Wie diffundieren fettlösliche Substanzen durch die Zellmembran?

Siehe diesen Absatz und dieses Bild aus The Cell: A Molecular Approach. 2. Auflage. :

Während der passiven Diffusion löst sich ein Molekül einfach in der Phospholipid-Doppelschicht auf, diffundiert durch sie hindurch und löst sich dann in der wässrigen Lösung auf der anderen Seite der Membran auf ... Die Phospholipid-Doppelschicht ist in der Lage, die Plasmamembran zu durchqueren und zwischen dem Inneren und Äußeren der Zelle auszugleichen. Wichtig ist, dass nur kleine, relativ hydrophobe Moleküle mit signifikanten Geschwindigkeiten durch eine Phospholipid-Doppelschicht diffundieren können (Abbildung 12.15). So können Gase (wie O ₂ und CO ₂ ), hydrophobe Moleküle (wie Benzol) und kleine polare, aber ungeladene Moleküle (wie H ₂O und Ethanol) können durch die Plasmamembran diffundieren. Andere biologische Moleküle können sich jedoch nicht im hydrophoben Inneren der Phospholipid-Doppelschicht auflösen. Folglich können größere ungeladene polare Moleküle wie Glucose die Plasmamembran nicht durch passive Diffusion passieren, ebenso wie geladene Moleküle jeglicher Größe (einschließlich kleiner Ionen wie H ⁺ , Na ⁺ , K ⁺ und Cl ^– ). Der Durchgang dieser Moleküle durch die Membran erfordert stattdessen die Aktivität spezifischer Transport- und Kanalproteine, die daher den Transport der meisten biologischen Moleküle in die und aus der Zelle steuern.

Wie im obigen Absatz gezeigt, müssen sich Moleküle in der Phospholipid-Doppelschicht auflösen, um durch sie zu diffundieren. Da aber der hydrophile Teil bereits mit Wasser interagiert, erfolgt die Auflösung hauptsächlich für den hydrophoben Teil. Da der hydrophobe Teil unpolar ist, kann er nur unpolare Substanzen lösen ( Gleiches löst Gleiches auf ). Daher lösen sich kleine Gase wie O ₂ , CO ₂ und unpolare Moleküle wie Benzol leicht im hydrophoben Teil und diffundieren durch ihn hindurch. Auch Moleküle wie Wasser und Ethanol können sich aufgrund ihrer geringen Größe und sehr geringen Polarität in geringen Mengen darin auflösen. Deshalb können nur wenige Wassermoleküle passiv diffundieren, große Wassermengen würden Aquaporine erfordern. Da nun größere Moleküle wie Glukose eine große Größe und eine hohe Polarität haben , können sie sich nicht in der Membran auflösen und benötigen daher selbst für die Diffusion Transmembrankanäle . Ähnliches gilt auch für ionische Substanzen: Sie benötigen Ionenkanäle für ihre Diffusion.

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