Sebuah sel memiliki banyak tugas untuk dilakukan. Salah satu fungsinya yang paling penting adalah untuk menjaga lingkungan yang sehat di dalam sel. Hal ini memerlukan pengendalian konsentrasi intraseluler dari berbagai molekul, seperti ion, gas terlarut dan biokimia.
Gradien konsentrasi adalah perbedaan konsentrasi suatu zat di suatu wilayah. Dalam mikrobiologi, membran sel menciptakan gradien konsentrasi.
Definisi Gradien dan Konsentrasi (Biologi)
Sebelum kita masuk ke cara kerja gradien konsentrasi mikrobiologi, kita perlu memahami definisi gradien dan konsentrasi (biologi).
SEBUAH "konsentrasi" mengacu pada jumlah bahan (biasanya disebut zat terlarut) yang biasanya ditemukan dalam larutan. Jadi, misalnya, jika Anda memiliki sejumlah gula dalam sitosol sel, gulanya adalah zat terlarut dan sitosol (tempat gula berada) disebut "pelarut" dalam larutan yang mereka buat bersama. Konsentrasi gula akan berarti jumlah gula yang ditemukan dalam sitosol sel itu.
SEBUAH "gradien konsentrasi" berarti ada perbedaan konsentrasi di dua tempat yang berbeda. Misalnya, Anda dapat memiliki banyak molekul gula di dalam sel dan sangat sedikit di luar sel. Itu akan menjadi contoh gradien konsentrasi.
Ketika gradien konsentrasi terbentuk, molekul ingin mengalir dari area konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah untuk mengurangi, atau menghilangkan, gradien. Namun, terkadang gradien diperlukan untuk struktur/fungsi sel. Melanjutkan contoh gula, sel ingin menyimpan gula di dalam sel untuk digunakan alih-alih membiarkannya mengalir keluar sel.
Membran Sel
SEBUAH membran sel terdiri dari lapisan ganda fosfolipid, yang merupakan molekul yang mengandung kepala fosfat dan dua ekor lipid. Ini disebut lapisan ganda fosfolipid. Kepala sejajar di sepanjang batas dalam dan luar membran, sementara ekor mengisi ruang di antaranya.
Membran sel memiliki permeabilitas selektif - ekor mencegah molekul besar atau bermuatan menyebar melalui membran sel, sementara molekul kecil dan larut dalam lemak dapat lolos. Permeabilitas selektif dapat menciptakan gradien konsentrasi melintasi membran yang memerlukan transmembran khusus protein untuk diatasi sementara masih memungkinkan molekul kecil dan larut lemak yang diperlukan untuk berdifusi tanpa menggunakan energi.
Difusi Pasif
Molekul kecil nonpolar dapat berdifusi melalui membran sel berdasarkan gradien konsentrasi molekul. Sebuah molekul nonpolar memiliki muatan listrik yang relatif seragam dan netral di seluruh.
Misalnya, oksigen bersifat nonpolar dan berdifusi bebas melintasi membran sel. Sel darah mengangkut molekul oksigen ke ruang di sekitar sel, menciptakan konsentrasi O. yang relatif tinggi2. Sebuah sel terus menerus memetabolisme oksigen, menciptakan gradien konsentrasi antara interior dan eksterior sel. HAI2 berdifusi melalui membran karena gradien ini.
Air dan karbon dioksida, meskipun polar, cukup kecil untuk berdifusi melalui membran sel tanpa bantuan.
Reseptor Saluran Ion
Sebuah ion adalah atom atau molekul dengan jumlah proton dan elektron yang berbeda -- ia membawa muatan listrik. Ion-ion tertentu, termasuk natrium, kalium dan kalsium, penting untuk fungsi normal sel. Lipid menolak ion, tetapi membran sel dibumbui dengan protein yang disebut reseptor saluran ion yang membantu mengontrol konsentrasi ion di dalam sel.
Pompa natrium-kalium menggunakan molekul energi sel, adenosin trifosfat (ATP), untuk mengatasi gradien konsentrasi, memungkinkan pergerakan natrium keluar sel dan kalium ke dalam sel. Pompa lain mengandalkan gaya elektrodinamik daripada ATP untuk mengangkut ion melintasi membran.
Protein Pembawa
Molekul besar tidak dapat berdifusi melalui lipid dalam membran sel. Protein pembawa di dalam membran menyediakan layanan feri, menggunakan salah satu dari transportasi aktif atau difusi yang terfasilitasi.
Transportasi aktif membutuhkan sel untuk menggunakan ATP untuk memindahkan molekul besar melawan gradien konsentrasi. Reseptor dalam protein transpor aktif mengikat penumpang tertentu, dan ATP memungkinkan protein untuk mentranslokasi penumpangnya melintasi membran.
Difusi yang terfasilitasi tidak membutuhkan energi biokimia dari sel. Pembawa yang menggunakan difusi terfasilitasi bertindak sebagai penjaga gerbang yang membuka dan menutup berdasarkan konsentrasi dan gradien listrik.