definición
un gradiente de concentración ocurre cuando un soluto está más concentrado en un área que en otra. Un gradiente de concentración se alivia a través de la difusión, aunque las membranas pueden dificultar la difusión y mantener un gradiente de concentración.
Descripción
«Concentración» se refiere a la cantidad de un soluto en una cantidad dada de disolvente., Una esquina de un tanque de agua que acaba de tener sal vertida en ella tendría una concentración mucho mayor de sal que el extremo opuesto del tanque, donde no se ha difundido sal. Por lo tanto, se dice que existe un gradiente de concentración en el tanque.
con el tiempo, los solutos siempre bajan su gradiente de concentración para» intentar » producir una concentración igual en toda la solución. Por lo tanto, el gradiente de concentración anterior eventualmente desaparecería a medida que los iones de sal se difundieran por todo el tanque.,
las leyes de la termodinámica establecen que debido a los movimientos constantes de átomos y moléculas, las sustancias se moverán de áreas de mayor concentración a menor concentración, con el fin de producir una solución distribuida aleatoriamente. A los átomos de agua les gusta rodear completamente cada ion o molécula polar, que los tira a lo largo de una solución y los separa unos de otros.,
esto se puede demostrar fácilmente en casa agregando una gota de colorante para alimentos a un vaso de agua. Al principio, el colorante alimenticio solo ocupará el pequeño lugar en el vaso de agua donde se agregó. Pero con el tiempo, las partículas de color se extenderán, creando una distribución igual de partículas de color en todo el fondo del vidrio.,
la Función de los Gradientes de Concentración
gradientes de Concentración son una consecuencia natural de las leyes de la física. Sin embargo, los seres vivos han encontrado muchas maneras de utilizar sus propiedades para lograr importantes funciones de la vida. Los gradientes de concentración son utilizados por muchas células para completar una amplia variedad de tareas. De hecho, hay energía almacenada en un gradiente de concentración porque las moléculas quieren alcanzar el equilibrio. Por lo tanto, esta energía se puede utilizar para llevar a cabo tareas.,
también debe tenerse en cuenta que cuando un gradiente de concentración no se puede aliviar a través de la difusión del disolvente, puede ocurrir ósmosis. La ósmosis es el movimiento del agua a través de una membrana y esencialmente hace lo mismo. Al igual que los solutos son atraídos por el agua, el agua es atraída por los solutos. Por lo tanto, el gradiente de concentración se puede aliviar agregando agua a un compartimiento de membrana (o celda) altamente concentrado.,
Los organismos que necesitan mover una sustancia dentro o fuera de sus células pueden utilizar el movimiento de una sustancia por su gradiente de concentración para transportar otra sustancia en tándem. Este es el método básico que los antiportadores y simportadores de proteínas utilizan para traer nutrientes cruciales a las células. Los organismos también pueden «cosechar» la energía del gradiente de concentración para alimentar otras reacciones. Vea los ejemplos a continuación.,
ejemplos de gradientes de concentración
ATP sintasa
las formas utilizan la tendencia de los solutos a moverse de un área de alta concentración a baja concentración para alimentar los procesos de vida. La ATP sintasa – la proteína que produce ATP-depende de un gradiente de concentración de iones de hidrógeno., A medida que los iones pasan a través de la ATP sintasa para cruzar la membrana y aliviar el gradiente, la ATP sintasa transfiere la energía a la adición de un grupo fosfato a ADP, almacenando así la energía en el enlace recién formado.
las neuronas y la bomba de sodio/potasio
Las neuronas gastan una gran cantidad de energía – alrededor del 20-25% de todas las calorías del cuerpo, en los seres humanos – bombeando potasio en sus células y sodio fuera. El resultado es una concentración extremadamente alta de potasio en el interior de las células nerviosas y una concentración muy alta de sodio en el exterior., Dado que el potasio
Cuando las células se comunican, abren puertas de iones que permiten que el sodio y el potasio pasen. Las diferencias de concentración de sodio/potasio son tan fuertes que los iones «quieren» salir instantáneamente de la célula. Debido a que los iones están cargados eléctricamente, esto realmente cambia la carga eléctrica de la célula.,
Esta señal «electroquímica» viaja mucho más rápido que una señal meramente química, lo que nos permite percibir, pensar y responder rápidamente. Los problemas que interfieren con la bomba de sodio/potasio de las neuronas pueden causar la muerte muy rápidamente porque el propio músculo cardíaco depende de estos impulsos electroquímicos para bombear sangre para mantenernos vivos., Esto hace que el gradiente de concentración de sodio/potasio en las neuronas posiblemente el gradiente de concentración más importante para la vida humana!
bomba Symport de glucosa/sodio
la bomba symport de glucosa-sodio también aprovecha el gradiente de sodio / potasio.
un desafío que enfrentan las células es mover la glucosa, que es grande y difícil de mover, en comparación con los iones de sodio diminutos, y que a menudo necesitan ser movidos contra su gradiente de concentración., Para resolver este problema, algunas células han «acoplado» el movimiento de la glucosa con el movimiento del potasio, utilizando proteínas que permitirán que el sodio se mueva hacia abajo en su gradiente de concentración, si lleva consigo una molécula de glucosa.
Este es solo un ejemplo más de las formas en que las células utilizan las leyes básicas de la física en formas innovadoras para lograr las funciones de la vida.
pulmones y branquias
Los ejemplos más comunes de gradientes de concentración involucran partículas sólidas disueltas en agua. Pero los gases también pueden tener gradientes de concentración.,
los pulmones humanos y las branquias de los peces usan gradientes de concentración para mantenernos vivos. Debido a que el oxígeno sigue las reglas de gradientes de concentración al igual que cualquier otra sustancia, tiende a difundirse desde áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. Eso significa que se difunde desde el aire a nuestra sangre sin oxígeno.
Los pulmones y las branquias hacen que este proceso sea más eficiente al hacer correr rápidamente nuestra sangre más agotada en oxígeno a través de las superficies de nuestros pulmones y branquias. De esta manera, el oxígeno se difunde constantemente en las células sanguíneas que más lo necesitan.
Quiz
1., ¿Cuál de las siguientes leyes describe cómo funcionan los gradientes de concentración?
A. Un objeto en movimiento tiende a permanecer en movimiento, a menos que sea actuado por una fuerza externa.B. Los Sistemas siempre progresan hacia un estado de mayor aleatoriedad.C. Substances diffuse from areas of high concentration to areas of low concentration.
D. tanto B como C.
2. ¿Cuál de los siguientes factores no se aplica al gradiente de concentración de sodio/potasio?
A. Puede mover una sustancia contra su gradiente de concentración sin gastar energía, si tiene la proteína de transporte adecuada.
B. Las proteínas de transporte que mueven sustancias contra sus gradientes de concentración necesitan ser suministradas con energía para funcionar.C., Debido a que las células deben descomponer moléculas y gastar energía, para mover sustancias contra su gradiente de concentración, este movimiento no rompe las leyes de la termodinámica.
D. ninguno de los anteriores.
3. ¿Cuál de las siguientes no podríamos hacer si las sustancias no tendieran a bajar sus gradientes de concentración?
A. Think
B. Move
C. Breathe
D. todo lo anterior