Διάχυση Αερίων

Η διάχυση είναι ο κύριος τρόπος μεταφοράς στα φυτά. Είναι μια κρίσιμη διαδικασία φωτοσύνθεσης κατά την οποία το διοξείδιο του άνθρακα διαχέεται από τα στομάχια στα φύλλα και στη συνέχεια στα κύτταρα. Επιπλέον, το νερό και το οξυγόνο διαχέονται από τα φύλλα στο περιβάλλον κατά τη διάρκεια της διαπνοής.

Η διάχυση είναι μια αργή διαδικασία που εμφανίζεται κυρίως σε αέρια και υγρά. Η θερμοκρασία, η πίεση, η κλίση συγκέντρωσης, η διαπερατότητα της διαχωριστικής μεμβράνης και όλοι οι άλλοι παράγοντες  επηρεάζουν τον ρυθμό διάχυσης.

Τύποι διάχυσης

Υπάρχουν τρία είδη διάχυσης όπως αναφέρονται παρακάτω:-  

1. Απλή διάχυση
2. Διευκολυνόμενη διάχυση
3. Διάχυση καναλιού

Απλή διάχυση

Η απλή διάχυση είναι ένα παράδειγμα παθητικής μεταφοράς. Εμφανίζεται όταν τα ηλεκτροχημικά δυναμικά και στις δύο πλευρές ενός διαπερατού φράγματος ποικίλλουν. Σε αυτόν τον τύπο διάχυσης, πολύ μικρά μόρια μπορούν να κινηθούν μέσα από κενά.

Συνήθως εμφανίζεται μεταξύ των διαφόρων μορίων φωσφολιπιδίων στις κυτταρικές μεμβράνες. Τα μόρια αναστολέων δεν εμποδίζουν την απλή διάχυση.

Η απλή διάχυση δεν απαιτεί ενέργεια και έχει πολύ χαμηλή ταχύτητα. Δεν περιλαμβάνει μεταφορείς πρωτεϊνών.

Σε αυτόν τον τύπο διάχυσης, η κίνηση των σωματιδίων λαμβάνει χώρα με την κατεύθυνση μιας βαθμίδας συγκέντρωσης. Π.χ. νερό, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα κ.λπ.

Περισσότερα παραδείγματα απλής διάχυσης είναι:-

• Οι στεροειδείς ορμόνες μπορούν να κινούνται ελεύθερα σε διαφορετικές μεμβράνες κάτω από τη βαθμίδα συγκέντρωσής τους. Έτσι, αυτό είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα απλής διάχυσης.
• Τη στιγμή της πέψης των τροφίμων, το οξυγόνο από τους πνεύμονες μεταφέρεται στο αίμα. Επίσης, το οξυγόνο μεταφέρεται στους μύες από τα κύτταρα του αίματος.
• Ένα άλλο απλό παράδειγμα διάχυσης- Στο σώμα των εγκύων γυναικών, η τροφή και το οξυγόνο ταξιδεύουν από το σώμα της μητέρας στο έμβρυο.
• Τα βακτήρια έχουν μονοκύτταρους μικροοργανισμούς. Τα βακτήρια παρέχουν νερό, οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά στο κυτταρόπλασμα. Κανένα εξειδικευμένο οργανίδιο σε βακτήρια δεν εκτελεί αυτόν τον τύπο δραστηριότητας.

Διευκολυνόμενη διάχυση

Αυτός ο τύπος διάχυσης είναι η μεταφορά ουσιών ή μορίων μέσω μιας διαπερατής μεμβράνης μέσω μιας βαθμίδας συγκέντρωσης. Μόνο μεγάλα πολικά μόρια διέρχονται από αυτόν τον τύπο διάχυσης. Παραδείγματα περιλαμβάνουν αμινοξέα, γλυκόζη κ.λπ.

Σε αντίθεση με την απλή διάχυση, αυτή η διαδικασία απαιτεί υποστήριξη από διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, οι οποίες λειτουργούν ως διευκολυντικά μόρια. Δύο τύποι πρωτεϊνών βοηθούν σε αυτόν τον τύπο διάχυσης:ο φορέας και ο δίαυλος.

Σε αυτόν τον τύπο διάχυσης, η κινητική της μεταφοράς με τη μεσολάβηση του φορέα επηρεάζει τον ρυθμό διάχυσης.

Παραδείγματα αυτού του τύπου διάχυσης είναι:-

• Η γλυκόζη (μόριο ζάχαρης) είναι η κύρια πηγή ενέργειας για τα κύτταρα. Έξω από ένα κύτταρο, η κυκλοφορία του αίματος παρέχει συνεχώς γλυκόζη. Μόλις εισέλθει στο κύτταρο, αυτή η γλυκόζη καταναλώνεται συνεχώς.
• Τα μόρια ρέουν από υψηλή σε χαμηλή- Ορισμένα μόρια δεν μπορούν να εισέλθουν/εξέλθουν από ένα κύτταρο κατά τη διάχυση. Έτσι, αυτός ο τύπος διάχυσης μπορεί να ελέγξει μερικά από αυτά τα μόρια ενώ διέρχεται από την πλασματική μεμβράνη. Συνδέουν τα μόρια σε ειδικές πρωτεΐνες-φορείς ανοίγοντας κανάλια μεταξύ των κυττάρων.

Διάχυση καναλιού

Όταν τα υλικά περνούν από το ένα άκρο, τα κανάλια ιόντων ανοίγουν σε διάχυση καναλιών. Ένας δίαυλος πρωτεΐνης πραγματοποιεί αυτή τη διάχυση, που ονομάζεται «διάχυση με μεσολάβηση καναλιού».

Οι πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες στη μεμβράνη λειτουργούν ως θύρα διάχυσης. Τα μόρια θα κινηθούν προς τα κάτω σε μια βαθμίδα συγκέντρωσης μέσω της διάχυσης του καναλιού.

Μερικά παραδείγματα διάχυσης καναλιών είναι:-

• Το άρωμα διαχέεται στον περιβάλλοντα χώρο (αέρα).
• Όταν ποτίζονται τα φυτά, το νερό διαχέεται στο φυτό. Ελέγχει τα φύλλα από το μαρασμό. Τα φύλλα προσλαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα (μεταξύ των κυττάρων μεσόφυλλου) και το μεταφέρουν στον χλωροπλάτη.
• Διάχυση άχρηστων προϊόντων, αλάτων και νερού στα νεφρά.
• Αναλλαγή αερίων στους πνεύμονες.
• Η αιμοκάθαρση είναι μια τεχνητή διαδικασία που αντικαθιστά εν μέρει τη νεφρική λειτουργία.

Παράγοντες που επηρεάζουν τη διάχυση

• Θερμοκρασία
• Διαφορά συγκέντρωσης
• Ηλεκτρικό δυναμικό
• Πίεση όσμωσης

Διάχυση στα φυτά

• Η διάχυση των αερίων λαμβάνει χώρα στα φυτά μέσω των φύλλων.
• Η πρόσληψη νερού πραγματοποιείται μέσω των ριζών με όσμωση.
• Μεταφορά βιομορίων και μετάλλων στα φυτά.

Καθημερινά παραδείγματα διάχυσης

• Προσθήκη βραστό νερό σε αποξηραμένα νουντλς
• Κατά τη διάρκεια της λατρείας, χρησιμοποιούμε ένα θυμιατό ραβδί
• Η ζάχαρη διαλύεται ομοιόμορφα στο νερό

Εφαρμογές διάχυσης

• Απορρόφηση φαρμάκων που απελευθερώνονται στον οργανισμό (δισκία, σκόνη, αλοιφή κ.λπ.)
• Διαδικασία απέκκρισης μέσω των νεφρών
• Αλλαγές αερίων στις κυψελίδες (πνεύμονες)

Συμπέρασμα

Η διάχυση οδηγεί σε προοδευτική ανάμειξη υλικών. Η διαδικασία διάχυσης θα οδηγήσει τελικά σε μια πλήρη ανάμειξη σε μια φάση με σταθερή θερμοκρασία και χωρίς εξωτερικές καθαρές δυνάμεις που δρουν στα μόρια.

Η διάχυση έχει εφαρμογές σε διάφορους τομείς, όπως η βιολογία και η χημεία. Εξηγεί την ανταλλαγή ουσιών για τις απαραίτητες διαδικασίες της ζωής, συμπεριλαμβανομένης της απορρόφησης φαρμάκων σε αλλαγή οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα και αζώτου στις κυψελίδες, σε διάφορες οργανώσεις τροφίμων κ.λπ. 

Ο νόμος του Fick εξηγεί την αρχή της διάχυσης στα υγρά, αλλά περιορίζει τη διάχυση των στερεών, καθώς δεν ήταν δυνατή κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.