Sisu
- Gradiendi ja kontsentratsiooni määratlus (bioloogia)
- Rakumembraan
- Passiivne difusioon
- Ioonkanali retseptorid
- Kandjavalgud
Rakul on täita palju ülesandeid. Selle üks olulisemaid funktsioone on rakus tervisliku keskkonna säilitamine. See nõuab erinevate molekulide, näiteks ioonide, lahustunud gaaside ja biokeemiliste ainete rakusisese kontsentratsiooni kontrolli all hoidmist.
Kontsentratsioonigradient on aine kontsentratsiooni erinevus piirkonnas. Mikrobioloogias loob rakumembraan kontsentratsiooni gradiendid.
Gradiendi ja kontsentratsiooni määratlus (bioloogia)
Enne kui uurime, kuidas kontsentratsioonigradiendid toimivad mikrobioloogias, peame mõistma gradiendi ja kontsentratsiooni määratlust (bioloogia).
A "kontsentratsioon"viitab tavaliselt lahuses leiduva materjali (mida tavaliselt nimetatakse lahustunud aineks) kogusele. Näiteks kui teil on raku tsütosoolis teatud kogus suhkrut, siis oleks suhkur lahustunud ja tsütosool (kus suhkur on) nimetatakse lahustiks nende valmistatud lahuses. Suhkru kontsentratsioon tähendaks selle raku tsütosoolis leiduvat suhkru kogust.
A "kontsentratsioonigradient"tähendab lihtsalt kontsentratsioonide erinevust kahes erinevas kohas. Näiteks võib rakus olla palju suhkru molekule ja väljaspool raku väga vähe. See oleks näide kontsentratsioonigradiendist.
Kui moodustub kontsentratsioonigradient, soovivad molekulid voolata kõrge kontsentratsiooniga aladelt madala kontsentratsiooniga piirkondadesse, et gradienti vähendada või sellest lahti saada. Kuid mõnikord on gradiendid vajalikud rakkude struktuuriks / funktsiooniks. Jätkates suhkru näitega, soovib rakk hoida suhkrut rakus kasutamiseks, selle asemel et lasta sellel rakust välja voolata.
Rakumembraan
Rakumembraan koosneb topeltkihist fosfolipiididest, mis on molekulid, mis sisaldavad fosfaatpead ja kahte lipiidsaba. Seda nimetatakse fosfolipiidseks kahekihiks. Pead joonduvad mööda membraani sisemist ja välimist piiri, samal ajal kui sabad täidavad selle vahelise ruumi.
Rakumembraanil on selektiivne läbilaskvus - sabad takistavad suurte või laetud molekulide difusiooni läbi rakumembraani, samas kui väikesed ja rasvlahustuvad molekulid võivad läbi libiseda. Valikuline läbilaskvus võib tekitada membraanis kontsentratsioonigradiente, mille ületamiseks on vaja spetsiaalseid transmembraanseid valke, võimaldades samas vajalikel väikestel ja rasvlahustuvatel molekulidel hajuda ilma energiat kulutamata.
Passiivne difusioon
Väikesed mittepolaarsed molekulid võivad difundeeruda läbi rakumembraani, lähtudes molekuli kontsentratsioonigradiendist. Mittepolaarsel molekulil on läbi selle suhteliselt ühtlane ja neutraalne elektrilaeng.
Näiteks hapnik on mittepolaarne ja hajub vabalt läbi rakumembraani. Vererakud transpordivad hapniku molekule rakke ümbritsevatesse ruumidesse, luues O suhteliselt kõrge kontsentratsiooni2. Rakk metaboliseerib pidevalt hapnikku, luues kontsentratsiooni gradiendi raku sisemise ja välimise vahel. O2 hajub selle gradiendi tõttu läbi membraani.
Vesi ja süsinikdioksiid, ehkki polaarsed, on piisavalt väikesed, et hajuda läbi rakumembraani abita.
Ioonkanali retseptorid
Ioon on erineva arvu prootonite ja elektronidega aatom või molekul - see kannab elektrilaengut. Teatud ioonid, sealhulgas naatriumi, kaaliumi ja kaltsiumi ioonid, on olulised raku normaalseks toimimiseks. Lipiidid hülgavad ioonid, kuid rakumembraan on paisutatud valkudega, mida nimetatakse ioonkanali retseptorid mis aitavad kontrollida ioonide kontsentratsiooni rakus.
Naatrium-kaaliumpump kasutab kontsentratsiooni gradiendi ületamiseks raku energiamolekuli adenosiintrifosfaati (ATP), võimaldades naatriumi liikumist rakust välja ja kaaliumi viimist rakku. Muud pumbad sõltuvad ioonide üle membraani transportimisest elektrodünaamilistest jõududest, mitte ATP-st.
Kandjavalgud
Suured molekulid ei saa difundeeruda läbi rakumembraani lipiidide. Membraanis olevad kandjavalgud pakuvad parvlaevaühendust, kasutades mõlemat aktiivne transport või hõlbustatud difusioon.
Aktiivne transport nõuab rakult ATP kasutamist suure molekuli liigutamiseks kontsentratsioonigradiendi suhtes. Aktiivse transportvalgu retseptorid seostuvad spetsiifilise reisijaga ja ATP võimaldab valgul translokeerida oma reisijat läbi membraani.
Hõlbustatud difusioon ei vaja raku biokeemilist energiat. Lihtsustatud difusiooni kasutavad kandurid toimivad väravavahtidena, mis avanevad ja sulguvad kontsentratsiooni ja elektriliste gradientide põhjal.