Ionebalanse
Konsentrasjonen av mange av stoffene som er løst i cytosol, er svært forskjellig fra konsentrasjonen av de samme stoffene i cellenes omgivelser. Ett eksempel er ioner.
Ioner er vannløselige og kan bare komme inn og ut av cellene ved hjelp av transportproteiner. De fleste celler er avhengige av å ha en høyere konsentrasjon av kaliumioner (K+) inne i cellen enn utenfor. Samtidig må de ha en lavere konsentrasjon av natriumioner (Na+), kalsiumioner (Ca2+) og kloridioner (Cl-) på innsiden av cellen enn det som finnes i miljøet rundt cellen.
Konsentrasjonsforskjellene muliggjør passiv transport over cellemembranen, og ved hjelp av aktiv ionetransport kan cellen til enhver tid opprettholde denne ionebalansen inne i cellen. Uten aktive transportmekanismer ville konsentrasjonen av ioner etter hvert ha blitt utlignet på begge sider av cellemembranen, og diffusjonen av ioner ville ha stoppet opp.
Membranpotensial – ladningsforskjell over cellemembranen
Ioner har elektrisk ladning. Natrium- og kaliumionet er begge positive, mens for eksempel kloridionet er negativt. Når det hele tiden transporteres ioner over cellemembranen, vil dette føre til ulike mengder av negative og positive ladninger utenfor og inni cellen. Dette skaper en forskjell i elektrisk ladning over cellemembranen som kalles cellens membranpotensial.
Membranpotensialet endrer seg etter cellens behov og er avgjørende for at cellen skal kunne kommunisere med andre celler og reagere på endringer i sine omgivelser.
Kommunikasjon over cellemembranen
I flercellede organismer samarbeider cellene med hverandre ved å utveksle signaler. På den måten kan de koordinere de mange prosessene som skjer i hver enkelt celle, til det beste for hele organismen. Dette samarbeidet sikrer at det indre miljøet i hver enkelt celle, og i hele organismen, holdes tilnærmet konstant.
Eksempel:
Sanseceller blir påvirket av ulike signaler fra omgivelsene. Det kan for eksempel være snakk om smaksmolekyler fra maten du spiser, lydbølger fra musikk eller duftmolekyler fra en blomst.
Disse stimuliene fungerer som signalstoffer til sensorproteiner som sitter i cellemembranen hos ulike sanseceller. Signaloverføringen kan skape endringer i sansecellens membranpotensial, slik at signalet sendes videre til nerveceller. Nervecellene sender signalet til hjernen, som tolker signalet som ulike smaker, lyder eller lukter.
Vannbalanse = stabil osmolaritet utenfor og inni cellen
Miljøet utenfor cellen er i stadig endring. Dette påvirker vanntransporten inn og ut av cellen, fordi vannmolekyler kan passere gjennom cellemembranen ved diffusjon. Hvis cellen for eksempel tar opp næringsstoffer fra omgivelsene sine, vil dette øke konsentrasjonen av stoffer inne i cellen. Når næringsstoffene videre brytes ned til mindre molekyler, eller cellen transporterer avfallsstoffer ut av cellen, vil også dette endre konsentrasjonen av stoffer inne i cellen.
For å opprettholde et stabilt cellevolum må cellen tilpasse transporten av ioner over membranen slik at osmolariteten i cellen, og miljøet utenfor, holdes stabilt. Når det er mye vann i omgivelsene rundt cellen, vil vannmolekyler transporteres inn i cellen ved osmose. For å hindre store endringer i cellevolum vil cellen dermed kompensere endringene i omgivelsene ved kontrollert tap av ulike ioner og små molekyler fra cellen, slik at vanntransporten inn i cellen blir redusert og cellevolumet holdes tilnærmet konstant.
Hvorfor må cellen opprettholde et stabilt indre miljø?
Kjemiske reaksjoner inne i cellen styrer alle prosessene som skjer i cellens livssyklus, som omfatter alt fra opptak av næringsstoffer til celleånding, utskilling av avfallsstoffer, vekst, reparasjon og formering. Det er også kjemiske reaksjoner som brukes slik at cellen kan sende og motta signaler, og dermed kan kommunisere med andre celler og omgivelsene sine.
Transport av stoffer over cellemembranen kan endre cellens indre balanse. Regulering av transport inn og ut av cellen spiller derfor en sentral rolle for livet til en celle, og reguleres etter cellens behov.