უჯრედს ბევრი მოვალეობის შესრულება აქვს. მისი ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფუნქციაა უჯრედში ჯანსაღი გარემოს შენარჩუნება. ამისათვის საჭიროა სხვადასხვა მოლეკულების უჯრედშიდა კონცენტრაციის კონტროლი, მაგალითად, იონების, გახსნილი გაზებისა და ბიოქიმიკატების.
კონცენტრაციის გრადიენტი არის ნივთიერების კონცენტრაციის სხვაობა რეგიონში. მიკრობიოლოგიაში, უჯრედის მემბრანა ქმნის კონცენტრაციის გრადიენტებს.
გრადიენტის და კონცენტრაციის განმარტება (ბიოლოგია)
სანამ გავეცნობით როგორ მუშაობენ კონცენტრაციის გრადიენტები მიკრობიოლოგია, ჩვენ უნდა გვესმოდეს გრადიენტის და კონცენტრაციის განმარტება (ბიოლოგია).
ა "კონცენტრაცია"ეხება მასალის რაოდენობას (რომელსაც ჩვეულებრივ ხსნადს უწოდებენ), რომელიც გვხვდება ჩვეულებრივ ხსნარში. მაგალითად, თუ უჯრედის ციტოზოლში გაქვთ გარკვეული რაოდენობით შაქარი, შაქარი იქნება ხსნადს და ციტოზოლს (სადაც შაქარია) მათ ხსნარში ეწოდება "გამხსნელი" ერთად. შაქრის კონცენტრაცია ნიშნავს ამ უჯრედის ციტოზოლში შაქრის რაოდენობას.
ა "კონცენტრაციის გრადიენტი”უბრალოდ ნიშნავს, რომ განსხვავებაა კონცენტრაციებში ორ სხვადასხვა ადგილას. მაგალითად, თქვენ შეიძლება გქონდეთ ბევრი მოლეკულა შაქრის უჯრედის შიგნით და ძალიან ცოტა საკნის გარეთ. ეს იქნება კონცენტრაციის გრადიენტის მაგალითი.
როდესაც ხდება კონცენტრაციის გრადიენტი, მოლეკულებს სურთ მაღალი კონცენტრაციის უბნებიდან დაბალი კონცენტრაციისკენ მიედინება გრადიენტი შეამცირონ ან მოიცილონ. ამასთან, ზოგჯერ გრადიენტები აუცილებელია უჯრედების სტრუქტურის / ფუნქციონირებისთვის. აგრძელებთ შაქრის მაგალითს, უჯრედს სურს შაქარი შეინახოს უჯრედში გამოყენებისთვის, ნაცვლად იმისა, რომ მას უჯრედიდან გაედინება.
უჯრედის მემბრანა
ა უჯრედის მემბრანა შედგება ფოსფოლიპიდების ორმაგი შრისგან, რომლებიც წარმოადგენენ ფოსფატის თავისა და ორი ლიპიდური კუდის მოლეკულებს. ამას ფოსფოლიპიდური შრე ეწოდება. თავები გასწორებულია გარსის შიდა და გარე საზღვრების გასწვრივ, ხოლო კუდები ავსებს შუალედურ ადგილს.
უჯრედის მემბრანს აქვს შერჩევითი გამტარიანობა - კუდები ხელს უშლის დიდი ან დამუხტული მოლეკულების დიფუზიას უჯრედის მემბრანაში, ხოლო მცირე და ცხიმში ხსნად მოლეკულებს შეუძლიათ გადაიჩეხო. შერჩევით გამტარობას შეუძლია შექმნას კონცენტრაციის გრადიენტები მემბრანის მასშტაბით, რომლებიც საჭიროებენ სპეციალურ ტრანსმემბრანას პროტეინების დასაძლევად, ხოლო მცირე და ცხიმში ხსნადი მოლეკულების დიფუზიის გარეშე ენერგია
პასიური დიფუზია
მცირე, არაპოლარული მოლეკულები შეიძლება დიფუზიონ უჯრედის მემბრანის მეშვეობით, მოლეკულის კონცენტრაციის გრადიენტის საფუძველზე. არაპოლარულ მოლეკულას შედარებით ერთნაირი და ნეიტრალური ელექტრული მუხტი აქვს.
მაგალითად, ჟანგბადი არაპოლარულია და თავისუფლად ვრცელდება უჯრედის მემბრანაში. სისხლის უჯრედები ჟანგბადის მოლეკულებს უჯრედების მიმდებარე სივრცეებში გადააქვთ, რაც ქმნის O- ს შედარებით მაღალ კონცენტრაციას2. უჯრედი მუდმივად მეტაბოლიზდება ჟანგბადზე, ქმნის კონცენტრაციის გრადიენტს უჯრედის შინაგანსა და ექსტერიერს შორის. ო2 ამ გრადიენტის გამო დიფუზირდება მემბრანის საშუალებით.
წყალი და ნახშირორჟანგი, მიუხედავად იმისა, რომ პოლარულია, საკმარისად მცირეა, უჯრედის მემბრანის მეშვეობით დაუბრკოლებლად დიფუზიური ხდება.
იონის არხის რეცეპტორები
ან იონი არის ატომი ან მოლეკულა, რომელსაც აქვს პროტონისა და ელექტრონის სხვადასხვა რაოდენობა - ის ახორციელებს ელექტრულ მუხტს. გარკვეული იონები, მათ შორის ნატრიუმი, კალიუმი და კალციუმი, მნიშვნელოვანია უჯრედის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის. ლიპიდები უარყოფენ იონებს, მაგრამ უჯრედის მემბრანას აქვს წიწაკა პროტეინებით, რომლებსაც ე.წ. იონური არხის რეცეპტორები ეს ხელს უწყობს უჯრედში იონების კონცენტრაციის კონტროლს.
ნატრიუმ-კალიუმის ტუმბო იყენებს უჯრედის ენერგიის მოლეკულას, ადენოზინტრიფოსფატი (ATP), კონცენტრაციის გრადიენტის დასაძლევად, რაც საშუალებას აძლევს ნატრიუმს უჯრედიდან და კალიუმის უჯრედში გადატანა. სხვა ტუმბოები უფრო მეტ ელექტროდინამიკურ ძალებს ეყრდნობიან, ვიდრე ATP- ს, რომ იონები გადაადგილონ გარსზე.
გადამზიდავი ცილები
დიდი მოლეკულები ვერ დიფუზირებენ უჯრედულ მემბრანაში არსებულ ლიპიდებს. მემბრანის გადამზიდავი ცილები უზრუნველყოფს საბორნე მომსახურებას, ან ერთის გამოყენებით აქტიური ტრანსპორტი ან ხელი შეუწყო დიფუზიას.
Აქტიური ტრანსპორტი მოითხოვს უჯრედს გამოიყენოს ATP დიდი მოლეკულის გადასაადგილებლად კონცენტრაციის გრადიენტის წინააღმდეგ. რეცეპტორების აქტიური სატრანსპორტო ცილები უკავშირდება სპეციფიკურ მგზავრს და ATP საშუალებას აძლევს პროტეინს გადაადგილდეს მისი მგზავრი მემბრანის გასწვრივ.
გამარტივებული დიფუზია არ სჭირდება ბიოქიმიური ენერგია უჯრედისგან. მატარებლები იყენებენ გამარტივებულ დიფუზიას, როგორც მეკარეები, რომლებიც იხსნება და იკეტება კონცენტრაციისა და ელექტრული გრადიენტების საფუძველზე.