Клетката има много задължения за изпълнение. Една от най-важните му функции е да поддържа здравословна среда в клетката. Това изисква контрол на вътреклетъчните концентрации на различни молекули, като йони, разтворени газове и биохимикали.
Концентрационният градиент е разлика в концентрацията на вещество в даден регион. В микробиологията клетъчната мембрана създава градиенти на концентрация.
Определение за градиент и концентрация (биология)
Преди да разберем как действат градиентите на концентрация микробиология, трябва да разберем дефиницията на градиента и концентрацията (биология).
A "концентрация"се отнася до количеството материал (обикновено се нарича разтворено вещество), което обикновено се намира в разтвор. Така например, ако имате определено количество захар в цитозола на клетката, захарта ще бъде разтвореното вещество и цитозолът (където е захарта) се нарича „разтворител“ в разтвора, който те правят заедно. Концентрацията на захар би означавала количеството захар, намиращо се в цитозола на тази клетка.
A "градиент на концентрация"просто означава, че има разлика в концентрациите на две различни места. Например, може да имате много молекули захар в клетката и много малко извън нея. Това би бил пример за градиент на концентрация.
Когато се формира градиент на концентрация, молекулите искат да текат от зони с висока концентрация към ниска концентрация, за да намалят или да се отърват от градиента. Понякога обаче са необходими градиенти за структурата / функцията на клетките. Продължавайки с примера със захарта, клетката иска да задържи захарта в клетката за използване, вместо да й позволи да изтече от клетката.
Клетъчната мембрана
A клетъчната мембрана се състои от двоен слой фосфолипиди, които са молекули, съдържащи фосфатна глава и два липидни опашки. Това се нарича фосфолипиден двуслой. Главите се подравняват по вътрешната и външната граница на мембраната, докато опашките запълват пространството между тях.
Клетъчната мембрана има селективна пропускливост - опашките предотвратяват дифузията на големи или заредени молекули през клетъчната мембрана, докато малките и мастноразтворими молекули могат да се промъкнат. Селективната пропускливост може да създаде градиенти на концентрация в мембраната, които изискват специална трансмембрана протеини за преодоляване, като същевременно позволяват необходимите малки и мастноразтворими молекули да се дифузират, без да се изразходват енергия.
Пасивна дифузия
Малки, неполярни молекули могат да дифузират през клетъчна мембрана въз основа на градиента на концентрацията на молекулата. Неполярна молекула има относително равномерен и неутрален електрически заряд навсякъде.
Например, кислородът е неполярен и се разпространява свободно в клетъчната мембрана. Кръвните клетки транспортират кислородни молекули до пространствата около клетките, създавайки относително висока концентрация на O2. Клетката непрекъснато метаболизира кислорода, създавайки градиент на концентрация между вътрешността и екстериора на клетката. О2 дифузира през мембраната поради този градиент.
Водата и въглеродният диоксид, макар и полярни, са достатъчно малки, за да дифузират през клетъчната мембрана без помощ.
Ion Channel Receptors
An йон е атом или молекула с различен брой протони и електрони - той носи електрически заряд. Някои йони, включително тези на натрий, калий и калций, са важни за нормалното функциониране на клетката. Липидите отхвърлят йони, но клетъчната мембрана е пълна с протеини, наречени рецептори на йонни канали които помагат да се контролират концентрациите на йони в клетката.
Натриево-калиевата помпа използва енергийната молекула на клетката, аденозин трифосфат (АТФ), за да се преодолее градиентът на концентрацията, позволяващ движението на натрий извън клетката и калий в клетката. Други помпи разчитат на електродинамични сили, а не на АТФ, за да транспортират йони през мембраната.
Протеини носители
Големите молекули не могат да дифузират през липидите в клетъчната мембрана. Протеините-носители в мембраната осигуряват фериботната услуга, използвайки и двете активен транспорт или улеснена дифузия.
Активен транспорт изисква клетката да използва АТФ за придвижване на голямата молекула спрямо градиента на концентрацията. Рецепторите в активния транспортен протеин се свързват със специфичен пътник, а ATP позволява на протеина да транслоцира своя пътник през мембраната.
Улеснена дифузия не се нуждае от биохимична енергия от клетката. Носачите, използващи улеснена дифузия, действат като вратари, които се отварят и затварят въз основа на концентрацията и електрическите градиенти.