definitie
een concentratiegradiënt treedt op wanneer een opgeloste stof meer geconcentreerd is in het ene gebied dan in het andere. Een concentratiegradiënt wordt verlicht door diffusie, hoewel membranen diffusie kunnen belemmeren en een concentratiegradiënt kunnen handhaven.
overzicht
“concentratie” verwijst naar de hoeveelheid van een opgeloste stof in een bepaalde hoeveelheid oplosmiddel., Een hoek van een watertank waar net zout in is gedumpt, zou een veel hogere zoutconcentratie hebben dan aan de andere kant van de tank, waar geen zout is verspreid. Daarom wordt gezegd dat er in de tank een concentratiegradiënt aanwezig is.
na verloop van tijd verplaatsen opgeloste stoffen hun concentratiegradiënt naar beneden om te” proberen ” om een gelijke concentratie in de hele oplossing te produceren. Dus, de concentratiegradiënt hierboven zou uiteindelijk verdwijnen als de ionen van zout verspreid door de hele tank.,
de wetten van de thermodynamica stellen dat als gevolg van de constante bewegingen van atomen en moleculen, stoffen zullen verplaatsen van gebieden met een hogere concentratie naar een lagere concentratie, om een willekeurig verdeelde oplossing te produceren. Wateratomen willen elk ion of polair molecuul volledig omringen, waardoor ze door een oplossing worden getrokken en van elkaar worden gescheiden.,
Dit kan thuis gemakkelijk worden aangetoond door een druppel kleurstof aan een glas water toe te voegen. In het begin zal de kleurstof alleen de kleine plek in het waterglas bezetten waar het werd toegevoegd. Maar na verloop van tijd zullen de gekleurde deeltjes zich verspreiden, waardoor een gelijke verdeling van gekleurde deeltjes over de bodem van het glas ontstaat.,
functie van concentratiegradiënten
concentratiegradiënten zijn een natuurlijk gevolg van de natuurkundige wetten. Nochtans, hebben de levende dingen vele manieren gevonden om hun eigenschappen te gebruiken om belangrijke levensfuncties te bereiken. Concentratiegradiënten worden door veel cellen gebruikt om een grote verscheidenheid aan taken te voltooien. In feite is er energie opgeslagen in een concentratiegradiënt omdat de moleculen evenwicht willen bereiken. Dus, deze energie kan worden gebruikt om taken uit te voeren.,
Er moet ook worden opgemerkt dat wanneer een concentratiegradiënt niet kan worden verlicht door de diffusie van het oplosmiddel, osmose kan optreden. Osmose is de beweging van water over een membraan en doet in wezen hetzelfde. Net zoals opgeloste stoffen worden aangetrokken door water, wordt water aangetrokken door opgeloste stoffen. Zo kan de concentratiegradiënt worden verlicht door water toe te voegen aan een sterk geconcentreerd membraancompartiment (of cel).,
organismen die een stof in of uit hun cellen moeten verplaatsen, kunnen de verplaatsing van een stof naar beneden de concentratiegradiënt gebruiken om een andere stof gelijktijdig te vervoeren. Dit is de basismethode die eiwitantiporters en symporters gebruiken om cruciale voedingsstoffen in cellen te brengen. Organismen kunnen ook de energie van de concentratiegradiënt “oogsten” om andere reacties aan te drijven. Zie de voorbeelden hieronder.,
voorbeelden van concentratiegradiënten
ATP Synthase
sommige levensvormen gebruiken de neiging van opgeloste stoffen om van een gebied van hoge concentratie naar lage concentratie te bewegen om het levensprocessen aan te drijven. ATP synthase – het eiwit dat ATP produceert-is gebaseerd op een concentratiegradiënt van waterstofionen., Aangezien de ionen door ATP synthase overgaan om het membraan te kruisen en de gradiënt te verlichten, brengt ATP synthase de energie over in het toevoegen van een fosfaatgroep aan ADP, waarbij de energie in de nieuw gevormde band wordt opgeslagen.
neuronen en de natrium/kaliumpomp
neuronen besteden een enorme hoeveelheid energie – ongeveer 20-25% van alle calorieën in het lichaam, bij mensen – pompen kalium in hun cellen, en natrium uit. Het resultaat is een extreem hoge concentratie kalium in zenuwcellen en een zeer hoge concentratie natrium buiten., Aangezien kalium
wanneer cellen communiceren, openen ze ionenpoorten die natrium en kalium doorlaten. De natrium / kalium concentratie verschillen zijn zo sterk dat de ionen “willen” om direct te haasten uit de cel. Omdat ionen elektrisch geladen zijn, verandert dit eigenlijk de elektrische lading van de cel.,
Dit “elektrochemische” signaal reist veel sneller dan een enkel chemisch signaal, waardoor we snel kunnen waarnemen, denken en reageren. Problemen die interfereren met de natrium/kalium pomp van de neuronen kunnen zeer snel de dood veroorzaken omdat de hartspier zelf afhankelijk is van deze elektrochemische impulsen om bloed te pompen om ons in leven te houden., Dit maakt de natrium / kalium concentratiegradiënt in neuronen misschien wel de belangrijkste concentratiegradiënt voor het menselijk leven!
Glucose / natrium Symportpomp
de glucose-natrium symportpomp maakt ook gebruik van de natrium/kalium gradiënt.
een uitdaging waarmee cellen worden geconfronteerd is het verplaatsen van glucose – dat groot en moeilijk te verplaatsen is, in vergelijking met kleine natriumionen – en dat vaak moet worden verplaatst tegen hun concentratiegradiënt., Om dit probleem op te lossen, hebben sommige cellen de beweging van glucose gekoppeld aan de beweging van kalium, met behulp van eiwitten die natrium in staat stellen om zijn concentratiegradiënt naar beneden te bewegen – als het een glucosemolecuul meeneemt.
Dit is slechts een voorbeeld van de manieren waarop cellen de basiswetten van de fysica op innovatieve manieren gebruiken om de functies van het leven te vervullen.
longen en kieuwen
De meest voorkomende voorbeelden van concentratiegradiënten hebben betrekking op vaste deeltjes opgelost in water. Maar gassen kunnen ook concentratiegradiënten hebben.,menselijke longen en kieuwen van vissen gebruiken beide concentratiegradiënten om ons in leven te houden. Omdat zuurstof de regels van concentratiegradiënten volgt net als elke andere stof, heeft het de neiging om te diffunderen van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lage concentratie. Dat betekent dat het verspreidt vanuit de lucht naar ons zuurstofarme bloed.
longen en kieuwen maken dit proces efficiënter door snel ons meest zuurstofarme bloed over de oppervlakken van onze longen en kieuwen te laten lopen. Op deze manier verspreidt zuurstof constant in de bloedcellen die het het meest nodig hebben.
Quiz
1., Welke van de volgende wetten beschrijft hoe concentratiegradiënten werken?een object in beweging heeft de neiging om in beweging te blijven, tenzij er een externe kracht op inwerkt.
B. systemen ontwikkelen zich altijd naar een staat van hogere willekeur.C. stoffen verspreiden zich van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lage concentratie.
D. zowel B als C.
2. Welke van de volgende punten geldt niet voor de gradiënt van de natrium/kaliumconcentratie?
A. Je kunt een stof tegen zijn concentratiegradiënt bewegen zonder energie uit te geven, als je het juiste transporteiwit hebt.
B. transporteiwitten die stoffen tegen hun concentratiegradiënten verplaatsen, moeten van energie worden voorzien om te kunnen functioneren.
C., Omdat cellen moleculen moeten afbreken en energie moeten verbruiken, om stoffen tegen hun concentratiegradiënt te bewegen, breekt deze beweging niet de wetten van de thermodynamica.
D. geen van de bovenstaande.
3. Welke van de volgende dingen zouden we niet kunnen doen als stoffen niet de neiging hadden om hun concentratiegradiënten naar beneden te bewegen?
A. denk
B. Verplaats
C. adem
D. al het bovenstaande