definicja gradientu stężenia
spis treści
definicja gradientu stężenia
gradient stężenia odnosi się do stopniowej zmiany stężenia substancji rozpuszczonych w roztworze jako funkcji odległości poprzez rozwiązanie. Roztwór, zasadniczo, ma dwa główne składniki, rozpuszczalnik (Składnik rozpuszczający, np. woda) i rozpuszczony (cząstki, które są rozpuszczalne przez rozpuszczalnik).,
w biochemii stężenie odnosi się do ilości podskładnika roztworu, np. ilości rozpuszczonych w roztworze. Gradient, z kolei, jest terminem, który w ogóle odnosi się do stopniowego wzrostu lub spadku zmiennej w odniesieniu do odległości. W związku z tym gradient stężenia byłby wynikiem, gdy ilość substancji rozpuszczonych między dwoma roztworami jest różna.
w biologii gradient stężenia wynika z nierównego rozkładu cząstek, np. jonów, pomiędzy dwoma roztworami, tj., płyn wewnątrzkomórkowy (roztwór wewnątrz komórki) i płyn zewnątrzkomórkowy (roztwór na zewnątrz komórki). Ta nierównowaga lutów między dwoma rozwiązaniami napędza lutów, aby przejść od bardzo gęstego obszaru do mniej gęstego obszaru. Ruch ten jest próbą ustanowienia równowagi i wyeliminowania nierównowagi stężeń substancji rozpuszczonych między dwoma roztworami.,
etymologia
termin koncentracja pochodzi od słowa koncentrat, z francuskiego koncentrator, z CON– + centrum, co oznacza „umieścić w centrum”. Słowo gradient pochodzi od łacińskiego gradiens, od gradior, co oznacza „krok” lub „chodzić”. Synonim: gradient gęstości.,
transport biologiczny
w systemach biologicznych występują dwa główne zjawiska transportowe: transport pasywny i transport aktywny. W transporcie pasywnym cząstki (np. jony lub cząsteczki) są transportowane wzdłuż gradientu stężenia. Oznacza to, że cząstki przemieszczają się z obszarów o wysokim stężeniu do obszarów o niskim stężeniu. Ze względu na pasywny ruch cząstek nie jest zużywana energia chemiczna, jak to ma miejsce. Przykładami transportu biernego są dyfuzja prosta, dyfuzja ułatwiona, filtracja i osmoza., Natomiast transport aktywny to transport cząstek względem gradientu stężeń. Oznacza to, że cząstki są przenoszone do obszaru o niskim stężeniu do obszaru o wysokim stężeniu. Z tego powodu energia chemiczna jest zużywana, aby przenieść cząstki do obszaru, który jest już nasycony lub gęsty z podobnymi cząstkami.,
Concentration gradient and diffusion
Dyfuzja prosta jest rodzajem transportu pasywnego, który nie wymaga pomocy białek transportowych. Ponieważ ruch jest w dół, tzn. z obszaru o większym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu, gradient stężenia jest wystarczający do napędzania procesu., Neutralny ruch netto cząstek zostanie osiągnięty, gdy gradient stężenia zniknie. Oznacza to osiągnięcie równowagi między tymi dwoma obszarami. Ilość cząstek lub substancji rozpuszczonych w jednym obszarze jest podobna do tej w drugim obszarze.
w przypadku dyfuzji proces ten wymaga białka transportowego. Podobnie jak dyfuzja prosta, jest napędzana gradientem koncentracji i równowaga jest osiągana, gdy nie ma już ruchu netto cząsteczek między dwoma obszarami.
w wielu przypadkach jednak gradient stężenia nie jest wystarczającym czynnikiem w transporcie biernym., Na przykład obecność dwóch różnych roztworów na zewnętrznej powierzchni komórki miałaby dwa różne stopnie nasycenia i rozpuszczalności. Na przykład, małe lipofilowe cząsteczki i niepolarne cząsteczki gazu mogą dyfundować łatwiej przez dwuwarstwową lipidową błonę komórkową niż polarne cząsteczki, w tym woda.
gradient stężenia i osmoza
jedną z cząsteczek, które wymagają białka transportowego, aby przenieść się w dół gradientu stężenia przez błonę biologiczną, jest woda., Osmoza jest podobna do dyfuzji, ponieważ obie charakteryzują się ruchem w dół. Różnica polega jednak na poruszającej się cząstce. W dyfuzji chodzi o ruch substancji rozpuszczonych. W osmozie chodzi o ruch rozpuszczalnika, czyli cząsteczek wody. W osmozie cząsteczki wody przemieszczają się do obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu. Ciśnienie, które napędza cząsteczki wody w taki sposób, określa się jako gradient osmotyczny. Ale aby przejść przez błonę komórkową, musi użyć białka kanału w błonie komórkowej., To białko transportowe obejmuje całą błonę i zapewnia hydrofilowy kanał przez cząsteczkę wody. Woda jest cząsteczką polarną. W ten sposób nie może łatwo przejść przez hydrofobowy lipidowy dwuwarstwowy Składnik błony komórkowej. Będzie więc potrzebował białka transportowego, aby się przemieścić. Niemniej jednak, ponieważ ruch jest w dół, nie jest wymagana energia chemiczna.,
gradient stężenia w transporcie aktywnym
w transporcie aktywnym cząstki są transportowane w ruchu pod górę. Oznacza to, że przemieszczają się one względem swojego gradientu koncentracji, tzn. z obszaru o niższym stężeniu do obszaru o wyższym stężeniu. Ponieważ ruch jest pod górę, proces ten wymaga energii chemicznej. Aktywny transport może być pierwotny lub wtórny., Podstawowy transport aktywny to taki, który wykorzystuje energię chemiczną (np. ATP), podczas gdy drugorzędny transport aktywny wykorzystuje gradient elektryczny (tj. gradient wynikający z różnicy ładunku w błonie) i gradient chemiczny (tj. gradient utworzony z nierównych stężeń substancji rozpuszczonych). Gradient elektrochemiczny jest gradientem potencjału elektrochemicznego dla jonu, który może dyfundować do Naszego z komórki przez błonę komórkową. Ponieważ jony przenoszą ładunek elektryczny, ich ruch do i z komórki wpływa na potencjał elektryczny przez membranę., Jeśli występuje gradient ładunku (tj. gradient utworzony z nierównego rozkładu ładunków elektrycznych), to pobudza jony do dyfuzji w dół w odniesieniu do ładunków, aż do uzyskania równowagi po obu stronach membrany.,(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)., Dwa główne czynniki to jony sodu (na+) i potasu (K+). Po pierwsze, 3 jony Na + wewnątrz komórki wiążą się z białkiem pompy. Po drugie, ATP fosforyluje pompę, powodując jej zmianę konformacji, uwalniając w ten sposób jony 3 Na+ Na zewnątrz komórki. W końcu jeden jon K+ z zewnątrz wiąże się z białkiem pompy, a następnie uwalniany do komórki. Fosforan z ATP jest również uwalniany, powodując powrót białka pompy do pierwotnej konformacji. Dzięki temu mechanizmowi komórka jest w stanie utrzymać swoje wnętrze, aby było bardziej negatywne niż na zewnątrz.,(2) neurony potrzebują tego do tworzenia potencjału czynnościowego.
gradient protonowy
gradient protonowy (zwany również gradientem H+) jest gradientem, który powstaje z różnic w stężeniu protonów między wewnątrz i na zewnątrz błony biologicznej. Pompa protonowa to białko błonowe, które transportuje protony (H+) przez błonę, a tym samym odpowiada za tworzenie gradientu protonowego. Gradient ten jest niezbędny dla wielu organizmów, ponieważ magazynuje energię. Na przykład jest to mechanizm stosowany w fosforylacji oksydacyjnej oddychania komórkowego., Pompa protonowa transportuje protony z matrycy mitochondrialnej do przestrzeni między błonami. W rezultacie Na Zewnątrz matrycy znajduje się więcej protonów niż wewnątrz. Prowadzi to do gradientu stężenia protonów przez wewnętrzną błonę mitochondriów.,
gradient stężenia gazów oddechowych
u zwierząt gazy oddechowe, takie jak tlen i dwutlenek węgla, tworzą gradient stężenia, gdy gazy te różnią się stężeniami między krwią a płynem tkankowym. Gazy te poruszają się w dół Przez łóżka kapilarne.