Ląstelė turi atlikti daugybę pareigų. Viena iš svarbiausių jo funkcijų yra sveikos aplinkos palaikymas ląstelėje. Tam reikia kontroliuoti įvairių molekulių, pavyzdžiui, jonų, ištirpusių dujų ir biocheminių medžiagų, tarpląstelines koncentracijas.
Koncentracijos gradientas yra medžiagos koncentracijos skirtumas regione. Mikrobiologijoje ląstelės membrana sukuria koncentracijos gradientus.
Gradiento ir koncentracijos apibrėžimas (biologija)
Prieš pradėdami suprasti, kaip veikia koncentracijos gradientai mikrobiologija, turime suprasti gradiento ir koncentracijos apibrėžimą (biologija).
A "susikaupimas"reiškia medžiagos kiekį (paprastai vadinamą ištirpusia medžiaga), kuris paprastai būna tirpale. Taigi, pavyzdžiui, jei ląstelės citozolyje yra tam tikras cukraus kiekis, cukraus būtų ištirpusios medžiagos ir citozolis (kur yra cukrus) jų gaminamame tirpale vadinami „tirpikliu“ kartu. Cukraus koncentracija reikštų cukraus kiekį, esantį tos ląstelės citozolyje.
A "koncentracijos gradientas"tiesiog reiškia, kad koncentracijos skiriasi dviejose skirtingose vietose. Pavyzdžiui, ląstelėje gali būti daug cukraus molekulių, o už ląstelės - labai nedaug. Tai būtų koncentracijos gradiento pavyzdys.
Kai susidaro koncentracijos gradientas, molekulės nori tekėti iš didelės koncentracijos sričių į mažą, kad sumažintų gradientą arba jo atsikratytų. Tačiau kartais ląstelių struktūrai / funkcijai reikalingi gradientai. Tęsiant cukraus pavyzdį, ląstelė nori laikyti cukrų ląstelėje, užuot leidusi jam ištekėti iš ląstelės.
Ląstelių membrana
A ląstelės membrana susideda iš dvigubo fosfolipidų sluoksnio, tai yra molekulės, turinčios fosfato galvutę ir dvi lipidines uodegas. Tai vadinama dvigubu fosfolipidiniu sluoksniu. Galvos išsilygina išilgai vidinės ir išorinės membranos ribų, o uodegos užpildo tarpą esančią erdvę.
Ląstelės membrana turi selektyvų pralaidumą - uodegos neleidžia didelėms ar įkrautoms molekulėms difunduoti per ląstelės membraną, o mažos ir riebaluose tirpios molekulės gali praslysti. Selektyvus pralaidumas gali sukurti koncentracijos gradientus per membraną, kuriems reikalinga speciali transmembrana baltymus įveikti, tuo pačiu leidžiant reikalingoms mažoms ir riebaluose tirpioms molekulėms difunduoti nenaudojant energijos.
Pasyvi difuzija
Mažos nepolinės molekulės gali difunduoti per ląstelės membraną pagal molekulės koncentracijos gradientą. Nepolinė molekulė turi santykinai vienodą ir neutralų elektros krūvį.
Pavyzdžiui, deguonis yra nepolinis ir laisvai skleidžiasi per ląstelės membraną. Kraujo ląstelės perneša deguonies molekules į ląsteles supančias erdves, sukurdamos palyginti didelę O koncentraciją2. Ląstelė nuolat metabolizuoja deguonį, sukurdama koncentracijos gradientą tarp ląstelės vidaus ir išorės. O2 dėl šio gradiento difunduoja per membraną.
Vanduo ir anglies dioksidas, nors ir poliariniai, yra pakankamai maži, kad be pagalbos sklistų per ląstelės membraną.
Jonų kanalų receptoriai
An jonų yra atomas arba molekulė, turinti skirtingą protonų ir elektronų skaičių - ji neša elektrinį krūvį. Tam tikri jonai, įskaitant natrio, kalio ir kalcio, yra svarbūs normaliam ląstelės funkcionavimui. Lipidai atmeta jonus, tačiau ląstelės membranoje yra baltymų, vadinamų jonų kanalų receptoriai kurios padeda kontroliuoti jonų koncentraciją ląstelėje.
Natrio-kalio siurblys naudoja ląstelės energijos molekulę, adenozino trifosfatas (ATP), įveikti koncentracijos gradientą, leidžiant natriui judėti iš ląstelės ir kalio į ląstelę. Kiti siurbliai, perduodami jonus per membraną, remiasi elektrodinaminėmis jėgomis, o ne ATP.
Nešėjų baltymai
Didelės molekulės negali difunduoti per ląstelės membranos lipidus. Kelto paslaugą teikia membranoje esantys baltymų nešėjai, naudojant bet kurį aktyvus transportas arba palengvino difuziją.
Aktyvus transportas reikalaujama, kad ląstelė naudotų ATP, kad didelę molekulę perkeltų prieš koncentracijos gradientą. Aktyvių transporto baltymų receptoriai prisijungia prie konkretaus keleivio, o ATP leidžia baltymui perkelti savo keleivį per membraną.
Palengvinta difuzija nereikia biocheminės energijos iš ląstelės. Vežėjai, naudojantys lengvą difuziją, veikia kaip vartininkai, kurie atsidaro ir užsidaro, atsižvelgdami į koncentraciją ir elektrinius nuolydžius.