לתא יש חובות רבות לבצע. אחד מתפקידיו החשובים ביותר הוא שמירה על סביבה בריאה בתא. זה דורש שליטה בריכוזים התוך תאיים של מולקולות שונות, כגון יונים, גזים מומסים וביוכימיקלים.
שיפוע ריכוז הוא הבדל בריכוז החומר על פני אזור. במיקרוביולוגיה, קרום התא יוצר שיפועי ריכוז.
הגדרת שיפוע וריכוז (ביולוגיה)
לפני שנכנס לאופן בו שיפועי ריכוז עובדים מִיקרוֹבִּיוֹלוֹגִיָה, עלינו להבין את הגדרת השיפוע והריכוז (ביולוגיה).
A "ריכוז"מתייחס לכמות החומר (המכונה בדרך כלל מומס) שנמצא בדרך כלל בתמיסה. כך, למשל, אם יש לך כמות מסוימת של סוכר בציטוזול של תא, הסוכר יהיה המומס והציטוזול (שם נמצא הסוכר) נקרא "הממס" בתמיסה שהם מייצרים יַחַד. משמעות ריכוז הסוכר היא כמות הסוכר המצויה בציטוזול של אותו תא.
A "שיפוע ריכוז"פשוט אומר שיש הבדל בריכוזים בשני מקומות שונים. לדוגמה, יכולות להיות לך מולקולות רבות של סוכר בתוך תא ומעט מאוד מחוץ לתא. זו תהיה דוגמה לשיפוע בריכוז.
כאשר נוצר שיפוע ריכוז, מולקולות רוצות לזרום מאזורים עם ריכוז גבוה לריכוז נמוך על מנת להפחית את שיפוע, או להיפטר מהן. עם זאת, לעיתים נחוצים שיפועים למבנה / תפקוד של תאים. בהמשך לדוגמת הסוכר, התא רוצה לשמור את הסוכר בתא לשימוש במקום לאפשר לו לזרום החוצה מהתא.
קרום התא
א קרום תא מורכב משכבה כפולה של פוספוליפידים, שהם מולקולות המכילות ראש פוספט ושני זנבות ליפידים. זה נקרא דו שכבתי פוספוליפי. הראשים מתיישרים לאורך הגבולות הפנימיים והחיצוניים של הקרום, ואילו הזנבות ממלאים את החלל שביניהם.
לקרום התא יש חדירות סלקטיבית - הזנבות מונעים ממולקולות גדולות או טעונות להתפשט דרך קרום התא, ואילו מולקולות קטנות ומסיסות בשומן יכולות לחמוק דרכן. חדירות סלקטיבית יכולה ליצור שיפועי ריכוז על פני הממברנה הדורשים טרנסממברנה מיוחדת חלבונים להתגבר עליהם ועדיין לאפשר למולקולות מסיסות קטנות ושומניות הדרושות להתפזר מבלי להשתמש בהן אֵנֶרְגִיָה.
דיפוזיה פסיבית
מולקולות קטנות ולא קוטביות יכולות להתפזר דרך קרום התא על בסיס שיפוע הריכוז של המולקולה. מולקולה לא פולרית כוללת מטען חשמלי אחיד וניטרלי יחסית לכל אורכו.
לדוגמא, חמצן אינו קוטבי ומתפזר באופן חופשי על פני קרום התא. תאי הדם מעבירים מולקולות חמצן לחללים המקיפים את התאים, ויוצרים ריכוז גבוה יחסית של O2. תא מטבוליזם חמצן ברציפות, ויוצר שיפוע ריכוז בין החלק הפנימי והחיצוני של התא. או2 מתפזר דרך הממברנה בגלל שיפוע זה.
מים ופחמן דו חמצני, אף שהם קוטביים, הם קטנים מספיק כדי להתפזר דרך קרום התא ללא סיוע.
קולטני ערוץ יון
An יוֹן הוא אטום או מולקולה עם מספר שונה של פרוטונים ואלקטרונים - הם נושאים מטען חשמלי. יונים מסוימים, כולל אלה של נתרן, אשלגן וסידן, חשובים לתפקודו התקין של התא. ליפידים דוחים יונים, אך קרום התא מפולפל בחלבונים הנקראים קולטני תעלות יונים המסייעים בשליטה על ריכוזי יונים בתוך התא.
משאבת הנתרן-אשלגן משתמשת במולקולת האנרגיה של התא, אדנוזין טריפוספט (ATP), כדי להתגבר על שיפוע הריכוז, ומאפשר תנועת נתרן מחוץ לתא ואשלגן לתא. משאבות אחרות מסתמכות על כוחות אלקטרודינמיים ולא על ATP כדי להעביר יונים על פני הממברנה.
חלבונים מנשא
מולקולות גדולות אינן יכולות להתפזר דרך השומנים בקרום התא. חלבוני נשא בתוך הממברנה מספקים את שירות המעבורת, באמצעות אחד מהם מעבר פעיל אוֹ הקל על דיפוזיה.
מעבר פעיל דורש מהתא להשתמש ב- ATP כדי להזיז את המולקולה הגדולה כנגד שיפוע הריכוז. קולטנים בחלבוני תחבורה פעילים נקשרים לנוסע ספציפי, ו- ATP מאפשר לחלבון להעביר את הנוסע שלו על פני הקרום.
דיפוזיה הקלה לא זקוק לאנרגיה ביוכימית מהתא. מנשאים המשתמשים בדיפוזיה קלה משמשים כשומרי סף שנפתחים ונסגרים על סמך שיפועי ריכוז וחשמל.