Difüzyon, moleküllerin daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir birine hareket ettiği pasif bir taşıma işlemidir.
Bir örnek ile açıklayacak olursak; Birisi mutfakta yemek pişirirken, koku evin içinde dolaşmaya başlar ve sonunda herkes akşam yemeğinde ne olduğunu söyleyebilir! Bu, koku moleküllerinin havadan, yüksek konsantrasyonlu bir alandan (mutfak) düşük konsantrasyonlu alanlara (üst kattaki yatak odanız) dağılmasına bağlıdır.
Difüzyon pasif bir nakil sürecidir. Tek bir madde, konsantrasyon bir alan boyunca eşit oluncaya kadar yüksek konsantrasyonlu bir alandan düşük konsantrasyonlu bir alana hareket etme eğilimindedir. Maddelerin hava yoluyla difüzyonuna aşinasınız. Örneğin, insanlarla dolu bir odada bir şişe amonyak açan birini düşünün. Amonyak gazı şişedeki en yüksek konsantrasyondadır; en düşük konsantrasyon odanın kenarlarındadır. Amonyak buharı şişeden yayılır veya dağılır; giderek daha fazla insan yayılırken amonyağın kokusunu alacak. Materyaller hücre sitozolünde difüzyonla hareket eder ve bazı materyaller plazma zarından difüzyonla hareket eder. Difüzyon enerji harcamaz. Aksine, konsantrasyon gradyanları potansiyel bir enerji şeklidir.
Hücre dışı sıvı gibi bir ortamdaki her bir ayrı madde, diğer malzemelerin konsantrasyon gradyanlarından bağımsız olarak kendi konsantrasyon gradyanına sahiptir. Ek olarak, her madde bu gradyana göre yayılacaktır. Bir sistem içerisinde, farklı maddelerin ortamdaki farklı difüzyon hızları olacaktır.
Difüzyonu Etkileyen Faktörler
Moleküller sürekli olarak kütlelerine, çevrelerine ve sahip oldukları termal enerji miktarına bağlı olarak rasgele bir şekilde hareket ederler ki bu da sıcaklığın bir işlevidir. Bu hareket, moleküllerin, içinde bulundukları ortamın hangi ortamdan yayıldığını açıklar. Bir madde, içinde eşit bir şekilde dağılıncaya kadar mevcut olan herhangi bir alana hareket etme eğiliminde olacaktır. Bir madde, konsantrasyon gradyanını kaldıran bir boşluktan tamamen dağıldıktan sonra, moleküller hala boşlukta hareket edecektir, fakat molekül sayısının bir alandan diğerine net hareketi olmayacaktır. Bir maddenin net bir hareketinin bulunmadığı bir konsantrasyon gradyanının bulunmaması, dinamik denge olarak bilinir.
- Konsantrasyon derecesinin kapsamı: Konsantrasyon farkı ne kadar büyük olursa, difüzyon da o kadar hızlı olur. Malzemenin dağılımı ne kadar yaklaşırsa, difüzyon hızı da o kadar yavaşlar.
- Yayılan moleküllerin kütlesi: Daha ağır moleküller daha yavaş hareket eder; bu nedenle daha yavaş dağılırlar. Bunun tersi daha hafif moleküller için geçerlidir.
- Sıcaklık: Yüksek sıcaklıklar enerjiyi ve dolayısıyla moleküllerin hareketini artırarak difüzyon hızını arttırır. Düşük sıcaklıklar moleküllerin enerjisini azaltır, böylece difüzyon hızını azaltır.
- Solvent yoğunluğu: Bir solventin yoğunluğu arttıkça, difüzyon hızı azalır. Moleküller yavaşlar çünkü yoğun ortamdan geçmekte daha zorlanırlar. Ortam daha az yoğunsa, difüzyon artar. Hücreler birincil olarak sitoplazma içindeki malzemeleri taşımak için difüzyon kullandığından, sitoplazma yoğunluğundaki herhangi bir artış malzemelerin hareketini engeller. Buna bir örnek dehidrasyon yaşayan bir kişidir. Vücudun hücreleri su kaybettikçe, sitoplazmada difüzyon oranı azalır ve hücrelerin işlevleri bozulur. Nöronlar bu etkiye karşı çok hassas olma eğilimindedir. Dehidrasyon, hücrelerdeki difüzyon hızındaki düşüş nedeniyle sıklıkla bilinç kaybına ve muhtemelen komaya neden olur.
- Çözünürlük: Daha önce tartışıldığı gibi, polar olmayan veya lipitte çözünür malzemeler, plazma membranlarından polar malzemelere göre daha kolay geçer ve bu da daha hızlı bir yayılma hızına izin verir.
- Plazma zarının yüzey alanı ve kalınlığı: Artan yüzey alanı difüzyon hızını arttırırken, daha kalın bir zar onu azaltır.
- Gidilen mesafe: Bir maddenin hareket etmesi gereken mesafe arttıkça, difüzyon hızı yavaşlar. Bu, hücre boyutuna üst sınırlama getirir. Büyük, küresel bir hücre ölecektir çünkü besinler veya atıklar hücrenin merkezine ulaşamaz veya bırakamaz. Bu nedenle, hücrelerin ya birçok prokaryotta olduğu gibi küçük olması ya da tek hücreli ökaryotların çoğunda olduğu gibi düzleştirilmesi gerekir.
Bir difüzyon varyasyonu, filtrasyon işlemidir. Filtrelemede, malzeme, konsantrasyon gradyanına göre bir zar boyunca hareket eder; Bazen difüzyon hızı basınçla artar, bu da maddelerin daha hızlı süzülmesine neden olur. Bu, kan basıncının büyük miktarda suya ve buna eşlik eden çözünmüş maddelere veya çözünen maddelere kandan ve böbrek tübüllerine girdiği böbreklerde meydana gelir. Bu durumda difüzyon oranı neredeyse tamamen basınca bağlıdır. Yüksek tansiyonun etkilerinden biri, idrardaki proteinlerin ortaya çıkmasıdır; bu da anormal yüksek basınç tarafından sıkılır.
