveollerde oksijen konsantrasyonu, insan akciğerinin hava keseleri, kandaki oksijen konsantrasyonundan daha yüksektir. Sonuç olarak, oksijen kana konsantrasyon gradyanı aşağı yayılır. Vücut dokusuna girebilmek için, kanda taşınan oksijen ve diğer besinlerin konsantrasyon gradyanlarından dokulara yayılmalıdır. Karbondioksit gibi metabolik atıklar dokulardan kılcal damarlara yayılır ve karbondioksit konsantrasyonu vücut dokularının içindekinden daha azdır. Karbondioksit taşıyan kan daha sonra karbondioksit kolayca kan daha gaz daha düşük bir konsantrasyona sahip alveoller içine yayılır akciğerlere pompalanır. Karbondioksit daha sonra alveollerden vücuttan dışarı solunduğunda.

Difüzyon da tesislerde gaz değişimi sorumludur. Fotosentez için gerekli olan karbondioksit, stomata adı verilen yapraklarda küçük gözenekler aracılığıyla havadan bitki yapraklarına yayılır. Tersine, fotosentezin bir yan ürünü olarak üretilen oksijen yapraklardan dışarı yayılır ve stomata ile havaya.

Difüzyon Oranları

Sıcaklık, moleküler kütle, çözücü yoğunluğu, çözünürlüğü ve molekülün konsantrasyon gradyanının büyüklüğü difüzyon oranlarını etkiler. Örneğin, çözeltide, her maddenin diğer maddelerin konsantrasyon degradebağımsız kendi konsantrasyon gradyanı vardır. Bölmeler arasındaki daha büyük bir konsantrasyon farkı daha hızlı difüzyon oranlarına yol açar. Sonuç olarak, bir sistem ne kadar yakın silersek, difüzyon oranı o kadar yavaş tır.

Bir membran boyunca difüzyon oranı çoğunlukla moleküllerin göreceli hidrofobiklik bağlıdır. Özellikle, daha lipid çözünür ve nonpolar moleküller, daha kolay onlar membran yoluyla yayılır. Bu oksijen ve karbondioksit gibi küçük gazlar içerir, yanı sıra vitaminler gibi büyük maddeler. Su ve glikoz gibi daha büyük moleküller gibi diğer yüksüz ama polar moleküller, çok daha yavaş bir oranda olsa da, geçecek. Buna karşılık, yüklü iyonlar-boyutları ne olursa olsun-ve non-lipid çözünür proteinler lipid çift katmanlı tarafından püskürtülür ve diğer mekanizmaları geçmek gerektirir.

Basit Difüzyon vs Kolaylaştırılmış Difüzyon

Basit difüzyon, maddeler yardım almadan konsantrasyon degradeleri boyunca membranlar arasında doğrudan yayılabilir olduğunda oluşur. Ancak, kolaylaştırılmış difüzyon, maddelerin enerji harcayarak membranları geçmek için membrana gömülü taşıma proteinlerinin kullanılmasını gerektirdiğinde gerçekleşir.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter