Was sind Konzentrationsgradienten in der Mikrobiologie?

Zellmembranen erzeugen Konzentrationsgradienten.

Eine Zelle hat viele Aufgaben zu erf√ľllen. Eine seiner wichtigsten Funktionen besteht darin, eine gesunde Umgebung innerhalb der Zelle aufrechtzuerhalten. Dies erfordert die Kontrolle der intrazellul√§ren Konzentrationen verschiedener Molek√ľle, wie Ionen, gel√∂ste Gase und Biochemikalien. Ein Konzentrationsgradient ist ein Unterschied in der Konzentration einer Substanz in einer Region. In der Mikrobiologie erzeugt die Zellmembran Konzentrationsgradienten.

Die Zellmembran

Eine Zellmembran besteht aus einer Doppelschicht von Phospholipiden, bei denen es sich um Molek√ľle handelt, die einen Phosphatkopf und zwei Lipidschw√§nze enthalten. Die K√∂pfe richten sich entlang der inneren und √§u√üeren Grenzen der Membran aus, w√§hrend die Schw√§nze den dazwischen liegenden Raum ausf√ľllen. Die Zellmembran hat eine selektive Permeabilit√§t - die Schw√§nze verhindern, dass gro√üe oder geladene Molek√ľle durch die Zellmembran diffundieren, w√§hrend kleine und fettl√∂sliche Molek√ľle durchdringen k√∂nnen. Selektive Permeabilit√§t kann Konzentrationsgradienten √ľber die Membran erzeugen, die spezielle Transmembranproteine ‚Äč‚Äč√ľberwinden m√ľssen.

Passive Diffusion

Kleine, unpolare Molek√ľle k√∂nnen aufgrund des Konzentrationsgradienten des Molek√ľls durch eine Zellmembran diffundieren. Ein unpolares Molek√ľl hat durchgehend eine relativ gleichm√§√üige und neutrale elektrische Ladung. Zum Beispiel ist Sauerstoff unpolar und diffundiert frei √ľber eine Zellmembran. Blutzellen transportieren Sauerstoffmolek√ľle zu den R√§umen, die die Zellen umgeben, wodurch eine relativ hohe Konzentration von O 2 erzeugt wird. Eine Zelle metabolisiert kontinuierlich Sauerstoff und erzeugt einen Konzentrationsgradienten zwischen dem Inneren und √Ąu√üeren der Zelle. O2 diffundiert aufgrund dieses Gradienten durch die Membran. Wasser und Kohlendioxid, obwohl polar, sind klein genug, um ohne Hilfe durch die Zellmembran zu diffundieren.

Ionenkanalrezeptoren

Ein Ion ist ein Atom oder Molek√ľl mit einer anderen Anzahl von Protonen und Elektronen - es tr√§gt eine elektrische Ladung. Bestimmte Ionen, einschlie√ülich derjenigen von Natrium, Kalium und Calcium, sind f√ľr das normale Funktionieren einer Zelle wichtig. Lipide verwerfen Ionen, aber die Zellmembran ist mit Proteinen gespickt, die als Ionenkanalrezeptoren bezeichnet werden und die Ionenkonzentrationen in der Zelle kontrollieren. Die Natrium-Kalium-Pumpe nutzt das Energiemolek√ľl der Zelle, Adenosintriphosphat oder ATP, um den Konzentrationsgradienten zu √ľberwinden und so die Bewegung von Natrium aus der Zelle und von Kalium in die Zelle zu erm√∂glichen. Andere Pumpen beruhen eher auf elektrodynamischen Kr√§ften als auf ATP, um Ionen durch die Membran zu transportieren.

Trägerproteine

Gro√üe Molek√ľle k√∂nnen nicht durch die Lipide in der Zellmembran diffundieren. Tr√§gerproteine ‚Äč‚Äčinnerhalb der Membran stellen den F√§hrdienst bereit, wobei entweder aktiver Transport oder erleichterte Diffusion verwendet wird. Der aktive Transport erfordert, dass die Zelle ATP verwendet, um das gro√üe Molek√ľl gegen den Konzentrationsgradienten zu bewegen. Rezeptoren innerhalb aktiver Transportproteine ‚Äč‚Äčbinden an spezifische Passagiere, und ATP erm√∂glicht es dem Protein, seinen Passagier √ľber die Membran zu translozieren. Erleichterte Diffusion ben√∂tigt keine biochemische Energie aus der Zelle. Tr√§ger, die eine erleichterte Diffusion verwenden, wirken als Gatekeeper, die sich basierend auf Konzentration und elektrischen Gradienten √∂ffnen und schlie√üen.

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