Vad är koncentration? I vid mening är detta förhållandet mellan volymen av ett ämne och antalet partiklar som är lösta i det. Denna definition finns inom en mängd olika vetenskapsgrenar, från fysik och matematik till filosofi. I det här fallet talar vi om användningen av begreppet "koncentration" inom biologi och kemi.
Gradient
Översatt från latin betyder detta ord "växande" eller "gå", det vill säga det är ett slags "pekande finger", som visar i vilken riktning ett värde ökar. Som ett exempel kan du använda till exempel höjden över havet på olika punkter på jorden. Dess (höjd) gradient vid varje enskild punkt på kartan kommer att visa en vektor med ökande värde tills den når den brantaste stigningen.
Inom matematiken dök denna term upp först i slutet av artonhundratalet. Det introducerades av Maxwell och föreslog hans egna beteckningar för denna kvantitet. Fysiker använder detta koncept för att beskriva intensiteten hos ett elektriskt eller gravitationsfält, en förändring i potentiell energi.
Inte bara fysik, utan även andra vetenskaper använder termen "gradient". Detta koncept kan spegla både kvalitativt ochen kvantitativ egenskap hos ett ämne, såsom koncentration eller temperatur.
Koncentrationsgradient
Vad är gradienten är nu känd, men vad är koncentrationen? Detta är ett relativt värde som visar andelen av ämnet som finns i lösningen. Det kan beräknas som en procentandel av massan, antalet mol eller atomer i en gas (lösning), en bråkdel av det hela. Ett så brett urval gör det möjligt att uttrycka nästan vilket förhållande som helst. Och inte bara inom fysik eller biologi, utan också inom de metafysiska vetenskaperna.
Och generellt sett är koncentrationsgradienten en vektorkvantitet, som samtidigt karakteriserar mängden och riktningen för förändring av ett ämne i miljön.
Definition
Kan du beräkna koncentrationsgradienten? Dess formel är en speciell mellan en elementär förändring i koncentrationen av ett ämne och en lång väg som ett ämne måste övervinna för att uppnå jämvikt mellan två lösningar. Matematiskt uttrycks detta med formeln С=dC/dl.
Närvaron av en koncentrationsgradient mellan två ämnen gör att de blandas. Om partiklar rör sig från ett område med en högre koncentration till en lägre, så kallas detta diffusion, och om det finns ett semipermeabelt hinder mellan dem kallas det osmos.
Aktiv transport
Aktiv och passiv transport återspeglar rörelsen av ämnen genom membranen eller lagren av celler hos levande varelser: protozoer, växter,djur och människor. Denna process sker med användning av termisk energi, eftersom övergången av ämnen utförs mot en koncentrationsgradient: från mindre till större. Oftast används adenosintrifosfat eller ATP för att utföra en sådan interaktion - en molekyl som är en universell energikälla i 38 Joule.
Det finns olika former av ATP som finns på cellmembran. Energin som finns i dem frigörs när molekyler av ämnen överförs genom de så kallade pumparna. Dessa är porer i cellväggen som selektivt absorberar och pumpar ut elektrolytjoner. Dessutom finns det en sådan transportmodell som en symport. I det här fallet transporteras två ämnen samtidigt: en lämnar cellen och den andra går in i den. Detta sparar energi.
Vesikulär transport
Aktiv och passiv transport innebär transport av ämnen i form av bubblor eller vesiklar, därför kallas processen för vesikulär transport. Det finns två typer av det:
- Endocytos. I detta fall bildas bubblor från cellmembranet i processen för absorption av fasta eller flytande ämnen av det. Vesikler kan vara släta eller kantade. Ägg, vita blodkroppar och njurarnas epitel har det här sättet att äta.
- Exocytos. Som namnet antyder är denna process motsatsen till den föregående. Det finns organeller inuti cellen (till exempel Golgi-apparaten), som "packar" ämnen i vesiklar, och de kommer sedan ut genommembran.
Passiv transport: diffusion
Rörelse längs koncentrationsgradienten (från hög till låg) sker utan användning av energi. Det finns två typer av passiv transport: osmos och diffusion. Den senare är enkel och lätt.
Den största skillnaden mellan osmos är att molekylernas förflyttning sker genom ett semipermeabelt membran. Och diffusion längs koncentrationsgradienten sker i celler som har ett membran med två lager av lipidmolekyler. Transportriktningen beror endast på mängden ämne på båda sidor av membranet. På så sätt tränger hydrofoba ämnen, polära molekyler, urea in i cellerna och proteiner, sockerarter, joner och DNA kan inte tränga igenom.
Under diffusion tenderar molekyler att fylla hela den tillgängliga volymen, samt utjämna koncentrationen på båda sidor av membranet. Det händer att membranet är ogenomträngligt eller dåligt permeabelt för ämnet. I det här fallet verkar osmotiska krafter på den, som antingen kan göra barriären tätare eller sträcka ut den, vilket ökar storleken på pumpkanalerna.
Lättare spridning
När en koncentrationsgradient inte är en tillräcklig grund för transport av ett ämne kommer specifika proteiner till undsättning. De är placerade på cellmembranet på samma sätt som ATP-molekyler. Tack vare dem kan både aktiv och passiv transport utföras.
På detta sätt passerar stora molekyler (proteiner, DNA) genom membranet,polära ämnen, som inkluderar aminosyror och sockerarter, joner. På grund av proteinernas deltagande ökar transporthastigheten flera gånger jämfört med konventionell diffusion. Men denna acceleration beror på några skäl:
- gradient av materia inuti och utanför cellen;
- antal bärarmolekyler;
- substance-carrier binding rates;
- förändringshastighet i cellmembranets inre yta.
Trots detta utförs transport tack vare arbetet med bärarproteiner, och ATP-energi används inte i det här fallet.
De huvudsakliga egenskaperna som kännetecknar underlättad spridning är:
- Snabb överföring av ämnen.
- Transportselektivitet.
- Mättnad (när alla proteiner är upptagna).
- Konkurrens mellan ämnen (på grund av proteinaffinitet).
- Känslighet för specifika kemiska ämnen - hämmare.
Osmosis
Som nämnts ovan är osmos förflyttning av ämnen längs en koncentrationsgradient över ett semipermeabelt membran. Osmosprocessen beskrivs mest fullständigt av Leshatelier-Brown-principen. Den säger att om ett system i jämvikt påverkas utifrån, kommer det att tendera att återgå till sitt tidigare tillstånd. Första gången man stötte på fenomenet osmos i mitten av 1700-talet, men då fick det ingen större betydelse. Forskning om fenomenet började bara hundra år senare.
Det viktigaste elementet i fenomenet osmos är ett semipermeabelt membran som tillåter endast vissa molekyler att passera genom det.diameter eller egenskaper. Till exempel, i två lösningar med olika koncentrationer kommer endast lösningsmedlet att passera genom barriären. Detta kommer att fortsätta tills koncentrationen på båda sidor av membranet är densamma.
Osmos spelar en betydande roll i cellers liv. Detta fenomen tillåter endast de ämnen som är nödvändiga för att upprätthålla liv att tränga in i dem. Den röda blodkroppen har ett membran som låter bara vatten, syre och näringsämnen passera, men proteinerna som bildas inuti den röda blodkroppen kan inte ta sig ut.
Fenomenet osmos har också fått praktisk tillämpning i vardagen. Utan att ens misstänka det använde människor i färd med att s alta mat exakt principen om molekylers rörelse längs en koncentrationsgradient. Den mättade koks altlösningen "drog ut" allt vatten från produkterna, vilket gjorde att de kunde lagras längre.
