Què és la concentració? En un sentit ampli, aquesta és la relació entre el volum d'una substància i el nombre de partícules dissoltes en ella. Aquesta definició es troba en una gran varietat de branques de la ciència, des de la física i les matemàtiques fins a la filosofia. En aquest cas, estem parlant de l'ús del concepte de "concentració" en biologia i química.
Gradient
Traduït del llatí, aquesta paraula significa “creixement” o “caminant”, és a dir, és una mena de “dit assenyalant”, que indica la direcció en què augmenta qualsevol valor. Com a exemple, podeu utilitzar, per exemple, l'alçada sobre el nivell del mar en diferents punts de la Terra. El seu gradient (altura) en cada punt individual del mapa mostrarà un vector de valor creixent fins arribar a l'ascens més pronunciat.
En matemàtiques, aquest terme va aparèixer només a finals del segle XIX. Va ser introduït per Maxwell i va proposar les seves pròpies designacions per a aquesta quantitat. Els físics utilitzen aquest concepte per descriure la intensitat d'un camp elèctric o gravitatori, un canvi en l'energia potencial.
No només la física, sinó també altres ciències utilitzen el terme "gradient". Aquest concepte pot reflectir tant qualitatiu comuna característica quantitativa d'una substància, com ara la concentració o la temperatura.
Gradient de concentració
Quin és el gradient es coneix ara, però quina és la concentració? Aquest és un valor relatiu que mostra la proporció de la substància continguda a la solució. Es pot calcular com a percentatge de la massa, el nombre de mols o àtoms d'un gas (solució), una fracció del conjunt. Una elecció tan àmplia permet expressar gairebé qualsevol proporció. I no només en física o biologia, sinó també en ciències metafísiques.
I en general, el gradient de concentració és una magnitud vectorial, que caracteritza simultàniament la quantitat i la direcció del canvi d'una substància en el medi.
Definició
Pots calcular el gradient de concentració? La seva fórmula és un particular entre un canvi elemental en la concentració d'una substància i un llarg camí que haurà de superar una substància per aconseguir l'equilibri entre dues dissolucions. Matemàticament, això s'expressa amb la fórmula С=dC/dl.
La presència d'un gradient de concentració entre dues substàncies fa que es barregin. Si les partícules es mouen d'una àrea amb una concentració més alta a una de més baixa, això s'anomena difusió, i si hi ha un obstacle semipermeable entre elles, s'anomena osmosi.
Transport actiu
El transport actiu i passiu reflecteix el moviment de substàncies a través de les membranes o capes de cèl·lules dels éssers vius: protozous, plantes,animals i humans. Aquest procés té lloc amb l'aprofitament de l'energia tèrmica, ja que la transició de substàncies es realitza en funció d'un gradient de concentració: de més petit a més gran. Molt sovint, s'utilitza el trifosfat d'adenosina o ATP per dur a terme aquesta interacció: una molècula que és una font universal d'energia en 38 joules.
Hi ha diferents formes d'ATP que es troben a les membranes cel·lulars. L'energia que contenen s'allibera quan es transfereixen molècules de substàncies a través de les anomenades bombes. Aquests són porus de la paret cel·lular que absorbeixen i bombegen selectivament els ions electròlits. A més, hi ha un model de transport com simport. En aquest cas, dues substàncies es transporten simultàniament: una surt de la cèl·lula i l' altra hi entra. Això estalvia energia.
Transport vesicular
El transport actiu i passiu impliquen el transport de substàncies en forma de bombolles o vesícules, per això el procés rep el nom, respectivament, de transport vesicular. N'hi ha de dos tipus:
- Endocitosi. En aquest cas, es formen bombolles a partir de la membrana cel·lular en el procés d'absorció de substàncies sòlides o líquides per ella. Les vesícules poden ser llises o vorejades. Els ous, els glòbuls blancs i l'epiteli dels ronyons tenen aquesta manera de menjar.
- Exocitosi. Com el seu nom indica, aquest procés és el contrari de l'anterior. Hi ha orgànuls dins de la cèl·lula (per exemple, l'aparell de Golgi), que "empaqueten" substàncies en vesícules i, posteriorment, surten permembrana.
Transport passiu: difusió
El moviment al llarg del gradient de concentració (d' alt a baix) es produeix sense l'ús d'energia. Hi ha dos tipus de transport passiu: osmosi i difusió. Aquest últim és senzill i lleuger.
La principal diferència entre l'osmosi és que el procés de moviment de les molècules es produeix a través d'una membrana semipermeable. I la difusió al llarg del gradient de concentració es produeix en cèl·lules que tenen una membrana amb dues capes de molècules de lípids. La direcció del transport depèn només de la quantitat de substància a ambdós costats de la membrana. D'aquesta manera, les substàncies hidròfobes, les molècules polars, la urea penetren a les cèl·lules i les proteïnes, els sucres, els ions i l'ADN no poden penetrar.
Durant la difusió, les molècules tendeixen a omplir tot el volum disponible, així com igualar la concentració a banda i banda de la membrana. Succeeix que la membrana és impermeable o poc permeable a la substància. En aquest cas, hi actuen forces osmòtiques, que poden fer que la barrera sigui més densa o estirar-la, augmentant la mida dels canals de bombeig.
Difusió facilitada
Quan un gradient de concentració no és una base suficient per al transport d'una substància, proteïnes específiques vénen al rescat. Es troben a la membrana cel·lular de la mateixa manera que les molècules d'ATP. Gràcies a ells es pot dur a terme tant el transport actiu com el passiu.
D'aquesta manera, grans molècules (proteïnes, ADN) travessen la membrana,substàncies polars, que inclouen aminoàcids i sucres, ions. A causa de la participació de proteïnes, la velocitat de transport augmenta diverses vegades en comparació amb la difusió convencional. Però aquesta acceleració depèn d'algunes raons:
- gradient de matèria dins i fora de la cèl·lula;
- nombre de molècules portadores;
- tarifes vinculants al transportador de substàncies;
- taxa de canvi a la superfície interna de la membrana cel·lular.
Malgrat això, el transport es realitza gràcies al treball de les proteïnes portadores, i en aquest cas no s'utilitza l'energia ATP.
Les principals característiques que caracteritzen la difusió facilitada són:
- Transferència ràpida de substàncies.
- Selectivitat del transport.
- Saturació (quan totes les proteïnes estan ocupades).
- Competència entre substàncies (a causa de l'afinitat per les proteïnes).
- Sensibilitat a agents químics específics - inhibidors.
Osmosi
Com s'ha esmentat anteriorment, l'osmosi és el moviment de substàncies al llarg d'un gradient de concentració a través d'una membrana semipermeable. El procés d'osmosi està descrit més completament pel principi de Leshatelier-Brown. Diu que si un sistema en equilibri és influenciat des de l'exterior, llavors tendirà a tornar al seu estat anterior. La primera vegada que el fenomen de l'osmosi es va trobar a mitjans del segle XVIII, però després no se li va donar molta importància. La investigació sobre el fenomen va començar només cent anys més tard.
L'element més important en el fenomen de l'osmosi és una membrana semipermeable que només deixa passar determinades molècules.diàmetre o propietats. Per exemple, en dues solucions amb concentracions diferents, només el dissolvent passarà per la barrera. Això continuarà fins que la concentració als dos costats de la membrana sigui la mateixa.
L'osmosi té un paper important en la vida de les cèl·lules. Aquest fenomen només permet que les substàncies necessàries per mantenir la vida penetrin en elles. El glòbul vermell té una membrana que només permet passar aigua, oxigen i nutrients, però les proteïnes que es formen dins del glòbul vermell no poden sortir.
El fenomen de l'osmosi també ha trobat una aplicació pràctica a la vida quotidiana. Sense ni tan sols sospitar-ho, la gent en el procés de salar els aliments utilitzava precisament el principi del moviment de les molècules al llarg d'un gradient de concentració. La solució salina saturada "treia" tota l'aigua dels productes, permetent així que s'emmagatzemen més temps.
