Gradient de concentració: el concepte de fórmula. Transport de substàncies en les membranes biològiques

Quina és la concentració? Parlant en termes generals, la relació és el volum de material i el nombre de partícules dissoltes en la mateixa. Aquesta definició es troba en les més diverses branques de la ciència, de la física i les matemàtiques, posant fi a la filosofia. En aquest cas, la qüestió de la utilització del concepte de "concentració" en la biologia i la química.

gradient

Traduït del llatí, que significa "creixement" o "Walking", llavors hi ha un "dit que assenyala", que indica la direcció en què qualsevol valor augmenta. Com un exemple, es pot utilitzar, per exemple, l'alçada sobre el nivell del mar a diferents punts de la Terra. La seva (l'alçada de) el gradient en cada punt al mapa mostrarà el vector de valors creixents per assolir l'augment més pronunciat.

En matemàtiques, el terme va aparèixer només a la fi del segle XIX. Va ser introduït per Maxwell i van oferir els seus propis símbols d'aquesta magnitud. Els físics utilitzen aquest concepte per descriure el camp elèctric i gravitatori, el canvi de l'energia potencial.

No només física, sinó també altres ciències usen el terme "gradient". Aquest concepte pot reflectir tant la caracterització qualitativa i quantitativa de substàncies, per exemple, la concentració o la temperatura.

gradient de concentració

Quin és el gradient es coneix ara, i què concentració? Aquest és un valor relatiu, que indica la proporció de la substància continguda en la solució. Es pot deduir com per cent en pes, lunars o àtoms en el gas (solució), la proporció de la totalitat. Aquesta àmplia gamma ens permet expressar pràcticament qualsevol relació. I no només en la física o la biologia, sinó també en les ciències metafísiques.

En general, el gradient de concentració és una quantitat vectorial, que també caracteritza la quantitat i la direcció del canvi de la substància en el medi.

definició

És possible calcular el gradient de concentració? Fórmula és particularment entre els canvis elementals de la substància i un llarg camí de concentració que hauran de superar la substància per aconseguir un equilibri entre les dues solucions. Matemàticament, això s'expressa per la fórmula C = C. / dl.

La presència de la gradient de concentració entre els dos materials és la raó de la seva barreja. Si les partícules es mouen d'una regió de major concentració a un menor, llavors se l'anomena difusió, i si entre ells hi ha una barrera semipermeable - osmosi.

transport actiu

El transport actiu i passiu reflecteix el moviment de substàncies a través de membranes o capes de cèl·lules dels éssers vius: protozous, plantes, animals i éssers humans. Aquest procés es porta a terme amb l'ús de l'energia tèrmica, per a la transició de substàncies dutes a terme en contra del gradient de concentració, del més petit al més gran. La major freqüència per tal interacció usant trifosfat d'adenosina o ATP - molècula que és una font versàtil d'energia 38 Joule.

Hi ha diferents formes d'ATP, que es troben en les membranes de les cèl·lules. L'energia continguda en ells s'allibera quan la transferència de substàncies a través de les denominades bombes moleculars. Aquest porus a la paret cel·lular que absorbeixen selectivament i es bomba ions d'electròlits. A més, no és un model de transport com symport. En aquest cas, a la vegada que transporta dues substàncies: un surt de la cèl·lula, i l'altre ho aconsegueix. Això estalvia energia.

el transport vesicular

El transport actiu i passiu inclou el transport de substàncies en forma de bombolles o vesícules, de manera que el procés es denomina, respectivament, el transport vesicular. Hi ha dos tipus:

1. Endocitosi. En aquest cas, es formen bombolles a la cel·la de membrana en el procés d'absorció de la seva sòlida o líquida substàncies. Les vesícules poden ser llisa o tenir vores. Aquest mètode d'alimentació són d'ou cèl·lules blanques de la sang, i l'epiteli renal.
2. Exocitosi. Com el seu nom indica, aquesta és la inversa de l'anterior. Té orgànuls dins de la cèl·lula (per exemple, aparell de Golgi), que són "envasat" substància en les vesícules, i posteriorment sortir a través de la membrana.

El transport passiu: Difusió

El moviment de la gradient de concentració (major a menor) es produeix sense l'ús d'energia. Hi ha dues variants de transport passiu - és l'osmosi i difusió. Aquest últim és un senzill i lleuger.

Osmosi principal diferència és que el procés de molècules en moviment té lloc a través de la membrana semipermeable. Una difusió al llarg d'un gradient de concentració es produeix en les cèl·lules que tenen una membrana amb dues capes de lípids molècules. direcció de transport depèn només de la quantitat de substàncies en ambdós costats de la membrana. D'aquesta manera, les cèl·lules penetren substàncies hidròfobes, molècula polar, urea, i no poden penetrar proteïnes, sucres, ions i l'ADN.

En el procés de difusió, les molècules tendeixen a omplir tot el volum disponible, així com per alinear la concentració en ambdós costats de la membrana. Es dóna la circumstància que la membrana és impermeable o poc permeable a la substància. En aquest cas, afecta les forces osmòtiques que poden fer tant una barrera més dens i s'estenen en augmentar la mida de la cadena de bombament.

La difusió facilitada

Quan el gradient de concentració no és suficient per al transport de material a l'ajuda de proteïnes específiques. Es troben a la membrana cel·lular de la mateixa manera com molècules d'ATP. Gràcies a ell, pot ser tant el transport actiu i passiu.

D'aquesta manera, a través de la membrana són grans molècules (proteïnes, ADN), substàncies polars, que inclouen àcids i amino sucres, ions. Gràcies a la participació de la proteïna transportadora de velocitat s'incrementa en diverses vegades, en comparació amb els convencionals de difusió. Però aquesta acceleració depèn de diversos factors:

• gradient substància dins i fora de la cèl·lula;
• quantitat de molècules portadores;
• substància i el portador d'unió taxa;
• rampa superfície interna de la membrana cel·lular.

Tot i això, el transport es porta a terme gràcies a la tasca de les proteïnes portadores, i l'energia ATP en aquest cas no s'utilitza.

Els principals trets que caracteritzen la difusió facilitada, són:

1. transferència ràpida de substàncies.
2. transport selectivitat.
3. Saturació (quan totes les esquirols estan ocupats).
4. La competència entre les substàncies (a causa de l'afinitat de la proteïna).
5. Sensibilitat als agents químics específics - inhibidors.

osmosi

Com s'ha esmentat anteriorment, l'osmosi - el moviment de substàncies al llarg del gradient de concentració a través d'una membrana semipermeable. El procés d'osmosi més completa descriu principi de Le Chatelier-Braun. Es diu que si un sistema està en equilibri, la influència des de l'exterior, tendirà a tornar al seu estat anterior. Primer cop amb el fenomen d'osmosi va trobar al mig del segle XVIII, però llavors ell no li va donar molta importància. estudiar el fenomen va començar només cent anys més tard.

L'element més important en el fenomen d'osmosi és una membrana semipermeable que passa a través de si mateix només les molècules d'un cert diàmetre o propietats. Per exemple, dues solucions amb diferents concentracions, la barrera passaran a través de solament el dissolvent. Això continuarà sempre que la concentració en ambdós costats de la membrana no serà el mateix.

Osmosi juga un paper important en la vida de la cèl·lula. Aquest fenomen fa que sigui possible penetrar en ells només per a aquelles substàncies que són necessàries per a mantenir la vida. membrana de glòbuls vermells és permeable només a l'aigua, oxigen i nutrients, però les proteïnes que es formen dins d'un glòbul vermell, no pot sortir.

El fenomen de l'osmosi i trobat aplicació pràctica en la vida quotidiana. Fins i tot sense adonar-se'n, la gent en el procés d'adobat l'aliment utilitzat és el principi del moviment de les molècules al llarg del gradient de concentració. solució salina saturada "estirat" sobretot l'aigua del producte, el que els permet ser emmagatzemats per més temps.