Градијент концентрације: концепт, формула. Превоз супстанци у биолошким мембранама
Шта је концентрација? Говорећи у ширем смислу, ово је однос запремине материје и количине честица растворених у њој. Ова дефиниција се јавља у широком спектру грана науке, почев од физике и математике, завршава се филозофијом. У овом случају говоримо о употреби концепта "концентрације" у биологији и хемији.
Градијент
Преведена са латинице, ова реч значи"Растући" или "ходање", то јест, то је врста "показивачког прста", који показује правац у којем се свака вриједност повећава. Као пример, можете користити, рецимо, надморску висину изнад нивоа мора у различитим тачкама Земље. Њен (висина) градијент у свакој појединачној тачки на мапи ће показати вектор повећања вриједности док се не постигне највећи раст.
У математици овај термин се појавио тек на крајудеветнаестог века. Он га је представио Маквелл и предложио је своју ноту овакве величине. Физичари користе овај концепт како би описали интензитет електричног или гравитационог поља, промену потенцијалне енергије.
Не само физика, већ и друге науке користе израз "градијент". Овај концепт може одражавати и квалитативне и квантитативне карактеристике супстанце, на пример, концентрације или температуре.
Концентрација градијента
Оно што је градијент је сада познато и шта јеконцентрација? Ово је релативна вриједност која показује дио супстанце садржане у рјешењу. Може се израчунати као проценат масе, броја мола или атома у плину (раствор), фракција целине. Овако широк избор омогућава практично било какав однос. И не само у физици или биологији, већ иу метафизичким наукама.
Опћенито, градијент концентрације је векторска количина која истовремено даје карактеристику квантитета и правца промјене у материји у медију.
Дефиниција
Да ли је могуће израчунати градијент концентрације? Његова формула је посебност између елементарне промене у концентрацији материје и дугог пута који ће супстанца морати превладати како би постигла равнотежу између ова два рјешења. Ово је математички изражено према формули Ц = дЦ / дл.
Присуство градијента концентрације између двасупстанца изазива њихово мешање. Ако честице крећу од региона већу концентрацију на нижем, онда се зове дифузију, а ако међу њима постоји Полупропустљива преграда - осмоза.
Активни транспорт
Активни и пасивни транспорт одражава кретањесупстанце кроз мембране или ћелијске слојеве живих бића: протозоа, биљки, животиња и људи. Овај процес се обавља коришћењем термичке енергије, јер се транзиција супстанци врши према градијенту концентрације: од мањег до већег. Најчешће се за примену ове интеракције користи аденозин трифосфат или АТП-молекул, који је универзални извор енергије у 38 Јоулеса.
Постоје различити облици АТП-аналазе се на ћелијским мембранама. Затворена енергија се ослобађа када се молекули супстанци преносе кроз тзв. Пумпе. То су поре у ћелијском зиду, који селективно апсорбује и пумпава ионе електролита. Осим тога, постоји такав модел транспорта као симпорт. У овом случају се истовремено транспортују две супстанце: једна напушта ћелију, а друга улази у њега. Ово штеди енергију.
Весицулар транспорт
Активни и пасивни транспорт укључује транспорт супстанци у облику везикула или везикула, тако да се процес назива весикуларним транспортом. Постоје два типа:
- Ендоцитоза. У овом случају, мехурићи се формирају из ћелијске мембране током апсорпције чврстих или течних супстанци. Весицлес могу бити глатки или имају ивицу. Овај начин исхране садржи јаја, беле крвне ћелије, као и епителијум бубрега.
- Екоцитосис. На основу имена, овај процес је супротан претходном. Унутар ћелије постоје органели (на примјер, апарат Голги) који "спакују" супстанце у везикуле, а они касније излазе кроз мембрану.
Пасивни транспорт: дифузија
Кретање на градијенту концентрације (од висине донизак) се јавља без употребе енергије. Постоје две варијанте пасивног транспорта: осмоза и дифузија. Други је једноставан и лаган.
Главна разлика између осмозе је тај процескретање молекула се одвија кроз семипермеабилну мембрану. И дифузија градијента концентрације се јавља у ћелијама које имају мембрану са два слоја молекула липида. Правац транспорта зависи само од количине материјала са обе стране мембране. На тај начин ћелије пенетрирају хидрофобне супстанце, поларни молекули, уреа и протеини, шећери, јони и ДНК не могу продрети.
У процесу дифузије, молекули се наговештавајусве расположиве запремине, као и изједначавање концентрације на обе стране мембране. Чини се да је мембрана непропусна или слабо пропуштена за супстанцу. У овом случају, на њега утичу осмотске силе, што може учинити да барира буде густа и да се истеза повећањем величине канализационих канала.
Лака дифузија
Када градијент концентрације ниједовољна основа за транспорт супстанце, специфичне протеине долазе у спашавање. Они се налазе на ћелијској мембрани на исти начин као и молекули АТП-а. Захваљујући њима, може се обавити и активни и пасивни транспорт.
На овај начин великимолекули (протеини, ДНК), поларне супстанце, које укључују аминокиселине и шећере, јоне. Због учешћа протеина, брзина транспорта се повећава неколико пута, у поређењу са конвенционалном дифузијом. Али ово убрзање зависи од неколико разлога:
- градијент супстанце унутар и изван ћелије;
- број молекула носача;
- брзину везивања супстанце и носача;
- брзина промене унутрашње површине ћелијске мембране.
Упркос томе, превоз се врши због рада протеинских носача, а енергија АТП-а се у овом случају не користи.
Главне карактеристике које карактеришу олакшану дифузију су:
- Брзи пренос супстанци.
- Селективност транспорта.
- Засићеност (када су сви протеини заузети).
- Конкуренција између супстанци (због афинитета са протеинима).
- Осетљивост на специфична хемијска средства - инхибитори.
Осмоза
Као што је већ речено, осмоза је покретсупстанце на градијенту концентрације кроз семипермеабилну мембрану. Најкомплетнији процес осмозе описује принцип Лесхателиер-Бровн. Пише да ако се систем који је у равнотежи утиче споља, понекад ће се вратити у своје претходно стање. Први пут са феноменом осмозе су се сударили средином КСВИИИ вијека, али му онда није дало велику важност. Студије феномена почеле су тек сто година касније.
Најважнији елемент у феномену осмозе јестесемперемљива мембрана која преноси кроз себе само молекуле одређеног пречника или својстава. На пример, у два решења са различитим концентрацијама, само ће растварач проћи кроз препреку. Ово ће се наставити док концентрација на обе стране мембране не постане иста.
Осмоза игра значајну улогу у животу ћелија. Овај феномен дозвољава им продирање само оних супстанци које су неопходне за одржавање живота. Црвена крвна зрнца има мембрану која дозвољава само воду, кисеоник и хранљиве материје, али протеини који се формирају унутар црвених крвних зрнаца не могу доћи споља.
Феномен осмозе пронашао је практичну примену уживот. Чак и без свесности, људи који су у процесу сољења хране користили су управо принцип покрета молекула дуж градијента концентрације. Засићени раствор соли "потегнуо" сву воду из производа, чиме је омогућио да се складиште дуже.
</ п>
