En cell har många uppgifter att utföra. En av dess viktigaste funktioner är att upprätthålla en hälsosam miljö i cellen. Detta kräver kontroll av de intracellulära koncentrationerna av olika molekyler, såsom joner, upplösta gaser och biokemiska ämnen. En koncentrationsgradient är en skillnad i koncentrationen av ett ämne över en region. I mikrobiologi skapar cellmembranet koncentrationsgradienter.
Cellmembranet
Ett cellmembran består av dubbla lager av fosfolipider, som är molekyler som innehåller ett fosfathuvud och två lipidhaler. Huvudena sträcker sig längs membrans inre och yttre gränser, medan svansarna fyller ut mellanslaget. Cellmembranet har selektiv permeabilitet - svansarna förhindrar att stora eller laddade molekyler diffunderar genom cellmembranet, medan små och fettlösliga molekyler kan glida igenom. Selektiv permeabilitet kan skapa koncentrationsgradienter över membranet som kräver särskilda transmembranproteiner att övervinna.
Passiv diffusion
Små, icke-polära molekyler kan diffunderas genom ett cellmembran baserat på molekylens koncentrationsgradient. En icke-polär molekyl har en relativt likformig och neutral elektrisk laddning i hela. Till exempel är syre icke-polärt och diffunderar fritt över ett cellemembran. Blodceller transporterar syremolekyler till utrymmena som omger celler, vilket ger en relativt hög koncentration av O2. En cell metaboliserar kontinuerligt syre, vilket skapar en koncentrationsgradient mellan cellens inre och yttre del. O2 diffunderar genom membranet på grund av denna gradient. Vatten och koldioxid, även om de är polära, är tillräckligt små för att diffundera genom cellmembranet oassistenterad.
Jonkanalreceptorer
En jon är en atom eller molekyl med ett annat antal protoner och elektroner - - den bär en elektrisk laddning Vissa joner, inklusive natrium, kalium och kalcium, är viktiga för en cells normala funktion. Lipider avvisar joner, men cellmembranet är peppared med proteiner som kallas jonkanalreceptorer som hjälper till att styra jonkoncentrationer i cellen. Natriumkaliumpumpen använder cellens energimolekyl, adenosintrifosfat eller ATP för att övervinna koncentrationsgradienten, vilket möjliggör förflyttning av natrium ut ur cellen och kalium i cellen. Andra pumpar är beroende av elektrodynamiska krafter snarare än ATP för att transportera joner över membranet.
Bärproteiner
Stora molekyler kan inte diffundera genom lipiderna i cellmembranet. Bärproteiner i membranet tillhandahåller färjetjänsten med användning av antingen aktiv transport eller underlättad diffusion. Aktiv transport kräver att cellen använder ATP för att flytta den stora molekylen mot koncentrationsgradienten. Receptorer inom aktiva transportproteiner binder till specifika passagerare, och ATP tillåter proteinet att omplacera sin passagerare över membranet. Förenklad diffusion behöver inte biokemisk energi från cellen. Bärare med hjälp av underlättad diffusion fungerar som gatekeepers som öppnar och stänger baserat på koncentration och elektriska gradienter.
