Що таке градієнти концентрації в мікробіології?

Осередок має виконувати багато обов’язків. Однією з найважливіших його функцій є підтримка здорового середовища всередині клітини. Це вимагає контролю внутрішньоклітинних концентрацій різних молекул, таких як іони, розчинені гази та біохімікати.

Градієнт концентрації - це різниця в концентрації речовини в регіоні. У мікробіології клітинна мембрана створює градієнти концентрації.

Перш ніж ми дізнаємося, як працюють градієнти концентрації мікробіологія, нам потрібно зрозуміти визначення градієнта та концентрації (біологія).

A "концентрація"відноситься до кількості речовини (зазвичай її називають розчиненою речовиною), яка зазвичай знаходиться в розчині. Так, наприклад, якщо у вас є певна кількість цукру в цитозолі клітини, цукор буде розчинена речовина і цитозоль (там, де знаходиться цукор) називається «розчинником» у розчині, який вони утворюють разом. Концентрація цукру означала б кількість цукру, що міститься в цитозолі цієї клітини.

A "градієнт концентрації

Коли утворюється градієнт концентрації, молекули хочуть перетікати з областей високої концентрації до низької концентрації, щоб зменшити або позбутися градієнта. Однак іноді градієнти необхідні для структури / функції клітин. Продовжуючи приклад з цукром, клітина хоче зберегти цукор у клітині для використання, замість того щоб дозволити йому витікати з клітини.

A клітинна мембрана складається з подвійного шару фосфоліпідів, які є молекулами, що містять фосфатну головку та два ліпідні хвости. Це називається фосфоліпідним бішаром. Головки вирівнюються вздовж внутрішньої та зовнішньої мембрани, тоді як хвости заповнюють простір між ними.

Клітинна мембрана має селективну проникність - хвости запобігають дифузії великих або заряджених молекул через клітинну мембрану, тоді як дрібні та жиророзчинні молекули можуть прослизати. Селективна проникність може створювати градієнти концентрації через мембрану, що вимагає спеціальної трансмембрани білки для подолання, дозволяючи при цьому необхідним дрібним і жиророзчинним молекулам дифундувати, не витрачаючи енергія.

Невеликі неполярні молекули можуть дифундувати через клітинну мембрану на основі градієнта концентрації молекули. Неполярна молекула має відносно рівномірний і нейтральний електричний заряд на всьому протязі.

Наприклад, кисень неполярний і вільно дифундує по клітинній мембрані. Клітини крові транспортують молекули кисню до просторів, що оточують клітини, створюючи відносно високу концентрацію О₂. Клітина постійно метаболізує кисень, створюючи градієнт концентрації між внутрішньою та зовнішньою частинами клітини. О₂ через цей градієнт дифундує через мембрану.

Вода і вуглекислий газ, хоч і полярні, є досить малими, щоб дифузувати через клітинну мембрану без допомоги.

Ан іон являє собою атом або молекулу з різною кількістю протонів та електронів - він несе електричний заряд. Деякі іони, включаючи натрій, калій і кальцій, важливі для нормального функціонування клітини. Ліпіди відкидають іони, але клітинна мембрана заповнена так званими білками рецептори іонних каналів які допомагають контролювати концентрацію іонів у клітині.

Натрієво-калієвий насос використовує енергетичну молекулу клітини, аденозинтрифосфат (АТФ), подолати градієнт концентрації, дозволяючи переміщення натрію з клітини та калію в клітину. Інші насоси покладаються на електродинамічні сили, а не на АТФ, щоб транспортувати іони через мембрану.

Великі молекули не можуть дифундувати через ліпіди в клітинній мембрані. Білки-носії в мембрані забезпечують поромну послугу, використовуючи будь-який з них активний транспорт або полегшена дифузія.

Активний транспорт вимагає від клітини використання АТФ для переміщення великої молекули проти градієнта концентрації. Рецептори всередині активного транспортного білка зв'язуються з конкретним пасажиром, а АТФ дозволяє білку транслокувати свого пасажира через мембрану.

Полегшена дифузія не потребує біохімічної енергії клітини. Носії, що використовують полегшену дифузію, діють як воротарі, які відкриваються і закриваються на основі концентрації та електричних градієнтів.