Hva er konsentrasjon? I vid forstand er dette forholdet mellom volumet av et stoff og antall partikler som er oppløst i det. Denne definisjonen finnes i en lang rekke grener av vitenskapen, fra fysikk og matematikk til filosofi. I dette tilfellet snakker vi om bruken av begrepet "konsentrasjon" i biologi og kjemi.
Gradient
Oversatt fra latin betyr dette ordet "voksende" eller "gå", det vil si at det er en slags "pekefinger", som viser retningen som enhver verdi øker i. Som et eksempel kan du bruke for eksempel høyden over havet på forskjellige punkter på jorden. Dens (høyde) gradient ved hvert enkelt punkt på kartet vil vise en vektor med økende verdi til den bratteste stigningen er nådd.
I matematikk dukket dette begrepet opp først på slutten av det nittende århundre. Den ble introdusert av Maxwell og foreslo sine egne betegnelser for denne mengden. Fysikere bruker dette konseptet for å beskrive intensiteten til et elektrisk felt eller gravitasjonsfelt, en endring i potensiell energi.
Ikke bare fysikk, men også andre vitenskaper bruker begrepet "gradient". Dette konseptet kan reflektere både kvalitativt ogen kvantitativ egenskap ved et stoff, for eksempel konsentrasjon eller temperatur.
Konsentrasjonsgradient
Hva er gradienten er nå kjent, men hva er konsentrasjonen? Dette er en relativ verdi som viser andelen av stoffet i løsningen. Det kan beregnes som en prosentandel av massen, antall mol eller atomer i en gass (løsning), en brøkdel av helheten. Et så bredt utvalg gjør det mulig å uttrykke nesten alle forhold. Og ikke bare i fysikk eller biologi, men også i de metafysiske vitenskapene.
Og generelt er konsentrasjonsgradienten en vektormengde, som samtidig karakteriserer mengden og retningen for endring av et stoff i miljøet.
Definition
Kan du beregne konsentrasjonsgradienten? Formelen er en spesiell mellom en elementær endring i konsentrasjonen av et stoff og en lang vei som et stoff må overvinne for å oppnå likevekt mellom to løsninger. Matematisk uttrykkes dette med formelen С=dC/dl.
Tilstedeværelsen av en konsentrasjonsgradient mellom to stoffer får dem til å blandes. Hvis partikler beveger seg fra et område med høyere konsentrasjon til et lavere, kalles dette diffusjon, og hvis det er en semipermeabel hindring mellom dem, kalles det osmose.
Aktiv transport
Aktiv og passiv transport gjenspeiler bevegelsen av stoffer gjennom membranene eller lagene av celler til levende vesener: protozoer, planter,dyr og mennesker. Denne prosessen foregår ved bruk av termisk energi, siden overgangen av stoffer utføres mot en konsentrasjonsgradient: fra mindre til større. Oftest brukes adenosintrifosfat eller ATP for å utføre en slik interaksjon – et molekyl som er en universell energikilde i 38 Joule.
Det finnes forskjellige former for ATP som er lokalisert på cellemembraner. Energien som finnes i dem frigjøres når molekyler av stoffer overføres gjennom de såk alte pumpene. Dette er porer i celleveggen som selektivt absorberer og pumper ut elektrolytioner. I tillegg er det en slik transportmodell som en symport. I dette tilfellet transporteres to stoffer samtidig: den ene forlater cellen, og den andre går inn i den. Dette sparer energi.
Vesikulær transport
Aktiv og passiv transport innebærer transport av stoffer i form av bobler eller vesikler, derfor kalles prosessen henholdsvis vesikulær transport. Det er to typer av det:
- Endocytose. I dette tilfellet dannes bobler fra cellemembranen i prosessen med absorpsjon av faste eller flytende stoffer av den. Vesikler kan være glatte eller kantede. Egg, hvite blodlegemer og epitelet i nyrene har denne måten å spise på.
- Eksocytose. Som navnet tilsier, er denne prosessen det motsatte av den forrige. Det er organeller inne i cellen (for eksempel Golgi-apparatet), som "pakker" stoffer inn i vesikler, og de går deretter ut gjennommembran.
Passiv transport: diffusjon
Bevegelse langs konsentrasjonsgradienten (fra høy til lav) skjer uten bruk av energi. Det er to typer passiv transport: osmose og diffusjon. Sistnevnte er enkel og lett.
Hovedforskjellen mellom osmose er at prosessen med bevegelse av molekyler skjer gjennom en semipermeabel membran. Og diffusjon langs konsentrasjonsgradienten skjer i celler som har en membran med to lag med lipidmolekyler. Transportretningen avhenger kun av stoffmengden på begge sider av membranen. På denne måten trenger hydrofobe stoffer, polare molekyler, urea inn i cellene, og proteiner, sukkerarter, ioner og DNA kan ikke trenge gjennom.
Under diffusjon har molekyler en tendens til å fylle hele det tilgjengelige volumet, samt utjevne konsentrasjonen på begge sider av membranen. Det hender at membranen er ugjennomtrengelig eller dårlig permeabel for stoffet. I dette tilfellet virker osmotiske krefter på den, som enten kan gjøre barrieren tettere eller strekke den, og øke størrelsen på pumpekanalene.
Fasilitert diffusjon
Når en konsentrasjonsgradient ikke er tilstrekkelig grunnlag for transport av et stoff, kommer spesifikke proteiner til unnsetning. De er plassert på cellemembranen på samme måte som ATP-molekyler. Takket være dem kan både aktiv og passiv transport utføres.
På denne måten passerer store molekyler (proteiner, DNA) gjennom membranen,polare stoffer, som inkluderer aminosyrer og sukker, ioner. På grunn av deltakelse av proteiner øker transporthastigheten flere ganger sammenlignet med konvensjonell diffusjon. Men denne akselerasjonen avhenger av noen årsaker:
- gradient av materie i og utenfor cellen;
- antall bærermolekyler;
- bindingssatser for stoffbærer;
- endringshastighet i den indre overflaten av cellemembranen.
Til tross for dette utføres transporten takket være arbeidet med bærerproteiner, og ATP-energi brukes ikke i dette tilfellet.
Hovedtrekkene som kjennetegner tilrettelagt diffusjon er:
- Rask overføring av stoffer.
- Transportselektivitet.
- metning (når alle proteiner er opptatt).
- Konkurranse mellom stoffer (på grunn av proteinaffinitet).
- Sensitivitet for spesifikke kjemiske midler - hemmere.
Osmose
Som nevnt ovenfor er osmose bevegelse av stoffer langs en konsentrasjonsgradient over en semipermeabel membran. Osmoseprosessen er mest fullstendig beskrevet av Leshatelier-Brown-prinsippet. Den sier at hvis et system i likevekt påvirkes fra utsiden, vil det ha en tendens til å gå tilbake til sin tidligere tilstand. Den første gangen ble fenomenet osmose påtruffet på midten av 1700-tallet, men da ble det ikke tillagt stor betydning. Forskning på fenomenet begynte bare hundre år senere.
Det viktigste elementet i fenomenet osmose er en semipermeabel membran som lar bare visse molekyler passere gjennom den.diameter eller egenskaper. For eksempel, i to løsninger med forskjellige konsentrasjoner vil bare løsningsmidlet passere gjennom barrieren. Dette vil fortsette til konsentrasjonen på begge sider av membranen er den samme.
Osmose spiller en betydelig rolle i celles liv. Dette fenomenet lar bare de stoffene som er nødvendige for å opprettholde liv, trenge inn i dem. Den røde blodcellen har en membran som lar bare vann, oksygen og næringsstoffer passere gjennom, men proteinene som dannes inne i den røde blodcellen kan ikke komme ut.
Fenomenet osmose har også funnet praktisk anvendelse i hverdagen. Uten engang å mistenke det, brukte folk i ferd med å s alte mat nettopp prinsippet om bevegelse av molekyler langs en konsentrasjonsgradient. Den mettede s altløsningen "trakk ut" alt vannet fra produktene, og gjorde at de kunne lagres lenger.
