définition
un gradient de concentration se produit lorsqu’un soluté est plus concentré dans une zone qu’une autre. Un gradient de concentration est atténué par la diffusion, bien que les membranes puissent entraver la diffusion et maintenir un gradient de concentration.
aperçu
La »Concentration” fait référence à la quantité de soluté dans une quantité donnée de solvant., Un coin d’un réservoir d’eau qui vient d’avoir du sel déversé dans celui-ci aurait une concentration de sel beaucoup plus élevée que l’extrémité opposée du réservoir, où aucun sel ne s’est répandu. Par conséquent, un gradient de concentration est dit exister dans le réservoir.
Au fil du temps, les solutés descendent toujours leur gradient de concentration pour” essayer » de produire une concentration égale dans toute la solution. Ainsi, le gradient de concentration ci-dessus finirait par disparaître à mesure que les ions de sel se diffusaient dans tout le réservoir.,
les lois de la thermodynamique indiquent qu’en raison des mouvements constants des atomes et des molécules, les substances se déplaceront des zones de concentration plus élevée à une concentration plus faible, afin de produire une solution distribuée de manière aléatoire. Les atomes d’eau aiment entourer complètement chaque ion ou molécule polaire, ce qui les tire tout au long d’une solution et les sépare les uns des autres.,
Cela peut être facilement démontré à la maison en ajoutant une goutte de colorant alimentaire dans un verre d’eau. Au début, le colorant alimentaire n’occupera que la petite tache dans le verre d’eau où il a été ajouté. Mais au fil du temps, les particules colorées se répandront, créant une répartition égale des particules colorées dans tout le fond du verre.,
la Fonction de Gradients de Concentration
les gradients de Concentration sont une conséquence naturelle des lois de la physique. Cependant, les êtres vivants ont trouvé de nombreuses façons d’utiliser leurs propriétés pour accomplir des fonctions vitales importantes. Les gradients de Concentration sont utilisés par de nombreuses cellules pour effectuer une grande variété de tâches. En fait, il y a de l’énergie stockée dans un gradient de concentration car les molécules veulent atteindre l’équilibre. Donc, cette énergie peut être utilisée pour accomplir des tâches.,
Il convient également de noter que lorsqu’un gradient de concentration ne peut pas être soulagé par la diffusion du solvant, une osmose peut se produire. L’osmose est le mouvement de l’eau à travers une membrane et fait essentiellement la même chose. Tout comme les solutés sont attirés par l’eau, l’eau est attiré les solutés. Ainsi, le gradient de concentration peut être atténué en ajoutant de l’eau à un compartiment (ou cellule) à membrane hautement concentré.,
Les organismes qui ont besoin de déplacer une substance dans ou hors de leurs cellules peuvent utiliser le déplacement d’une substance vers le bas de son gradient de concentration pour transporter une autre substance en tandem. C’est la méthode de base que les antiporteurs de protéines et les symporters utilisent pour apporter des nutriments cruciaux dans les cellules. Les organismes peuvent également « récolter » l’énergie du gradient de concentration pour alimenter d’autres réactions. Voir les exemples ci-dessous.,
exemples de Gradients de Concentration
ATP Synthase
certaines formes de vie utilisez la tendance des solutés à passer D’une zone de forte concentration à une faible concentration afin D’alimenter les processus de vie. L’ATP synthase – la protéine qui produit L’ATP-repose sur un gradient de concentration d’ions hydrogène., Comme les ions passent par L’ATP synthase pour traverser la membrane et atténuer le gradient, L’ATP synthase transfère l’énergie en ajoutant un groupe phosphate à L’ADP, stockant ainsi l’énergie dans la liaison nouvellement formée.
les neurones et la pompe Sodium/Potassium
Les neurones dépensent une énorme quantité d’énergie – environ 20 à 25% de toutes les calories du corps, chez l’homme – pompant du potassium dans leurs cellules et du sodium. Le résultat est une forte concentration de potassium à l’intérieur des cellules nerveuses et une très forte concentration de sodium à l’extérieur., Puisque le potassium
lorsque les cellules communiquent, elles ouvrent des portes ioniques qui permettent au sodium et au potassium de passer. Les différences de concentration sodium/potassium sont si fortes que les ions « veulent » se précipiter instantanément hors de la cellule. Parce que les ions sont chargés électriquement, cela change en fait la charge électrique de la cellule.,
Ce signal « électrochimique” se déplace beaucoup plus rapidement qu’un signal purement chimique, nous permettant de percevoir, de penser et rapidement. Les problèmes qui interfèrent avec la pompe sodium/potassium des neurones peuvent causer la mort très rapidement car le muscle cardiaque lui-même s’appuie sur ces impulsions électrochimiques pour pomper le sang pour nous maintenir en vie., Cela fait du gradient de concentration de sodium/potassium dans les neurones sans doute le gradient de concentration le plus important pour la vie humaine!
pompe Symport Glucose/Sodium
La pompe symport glucose-sodium tire également parti du gradient sodium / potassium.
un défi auquel sont confrontées les cellules est de déplacer le glucose – qui est grand et difficile à déplacer, comparé aux ions sodium minuscules – et qui doivent souvent être déplacés contre leur gradient de concentration., Pour résoudre ce problème, certaines cellules ont « couplé » le mouvement du glucose avec le mouvement du potassium, en utilisant des protéines qui permettront au sodium de descendre son gradient de concentration – si elle prend une molécule de glucose avec elle.
Ce n’est qu’un autre exemple de la façon dont les cellules utilisent les lois fondamentales de la physique de manière innovante pour accomplir les fonctions de la vie.
poumons et branchies
Les exemples les plus courants de gradients de concentration impliquent des particules solides dissoutes dans l’eau. Mais les gaz peuvent aussi avoir des gradients de concentration.,
les poumons humains et les branchies des poissons utilisent tous deux des gradients de concentration pour nous maintenir en vie. Parce que l’oxygène suit les règles des gradients de concentration comme toute autre substance, il a tendance à diffuser des zones de forte concentration vers des zones de faible concentration. Cela signifie qu’il diffuse de l’air dans notre sang appauvri en oxygène.
les poumons et les branchies rendent ce processus plus efficace en faisant passer rapidement notre sang le plus pauvre en oxygène sur les surfaces de nos poumons et de nos branchies. De cette façon, l’oxygène se diffuse constamment dans les cellules sanguines qui en ont le plus besoin.
Quiz
1., Laquelle des lois suivantes décrit le fonctionnement des gradients de concentration?
A. Un objet en mouvement a tendance à rester en mouvement, à moins d’agir par une force extérieure.
B. Les systèmes progressent toujours vers un État d’aléatoire plus élevé.
C. Les Substances diffusent des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration.
D. B et C.
2. Lequel des éléments suivants N’est pas vrai du gradient de concentration sodium / potassium?
A. Vous pouvez déplacer une substance contre son gradient de concentration sans dépenser d’énergie, si vous avez la bonne protéine de transport.
B. Les protéines de Transport qui déplacent les substances contre leurs gradients de concentration doivent être alimentées en énergie pour fonctionner.
C., Parce que les cellules doivent décomposer les molécules et dépenser de l’énergie, pour déplacer les substances contre leur gradient de concentration, ce mouvement ne viole pas les lois de la thermodynamique.
D. rien de ce qui précède.
3. Lequel des éléments suivants ne serait-il pas en mesure de faire si les substances n’avaient pas tendance à descendre leurs gradients de concentration?
A. penser
B. bouger
C. respirer
D. Tout ce qui précède