5.5 : الانتشار

الانتشار هو الحركة السلبية للمواد أسفل تدرجات تركيزها _ مما لا يتطلب أي إنفاق للطاقة الخلوية. تنتشر المواد ، مثل الجزيئات أو الأيونات ، من منطقة ذات تركيز عالٍ إلى منطقة ذات تركيز منخفض في العصارة الخلوية أو عبر الأغشية. في نهاية المطاف ، سيتساوى التركيز ، مع تحرك المادة عشوائياً ولكن دون إحداث تغيير صافٍ في التركيز. تسمى هذه الحالة بالتوازن الديناميكي ، وهو أمر ضروري للحفاظ على التوازن العام في الكائنات الحية.

العمليات البيولوجية المعتمدة على الانتشار

يلعب الانتشار دوراً أساسياً في العمليات البيولوجية مثل التنفس ، وهي العملية التي تتبادل بها الكائنات الغازات مع بيئتها. بعد استنشاق الهواء ، يكون تركيز الأكسجين في الحويصلات الهوائية ، الأكياس الهوائية للرئة البشرية ، أعلى من تركيز الأكسجين في الدم. ونتيجة لذلك ، ينتشر الأكسجين أسفل تدرج تركيزه في الدم. من أجل الوصول إلى أنسجة الجسم ، يجب أن ينتشر الأكسجين والعناصر الغذائية الأخرى الموجودة في الدم في الأنسجة أسفل تدرجات تركيزها. تنتشر النفايات الأيضية مثل ثاني أكسيد الكربون من الأنسجة إلى الشعيرات الدموية حيث يكون تركيز ثاني أكسيد الكربون أقل من تركيزه داخل أنسجة الجسم. ثم يتم ضخ الدم الحامل لثاني أكسيد الكربون إلى الرئتين حيث ينتشر ثاني أكسيد الكربون بسهولة في الحويصلات الهوائية التي تحتوي على تركيز غاز أقل من الدم. ثم يتم إخراج ثاني أكسيد الكربون من الجسم من الحويصلات الهوائية.

الانتشار هو أيضا المسؤول عن تبادل الغاز في النباتات. ثاني أكسيد الكربون اللازمة لعملية التمثيل الضوئي ينتشر في أوراق النبات من الهواء عبر مسام صغيرة على أوراق تسمى الثغور. و على العكس من ذلك ، فإن الأكسجين المنتج كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الضوئي ينتشر من الأوراق الى الهواء من خلال الثغور.

معدلات الانتشار

تؤثر عوامل مثل درجة الحرارة والكتلة الجزيئية و كثافة المذيبات و قابلية الذوبان و حجم الجزيء ، و تركيز التدرج على معدلات الانتشار. على سبيل المثال ، في المحلول ، كل مادة لها تدرج تركيز خاص بها مستقل عن تدرج تركيز المواد الأخرى. يؤدي اختلاف التركيز الأكبر بين المقصورات إلى معدلات انتشار أسرع. وبالتالي ، كلما اقترب النظام من التوازن ، كان معدل الانتشار أبطأ.

يعتمد معدل انتشار الجزيئات عبر الغشاء في الغالب على كراهيتها النسبية للماء. على وجه التحديد ، تزداد سهولة انتشار الجزيئات من خلال الغشاء كلما كانت غير قطبية و أكثر قابلية للذوبان في الدهون. و هذا يشمل الغازات الصغيرة مثل الأكسجين و ثاني أكسيد الكربون ، فضلا عن مواد أكبر مثل الفيتامينات. سوف تمر الجزيئات الأخرى غير المشحونة و لكنها قطبية ، مثل الماء و الجزيئات الأكبر مثل الجلوكوز ، وإن كان ذلك بمعدل أبطأ بكثير. في المقابل ، يتم طرد الأيونات المشحونة _ بغض النظر عن حجمها _ والبروتينات غير الدهنية القابلة للذوبان بواسطة الطبقة ثنائية الدهون و قد تتطلب آليات أخرى للعبور.

الانتشار البسيط مقابل الانتشار الميسر

يحدث الانتشار البسيط عندما تكون المواد قادرة على الانتشار مباشرة عبر الأغشية على طول تدرجات تركيزها دون مساعدة. ومع ذلك ، يحدث الانتشار الميسر عندما تتطلب المواد استخدام بروتينات نقل مدمجة في الغشاء لاجتياز الأغشية دون إهدار الطاقة.