Περιεχόμενο
- Ορίζοντας κλίσης και συγκέντρωσης (Βιολογία)
- Η κυτταρική μεμβράνη
- Παθητική διάχυση
- Υποδοχείς διαύλου ιόντων
- Μεταφορικές πρωτεΐνες
Ένα κύτταρο έχει πολλά καθήκοντα να εκτελέσει. Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες του είναι η διατήρηση ενός υγιούς περιβάλλοντος μέσα στο κύτταρο. Αυτό απαιτεί έλεγχο των ενδοκυτταρικών συγκεντρώσεων διαφόρων μορίων, όπως ιόντα, διαλυμένα αέρια και βιοχημικά.
Η βαθμίδα συγκέντρωσης είναι μια διαφορά στη συγκέντρωση μιας ουσίας σε μια περιοχή. Στη μικροβιολογία, η κυτταρική μεμβράνη δημιουργεί βαθμίδες συγκέντρωσης.
Ορίζοντας κλίσης και συγκέντρωσης (Βιολογία)
Πριν καταλάβουμε πώς οι κλίσεις συγκέντρωσης λειτουργούν στη μικροβιολογία, πρέπει να κατανοήσουμε τον ορισμό κλίσης και συγκέντρωσης (βιολογία).
ΕΝΑ "συγκέντρωση"αναφέρεται στην ποσότητα ενός υλικού (που συνήθως ονομάζεται διαλυμένη ουσία) που βρίσκεται συνήθως σε μια λύση.Έτσι, για παράδειγμα, αν έχετε μια συγκεκριμένη ποσότητα ζάχαρης στο κυτταρόλυμα ενός κυττάρου, η ζάχαρη θα είναι η διαλυμένη ουσία και το κυτταρόλυμα (όπου το σάκχαρο είναι) ονομάζεται "διαλύτης" στο διάλυμα που σχηματίζουν μαζί.Η συγκέντρωση του σακχάρου θα σημαίνει την ποσότητα ζάχαρης που βρίσκεται στο κυτοσόλιο αυτού του κυττάρου.
ΕΝΑ "βαθμίδα συγκέντρωσης"απλά σημαίνει ότι υπάρχει μια διαφορά στις συγκεντρώσεις σε δύο διαφορετικές θέσεις.Για παράδειγμα, θα μπορούσατε να έχετε πολλά μόρια ζάχαρης μέσα σε ένα κελί και πολύ λίγα εκτός της κυψέλης.Αυτό θα ήταν ένα παράδειγμα κλίσης συγκέντρωσης.
Όταν σχηματίζεται μια βαθμίδα συγκέντρωσης, τα μόρια θέλουν να ρέουν από περιοχές με υψηλή συγκέντρωση σε χαμηλή συγκέντρωση για να μειώσουν ή να απαλλαγούν από την κλίση. Ωστόσο, μερικές φορές οι κλίσεις είναι απαραίτητες για τη δομή / λειτουργία των κυττάρων. Συνεχίζοντας με το παράδειγμα ζάχαρης, το κύτταρο θέλει να κρατήσει τη ζάχαρη στο κελί για χρήση αντί να του επιτρέπει να ρέει έξω από το κελί.
Η κυτταρική μεμβράνη
Μία κυτταρική μεμβράνη αποτελείται από διπλή στρώση φωσφολιπιδίων, τα οποία είναι μόρια που περιέχουν μια κεφαλή φωσφορικών και δύο λιπιδικές ουρές. Αυτό ονομάζεται διπλής στιβάδας φωσφολιπιδίου. Οι κεφαλές ευθυγραμμίζονται κατά μήκος των εσωτερικών και εξωτερικών ορίων της μεμβράνης, ενώ οι ουρές γεμίζουν το διάστημα μεταξύ τους.
Η κυτταρική μεμβράνη έχει επιλεκτική διαπερατότητα - οι ουρές εμποδίζουν τα μεγάλα ή φορτισμένα μόρια να διαχέονται μέσω της κυτταρικής μεμβράνης, ενώ μικρά και λιποδιαλυτά μόρια μπορούν να γλιστρήσουν. Η επιλεκτική διαπερατότητα μπορεί να δημιουργήσει διαβαθμίσεις συγκέντρωσης κατά μήκος της μεμβράνης οι οποίες απαιτούν ειδικές πρωτεΐνες διαμεμβράνης για να ξεπεραστούν ενώ παράλληλα επιτρέπουν τη διάχυση των μικρών και των λιποδιαλυτών μορίων που διαχέονται χωρίς τη χρήση ενέργειας.
Παθητική διάχυση
Μικρά, μη πολικά μόρια μπορούν να διαχέονται μέσω κυτταρικής μεμβράνης με βάση τη βαθμίδα συγκέντρωσης του μορίου. Ένα μη πολικό μόριο έχει σχετικά ομοιόμορφο και ουδέτερο ηλεκτρικό φορτίο καθ 'όλη.
Για παράδειγμα, το οξυγόνο είναι μη πολικό και διαχέεται ελεύθερα σε μια κυτταρική μεμβράνη. Τα κύτταρα αίματος μεταφέρουν μόρια οξυγόνου στους χώρους που περιβάλλουν τα κύτταρα, δημιουργώντας μια σχετικά υψηλή συγκέντρωση Ο2. Ένα κύτταρο μεταβολίζει συνεχώς το οξυγόνο, δημιουργώντας μια κλίση συγκέντρωσης μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του κυττάρου. Ο2 διαχέεται μέσω της μεμβράνης λόγω αυτής της κλίσης.
Το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα, αν και πολικά, είναι αρκετά μικρά για να διαχέονται μέσω της κυτταρικής μεμβράνης χωρίς βοήθεια.
Υποδοχείς διαύλου ιόντων
Ένα ιόν είναι ένα άτομο ή ένα μόριο με διαφορετικό αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων - φέρει ηλεκτρικό φορτίο. Ορισμένα ιόντα, συμπεριλαμβανομένων αυτών του νατρίου, καλίου και ασβεστίου, είναι σημαντικά για την κανονική λειτουργία ενός κυττάρου. Τα λιπίδια απορρίπτουν τα ιόντα, αλλά η κυτταρική μεμβράνη είναι επικαλυμμένη με πρωτεΐνες που ονομάζονται υποδοχείς διαύλου ιόντων που βοηθούν στον έλεγχο των συγκεντρώσεων ιόντων μέσα στο κύτταρο.
Η αντλία νατρίου-καλίου χρησιμοποιεί το ενεργειακό μόριο του κυττάρου, την τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP), για να ξεπεράσει τη βαθμίδα συγκέντρωσης, επιτρέποντας την μετακίνηση νατρίου από το κύτταρο και το κάλιο μέσα στο κύτταρο. Άλλες αντλίες βασίζονται σε ηλεκτροδυναμικές δυνάμεις παρά σε ΑΤΡ για να μεταφέρουν ιόντα διαμέσου της μεμβράνης.
Μεταφορικές πρωτεΐνες
Τα μεγάλα μόρια δεν μπορούν να διαχέονται μέσω των λιπιδίων στην κυτταρική μεμβράνη. Οι μεταφορικές πρωτεΐνες μέσα στη μεμβράνη παρέχουν την υπηρεσία πορθμείων, χρησιμοποιώντας είτε ενεργή μεταφορά ή διευκόλυνση της διάχυσης.
Ενεργή μεταφορά απαιτεί από το κύτταρο να χρησιμοποιεί ΑΤΡ για να μετακινήσει το μεγάλο μόριο έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσης. Οι υποδοχείς εντός των ενεργών πρωτεϊνών μεταφοράς δεσμεύονται σε συγκεκριμένους επιβάτες και η ΑΤΡ επιτρέπει στην πρωτεΐνη να μεταφέρει τον επιβάτη της διαμέσου της μεμβράνης.
Διευκόλυνση της διάχυσης δεν χρειάζεται βιοχημική ενέργεια από το κύτταρο. Φορείς που χρησιμοποιούν διευκολυνθείσα διάχυση δρουν ως gatekeepers που ανοίγουν και κλείνουν με βάση τη συγκέντρωση και τις ηλεκτρικές κλίσεις.