Une cellule a de nombreuses tâches à accomplir. L'une de ses fonctions les plus importantes est de maintenir un environnement sain dans la cellule. Cela nécessite de contrôler les concentrations intracellulaires de diverses molécules, telles que les ions, les gaz dissous et les produits biochimiques. Un gradient de concentration est une différence dans la concentration d'une substance dans une région. En microbiologie, la membrane cellulaire crée des gradients de concentration.
La membrane cellulaire
Une membrane cellulaire est composée de deux couches de phospholipides, qui sont des molécules contenant une tête de phosphate et deux queues lipidiques. Les têtes s'alignent le long des limites internes et externes de la membrane, tandis que les queues remplissent l'espace entre les deux. La membrane cellulaire a une perméabilité sélective - les queues empêchent les grosses molécules chargées de se diffuser à travers la membrane cellulaire, tandis que les petites molécules liposolubles peuvent passer. La perméabilité sélective peut créer des gradients de concentration à travers la membrane qui nécessitent des protéines transmembranaires spéciales à surmonter.
Diffusion passive
De petites molécules non polaires peuvent diffuser à travers une membrane cellulaire basée sur le gradient de concentration de la molécule. Une molécule non polaire a une charge électrique relativement uniforme et neutre partout. Par exemple, l'oxygène est non polaire et diffuse librement à travers une membrane cellulaire. Les cellules sanguines transportent les molécules d'oxygène dans les espaces entourant les cellules, créant une concentration relativement élevée d'O2. Une cellule métabolise continuellement l'oxygène, créant un gradient de concentration entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. O2 diffuse à travers la membrane à cause de ce gradient. L'eau et le dioxyde de carbone, bien que polaires, sont suffisamment petits pour être diffusés à travers la membrane cellulaire.
Récepteurs à canal ionique
Un ion est un atome ou une molécule avec un nombre différent de protons et d'électrons - il porte une charge électrique. Certains ions, y compris ceux de sodium, de potassium et de calcium, sont importants pour le fonctionnement normal d'une cellule. Les lipides rejettent les ions, mais la membrane cellulaire est parsemée de protéines appelées récepteurs des canaux ioniques qui aident à contrôler les concentrations d'ions dans la cellule. La pompe de sodium-potassium utilise la molécule d'énergie de la cellule, l'adénosine triphosphate ou l'ATP, pour surmonter le gradient de concentration, permettant le mouvement du sodium hors de la cellule et du potassium dans la cellule. D'autres pompes utilisent des forces électrodynamiques plutôt que de l'ATP pour transporter les ions à travers la membrane.
Protéines Carrier
Les grosses molécules ne peuvent pas diffuser à travers les lipides dans la membrane cellulaire. Les protéines porteuses à l'intérieur de la membrane fournissent le service de traversier, en utilisant un transport actif ou une diffusion facilitée. Le transport actif nécessite que la cellule utilise l'ATP pour déplacer la grosse molécule contre le gradient de concentration. Les récepteurs au sein des protéines de transport actives se lient à un passager spécifique, et l'ATP permet à la protéine de transloquer son passager à travers la membrane. La diffusion facilitée n'a pas besoin d'énergie biochimique de la cellule. Les transporteurs utilisant la diffusion facilitée agissent comme des gardiens qui ouvrent et ferment en fonction de la concentration et des gradients électriques.
