Gradient de concentrație: conceptul de formula. Transportul substanțelor în membranele biologice

Ce este de concentrare? Vorbind în linii mari, raportul este volumul de material și numărul de particule dizolvate în aceasta. Această definiție se găsește în cele mai diverse ramuri ale științei, de la fizică și matematică, filosofie se încheie. În acest caz, problema utilizării conceptului de „concentrare“, în biologie și chimie.

gradient

Tradus din limba latină, înseamnă „creștere“ sau „Walking“, atunci există un „deget arătător“, care indică direcția în care orice valoare crește. Ca un exemplu, poate fi utilizat, de exemplu, înălțimea deasupra nivelului mării, la diferite puncte ale Pământului. Ei (înălțimea) gradientului în fiecare punct de pe harta va arăta vectorul de creștere a valorilor pentru a obține cea mai abruptă creștere.

În matematică, termenul a apărut abia în secolul al XIX-lea. A fost introdus de Maxwell și a oferit propriile lor simboluri de o asemenea amploare. Fizicienii folosesc acest concept pentru a descrie câmpul electric și gravitațional, schimbarea potențialului de energie.

Nu numai fizica, ci și alte științe folosesc termenul „gradientului“. Acest concept poate reflecta atât caracterizarea calitativă și cantitativă a substanțelor, de exemplu, concentrația sau temperatură.

gradient de concentrație

Ce este gradientul este acum cunoscut, și ce concentrare? Aceasta este o valoare relativă, ceea ce indică proporția substanței conținută în soluție. Se poate deduce ca procente în greutate, alunițe sau atomi în (soluția) de gaz, proporția întregului. Această gamă largă ne permite să-și exprime practic orice raport. Și nu numai în fizica sau biologie, dar, de asemenea, în științele metafizice.

In general, gradientul de concentrație este o mărime vectorială, care caracterizează , de asemenea , cantitatea și direcția de schimbare a substanței în mediu.

definiție

Este posibil să se calculeze gradientul de concentrare? Formula este deosebit între modificările elementare ale substanței și o cale lungă de concentrare, care va trebui să depășească substanța pentru a obține un echilibru între cele două soluții. Matematic, acest lucru este exprimat prin formula C = dC / dl.

Prezența gradientului de concentrație între cele două materiale este motivul pentru amestecarea lor. În cazul în care particulele se mișcă dintr-o regiune de concentrare mai mare la o mai mică, atunci aceasta se numește difuzie, iar dacă printre ei există o barieră semipermeabilă - osmoza.

transport activ

Transport activă și pasivă reflectă circulația substanțelor prin membrane sau straturi de celule ale ființelor vii: protozoare, plante, animale și oameni. Acest proces are loc folosind energia termică, deoarece tranziția se realizează substanțe împotriva unui gradient de concentrație de la mică la una mai mare. Cel mai frecvent pentru o astfel de interacțiune folosind adenozintrifosfat sau ATP - molecula care este o sursă de energie versatilă 38 Joule.

Există diferite forme de ATP, care sunt situate pe membranele celulelor. Energia conținută în ele este eliberată atunci când transferul substanțelor prin așa-numitele pompe moleculare. Aceasta porii din peretele celular care absorb selectiv si pompat ioni de electrolit. În plus, există un model de transport ca symport. În acest caz, în același timp, ea a transportat două substanțe: unul iese din celulă, iar celălalt devine. Acest lucru economisește energie.

de transport vezicular

transport activ și pasiv include transportul substanțelor sub formă de bule sau vezicule, astfel încât procesul se numește, respectiv, transport veziculare. Există două tipuri:

1. Endocytosis. În acest caz, bulele sunt generate din membrana celulară în solide sale proces de absorbție sau lichide. Veziculele pot fi netede sau au margini. Această metodă de hrănire sunt ou celule albe din sânge, și epiteliului renal.
2. Exocitoza. După cum sugerează și numele, acesta este inversul celui precedent. Are organite în interiorul celulei (de exemplu, aparat Golgi), care sunt „ambalate“ substanță în vezicule și ele ies ulterior prin membrana.

Transport pasivă: Diffusion

Mișcarea gradientului de concentrație (ridicat la scăzut) are loc fără utilizarea energiei. Există două variante de transport pasiv - este osmoză și difuzie. Acesta din urmă este un simplu și ușor.

Principala diferență Osmoza este că procesul de molecule în mișcare are loc prin membrana semipermeabilă. O difuzie de-a lungul unui gradient de concentrație se produce in celulele care au o membrana cu doua straturi de molecule de lipide. Direcția de transport depinde numai de numărul de substanțe pe ambele părți ale membranei. In acest mod, celulele pătrund substanțe hidrofobe, molecula polară, uree, și nu pot penetra proteine, zaharuri, ioni și ADN.

In procesul de difuzie, moleculele tind să umple întregul volum disponibil, precum și pentru a alinia concentrarea pe ambele părți ale membranei. Se întâmplă ca membrana este impermeabil sau slab permeabil la substanța. În acest caz, aceasta afectează forțele osmotice care pot face atât o barieră densă și se întind prin creșterea dimensiunii canalului de pompare.

difuzie înlesnite

Când gradientul de concentrare nu este suficientă pentru a transporta materialul în ajutorul proteinelor specifice. Acestea sunt situate pe membrana celulelor, în același mod ca și molecule ATP. Datorită lui, poate fi atât de transport activă și pasivă.

În acest fel, prin membrana sunt molecule mari (proteine, ADN), substanțe polare, care includ aminoacizi și zaharuri, ioni. Datorită participării vitezei de transport de proteine este crescut de mai multe ori în comparație cu difuzia convențională. Dar această accelerare depinde de mai mulți factori:

• gradient de substanță în interiorul și în afara celulei;
• cantitatea de molecule purtătoare;
• substanță și purtător de legare al ratei;
• rampă suprafața interioară a membranei celulare.

În ciuda acestui fapt, transportul se efectuează datorită activității proteinelor purtătoare, și energia ATP, în acest caz, nu este utilizat.

Principalele caracteristici care caracterizează difuzie înlesnite, sunt:

1. transferul rapid de substanțe.
2. Selectivitatea de transport.
3. Saturație (atunci când toate proteinele sunt ocupate).
4. Concurența dintre substanțele (datorită afinității proteinei).
5. Sensibilitate la agenți chimici specifici - inhibitori.

osmoză

Așa cum sa menționat mai sus, osmoza - circulația substanțelor de-a lungul gradientului de concentrație printr-o membrană semipermeabilă. Procedeul cel mai complet osmoza descrie principiul Le Chatelier-Braun. Se spune că, dacă un sistem este în echilibru, o influență din exterior, acesta va tinde să se întoarcă la starea sa. Prima dată cu fenomenul de osmoza întâlnit la mijlocul secolului al XVIII-lea, dar el nu a acordat o mare importanță. studia fenomenul a început doar o sută de ani mai târziu.

Cel mai important element în fenomenul de osmoza este o membrană semipermeabilă care trece prin el însuși doar moleculele de un anumit diametru sau proprietăți. De exemplu, două soluții cu concentrații diferite, bariera va trece prin numai solventul. Acest lucru va continua atâta timp cât concentrația de pe ambele părți ale membranei nu va fi la fel.

Osmoza joaca un rol important in viata de celule. Acest fenomen face posibil să le penetreze numai acelor substanțe care sunt necesare pentru a sustine viata. membrana celulelor roșii din sânge este permeabilă numai la apă, oxigen și substanțe nutritive, dar proteinele care sunt formate în interiorul unei celule roșii din sânge, nu poate ieși.

osmoză și aplicarea practică a găsit în viața de zi cu zi. Chiar și fără să-și dea seama, oameni în procesul de saramurii alimentul utilizat este principiul mișcării moleculelor de-a lungul gradientului de concentrație. salină saturată „întins“ peste toată apa din produs, permițându-le astfel să fie depozitate mai mult timp.