SỰ KHUẾCH TÁN ĐƠN GIẢN: QUY TRÌNH VÀ VÍ DỤ - SINH HỌC - 2025

Sự khuếch tán đơn giản là quá trình vật lý trong đó các chất được di chuyển từ vùng mà bạn tập trung cao độ đến vùng có nồng độ chất thấp hơn. Sự khuếch tán đơn giản là một quá trình tự phát không cần năng lượng, nhưng được thúc đẩy bởi một gradient nồng độ.

Các chất bị hòa tan được gọi là chất tan, chúng di chuyển trong dung dịch (hoặc chất khí) bằng các chuyển động ngẫu nhiên. Chuyển động ngẫu nhiên được định nghĩa là chuyển động xảy ra tình cờ, trong đó không có trật tự hoặc hệ thống đều đặn mà chuyển động của các hạt thay đổi trong dung dịch hoặc chất khí.

Khuếch tán đơn giản

Nếu các phân tử đủ nhỏ, sự khuếch tán đơn giản này có thể xảy ra qua màng tế bào, giữa các phospholipid riêng lẻ tạo nên nó. Các màng có thể thấm, không thấm hoặc bán thấm.

Màng thấm là màng cho phép bất kỳ chất nào đi qua, màng không thấm không cho chất nào đi qua và màng bán thấm chỉ cho phép một số chất nhất định đi qua.

Quá trình khuếch tán đơn giản

Sự khuếch tán đơn giản được thực hiện thông qua hoạt động của các liên kết hydro hình thành giữa các phân tử nước và các chất hòa tan trong đó. Các phân tử nước di chuyển ngẫu nhiên và cuối cùng bao quanh các phân tử chất tan riêng lẻ, tối đa hóa cơ hội hình thành liên kết hydro.

Vì vậy, nếu một hỗn hợp của một chất được tạo ra trong nước, ban đầu chất đó sẽ tập trung ở một nơi duy nhất, chất ban đầu. Khi đó gradien nồng độ rất cao.

Khi thời gian trôi qua, các phân tử chuyển động và va chạm với nhau; chuyển động này thúc đẩy sự hình thành liên kết giữa các hạt chất tan và dung môi. Tuy nhiên, những liên kết này bị phá vỡ nhanh chóng vì chúng rất yếu và đây là đặc tính cho phép chúng phân bố khắp không gian cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng.

Tại thời điểm đó, nơi chất tan được phân bố đồng đều trong dung dịch, lực của gradien nồng độ kết thúc.

Ví dụ khuếch tán đơn giản

Trao đổi khí trong hệ hô hấp

Trong hệ hô hấp của động vật phổi, oxy (O2) và carbon dioxide (CO2) được trao đổi liên tục. Động vật hấp thụ ôxy và thải khí cacbonic bằng cách khuếch tán đơn giản.

Ở phổi, nồng độ oxy cao hơn trong máu, do đó có một gradient nồng độ giữa hai vùng này, và điều này làm cho quá trình khuếch tán oxy từ phổi đến máu được thúc đẩy.

Tương tự, vì có nhiều phân tử carbon dioxide trong máu hơn trong phổi, chúng sẽ có xu hướng di chuyển từ máu vào phổi.

Pha trà trong nước nóng

Khi một tách trà được pha ban đầu chỉ có nước nóng mà không có bất kỳ chất hòa tan nào. Bằng cách đặt túi trà vào nước nóng, nó bắt đầu giải phóng các hạt trà từ túi - nơi có nồng độ trà cao hơn - vào nước, nơi có nồng độ trà thấp hơn.

Sự chuyển động của các phân tử được tạo ra bởi gradient nồng độ ban đầu của trà. Cuối cùng, sự khuếch tán của trà làm cho nồng độ trong toàn bộ cốc cân bằng và dung dịch trở nên đồng nhất (tất cả đều có màu giống nhau). Tại thời điểm này không còn một gradient nồng độ.

Sự khác biệt giữa khuếch tán đơn giản và khuếch tán thuận lợi

- Trong sự khuếch tán đơn giản, các hạt đi qua màng tế bào một cách tự do, không cần sự “trợ giúp” của các cấu trúc khác. Ngược lại, trong sự khuếch tán có điều kiện, các phân tử được vận chuyển qua các kênh protein nhỏ xuyên qua toàn bộ màng.

- Khuếch tán đơn giản chậm hơn khuếch tán có điều kiện.

- Sự khuếch tán đơn giản không đặc trưng cho chất tan, chỉ là các phần tử được vận chuyển phải kỵ nước để chúng có thể qua màng tế bào mà không gặp vấn đề gì. Ngược lại, trong sự khuếch tán thuận lợi, các chất hòa tan đặc hiệu được vận chuyển.

- Sự khuếch tán đơn giản không thể bị ức chế, trong khi sự khuếch tán được tạo điều kiện có thể bị ức chế bởi các phân tử cụ thể gắn với các kênh vận chuyển.

- Sự khuếch tán đơn giản luôn là một quá trình thụ động, tức là nó không cần năng lượng từ ATP. Ngược lại, sự khuếch tán thuận lợi có thể là một cơ chế chủ động hoặc thụ động, tùy thuộc vào việc nó có cần năng lượng của ATP hay không.

- Trong khuếch tán đơn giản, các chất luôn chuyển động có lợi cho gradien nồng độ của chúng. Ngược lại, trong sự khuếch tán được tạo điều kiện, các chất đi qua màng chống lại hoặc có lợi cho gradient nồng độ của nó.

- Khuếch tán đơn giản cho phép các phân tử nhỏ và không phân cực (kỵ nước) đi qua, trong khi khuếch tán thuận lợi cho phép các phân tử lớn và phân cực (ưa nước) đi qua.

Sự khác biệt giữa khuếch tán đơn giản và thẩm thấu

- Sự khuếch tán đơn giản đề cập đến chuyển động của bất kỳ chất nào như một hàm của gradien nồng độ của nó; mặt khác, thẩm thấu chỉ đề cập đến chuyển động của nước như một chức năng của tiềm năng nước của nó.

- Sự khuếch tán đơn giản xảy ra trong chất lỏng rắn và chất khí. Ngược lại, hiện tượng thẩm thấu chỉ có thể xảy ra trong môi trường lỏng.

- Khuếch tán đơn giản không cần màng bán thấm, trong khi thẩm thấu là quá trình xảy ra qua màng bán thấm.

- Khuếch tán đơn giản giúp cân bằng nồng độ của các chất hòa tan hòa tan trong không gian có sẵn. Sự thẩm thấu không có lợi cho sự bằng nhau của nồng độ nước ở cả hai phía của màng bán thấm.

- Sự khuếch tán đơn giản có thể xảy ra giữa các loại dung môi. Ngược lại, sự thẩm thấu chỉ có thể xảy ra giữa các dung môi tương tự và trong các hệ thống sinh học. Dung môi này nói chung là nước.

- Trong khuếch tán đơn giản, các hạt phân bố theo mọi hướng, trong thẩm thấu dòng của các phân tử về cơ bản là theo cùng một hướng.

- Quá trình khuếch tán đơn giản không thể bị dừng hoặc đảo ngược. Thay vào đó, quá trình thẩm thấu có thể bị dừng hoặc đảo ngược nếu áp lực bổ sung được áp dụng ở phía bên của màng nơi có ít nước hơn.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Sinh học phân tử của tế bào (xuất bản lần thứ 6). Khoa học Garland.
2. Campbell, N. & Reece, J. (2005). Sinh học (xuất bản lần thứ 2) Pearson Education.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Sinh học tế bào phân tử (xuất bản lần thứ 8). WH Freeman và Công ty.
4. Purves, W., Sadava, D., Orians, G. & Heller, H. (2004). Cuộc sống: khoa học sinh học (xuất bản lần thứ 7). Sinauer Associates và WH Freeman.
5. Solomon, E., Berg, L. & Martin, D. (2004). Sinh học (xuất bản lần thứ 7) Cengage Learning.
6. Thibodeau, P. (2013). Giải phẫu và Sinh lý học ( ^thứ 8 ). Mosby, Inc.
7. Tortora, G. & Derrickson, B. (2012). Nguyên tắc của Giải phẫu và Sinh lý học (xuất bản lần thứ 13). John Wiley & Sons Inc.