Hvad er en koncentrationsgradient?

Koncentrationen af ​​et stof er antallet af molekyler, der er til stede i et givet volumen væske eller gas. En koncentrationsgradient forekommer mellem et område med høj koncentration og et område med lav koncentration. I naturen forekommer dette ofte på hver side af en cellekant eller -membran. Hvis partikler frit kan krydse membranen, finder en proces kaldet diffusion sted, hvor partikler bevæger sig over koncentrationsgradienten med en netto strømning mod området med lav koncentration. Denne bevægelse af molekyler ned ad gradienten fører til sidst til, at begge områder bliver lige i koncentration, en tilstand kendt som dynamisk ligevægt.

Termisk energi får molekyler i væsker og gasser til at bevæge sig tilfældigt i lige linjer, indtil de møder andre partikler eller overflader, der får dem til at ændre retning. Processen kendt som diffusion betyder, at molekyler har en tendens til at bevæge sig væk fra områder, hvor der er høje koncentrationer, og at bevæge sig mod mindre koncentrerede regioner. Forskellige molekyltyper har også en tendens til at blandes sammen. Begge disse processer er på arbejde, når en duft gradvist spreder sig over et rum, blandet med luftmolekyler. Til sidst fjerner en jævn fordeling af partikler koncentrationsgradienten.

I en proces, der kaldes osmose, ser molekyler ud til at bevæge sig modsat på tværs af gradienter, fra lave til høje koncentrationer af partikler. Dette kan ses i tilfælde, hvor en cellemembran blokerer for, at partikler passerer igennem, fordi de er for store. Vandmolekylerne i opløsningen kan være små nok til at passere gennem membranen, selvom de opløste partikler ikke er det.

Vandmolekyler bevæger sig fra regionen uden for cellen, hvor koncentrationen af ​​partikler er relativt lav, ind i cellen, hvor der er en høj partikelkoncentration. På samme måde som diffusion reducerer denne bevægelse koncentrationsgradienten mellem de to områder. Det kan beskrives som en speciel form for diffusion, fordi vandmolekylerne virkelig bevæger sig fra et område med høj vandkoncentration til et område med lav vandkoncentration.

Nogle gange fungerer cellebiologi for aktivt at bevæge partikler mod en koncentrationsgradient og mod påvirkningen af ​​osmose og diffusion. Hvad der er kendt som aktive transportmekanismer kommer i spil, såsom natrium-kaliumpumpe. Denne pumpe transporterer natrium- og kaliummolekyler over cellemembranen, hvilket sikrer, at der er en høj kaliumkoncentration inde i cellen og en høj natriumkoncentration udenfor. Processen kræver ATP, et specielt molekyle, hvori energi lagres, som findes inde i cellen.