Celica mora opravljati veliko dolžnosti. Ena najpomembnejših funkcij je vzdrževanje zdravega okolja v celici. To zahteva nadzor znotrajceličnih koncentracij različnih molekul, kot so ioni, raztopljeni plini in biokemične snovi.
Gradient koncentracije je razlika v koncentraciji snovi v regiji. V mikrobiologiji celična membrana ustvarja gradient koncentracije.
Opredelitev gradienta in koncentracije (biologija)
Preden preučimo, kako delujejo gradienti koncentracije mikrobiologija, razumeti moramo gradient in definicijo koncentracije (biologija).
A "koncentracija"se nanaša na količino snovi (običajno imenovane topljene snovi), ki je običajno v raztopini. Torej, če imate na primer določeno količino sladkorja v citosolu celice, bi bil sladkor topljeno sredstvo in citosol (kjer je sladkor) se imenuje "topilo" v raztopini, ki jo tvorijo skupaj. Koncentracija sladkorja bi pomenila količino sladkorja, ki ga najdemo v citozolu te celice.
A "gradient koncentracije"preprosto pomeni, da obstaja razlika v koncentracijah na dveh različnih mestih. Na primer, lahko imate veliko molekul sladkorja znotraj celice in zelo malo zunaj celice. To bi bil primer gradienta koncentracije.
Ko se gradi gradient koncentracije, molekule želijo prehajati iz območij z visoko koncentracijo v nizko koncentracijo, da bi gradient zmanjšale ali se ga znebile. Vendar so včasih gradienti potrebni za strukturo / delovanje celic. Če nadaljujemo s primerom sladkorja, želi celica obdržati sladkor v celici za uporabo, namesto da bi mu omogočila odtok iz celice.
Celična membrana
A celična membrana je sestavljen iz dvojne plasti fosfolipidov, ki so molekule, ki vsebujejo fosfatno glavo in dva lipidna repa. Temu pravimo fosfolipidni dvoplast. Glave se poravnajo vzdolž notranje in zunanje meje membrane, medtem ko repi zapolnijo prostor vmes.
Celična membrana ima selektivno prepustnost - repi preprečujejo difundiranje velikih ali nabitih molekul skozi celično membrano, majhne in v maščobi topne molekule pa lahko zdrsnejo skozi. Selektivna prepustnost lahko ustvari gradient koncentracije čez membrano, ki zahteva posebno transmembrano beljakovine, ki jih je treba premagati, obenem pa omogočiti, da se potrebne majhne in v maščobi topne molekule razpršijo, ne da bi jih porabili energija.
Pasivna difuzija
Majhne, nepolarne molekule lahko difundirajo skozi celično membrano na podlagi gradienta koncentracije molekule. Nepolarna molekula ima ves čas razmeroma enakomeren in nevtralen električni naboj.
Na primer, kisik je nepolaren in prosto difundira po celični membrani. Krvne celice prenašajo molekule kisika v prostore, ki obkrožajo celice, kar ustvarja relativno visoko koncentracijo O2. Celica nenehno presnavlja kisik in ustvarja koncentracijski gradient med notranjostjo in zunanjostjo celice. O2 zaradi tega gradienta difundira skozi membrano.
Voda in ogljikov dioksid, čeprav polarna, sta dovolj majhna, da lahko brez difuzije difundirata skozi celično membrano.
Ionski sprejemniki
An ion je atom ali molekula z različnim številom protonov in elektronov - nosi električni naboj. Nekateri ioni, vključno z natrijem, kalijem in kalcijem, so pomembni za normalno delovanje celice. Lipidi zavrnejo ione, toda celična membrana je napolnjena s tako imenovanimi beljakovinami receptorji za ionske kanale ki pomagajo nadzorovati koncentracijo ionov v celici.
Natrijevo-kalijeva črpalka uporablja energijsko molekulo celice, adenozin trifosfat (ATP)za premagovanje gradienta koncentracije, ki omogoča premikanje natrija iz celice in kalija v celico. Druge črpalke se za prenos ionov skozi membrano zanašajo na elektrodinamične sile in ne na ATP.
Beljakovine nosilke
Velike molekule ne morejo difundirati skozi lipide v celični membrani. Nosilne beljakovine v membrani zagotavljajo trajektno storitev z uporabo enega ali drugega aktivni prevoz ali olajšana difuzija.
Aktivni prevoz zahteva, da celica z ATP premakne veliko molekulo proti gradientu koncentracije. Receptorji v aktivnih transportnih beljakovinah se vežejo na določenega potnika, ATP pa beljakovinam omogoči, da potnika premestijo čez membrano.
Olajšana difuzija ne potrebuje biokemične energije iz celice. Nosilci, ki uporabljajo olajšano difuzijo, delujejo kot vratarji, ki se odpirajo in zapirajo na podlagi koncentracije in električnih gradientov.