Khuếch tán là gì?

Câu trả lời chính xác nhất là: Hiện tượng khuếch tán là hiện tượng mà quá trình chuyển động của các phân tử dưới một gradient nồng độ. Đó là một quá trình quan trọng xảy ra trong tất cả các chúng sinh. Sự khuếch tán giúp di chuyển các chất ra vào tế bào. Các phân tử di chuyển từ vùng có nồng độ cao hơn sang vùng có nồng độ thấp hơn cho đến khi nồng độ trở nên bằng nhau. Quá trình này xảy ra không tiêu tốn năng lượng.

Để tìm hiểu rõ hơn về khái niệm Sự khếch tán là gì? Thì hãy cùng Top lời giải tìm hiểu nội dung bên dưới nhé.

1. Khuếch tán là gì?

Hiện tượng khuếch tán là hiện tượng mà quá trình chuyển động của các phân tử dưới một gradient nồng độ. Đó là một quá trình quan trọng xảy ra trong tất cả các chúng sinh. Sự khuếch tán giúp di chuyển các chất ra vào tế bào. Các phân tử di chuyển từ vùng có nồng độ cao hơn sang vùng có nồng độ thấp hơn cho đến khi nồng độ trở nên bằng nhau. Quá trình này xảy ra không tiêu tốn năng lượng.

>>> Xem thêm: Đặc điểm hình thái của lá giúp CO₂ khuếch tán vào lá là trong lớp biểu bì lá?

2. Đặc điểm của sự khuếch tán

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

Khuếch tán được coi là một hình thức vận chuyển tế bào thụ động, vì nó không cần thêm năng lượng cho nó xảy ra. Khuếch tán sinh học có thể được chia thành khuếch tán đơn giản và khuếch tán thuận lợi.

Một số ví dụ về sự khuếch tán trong những mạng lưới hệ thống sinh học như sau:

Trao đổi khí ở phế nang trong hô hấp.

Trao đổi khí để quang hợp ở lá cây.

Chuyển chất dẫn truyền thần kinh “acetylcholine” tại khớp thần kinh.

2. Phân loại khuếch tán

Sự khuếch tán qua màng tế bào được chia thành hai dạng được gọi là khuếch tán đơn giản (simple diffusion) và khuếch tán được làm dễ (facilitated diffusion).

Khuếch tán đơn giản nghĩa là động lực di chuyển của phân tử or ion xảy ra khi màng tế bào mở hay chúng vượt qua giữa các gian phân tử không có bất kỳ ảnh hưởng từ các protein mang. Tỷ lệ khuếch tán được xác định bởi số lượng các chất có hiệu lực,  vận tốc của động lực chuyển động, và số lượng kích cỡ mở của màng tế bào mà phân tử hay ion có thể vượt qua.

Khuếch tán được làm dễ cần đến sự giúp đỡ của protein mang. Protein mang giúp một phân tử hay ion đi qua màng bởi liên kết hóa học với chúng.

Giống như hình trên, khuếch tán đơn giản có thể xảy ra theo 2 cách: (1) vvượt qua các kẽ hở của màng lipid nếu các chất hòa tan trong lipid;(2) vượt qua các protein vận chuyển khi các phân tử đó hòa tan trong nước không thể đi qua màng trực tiếp.

Khuếch tán của các chất tan trong lipid qua màng tế bào: một nhân tố quan trọng xác định một chất khuếch tán nhanh qua màng lipid bằng cơ chế nào đó là xác định chất đó tan trong lipid hay không. Ví dụ, lipid hòa tan được oxygen, nitrogen, CO2, và alcolhols rất cao, vì vậy nên chúng có thể đi qua màng tế bào trực tiếp.

Khuếch tán của nước và các phân tử không tan trong lipid qua các kệnh protein: mặc dù nước không thể tn được trong lipid, nhưng nó vượt qua màng bằng các kênh của phân tử protein. Sự nhanh chóng đi qua màng tế bào của nước là một sự đáng kinh ngạc, ví dụ, tổng lượng nước khuếch tán qua màng tế bào hồng cầu trong mỗi giây là 100 lần thể tích của hồng cầu. Những chất không tan trong lipid khác cũng có thể đi qua các kênh protein trong một vài cách như nước nếu chúng hòa tan và đủ nhỏ. Tuy nhiên, khi chúng là những chất có cấu tạo lớn hơn sự thâm nhập cũng không còn nhanh chóng nữa. Ví dụ, đường kính của phân tử ure chỉ lớn hơn 20% của nước nhưng chúng lại đi qua màng tế bào bằng 1/1000 lần của nước.

Khuếch tán qua lỗ protein và kênh protein, sự chọn lọc của kênh: Bằng kỹ thuật điện toán hình ảnh 3D người ta đã cho tháy các lỗ hay kênh protein có lối mòn dạng hình ống cho các phân tử đi qua. Các chất có thể khuếch tán đơn giản qua những lỗ này. Những cái lỗ như vậy được tạo thành từ toàn bộ protein màng bằng cách mở các ống xuyên màng và chúng luôn luôn mở. Tuy nhiên đường kính của các lỗ này lại có sự chọn lọc với các phân tử. Ví dụ, kênh aquaporin hay còn gọi là kênh nước, cho phép nước đi qua nhanh chóng nhưng lại chặn những phân tử khác. Có ít nhất 13 loại kênh aquaporin khác nhau được tìm thấy trên màng tế bào của cơ thể người.

Kênh protein có sự khác biệt ở 2 nhân tố quan trọng: (1) chúng thường có tính thâm schọn lọc cao và(2) nhiều kênh có thể đóng mở bởi tín hiệu có liên quan, như tín hiệu điện thế(voltage-gated channels) hay liên kết hóa học (ligand-gated channels).

Tính chọn lọc của kênh protein: nhiều kênh protein có tính chọn lọc cao với 1 hay nhiều ion đặc biệt. Điều này là kết quả của nhiều nhân tố:đương kính, sự sắp xếp hình dạng đặc thù, tự nhiên của chênh lệch điện hay liên kết hóa học bề mặt.

Vận chuyển các ion natri và kali thông qua các kênh protein. Cũng hiển thị là những thay đổi về hình dạng trong các phân tử protein để mở hoặc đóng cổng, canh gác bảo vệ các kênh.

Kênh protein hoạt hóa nhờ tín hiệu: có nghĩa là kênh protein bị điều khiển bởi tín hiệu mà kênh nhận được. Ví dụ như kênh Na và K như trên.

Ở hình A. Một bản ghi dòng chảy qua một kênh natri điện áp đơn, thể hiện nguyên tắc tất cả hoặc không để mở và đóng kênh. 

Ở hình B. Phương pháp vá kẹp để ghi dòng chảy thông qua một kênh protein. Ở bên trái, ghi được thực hiện từ một bản vá lỗi của một màng tế bào sống. Ở bên phải, ghi âm là từ một miếng vá màng đã bị xé ra khỏi tế bào.

Cơ chế đóng mở được điều khiển bởi 2 cách chủ yếu:

Voltage gating: kênh protein có những vùng chứa điện tích rất lớn, khi điện thế giữa hai bên màng tế bào thay đổi bất thường cơ chế sẽ làm cho những iên kết hóa học biến đổi cấu trúc trong không gian, làm cho mở kênh do thay đổi điện thế.

Chemical(ligand) gating: một vài kênh protein hướng ligand được mở khi liên kết với những chát hóa học(ligand).

Tình trạng mở chống lại tình trạng đóng: nhìn vào hình dưới ta thấy rằng khi mở thì các kênh mở tối đa, tất cả cùng mở và lúc đóng thì chúng đóng tất cả; điều này được gọi theo 1 cơ chế chung là tất cả các kênh hướng điện thế hoạt động "tất cả hay không có gì"(all or none).

---------------------------

Trên đây Top lời giải đã cùng các bạn giải thích “Sự Khuếch tán là gì". Chúng tôi hi vọng các bạn đã có kiến thức hữu ích khi đọc bài viết này, chúc các bạn học tốt.