Mis on kontsentratsiooni gradientid mikrobioloogias?

Rakul on täita palju ülesandeid. Selle üks olulisemaid funktsioone on rakus tervisliku keskkonna säilitamine. See nõuab erinevate molekulide, näiteks ioonide, lahustunud gaaside ja biokeemiliste ainete rakusisese kontsentratsiooni kontrollimist.

Kontsentratsioonigradient on aine kontsentratsiooni erinevus kogu piirkonnas. Mikrobioloogias tekitab rakumembraan kontsentratsiooni gradiente.

Enne kui jõuame kontsentratsioonigradientide toimimisse mikrobioloogia, peame mõistma gradiendi ja kontsentratsiooni määratlust (bioloogia).

A "kontsentratsioon"viitab materjali kogusele (mida tavaliselt nimetatakse lahustunud aineks), mida tavaliselt leidub lahuses. Nii et näiteks kui teil on raku tsütosoolis teatud kogus suhkrut, oleks suhkur seda ka lahustunud ainet ja tsütosooli (kus on suhkur) nimetatakse nende valmistatud lahuses "lahustiks" koos. Suhkru kontsentratsioon tähendaks selle raku tsütosoolist leitud suhkru kogust.

A "kontsentratsiooni gradient

Kontsentratsioonigradiendi moodustumisel tahavad molekulid voolata kõrge kontsentratsiooniga piirkondadest madala kontsentratsioonini, et gradienti vähendada või sellest vabaneda. Kuid mõnikord on rakkude struktuuri / funktsiooni jaoks vaja gradiente. Jätkates suhkrunäitega, soovib rakk hoida suhkrut rakus kasutamiseks, selle asemel, et lasta sellel rakust välja voolata.

A rakumembraan koosneb kahekordsest fosfolipiidide kihist, mis on molekulid, mis sisaldavad fosfaadipead ja kahte lipiidisaba. Seda nimetatakse kahekihiliseks fosfolipiidiks. Pead joonduvad piki membraani sise- ja välispiiri, samal ajal kui sabad täidavad nende vahel oleva ruumi.

Rakumembraanil on selektiivne läbilaskvus - sabad takistavad suurte või laetud molekulide difundeerumist läbi rakumembraani, samas kui väikesed ja rasvlahustuvad molekulid võivad läbi libiseda. Selektiivne läbilaskvus võib tekitada membraani kontsentratsiooni gradiente, mis vajavad spetsiaalset transmembraani valkudest üle saada, võimaldades samal ajal vajalikel väikestel ja rasvlahustuvatel molekulidel difundeeruda ilma kasutamata energia.

Väikesed mittepolaarsed molekulid võivad molekuli kontsentratsioonigradiendi põhjal difundeeruda läbi rakumembraani. Mittepolaarsel molekulil on kogu ulatuses suhteliselt ühtlane ja neutraalne elektrilaeng.

Näiteks on hapnik mittepolaarne ja difundeerub vabalt üle rakumembraani. Vererakud transpordivad hapniku molekule rakke ümbritsevatesse ruumidesse, tekitades suhteliselt kõrge O kontsentratsiooni₂. Rakk metaboliseerib hapnikku pidevalt, luues kontsentratsiooni gradiendi raku sise- ja väliskülje vahel. O₂ difusiooni läbi selle membraani.

Vesi ja süsinikdioksiid, ehkki polaarsed, on piisavalt väikesed, et hajuda rakumembraani kaudu ilma abita.

An ioon on aatom või molekul, millel on erinev arv prootoneid ja elektrone - see kannab elektrilaengut. Teatud ioonid, sealhulgas naatriumi, kaaliumi ja kaltsiumi ioonid, on raku normaalseks toimimiseks olulised. Lipiidid tõrjuvad ioone, kuid rakumembraan on pipardatud valkudega, mida nimetatakse ioonkanali retseptorid mis aitavad kontrollida iooni kontsentratsiooni rakus.

Naatrium-kaaliumipump kasutab raku energia molekuli, adenosiinitrifosfaat (ATP)kontsentratsioonigradiendi ületamiseks, võimaldades naatriumi rakust välja liikuda ja kaaliumi rakku. Teised pumbad tuginevad ioonide membraanile transportimiseks elektrodünaamilistele jõududele, mitte ATP-le.

Suured molekulid ei saa rakumembraanis olevate lipiidide kaudu difundeeruda. Membraanis olevad kandevalkud pakuvad praamiteenust, kasutades üht või teist aktiivne transport või hõlbustas difusiooni.

Aktiivne transport nõuab rakult ATP kasutamist suure molekuli liikumiseks kontsentratsiooni gradiendi vastu. Aktiivsete transpordiproteiinide retseptorid seonduvad konkreetse reisijaga ja ATP võimaldab valgul oma reisija üle membraani ümber paigutada.

Hõlbustatud difusioon ei vaja rakust biokeemilist energiat. Kergendatud difusiooni kasutavad kandjad toimivad väravavahina, mis avanevad ja sulguvad kontsentratsiooni ja elektriliste gradientide põhjal.