Contenuto
- Definizione di gradiente e concentrazione (biologia)
- La membrana cellulare
- Diffusione passiva
- Recettori per i canali ionici
- Proteine Carrier
Una cella ha molti compiti da svolgere. Una delle sue funzioni più importanti è quella di mantenere un ambiente sano all'interno della cellula. Ciò richiede il controllo delle concentrazioni intracellulari di varie molecole, come ioni, gas disciolti e sostanze biochimiche.
Un gradiente di concentrazione è una differenza nella concentrazione di una sostanza in una regione. In microbiologia, la membrana cellulare crea gradienti di concentrazione.
Definizione di gradiente e concentrazione (biologia)
Prima di capire come funzionano i gradienti di concentrazione in microbiologia, dobbiamo comprendere la definizione di gradiente e concentrazione (biologia).
A "concentrazione"si riferisce alla quantità di un materiale (di solito chiamato soluto) che si trova di solito in una soluzione. Quindi, ad esempio, se si ha una certa quantità di zucchero nel citosol di una cellula, lo zucchero sarebbe il soluto e il citosol (dove si trova lo zucchero) è chiamato il "solvente" nella soluzione che formano insieme. La concentrazione di zucchero significherebbe la quantità di zucchero trovata nel citosol di quella cellula.
A "gradiente di concentrazione"significa semplicemente che c'è una differenza nelle concentrazioni in due luoghi diversi. Ad esempio, potresti avere molte molecole di zucchero all'interno di una cellula e pochissime fuori dalla cellula. Sarebbe un esempio di gradiente di concentrazione.
Quando si forma un gradiente di concentrazione, le molecole vogliono fluire da aree ad alta concentrazione a bassa concentrazione per ridurre o eliminare il gradiente. Tuttavia, a volte sono necessari gradienti per la struttura / funzione delle cellule. Continuando con l'esempio dello zucchero, la cellula vuole mantenere lo zucchero nella cellula per usarlo invece di lasciarlo fuoriuscire dalla cellula.
La membrana cellulare
Una membrana cellulare è composta da doppio strato di fosfolipidi, che sono molecole contenenti una testa di fosfato e due code lipidiche. Questo è chiamato doppio strato di fosfolipidi. Le teste si allineano lungo i confini interno ed esterno della membrana, mentre le code riempiono lo spazio in mezzo.
La membrana cellulare ha una permeabilità selettiva: le code impediscono alle molecole grandi o cariche di diffondersi attraverso la membrana cellulare, mentre le molecole piccole e liposolubili possono scivolare attraverso. La permeabilità selettiva può creare gradienti di concentrazione attraverso la membrana che richiedono il superamento di speciali proteine transmembrane pur consentendo la diffusione delle molecole solubili e grasse necessarie senza consumare energia.
Diffusione passiva
Piccole molecole non polari possono diffondersi attraverso una membrana cellulare in base al gradiente di concentrazione della molecola. Una molecola non polare ha una carica elettrica relativamente uniforme e neutra dappertutto.
Ad esempio, l'ossigeno non è polare e si diffonde liberamente attraverso una membrana cellulare. Le cellule del sangue trasportano molecole di ossigeno negli spazi circostanti le cellule, creando una concentrazione relativamente alta di O2. Una cellula metabolizza continuamente l'ossigeno, creando un gradiente di concentrazione tra l'interno e l'esterno della cellula. O2 si diffonde attraverso la membrana a causa di questo gradiente.
L'acqua e l'anidride carbonica, sebbene polari, sono abbastanza piccoli da diffondersi attraverso la membrana cellulare senza assistenza.
Recettori per i canali ionici
Uno ione è un atomo o una molecola con un numero diverso di protoni ed elettroni - porta una carica elettrica. Alcuni ioni, compresi quelli di sodio, potassio e calcio, sono importanti per il normale funzionamento di una cellula. I lipidi rigettano gli ioni, ma la membrana cellulare è costellata di proteine chiamate recettori del canale ionico che aiutano a controllare le concentrazioni di ioni all'interno della cellula.
La pompa sodio-potassio utilizza la molecola di energia della cellula, adenosina trifosfato (ATP), per superare il gradiente di concentrazione, consentendo lo spostamento del sodio fuori dalla cellula e del potassio nella cellula. Altre pompe si basano su forze elettrodinamiche anziché su ATP per trasportare gli ioni attraverso la membrana.
Proteine Carrier
Le grandi molecole non possono diffondersi attraverso i lipidi nella membrana cellulare. Le proteine trasportatrici all'interno della membrana forniscono il servizio di traghetto, utilizzando uno dei due trasporto attivo o diffusione facilitata.
Trasporto attivo richiede che la cellula usi l'ATP per spostare la molecola grande contro il gradiente di concentrazione. I recettori all'interno delle proteine di trasporto attive si legano al passeggero specifico e l'ATP consente alla proteina di traslocare il suo passeggero attraverso la membrana.
Diffusione facilitata non ha bisogno di energia biochimica dalla cellula. I vettori che utilizzano la diffusione facilitata agiscono come gatekeeper che si aprono e si chiudono in base alla concentrazione e ai gradienti elettrici.