Definition
en koncentrationsgradient uppstår när ett lösningsmedel är mer koncentrerat i ett område än ett annat. En koncentrationsgradient lindras genom diffusion, även om membran kan hindra diffusion och upprätthålla en koncentrationsgradient.
översikt
”koncentration” avser hur mycket av en lösning som finns i en given mängd lösningsmedel., Ett hörn av en vattentank som just har fått salt dumpat in i det skulle ha en mycket högre koncentration av salt än den motsatta änden av tanken, där inget salt har spridit sig till. Därför sägs en koncentrationsgradient existera i tanken.
med tiden flyttar lösningarna alltid ner sin koncentrationsgradient för att ”försöka” producera en lika stor koncentration genom hela lösningen. Så, koncentrationsgradienten ovan skulle så småningom försvinna när jonerna av salt diffunderas genom hela tanken.,
termodynamikens lagar anger att ämnen på grund av de konstanta rörelserna av atomer och molekyler kommer att flytta från områden med högre koncentration till lägre koncentration för att producera en slumpmässigt distribuerad lösning. Vattenatomer gillar att helt omge varje jon eller polär molekyl, som drar dem genom en lösning och skiljer dem från varandra.,
detta kan enkelt demonstreras hemma genom att lägga till en droppe matfärgning i ett glas vatten. Först kommer matfärgen bara att uppta den lilla platsen i vattenglaset där den tillsattes. Men med tiden kommer de färgade partiklarna att spridas, vilket skapar en lika stor fördelning av färgade partiklar i botten av glaset.,
funktion av koncentrationsgradienter
koncentrationsgradienter är en naturlig följd av fysikens lagar. Men levande saker har hittat många sätt att använda sina egenskaper för att uppnå viktiga livsfunktioner. Koncentrationsgradienter används av många celler för att slutföra en mängd olika uppgifter. Faktum är att det finns energi som lagras i en koncentrationsgradient eftersom molekylerna vill nå jämvikt. Så, denna energi kan användas för att utföra uppgifter.,
det bör också noteras att när en koncentrationsgradient inte kan lindras genom diffusion av lösningsmedlet kan osmos förekomma. Osmos är rörelsen av vatten över ett membran och gör i huvudsak samma sak. Precis som solutes lockas till vatten, lockas vatten till lösningar. Så kan koncentrationsgradienten lindras genom att tillsätta vatten till ett högkoncentrerat membranfack (eller cell).,
organismer som behöver flytta ett ämne in eller ut ur sina celler kan använda förflyttningen av ett ämne ned sin koncentrationsgradient för att transportera ett annat ämne i tandem. Detta är den grundläggande metoden som protein antiporters och symportrar använder för att få viktiga näringsämnen i celler. Organismer kan också ”skörda” koncentrationsgradientens energi för att driva andra reaktioner. Se exemplen nedan.,
exempel på koncentrationsgradienter
ATP-syntas
vissa livsformer använder lösningarnas tendens att röra sig från ett område med hög koncentration till låg koncentration för att driva livsprocesser. ATP-syntas-proteinet som producerar ATP-bygger på en koncentrationsgradient av vätejoner., När jonerna passerar genom ATP-syntas för att korsa membranet och lindra gradienten överför ATP-syntas energin till att tillsätta en fosfatgrupp till ADP och därigenom lagra energin i den nybildade bindningen.
neuroner och natrium – / kaliumpumpen
neuroner spenderar en stor mängd energi – cirka 20-25% av kroppens kalorier, hos människor – pumpar kalium i sina celler och natrium ut. Resultatet är en extremt hög koncentration av kalium inuti nervceller och en mycket hög koncentration av natrium utanför., Eftersom kalium
när celler kommunicerar öppnar de jonportar som gör att natrium och kalium kan passera genom. Natrium – / kaliumkoncentrationsskillnaderna är så starka att jonerna ”vill” omedelbart rusa ut ur cellen. Eftersom joner är elektriskt laddade, detta ändrar faktiskt den elektriska laddningen av cellen.,
denna ”elektrokemiska” signal färdas mycket snabbare än en enbart kemisk signal skulle, så att vi kan uppfatta, tänka och reagera snabbt. Problem som stör neurons natrium / kaliumpump kan orsaka död mycket snabbt eftersom hjärtmuskeln själv förlitar sig på dessa elektrokemiska impulser för att pumpa blod för att hålla oss vid liv., Detta gör natrium / kaliumkoncentrationsgradienten i neuroner förmodligen den viktigaste koncentrationsgradienten till mänskligt liv!
glukos/Natriumsymportpump
glukos-natriumsymportpumpen utnyttjar också natrium / kaliumgradienten.
en utmaning som celler står inför rör sig glukos – vilket är stort och svårt att röra sig jämfört med små natriumjoner – och som ofta behöver flyttas mot deras koncentrationsgradient., För att lösa detta problem har vissa celler ”kopplat” glukosrörelsen med kaliumrörelsen, med hjälp av proteiner som tillåter natrium att flytta ner sin koncentrationsgradient – om det tar en glukosmolekyl med den.
detta är bara ett exempel på hur celler använder fysikens grundläggande lagar på innovativa sätt för att uppnå livets funktioner.
lungor och gälar
de vanligaste exemplen på koncentrationsgradienter innefattar fasta partiklar upplösta i vatten. Men gaser kan också ha koncentrationsgradienter.,
mänskliga lungor och Fiskarnas gälar använder båda koncentrationsgradienter för att hålla oss vid liv. Eftersom syre följer reglerna för koncentrationsgradienter precis som alla andra ämnen tenderar det att diffundera från områden med hög koncentration till områden med låg koncentration. Det betyder att det skiljer sig från luften till vårt syreutarmade blod.
lungor och gälar gör denna process effektivare genom att snabbt köra vårt mest syreutarmade blod över ytorna på våra lungor och gälar. På så sätt diffunderar syre ständigt i blodcellerna som behöver det mest.
frågesport
1., Vilken av följande lagar beskriver hur koncentrationsgradienter fungerar?
A. Ett objekt i rörelse tenderar att stanna i rörelse, om inte agerat på av en yttre kraft.
B. system utvecklas alltid mot ett tillstånd av högre slumpmässighet.
C. Ämnen diffunderar från områden med hög koncentration till områden med låg koncentration.
D. både B och C.
2. Vilket av följande gäller inte koncentrationsgradienten natrium/kalium?
A. Du kan flytta ett ämne mot dess koncentrationsgradient utan att förbruka energi, om du har rätt transportprotein.
B. transportproteiner som rör ämnen mot deras koncentrationsgradienter måste förses med energi för att fungera.
C., Eftersom celler måste bryta ner molekyler och förbruka energi, för att flytta ämnen mot deras koncentrationsgradient, bryter denna rörelse inte termodynamikens lagar.
D. ingen av ovanstående.
3. Vilket av följande skulle vi inte kunna göra om ämnen inte tenderar att flytta ner sina koncentrationsgradienter?
A. Tänk
B. flytta
C. andas
D. alla ovanstående