Зміст
- Визначення градієнта та концентрації (біологія)
- Клітинна мембрана
- Пасивна дифузія
- Рецептори іонного каналу
- Білки-носії
Камера має багато обов'язків для виконання. Однією з найважливіших його функцій є підтримка здорового середовища всередині клітини. Для цього потрібно контролювати внутрішньоклітинні концентрації різних молекул, таких як іони, розчинені гази та біохімічні речовини.
Градієнт концентрації - це різниця концентрації речовини в регіоні. У мікробіології клітинна мембрана створює градієнти концентрації.
Визначення градієнта та концентрації (біологія)
Перш ніж розібратися в тому, як градієнти концентрації працюють у мікробіології, нам потрібно зрозуміти градієнт та визначення концентрації (біологія).
А "концентрація"Мається на увазі кількість матеріалу (зазвичай його називають розчинним розчином), який зазвичай міститься в розчині. Так, наприклад, якщо у цитозолі клітини є певна кількість цукру, цукор буде розчиненим і цитозолом (де цукор) в розчині, який вони утворюють разом, називають "розчинником". Концентрація цукру означала б кількість цукру, що міститься в цитозолі цієї клітини.
А "градієнт концентрації"просто означає різницю концентрацій у двох різних місцях. Наприклад, у вас може бути багато молекул цукру всередині клітини і дуже мало поза клітини. Це було б прикладом градієнта концентрації.
Коли утворюється градієнт концентрації, молекули хочуть перетікати з областей високої концентрації в низьку концентрацію, щоб зменшити або позбутися градієнта. Однак іноді градієнти необхідні для структури / функції клітин. Продовжуючи приклад цукру, клітина хоче зберегти цукор у клітині для використання, а не дозволяти йому витікати з клітини.
Клітинна мембрана
Клітинна мембрана складається з подвійного шару фосфоліпідів, що представляють собою молекули, що містять фосфатну головку та два ліпідні хвости. Це називається фосфоліпідним двошаровим. Голівки вирівнюються уздовж внутрішньої та зовнішньої меж 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 малі і жиророзчинні молекули можуть прослизати. Селективна проникність може створювати градієнти концентрації по всій мембрані, які потребують спеціальних трансмембранних білків для подолання, в той же час дозволяючи дифундувати необхідні малі та жиророзчинні молекули без використання енергії.
Пасивна дифузія
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 мембрані клітин. Клітини крові транспортують молекули кисню до просторів, що оточують клітини, створюючи відносно високу концентрацію О2. Клітина безперервно метаболізує кисень, створюючи градієнт концентрації між внутрішньою та зовнішньою стороною клітини. О2 дифундує через мембрану через цей градієнт.
Вода та вуглекислий газ, хоч і полярні, досить малі, щоб дифундувати через клітинну мембрану без допомоги.
Рецептори іонного каналу
Іон - це атом або молекула з різною кількістю протонів і електронів - він несе електричний заряд. Певні іони, в тому числі натрій, калій і кальцій, важливі для нормальної роботи клітини. Ліпіди відкидають іони, але клітинна мембрана пересипається білками рецептори іонних каналів які допомагають контролювати концентрацію іонів у клітині.
Натрієво-калієвий насос використовує молекулу енергії клітини, аденозинтрифосфат (АТФ) для подолання градієнта концентрації, дозволяючи переміщувати натрій із клітини та калію в клітину. Інші насоси для транспортування іонів по мембрані покладаються на електродинамічні сили, а не на АТФ.
Білки-носії
Великі молекули не можуть дифундувати через ліпіди клітинної мембрани. Білки-носії в мембрані забезпечують поромну послугу, використовуючи будь-яке активний транспорт або полегшена дифузія.
Активний транспорт вимагає, щоб клітина використовувала АТФ для переміщення великої молекули проти градієнта концентрації. Рецептори всередині активних транспортних білків зв'язуються з певним пасажиром, а АТФ дозволяє білку переміщувати свого пасажира через мембрану.
Полегшена дифузія не потрібна біохімічна енергія з клітини. Носії, що використовують полегшену дифузію, діють як воротарі, які відкриваються та закриваються на основі концентрації та електричних градієнтів.