Koncentrační gradient

Definice koncentračního gradientu.

Koncentrační gradient definice

Koncentrační gradient odkazuje na postupné změny v koncentraci rozpuštěných látek v roztoku jako funkce vzdálenosti přes řešení. Roztok má v podstatě dvě hlavní složky, rozpouštědlo (rozpouštěcí složka, např. voda) a rozpuštěnou látku (částice, které jsou rozpouštědlem rozpustitelné).,

V biochemie, koncentrace se týká množství sub-složky roztoku, např. množství rozpuštěných látek v roztoku. Gradient je zase termín, který obecně odkazuje na progresivní zvýšení nebo snížení proměnné vzhledem k vzdálenosti. V tomto ohledu by koncentrační gradient byl výsledkem, když se množství rozpuštěných látek mezi dvěma roztoky liší.

v biologii je koncentrační gradient výsledkem nerovnoměrné distribuce částic, např. iontů, mezi dvěma roztoky, tj., intracelulární tekutina (roztok uvnitř buňky) a extracelulární tekutina (roztok mimo buňku). Tato nerovnováha solutů mezi oběma řešeními pohání soluty k přesunu z vysoce husté oblasti do méně husté oblasti. Tento pohyb je pokusem o vytvoření rovnováhy a odstranění nerovnováhy koncentrací rozpuštěné látky mezi oběma roztoky.,

Etymologie

termín soustředění pochází od slova koncentrovat, z francouzského concentrer, z con– + center, což znamená „dát do středu“. Slovo gradient pochází z latinských gradiens, z gradioru, což znamená „krok “ nebo“chodit“. Synonymum: gradient hustoty.,

biologická doprava

v biologických systémech existují dva hlavní dopravní jevy: pasivní doprava a aktivní doprava. V pasivním transportu jsou částice (např. ionty nebo molekuly) transportovány podél koncentračního gradientu. To znamená, že částice se pohybují z oblastí s vysokými koncentracemi do oblastí s nízkými koncentracemi. Vzhledem k pasivnímu pohybu částic není žádná chemická energie vynakládána tak, jak probíhá. Příklady pasivní dopravy jsou jednoduchá difúze, usnadněná difúze, filtrace a osmóza., Naopak aktivní transport je transport částic proti koncentračnímu gradientu. To znamená, že částice jsou přesunuty do oblasti s nízkou koncentrací do oblasti s vysokou koncentrací. Z tohoto důvodu se chemická energie vynakládá na přesun částic do oblasti, která je již nasycená nebo hustá podobnými částicemi.,

Concentration gradient and diffusion

jednoduchá difúze je druh pasivního transportu, který nevyžaduje pomoc transportních proteinů. Vzhledem k tomu, že pohyb je z kopce, tj. z oblasti větší koncentrace do oblasti s nižší koncentrací, stačí k řízení procesu koncentrační gradient., Neutrální čistý pohyb částic bude dosažen, když je koncentrační gradient pryč. To znamená, že je dosaženo rovnováhy mezi oběma oblastmi. Množství částic nebo rozpuštěných látek v jedné oblasti je podobné množství v jiné oblasti.
Při usnadněné difúzi potřebuje proces transportní protein. Podobně jako jednoduchá difúze je poháněna koncentračním gradientem a rovnováha je dosažena, když již neexistuje čistý pohyb molekul mezi oběma oblastmi.
v mnoha případech však koncentrační gradient není dostatečným faktorem v pasivním transportu., Například přítomnost dvou různých roztoků na vnějším povrchu buňky by měla dva různé stupně nasycení a rozpustnosti. Například, malé lipofilní molekuly a nepolární molekuly plynu by difundují snadněji přes lipidové dvojvrstvy buněčné membrány než polární molekuly, včetně vody.

Koncentrační gradient a osmóza

Jeden z molekul, které vyžadují transportní protein pro pohyb po koncentračním gradientu přes biologické membrány je voda., Osmóza je podobná difúzi, protože obě jsou charakterizovány sjezdovým pohybem. Rozdíl však spočívá v částice, která se pohybuje. V difúzi jde o pohyb rozpuštěných látek. Při osmóze jde o pohyb rozpouštědla, tj. molekuly vody. Při osmóze se molekuly vody pohybují do oblasti s vysokou koncentrací na oblast s nízkou koncentrací. Tlak, který pohání molekuly vody k pohybu takovým způsobem, se označuje jako osmotický gradient. Aby se však mohl pohybovat přes buněčnou membránu, musí v buněčné membráně použít kanálový protein., Tento transportní protein pokrývá celou membránu a poskytuje hydrofilní kanál skrz molekulu vody. Voda je polární molekula. Nemůže tak snadno projít hydrofobní lipidovou dvojvrstvou složkou buněčné membrány. Bude proto potřebovat transportní protein, který se bude pohybovat napříč. Nicméně, protože pohyb je z kopce, není nutná žádná chemická energie.,

Koncentrační gradient v aktivní transport

aktivní transport, částice jsou přepravovány v namáhavý pohyb. To znamená, že se pohybují proti svému koncentračnímu gradientu, tj. z oblasti s nižší koncentrací do oblasti s vyšší koncentrací. Protože pohyb je do kopce, tento proces vyžaduje chemickou energii. Aktivní doprava může být primární nebo sekundární., Primární aktivní transport je ten, který využívá chemickou energii (např. v ATP) vzhledem k tomu, že sekundární aktivní transport využívá elektrický gradient (tj. gradient vyplývající z rozdíl v nabíjení přes membránu) a chemický gradient (tj. gradient vytvořený z nestejné koncentrace rozpuštěných látek). Elektrochemický gradient je gradient elektrochemického potenciálu iontu, který může difundovat do naší buňky přes buněčnou membránu. Vzhledem k tomu, že ionty nesou elektrický náboj, jejich pohyb do buňky a ven ovlivňuje elektrický potenciál přes membránu., Pokud k tomu přechodu dojde (tj. gradient vytvořený z nerovného rozložení elektrických nábojů), to vyvolává ionty difundovat z kopce s ohledem na poplatky, dokud rovnováhy na obou stranách membrány je dosaženo.,(1)

Examples of Concentration Gradient

Ion gradients

Ion gradients, such as Sodium/Potassium gradients, are an example of a concentration gradient essential to cells. Neurons, for instance, have a Sodium/Potassium pump that they use them to maintain a resting membrane potential (usually ranging from -60 to -90mV)., Dva hlavní klíčoví hráči jsou ionty sodíku (na+) a draslíku (k+). Za prvé, 3 na + ionty uvnitř buňky se váží na protein čerpadla. Za druhé, ATP fosforyluje čerpadlo, které způsobuje změnu jeho konformace, čímž uvolňuje ionty 3 Na+ na vnější stranu buňky. Nakonec se jeden k + ion zvenčí váže na protein čerpadla a poté se uvolňuje do buňky. Fosfát z ATP se také uvolňuje, což způsobuje, že se protein čerpadla vrátí k původní konformaci. Prostřednictvím tohoto mechanismu je buňka schopna udržet svůj vnitřek, aby byl negativnější než vnější.,(2) neurony to potřebují pro tvorbu akčního potenciálu.

Protonové gradienty

Protonový gradient (také volal H+ gradient) je gradient, který tvoří z rozdílné koncentrace protonů mezi vnitřní a vnější biologické membrány. Protonová pumpa je membránový protein, který transportuje protony (H+) přes membránu a tím je zodpovědný za vytvoření protonového gradientu. Tento gradient je nezbytný pro mnoho organismů, protože ukládá energii. Jedná se například o mechanismus používaný při oxidační fosforylaci buněčného dýchání., Protonová pumpa transportuje protony z mitochondriální matrice do mezimembránového prostoru. V důsledku toho je mimo matrici více protonů než uvnitř. To vede k gradientu koncentrace protonů přes vnitřní membránu mitochondrií.,

Dýchacích plynů koncentrační gradient

U zvířat, dýchací plyny, jako je kyslík a oxid uhličitý tvoří koncentrační gradient, když tyto plyny se liší v koncentracích mezi krevní a tkáňové tekutiny. Tyto plyny se pohybují z kopce přes kapilární lůžka.