Koji su koncentracijski gradijenti u mikrobiologiji?

Ćelija ima mnoge dužnosti. Jedna od njegovih najvažnijih funkcija je održavanje zdravog okoliša unutar stanice. To zahtijeva kontrolu unutarstaničnih koncentracija različitih molekula, poput iona, otopljenih plinova i biokemikalija.

Gradijent koncentracije je razlika u koncentraciji tvari u određenom području. U mikrobiologiji stanična membrana stvara gradijente koncentracije.

Prije nego što počnemo istraživati ​​kako djeluju gradijenti koncentracije mikrobiologija, moramo razumjeti gradijent i definiciju koncentracije (biologija).

A "koncentracija"odnosi se na količinu materijala (koji se obično naziva otopljena tvar) koja se obično nalazi u otopini. Tako, na primjer, ako imate određenu količinu šećera u citosolu stanice, šećer bi bio otopljena tvar i citosol (tamo gdje je šećer) nazivaju se "otapalom" u otopini koju naprave zajedno. Koncentracija šećera značila bi količinu šećera koja se nalazi u citosolu te stanice.

A "gradijent koncentracije

Kada se gradient koncentracije formira, molekule žele teći iz područja visoke koncentracije u nisku koncentraciju kako bi smanjile ili se riješile gradijenta. Međutim, ponekad su gradijenti neophodni za strukturu / funkciju stanica. Nastavljajući s primjerom šećera, stanica želi zadržati šećer u ćeliji radi korištenja, umjesto da mu omogući da istječe iz stanice.

A stanična membrana sastoji se od dvoslojnog fosfolipida, koji su molekule koje sadrže fosfatnu glavu i dva lipidna repa. To se naziva fosfolipidni dvosloj. Glave se poravnavaju duž unutarnje i vanjske granice membrane, dok repovi ispunjavaju prostor između.

Stanična membrana ima selektivnu propusnost - repovi sprečavaju difuziju velikih ili nabijenih molekula kroz staničnu membranu, dok male i molekule topive u mastima mogu proklizati. Selektivna propusnost može stvoriti gradijent koncentracije preko membrane koji zahtijeva posebnu transmembranu bjelančevine koje treba nadvladati, a pritom omogućuju da male i u masti topive molekule difuziraju bez trošenja energije.

Male, nepolarne molekule mogu difundirati kroz staničnu membranu na temelju gradijenta koncentracije molekule. Nepolarna molekula ima relativno jednoličan i neutralan električni naboj u cijelom tijelu.

Na primjer, kisik je nepolaran i slobodno difundira kroz staničnu membranu. Krvne stanice prenose molekule kisika u prostore koji okružuju stanice, stvarajući relativno visoku koncentraciju O₂. Stanica kontinuirano metabolizira kisik, stvarajući gradijent koncentracije između unutarnje i vanjske strane stanice. O₂ difundira kroz membranu zbog ovog gradijenta.

Voda i ugljični dioksid, iako polarni, dovoljno su mali da se bez pomoći difuziraju kroz staničnu membranu.

An ion je atom ili molekula s različitim brojem protona i elektrona - on nosi električni naboj. Određeni ioni, uključujući natrij, kalij i kalcij, važni su za normalno funkcioniranje stanice. Lipidi odbacuju ione, ali stanična membrana je napunjena proteinima tzv receptori ionskih kanala koji pomažu u kontroli koncentracije iona unutar stanice.

Natrijevo-kalijeva pumpa koristi molekulu energije stanice, adenozin trifosfat (ATP), kako bi se prevladao gradijent koncentracije, omogućujući kretanje natrija iz stanice i kalija u stanicu. Ostale se crpke oslanjaju na elektrodinamičke sile, a ne na ATP, za transport iona kroz membranu.

Velike molekule ne mogu difundirati kroz lipide u staničnoj membrani. Proteini nosači unutar membrane pružaju trajektnu uslugu, koristeći bilo koji aktivni transport ili olakšana difuzija.

Aktivni transport zahtijeva da stanica koristi ATP za pomicanje velike molekule prema gradijentu koncentracije. Receptori unutar aktivnih transportnih proteina vežu se za određenog putnika, a ATP omogućuje proteinu da translocira svog putnika kroz membranu.

Olakšana difuzija ne treba biokemijsku energiju iz stanice. Nosači koji koriste olakšanu difuziju djeluju kao vratari koji se otvaraju i zatvaraju na temelju koncentracije i električnih gradijenata.