- Difusi bersifat pasif. Tidak ada energi yang ditransfer untuk itu terjadi.
- Zat menyebar dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Ini disebut gradien konsentrasi.
- Tingkat difusi dipengaruhi oleh suhu karena mempengaruhi cara partikel bergerak.
- Laju difusi dipengaruhi oleh luas permukaan membran yang tersedia.
- Difusi dapat difasilitasi oleh protein membran.
- Difusi air disebut osmosis.
Apa itu Difusi
Difusi adalah proses yang tidak dapat dibalik dengan mana sekelompok partikel didistribusikan secara merata dalam suatu media baik kosong atau dibentuk oleh kelompok partikel lain. Proses difusi secara statistik dapat diprediksi secara keseluruhan, meskipun pergerakan setiap partikel yang terisolasi sepenuhnya acak. Difusi didorong oleh pergerakan termal dari partikel-partikel yang membentuk sistem itu dan diproduksi sepanjang garis perbedaan konsentrasi terbesar antara daerah, yaitu, mengikuti gradien konsentrasi.
Dalam sel, permukaan yang memisahkan sistem dari lingkungan sekitarnya adalah membran sel dan pertukaran zat antara sel dan media harus terjadi melalui membran ini. Pertukaran ini sangat penting untuk menjaga integritas sel dan untuk menyediakan berbagai spesies kimia yang diperlukan untuk proses metabolisme yang terjadi secara permanen di dalamnya. Seperti yang kita lihat, zat bergerak didorong oleh gradien potensi kimia atau elektrokimia. Setiap zat dibentuk oleh molekul-molekul yang memiliki jumlah energi panas tertentu yang mengindikasikan gerakan spontan mereka, akibat dari pergerakan termal adalah difusi. Sebagian besar bagian molekul melalui membran sel diproduksi oleh difusi sederhana. Ketika satu molekul lebih terkonsentrasi di satu sisi membran daripada di sisi lain dan membran itu permeabel, ada kecenderungan bagi molekul untuk berdifusi melalui membran demi gradien konsentrasinya. Pemindahan ini terjadi tanpa pengeluaran energi eksternal (transportasi pasif).
Contoh penting difusi adalah pengambilan oksigen sel dengan melakukan respirasi seluler. Oksigen terlarut berdifusi ke dalam sel melalui membran sel. Ketika respirasi sel mengkonsumsi O2 yang masuk, difusi dalam sel akan berlanjut karena gradien konsentrasi mendukung pergerakan ke arah itu. Hal yang sama terjadi, tetapi dalam arah yang berlawanan, dengan karbon dioksida.
Fungsi Difusi
Difusi adalah fungsi penting dalam organisme hidup. Difusi adalah pergerakan molekul secara acak tetapi terarah dari tempat konsentrasi tinggi ke tempat konsentrasi rendah. Konsep sederhana difusi ini menjelaskan proses pertukaran sel-sel gas beracun dengan gas yang menopang kehidupan.
Difusi juga menjelaskan bagaimana sel-sel saraf dapat mengirim sinyal listrik ke satu sama lain sel. Difusi memberi tahu sel-sel embrionik tempat merangkak dan kapan mereka telah tiba. Difusi juga memungkinkan untuk mengurangi hilangnya panas tubuh ke lingkungan sekitar.
Fungsi Difusi untuk Pertukaran gas
Paru-paru memiliki kantung kecil mirip anggur kosong yang merupakan pusat pertukaran gas. Sel-sel tubuh secara konstan membuat molekul energi untuk mempertahankan aktivitas sehari-hari mereka. Tidak hanya proses ini, yang disebut respirasi sel, membutuhkan gas oksigen untuk bekerja, ia menghasilkan gas karbon dioksida, yang beracun bagi sel.
Karbon dioksida yang diproduksi oleh sel-sel di seluruh tubuh dibawa dalam darah ke paru-paru. Di paru-paru, karbon dioksida berdifusi keluar dari darah dan masuk ke kantung mirip anggur. Gas oksigen yang dihembuskan ke paru-paru bergerak berlawanan arah. Oksigen memasuki darah. Pertukaran gas vital ini terjadi melalui difusi melintasi lapisan tipis sel dalam pembuluh darah yang mengelilingi kantung mirip anggur.
Fungsi Difusi untuk Impuls saraf
Sel-sel saraf yang disebut neuron berkomunikasi dengan sel-sel lain dengan mengirimkan sinyal listrik di sepanjang membran sel mereka. Saat istirahat, bagian dalam membran neuron bermuatan negatif, sedangkan bagian luar bermuatan positif. Sinyal listrik dihasilkan ketika membran membiarkan ion dari luar mengalir ke dalam sel. Aliran ini mengubah muatan pada bagian dalam membran dari negatif ke positif. Sakelar yang bertanggung jawab ini adalah sinyal listrik yang bergerak sepanjang lengan neuron. Pergerakan ion yang menghasilkan listrik adalah difusi.
Fungsi Difusi untuk Gradien morfogen
Perkembangan embrio adalah proses di mana organ, anggota tubuh dan sayap mulai berkembang. Proses di mana embrio berubah bentuk untuk mulai terlihat seperti orang dewasa miniatur dimungkinkan karena difusi. Kelompok sel yang berbeda di berbagai bagian embrio melepaskan protein yang disebut morfogen.
Morfogen seperti parfum, menarik sel dari jauh untuk bergerak lebih dekat. Perkembangan embrionik adalah simfoni yang indah dari banyak gradien morfogen yang saling tumpang tindih dan saling bersaing. Hasilnya adalah bahwa kaki hanya berkembang di tubuh, antena hanya berkembang di kepala, dan sayap berkembang di punggung hewan. Gradien morfogen dimungkinkan karena protein berdifusi.
Counter Pertukaran Panas Saat Ini
Homeotermata adalah hewan yang mengatur suhu tubuh mereka secara internal, sebagai lawan harus mandi atau berlari dari matahari.
Satu masalah yang dihadapi homeotermata adalah hilangnya panas di lingkungan yang dingin. Paus pembunuh adalah contoh hewan yang menghadapi masalah ini, karena mereka berenang di air dingin. Sirip dan sirip paus pembunuh tipis dan kehilangan banyak panas ke air di sekitarnya.
Karena sirip dan sirip adalah bagian dari paus, darah harus membawa oksigen dan panas dari pusat tubuh ke pelengkap ini. Salah satu cara paus pembunuh mempertahankan panas adalah arteri mereka yang membawa darah hangat ke pelengkap mereka tepat di sebelah vena yang membawa darah kembali ke tubuh.
Dengan demikian, panas yang hilang dari arteri yang bergerak menuju ujung sirip diambil oleh darah yang ada di pembuluh darah, bergerak kembali ke dalam tubuh.
Difusi terfasilitasi
Fungsi difusi difasilitasi (dimediasi saluran) seperti sebuah jembatan di atas sungai yang harus menaikkan dan menurunkan untuk memungkinkan kapal untuk melewati.
Ketika jembatan ini diturunkan, kapal tidak bisa melewati ke sisi lain dari sungai. Demikian pula, sebuah protein saluran terjaga keamanannya karena sering tetap tertutup, tidak memungkinkan zat ke dalam sel sampai menerima sinyal (seperti pengikatan ion) untuk membuka. Ketika sinyal ini diterima, jembatan (pintu gerbang) terbuka, yang memungkinkan kapal (zat) untuk melewati jembatan dan ke sisi lain sungai (sel).
Difusi terfasilitasi adalah jenis transportasi pasif. Tidak seperti difusi sederhana di mana bahan melewati membran tanpa bantuan protein, transpor difasilitasi, juga disebut difusi difasilitasi, bahan berdifusi melintasi membran plasma dengan bantuan protein membran. Sebuah gradien konsentrasi ada yang akan memungkinkan bahan-bahan untuk berdifusi ke dalam sel tanpa pengeluaran energi sel.
Namun, bahan ini ion atau molekul polar yang ditolak oleh bagian hidrofobik dari membran sel. Protein transpor yang difasilitasi melindungi bahan-bahan dari gaya tolak membran, yang memungkinkan mereka untuk berdifusi ke dalam sel.
Bahan yang diangkut pertama melekat pada protein atau glikoprotein reseptor pada permukaan luar membran plasma. Hal ini memungkinkan bahan yang dibutuhkan oleh sel untuk dihapus dari cairan ekstraselular.
Zat tersebut kemudian diteruskan ke protein integral tertentu yang memfasilitasi perjalanan mereka. Beberapa dari protein integral adalah koleksi lembar beta-lipit yang membentuk saluran melalui fosfolipid bilayer. Lainnya adalah protein pembawa yang mengikat dengan substansi dan membantu difusi melalui membran.
Saluran
Protein integral terlibat dalam transportasi difasilitasi secara kolektif disebut sebagai protein transpor; mereka berfungsi sebagai salah satu saluran untuk bahan atau operator. Dalam kedua kasus, mereka adalah protein transmembran. Saluran khusus untuk bahan yang sedang diangkut.
Saluran protein memiliki domain hidrofilik yang terkena cairan intraseluler dan ekstraseluler; mereka Sebagai tambahan memiliki saluran hidrofilik melalui inti mereka yang menyediakan pembukaan terhidrasi melalui lapisan membran.
Perjalanan melalui saluran memungkinkan senyawa polar untuk menghindari lapisan tengah nonpolar dari membran plasma yang seharusnya memperlambat atau mencegah mereka masuk ke dalam sel. Aquaporin adalah saluran protein yang memungkinkan air untuk melewati membran pada tingkat yang sangat tinggi.
Protein saluran yang baik terbuka setiap saat atau mereka “terjaga keamanannya,” yang mengontrol pembukaan saluran. Lampiran dari ion khusus pada protein saluran dapat mengontrol pembukaan atau mekanisme lain atau zat yang mungkin terlibat.
Dalam beberapa jaringan, natrium dan klorida ion lewat dengan bebas melalui saluran terbuka, sedangkan pada jaringan lain, gerbang harus dibuka untuk memungkinkan bagian.
Contoh difusi terfasilitasi menggunakan protein saluran terjadi pada ginjal, di mana kedua bentuk saluran yang ditemukan di berbagai bagian tubulus ginjal. Sel yang terlibat dalam transmisi impuls listrik, seperti saraf dan sel-sel otot, telah terjaga keamanannya saluran untuk natrium, kalium, dan kalsium dalam membran mereka.
Pembukaan dan penutupan saluran ini mengubah konsentrasi relatif pada sisi yang berlawanan dari membran ion ini, sehingga fasilitasi transmisi listrik sepanjang membran (dalam kasus sel-sel saraf) atau kontraksi otot (dalam kasus sel-sel otot).
Protein pembawa
Tipe lain dari protein yang tertanam dalam membran plasma adalah protein pembawa. Protein ini mengikat zat dan, dalam melakukannya, memicu perubahan bentuk sendiri, memindahkan molekul terikat dari luar sel ke bagian dalamnya; tergantung pada gradien, materi bisa bergerak dalam arah yang berlawanan.
Protein pembawa biasanya spesifik untuk substansi tunggal. Hal ini menambah selektivitas keseluruhan dari membran plasma. Mekanisme yang tepat untuk perubahan bentuk yang kurang dipahami.
Protein dapat berubah bentuk ketika ikatan hidrogen mereka yang terpengaruh, tetapi hal ini mungkin tidak sepenuhnya menjelaskan mekanisme ini. Setiap protein pembawa khusus untuk satu substansi, dan ada sejumlah terbatas dari protein ini dalam membran apapun. Hal ini dapat menyebabkan masalah dalam mengangkut cukup material untuk sel berfungsi dengan baik.
Contoh difusi terfasilitasi menggunakan protein pembawa ini terjadi di ginjal. Glukosa, air, garam, ion, dan asam amino yang dibutuhkan oleh tubuh akan disaring di salah satu bagian ginjal. Filtrat ini, yang mencakup glukosa, kemudian diserap kembali di bagian lain dari ginjal. Karena ada hanya jumlah terbatas protein pembawa untuk glukosa, jika lebih banyak glukosa hadir daripada protein dapat menangani, kelebihan tersebut tidak diangkut; itu dikeluarkan dari tubuh dalam urin. Dalam individu diabetes, ini digambarkan sebagai “menumpahkan glukosa ke dalam urin.” Sebuah kelompok yang berbeda dari protein pembawa yang disebut protein transpor glukosa, atau gluts, yang terlibat dalam pengangkutan glukosa dan gula heksosa lainnya melalui membran plasma dalam tubuh.
Protein saluran dan protein pembawa mengangukut molekul pada tingkat yang berbeda. Protein saluran mengangkut jauh lebih cepat daripada protein pembawa. Protein saluran memfasilitasi difusi pada tingkat puluhan juta molekul per detik, sedangkan protein pembawa bekerja pada tingkat seribu sampai satu juta molekul per detik.
Difusi sederhana
Difusi sederhana adalah proses dimana aliran molekul terjadi melalui membran permeabel tanpa hanya ada kontribusi eksternal dari energi molekul. Proses difusi seserhana, yang pada akhirnya disebabkan oleh perbedaan konsentrasi molekul antara dua cara yang dipisahkan oleh membran, tidak memerlukan pasokan energi karena kekuatan pendorong utamanya adalah peningkatan total entropi sistem.
Difusi sederhana pada dasarnya adalah difusi zat melalui membran tanpa memerlukan bantuan zat lain, seperti protein. Contoh penting difusi sederhana adalah gas karbon dioksida untuk tumbuhan. Ketika stomata terbuka, ia masuk ke tanaman, sebagai akibat dari pindah dari konsentrasi yang lebih tinggi ke daerah konsentrasi yang lebih rendah.
Dalam proses ini perpindahan molekul terjadi mengikuti gradien konsentrasi, molekul melintasi membran dari media di mana mereka berada dalam konsentrasi yang lebih besar, ke media di mana mereka berada dalam konsentrasi yang lebih rendah.
Proses difusi sederhana dijelaskan oleh Hukum Fick, yang menghubungkan kepadatan aliran molekul dengan perbedaan konsentrasi antara dua media yang dipisahkan oleh membran, koefisien difusi yang sama dan permeabilitas dari membran
Proses difusi sederhana sangat penting untuk pengangkutan molekul kecil melalui membran sel. Ini adalah satu-satunya mekanisme dimana oksigen memasuki sel yang menggunakannya sebagai akseptor akhir elektron dalam rantai pernapasan dan salah satu mekanisme utama regulasi osmotik dalam sel.
Difusi sederhana dalam membran sel
Dalam difusi sederhana melalui membran biologis, molekul terlarut kecil non-polar (tanpa biaya) bergerak langsung melalui membran demi gradien konsentrasi mereka. Oksigen dan karbon dioksida dapat berdifusi dengan cepat melalui membran. Tingkat difusi sederhana berhubungan langsung dengan konsentrasi zat terlarut; Semakin terkonsentrasi zat terlarut, semakin cepat difusi.
Dalam kasus sel hidup, proses difusi sederhana dibentuk melalui membran sel, jadi sebenarnya ada tiga proses difusi berantai, difusi yang terjadi di tengah konsentrasi yang lebih tinggi, difusi yang terjadi pada media pemisahan dan difusi yang terjadi dalam media konsentrasi yang lebih rendah. Karena proses pembatasan kecepatan difusi melalui media pemisahan, model dapat disederhanakan di mana aliran partikel tergantung pada perbedaan konsentrasi antara kedua sisi media pemisahan dan pada jenis interaksi yang disajikan molekul. Ini akan melintasi membran dengan media itu.
Molekul yang dapat dengan mudah melintasi membran sel, karena fenomena ini, hanyalah molekul gas (misalnya CO2, O2), molekul hidrofobik (misalnya benzena) dan molekul polar kecil (misalnya H2O dan etanol) Ini karena molekul hidrofobik dan apolar larut dalam daerah pusat apolar lipid bilayer, dan molekul polar kecil cukup kecil sehingga interaksi yang tidak menguntungkan dikompensasi oleh peningkatan entropi sistem.
Di sisi lain, molekul polar besar seperti glukosa, asam amino dan molekul atau ion bermuatan (Hx +, Na +, Cl + dan Ca2 +) menjalin interaksi yang terlalu kuat dengan media berair di luar lipid bilayer, sehingga mereka merasa sangat tidak menguntungkan dari sudut pandang energi untuk memutuskan interaksi ini untuk melintasi wilayah hidrofobik pusat. Akibatnya, membran biologis praktis tahan terhadap jenis molekul ini, sehingga mereka membutuhkan mekanisme transportasi lain.