Что такое градиенты концентраций в микробиологии?

У клетки есть много обязанностей. Одна из его наиболее важных функций - поддерживать здоровую среду внутри клетки. Это требует контроля внутриклеточных концентраций различных молекул, таких как ионы, растворенные газы и биохимические вещества.

Градиент концентрации - это разница в концентрации вещества в регионе. В микробиологии клеточная мембрана создает градиенты концентрации.

Прежде чем мы перейдем к тому, как работают градиенты концентрации в микробиология, нам нужно понять определение градиента и концентрации (биология).

А "концентрация«относится к количеству вещества (обычно называемого растворенным веществом), которое обычно находится в растворе. Так, например, если у вас есть определенное количество сахара в цитозоле клетки, сахар будет растворенное вещество и цитозоль (где находится сахар) называются «растворителем» в растворе, который они делают. все вместе. Концентрация сахара будет означать количество сахара, обнаруженного в цитозоле этой клетки.

А "градиент концентрации"просто означает разницу в концентрациях в двух разных местах. Например, у вас может быть много молекул сахара внутри клетки и очень мало вне клетки. Это был бы пример градиента концентрации.

Когда образуется градиент концентрации, молекулы хотят перетекать из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, чтобы уменьшить или избавиться от градиента. Однако иногда градиенты необходимы для структуры / функции ячеек. Продолжая пример с сахаром, ячейка хочет сохранить сахар в ячейке для использования вместо того, чтобы позволить ему вытекать из ячейки.

А клеточная мембрана состоит из двойного слоя фосфолипидов, которые представляют собой молекулы, содержащие фосфатную головку и два липидных хвоста. Это называется бислоем фосфолипидов. Головки совпадают по внутренней и внешней границам мембраны, а хвосты заполняют пространство между ними.

Клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью - хвосты предотвращают диффузию больших или заряженных молекул через клеточную мембрану, в то время как маленькие и жирорастворимые молекулы могут проскальзывать. Избирательная проницаемость может создавать градиенты концентрации через мембрану, что требует специальной трансмембраны. белки, которые необходимо преодолеть, при этом позволяя необходимым маленьким и жирорастворимым молекулам диффундировать без использования энергия.

Небольшие неполярные молекулы могут диффундировать через клеточную мембрану в зависимости от градиента концентрации молекулы. Неполярная молекула имеет относительно однородный и нейтральный электрический заряд повсюду.

Например, кислород неполярен и свободно диффундирует через клеточную мембрану. Клетки крови транспортируют молекулы кислорода к пространствам, окружающим клетки, создавая относительно высокую концентрацию O₂. Клетка непрерывно метаболизирует кислород, создавая градиент концентрации между внутренней и внешней частью клетки. О₂ диффундирует через мембрану из-за этого градиента.

Вода и углекислый газ, хотя и полярны, достаточно малы, чтобы диффундировать через клеточную мембрану без посторонней помощи.

An ион представляет собой атом или молекулу с другим числом протонов и электронов - он несет электрический заряд. Определенные ионы, в том числе ионы натрия, калия и кальция, важны для нормального функционирования клетки. Липиды отклоняют ионы, но клеточная мембрана усеяна белками, называемыми рецепторы ионных каналов которые помогают контролировать концентрацию ионов в клетке.

Натрий-калиевый насос использует молекулу энергии клетки, аденозинтрифосфат (АТФ), чтобы преодолеть градиент концентрации, позволяющий перемещать натрий из клетки и калию в клетку. Другие насосы полагаются на электродинамические силы, а не на АТФ, чтобы транспортировать ионы через мембрану.

Большие молекулы не могут диффундировать через липиды клеточной мембраны. Белки-носители внутри мембраны обеспечивают паромную переправу, используя либо активный транспорт или же облегченное распространение.

Активный транспорт требует, чтобы клетка использовала АТФ для перемещения большой молекулы против градиента концентрации. Рецепторы в составе активных транспортных белков связываются с конкретным пассажиром, а АТФ позволяет белку перемещать своего пассажира через мембрану.

Облегченная диффузия не нуждается в биохимической энергии клетки. Носители, использующие облегченную диффузию, действуют как привратники, которые открываются и закрываются в зависимости от концентрации и электрических градиентов.