Hvad er koncentrationsgradienter i mikrobiologi?

En celle har mange pligter at udføre. En af sine vigtigste funktioner er at opretholde en sund miljø i cellen. Dette kræver styring af de intracellulære koncentrationer af forskellige molekyler, såsom ioner, opløste gasser og biokemiske stoffer. En koncentrationsgradient er en forskel i koncentrationen af ​​et stof over en region. I mikrobiologi skaber cellemembranen koncentrationsgradienter.

Cellemembranen

En cellemembran består af dobbeltlag fosfolipider, som er molekyler indeholdende et fosfathoved og to lipidhaler. Hovederne justeres langs membrans indre og yderste grænser, mens halerne fylder rummet imellem. Cellemembranen har selektiv permeabilitet - halerne forhindrer at store eller ladede molekyler diffunderer gennem cellemembranen, mens små og fedtopløselige molekyler kan glide igennem. Selektiv permeabilitet kan skabe koncentrationsgradienter over membranen, der kræver særlige transmembrane proteiner at overvinde.

Passiv diffusion

Små, ikke-polære molekyler kan diffunde gennem en cellemembran baseret på molekylets koncentrationsgradient. Et ikke-polært molekyle har en forholdsvis ensartet og neutral elektrisk ladning i hele. For eksempel er oxygen ikke-polært og diffunderer frit over en cellemembran. Blodceller transporterer oxygenmolekyler til rummene omkring celler, hvilket skaber en relativt høj koncentration af O2. En celle metaboliserer kontinuerligt oxygen, hvilket skaber en koncentrationsgradient mellem det indre og det ydre af cellen. O2 diffunderer gennem membranen på grund af denne gradient. Vand og kuldioxid, selvom polar, er små nok til at diffundere gennem cellemembranen uassisteret.

Ionkanalreceptorer

En ion er et atom eller molekyle med et andet antal protoner og elektroner - - den bærer en elektrisk ladning Visse ioner, herunder de af natrium, kalium og calcium, er vigtige for den normale funktion af en celle. Lipider afviser ioner, men cellemembranen er peberet med proteiner kaldet ionkanalreceptorer, som hjælper med at styre ionkoncentrationer i cellen. Natriumkaliumpumpen anvender cellens energimolekyle, adenosintrifosfat eller ATP for at overvinde koncentrationsgradienten, hvilket tillader natriumbevægelse ud af cellen og kalium i cellen. Andre pumper er afhængige af elektrodynamiske kræfter i stedet for ATP til transportioner over membranen.

Carrier Proteiner

Store molekyler kan ikke diffunderes gennem lipiderne i cellemembranen. Carrierproteiner i membranen giver færgetjenesten ved anvendelse af enten aktiv transport eller lette diffusion. Aktiv transport kræver, at cellen skal bruge ATP til at bevæge det store molekyle mod koncentrationsgradienten. Receptorer inden for aktive transportproteiner binder til specifikke passagerer, og ATP tillader proteinet at omsætte sin passager over membranen. Faciliteret diffusion behøver ikke biokemisk energi fra cellen. Bærere, der bruger lettere diffusion, fungerer som portvagter, der åbner og lukker baseret på koncentration og elektriske gradienter.