Co je gradient koncentrace?

Koncentrace látky je počet molekul přítomných v daném objemu kapaliny nebo plynu. Koncentrační gradient se vyskytuje mezi oblastí s vysokou koncentrací a oblastí s nízkou koncentrací. V přírodě se to běžně vyskytuje na každé straně buněčné hranice nebo membrány. Pokud částice mohou volně procházet membránou, probíhá proces zvaný difúze, kdy se částice pohybují přes koncentrační gradient s čistým tokem směrem k oblasti nízké koncentrace. Tento pohyb molekul po gradientu nakonec vede k tomu, že se obě oblasti vyrovnají v koncentraci, což je stav známý jako dynamická rovnováha.

Tepelná energie způsobuje, že se molekuly v tekutinách a plynech náhodně pohybují v přímých liniích, dokud nenarazí na jiné částice nebo povrchy, které jim způsobí změnu směru. Proces známý jako difúze znamená, že molekuly mají tendenci se vzdálit od oblastí, kde jsou vysoké koncentrace, a pohybovat se směrem k méně koncentrovaným oblastem. Různé typy molekul mají také tendenci se mísit. Oba tyto procesy fungují, když se vůně postupně šíří po místnosti a mísí se s molekulami vzduchu. Nakonec rovnoměrná distribuce částic odstraňuje koncentrační gradient.

Zdá se, že v procesu známém jako osmóza se molekuly pohybují opačným způsobem přes gradienty, od nízkých po vysoké koncentrace částic. To je vidět v případech, kdy buněčná membrána blokuje průchod částic, protože jsou příliš velké. Molekuly vody v roztoku mohou být dostatečně malé, aby prošly membránou, i když rozpuštěné částice nejsou.

Molekuly vody se pohybují z oblasti mimo buňku, kde je koncentrace částic relativně nízká, do vnitřku buňky, kde je vysoká koncentrace částic. Stejně jako difúze tento pohyb snižuje koncentrační gradient mezi dvěma oblastmi. Lze ji popsat jako zvláštní formu difúze, protože molekuly vody se skutečně pohybují z oblasti s vysokou koncentrací vody do oblasti s nízkou koncentrací vody.

Někdy se buněčná biologie snaží aktivně pohybovat částicemi proti koncentračnímu gradientu a proti vlivu osmózy a difúze. Hraje se tzv. Aktivní transportní mechanismus, jako je sodno-draselné čerpadlo. Tato pumpa transportuje molekuly sodíku a draslíku přes buněčnou membránu, což zajišťuje vysokou koncentraci draslíku uvnitř buňky a vysokou koncentraci sodíku venku. Tento proces vyžaduje ATP, speciální molekulu, ve které je uložena energie, která se nachází uvnitř buňky.