微生物学の濃度勾配とは何ですか？

セルには実行する多くの義務があります。 その最も重要な機能の1つは、細胞内の健康的な環境を維持することです。 これには、イオン、溶存ガス、生化学物質などのさまざまな分子の細胞内濃度を制御する必要があります。

濃度勾配は、領域全体の物質の濃度の差です。 微生物学では、細胞膜は濃度勾配を作成します。

濃度勾配がどのように機能するかを説明する前に 微生物学、勾配と濃度の定義（生物学）を理解する必要があります。

A "濃度「は、通常、溶液中に見られる物質（通常は溶質と呼ばれる）の量を指します。 したがって、たとえば、細胞の細胞質ゾルに一定量の糖がある場合、糖は次のようになります。 溶質と細胞質ゾル（糖がある場所）は、それらが作る溶液では「溶媒」と呼ばれます 一緒。 糖の濃度は、その細胞の細胞質ゾルに見られる糖の量を意味します。

A "濃度勾配「単に、2つの異なる場所で濃度に違いがあることを意味します。 たとえば、細胞内に多くの糖分子があり、細胞外にはごくわずかしか存在しない可能性があります。 これは、濃度勾配の例​​です。

濃度勾配が形成されると、分子は、勾配を弱める、または取り除くために、高濃度の領域から低濃度の領域に流れたいと考えます。 ただし、セルの構造/機能に勾配が必要な場合があります。 砂糖の例を続けると、セルは、砂糖をセルから流出させるのではなく、使用するためにセル内に保持したいと考えています。

A 細胞膜 リン脂質の二重層で構成されています。リン脂質は、リン酸の頭と2つの脂質の尾を含む分子です。 これはリン脂質二重層と呼ばれます。 頭は膜の内側と外側の境界に沿って整列し、尾はその間のスペースを埋めます。

細胞膜は選択的な透過性を持っています-尾は大きな分子や帯電した分子が細胞膜を通って拡散するのを防ぎますが、小さくて脂溶性の分子はすり抜けることができます。 選択的透過性は、特別な膜貫通を必要とする膜全体に濃度勾配を作り出す可能性があります 必要な小さくて脂溶性の分子が使い果たされることなく拡散することを可能にしながら、克服するタンパク質 エネルギー。

小さな非極性分子は、分子の濃度勾配に基づいて細胞膜を通って拡散する可能性があります。 非極性分子は、全体を通して比較的均一で中性の電荷を持っています。

たとえば、酸素は無極性であり、細胞膜全体に自由に拡散します。 血球は酸素分子を細胞の周囲の空間に輸送し、比較的高濃度のOを生成します

水と二酸化炭素は極性がありますが、補助なしで細胞膜を通って拡散するのに十分小さいです。

アン イオン は、陽子と電子の数が異なる原子または分子であり、電荷を帯びています。 ナトリウム、カリウム、カルシウムなどの特定のイオンは、細胞の正常な機能にとって重要です。 脂質はイオンを拒絶しますが、細胞膜には イオンチャネル受容体 細胞内のイオン濃度を制御するのに役立ちます。

ナトリウム-カリウムポンプは、細胞のエネルギー分子を使用します。 アデノシン三リン酸（ATP）、濃度勾配を克服し、ナトリウムが細胞外に移動し、カリウムが細胞内に移動できるようにします。 他のポンプは、ATPではなく電気力に依存してイオンを膜全体に輸送します。

大きな分子は細胞膜の脂質を通って拡散することはできません。 膜内のキャリアタンパク質は、いずれかを使用してフェリーサービスを提供します 能動輸送 または 促進拡散.

能動輸送 細胞がATPを使用して、濃度勾配に逆らって大きな分子を動かす必要があります。 能動輸送タンパク質内の受容体は特定の乗客に結合し、ATPはタンパク質がその乗客を膜を越えて移動させることを可能にします。

促進拡散 細胞からの生化学的エネルギーは必要ありません。 促進拡散を使用するキャリアは、濃度と電気勾配に基づいて開閉するゲートキーパーとして機能します。