Содержание
- Определение градиента и концентрации (биология)
- Клеточная мембрана
- Пассивная диффузия
- Рецепторы ионных каналов
- Белки-носители
У клетки много обязанностей. Одна из его самых важных функций - поддерживать здоровую среду внутри клетки. Это требует контроля внутриклеточных концентраций различных молекул, таких как ионы, растворенные газы и биохимические вещества.
Градиент концентрации - это разница в концентрации вещества в регионе. В микробиологии клеточная мембрана создает градиенты концентрации.
Определение градиента и концентрации (биология)
Прежде чем мы начнем понимать, как работают градиенты концентрации в микробиологии, мы должны понять определение градиента и концентрации (биология).
А "концентрация«относится к количеству вещества (обычно называемого растворенным веществом), которое обычно содержится в растворе. Так, например, если у вас есть определенное количество сахара в цитозоле клетки, сахаром будет растворенное вещество и цитозоль (где сахар) называется «растворителем» в растворе, который они вместе составляют. Концентрация сахара будет означать количество сахара, содержащегося в цитозоле этой клетки.
А "градиент концентрации«просто означает, что есть разница в концентрациях в двух разных местах. Например, вы можете иметь много молекул сахара внутри клетки и очень мало за пределами клетки. Это было бы примером градиента концентрации.
Когда образуется градиент концентрации, молекулы хотят перетекать из областей высокой концентрации в низкую концентрацию, чтобы уменьшить или избавиться от градиента. Однако иногда градиенты необходимы для структуры / функции клеток. Продолжая пример с сахаром, клетка хочет сохранить сахар в клетке для использования вместо того, чтобы позволить ему вытекать из клетки.
Клеточная мембрана
Клеточная мембрана состоит из двойного слоя фосфолипидов, которые представляют собой молекулы, содержащие фосфатную головку и два липидных хвоста. Это называется фосфолипидный бислой. Головки располагаются вдоль внутренней и внешней границ мембраны, а хвосты заполняют пространство между ними.
Клеточная мембрана обладает избирательной проницаемостью - хвосты предотвращают диффузию крупных или заряженных молекул через клеточную мембрану, в то время как небольшие и жирорастворимые молекулы могут проскальзывать через них. Избирательная проницаемость может создавать градиенты концентрации через мембрану, которые требуют специальных трансмембранных белков для преодоления, в то же время позволяя диффузии необходимых малых и жирорастворимых молекул без использования энергии.
Пассивная диффузия
Небольшие неполярные молекулы могут диффундировать через клеточную мембрану в зависимости от градиента концентрации молекулы. Неполярная молекула имеет относительно равномерный и нейтральный электрический заряд.
Например, кислород неполярный и свободно диффундирует через клеточную мембрану. Клетки крови переносят молекулы кислорода в пространство, окружающее клетки, создавая относительно высокую концентрацию О2, Клетка непрерывно метаболизирует кислород, создавая градиент концентрации между внутренней и внешней частью клетки. О2 диффундирует через мембрану из-за этого градиента.
Вода и углекислый газ, хотя и полярные, достаточно малы, чтобы без посторонней помощи проникать через клеточную мембрану.
Рецепторы ионных каналов
Ион - это атом или молекула с разным количеством протонов и электронов - он несет электрический заряд. Некоторые ионы, в том числе натрия, калия и кальция, важны для нормального функционирования клетки. Липиды отторгают ионы, но клеточная мембрана усеяна белками, называемыми рецепторы ионных каналов которые помогают контролировать концентрацию ионов в клетке.
Натриево-калиевая помпа использует энергетическую молекулу клетки, аденозинтрифосфат (АТФ), чтобы преодолеть градиент концентрации, позволяя перемещать натрий из клетки и калий в клетку. Другие насосы полагаются на электродинамические силы, а не АТФ для переноса ионов через мембрану.
Белки-носители
Большие молекулы не могут диффундировать через липиды в клеточной мембране. Белки-носители в мембране обеспечивают паромную переправу, используя либо активный транспорт или же облегченная диффузия.
Активный транспорт требует, чтобы клетка использовала АТФ для перемещения большой молекулы против градиента концентрации. Рецепторы внутри активных транспортных белков связываются со специфическим пассажиром, и АТФ позволяет белку транслоцировать своего пассажира через мембрану.
Облегченная диффузия не нуждается в биохимической энергии от клетки. Носители, использующие облегченную диффузию, действуют как привратники, которые открываются и закрываются в зависимости от концентрации и электрических градиентов.