Definition
Ein Konzentrationsgradient tritt auf, wenn ein gelöster Stoff in einem Bereich konzentrierter ist als in einem anderen. Ein Konzentrationsgradient wird durch Diffusion gemildert, obwohl Membranen die Diffusion behindern und einen Konzentrationsgradienten aufrechterhalten können.
Übersicht
„Konzentration“ bezieht sich darauf, wie viel eines gelösten Stoffes in einer gegebenen Lösungsmittelmenge enthalten ist., Eine Ecke eines Wassertanks, in den gerade Salz geworfen wurde, hätte eine viel höhere Salzkonzentration als das gegenüberliegende Ende des Tanks, wo kein Salz diffundiert ist. Daher soll ein Konzentrationsgradient im Tank vorhanden sein.
Im Laufe der Zeit bewegen sich gelöste Stoffe immer ihren Konzentrationsgradienten nach unten, um“ zu versuchen“, eine gleiche Konzentration in der gesamten Lösung zu erzeugen. So würde der obige Konzentrationsgradient schließlich verschwinden, wenn die Salzionen im gesamten Tank diffundieren.,
Die Gesetze der Thermodynamik besagen, dass sich Substanzen aufgrund der konstanten Bewegungen von Atomen und Molekülen von Bereichen höherer Konzentration zu niedrigeren Konzentrationen bewegen, um eine zufällig verteilte Lösung zu erzeugen. Wasseratome umgeben gerne jedes Ion oder polare Molekül vollständig, was sie durch eine Lösung zieht und sie voneinander trennt.,
Dies kann leicht zu Hause demonstriert werden, indem einem Glas Wasser ein Tropfen Lebensmittelfarbe hinzugefügt wird. Zunächst nimmt die Lebensmittelfarbe nur die kleine Stelle im Wasserglas ein, an der sie hinzugefügt wurde. Mit der Zeit breiten sich die farbigen Partikel jedoch aus und erzeugen eine gleiche Verteilung der farbigen Partikel auf dem gesamten Glasboden.,
Funktion der Konzentrationsgradienten
Konzentrationsgradienten sind eine natürliche Folge der Gesetze der Physik. Lebewesen haben jedoch viele Möglichkeiten gefunden, ihre Eigenschaften zu nutzen, um wichtige Lebensfunktionen zu erfüllen. Konzentrationsgradienten werden von vielen Zellen verwendet, um eine Vielzahl von Aufgaben zu erledigen. Tatsächlich ist Energie in einem Konzentrationsgradienten gespeichert, weil die Moleküle ein Gleichgewicht erreichen wollen. So kann diese Energie genutzt werden, um Aufgaben zu erledigen.,
Es sollte auch beachtet werden, dass, wenn ein Konzentrationsgradient durch die Diffusion des Lösungsmittels nicht gelindert werden kann, eine Osmose auftreten kann. Osmose ist die Bewegung von Wasser über eine Membran und macht im Wesentlichen dasselbe. Genau wie gelöste Stoffe von Wasser angezogen werden, wird Wasser von gelösten Stoffen angezogen. So kann der Konzentrationsgradient durch Zugabe von Wasser zu einem hochkonzentrierten Membranfach (oder einer Zelle) gemildert werden.,
Organismen, die eine Substanz in oder aus ihren Zellen bewegen müssen, können die Bewegung einer Substanz in ihrem Konzentrationsgradienten nutzen, um eine andere Substanz gemeinsam zu transportieren. Dies ist die grundlegende Methode, die Protein-Antiporter und Symporter verwenden, um wichtige Nährstoffe in Zellen zu bringen. Organismen können auch die Energie des Konzentrationsgradienten“ ernten“, um andere Reaktionen auszulösen. Siehe die folgenden Beispiele.,
Beispiele für Konzentrationsgradienten
ATP-Synthase
Einige Lebensformen verwenden die Tendenz von gelösten Stoffen, sich von einem Bereich hoher Konzentration zu niedriger Konzentration zu bewegen, um macht Lebensprozesse. ATP-Synthase – das Protein, das ATP produziert-beruht auf einem Konzentrationsgradienten von Wasserstoffionen., Wenn die Ionen die ATP-Synthase passieren, um die Membran zu überqueren und den Gradienten zu lindern, überträgt ATP-Synthase die Energie in die Zugabe einer Phosphatgruppe zu ADP, wodurch die Energie in der neu gebildeten Bindung gespeichert wird.
Neuronen und die Natrium – / Kaliumpumpe
Neuronen verbrauchen eine große Menge an Energie – etwa 20-25% aller Körperkalorien beim Menschen – Pumpen Kalium in ihre Zellen und Natrium aus. Das Ergebnis ist eine extrem hohe Kaliumkonzentration innerhalb von Nervenzellen und eine sehr hohe Natriumkonzentration außerhalb., Da Kalium
Wenn Zellen kommunizieren, öffnen sie Ionentore, die Natrium und Kalium passieren lassen. Die Natrium / Kalium-Konzentrationsunterschiede sind so stark, dass die Ionen sofort aus der Zelle „rauschen“ wollen. Da Ionen elektrisch geladen sind, ändert dies tatsächlich die elektrische Ladung der Zelle.,
Dieses“ elektrochemische “ Signal bewegt sich viel schneller als ein reines chemisches Signal, wodurch wir schnell wahrnehmen, denken und reagieren können. Probleme, die die Natrium – /Kaliumpumpe der Neuronen stören, können sehr schnell zum Tod führen, da der Herzmuskel selbst auf diese elektrochemischen Impulse angewiesen ist, um Blut zu pumpen, um uns am Leben zu erhalten., Dies macht den Natrium / Kalium-Konzentrationsgradienten in Neuronen wohl zum wichtigsten Konzentrationsgradienten für das menschliche Leben!
Glucose-Natrium-Symport-Pumpe
Die Glucose-Natrium-Symport-Pumpe nutzt auch den Natrium-Kalium-Gradienten.
Eine Herausforderung für Zellen ist die Bewegung von Glukose – die im Vergleich zu winzigen Natriumionen groß und schwer zu bewegen ist – und die oft gegen ihren Konzentrationsgradienten bewegt werden muss., Um dieses Problem zu lösen, haben einige Zellen die Bewegung von Glukose mit der Bewegung von Kalium „gekoppelt“, wobei Proteine verwendet werden, die es Natrium ermöglichen, seinen Konzentrationsgradienten zu verringern – wenn es ein Glukosemolekül mitnimmt.
Dies ist nur ein weiteres Beispiel dafür, wie Zellen die Grundgesetze der Physik auf innovative Weise nutzen, um die Funktionen des Lebens zu erfüllen.
Lungen und Kiemen
Die häufigsten Beispiele für Konzentrationsgradienten sind feste Partikel, die in Wasser gelöst sind. Aber Gase können auch Konzentrationsgradienten haben.,
Menschliche Lungen und Kiemen von Fischen verwenden Konzentrationsgradienten, um uns am Leben zu erhalten. Da Sauerstoff wie jede andere Substanz den Regeln der Konzentrationsgradienten folgt, neigt er dazu, von Bereichen hoher Konzentration in Bereiche niedriger Konzentration zu diffundieren. Das bedeutet, dass es aus der Luft in unser sauerstoffreiches Blut diffundiert.
Lungen und Kiemen machen diesen Prozess effizienter, indem Sie unser sauerstoffarmstes Blut schnell über die Oberflächen unserer Lungen und Kiemen laufen lassen. Auf diese Weise diffundiert Sauerstoff ständig in die Blutzellen, die ihn am dringendsten benötigen.
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1., Welches der folgenden Gesetze beschreibt, wie Konzentrationsgradienten funktionieren?
A. Ein bewegtes Objekt neigt dazu, in Bewegung zu bleiben, es sei denn, es wird durch eine äußere Kraft eingegriffen.
B. Systeme entwickeln sich immer zu einem Zustand höherer Zufälligkeit.
C. Substanzen diffundieren von Bereichen hoher Konzentration zu Bereichen niedriger Konzentration.
D. Sowohl B als auch C.
2. Welches der folgenden gilt NICHT für den Natrium / Kalium-Konzentrationsgradienten?
A. Sie können eine Substanz gegen ihren Konzentrationsgradienten bewegen, ohne Energie zu verbrauchen, wenn Sie das richtige Transportprotein haben.
B. Transportproteine, die Substanzen gegen ihre Konzentrationsgradienten bewegen, müssen mit Energie versorgt werden, um zu funktionieren.
C., Da Zellen Moleküle abbauen und Energie verbrauchen müssen, um Substanzen gegen ihren Konzentrationsgradienten zu bewegen, bricht diese Bewegung nicht die Gesetze der Thermodynamik.
D. Keine der oben genannten.
3. Welches der folgenden wären wir nicht in der Lage, wenn Substanzen nicht dazu neigen, ihre Konzentrationsgradienten zu verringern?
A. Denken Sie an
B. Verschieben,
C. Atmen
D. Alle oben