Indhold
- Gradient og koncentrationsdefinition (biologi)
- Cellemembranen
- Passiv diffusion
- Ion Channel-modtagere
- Bærerproteiner
En celle har mange opgaver. En af dens vigtigste funktioner er at bevare et sundt miljø i cellen. Dette kræver kontrol af de intracellulære koncentrationer af forskellige molekyler, såsom ioner, opløste gasser og biokemikalier.
En koncentrationsgradient er en forskel i koncentrationen af et stof over et område. Ved mikrobiologi skaber cellemembranen koncentrationsgradienter.
Gradient og koncentrationsdefinition (biologi)
Inden vi undersøger hvordan koncentrationsgradienter fungerer inden for mikrobiologi, er vi nødt til at forstå gradient- og koncentrationsdefinitionen (biologi).
A "koncentration"refererer til mængden af et materiale (normalt kaldet et opløst stof) der findes normalt i en opløsning. Så hvis du f.eks. har en bestemt mængde sukker i cytosolen i en celle, ville sukkeret være det opløste og cytosol (hvor sukkeret er) kaldes "opløsningsmidlet" i den opløsning, de laver sammen. Koncentrationen af sukker vil betyde den mængde sukker, der findes i cytosolen i den celle.
A "koncentrationsgradient"betyder ganske enkelt, at der er en forskel i koncentrationer på to forskellige steder. For eksempel kunne du have mange molekyler sukker inde i en celle og meget få uden for cellen. Det ville være et eksempel på en koncentrationsgradient.
Når der dannes en koncentrationsgradient, ønsker molekyler at strømme fra områder med høj koncentration til lav koncentration for at mindske eller slippe af med gradienten. Nogle gange er gradienter imidlertid nødvendige for struktur / funktion af celler. Fortsat med sukkereksemplet ønsker cellen at holde sukkeret i cellen til brug i stedet for at lade det strømme ud af cellen.
Cellemembranen
En cellemembran er sammensat af dobbelt lag af phospholipider, som er molekyler, der indeholder et phosphathoved og to lipidhaler. Dette kaldes phospholipid dobbeltlag. Hovederne justeres langs membranens indre og ydre grænser, mens halerne fylder rummet imellem.
Cellemembranen har selektiv permeabilitet - halerne forhindrer store eller ladede molekyler i at diffundere gennem cellemembranen, mens små og fedtopløselige molekyler kan glide igennem. Selektiv permeabilitet kan skabe koncentrationsgradienter over membranen, som kræver specielle transmembranproteiner at overvinde, mens de stadig gør det muligt for nødvendige små og fedtopløselige molekyler at diffundere uden at bruge energi.
Passiv diffusion
Små, ikke-polære molekyler kan diffundere gennem en cellemembran baseret på molekylets koncentrationsgradient. Et ikke-polært molekyle har en relativt ensartet og neutral elektrisk ladning overalt.
For eksempel er ilt ikke-polært og diffunderer frit over en cellemembran. Blodceller transporterer iltmolekyler til de rum, der omgiver celler, hvilket skaber en relativt høj koncentration af O2. En celle metaboliserer kontinuerligt ilt, hvilket skaber en koncentrationsgradient mellem det indre og det ydre af cellen. O2 diffunderer gennem membranen på grund af denne gradient.
Selv polært er vand og kuldioxid små nok til at diffundere uafhængigt af cellemembranen.
Ion Channel-modtagere
En ion er et atom eller molekyle med et andet antal protoner og elektroner - det bærer en elektrisk ladning. Visse ioner, herunder natrium, kalium og calcium, er vigtige for den normale funktion af en celle. Lipider afviser ioner, men cellemembranen er pebret med kaldte proteiner ionkanalreceptorer der hjælper med at kontrollere ionkoncentrationer i cellen.
Natrium-kaliumpumpen bruger cellens energimolekyle, adenosintrifosfat (ATP) til at overvinde koncentrationsgradienten, hvilket tillader bevægelse af natrium ud af cellen og kalium ind i cellen. Andre pumper er afhængige af elektrodynamiske kræfter snarere end ATP til at transportere ioner over membranen.
Bærerproteiner
Store molekyler kan ikke diffundere gennem lipiderne i cellemembranen. Bæreproteiner inden i membranen leverer færgeservicen ved hjælp af begge aktiv transport eller lettere diffusion.
Aktiv transport kræver, at cellen bruger ATP til at bevæge det store molekyle mod koncentrationsgradienten. Receptorer inden for aktive transportproteiner binder til specifik passager, og ATP tillader proteinet at translokere sin passager over membranen.
Faciliteret diffusion har ikke brug for biokemisk energi fra cellen. Bærere, der bruger lettet diffusion, fungerer som gatekeepers, der åbner og lukker, baseret på koncentration og elektriske gradienter.