Figura ilustrează difuziunea, unul dintre mecanismele prin care substanțele traversează membrana celulară. Vedem în secțiune o porțiune de membrană care desparte două compartimente: interiorul celulei, în stânga, și exteriorul, în dreapta. Triunghiurile mici sunt ionii, iar cele două săgeți arată încotro se deplasează ei: dinspre exterior spre interior, prin proteinele care străbat membrana.

De ce se deplasează ionii

Compară cele două părți ale desenului. În exterior, ionii sunt mulți și înghesuiți, iar în interior sunt puțini și rari, deci între cele două compartimente există o diferență de concentrație, numită gradient de concentrație.

Moleculele unui gaz, ca și moleculele și ionii dintr-o soluție, se află permanent într-o mișcare dezordonată, datorată propriei lor energii. Această mișcare se numește difuziune și duce la răspândirea uniformă a moleculelor în tot volumul de gaz sau de soluție. Oriunde apare un gradient de concentrație între două compartimente ale unei soluții, mișcarea moleculară tinde să îl elimine, distribuind moleculele uniform. De aceea ionii din figură trec din partea aglomerată spre cea săracă, adică se deplasează conform gradientului de concentrație.

Pe unde trec ionii: proteina integrată

Săgețile nu străpung membrana oriunde. Ele sunt desenate în dreptul formațiunilor mari care o străbat de la o față la cealaltă, proteinele integrate. Desenul are două astfel de proteine, una sus și una jos, iar manualul o numerotează doar pe cea de sus. Fiecare este desenată din două părți alăturate. Săgeata de sus vine din exterior și țintește locul dintre cele două părți ale proteinei de sus, iar săgeata de jos iese dintre părțile proteinei de jos și intră în interior. Împreună arată traseul ionilor: din exterior, prin proteine, în celulă.

Explicația o dă textul: membrana nu permite pasajul ionic liber, acesta având loc doar la nivelul canalelor ionice cu structură proteică. Canalele sunt formațiuni membranare atât de mici, încât nu pot fi văzute nici cu microscopul electronic. Proteinele membranei se pot afla pe fața ei externă, pe cea internă sau transmembranar, ca în desen, iar componenta proteică este cea care realizează mecanismele de transport transmembranar. Tot prin canale ionice difuzează și ionii de $\ce{Na+}$ și de $\ce{K+}$ în timpul potențialului de acțiune, când canalele voltaj-dependente pentru acești ioni se deschid (Figura 10).

Straturile fosfolipidice: bariera pentru ioni

În afara proteinelor, membrana este alcătuită din două straturi fosfolipidice, unul orientat spre interior și celălalt spre exterior. Fosfolipidele sunt astfel dispuse, încât porțiunea lor hidrofilă formează un bistrat, în interiorul căruia rămâne cuprinsă porțiunea lor hidrofobă. În desen, cerculețele care căptușesc cele două fețe corespund porțiunii hidrofile, iar liniile ondulate care se întâlnesc la mijloc alcătuiesc miezul hidrofob. Acest miez restricționează trecerea moleculelor hidrosolubile și a ionilor, de aceea niciun ion din figură nu străbate membrana prin straturile fosfolipidice. Alcătuirea completă a membranei, după modelul mozaic fluid, apare în Figura 5.

Ce alte substanțe difuzează prin membrană

Figura arată doar ioni, dar textul spune ce se întâmplă și cu alte molecule:

• Moleculele nepolarizate (liposolubile), de exemplu $\ce{O2}$ sau hormonii steroizi: datorită structurii sale, membrana nu reprezintă o barieră în difuziunea lor.
• Moleculele organice cu legături covalente polare, dar neîncărcate electric, de exemplu $\ce{CO2}$, etanolul sau ureea: pot și ele difuza prin membrană.
• Moleculele polarizate mai mari, de exemplu glucoza: nu pot traversa membrana prin difuziune, de aceea au nevoie de proteine transportoare.

Locul difuziunii în transportul transmembranar

Manualul clasifică transportul transmembranar în două feluri, iar difuziunea intră de fiecare dată în prima grupă:

• După proteinele transportoare (cărăuși): difuziunea și osmoza nu au nevoie de ele, spre deosebire de difuziunea facilitată și de transportul activ.
• După consumul de energie: difuziunea face parte din transportul pasiv, care nu necesită energie, alături de osmoză și de difuziunea facilitată. Transportul activ, în schimb, consumă energie furnizată de $\ce{ATP}$.

Diferența se vede bine în Figura 8, unde o proteină transportoare deplasează ionii împotriva gradientului de concentrație, cu consum de $\ce{ATP}$.