definicja
gradient stężenia występuje, gdy substancja rozpuszczona jest bardziej skoncentrowana w jednym obszarze niż w innym. Gradient stężenia jest łagodzony przez dyfuzję, chociaż membrany mogą utrudniać dyfuzję i utrzymywać gradient stężenia.
przegląd
„stężenie” odnosi się do ilości substancji rozpuszczonej w danej ilości rozpuszczalnika., Róg zbiornika na wodę, w którym właśnie wrzucono sól, miałby znacznie wyższe stężenie soli niż przeciwległy koniec zbiornika, do którego nie rozproszyła się sól. Dlatego mówi się, że gradient stężenia istnieje w zbiorniku.
z czasem roztwory zawsze przesuwają się w dół gradientu koncentracji, aby „spróbować” wytworzyć równe stężenie w całym roztworze. Tak więc powyższy gradient stężenia ostatecznie zniknie, gdy jony soli rozproszą się po całym zbiorniku.,
prawa termodynamiki stwierdzają, że ze względu na stałe ruchy atomów i cząsteczek, substancje będą przemieszczać się z obszarów o wyższym stężeniu do niższego stężenia, w celu wytworzenia losowo rozproszonego roztworu. Atomy wody lubią całkowicie otaczać każdy jon lub cząsteczkę polarną, która ciągnie je w całym roztworze i oddziela od siebie.,
można to łatwo wykazać w domu, dodając kroplę barwnika spożywczego do szklanki wody. Początkowo barwnik spożywczy zajmie tylko małe miejsce w szklance wody, gdzie został dodany. Ale z czasem, kolorowe cząstki będą się rozprzestrzeniać, tworząc równomierny rozkład kolorowych cząstek na dnie szkła.,
funkcja gradientów koncentracji
gradienty koncentracji są naturalną konsekwencją praw fizyki. Jednak żywe istoty znalazły wiele sposobów na wykorzystanie swoich właściwości do realizacji ważnych funkcji życiowych. Gradienty koncentracji są wykorzystywane przez wiele komórek do wykonywania wielu różnych zadań. W rzeczywistości jest energia zmagazynowana w gradiencie koncentracji, ponieważ cząsteczki chcą osiągnąć równowagę. Tak więc energia ta może być wykorzystana do realizacji zadań.,
należy również zauważyć, że gdy gradient stężenia nie może zostać uwolniony przez dyfuzję rozpuszczalnika, może wystąpić osmoza. Osmoza to ruch wody przez membranę i zasadniczo robi to samo. Podobnie jak substancje rozpuszczalne są przyciągane do wody, woda jest przyciągana do substancji rozpuszczonych. Tak więc gradient stężenia można złagodzić, dodając wodę do wysoce skoncentrowanej Komory membranowej (lub komórki).,
organizmy, które muszą przenieść substancję do lub ze swoich komórek, mogą wykorzystać ruch jednej substancji w dół gradientu stężenia, aby transportować inną substancję w tandemie. Jest to podstawowa metoda, którą antyportery i symportery białka wykorzystują do wprowadzania kluczowych składników odżywczych do komórek. Organizmy mogą również „pobierać” energię gradientu koncentracji, aby zasilić inne reakcje. Zobacz przykłady poniżej.,
przykłady gradientów stężenia
syntaza ATP
niektóre życie formy wykorzystują tendencję lutów do przemieszczania się z obszaru o wysokim stężeniu do niskiego stężenia w celu zasilania procesów życiowych. Syntaza ATP-białko wytwarzające ATP-polega na gradiencie stężeń jonów wodorowych., Ponieważ jony przechodzą przez syntazę ATP, aby przejść przez membranę i złagodzić gradient, syntaza ATP przenosi energię do dodania grupy fosforanowej do ADP, magazynując w ten sposób energię w nowo utworzonym wiązaniu.
neurony i pompa sodowo – potasowa
neurony zużywają ogromną ilość energii – około 20-25% wszystkich kalorii organizmu, u ludzi-pompując potas do komórek, a sód Na Zewnątrz. Rezultatem jest niezwykle wysokie stężenie potasu wewnątrz komórek nerwowych i bardzo wysokie stężenie sodu Na Zewnątrz., Ponieważ potas
Kiedy komórki się komunikują, otwierają bramy jonowe, które umożliwiają przejście przez sód i potas. Różnice stężenia sodu/potasu są tak silne ,że jony” chcą ” natychmiast wypłynąć z komórki. Ponieważ jony są naładowane elektrycznie, zmienia to ładunek elektryczny ogniwa.,
Ten „elektrochemiczny” sygnał przemieszcza się znacznie szybciej niż tylko sygnał chemiczny, pozwalając nam postrzegać, myśleć, i reagować szybko. Problemy, które zakłócają pompę sodowo-potasową neuronów, mogą bardzo szybko spowodować śmierć, ponieważ sam mięsień sercowy opiera się na tych impulsach elektrochemicznych, aby pompować krew, aby utrzymać nas przy życiu., To sprawia, że gradient stężenia sodu/potasu w neuronach jest prawdopodobnie najważniejszym gradientem stężenia dla ludzkiego życia!
Glucose/Sodium Symport Pump
glucose-sodium symport Pump wykorzystuje również gradient sodu / potasu.
jednym z wyzwań stojących przed komórkami jest przenoszenie glukozy – która jest duża i trudna do przenoszenia, w porównaniu do małych jonów sodu – i która często musi być przemieszczana względem gradientu stężenia., Aby rozwiązać ten problem, niektóre komórki „połączyły” ruch glukozy z ruchem potasu, używając białek, które pozwolą sodowi przenieść się w dół gradientu stężenia-jeśli weźmie ze sobą cząsteczkę glukozy.
to tylko kolejny przykład na to, w jaki sposób komórki wykorzystują podstawowe prawa fizyki w innowacyjny sposób do realizacji funkcji życia.
płuca i skrzela
najczęstszymi przykładami gradientów stężenia są cząstki stałe rozpuszczone w wodzie. Ale gazy też mogą mieć gradienty koncentracji.,
ludzkie płuca i skrzela ryb używają gradientów koncentracji, aby utrzymać nas przy życiu. Ponieważ tlen postępuje zgodnie z zasadami gradientów stężenia, podobnie jak każda inna substancja, ma tendencję do dyfuzji z obszarów o wysokim stężeniu do obszarów o niskim stężeniu. To znaczy, że dyfunduje z powietrza do krwi pozbawionej tlenu.
płuca i skrzela sprawiają, że proces ten jest bardziej wydajny, szybko przepływając naszą najbardziej wyczerpaną tlenem krew po powierzchniach naszych płuc i skrzeli. W ten sposób tlen jest stale dyfunduje do komórek krwi, które go najbardziej potrzebują.
Quiz
1., Które z poniższych praw opisuje, jak działają gradienty koncentracji?
A. obiekt w ruchu ma tendencję do pozostawania w ruchu, chyba że działa na niego siła zewnętrzna.
B. Systemy zawsze postępują w kierunku stanu wyższej losowości.
C. Substancje rozchodzą się z obszarów o wysokim stężeniu do obszarów o niskim stężeniu.
D. zarówno B jak i C.
2. Które z poniższych kryteriów Nie dotyczy gradientu stężenia sodu/potasu?
A. Możesz przenieść substancję względem jej gradientu stężenia bez wydatkowania energii, jeśli masz odpowiednie białko transportowe.
B. białka transportowe, które przemieszczają substancje względem swoich gradientów koncentracji, muszą być zaopatrzone w energię, aby mogły funkcjonować.
C., Ponieważ komórki muszą rozkładać cząsteczki i zużywać energię, aby przemieszczać substancje względem ich gradientu koncentracji, ruch ten nie łamie praw termodynamiki.
D. żaden z powyższych.
3. Które z poniższych działań nie byłyby w stanie wykonać, gdyby substancje nie miały tendencji do obniżania gradientów koncentracji?
A. Think
B. Move
C. Breathe
D. wszystkie powyższe