Egy sejtnek számos feladata van. Az egyik legfontosabb funkciója az egészséges környezet fenntartása a sejten belül. Ehhez különféle molekulák, például ionok, oldott gázok és biokémiai anyagok intracelluláris koncentrációjának szabályozása szükséges.
A koncentrációgradiens az anyag koncentrációjának különbsége egy régióban. A mikrobiológiában a sejtmembrán koncentrációs gradienseket hoz létre.
Színátmenet és koncentráció meghatározása (biológia)
Mielőtt rátérnénk a koncentráció gradiensek működésére mikrobiológia, meg kell értenünk a gradiens és a koncentráció meghatározását (biológia).
A "koncentráció"az anyag (általában oldott anyagnak nevezett) mennyiségére utal, amely általában egy oldatban található. Tehát például, ha van egy bizonyos mennyiségű cukor a sejt citoszoljában, akkor a cukor az lenne az oldott anyagot és a citoszolt (ahol a cukor van) az oldószernek nevezzük az elkészített oldatban együtt. A cukor koncentrációja azt a cukormennyiséget jelenti, amely az adott sejt citoszoljában található.
A "koncentráció gradiens"egyszerűen azt jelenti, hogy két különböző helyen van különbség a koncentrációkban. Például sok cukormolekula lehet egy sejt belsejében, és nagyon kevés a sejten kívül. Ez egy példa a koncentrációs gradiensre.
Amikor koncentrációgradiens alakul ki, a molekulák a magas koncentrációjú területekről az alacsony koncentrációra akarnak áramolni, hogy csökkentse vagy megszabaduljon a gradienstől. Azonban néha gradiensekre van szükség a sejtek felépítéséhez / működéséhez. A cukor példával folytatva a sejt meg akarja tartani a cukrot a cellában felhasználásra, ahelyett, hogy lehetővé tenné a sejtből való kifolyást.
A sejtmembrán
A sejt membrán kettős foszfolipidrétegből áll, amelyek foszfátfejet és két lipidfarkat tartalmazó molekulák. Ezt hívják foszfolipid kétrétegűnek. A fejek a membrán belső és külső határai mentén helyezkednek el, míg a farok kitölti a köztük lévő teret.
A sejtmembrán szelektív permeabilitással rendelkezik - a farok megakadályozza a nagy vagy töltött molekulák diffundálódását a sejtmembránon, míg a kicsi és zsírban oldódó molekulák átcsúszhatnak. A szelektív permeabilitás koncentrációgradienseket hozhat létre a membránon, amelyek speciális transzmembránt igényelnek a fehérjék leküzdése, miközben továbbra is lehetővé teszik a szükséges kicsi és zsírban oldódó molekulák diffundálását felhasználás nélkül energia.
Passzív diffúzió
A kicsi, nem poláris molekulák diffundálhatnak egy sejtmembránon a molekula koncentrációs gradiense alapján. Egy nem poláros molekula viszonylag egyenletes és semleges elektromos töltéssel rendelkezik.
Például az oxigén nem poláros és szabadon diffundál a sejtmembránon keresztül. A vérsejtek oxigénmolekulákat szállítanak a sejteket körülvevő terekbe, viszonylag magas O-koncentrációt hozva létre2. Egy sejt folyamatosan metabolizálja az oxigént, koncentrációs gradienst hozva létre a sejt belseje és külseje között. O2 ez a gradiens miatt diffundál a membránon keresztül.
A víz és a szén-dioxid, bár poláros, elég kicsi ahhoz, hogy segítség nélkül diffundáljon a sejtmembránon.
Ioncsatorna-receptorok
An ion egy atom vagy molekula, amelynek eltérő számú protonja és elektronja van - elektromos töltést hordoz. Bizonyos ionok, beleértve a nátrium-, kálium- és kalciumionokat is, fontosak a sejt normális működéséhez. A lipidek visszautasítják az ionokat, de a sejtmembránt meghívják az úgynevezett fehérjék ioncsatorna receptorok amelyek segítenek szabályozni az ionkoncentrációkat a sejtben.
A nátrium-kálium szivattyú a sejt energiamolekuláját használja fel, adenozin-trifoszfát (ATP), a koncentrációgradiens leküzdésére, lehetővé téve a nátrium mozgását a sejtből és a kálium a sejtbe. Más szivattyúk az ATP helyett az elektrodinamikai erőkre támaszkodnak az ionok membránon történő szállítására.
Hordozó fehérjék
Nagy molekulák nem diffundálhatnak a sejtmembránban lévő lipideken keresztül. A membránon belüli hordozófehérjék biztosítják a komp szolgáltatást, bármelyik felhasználásával aktiv szállitás vagy megkönnyítette a diffúziót.
Aktiv szállitás megköveteli, hogy a sejt ATP-t használjon a nagy molekula mozgatásához a koncentrációgradienssel szemben. Az aktív transzportfehérjék receptorai megkötik a specifikus utast, és az ATP lehetővé teszi, hogy a fehérje transzlokálja utasát a membránon.
Könnyített diffúzió nincs szüksége a sejt biokémiai energiájára. A könnyített diffúziót alkalmazó hordozók kapuőrként működnek, amelyek koncentráció és elektromos gradiens alapján nyílnak és záródnak.
