Zawartość
- Definicja gradientu i stężenia (biologia)
- Membrana komórkowa
- Bierna dyfuzja
- Receptory kanałów jonowych
- Białka nośnikowe
Komórka ma wiele obowiązków do wykonania. Jedną z jego najważniejszych funkcji jest utrzymanie zdrowego środowiska w komórce. Wymaga to kontrolowania wewnątrzkomórkowych stężeń różnych cząsteczek, takich jak jony, rozpuszczone gazy i substancje biochemiczne.
Gradient stężenia to różnica stężenia substancji w całym regionie. W mikrobiologii błona komórkowa tworzy gradienty stężeń.
Definicja gradientu i stężenia (biologia)
Zanim przejdziemy do sposobu, w jaki gradienty stężeń działają w mikrobiologii, musimy zrozumieć definicję gradientu i stężenia (biologię).
„stężenie„odnosi się do ilości materiału (zwykle zwanego substancją rozpuszczoną), który zwykle znajduje się w roztworze. Na przykład, jeśli masz pewną ilość cukru w cytozolu komórki, cukier byłby substancją rozpuszczoną i cytosolem (gdzie jest cukier) nazywany jest „rozpuszczalnikiem” w roztworze, który razem tworzą. Stężenie cukru oznaczałoby ilość cukru znajdującą się w cytozolu tej komórki.
„gradient stężenia„oznacza po prostu różnicę stężeń w dwóch różnych miejscach. Na przykład możesz mieć wiele cząsteczek cukru w komórce i bardzo niewiele poza komórką. To byłby przykład gradientu stężenia.
Kiedy powstaje gradient stężenia, cząsteczki chcą przepływać z obszarów o wysokim stężeniu do niskiego stężenia, aby zmniejszyć lub pozbyć się gradientu. Czasami jednak gradienty są niezbędne do budowy / funkcji komórek. Kontynuując przykład z cukrem, komórka chce zatrzymać cukier w komórce do użytku zamiast pozwolić mu wypłynąć z komórki.
Membrana komórkowa
Błona komórkowa składa się z podwójnej warstwy fosfolipidów, które są cząsteczkami zawierającymi głowicę fosforanową i dwa ogony lipidowe. Nazywa się to dwuwarstwą fosfolipidową. Głowice wyrównują się wzdłuż wewnętrznej i zewnętrznej granicy membrany, a ogony wypełniają przestrzeń pomiędzy nimi.
Błona komórkowa ma selektywną przepuszczalność - ogony zapobiegają dyfuzji dużych lub naładowanych cząsteczek przez błonę komórkową, podczas gdy małe i rozpuszczalne w tłuszczach cząsteczki mogą się przedostać. Selektywna przepuszczalność może tworzyć gradienty stężenia przez błonę, które wymagają specjalnych białek przezbłonowych do pokonania, jednocześnie umożliwiając dyfuzję niezbędnych małych i rozpuszczalnych w tłuszczach cząsteczek bez zużycia energii.
Bierna dyfuzja
Małe niepolarne cząsteczki mogą dyfundować przez błonę komórkową w oparciu o gradient stężenia cząsteczki. Niepolarna cząsteczka ma stosunkowo jednolity i neutralny ładunek elektryczny w całym tekście.
Na przykład tlen jest niepolarny i swobodnie dyfunduje przez błonę komórkową. Komórki krwi transportują cząsteczki tlenu do przestrzeni otaczających komórki, tworząc stosunkowo wysokie stężenie O2. Komórka stale metabolizuje tlen, tworząc gradient stężenia między wnętrzem i zewnętrzem komórki. O2 dyfunduje przez membranę z powodu tego gradientu.
Woda i dwutlenek węgla, choć polarne, są wystarczająco małe, aby dyfundować samodzielnie przez błonę komórkową.
Receptory kanałów jonowych
Jon jest atomem lub cząsteczką o innej liczbie protonów i elektronów - przenosi ładunek elektryczny. Niektóre jony, w tym sód, potas i wapń, są ważne dla normalnego funkcjonowania komórki. Lipidy odrzucają jony, ale błona komórkowa jest usiana białkami zwanymi receptory kanałów jonowych które pomagają kontrolować stężenie jonów w komórce.
Pompa sodowo-potasowa wykorzystuje cząsteczkę energii komórki, trifosforan adenozyny (ATP), aby pokonać gradient stężenia, umożliwiając przemieszczanie się sodu z komórki i potasu do komórki. Inne pompy wykorzystują siły elektrodynamiczne zamiast ATP do transportu jonów przez membranę.
Białka nośnikowe
Duże cząsteczki nie mogą dyfundować przez lipidy w błonie komórkowej. Białka nośnikowe w obrębie błony zapewniają usługi promowe, wykorzystując oba transport aktywny lub ułatwiona dyfuzja.
Transport aktywny wymaga od komórki użycia ATP do przesunięcia dużej cząsteczki wbrew gradientowi stężenia. Receptory w obrębie aktywnych białek transportowych wiążą się z konkretnym pasażerem, a ATP umożliwia białku translokację swojego pasażera przez błonę.
Ułatwiona dyfuzja nie potrzebuje energii biochemicznej z komórki. Nosiciele wykorzystujący ułatwioną dyfuzję działają jako strażnicy, którzy otwierają się i zamykają w zależności od koncentracji i gradientów elektrycznych.