Bunka má veľa povinností. Jednou z jeho najdôležitejších funkcií je udržiavať zdravé prostredie v bunke. To si vyžaduje kontrolu intracelulárnych koncentrácií rôznych molekúl, ako sú ióny, rozpustené plyny a biochemické látky.
Koncentračný gradient je rozdiel v koncentrácii látky v určitej oblasti. V mikrobiológii bunková membrána vytvára koncentračné gradienty.
Definícia gradientu a koncentrácie (biológia)
Predtým, ako sa pustíme do fungovania gradientov koncentrácie mikrobiológia, musíme pochopiť definíciu gradientu a koncentrácie (biológia).
Akoncentrácia„označuje množstvo materiálu (zvyčajne sa nazýva rozpustená látka), ktoré sa zvyčajne nachádza v roztoku. Takže napríklad ak máte v cytozole bunky určité množstvo cukru, cukor by to bol rozpustená látka a cytosol (kde je cukor) sa v roztoku, ktorý vyrábajú, nazývajú „rozpúšťadlom“ spolu. Koncentrácia cukru by znamenala množstvo cukru nájdené v cytosóle tejto bunky.
Akoncentračný gradient„jednoducho znamená, že je rozdiel v koncentráciách na dvoch rôznych miestach. Napríklad môžete mať veľa molekúl cukru vo vnútri bunky a veľmi málo mimo bunky. Bol by to príklad koncentračného gradientu.
Keď sa vytvorí koncentračný gradient, molekuly chcú prúdiť z oblastí s vysokou koncentráciou do nízkej koncentrácie, aby tento gradient zmenšili alebo sa ho zbavili. Pre štruktúru / funkciu buniek sú však niekedy potrebné gradienty. Pokračovaním príkladu s cukrom si chce bunka ponechať cukor v bunke na použitie namiesto toho, aby mu umožnila vytekať z bunky.
Bunková membrána
A bunková membrána sa skladá z dvojitej vrstvy fosfolipidov, čo sú molekuly obsahujúce fosfátovú hlavu a dva lipidové konce. Toto sa nazýva fosfolipidová dvojvrstva. Hlavy sa zarovnávajú pozdĺž vnútornej a vonkajšej hranice membrány, zatiaľ čo chvosty vypĺňajú priestor medzi nimi.
Bunková membrána má selektívnu permeabilitu - chvosty bránia difúzii veľkých alebo nabitých molekúl cez bunkovú membránu, zatiaľ čo malé a v tukoch rozpustné molekuly môžu skĺznuť. Selektívna permeabilita môže vytvárať cez membránu koncentračné gradienty, ktoré si vyžadujú špeciálnu transmembránu prekonať bielkoviny a pritom umožniť difúziu potrebných malých a v tukoch rozpustných molekúl bez spotrebovania energie.
Pasívna difúzia
Malé nepolárne molekuly môžu difundovať cez bunkovú membránu na základe koncentračného gradientu molekuly. Nepolárna molekula má po celú dobu relatívne rovnomerný a neutrálny elektrický náboj.
Napríklad kyslík je nepolárny a voľne difunduje cez bunkovú membránu. Krvné bunky prenášajú molekuly kyslíka do priestorov obklopujúcich bunky a vytvárajú relatívne vysokú koncentráciu O2. Bunka nepretržite metabolizuje kyslík a vytvára koncentračný gradient medzi interiérom a exteriérom bunky. O2 difunduje cez membránu kvôli tomuto gradientu.
Voda a oxid uhličitý, aj keď sú polárne, sú dosť malé na to, aby bez pomoci difundovali cez bunkovú membránu.
Receptory iónových kanálov
An ión je atóm alebo molekula s rôznym počtom protónov a elektrónov - nesie elektrický náboj. Niektoré ióny, vrátane sodíka, draslíka a vápnika, sú dôležité pre normálne fungovanie bunky. Lipidy odmietajú ióny, ale bunková membrána je posiata nazývanými bielkovinami receptory iónových kanálov ktoré pomáhajú regulovať koncentrácie iónov v bunke.
Sodík-draselné čerpadlo využíva energetickú molekulu bunky, adenozíntrifosfát (ATP), na prekonanie koncentračného gradientu umožňujúceho pohyb sodíka z bunky a draslíka do bunky. Iné čerpadlá sa pri preprave iónov cez membránu spoliehajú skôr na elektrodynamické sily ako na ATP.
Nosné proteíny
Veľké molekuly nemôžu difundovať cez lipidy v bunkovej membráne. Nosné proteíny v membráne zabezpečujú trajektovú dopravu, pričom využívajú buď aktívna doprava alebo uľahčená difúzia.
Aktívna preprava vyžaduje, aby bunka používala ATP na pohyb veľkej molekuly proti koncentračnému gradientu. Receptory v aktívnych transportných proteínoch sa viažu na konkrétneho pasažiera a ATP umožňuje proteínu translokovať svojho pasažiera cez membránu.
Uľahčená difúzia nepotrebuje biochemickú energiu z bunky. Dopravcovia používajúci uľahčenú difúziu pôsobia ako vrátnici, ktorí sa otvárajú a zatvárajú na základe koncentrácie a elektrických gradientov.