Sự khuếch tán, thẩm thấu và vận chuyển chủ động

Tế bào là hệ thống mở thường xuyên phải thu nhận năng lượng và vật chất từ môi trường bên ngoài cho các hoạt động sống liên tục của mình. Chức năng quan trọng nhất của tế bào là điều hòa sự qua lại của các chất giữa bên trong và bên ngoài màng tế bào. Tất cả các chất di chuyển vào hoặc ra tế bào điều phải qua vật cản là màng, mà nó thực hiện chức năng chuyên biệt đó một cách có chọn lọc và định hướng. Kiểm soát việc đó được thực hiện bằng hai cách: sử dụng quá trình vận chuyển thụ động như khuếch tán, thẩm thấu và sự vận chuyển chủ động.

Xem thêm: Vận chuyển các chất qua màng sinh chất

Khả năng đi qua màng của các chất phụ thuộc vào kích thước phân tử, điện tích, độ hòa tan của các phân tử trong chất béo.

1. Khuếch tán và thẩm thấu

Khuếch tán là hiện tượng các phân tử của một chất di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn của chất đó. Quá trình này xảy ra không tiêu tốn năng lượng.

Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào kích thước, hình dạng phân tử, điện tích và nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử chuyển động nhanh hơn và tốc độ khuếch tán tăng.

Các phân tử có thể khuếch tán trực tiếp qua lớp phốtpho lipit hoặc qua cách kênh prôtêin.

Thẩm thấu là sự di chuyển của dung môi (thường là nước) qua màng sinh chất từ nơi có nồng độ chất tan thấp (thế nước cao) đến nơi có đồng độ chất tan cao hơn (thế nước thấp). Nước đi qua màng sinh chất tại kênh prôtêin aquaporin.

Như vậy, khuếch tán và thẩm thấu là hoạt động rất cơ bản cho hoạt động sống của tế bào. Nếu tế bào rơi vào môi trường có nồng độ chất tan cao hơn (áp suất thẩm thấu cao hơn) được gọi là dung dịch ưu trương, nước trong tế bào ra đi ra làm cho tế bào co lại. Nếu tế bào nằm trong dung dịch nhược trương  có nồng độ chất tan thấp hơn (áp suất thẩm thấu thấp hơn) tế bào, nước sẽ vào trong tế bào làm căng ra. Dung dịch có áp suất thẩm thấu bằng với áp suất thẩm thấu của tế bào gọi là đẳng trương. Môi trường sống của nhiều tế bào nhất là môi trường đẳng trương.

2. Vận chuyển chủ động

Sự tham gia với số lượng lớn của lipit vào cấu tạo màng sinh chất giải thích vì sao các phân tử nhỏ của các chất tan trong lipit có thể khuếch ta vào và ra khỏi màng tế bào, nhưng sự thấm qua màng của các chất không tan trong lipit phụ thuộc và các prôtêin màng. Màng tế bào tương đối không thấm đối với các phân tử lớn phân cực. Điều này là một ưu thế vì đa số các chất chuyển hóa trong tế bào đều phân cực, sự không thấm của màng ngăn chúng thoát ra ngoài bằng khuếch tán. Ngoài việc khuếch tán đơn giản (vận chuyển thụ động qua lớp lipit) còn có các kiểu:

• Sự vận chuyển thụ động qua trung gian kênh prôtêin và qua trung gian prôtêin vận chuyển transporter (bơm prôtêin).
• Sự vận chuyển chủ động đòi hỏi cung cấp năng lượng.

Một ví dụ về sự khuếch tán có chọn lọc do protein tải là sự thấm của glucôzơ vào tế bào máu. Các cơ chế này giúp vận chuyển các chát dinh dưỡng phân cực như glucôzơ, các axit amin, các ion,... xuyên qua tấm lipit 2 lớp, ngược gradien nồng độ.