Gradien konsentrasi: konsep formula. Transportasi dari zat dalam membran biologis

Apa konsentrasi? Berbicara secara luas, rasio volume material dan jumlah partikel terlarut di dalamnya. definisi ini ditemukan di cabang-cabang paling beragam ilmu pengetahuan, dari fisika dan matematika, berakhir filsafat. Dalam hal ini, pertanyaan tentang penggunaan konsep "konsentrasi" dalam biologi dan kimia.

lereng

Diterjemahkan dari bahasa Latin, berarti "tumbuh" atau "Berjalan", maka ada "jari menunjuk", yang menunjukkan arah di mana setiap nilai meningkat. Sebagai contoh, dapat digunakan, misalnya, ketinggian di atas permukaan laut pada titik-titik yang berbeda dari Bumi. Its (ketinggian) gradien di setiap titik pada peta akan menunjukkan vektor meningkatkan nilai untuk mencapai kenaikan curam.

Dalam matematika, istilah muncul hanya di akhir abad kesembilan belas. Ini diperkenalkan oleh Maxwell dan menawarkan simbol mereka sendiri sebesar ini. Fisikawan menggunakan konsep ini untuk menggambarkan medan listrik dan gravitasi, perubahan energi potensial.

Tidak hanya fisika, tetapi juga ilmu-ilmu lain menggunakan istilah "gradien". Konsep ini mungkin mencerminkan baik karakterisasi kualitatif dan kuantitatif zat, misalnya, konsentrasi atau suhu.

gradien konsentrasi

Apa gradien yang sekarang dikenal, dan apa konsentrasi? Ini adalah nilai relatif, yang menunjukkan proporsi zat yang terkandung dalam larutan. Hal ini dapat dikurangkan sebagai persen berat, tahi lalat atau atom dalam gas (solusi), proporsi keseluruhan. berbagai pilihan ini memungkinkan kita untuk mengekspresikan hampir rasio apapun. Dan tidak hanya di fisika atau biologi, tetapi juga dalam ilmu metafisik.

Secara umum, gradien konsentrasi adalah besaran vektor, yang juga mencirikan jumlah dan arah perubahan substansi dalam medium.

definisi

Apakah mungkin untuk menghitung gradien konsentrasi? Formula itu terutama antara perubahan dasar dari substansi dan jalan panjang konsentrasi yang akan harus mengatasi substansi untuk mencapai keseimbangan antara dua solusi. Secara matematis, hal ini dinyatakan dengan rumus C = dC / dl.

Kehadiran gradien konsentrasi antara kedua bahan adalah alasan untuk pencampuran mereka. Jika partikel bergerak dari daerah konsentrasi tinggi ke rendah, maka disebut difusi, dan jika di antara mereka ada penghalang semipermeabel - osmosis.

transpor aktif

transpor aktif dan pasif mencerminkan pergerakan zat melintasi membran atau lapisan sel makhluk hidup: protozoa, tanaman, hewan dan manusia. Proses ini berlangsung menggunakan energi panas, karena transisi dilakukan zat terhadap gradien konsentrasi dari kecil ke yang lebih besar. Yang paling sering untuk interaksi seperti menggunakan adenosin trifosfat atau ATP - molekul yang merupakan sumber serbaguna energi 38 Joule.

Ada berbagai bentuk ATP, yang terletak di membran sel. Energi yang terkandung di dalamnya dilepaskan ketika transfer zat melalui pompa molekul yang disebut. Ini pori-pori di dinding sel yang selektif menyerap dan dipompa ion elektrolit. Selain itu, ada model transportasi sebagai symport. Dalam hal ini, pada saat yang sama itu diangkut dua zat: salah satu keluar dari sel, dan lain mendapatkannya. Hal ini menghemat energi.

transportasi vesikuler

transpor aktif dan pasif meliputi mengangkut zat dalam bentuk gelembung atau vesikel, sehingga proses ini disebut, masing-masing, transportasi vesikuler. Ada dua jenis:

1. Endositosis. Dalam hal ini, gelembung yang dihasilkan dari membran sel dalam padatan proses penyerapan atau cairan. Vesikel bisa halus atau memiliki tepi. Metode pemberian makan yang telur sel darah putih, dan epitel ginjal.
2. Eksositosis. Seperti namanya, ini adalah kebalikan dari yang sebelumnya. Ini memiliki organel dalam sel (misalnya, aparat Golgi), yang "dikemas" substansi ke dalam vesikel, dan mereka kemudian keluar melalui membran.

transportasi pasif: Difusi

Gerakan gradien konsentrasi (tinggi ke rendah) terjadi tanpa menggunakan energi. Ada dua varian dari transpor pasif - adalah osmosis dan difusi. Yang terakhir adalah sederhana dan ringan.

Osmosis Perbedaan utama adalah bahwa proses molekul bergerak terjadi melalui membran semipermeabel. Sebuah difusi sepanjang gradien konsentrasi terjadi pada sel-sel yang memiliki membran dengan dua lapisan molekul lipid. arah transportasi hanya bergantung pada jumlah zat di kedua sisi membran. Dengan cara ini, sel-sel menembus zat hidrofobik, molekul polar, urea, dan tidak dapat menembus protein, gula, ion dan DNA.

Dalam proses difusi, molekul cenderung untuk mengisi seluruh volume yang tersedia, serta untuk menyelaraskan konsentrasi di kedua sisi membran. Hal ini terjadi bahwa membran kedap atau buruk permeabel untuk substansi. Dalam hal ini, hal itu mempengaruhi kekuatan osmotik yang baik dapat membuat penghalang lebih padat dan peregangan dengan meningkatkan ukuran saluran pemompaan.

difusi difasilitasi

Ketika gradien konsentrasi tidak cukup untuk mengangkut material bantuan protein tertentu. Mereka terletak di membran sel dengan cara yang sama seperti molekul ATP. Berkat dia, dapat menjadi transpor aktif dan pasif.

Dengan cara ini, melalui membran adalah molekul besar (protein, DNA), zat polar, yang meliputi asam amino dan gula, ion. Berkat partisipasi kecepatan transportasi protein meningkat beberapa kali dibandingkan dengan difusi konvensional. Tapi akselerasi ini tergantung pada beberapa faktor:

• gradien zat di dalam dan di luar sel;
• jumlah molekul pembawa;
• tingkat substansi dan pembawa mengikat;
• ramp permukaan bagian dalam dari membran sel.

Meskipun demikian, transportasi dilakukan berkat kerja protein pembawa, dan ATP energi dalam hal ini tidak digunakan.

Fitur utama yang menjadi ciri difusi difasilitasi, adalah:

1. transfer cepat zat.
2. transportasi Selektivitas.
3. Saturasi (ketika semua protein ditempati).
4. Persaingan antara zat (karena afinitas protein).
5. Kepekaan terhadap bahan kimia tertentu - inhibitor.

osmosa

Seperti disebutkan di atas, osmosis - gerakan zat sepanjang gradien konsentrasi melintasi membran semipermeabel. Proses osmosis yang paling lengkap menjelaskan prinsip Le Chatelier-Braun. Ia mengatakan bahwa jika sistem berada dalam kesetimbangan, pengaruh dari luar, ia akan cenderung untuk kembali ke keadaan semula. Pertama kalinya dengan fenomena osmosis ditemui di pertengahan abad XVIII, tapi kemudian dia tidak menganggap penting. mempelajari fenomena baru dimulai seratus tahun kemudian.

Unsur yang paling penting dalam fenomena osmosis adalah membran semipermeabel yang melewati itu sendiri hanya molekul diameter tertentu atau properti. Sebagai contoh, dua solusi dengan konsentrasi yang berbeda, penghalang akan melewati hanya pelarut. Hal ini akan terus berlanjut selama konsentrasi di kedua sisi membran tidak akan sama.

Osmosis memainkan peran penting dalam kehidupan sel. Fenomena ini memungkinkan untuk menembus mereka hanya untuk mereka zat-zat yang diperlukan untuk mempertahankan hidup. membran sel darah merah adalah permeabel hanya untuk air, oksigen dan nutrisi, tetapi protein yang terbentuk di dalam sel darah merah, tidak bisa keluar.

osmosis dan aplikasi praktis ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Bahkan tanpa disadari, orang dalam proses brining makanan yang digunakan adalah prinsip gerak molekul sepanjang gradien konsentrasi. Jenuh garam "ditarik" atas semua air dari produk, sehingga memungkinkan mereka untuk disimpan lebih lama.