Ce este concentrarea?Într-un sens larg, acesta este raportul dintre volumul unei substanțe și numărul de particule dizolvate în ea. Această definiție se găsește într-o mare varietate de ramuri ale științei, de la fizică și matematică până la filozofie. În acest caz, vorbim despre utilizarea conceptului de „concentrare” în biologie și chimie.
Tradus din latină, acest cuvânt înseamnă„creștere” sau „mers”, adică este un fel de „degetul arătător”, care arată direcția în care crește orice valoare. Ca exemplu, puteți utiliza, să zicem, înălțimea deasupra nivelului mării în diferite puncte de pe Pământ. Gradientul său (înălțime) în fiecare punct individual de pe hartă va arăta un vector de valoare crescătoare până când se ajunge la cea mai abruptă ascensiune.
La matematică, acest termen a apărut abia la sfârșitsecol al XIX-lea. A fost introdus de Maxwell și și-a propus propriile denumiri pentru această cantitate. Fizicienii folosesc acest concept pentru a descrie intensitatea unui câmp electric sau gravitațional, o schimbare a energiei potențiale.
Nu numai fizica, ci și alte științe folosesc termenul „gradient”. Acest concept poate reflecta atât caracteristicile calitative, cât și cantitative ale unei substanțe, de exemplu, concentrația sau temperatura.
Ce este un gradient este acum cunoscut și ce esteconcentraţie? Aceasta este o valoare relativă care arată proporția de substanță conținută în soluție. Se poate calcula ca procent din masă, numărul de moli sau atomi dintr-un gaz (soluție), o fracțiune din întreg. O alegere atât de largă face posibilă exprimarea aproape oricărui raport. Și nu numai în fizică sau biologie, ci și în științele metafizice.
Dar, în general, gradientul de concentrație este o mărime vectorială, care caracterizează simultan cantitatea și direcția schimbării unei substanțe în mediu.
Se poate calcula gradientul de concentrație?Formula sa este o particularitate între o modificare elementară a concentrației unei substanțe și o cale lungă pe care o substanță va trebui să o depășească pentru a atinge echilibrul între două soluții. Matematic, aceasta este exprimată prin formula C \u003d dC / dl.
Prezența unui gradient de concentrație între doisubstanțele este cauza amestecării lor. Dacă particulele se deplasează dintr-o zonă cu o concentrație mai mare într-una mai mică, atunci aceasta se numește difuzie, iar dacă există un obstacol semi-permeabil între ele, se numește osmoză.
Transportul activ și pasiv reflectă mișcareasubstanțe prin membranele sau straturile celulare ale ființelor vii: protozoare, plante, animale și oameni. Acest proces are loc cu utilizarea energiei termice, deoarece tranziția substanțelor se realizează pe un gradient de concentrație: de la mai mic la mai mare. Cel mai adesea, adenozin trifosfat sau ATP este folosit pentru a realiza o astfel de interacțiune - o moleculă care este o sursă de energie universală de 38 de jouli.
Există diferite forme de ATP carelocalizate pe membranele celulare. Energia conținută în ele este eliberată atunci când moleculele de substanțe sunt transferate prin așa-numitele pompe. Aceștia sunt pori din peretele celular care absorb selectiv și pompează ionii electroliți. În plus, există un astfel de model de transport ca simport. În acest caz, două substanțe sunt transportate simultan: una iese din celulă, iar cealaltă intră în ea. Acest lucru economisește energie.
Transportul activ si pasiv presupun transportul de substante sub forma de vezicule sau vezicule, deci procesul se numeste, respectiv, transport vezicular. Există două tipuri:
Mișcarea de-a lungul gradientului de concentrație (de la mare lascăzut) are loc fără utilizarea energiei. Există două tipuri de transport pasiv: osmoză și difuzie. Acesta din urmă este simplu și ușor.
Principala diferență dintre osmoză este că procesulMoleculele se deplasează printr-o membrană semipermeabilă. Și difuzia de-a lungul gradientului de concentrație are loc în celulele care au o membrană cu două straturi de molecule lipidice. Direcția de transport depinde numai de cantitatea de substanță de pe ambele părți ale membranei. În acest fel, substanțele hidrofobe, moleculele polare, ureea pătrund în celule, iar proteinele, zaharurile, ionii și ADN-ul nu pot pătrunde.
În timpul difuziei, moleculele tind să se umpleîntregul volum disponibil, precum și pentru a egaliza concentrația pe ambele părți ale membranei. Se întâmplă ca membrana să fie impermeabilă sau slab permeabilă la substanță. În acest caz, este afectat de forțele osmotice, care pot atât să facă bariera mai densă, cât și să o întindă, mărind dimensiunea canalelor de pompare.
Când gradientul de concentrație nu esteo bază suficientă pentru transportul unei substanțe, proteinele specifice vin în ajutor. Ele sunt localizate pe membrana celulară în același mod ca moleculele de ATP. Datorită acestora, se poate realiza atât transportul activ, cât și pasiv.
În acest fel, maremolecule (proteine, ADN), substanțe polare, care includ aminoacizi și zaharuri, ioni. Datorită participării proteinelor, viteza de transport crește de câteva ori în comparație cu difuzia convențională. Dar această accelerare depinde de câteva motive:
În ciuda acestui fapt, transportul se realizează datorită muncii proteinelor purtătoare, iar energia ATP în acest caz nu este utilizată.
Principalele caracteristici care caracterizează difuzia facilitată sunt:
După cum am menționat mai sus, osmoza este mișcareasubstanțe de-a lungul unui gradient de concentrație de-a lungul unei membrane semipermeabile. Procesul de osmoză este cel mai complet descris de principiul Leshatelier-Brown. Se spune că, dacă un sistem în echilibru este influențat din exterior, atunci va tinde să revină la starea anterioară. Prima dată fenomenul de osmoză a fost întâlnit la mijlocul secolului al XVIII-lea, dar apoi nu i s-a acordat prea multă importanță. Cercetările asupra fenomenului au început doar o sută de ani mai târziu.
Cel mai important element în fenomenul de osmoză esteo membrană semipermeabilă care permite trecerea numai a moleculelor cu un anumit diametru sau proprietăți. De exemplu, în două soluții cu concentrații diferite, doar solventul va trece prin barieră. Aceasta va continua până când concentrația pe ambele părți ale membranei este aceeași.
Osmoza joacă un rol important în viața celulară.Acest fenomen permite doar acele substanțe necesare pentru menținerea vieții să pătrundă în ele. Celulele roșii din sânge au o membrană care permite trecerea numai a apei, oxigenului și nutrienților, dar proteinele care se formează în interiorul globulelor roșii nu pot ieși.
Fenomenul osmozei și-a găsit aplicație practică și înviata de zi cu zi. Fără să bănuiască, oamenii aflați în procesul de sărare a alimentelor au folosit tocmai principiul mișcării moleculelor de-a lungul unui gradient de concentrație. Soluția salină saturată „a scos” toată apa din produse, permițând astfel păstrarea lor mai mult timp.
