Difuze

Difuze je samovolný proces pronikání částic jedné látky do druhé se snahou o rovnoměrné prostoupení do celého objemu.

Základní popis

Difuze nastává z důvodu neuspořádaného tepelného pohybu částic. Pohyb částic je v zásadě náhodný, ale látky mají tendenci přecházet z prostředí o vyšší koncentraci do prostředí s nižší koncentrací. Přirozenou vlastností látek je, že pokud se její částice mohou pohybovat, tak se rozptylují do celého prostoru, a postupně ve všech jeho částech vyrovnají koncentraci. Říkáme, že látky difundují. Během difuze se nespotřebovává energie.

Difuze

Rychlost šíření částic je ovlivněna velikostí částic, teplotou i vlastnostmi prostředí. Matematicky popisují difuzi Fickovy zákony.

Difuze je děj spontánní, nevratný a tepelně aktivovaný. Tuto skutečnost objasňuje Einsteinova-Stokesova rovnice, která popisuje závislost difúzního koeficientu na teplotě T, dynamické viskozitě kapaliny η a velikosti difundujících částic R.

Difuze umožňuje pohyb látek uvnitř buněk a tím látkovou výměnu. V živých organismech hrají významnou roli další faktory, např. elektrický náboj částic nebo transport přes polopropustné membrány.

Rozdělení

1. Prostá difuze
2. Facilitovaná difuze
3. Difuze iontovými kanály
   • Akvaporiny

Specifickým případem difuze je osmóza

Difuze v různých skupenstvích

Plynné prostředí

V plynném prostředí dochází k mnohem rychlejší difuzi, než v jiném prostředí. Částice plynu mají nejvyšší kinetickou energii. Příkladem tohoto procesu je velmi rychlé rozšíření vůně po celé místnosti.

Kapalné prostředí

Částice kapalné látky mají nižší kinetickou energii, než částice plynu. Z toho důvodu v ní dochází k pomalejší difuzi, než je tomu u plynu. Příkladem je uvolňování látek z čajového sáčku po jeho zalití horkou vodou.

Pevná látka

Difuze v pevném skupenství je obtížnější, časově náročná a je jediným možným způsobem přenosu látky. Záleží však také na druhu materiálu. Příkladem je spojení dvou měděných drátků cínem.

Difuze v biologických systémech

Přestup látek skrz polopropustnou membránu

Difuze je jedním z nejzákladnějších jevů odehrávajících se v živých organismech. Pro transport látek přes buněčnou membránu je v lidském těle využitelná difuze plynná a kapalná.

Pro organismy je nezbytně nutné stálé složení tělních tekutin. Jedním z nejdůležitějších faktorů pro udržení homeostázy, je transport přes membránu. Buněčná membrána je selektivně permeabilní (semipermeabilní) bariéra. Jejím úkolem je zachování osmotické a iontové rovnováhy mezi intracelulárním a extracelulárním prostředím. Buněčná membrána funguje jako bariéra, která reguluje průchod částic mezi intra- a extracelulárním prostředí. Nejsnáze pronikají membránou malé nepolární molekuly jako je kyslík a oxid uhličitý, které se velmi dobře rozpouštějí, a proto velmi rychle difundují. Tato rychlá difuze je důležitá pro výměnu plynů v alveolech a tkáních. Lipofilní látky prostupují přes fosfolipidovou dvojvrstvu membrány přímo. Rychlost difúze je přímo úměrná jejich rozpustnosti v tucích.

Elektroneutrální polární molekuly, pokud jsou dostatečné malé (např. voda) poměrně snadno difundují (ne vždy procesem prosté difuze). Hydrofilní látky (např. voda a ionty) jsou v lipidovém prostředí biologické membrány nerozpustné, proto mohou difundovat pouze pomocí transmembránových přenašečů zabudovaných do membrány. To má samozřejmě význam v možnosti regulace vstupu těchto látek.

Příklady difuze v organismu

Difuze patří k jednomu z nejdůležitějších fyzikálních dějů, které umožňují pohyb látek uvnitř organismu.

Jedním z velmi důležitých dějů je vznik akčního potenciálu. Ten je způsobený přestupem iontů přes buněčnou membránu.

 Podrobnější informace naleznete na stránce Klidový membránový potenciál.

 Podrobnější informace naleznete na stránce Akční potenciál (fyziologie).

Dalším příkladem si můžeme uvést nutnost podávání pacientovi izotonického roztoku (roztok s totožnou koncentrací jako krevní plazma). V případě podání čisté vody by došlo k difúzi vody do lidských buněk, které by se zvětšovaly a přílišným prodlužováním expozice by mohly prasknout. Naopak při dodání pacientovi příliš koncentrovaného roztoku by došlo k vysávání vody z buněk - to by vedlo ke scvrkávání buněk. Pokud by byla doba expozice dlouhá, buňky by byly natolik koncentrovány, že by došlo také ke smrti buněk.

 Podrobnější informace naleznete na stránce Osmóza.

Odkazy

Související články

• Transmembránový transport
• Iontové kanály
• Aktivní transport
  • Symport
  • Antiport
• Pasivní transport
  • Difuze
    • Prostá difuze
    • Facilitovaná difuze
  • Filtrace
  • Osmóza
  • Průnik léčiva přes membrány

Použitá literatura

1. LEOŠ NAVRÁTIL, ROSINA JOZEF A KOLEKTIV, Medicínská biofyzika [online]. [cit. 2014-16-11]. <https://www.grada.cz/medicinska-biofyzika-3633/>