Obsah
- Definícia gradientu a koncentrácie (biológia)
- Celulárna membrána
- Pasívna difúzia
- Receptory iónových kanálov
- Proteíny nosiča
Bunka musí vykonať veľa povinností. Jednou z jeho najdôležitejších funkcií je udržiavanie zdravého životného prostredia v bunke. To vyžaduje kontrolu intracelulárnych koncentrácií rôznych molekúl, ako sú ióny, rozpustené plyny a biochemikálie.
Koncentračný gradient je rozdiel v koncentrácii látky v regióne. V mikrobiológii bunková membrána vytvára koncentračné gradienty.
Definícia gradientu a koncentrácie (biológia)
Predtým, ako sa dostaneme k tomu, ako koncentračné gradienty fungujú v mikrobiológii, musíme pochopiť gradient a definíciu koncentrácie (biológia).
"sústredenie„sa vzťahuje na množstvo materiálu (zvyčajne nazývaného solut), ktoré sa zvyčajne vyskytuje v roztoku. Napríklad, ak máte určité množstvo cukru v cytosóle bunky, cukrom by bola solut a cytosol (ak je cukrom) sa v roztoku, ktorý spolu vyrábajú, nazýva „rozpúšťadlo“. Koncentrácia cukru by znamenala množstvo cukru nájdené v cytozole tejto bunky.
"koncentračný gradient„jednoducho znamená rozdiel v koncentráciách na dvoch rôznych miestach. Napríklad by ste mohli mať veľa molekúl cukru vo vnútri bunky a veľmi málo mimo nich. To by bol príklad koncentračného gradientu.
Keď sa vytvorí koncentračný gradient, molekuly chcú prúdiť z oblastí s vysokou koncentráciou do nízkej koncentrácie, aby sa gradient zmenšil alebo zbavil. Pre štruktúru / funkciu buniek sú však niekedy potrebné prechody. Pokiaľ ide o príklad cukru, bunka chce udržať cukor v bunke na použitie namiesto toho, aby mu umožnila vytiecť z bunky.
Celulárna membrána
Bunková membrána sa skladá z dvojitej vrstvy fosfolipidov, čo sú molekuly obsahujúce fosfátovú hlavu a dva lipidové zvyšky. Toto sa nazýva fosfolipidová dvojvrstva. Hlavy sú zarovnané pozdĺž vnútorných a vonkajších hraníc membrány, zatiaľ čo chvosty vyplňujú medzeru medzi nimi.
Bunková membrána má selektívnu permeabilitu - chvosty bránia tomu, aby veľké alebo nabité molekuly difundovali cez bunkovú membránu, zatiaľ čo malé a tukovo rozpustné molekuly sa môžu dostať cez ňu. Selektívna priepustnosť môže vytvoriť koncentračné gradienty naprieč membránou, ktoré vyžadujú prekonanie špeciálnych transmembránových proteínov, pričom stále umožňuje, aby sa potrebné malé a tukovo rozpustné molekuly rozptýlili bez spotrebovania energie.
Pasívna difúzia
Malé nepolárne molekuly sa môžu šíriť cez bunkovú membránu na základe gradientu koncentrácie molekuly. Nepolárna molekula má relatívne rovnomerný a neutrálny elektrický náboj.
Napríklad kyslík je nepolárny a voľne difunduje cez bunkovú membránu. Krvné bunky transportujú molekuly kyslíka do priestorov obklopujúcich bunky a vytvárajú relatívne vysokú koncentráciu O2, Bunka nepretržite metabolizuje kyslík a vytvára koncentračný gradient medzi vnútorným a vonkajším prostredím bunky. O2 difúzia cez membránu kvôli tomuto gradientu.
Voda a oxid uhličitý, hoci sú polárne, sú dosť malé na to, aby rozptýlili bunkovú membránu bez pomoci.
Receptory iónových kanálov
Ión je atóm alebo molekula s rôznym počtom protónov a elektrónov - nesie elektrický náboj. Niektoré ióny, vrátane iónov sodíka, draslíka a vápnika, sú dôležité pre normálne fungovanie bunky. Lipidy odmietajú ióny, ale bunková membrána je korenená proteínmi nazývanými receptory iónových kanálov ktoré pomáhajú kontrolovať koncentrácie iónov v bunke.
Pumpa sodík-draslík využíva energetickú molekulu bunky, adenozíntrifosfát (ATP), na prekonanie koncentračného gradientu, čo umožňuje pohyb sodíka von z bunky a draslíka do bunky. Iné čerpadlá sa pri transporte iónov cez membránu spoliehajú skôr na elektrodynamické sily ako na ATP.
Proteíny nosiča
Veľké molekuly nemôžu difundovať cez lipidy v bunkovej membráne. Nosičové proteíny v membráne poskytujú trajektovú dopravu pomocou jedného z nich aktívna preprava alebo uľahčená difúzia.
Aktívna preprava vyžaduje, aby bunka použila ATP na presun veľkej molekuly proti koncentračnému gradientu. Receptory v aktívnych transportných proteínoch sa viažu na konkrétneho pasažiera a ATP umožňuje proteínu translokovať jeho pasažiera cez membránu.
Uľahčená difúzia nepotrebuje biochemickú energiu z bunky. Nosiče využívajúce uľahčenú difúziu pôsobia ako strážcovia, ktorí sa otvárajú a zatvárajú na základe koncentrácie a elektrických gradientov.