Что такое облегченная диффузия? - Определение, характеристики, типы, важность
Термин «облегченная диффузия» используется для описания случая, когда процесс диффузии не происходит без одного или нескольких условий. Эти условия могут быть любыми: от более высоких температур до большего количества питательных веществ. В некоторых случаях добавленное условие предотвратит выполнение исходного условия. Однако в других случаях это приведет к смещению направления реакции, так что диффузия будет происходить так, как если бы имелись две разные концентрации (например, два разных максимума).
Облегченное распространение относится к терминам «фасилитация» и «распространение». Это часть более широкой темы, называемой процессами пограничного слоя, которая связана с тем, как такие вещества, как воздух и вода, проходят через физические границы, такие как стены или полы. При облегченной диффузии рассматривается пограничный слой воздуха.
Facilitated diffusion is a phenomenon in which diffusion occurs through a surface barrier (e.g., a wall or floor) under various conditions.
Облегченная диффузия возникает, когда два вещества с разным давлением паров находятся далеко друг от друга и движутся в противоположных направлениях. В этом случае более летучее вещество будет течь по нижней проницаемой области, а менее летучее вещество будет течь по верхней проницаемой области. Одной из причин облегченной диффузии может быть помощь в контроле температуры, позволяющая газам перемещаться с более высоких до более низких отметок.
Примером облегченной диффузии является то, как люди продвигаются вверх по эволюционной лестнице, постепенно превращаясь в обезьян. Однако его также можно разделить на две конечные точки: внутрикомпартментную и межфациальную. Внутрикомпартментная облегченная диффузия происходит, когда люди из недоступной среды обитания перемещаются в район, который находится ближе к месту, где им нужны ресурсы, что приводит к снижению использования ресурсов, поскольку это облегчает доступ этим людям. Межфазная облегченная диффузия происходит через контакт между людьми, которые физически разделены, и зависит от их близости друг к другу как среды передачи от одного человека к другому.
Внутрикомпартментная облегченная диффузия происходит, когда группа путешествует из труднодоступной области в область, куда легче добраться и передвигаться. Это изменение географического положения делается для того, чтобы люди имели более легкий доступ к своим необходимым ресурсам, что включают пищу, кров и защиту. Он наблюдался у различных видов животных, включая грызунов, рыб, птиц, ленивцев и даже людей.
Было замечено, что грызуны много раз использовали внутрикомпартментную облегченную диффузию по разным причинам. Один пример с ленивцами показывает, что внутри одного и того же вида существуют две отдельные группы по обе стороны реки.
Две отдельные группы - это те, которые находятся ближе всего к реке, и те, которые находятся дальше всего. В группах, расположенных ближе к реке, в первую очередь рождается молодняк, но смертность у них выше. Они делают это для того, чтобы их потомство могло быть более защищено от близких им хищников. Однако у тех, кто находится дальше, выживаемость ниже, чем у тех, кто находится ближе всего к реке, потому что у них меньше еды, чтобы выжить.
Когда эти животные мигрировали издалека друг от друга в более близкие друг к другу, наблюдалось увеличение как поведения, так и уровня смертности у тех, кто был ближе друг к другу. Они сделали это, потому что теперь для обеих групп был гораздо более доступный источник пищи. Кроме того, вокруг больше не было хищников, угрожающих их выживанию, и они могли размножаться чаще.
Межфазная облегченная диффузия - это когда два человека в разных географических точках физически разделены, но могут достигать друг друга через вещество, которое они производят или циркулируют в своем теле, и распространяют его по физической среде. Примером этого может быть то, как муравьи перемещаются из одного места в другое, чтобы распространить свой феромон.
Характеристики облегченной диффузии
Облегченная диффузия — это частный случай диффузии растворенного вещества через полупроницаемую мембрану. Когда раствор добавляется к полупроницаемой мембране, он равномерно распределяется по поверхности, а затем останавливается. Более того, в этой модели диффузия будет происходить при прохождении воды через поры, размер которых равен размеру молекул, транспортируемых за счет облегченной диффузии.
Эту теорию можно объяснить, если рассмотреть, как растворенные вещества переносятся через мембраны, которые проницаемы для небольших ионов, но не для крупных, таких как ионы натрия или калия. Заряд молекулы распределяется таким образом, что позволяет ей диффундировать в мембрану. Эти маленькие заряженные частицы будут прыгать через мембрану и проходить через поры одинакового размера.
Например, рассмотрим водные растворы, содержащие молекулярные ионы Na+ и K+ с зарядами +0,3 и +1 соответственно. Диффузия Na+ относительно K+ через полупроницаемую мембрану облегчается за счет более высокого значения K+. Например, диффундирующий Na+ легко проходит через поры диаметром менее 0,21 Å, а коэффициент диффузии свободного Na+ значительно ниже и составляет 0,0043 м2/с по сравнению с коэффициентом диффузии свободного K+.
Факторы, влияющие на облегченную диффузию
Облегченная диффузия — это тип пассивного транспорта, который происходит, когда движению растворителей или растворенных веществ через мембрану помогает промежуточная молекула или транспортный белок. Как следует из названия, облегченная диффузия зависит от некоторой внешней силы, помогающей перемещать растворители и растворенные вещества через мембрану. Этой внешней силой могут быть градиенты химического потенциала, электрические градиенты, градиенты концентрации и т. д.
На облегченную диффузию влияют три фактора:
- Размер и форма молекул
- Характеристики проницаемости мембран
- Градиент концентрации растворителя между двумя областями, разделенными мембранным барьером
Чем облегченная диффузия отличается от диффузии и активного транспорта?
Чтобы позволить химическому веществу синхронно перемещаться по клеткам, ионы распределяются между различными мембранами, из которых состоит клетка. Движение ионов облегчается диффузией и поддерживается диффузионными насосами. Движение в клетках посредством активного транспорта требует аденозинтрифосфата (АТФ). Активный транспорт включает ферменты, АТФ-синтазу и источник энергии.
При облегченной диффузии липиды служат переносчиками ионных частиц через липидные бислойные мембраны. Диффузия является пассивным процессом, поскольку движение веществ, необходимое для облегчения диффузии, обеспечивается внешними силами, такими как осмос, или поддерживается самими мембранами. При облегченной диффузии движение ионов является пассивным из-за осмоса и других внешних факторов. Движение ионов является пассивным из-за того, что липидные двухслойные мембраны в клетках устроены таким образом, чтобы позволить различным частям клетки обмениваться и транспортировать ионы. При облегченной диффузии перенос ионов происходит с одной стороны мембраны на другую за счет проникновения белков пор. Проницаемость включает перемещение веществ с одной стороны мембраны на другую и включает структурные изменения липидных бислоев мембран. Вторая сила для активного транспорта обеспечивается насосами, которые пропускают ионные вещества или метаболиты через клеточные мембраны, перекачивая их против электрохимических градиентов.
Какие типы переносчиков используются при облегченной диффузии?
Облегченная диффузия — это процесс, при котором вещества перемещаются через мембрану из области с более низкой концентрацией в область с более высокой концентрацией, если существует разница в химическом потенциале. Распространение требует воды и не обязательно включает живые клетки. Существуют различные транспортеры, используемые для облегченной диффузии, такие как простая диффузия, сопряженный транспорт и транспорт, опосредованный переносчиком.
При простой диффузии растворенное вещество перемещается из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией до тех пор, пока концентрации не сравняются. Вот что происходит, когда вы насыпаете соль в воду, потому что частицы разделяются за счет силы притяжения и отталкивания зарядов между одноименно заряженными ионами.
Связанный транспорт — это когда присутствует более одного транспортера, например NHE-PDC и P2X 7.
Опосредованный переносчиком транспорт происходит, когда рецепторный белок связывается с внешним переносчиком для увеличения концентрации растворенного вещества. Это происходит с аминокислотами в крови, глюкозой в крови и белковыми лигандами в клеточных мембранах.
Кондиционирование: Белковые лиганды связываются с белками-носителями, заставляя их образовывать большие комплексы с рецепторами снаружи клеток, которые присоединены к другим белкам-носителям. Затем переносчики активируют переносчики и вызывают облегченную диффузию веществ. Именно так аминокислоты в крови перемещаются из сосудистой системы в клетки, которые в них нуждаются.
Концептуальные вопросы
Вопрос 1. Каково определение облегченной диффузии?
Отвечать:
Facilitated diffusion happens when a molecule needs assistance in crossing through a membrane. This assistance comes in the form of a protein known as a carrier. The carrier will speed up the process so that it takes less time to cross the membrane. This process allows the molecule to be transferred more quickly across the membrane.
Вопрос 2: Является ли облегченная диффузия пассивной или активной?
Отвечать:
Facilitated diffusion is passive. A carrier will be attracted to molecules by their electrical charges, and this attraction along with random collisions will pull them through.
Вопрос 3: Что такое перевозчик и как он работает?
Отвечать:
Carriers are proteins or lipids within membranes and provide a pathway for other molecules to cross that membrane. They are also known as “carrier proteins. “A carrier will be capable of binding to the surface of other molecules and then assist with the formation of a pore or channel in the membrane. This pore will allow smaller molecules to pass through quicker, thus facilitating diffusion.
Вопрос 4: Откуда мы знаем, как это происходит?
Отвечать:
We can investigate this by looking at diffusing particles through a membrane. If we put two identical particles into a test tube containing two different solutions and only one solution is kept in place, one particle will enter the channel and move freely in one direction until it leaves the other solution. What happened? The agent that was not kept in place was an inhibitor.
Вопрос 5: Как мы можем использовать это для изучения диффузии?
Отвечать:
We look at a most common example of facilitated diffusion. What happens when you make a solution containing only X and Y (for instance) and then add an inhibitor. If we keep the inhibitor in place and split the solution into two equal portions, one containing X and one containing Y, both solutions should be able to diffuse freely.
Вопрос 6: Почему облегченная диффузия работает именно так?
Отвечать:
The agent which inhibits barrier transport will remain stationary in the membrane unless it is attracted by another molecule that has a stronger affinity for it (in other words, the agent stays on the surface of molecules until there is another molecule that has a stronger affinity for it). In other words, the inhibitor will stay in place. The same thing happens to the other solution (the X and Y solution), it also remains stationary in the membrane until there is another molecule that has a stronger affinity for it.
Вопрос 7: Как вы можете доказать, что это происходит?
Отвечать:
If we take a container (for instance) and put two solutions of different molecules into two separate ports, the molecules will be able to diffuse freely — because there is no barrier to stop them from moving from one part of the container to another part.