O celulă are multe îndatoriri de îndeplinit. Una dintre cele mai importante funcții ale sale este menținerea unui mediu sănătos în interiorul celulei. Acest lucru necesită controlul concentrațiilor intracelulare ale diferitelor molecule, cum ar fi ioni, gaze dizolvate și biochimice.
Un gradient de concentrație este o diferență în concentrația unei substanțe într-o regiune. În microbiologie, membrana celulară creează gradienți de concentrație.
Definiția gradientului și a concentrației (biologie)
Înainte de a intra în modul în care funcționează gradienții de concentrație microbiologie, trebuie să înțelegem definiția gradientului și a concentrației (biologie).
A "concentraţie"se referă la cantitatea de material (de obicei numită solut) care se găsește de obicei într-o soluție. De exemplu, dacă aveți o anumită cantitate de zahăr în citosolul unei celule, zahărul ar fi solutul și citosolul (unde este zahărul) se numește „solvent” în soluția pe care o produc împreună. Concentrația zahărului ar însemna cantitatea de zahăr găsită în citosolul celulei respective.
A "gradient de concentrație„înseamnă pur și simplu că există o diferență de concentrații în două locuri diferite. De exemplu, ai putea avea multe molecule de zahăr în interiorul unei celule și foarte puține în afara celulei. Acesta ar fi un exemplu de gradient de concentrație.
Când se formează un gradient de concentrație, moleculele doresc să curgă din zone de concentrație mare la concentrație scăzută pentru a diminua sau a scăpa de gradient. Cu toate acestea, uneori gradienții sunt necesari pentru structura / funcția celulelor. Continuând cu exemplul de zahăr, celula vrea să păstreze zahărul în celulă pentru utilizare în loc să-i permită să curgă din celulă.
Membrana celulară
A membrana celulara este compus din strat dublu de fosfolipide, care sunt molecule care conțin un cap de fosfat și două cozi lipidice. Aceasta se numește bistrat fosfolipidic. Capetele se aliniază de-a lungul limitelor interioare și exterioare ale membranei, în timp ce cozile umple spațiul dintre ele.
Membrana celulară are permeabilitate selectivă - cozile împiedică moleculele mari sau încărcate să se difuzeze prin membrana celulară, în timp ce moleculele mici și solubile în grăsimi pot aluneca. Permeabilitatea selectivă poate crea gradienți de concentrație pe membrană care necesită transmembrană specială proteine care trebuie depășite, permițând în același timp ca moleculele mici și liposolubile necesare să se difuzeze fără a se consuma energie.
Difuzie pasivă
Moleculele mici, nepolare, pot difuza printr-o membrană celulară pe baza gradientului de concentrație al moleculei. O moleculă nepolară are o sarcină electrică relativ uniformă și neutră pe tot parcursul.
De exemplu, oxigenul este nepolar și difuzează liber pe o membrană celulară. Celulele sanguine transportă moleculele de oxigen în spațiile din jurul celulelor, creând o concentrație relativ mare de O2. O celulă metabolizează continuu oxigenul, creând un gradient de concentrație între interiorul și exteriorul celulei. O2 difuzează prin membrană din cauza acestui gradient.
Apa și dioxidul de carbon, deși polar, sunt suficient de mici pentru a se difuza prin membrana celulară fără asistență.
Receptoare de canale ionice
Un ion este un atom sau o moleculă cu un număr diferit de protoni și electroni - poartă o sarcină electrică. Anumiți ioni, inclusiv cei de sodiu, potasiu și calciu, sunt importanți pentru funcționarea normală a unei celule. Lipidele resping ionii, dar membrana celulară este piperată cu proteine numite receptori de canale ionice care ajută la controlul concentrațiilor de ioni din celulă.
Pompa de sodiu-potasiu folosește molecula de energie a celulei, adenozin trifosfat (ATP), pentru a depăși gradientul de concentrație, permițând mișcarea de sodiu din celulă și potasiu în celulă. Alte pompe se bazează mai degrabă pe forțe electrodinamice decât pe ATP pentru a transporta ioni peste membrană.
Proteine purtătoare
Moleculele mari nu se pot difuza prin lipide în membrana celulară. Proteinele purtătoare din membrană asigură serviciul de feribot, folosind oricare dintre ele transport activ sau difuzarea facilitată.
Transport activ cere ca celula să utilizeze ATP pentru a muta molecula mare împotriva gradientului de concentrație. Receptorii din proteinele de transport activ se leagă de pasagerul specific, iar ATP permite proteinei să-și transloce pasagerul prin membrană.
Difuzie facilitată nu are nevoie de energie biochimică din celulă. Purtătorii care utilizează difuzie facilitată acționează ca portiști care se deschid și se închid pe baza concentrației și a gradienților electrici.