Vsebina
- Opredelitev gradienta in koncentracije (biologija)
- Celična membrana
- Pasivna difuzija
- Receptorji ionskega kanala
- Nosilni proteini
V celici je veliko nalog. Ena njegovih najpomembnejših funkcij je ohranjanje zdravega okolja v celici. To zahteva nadzor znotrajceličnih koncentracij različnih molekul, kot so ioni, raztopljeni plini in biokemične snovi.
Koncentracijski gradient je razlika v koncentraciji snovi v regiji. V mikrobiologiji celična membrana ustvarja koncentracijske gradiente.
Opredelitev gradienta in koncentracije (biologija)
Preden se zavemo, kako delujejo gradbenti koncentracije v mikrobiologiji, moramo razumeti gradient in definicijo koncentracije (biologija).
A "koncentracija"se nanaša na količino materiala (ki ga običajno imenujemo topljenca), ki ga običajno najdemo v raztopini. Torej, če imate na primer določeno količino sladkorja v citosolu celice, bi bil sladkor topljen in citosol (kjer je sladkor) v raztopini, ki jo naredita skupaj, imenujemo "topilo". Koncentracija sladkorja bi pomenila količino sladkorja, ki ga najdemo v citosolu te celice.
A "koncentracijski gradient"preprosto pomeni razlike v koncentracijah na dveh različnih mestih. Na primer, v celici bi lahko bilo veliko molekul sladkorja in zelo malo zunaj celice. To bi bil primer gradienta koncentracije.
Ko nastane koncentracijski gradient, želijo molekule preiti iz območij visoke koncentracije v nizko koncentracijo, da bi gradient zmanjšali ali se ga znebili. Vendar so včasih gradienti potrebni za zgradbo / delovanje celic. Če nadaljujemo s primerom sladkorja, želi celica ohraniti sladkor v celici za uporabo, namesto da bi mu omogočil, da teče iz celice.
Celična membrana
Celična membrana je sestavljena iz dvoslojnih fosfolipidov, ki so molekule, ki vsebujejo glavo fosfata in dva lipidna repa. Temu rečemo fosfolipidni plasti. Glave se poravnajo vzdolž notranje in zunanje meje membrane, medtem ko repi zapolnijo prostor vmes.
Celična membrana ima selektivno prepustnost - repi preprečujejo, da bi se velike ali nabito molekule razširile skozi celično membrano, medtem ko lahko majhne in v maščobi topne molekule zdrsnejo. Selektivna prepustnost lahko ustvari koncentracijske gradiente po membrani, ki potrebujejo posebne transmembranske beljakovine, da premagajo, vendar še vedno omogočajo, da se majhne in v maščobi topne molekule razpršijo, ne da bi porabili energijo.
Pasivna difuzija
Majhne nepolarne molekule lahko razpršijo skozi celično membrano na osnovi koncentracijskega gradienta molekule. Nepolarna molekula ima v celotnem sorazmerno enakomernem in nevtralnem električnem naboju.
Na primer, kisik je nepolarn in difundira prosto po celični membrani. Krvne celice prenašajo molekule kisika v prostore, ki obdajajo celice, kar ustvarja relativno visoko koncentracijo O2. Celica neprestano presnavlja kisik in ustvarja koncentracijski gradient med notranjostjo in zunanjostjo celice. O2 se zaradi tega gradienta razprši skozi membrano.
Voda in ogljikov dioksid sta sicer polarna, vendar sta dovolj majhna, da ne moreta difuzirati skozi celično membrano.
Receptorji ionskega kanala
Ion je atom ali molekula z različnim številom protonov in elektronov - nosi električni naboj. Določeni ioni, vključno s natrijem, kalijem in kalcijem, so pomembni za normalno delovanje celice. Lipidi zavračajo ione, vendar je celična membrana prepojena z imenovanimi proteini receptorji ionskih kanalov ki pomagajo nadzirati koncentracije ionov v celici.
Natrijevo-kalijeva črpalka uporablja celično energijsko molekulo adenozin trifosfat (ATP) za premagovanje koncentracijskega gradienta, ki omogoča gibanje natrija iz celice in kalija v celico. Druge črpalke se za transport ionov po membrani zanašajo na elektrodinamične sile in ne na ATP.
Nosilni proteini
Velike molekule ne morejo razpršiti skozi lipidov v celični membrani. Prevozni proteini znotraj membrane zagotavljajo trajektno storitev z uporabo katerega koli aktivni prevoz ali olajšana difuzija.
Aktivni prevoz zahteva, da celica uporablja ATP za premikanje velike molekule proti koncentracijskemu gradientu. Receptorji znotraj aktivnih transportnih beljakovin se vežejo na točno določenega potnika, ATP pa omogoča, da beljakovina premešča svojega potnika po membrani.
Olajšana difuzija ne potrebuje biokemične energije iz celice. Nosilci, ki uporabljajo olajšano difuzijo, delujejo kot vratari, ki se odpirajo in zapirajo na podlagi koncentracije in električnih gradientov.