Съдържание
- Определение за градиент и концентрация (биология)
- Клетъчната мембрана
- Пасивна дифузия
- Рецептори на йонни канали
- Носители на протеини
Клетката има много задължения за изпълнение. Една от най-важните му функции е поддържане на здравословна среда в клетката. Това изисква контрол на вътреклетъчните концентрации на различни молекули, като йони, разтворени газове и биохимикали.
Концентрационният градиент е разлика в концентрацията на вещество в даден регион. В микробиологията клетъчната мембрана създава концентрационни градиенти.
Определение за градиент и концентрация (биология)
Преди да разберем как действат градиентите на концентрацията в микробиологията, трябва да разберем градиента и дефиницията на концентрацията (биология).
A "концентрация"се отнася до количеството материал (обикновено наричан разтворимо вещество), което обикновено се намира в разтвор. Така например, ако имате определено количество захар в цитозола на клетката, захарта ще бъде разтвореното вещество и цитозолът (където захарта) се нарича "разтворител" в разтвора, който правят заедно. Концентрацията на захар ще означава количеството захар, намиращо се в цитозола на тази клетка.
A "концентрационен градиент"просто означава, че има разлика в концентрациите на две различни места. Например, бихте могли да имате много молекули захар вътре в клетката и много малко извън клетката. Това би било пример за градиент на концентрацията.
Когато се образува концентрационен градиент, молекулите искат да преминат от области с висока концентрация в ниска концентрация, за да намалят или да се отърват от градиента. Понякога обаче градиентите са необходими за структурата / функцията на клетките. Продължавайки с примера за захар, клетката иска да запази захарта в клетката за употреба, вместо да й позволи да изтича от клетката.
Клетъчната мембрана
Клетъчната мембрана е съставена от двоен слой фосфолипиди, които са молекули, съдържащи фосфатна глава и две липидни опашки. Това се нарича фосфолипиден двуслоен. Главите се подравняват по вътрешната и външната граница на мембраната, докато опашките запълват пространството между тях.
Клетъчната мембрана има селективна пропускливост - опашките пречат на големи или заредени молекули да се разпространяват през клетъчната мембрана, докато малките и мастноразтворими молекули могат да се промъкнат. Селективната пропускливост може да създаде градиенти на концентрацията в мембраната, които изискват специални трансмембранни протеини, за да се преодолеят, като все пак позволяват да се разпръснат необходимите малки и мастноразтворими молекули, без да се изразходва енергия.
Пасивна дифузия
Малки неполярни молекули могат да дифундират през клетъчната мембрана въз основа на концентрационния градиент на молекулата. Неполярната молекула има относително равномерен и неутрален електрически заряд през цялото време.
Например, кислородът е неполярен и дифундира свободно в клетъчната мембрана. Кръвните клетки транспортират кислородни молекули до пространствата около клетките, създавайки сравнително висока концентрация на О2, Клетката непрекъснато метаболизира кислорода, създавайки концентрационен градиент между вътрешната и външната страна на клетката. О2 дифундира през мембраната поради този градиент.
Водата и въглеродният диоксид, макар и полярни, са достатъчно малки, за да дифундират през клетъчната мембрана без помощ.
Рецептори на йонни канали
Йонът е атом или молекула с различен брой протони и електрони - носи електрически заряд. Определени йони, включително тези на натрий, калий и калций, са важни за нормалното функциониране на клетката. Липидите отхвърлят йони, но клетъчната мембрана е осеяна с наречени протеини рецептори на йонни канали които помагат за контролиране на йонните концентрации в клетката.
Натриево-калиевата помпа използва енергийната молекула на клетката, аденозин трифосфат (ATP), за да преодолее градиента на концентрацията, позволявайки движението на натрий от клетката и калия в клетката. Други помпи разчитат на електродинамичните сили, а не на АТФ, за да транспортират йони през мембраната.
Носители на протеини
Големите молекули не могат да дифундират през липидите в клетъчната мембрана. Носителите протеини в мембраната осигуряват фериботната услуга, използвайки едно от двете активен транспорт или улеснена дифузия.
Активен транспорт изисква клетката да използва АТФ за преместване на голямата молекула спрямо градиента на концентрация. Рецепторите в активните транспортни протеини се свързват с конкретен пътник и ATP позволява на протеина да премества пътника си през мембраната.
Улеснена дифузия не се нуждае от биохимична енергия от клетката. Носителите, използващи улеснена дифузия, действат като вратари, които се отварят и затварят въз основа на концентрация и електрически градиенти.