Co jsou koncentrační gradienty v mikrobiologii?

Buňka má mnoho povinností. Jednou z jeho nejdůležitějších funkcí je udržovat zdravé prostředí v buňce. To vyžaduje řízení intracelulárních koncentrací různých molekul, jako jsou ionty, rozpuštěné plyny a biochemické látky.

Koncentrační gradient je rozdíl v koncentraci látky v dané oblasti. V mikrobiologii vytváří buněčná membrána koncentrační přechody.

Než se pustíme do toho, jak fungují koncentrační přechody mikrobiologie, musíme rozumět definici gradientu a koncentrace (biologie).

„koncentrace„označuje množství materiálu (obvykle nazývaného rozpuštěnou látkou), které se obvykle nachází v roztoku. Například pokud máte v cytosolu buňky určité množství cukru, cukr by byl rozpuštěná látka a cytosol (kde je cukr) se v roztoku, který vyrábějí, nazývají „rozpouštědlem“ spolu. Koncentrace cukru by znamenala množství cukru nalezené v cytosolu této buňky.

„koncentrační gradient„jednoduše znamená, že je rozdíl v koncentracích na dvou různých místech. Například můžete mít mnoho molekul cukru uvnitř buňky a velmi málo mimo buňku. To by byl příklad koncentračního gradientu.

Když se vytvoří koncentrační gradient, molekuly chtějí proudit z oblastí s vysokou koncentrací na nízkou koncentraci, aby zmírnily nebo se zbavily gradientu. Někdy jsou však pro strukturu / funkci buněk nutné přechody. Pokračováním příkladu s cukrem chce buňka ponechat cukr v buňce pro použití místo toho, aby mu umožnila vytéct z buňky.

A buněčná membrána se skládá z dvojité vrstvy fosfolipidů, což jsou molekuly obsahující fosfátovou hlavu a dva lipidové ocasy. Toto se nazývá fosfolipidová dvojvrstva. Hlavy se zarovnávají podél vnitřní a vnější hranice membrány, zatímco ocasy vyplňují prostor mezi nimi.

Buněčná membrána má selektivní permeabilitu - ocasy zabraňují difúzi velkých nebo nabitých molekul přes buněčnou membránu, zatímco malé a v tucích rozpustné molekuly mohou proklouznout. Selektivní propustnost může vytvářet koncentrační přechody přes membránu, které vyžadují speciální transmembránu proteiny, které je třeba překonat, a přitom stále umožňují difúzi nezbytných malých a v tucích rozpustných molekul bez vyčerpání energie.

Malé nepolární molekuly mohou difundovat buněčnou membránou na základě koncentračního gradientu molekuly. Nepolární molekula má relativně jednotný a neutrální elektrický náboj.

Například kyslík je nepolární a volně difunduje přes buněčnou membránu. Krevní buňky transportují molekuly kyslíku do prostorů obklopujících buňky a vytvářejí relativně vysokou koncentraci O₂. Buňka nepřetržitě metabolizuje kyslík a vytváří koncentrační gradient mezi vnitřkem a vnějškem buňky. Ó₂ difunduje přes membránu kvůli tomuto gradientu.

Voda a oxid uhličitý, i když jsou polární, jsou dostatečně malé na to, aby bez pomoci difundovaly buněčnou membránou.

An ion je atom nebo molekula s různým počtem protonů a elektronů - nese elektrický náboj. Některé ionty, včetně sodíku, draslíku a vápníku, jsou důležité pro normální fungování buňky. Lipidy odmítají ionty, ale buněčná membrána je poseta bílkovinami zvanými receptory iontových kanálů které pomáhají kontrolovat koncentrace iontů v buňce.

Sodno-draselné čerpadlo využívá energetickou molekulu buňky, adenosintrifosfát (ATP), k překonání koncentračního gradientu, umožňujícímu pohyb sodíku z buňky a draslíku do buňky. Jiná čerpadla se při transportu iontů přes membránu spoléhají spíše na elektrodynamické síly než na ATP.

Velké molekuly nemohou difundovat lipidy v buněčné membráně. Nosné bílkoviny v membráně zajišťují trajektovou dopravu pomocí obou aktivní transport nebo usnadněná difúze.

Aktivní transport vyžaduje, aby buňka používala ATP k pohybu velké molekuly proti koncentračnímu gradientu. Receptory v aktivních transportních proteinech se vážou na konkrétního cestujícího a ATP umožňuje proteinu translokovat jeho cestujícího přes membránu.

Usnadněná difúze nepotřebuje biochemickou energii z buňky. Nosiče využívající usnadněnou difúzi fungují jako vrátní, kteří se otevírají a zavírají na základě koncentrace a elektrických gradientů.