Qual é a relação entre o processo de difusão e a limitação de tamanho das células vivas.
Passo 1
O enunciado pergunta por que o tamanho das células vivas é limitado pelo processo de difusão. O conteúdo aqui é transporte de massa por difusão e a dependência do tempo de difusão em função das dimensões da célula.
Passo 2
A difusão é o movimento espontâneo de moléculas de uma região de maior concentração para uma de menor concentração. Segundo a segunda lei de Fick, o tempo necessário para uma molécula atravessar uma distância característica
está relacionado ao coeficiente de difusão
.
Passo 3
O tempo de difusão
escala com o quadrado da distância
. Em termos aproximados:
isso significa que, se você dobrar o tamanho da célula, o tempo de difusão aumenta por um fator quatro, tornando o transporte lento demais para manter o metabolismo celular eficiente.
Passo 4
Como as reações metabólicas dependem de suprimento rápido de nutrientes e remoção de resíduos, células muito grandes teriam difusão interna lenta, prejudicando sua viabilidade. Por isso, as células evoluíram com tamanhos pequenos ou desenvolveram adaptações (como microvilosidades, rede de túbulos intracelulares ou sistemas de transporte ativo) para manter a difusão efetiva.
Resposta
O tempo de difusão cresce com o quadrado do tamanho celular (
), limitando o volume que pode ser nutrido e esvaziado eficientemente apenas por difusão. Células muito grandes teriam difusão interna lenta demais para sustentar o metabolismo, impondo um limite de tamanho que só pode ser superado com sistemas de transporte especializado.