En celle har mange plikter å utføre. En av de viktigste funksjonene er å opprettholde et sunt miljø i cellen. Dette krever kontroll av de intracellulære konsentrasjonene av forskjellige molekyler, slik som ioner, oppløste gasser og biokjemikalier.
En konsentrasjonsgradient er en forskjell i konsentrasjonen av et stoff over en region. I mikrobiologi skaper cellemembranen konsentrasjonsgradienter.
Gradient og konsentrasjonsdefinisjon (biologi)
Før vi går inn på hvordan konsentrasjonsgradienter fungerer mikrobiologi, må vi forstå gradient- og konsentrasjonsdefinisjonen (biologi).
A "konsentrasjon"refererer til mengden av et materiale (vanligvis kalt løsemiddel) som vanligvis finnes i en løsning. Så hvis du for eksempel har en viss mengde sukker i cytosolen i en celle, ville sukkeret være løsemidlet og cytosolen (hvor sukkeret er) kalles "løsningsmidlet" i løsningen de lager sammen. Konsentrasjonen av sukker vil bety mengden sukker som finnes i cytosolen i den cellen.
A "konsentrasjonsgradient"betyr ganske enkelt at det er en forskjell i konsentrasjoner på to forskjellige steder. For eksempel kan du ha mange sukkermolekyler inne i en celle og veldig få utenfor cellen. Det ville være et eksempel på en konsentrasjonsgradient.
Når en konsentrasjonsgradient dannes, vil molekyler flyte fra områder med høy konsentrasjon til lav konsentrasjon for å redusere eller bli kvitt gradienten. Noen ganger er det imidlertid nødvendig med graderinger for struktur / funksjon av celler. Fortsetter med sukkereksemplet, ønsker cellen å holde sukkeret i cellen for bruk i stedet for å la det strømme ut av cellen.
Cellemembranen
EN cellemembran består av dobbelt lag av fosfolipider, som er molekyler som inneholder et fosfathode og to lipidhaler. Dette kalles fosfolipid dobbeltlag. Hodene justeres langs membranens indre og ytre grenser, mens halene fyller mellomrommet.
Cellemembranen har selektiv permeabilitet - halene hindrer store eller ladede molekyler i å diffundere gjennom cellemembranen, mens små og fettløselige molekyler kan gli gjennom. Selektiv permeabilitet kan skape konsentrasjonsgradienter over membranen som krever spesiell transmembran proteiner å overvinne mens de fremdeles tillater nødvendige små og fettløselige molekyler å diffundere uten å bruke opp energi.
Passiv diffusjon
Små, ikke-polare molekyler kan diffundere gjennom en cellemembran basert på molekylets konsentrasjonsgradient. Et ikke-polært molekyl har en relativt jevn og nøytral elektrisk ladning overalt.
For eksempel er oksygen ikke-polært og diffunderer fritt over en cellemembran. Blodceller transporterer oksygenmolekyler til rommet rundt cellene, og skaper en relativt høy konsentrasjon av O2. En celle metaboliserer kontinuerlig oksygen, og skaper en konsentrasjonsgradient mellom det indre og ytre av cellen. O2 diffunderer gjennom membranen på grunn av denne gradienten.
Selv om vann og karbondioksid er polare, er de små nok til å diffundere gjennom cellemembranen uten hjelp.
Ion Channel reseptorer
An ion er et atom eller molekyl med et annet antall protoner og elektroner - den bærer en elektrisk ladning. Visse ioner, inkludert de av natrium, kalium og kalsium, er viktige for at en celle skal fungere normalt. Lipider avviser ioner, men cellemembranen er krydret med proteiner som kalles ionekanalreseptorer som hjelper med å kontrollere ionekonsentrasjoner i cellen.
Natrium-kaliumpumpen bruker cellens energimolekyl, adenosintrifosfat (ATP), for å overvinne konsentrasjonsgradienten, slik at natrium beveger seg ut av cellen og kalium inn i cellen. Andre pumper er avhengige av elektrodynamiske krefter i stedet for ATP for å transportere ioner over membranen.
Bæreproteiner
Store molekyler kan ikke diffundere gjennom lipidene i cellemembranen. Bæreproteiner i membranen gir fergetjenesten ved å bruke en av dem aktiv transport eller tilrettelagt for diffusjon.
Aktiv transport krever at cellen bruker ATP for å flytte det store molekylet mot konsentrasjonsgradienten. Reseptorer innenfor aktive transportproteiner binder seg til spesifikk passasjer, og ATP lar proteinet translokere passasjeren over membranen.
Tilrettelagt diffusjon trenger ikke biokjemisk energi fra cellen. Bærere som bruker diffusjon som fungerer, fungerer som portvakter som åpnes og lukkes basert på konsentrasjon og elektriske gradienter.