Hvad er koncentration? I bred forstand er dette forholdet mellem volumenet af et stof og antallet af partikler opløst i det. Denne definition findes i en lang række forskellige grene af videnskaben, fra fysik og matematik til filosofi. I dette tilfælde taler vi om brugen af begrebet "koncentration" i biologi og kemi.
Gradient
Oversat fra latin betyder dette ord "voksende" eller "gå", det vil sige, det er en slags "pegefinger", som viser den retning, som enhver værdi stiger i. Som et eksempel kan du f.eks. bruge højden over havets overflade på forskellige punkter på Jorden. Dens (højde) gradient ved hvert enkelt punkt på kortet vil vise en vektor med stigende værdi, indtil den når den stejleste stigning.
I matematik dukkede dette udtryk først op i slutningen af det nittende århundrede. Det blev introduceret af Maxwell og foreslog hans egne betegnelser for denne mængde. Fysikere bruger dette koncept til at beskrive intensiteten af et elektrisk felt eller gravitationsfelt, en ændring i potentiel energi.
Ikke kun fysik, men også andre videnskaber bruger udtrykket "gradient". Dette koncept kan afspejle både kvalitative ogen kvantitativ egenskab ved et stof, såsom koncentration eller temperatur.
Koncentrationsgradient
Hvad er gradienten er nu kendt, men hvad er koncentrationen? Dette er en relativ værdi, der viser andelen af stoffet indeholdt i opløsningen. Det kan beregnes som en procentdel af massen, antallet af mol eller atomer i en gas (opløsning), en brøkdel af det hele. Et så bredt udvalg gør det muligt at udtrykke næsten ethvert forhold. Og ikke kun i fysik eller biologi, men også i de metafysiske videnskaber.
Og generelt er koncentrationsgradienten en vektorstørrelse, som samtidig karakteriserer mængden og retningen af et stofs ændring i miljøet.
Definition
Kan du beregne koncentrationsgradienten? Dens formel er en særegen mellem en elementær ændring i koncentrationen af et stof og en lang vej, som et stof skal overvinde for at opnå ligevægt mellem to opløsninger. Matematisk er dette udtrykt ved formlen С=dC/dl.
Tilstedeværelsen af en koncentrationsgradient mellem to stoffer får dem til at blande sig. Hvis partikler bevæger sig fra et område med en højere koncentration til en lavere, så kaldes dette diffusion, og hvis der er en semipermeabel hindring mellem dem, kaldes det osmose.
Aktiv transport
Aktiv og passiv transport afspejler bevægelsen af stoffer gennem membraner eller lag af celler fra levende væsener: protozoer, planter,dyr og mennesker. Denne proces foregår ved brug af termisk energi, da overgangen af stoffer udføres mod en koncentrationsgradient: fra mindre til større. Oftest bruges adenosintrifosfat eller ATP til at udføre en sådan interaktion - et molekyle, der er en universel energikilde i 38 Joule.
Der er forskellige former for ATP, der er placeret på cellemembraner. Energien i dem frigives, når molekyler af stoffer overføres gennem de såkaldte pumper. Disse er porer i cellevæggen, der selektivt absorberer og pumper elektrolytioner ud. Derudover er der sådan en transportmodel som en symport. I dette tilfælde transporteres to stoffer samtidigt: den ene forlader cellen, og den anden kommer ind i den. Dette sparer energi.
Vesikulær transport
Aktiv og passiv transport involverer transport af stoffer i form af bobler eller vesikler, derfor kaldes processen henholdsvis vesikulær transport. Der er to typer af det:
- Endocytose. I dette tilfælde dannes bobler fra cellemembranen i processen med absorption af faste eller flydende stoffer af den. Vesikler kan være glatte eller kantede. Æg, hvide blodlegemer og nyrernes epitel har denne måde at spise på.
- Eksocytose. Som navnet antyder, er denne proces det modsatte af den forrige. Der er organeller inde i cellen (f.eks. Golgi-apparatet), som "pakker" stoffer ind i vesikler, og de kommer efterfølgende ud gennemmembran.
Passiv transport: diffusion
Bevægelse langs koncentrationsgradienten (fra høj til lav) sker uden brug af energi. Der er to typer passiv transport: osmose og diffusion. Sidstnævnte er enkel og let.
Den største forskel mellem osmose er, at processen med bevægelse af molekyler foregår gennem en semipermeabel membran. Og diffusion langs koncentrationsgradienten sker i celler, der har en membran med to lag lipidmolekyler. Transportretningen afhænger kun af mængden af stof på begge sider af membranen. På denne måde trænger hydrofobe stoffer, polære molekyler, urinstof ind i cellerne, og proteiner, sukkerarter, ioner og DNA kan ikke trænge ind.
Under diffusion har molekyler tendens til at fylde hele det tilgængelige volumen, samt udligne koncentrationen på begge sider af membranen. Det sker, at membranen er uigennemtrængelig eller dårligt permeabel for stoffet. I dette tilfælde virker osmotiske kræfter på den, som enten kan gøre barrieren tættere eller strække den, hvilket øger størrelsen af pumpekanalerne.
Faciliteret diffusion
Når en koncentrationsgradient ikke er et tilstrækkeligt grundlag for transporten af et stof, kommer specifikke proteiner til undsætning. De er placeret på cellemembranen på samme måde som ATP-molekyler. Takket være dem kan både aktiv og passiv transport udføres.
På denne måde passerer store molekyler (proteiner, DNA) gennem membranen,polære stoffer, som omfatter aminosyrer og sukkerarter, ioner. På grund af proteiners deltagelse stiger transporthastigheden flere gange sammenlignet med konventionel diffusion. Men denne acceleration afhænger af nogle årsager:
- gradient af stof i og uden for cellen;
- antal bærermolekyler;
- substance-carrier binding rates;
- ændringshastighed i cellemembranens indre overflade.
På trods af dette udføres transporten takket være arbejdet med bærerproteiner, og ATP-energi bruges ikke i dette tilfælde.
De vigtigste egenskaber, der karakteriserer faciliteret diffusion, er:
- Hurtig overførsel af stoffer.
- Transportselektivitet.
- Mætning (når alle proteiner er optaget).
- Konkurrence mellem stoffer (på grund af proteinaffinitet).
- Følsomhed over for specifikke kemiske midler - inhibitorer.
Osmose
Som nævnt ovenfor er osmose bevægelse af stoffer langs en koncentrationsgradient over en semipermeabel membran. Osmoseprocessen er bedst beskrevet af Leshatelier-Brown princippet. Den siger, at hvis et system i ligevægt er påvirket udefra, så vil det have en tendens til at vende tilbage til sin tidligere tilstand. Første gang stødte man på fænomenet osmose i midten af 1700-tallet, men dengang blev det ikke tillagt den store betydning. Forskningen i fænomenet begyndte kun hundrede år senere.
Det vigtigste element i fænomenet osmose er en semipermeabel membran, der kun tillader visse molekyler at passere gennem den.diameter eller egenskaber. For eksempel i to opløsninger med forskellige koncentrationer vil kun opløsningsmidlet passere gennem barrieren. Dette vil fortsætte, indtil koncentrationen på begge sider af membranen er den samme.
Osmose spiller en væsentlig rolle i cellernes liv. Dette fænomen tillader kun de stoffer, der er nødvendige for at opretholde liv, at trænge ind i dem. De røde blodlegemer har en membran, der kun tillader vand, ilt og næringsstoffer at passere igennem, men de proteiner, der dannes inde i de røde blodlegemer, kan ikke komme ud.
Fænomenet osmose har også fundet praktisk anvendelse i hverdagen. Uden selv at have mistanke om det brugte folk i færd med at s alte mad netop princippet om bevægelse af molekyler langs en koncentrationsgradient. Den mættede s altvandsopløsning "trak" alt vandet ud af produkterne, hvorved de kunne opbevares længere.
