Koncentrācija gradients: jēdziens formulu. Transportēšana vielu bioloģiskās membrānas

Kas ir koncentrācija? Runājot kopumā, šī attiecība ir tilpums materiāla un daļiņu skaits, tajā izšķīdinātu. Šī definīcija ir atrodama visdažādākajās zinātņu nozarēs, no fizikas un matemātikas, beidzas filozofiju. Šajā gadījumā jautājums par izmantošanas jēdzienu "koncentrācija", bioloģijā un ķīmijā.

gradients

Tulkojumā no latīņu valodas, tas nozīmē, ka "aug" vai "Walking", tad ir "norādot pirkstu", kas norāda virzienu, kurā jebkurš vērtība palielinās. Piemēram, to var izmantot, piemēram, augstumu virs jūras līmeņa, dažādos punktos Zemes. Tās (augstums), gradients katrā punktu kartē rādīs vektoru palielināt vērtību, lai sasniegtu visstraujāko pieaugumu.

Matemātikā, termins parādījās tikai vēlu deviņpadsmitajā gadsimtā. Tas tika ieviests ar Maxwell un piedāvāja savus simbolus šajā lieluma. Fiziķi izmantot šo jēdzienu, lai aprakstītu to elektrisko un gravitācijas lauka, maiņu potenciālo enerģiju.

Ne tikai fizikas, bet arī citās zinātnēs lietot terminu "gradienta". Šis jēdziens var atspoguļot gan kvalitatīvu un kvantitatīvu raksturojumu vielu, piemēram, koncentrāciju vai temperatūru.

koncentrācija gradients

Kas ir gradients tagad ir zināms, un to, ko koncentrācija? Tas ir relatīvs vērtība, kas norāda proporciju vielu ietverto risinājumu. To var atskaitīt kā masas procentus, dzimumzīmēm vai atomu gāzes (risinājumu), īpatsvars kopumā. Šī plašā izvēle ļauj mums izteikt praktiski jebkuru attiecību. Un ne tikai fizikā vai bioloģijā, bet arī metafiziskās zinātnēs.

Kopumā koncentrācija gradients ir vektoriāls lielums, kas raksturo arī apjoma un virziena maiņu vielas vidējā.

definīcija

Vai ir iespējams aprēķināt koncentrācijas gradientu? Formula ir īpaši starp elementāru izmaiņām vielas un garu ceļu koncentrācijas, kas būs pārvarēt vielu, lai panāktu līdzsvaru starp diviem risinājumiem. Matemātiski, šis ir izteikts ar formulu C = DC / dl.

Koncentrācijas slīpumu starp diviem materiāliem klātbūtne ir iemesls to sajaukšanās. Ja daļiņas pāriet no reģiona augstākas koncentrācijas uz zemāku, tad to sauc difūzijas, un, ja starp tiem ir puscaurlaidīgs barjera - osmozes.

aktīvais transports

Aktīvā un pasīvā transporta atspoguļo kustību vielu pāri membrānas vai slāņu šūnu dzīvo būtņu: vienšūņi, augiem, dzīvniekiem un cilvēkiem. Šis process notiek, izmantojot siltuma enerģiju, jo pāreja tiek veikta vielas pret koncentrācijas gradientu no mazāka uz lielāku. Visbiežāk par šādu mijiedarbību, izmantojot adenozīna trifosfātu vai ATP - molekulu, kas ir universāls enerģijas avots 38 Džoula.

Ir dažāda veida ATP, kas atrodas uz membrānas šūnu. Tajās ietvertā enerģija ir atbrīvota, kad nodošana vielas caur tā saukto molekulāro sūkņiem. Tas poras šūnu sienas, kas selektīvi absorbē un pārsūknē elektrolīta jonus. Bez tam, ir modelis, transporta, kā symport. Šajā gadījumā, tajā pašā laikā tas pārvadāt divas vielas: viens nāk no šūnas, un otru saņem to. Tas ietaupa enerģiju.

vezikulārais transports

Aktīvā un pasīvā transporta ietver transportēšanu vielas veidā burbuļi vai pūslīšiem, lai procesu sauc, attiecīgi, vezikulārais transportu. Ir divu veidu:

1. Endocitoze. Šajā gadījumā, burbuļi tiek ģenerēti no šūnu membrānu savos absorbcijas procesā cietvielas vai šķidrumus. Pūslīši var būt gluda vai ir malas. Šī metode barošanai olu baltās asins šūnas, un nieru epitēlijs.
2. Eksocitozes ceļā. Kā norāda nosaukums, tas ir apgriezti iepriekšējā. Tā ir organellās šūnā (piemēram, Goldži komplekss), kas ir "pildīta" vielai izplūst vezikulu, un pēc tam tie iznākt caur membrānu.

Pasīvā transports: Diffusion

Kustība par koncentrācijas gradientu (augsta uz zemu) notiek, neizmantojot enerģiju. Ir divi varianti pasīvo transportu - tiek osmozes un izplatīšanu. Pēdējais ir vienkāršs un viegls.

Osmoze Galvenā atšķirība ir tā, ka process, kas pārvietojas molekulām notiek caur puscaurlaidīgu membrānu. Difūzijas pēc koncentrācijas gradientu notiek ar øúnu ar membrānu ar diviem slāņiem lipīdu molekulu. transporta virziens ir atkarīgs tikai no tā, cik vielu abās pusēs membrānu. Šādā veidā, šūnas iekļūt hidrofobu vielu, polar molekulu, urīnvielu, un nevar iekļūt olbaltumvielas, cukuri, jonus un DNS.

Šajā difūzijas procesā, molekulas mēdz aizpildītu visu pieejamo apjomu, kā arī lai saskaņotu koncentrāciju abās pusēs membrānu. Tas tā notiek, ka membrāna ir necaurlaidīgs vai vāji caurlaidīgs pēc būtības. Šajā gadījumā, tas ietekmē osmotisko spēkus, kas var gan padarīt blīvāku barjeru un stiept to palielinot izmēru sūknēšanas kanālu.

atvieglota difūzija

Kad koncentrācija gradients nav pietiekams, lai transportēt materiālu palīdzību specifisku proteīnu. Tie atrodas uz šūnas membrānu, tādā pašā veidā, kā ATP molekulu. Pateicoties viņam, var būt gan aktīva un pasīva transportu.

Tādā veidā, caur membrānu ir lielas molekulas (olbaltumvielas, DNS), polar vielas, kas ietver aminoskābes un cukuriem, jonus. Pateicoties dalībai olbaltumvielu transporta ātrums tiek palielināts vairākas reizes, salīdzinot ar parasto difūziju. Bet tas paātrinājums ir atkarīgs no vairākiem faktoriem:

• viela gradients iekšpusē un ārpus šūnas;
• summa nesējmolekulas;
• ātrums saistošs vielu un nesēju;
• ramp iekšējo virsmu no šūnas membrānā.

Neskatoties uz to, transportēšana tiek veikta, pateicoties darbam nesējproteīniem, un ATP enerģija šajā gadījumā netiek izmantots.

Galvenās iezīmes, kas raksturo atviegloja izplatīšanu, ir šādas:

1. Ātra nodošana vielām.
2. Selektivitāte transportu.
3. Piesātinājums (kad visi proteīni ir aizņemtas).
4. Konkurence starp vielu (sakarā ar afinitāti uz proteīna).
5. Jūtība pret specifisku ķimikāliju - inhibitori.

osmosis

Kā minēts iepriekš, osmosis - kustība vielu gar koncentrācijas gradientu pāri puscaurlaidīgu membrānu. Vispilnīgākā osmozes process apraksta Le chatelier-Braun princips. Tajā teikts, ka tad, ja sistēma ir līdzsvarā, ietekme no ārpuses, tā ir tendence atgriezties savā bijušajā stāvoklī. Pirmo reizi ar osmozes parādības radušās vidū XVIII gadsimtā, bet tad viņš nav piešķir lielu nozīmi. izpētīt fenomenu sākās tikai simts gadus vēlāk.

Vissvarīgākais elements parādība osmozes ir puscaurlaidīgu membrānu, kas iet caur sevi tikai molekulas ar noteiktu diametru vai īpašībām. Piemēram, divi risinājumi ar dažādām koncentrācijām, barjera tiks cauri tikai ar šķīdinātāju. Tas turpināsies tik ilgi, kamēr koncentrācija abās pusēs membrānas nebūs vienādi.

Osmoze ir nozīmīga loma šūnu dzīvē. Šī parādība ļauj iekļūt tos tikai uz tām vielām, kas ir nepieciešami, lai uzturētu dzīvību. Sarkano asins šūnu membrānu ir caurlaidīga tikai ūdens, skābekļa un barības vielu, bet olbaltumvielas, kas veidojas iekšpusē sarkano asins šūnu, nevar izkļūt.

osmoze un atrada praktiska pielietošana ikdienā. Pat to neapzinoties, cilvēki procesā sālot pārtiku izmanto, ir kustības molekulu gar koncentrācijas gradientu princips. Piesātināts sāls "izstiepts" pa visu ūdeni no produkta, tādējādi ļaujot uzglabāt ilgāk.