Kas ir koncentrācijas gradienti mikrobioloģijā?

Šūnai ir jāveic daudzi pienākumi. Viena no svarīgākajām funkcijām ir veselīgas vides uzturēšana šūnā. Tam nepieciešams kontrolēt dažādu molekulu, piemēram, jonu, izšķīdušo gāzu un bioķīmisko vielu, intracelulārās koncentrācijas.

Koncentrācijas gradients ir vielas koncentrācijas atšķirība reģionā. Mikrobioloģijā šūnu membrāna rada koncentrācijas gradientus.

Pirms mēs iedziļināmies koncentrācijas gradientu darbībā mikrobioloģija, mums jāsaprot gradienta un koncentrācijas definīcija (bioloģija).

A "koncentrēšanās"attiecas uz materiāla daudzumu (ko parasti sauc par izšķīdušo vielu), kas parasti atrodams šķīdumā. Tā, piemēram, ja šūnas citosolā ir noteikts cukura daudzums, cukurs būtu izšķīdušo vielu un citosolu (kur ir cukurs) sauc par "šķīdinātāju" to izgatavotajā šķīdumā kopā. Cukura koncentrācija nozīmētu cukura daudzumu, kas atrodams šīs šūnas citozolā.

A "koncentrācijas gradients"vienkārši nozīmē, ka koncentrācijas atšķiras divās dažādās vietās. Piemēram, šūnā var būt daudz cukura molekulu, bet ārpus šūnas - ļoti maz. Tas būtu koncentrācijas gradienta piemērs.

Kad veidojas koncentrācijas gradients, molekulas vēlas plūst no augstas koncentrācijas apgabaliem līdz zemai koncentrācijai, lai samazinātu gradientu vai atbrīvotos no tā. Tomēr dažreiz gradienti ir nepieciešami šūnu struktūrai / funkcijai. Turpinot ar cukura piemēru, šūna vēlas paturēt cukuru šūnā lietošanai, nevis ļaut tam izplūst no šūnas.

A šūnu membrānu sastāv no dubultā fosfolipīdu slāņa, kas ir molekulas, kas satur fosfāta galvu un divas lipīdu astes. To sauc par fosfolipīdu divslāni. Galvas izlīdzinās gar membrānas iekšējo un ārējo robežu, savukārt astes aizpilda atstarpi starp tām.

Šūnas membrānai ir selektīva caurlaidība - astes neļauj lielām vai uzlādētām molekulām difundēt caur šūnu membrānu, savukārt mazās un taukos šķīstošās molekulas var izlīst cauri. Selektīvā caurlaidība var radīt koncentrācijas gradientus visā membrānā, kuriem nepieciešama īpaša transmembrāna olbaltumvielas pārvarēt, vienlaikus ļaujot nepieciešamajām mazajām un taukos šķīstošajām molekulām difundēt, neizmantojot enerģija.

Mazas, nepolāras molekulas var difundēt caur šūnu membrānu, pamatojoties uz molekulas koncentrācijas gradientu. Nepolārai molekulai visā elektrības lādiņš ir samērā vienmērīgs un neitrāls.

Piemēram, skābeklis ir nepolārs un brīvi izkliedējas pa šūnu membrānu. Asins šūnas transportē skābekļa molekulas uz telpām, kas atrodas ap šūnām, radot salīdzinoši lielu O koncentrāciju₂. Šūna nepārtraukti metabolizē skābekli, radot koncentrācijas gradientu starp šūnas iekšpusi un ārpusi. O₂ šī gradienta dēļ difundē caur membrānu.

Ūdens un oglekļa dioksīds, lai arī ir polāri, ir pietiekami mazi, lai bez palīdzības izkliedētos caur šūnu membrānu.

An jonu ir atoms vai molekula ar atšķirīgu protonu un elektronu skaitu - tas nes elektrisko lādiņu. Atsevišķi joni, ieskaitot nātrija, kālija un kalcija jonus, ir svarīgi šūnu normālai darbībai. Lipīdi noraida jonus, bet šūnas membrānu pārber ar proteīniem, ko sauc jonu kanālu receptori kas palīdz kontrolēt jonu koncentrāciju šūnā.

Nātrija-kālija sūknis izmanto šūnas enerģijas molekulu, adenozīna trifosfāts (ATP), lai pārvarētu koncentrācijas gradientu, ļaujot nātrijam pārvietoties no šūnas un kālija šūnā. Citi sūkņi, lai pārvadātu jonus pa membrānu, paļaujas uz elektrodinamiskiem spēkiem, nevis uz ATP.

Lielas molekulas nevar difundēt caur šūnu membrānas lipīdiem. Pārvadātāju olbaltumvielas membrānā nodrošina prāmja pakalpojumus, izmantojot vienu vai otru aktīvs transports vai veicināja difūziju.

Aktīvs transports prasa, lai šūna izmantotu ATP, lai pārvietotu lielo molekulu pret koncentrācijas gradientu. Aktīvo transporta olbaltumvielu receptori saistās ar konkrētu pasažieri, un ATP ļauj olbaltumvielai pārvietot savu pasažieri pāri membrānai.

Veicināta difūzija nav nepieciešama bioķīmiska enerģija no šūnas. Pārvadātāji, kas izmanto atvieglotu difūziju, darbojas kā vārtsargi, kas atveras un aizveras, pamatojoties uz koncentrāciju un elektriskajiem gradientiem.