Konzentrationsgradient

Definition des Konzentrationsgradienten

Konzentrationsgradientendefinition

Konzentrationsgradient bezieht sich auf die allmähliche Änderung der Konzentration von gelösten Stoffen in einer Lösung als Funktion der Entfernung durch eine Lösung. Eine Lösung hat im Wesentlichen zwei Hauptkomponenten, das Lösungsmittel (die auflösende Komponente, z. B. Wasser) und den gelösten Stoff (die Partikel, die durch das Lösungsmittel auflösbar sind).,

In der Biochemie bezieht sich die Konzentration auf die Menge einer Unterkomponente einer Lösung, z. B. die Menge an gelösten Stoffen in einer Lösung. Gradient wiederum ist ein Begriff, der sich im Allgemeinen auf die fortschreitende Zunahme oder Abnahme einer Variablen in Bezug auf die Entfernung bezieht. In dieser Hinsicht wäre ein Konzentrationsgradient das Ergebnis, wenn die Mengen an gelösten Stoffen zwischen zwei Lösungen unterschiedlich sind.

In der Biologie ergibt sich ein Konzentrationsgradient aus der ungleichen Verteilung von Teilchen, z.B. Ionen, zwischen zwei Lösungen, d.h., die intrazelluläre Flüssigkeit (die Lösung innerhalb der Zelle) und die extrazelluläre Flüssigkeit (die Lösung außerhalb der Zelle). Dieses Ungleichgewicht von gelösten Stoffen zwischen den beiden Lösungen treibt gelöste Stoffe an, sich von einem hochdichten Bereich zu einem weniger dichten Bereich zu bewegen. Diese Bewegung ist ein Versuch, ein Gleichgewicht herzustellen und das Ungleichgewicht der gelösten Konzentrationen zwischen den beiden Lösungen zu beseitigen.,

Etymologie

Der Begriff Konzentration kommt vom Wort Konzentrat, vom französischen Konzentrator, von con– + center, was „in die Mitte stellen“bedeutet. Das Wort Gradient kommt aus dem lateinischen gradiens, von gradior, was „Schritt“ oder „Gehen“bedeutet. Synonym: Dichtegradient.,

Biologischer Transport

In biologischen Systemen gibt es zwei Haupttransportphänomene: passiver Transport und aktiver Transport. Beim passiven Transport werden Partikel (z.B. Ionen oder Moleküle) entlang des Konzentrationsgradienten transportiert. Dies bedeutet, dass sich die Partikel von Bereichen mit hohen Konzentrationen zu Bereichen mit niedrigen Konzentrationen bewegen. Aufgrund der passiven Bewegung von Partikeln wird keine chemische Energie verbraucht, wie es stattfindet. Beispiele für passiven Transport sind einfache Diffusion, erleichterte Diffusion, Filtration und Osmose., Umgekehrt ist aktiver Transport der Transport von Partikeln gegen den Konzentrationsgradienten. Dies bedeutet, dass die Partikel in einen Bereich niedriger Konzentration in einen Bereich hoher Konzentration bewegt werden. Aus diesem Grund wird chemische Energie aufgewendet, um die Partikel in einen Bereich zu bewegen, der bereits mit ähnlichen Partikeln gesättigt oder dicht ist.,

Concentration gradient and diffusion

Einfache Diffusion ist eine Art passiver Transport, der keine Transportproteine benötigt. Da die Bewegung bergab geht, d. H. Von einem Bereich größerer Konzentration zu einem Bereich geringerer Konzentration, reicht ein Konzentrationsgradient aus, um den Prozess voranzutreiben., Eine neutrale Nettobewegung der Partikel wird erreicht, wenn der Konzentrationsgradient weg ist. Das bedeutet, dass das Gleichgewicht zwischen den beiden Bereichen erreicht ist. Die Menge an Partikeln oder gelösten Stoffen in einem Bereich ist ähnlich der des anderen Bereichs.
In erleichterter Diffusion benötigt der Prozess ein Transportprotein. Ähnlich wie bei der einfachen Diffusion wird sie von einem Konzentrationsgradienten angetrieben und ein Gleichgewicht wird erreicht, wenn zwischen den beiden Bereichen keine Nettobewegung von Molekülen mehr stattfindet.
In vielen Fällen ist der Konzentrationsgradient jedoch nicht ausreichend Faktor im passiven Transport., Zum Beispiel würde das Vorhandensein von zwei verschiedenen Lösungen auf der äußeren Oberfläche der Zelle zwei verschiedene Grade in Sättigung und Löslichkeit haben. Zum Beispiel könnten kleine lipophile Moleküle und unpolare Gasmoleküle leichter durch die Lipiddoppelschicht der Zellmembran diffundieren als polare Moleküle, einschließlich Wasser.

Konzentrationsgradient und Osmose

Eines der Moleküle, die ein Transportprotein benötigen, um den Konzentrationsgradienten über eine biologische Membran zu bewegen, ist Wasser., Die Osmose ähnelt der Diffusion, da beide durch eine Abwärtsbewegung gekennzeichnet sind. Der Unterschied liegt jedoch in dem Teilchen, das sich bewegt. In der Diffusion geht es um die Bewegung von gelösten Stoffen. Bei der Osmose geht es um die Bewegung des Lösungsmittels, d.h. Wassermoleküle. In der Osmose bewegen sich die Wassermoleküle in einen Bereich hoher Konzentration in einen Bereich niedriger Konzentration. Der Druck, der die Wassermoleküle antreibt, sich so zu bewegen, wird als osmotischer Gradient bezeichnet. Aber um sich über die Zellmembran zu bewegen, muss es ein Kanalprotein in der Zellmembran verwenden., Dieses Transportprotein überspannt die gesamte Membran und stellt einen hydrophilen Kanal bereit, durch den Wassermolekül hindurchgehen könnte. Wasser ist ein polares Molekül. Somit kann es die hydrophobe Lipiddoppelschichtkomponente der Zellmembran nicht leicht passieren. Es wird daher ein Transportprotein benötigen, um sich zu bewegen. Da die Bewegung jedoch bergab geht, ist keine chemische Energie erforderlich.,

Konzentrationsgradient im aktiven Transport

Im aktiven Transport werden die Partikel in einer Bergaufbewegung transportiert. Dies bedeutet, dass sie sich gegen ihren Konzentrationsgradienten bewegen, d.h. von einem Bereich niedrigerer Konzentration zu einem Bereich höherer Konzentration. Da die Bewegung bergauf geht, benötigt dieser Prozess chemische Energie. Der aktive Transport kann primär oder sekundär sein., Ein primärer aktiver Transport ist einer, der chemische Energie (z. B. ATP) verwendet, während ein sekundärer aktiver Transport einen elektrischen Gradienten (d. H. Einen Gradienten, der sich aus einer Ladungsdifferenz über eine Membran ergibt) und einen chemischen Gradienten (d. H. Einen Gradienten, der aus den ungleichen Konzentrationen von gelösten Stoffen gebildet wird) verwendet. Ein elektrochemischer Gradient ist ein Gradient des elektrochemischen Potentials für ein Ion, das über die Zellmembran in unsere aus der Zelle diffundieren kann. Da Ionen eine elektrische Ladung tragen, beeinflusst ihre Bewegung in und aus der Zelle das elektrische Potential über die Membran., Wenn ein Ladungsgradient auftritt (d. H. Ein Gradient, der aus ungleicher Verteilung elektrischer Ladungen gebildet wird), veranlasst dies die Ionen, in Bezug auf Ladungen nach unten zu diffundieren, bis ein Gleichgewicht auf beiden Seiten der Membran erreicht ist.,(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)., Zwei wichtige Hauptakteure sind Natrium (NA+) und Kalium (K+) – Ionen. Zuerst binden 3 Na+ – Ionen in der Zelle an das Pumpenprotein. Zweitens phosphoryliert ATP die Pumpe, wodurch sie ihre Konformation ändert, wodurch die 3 Na+ – Ionen an die Außenseite der Zelle abgegeben werden. Schließlich bindet ein K+ Ion von außen an das Pumpenprotein und wird dann in die Zelle freigesetzt. Das Phosphat aus ATP wird ebenfalls freigesetzt, wodurch das Pumpenprotein zu seiner ursprünglichen Konformation zurückkehrt. Durch diesen Mechanismus ist die Zelle in der Lage, ihr Inneres negativer als das Äußere zu halten.,(2) Neuronen benötigen dies für die Aktionspotentialbildung.

Protonengradienten

Der Protonengradient (auch H+ – Gradient genannt) ist ein Gradient, der sich aus Unterschieden in der Protonenkonzentration zwischen innen und außen einer biologischen Membran bildet. Eine Protonenpumpe ist das Membranprotein, das Protonen (H+) über eine Membran transportiert und dadurch für den Aufbau eines Protonengradienten verantwortlich ist. Dieser Gradient ist für viele Organismen essentiell, da er Energie speichert. Zum Beispiel ist es der Mechanismus, der bei der oxidativen Phosphorylierung der Zellatmung verwendet wird., Die Protonenpumpe transportiert Protonen von der mitochondrialen Matrix in den Intermembranraum. Infolgedessen befinden sich mehr Protonen außerhalb der Matrix als die Innenseite. Dies führt zu einem Protonenkonzentrationsgradienten über die innere Membran der Mitochondrien.,

Atemgaskonzentrationsgradient

Bei Tieren bilden die Atemgase wie Sauerstoff und Kohlendioxid einen Konzentrationsgradienten, wenn sich diese Gase in Konzentrationen zwischen Blut und Gewebeflüssigkeit unterscheiden. Diese Gase bewegen sich bergab über die Kapillarbetten.