Pengertian Proses Difusi dalam Biologi

Diposting pada

Pengertian DifusiDifusi adalah penyebaran molekul-molekul zat padat, cair, ataupun gas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah sehingga konsentrasi menjadi sama di mana-mana.

Definisi Difusi

Difusi adalah proses fisik yang mengacu pada pergerakan bersih molekul dari daerah konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Bahan yang berdifusi bisa berupa benda padat, cair atau gas. Demikian pula, media di mana difusi terjadi juga bisa di salah satu dari tiga keadaan fisik tersebut.

Tingkat difusi tergantung pada sifat interaksi antara medium dan material. Misalnya, gas berdifusi dengan sangat cepat pada gas lain. Contoh dari ini adalah cara bau berbahaya gas amonia menyebar di udara. Demikian pula, jika tabung nitrogen cair sedikit bocor, gas nitrogen yang bocor akan cepat berdifusi ke atmosfer. Gas yang sama akan berdifusi sedikit lebih lambat dalam cairan seperti air dan paling lambat dalam padatan.

Demikian pula, dua cairan bercampur juga akan berdifusi satu sama lain untuk membentuk larutan yang seragam. Misalnya, ketika air dicampur dengan gliserol, lama-kelamaan kedua cairan berdifusi secara radial satu sama lain. Hal ini bahkan dapat diamati secara visual dengan penambahan pewarna yang berbeda untuk masing-masing cairan. Namun, fenomena yang sama tidak terlihat ketika cairan tak larut seperti bensin dan air dicampur bersama. Difusi terjadi secara perlahan dan hanya melintasi permukaan kecil interaksi antara kedua cairan.

Contoh-contoh Difusi

Difusi adalah bagian penting dari banyak proses biologis dan kimia. Dalam sistem biologis, difusi terjadi setiap saat, melintasi membran di setiap sel dan juga melalui tubuh.

Baca:  Pengertian Sel: Ukurannya, Jenis, dan Organel Sel

Sebagai contoh, oksigen berada pada konsentrasi yang lebih tinggi di dalam arteri dan arteriol, jika dibandingkan dengan kadar oksigen dalam sel-sel yang aktif bernapas. Pada saat darah mengalir ke kapiler di otot atau hati, misalnya, hanya ada satu lapisan sel yang memisahkan oksigen ini dari hepatosit atau serat otot rangka. Melalui proses difusi pasif, tanpa keterlibatan aktif dari molekul lain, oksigen melewati membran kapiler dan memasuki sel.

Sel menggunakan oksigen dalam mitokondria untuk respirasi aerobik, yang menghasilkan gas karbon dioksida sebagai produk sampingan. Sekali lagi, ketika konsentrasi gas ini meningkat di dalam sel, maka akan berdifusi ke luar menuju kapiler di mana kekuatan darah yang mengalir menghilangkan kelebihan gas dari daerah jaringan. Dengan cara ini, kapiler tetap pada konsentrasi karbon dioksida yang rendah, memungkinkan pergerakan konstan molekul menjauh dari sel.

Contoh ini juga menunjukkan bahwa difusi suatu bahan tidak tergantung pada difusi zat lain. Ketika oksigen bergerak menuju jaringan dari kapiler, karbon dioksida memasuki aliran darah.

Dalam proses kimia, difusi sering menjadi prinsip utama yang mendorong banyak reaksi. Sebagai contoh sederhana, beberapa kristal gula dalam segelas air perlahan akan larut seiring waktu. Ini terjadi karena ada pergerakan molekul gula ke dalam media air. Bahkan dalam reaksi industri besar, ketika dua cairan dicampur bersama, difusi menyatukan reaktan dan memungkinkan reaksi untuk berjalan dengan lancar. Misalnya, salah satu cara poliester disintesis adalah dengan mencampurkan asam organik dan alkohol yang sesuai dalam bentuk cairnya. Reaksi berlangsung ketika kedua reaktan berdifusi satu sama lain dan menjalani reaksi kimia untuk membentuk ester.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Difusi

Difusi dipengaruhi oleh suhu, area interaksi, kecuraman gradien konsentrasi dan ukuran partikel. Masing-masing faktor ini, secara independen dan kolektif dapat mengubah laju dan tingkat difusi.

Faktor Difusi : Suhu

Dalam sistem apa pun, molekul bergerak dengan sejumlah energi kinetik. Ini biasanya tidak diarahkan dengan cara tertentu, dan dapat acak. Ketika molekul-molekul ini bertabrakan satu sama lain, ada perubahan arah gerakan serta perubahan momentum dan kecepatan. Sebagai contoh, jika sebuah blok es kering (karbon dioksida dalam bentuk padat) ditempatkan di dalam sebuah kotak, molekul karbon dioksida di tengah blok sebagian besar bertabrakan satu sama lain dan disimpan dalam massa padat. Namun, untuk molekul di pinggiran, molekul yang bergerak cepat di udara juga memengaruhi gerakan mereka, memungkinkannya berdifusi ke udara. Ini menciptakan gradien konsentrasi, dengan konsentrasi karbon dioksida secara bertahap berkurang dengan jarak dari gumpalan es kering.

Dengan meningkatnya suhu, energi kinetik semua partikel dalam sistem meningkat. Ini meningkatkan laju di mana molekul terlarut dan pelarut bergerak, dan meningkatkan tabrakan. Ini berarti bahwa es kering (atau bahkan es biasa) akan menguap lebih cepat pada hari yang lebih hangat, hanya karena setiap molekul bergerak dengan energi yang lebih besar dan lebih mungkin untuk dengan cepat cair.

Area interaksi

Untuk memperluas contoh yang diberikan di atas, jika balok es kering dipecah menjadi beberapa bagian, area yang berinteraksi dengan atmosfer akan meningkat. Jumlah molekul yang hanya bertabrakan dengan partikel karbon dioksida lainnya di dalam es kering berkurang. Oleh karena itu, laju difusi gas ke udara juga meningkat.

Sifat ini dapat diamati bahkan lebih baik jika gasnya memiliki bau atau warna. Misalnya, ketika yodium disublimasikan di atas tungku panas, uap ungu mulai muncul dan bercampur dengan udara. Jika sublimasi dilakukan dalam wadah yang sempit, asap menyebar perlahan ke arah mulut wadah dan kemudian dengan cepat menghilang. Karena terbatas pada area permukaan yang lebih kecil di dalam wadah, laju difusi tetap rendah.

Ini juga terlihat ketika dua reaktan cair dicampur satu sama lain. Pengadukan meningkatkan area interaksi antara kedua bahan kimia dan memungkinkan molekul-molekul ini berdifusi satu sama lain dengan lebih cepat. Reaksi berlangsung menuju penyelesaian pada tingkat yang lebih cepat. Pada catatan yang sama, setiap zat terlarut yang dipecah menjadi potongan-potongan kecil dan diaduk ke dalam pelarut larut dengan cepat.

Kecuraman Gradient Konsentrasi

Karena difusi ditenagai oleh kemungkinan molekul-molekul bergerak menjauh dari suatu daerah dengan saturasi yang lebih tinggi, maka dengan segera terjadi bahwa ketika medium (atau pelarut) memiliki konsentrasi zat terlarut yang sangat rendah, kemungkinan sebuah molekul berdifusi menjauh dari daerah pusat. Sebagai contoh, dalam difusi gas yodium, jika wadah diletakkan dalam wadah tertutup lainnya dan kristal yodium dipanaskan untuk jangka waktu yang lama, laju di mana gas ungu tampaknya ‘menghilang’ di mulut wadah akan berkurang. Pelambatan yang terlihat jelas ini disebabkan oleh kenyataan bahwa, seiring berjalannya waktu, wadah yang lebih besar mulai memiliki cukup gas yodium sehingga beberapa di antaranya akan bergerak ‘mundur’ ke arah wadah. 

Ukuran partikel

Pada suhu berapa pun, difusi partikel yang berukuran lebih kecil akan lebih cepat daripada molekul berukuran lebih besar. Ini terkait dengan massa molekul dan luas permukaannya. Molekul yang lebih berat dengan luas permukaan yang lebih besar akan berdifusi perlahan, sementara partikel yang lebih kecil dan lebih ringan akan berdifusi lebih cepat. Sebagai contoh, gas oksigen akan berdifusi sedikit lebih cepat daripada karbon dioksida, keduanya akan bergerak lebih cepat daripada gas yodium.

Fungsi Difusi

Difusi dalam tubuh manusia diperlukan untuk penyerapan nutrisi yang dicerna, pertukaran gas, penyebaran impuls saraf, pergerakan hormon dan metabolit lainnya menuju organ target mereka dan hampir setiap peristiwa dalam perkembangan embrio.

Jenis-jenis Difusi

Difusi dapat dibagi atas difusi sederhana dan difusi terfasilitasi oleh molekul lain

Difusi Sederhana

Difusi sederhana hanyalah pergerakan molekul sepanjang gradien konsentrasi tanpa keterlibatan langsung dari molekul lain. Difusi ini dapat melibatkan penyebaran material melalui media atau pengangkutan partikel melintasi membran. Semua contoh yang diberikan di atas adalah contoh difusi sederhana.

Pengertian Proses Difusi
Proses Difusi Sederhana

Gambar ini adalah representasi sederhana dari difusi satu partikel di media lain.

Difusi sederhana relevan dalam reaksi kimia, dalam banyak fenomena fisik, dan bahkan dapat memengaruhi pola cuaca global dan peristiwa geologis. Dalam kebanyakan sistem biologis, difusi terjadi melintasi membran semi permeabel yang terbuat dari lapisan ganda lipid. Membran ini memiliki pori-pori dan celah untuk memungkinkan lewatnya molekul tertentu.

Difusi yang terfasilitasi

Di sisi lain, difusi yang difasilitasi, membutuhkan keberadaan molekul lain (fasilitator) agar difusi terjadi. Difusi yang terfasilitasi diperlukan untuk pergerakan molekul besar atau polar melintasi lapisan ganda lipid hidrofobik. Difusi yang terfasilitasi diperlukan untuk proses biokimia dari setiap sel karena ada komunikasi antara berbagai organel subseluler. Sebagai contoh, gas dan molekul kecil seperti metana atau air dapat berdifusi bebas melintasi membran plasma, molekul bermuatan lebih besar seperti karbohidrat atau asam nukleat membutuhkan bantuan protein transmembran yang membentuk pori atau saluran.

Difusi yang terfasilitasi
Difusi yang terfasilitasi