definiție
un gradient de concentrație apare atunci când un solut este mai concentrat într-o zonă decât altul. Un gradient de concentrație este atenuat prin difuzie, deși membranele pot împiedica difuzia și pot menține un gradient de concentrație.
Prezentare generală
„concentrația” se referă la cât de mult dintr-un solut este într-o anumită cantitate de solvent., Un colț al unui rezervor de apă care tocmai a aruncat sare în el ar avea o concentrație mult mai mare de sare decât capătul opus al rezervorului, unde nu s-a difuzat sare. Prin urmare, se spune că există un gradient de concentrație în rezervor.
de-a Lungul timpului, substanțe dizolvate muta întotdeauna în jos lor gradient de concentrație a „încerca” să producă o concentrație egală de-a lungul întregii soluții. Deci, gradientul de concentrație de mai sus ar dispărea în cele din urmă pe măsură ce ionii de sare difuzați în întregul rezervor.,legile termodinamicii afirmă că, datorită mișcărilor constante ale atomilor și moleculelor, substanțele se vor deplasa de la zone cu concentrație mai mare la concentrație mai mică, pentru a produce o soluție distribuită aleatoriu. Atomii de apă le place să înconjoare complet fiecare ion sau moleculă polară, care le trage într-o soluție și le separă unul de celălalt.,
Acest lucru poate fi cu ușurință demonstrat acasă adăugând o picătură de colorant alimentar la un pahar de apă. La început, colorarea alimentelor va ocupa doar locul mic din paharul de apă în care a fost adăugat. Dar, în timp, particulele colorate se vor răspândi, creând o distribuție egală a particulelor colorate pe fundul paharului.,
funcția gradienților de concentrație
gradienții de concentrație sunt o consecință naturală a legilor fizicii. Cu toate acestea, lucrurile vii au găsit multe modalități de a-și folosi proprietățile pentru a îndeplini funcții importante de viață. Gradienții de concentrare sunt utilizați de multe celule pentru a finaliza o mare varietate de sarcini. De fapt, există energie stocată într-un gradient de concentrație, deoarece moleculele doresc să ajungă la echilibru. Deci, această energie poate fi utilizată pentru a îndeplini sarcini.,de asemenea, trebuie remarcat faptul că atunci când un gradient de concentrație nu poate fi ameliorat prin difuzia solventului, poate apărea osmoza. Osmoza este mișcarea apei pe o membrană și, în esență, face același lucru. La fel cum soluțiile sunt atrase de apă, apa este atrasă de soluții. Deci, gradientul de concentrație poate fi atenuat prin adăugarea de apă într-un compartiment (sau celulă) cu membrană foarte concentrată.,organismele care trebuie să mute o substanță în sau din celulele lor pot utiliza mișcarea unei substanțe în jos gradientul său de concentrație pentru a transporta o altă substanță în tandem. Aceasta este metoda de bază pe care antiporterii și simporterii proteici o folosesc pentru a aduce substanțe nutritive cruciale în celule. Organismele pot, de asemenea,” recolta ” energia gradientului de concentrație pentru a alimenta alte reacții. Vezi exemplele de mai jos.,
Exemple de Gradienți de Concentrație
ATP Sintetazei
Unele forme de viață folosi tendința de substanțe dizolvate să se mute dintr-o zonă de concentrație mare la concentrație scăzută pentru a alimenta procesele de viata. ATP sintaza-proteina care produce ATP-se bazează pe un gradient de concentrație al ionilor de hidrogen., Pe măsură ce ionii trec prin sintetaza ATP pentru a traversa membrana și a atenua gradientul, sintetaza ATP transferă energia în adăugarea unei grupări fosfatice la ADP, stocând astfel energia în legătura nou formată.
neuronii și pompa de sodiu / potasiu
neuronii cheltuiesc o cantitate imensă de energie – aproximativ 20-25% din toate caloriile organismului, la om – pompând potasiu în celulele lor și sodiu afară. Rezultatul este o concentrație extrem de mare de potasiu în interiorul celulelor nervoase și o concentrație foarte mare de sodiu în exterior., Deoarece potasiul
atunci când celulele comunică, ele deschid porți ionice care permit trecerea sodiului și a potasiului. Diferențele de concentrație de sodiu/potasiu sunt atât de puternice încât ionii „doresc” să se grăbească instantaneu din celulă. Deoarece ionii sunt încărcați electric, aceasta schimbă de fapt sarcina electrică a celulei.,
Acest „electrochimică” semnal circulă mult mai repede decât un simplu semnal chimic ar, permițându-ne pentru a percepe, gândi, și de a răspunde rapid. Problemele care interferează cu pompa de sodiu/potasiu a neuronilor pot provoca moartea foarte repede, deoarece mușchiul inimii se bazează pe aceste impulsuri electrochimice pentru a pompa sânge pentru a ne menține în viață., Acest lucru face ca gradientul de concentrație de sodiu/potasiu în neuroni, fără îndoială, cel mai important gradient de concentrație pentru viața umană!
Glucose/Sodium Symport Pump
the glucose-sodium symport pump also takes advantage of the sodium / potasium gradient.o provocare cu care se confruntă celulele este deplasarea glucozei – care este mare și dificil de mișcat, în comparație cu ionii de sodiu minusculi – și care adesea trebuie mutată în raport cu gradientul lor de concentrație., Pentru a rezolva această problemă, unele celule au „cuplat” mișcarea glucozei cu mișcarea potasiului, folosind proteine care vor permite sodiului să se deplaseze în jos gradientul său de concentrație – dacă ia o moleculă de glucoză cu ea.acesta este doar un alt exemplu de moduri în care celulele folosesc legile de bază ale fizicii în moduri inovatoare pentru a îndeplini funcțiile vieții.cele mai frecvente exemple de gradienți de concentrație implică particule solide dizolvate în apă. Dar gazele pot avea gradienți de concentrare, de asemenea.,plămânii umani și branhiile peștilor folosesc gradienți de concentrare pentru a ne menține în viață. Deoarece oxigenul respectă regulile gradienților de concentrație la fel ca orice altă substanță, acesta tinde să difuze din zone cu concentrație ridicată în zone cu concentrație scăzută. Asta înseamnă că difuzează din aer în sângele nostru epuizat de oxigen.plămânii și branhiile fac acest proces mai eficient prin rularea rapidă a sângelui nostru cel mai epuizat de oxigen pe suprafețele plămânilor și branhiilor noastre. În acest fel, oxigenul difuzează constant în celulele sanguine care au nevoie cel mai mult.
test
1., Care dintre următoarele legi descrie modul în care funcționează gradienții de concentrare?
A. un obiect în mișcare tinde să rămână în mișcare, dacă nu este acționat de o forță exterioară.
B. sistemele progresează întotdeauna spre o stare de Aleatoriu mai mare.
C. Substanțele difuzează din zone cu concentrație ridicată în zone cu concentrație scăzută.
D. atât B, cât și C.
2. Care dintre următoarele nu este valabil pentru gradientul concentrației de sodiu/potasiu?
A. Puteți muta o substanță împotriva gradientului său de concentrație fără a consuma energie, dacă aveți proteina de transport potrivită.
B. proteinele de Transport care deplasează substanțele împotriva gradienților lor de concentrație trebuie să fie alimentate cu energie pentru a funcționa.
C., Deoarece celulele trebuie să descompună moleculele și să cheltuiască energie, pentru a muta substanțele împotriva gradientului lor de concentrație, această mișcare nu încalcă legile termodinamicii.
D. nici unul dintre cele de mai sus.
3. Care dintre următoarele nu am fi în stare să facem dacă substanțele nu au tendința de a-și coborî gradienții de concentrație?
A. gândiți-vă
B. mutați
C. respirați
D. toate cele de mai sus