Difuzia prin Membrane - Echilibrul Donnan

Difuzia, definită ca pătrunderea moleculelor unei substanţe între moleculele altei substanţe, având loc foarte rapid, în milisecunde dacă ne gîndim la o singură celulă. Difuzia liberă poate avea loc pe baza legii lui Fick. Dar difuzia substanţelor spre interiorul şi exteriorul celulei trebuie să se facă prin membrana celulară, a cărei grosime joacă un rol important. Existenţa membranei micşorează viteza de difuzie. Membrana poate fi considerată ca un ciuc – caz în care viteza de difuzie depinde de mărimea porilor şi de numărul lor – ca o structură spongioasă – caz în care transportul lichidelor este influenţat de fenomenele de capilaritate – sau ca o structură policanaliculară– caz în care trecerea lichidelor prin membrană depinde de presiunea hidrostatică, în conformitate cu legea lui Poiseuille. Transportul de substanţe printr-o membrană limitată de o anumită grosime se numeşte permeabilitate şi este măsurat printr-un coeficient de permeabilitate.

În general membranele au o permeabilitate selectivă. Dacă substanţele din lichidul extracelular şi din cel intracelular se găsesc în concentraţii diferite, solventul are tendinţa de a se mişca înspre concentraţia mai mare, datorită presiunii osmotice. Membranele permeabile doar pentru solvent se numesc membrane semipermeabile.

Teoria membranei, ca şi cea a absorbţiei, îşi propune să explice schimbul de substanţe dintre celulă şi mediul extern. Teoria membranei porneşte de la admiterea existenţei unui film coloidal sturcturat, care înveleşte protoplasma, având deci două feţe: exterioară şi interioară. Datele de microscopie electronică confirmă existenţa unei membrane.

Difuzia este un proces de amestecare spontan inițiat (datorită principiului "Mișcării lui Brown") a particulelor a două substanțe, acționând treptat până la completa și ireversibila omogenitate a acestora. Pentru diferite substanțe există, conform legii lui Fick, diferiți coeficienți de difuzie D cu valori de la 1 cm²/s la gaze până la valori mult mai mici (de peste un miliard de ori) în cazul substanțelor solide.

Difuzia moleculară este pătrunderea moleculelor unui corp printre moleculele altuia. Difuzia explică fluxul net al moleculelor dintr-o regiune de concentrație mai mare la una dintre concentrație mai mică, dar este important de remarcat faptul că difuzia, de asemenea, apare atunci când nu există nici un gradient al concentrației. Rezultatul este o amestecare treptată a particulelor.

Într-o fază, cu temperatură uniformă, fiind absente forțe externe nete care acționează asupra particulelor, procesul de difuzie va duce în cele din urmă în amestecarea completă. Exemplu: cerneala și apa. Se auto-amestecă, deci nu există curgere. La o temperatură mai ridicată, viteza de difuzie este mai ridicată datorită agitației termice care este mai intensă. Agitația termică este mișcarea dezordonată a moleculelor unui corp. În interiorul unui gaz sau lichid, există o presiune care provine din ciocnirea moleculelor între ele și pereții vasului. Difuzia apare la corpurile aflate in toate stările de agregare.

Creşterea şi multiplicarea organismelor sunt condiţionate de pătrunderea nutrienţilor estenţiali prin învelişurile celulare şi de eliminarea unor substanţe rezultate din catabolism, împiedicând însă pierdera din celulă a substanţelor necesare. Toate microorganismele au sttructuri barieră, adevărate porţi moleculare care asigură integritatea lor şi limitează intrarea sau ieşirea anumitor compuşi chimici. Datorită acestor structuri, celula bacteriană spre exemplu, nu este niciodată într-o stare de echilibru în raport cu mediul înconjurător în ceea ce priveşte concentraţia diferitelor substanţe de cele două părţi ale membranelor celulare.

Unele substanţe trec liber de cele două părţi, dar de cele mai multe ori nu pot fi transportate numai sub impulsul gradientului de concentraţie, astfel încât transportul lor este condiţionat de intervenţia unor mecanisme speciale.

În funcţie de macanismele fizico-chimice care stau la baza lor, modalităţile generale de transport prin membranele biologice ale elctroliţilor şi neelectroliţilor sunt: difuzia pasivă, difuzia facilitată, difuzia prin canale ionice şi pori, translocaţia de grup, transportul activ şi endocitoza.