Koncentrační gradient: pojem vzorce. Transport látek v biologických membránách

Co je to koncentrace? Když už mluvíme obecně poměr je objem materiálu a počet částic v něm rozpuštěných. Tato definice se vyskytuje v nejrůznějších odvětvích vědy, z fyziky a matematiky, které končí filozofii. V tomto případě je otázka použití pojmu „koncentrace“ v biologie a chemie.

stoupání

Přeloženo z latiny, to znamená „roste“ nebo „Walking“, pak je „ukazující prst“, která označuje směr, ve kterém jakákoli hodnota se zvyšuje. Jako příklad může být použit, například výšku nad mořem na různých místech Země. Jeho (výška), gradient v každém bodu na mapě ukáže vektor zvýšení hodnoty pro dosažení nejstrmější svah.

V matematice, termín objevil až na konci devatenáctého století. To bylo představeno Maxwell a nabídl své vlastní symboly této velikosti. Fyzici používají tento pojem k popisu elektrického a gravitačního pole, změnu potenciální energie.

Nejen fyziky, ale i další vědy používat termín „gradientu“. Tento koncept může odrážet kvalitativní i kvantitativní charakterizaci látek, například koncentrace a teploty.

Koncentrační gradient

Jaký je spád je nyní známá, a to koncentrace? Jedná se o relativní hodnotu, která udává podíl látky obsažené v roztoku. To může být odečteny jako procenta hmotnosti, molů nebo atomů v plynné (roztok), podíl celku. Tato široká nabídka nám umožňuje vyjádřit prakticky libovolném poměru. A to nejen ve fyzice a biologii, ale také v metafyzických vědách.

Obecně platí, že koncentrační gradient je vektorová veličina, která charakterizuje také množství a směr změny látky v médiu.

definice

Je možné vypočítat gradient koncentrace? Vzorec je zejména mezi elementárními změny podstaty a dlouhou cestu koncentraci, která se bude muset překonávat substanci, aby se dosáhlo rovnováhy mezi těmito dvěma řešeními. Matematicky to je vyjádřeno vzorcem C = dC / dl.

Přítomnost koncentračního gradientu mezi oběma materiály je důvodem pro jejich míchání. V případě, že částice se pohybují z oblasti vyšší koncentrace na nižší, pak se nazývá difúze, a je-li mezi nimi je semipermeabilní bariéra - osmóza.

aktivní transport

Aktivní a pasivní transport odráží pohyb látek přes membrány nebo vrstvy buněk živých bytostí: prvoci, rostliny, zvířata a lidi. Tento proces probíhá pomocí tepelné energie, protože přechod je prováděno prostředky proti koncentračnímu gradientu od nejmenších větší. Nejčastěji se pro takovou interakci pomocí adenosin trifosfát, nebo ATP - molekulu, která je univerzální zdroj energie 38 Joule.

Existují různé formy ATP, které jsou umístěny na membránách buněk. Energie obsažená v nich se uvolní, když je přenos látek přes tzv molekulární čerpadel. To póry v buněčné stěně, která se selektivně absorbovat a čerpané elektrolytů ionty. Kromě toho, že je model dopravy jako symport. V tomto případě je zároveň to přepravovány dvě látky: jedna vyjde z cely, a druhý dostane ji. To šetří energii.

vezikulární transport

Aktivní a pasivní doprava zahrnuje dopravu látky, ve formě bublin nebo váčků, takže proces se nazývá, v tomto pořadí, vezikulární dopravy. Existují dva druhy:

1. Endocytóza. V tomto případě, bubliny jsou generovány z buněčné membrány v jeho absorpcí pevných látek nebo kapalin. Váčky může být hladký, nebo mají okraje. Tento způsob krmení jsou vaječné bílé krvinky a renální epitel.
2. Exocytóza. Jak název napovídá, to je inverzní k předchozí. To má organely v buňce (např., Golgiho aparát), které jsou „zabaleny“ látky do vezikul, a následně ven přes membránu.

Pasivní transport: Diffusion

Pohyb koncentračního gradientu (od nejvyšší k nejnižší) dochází bez použití energie. Existují dvě varianty pasivního transportu - je osmózy a difúze. Ten je jednoduchý a lehký.

Osmóza Hlavním rozdílem je, že proces pohyblivých molekul probíhá přes polopropustnou membránou. Difuzní podél koncentračního gradientu se vyskytuje v buňkách, které mají membránu se dvěma vrstvami molekul lipidů. směru dopravy závisí pouze na počtu látek, na obou stranách membrány. Tímto způsobem byly buňky pronikají hydrofobní látky, polární molekuly, močoviny, a nemůže proniknout proteiny, cukry, iontů a DNA.

V procesu difúze molekuly mají tendenci vyplnit celý dostupný objem, jakož i pro vyrovnání koncentrace na obou stranách membrány. To se stane, že je membrána nepropustná nebo špatně propustné pro látky. V tomto případě, má vliv na osmotické síly, které mohou jak učinit hustší bariéru a táhnou se zvýšením velikosti čerpacího kanálu.

usnadněná difúze

Pokud je gradient koncentrace není dostatečná pro dopravu materiálu na pomoc specifických proteinů. Jsou umístěny na buněčné membráně v stejným způsobem jako ATP molekul. Díky němu může být aktivní i pasivní transport.

Tímto způsobem se přes membránu, jsou velké molekuly (proteiny, DNA), polární látky, které zahrnují aminokyseliny a cukry, ionty. Díky účasti rychlosti transport proteinů ve srovnání s konvenčním difúzí se zvýší několikanásobně. Ale toto zrychlení závisí na několika faktorech:

• látka gradientu uvnitř a vně buňky;
• množství nosičových molekul;
• Míra vazby látku a nosič;
• rampa vnitřního povrchu buněčné membrány.

Přes to, že doprava se provádí díky práci nosných proteinů, a není použit ATP energie v tomto případě.

Hlavními rysy, které charakterizují usnadněná difúze, jsou následující:

1. Rychlý přenos látek.
2. Selektivita transport.
3. Sytost (když jsou všechny proteiny obsazeno).
4. Konkurence mezi látek (vzhledem k afinitě proteinu).
5. Citlivost vůči specifickým chemickým činidlům - inhibitory.

osmóza

Jak bylo uvedeno výše, osmóza - pohyb látek podél koncentračního gradientu přes polopropustnou membránou. Nejúplnější proces osmózy popisuje princip Le Chatelier-Braun. To říká, že pokud je systém v rovnováze, vliv zvenčí, bude mít tendenci k návratu do původního stavu. Poprvé se osmózou fenoménem setkali v polovině XVIII století, ale pak se nepřikládal velký význam. studovat jev začal jen o sto let později.

Nejdůležitějším prvkem v jevu osmózy je polopropustná membrána, která sama o sobě prochází pouze molekuly o určitém průměru, nebo vlastnosti. Například, dva roztoky s různými koncentracemi, bariéra bude procházet pouze rozpouštědla. To bude pokračovat tak dlouho, dokud koncentrace na obou stranách membrány nebude stejná.

Osmóza hraje významnou roli v buněčném životě. Tento jev umožňuje jim proniknout jen na ty látky, které jsou nezbytné pro udržení života. Červených krvinek membrána je propustná pouze pro vody, kyslíku a živin, ale proteiny, které jsou vytvořeny uvnitř červených krvinek, nemůže dostat ven.

osmóza a našel praktické uplatnění v každodenním životě. I bez chápat to, lidé v procesu solném láku potraviny používaný je princip pohybu molekul podél koncentračního gradientu. Nasyceného solného „natažené“ přes všechny vody z produktu, což umožňuje, aby byly uloženy déle.