Was ist ein Konzentrationsgradient?
Die Konzentration einer Substanz ist die Anzahl der in einem gegebenen Flüssigkeits- oder Gasvolumen vorhandenen Moleküle. Ein Konzentrationsgradient tritt zwischen einer hohen Konzentrationsfläche und einem Bereich mit geringer Konzentration auf. In der Natur tritt dies üblicherweise auf jeder Seite eines Zellgrenges oder einer Membran auf. Wenn Partikel die Membran frei überqueren können, erfolgt ein Prozess, der als Diffusion bezeichnet wird, wobei sich Partikel über den Konzentrationsgradienten mit einem Nettofluss in Richtung der Fläche mit geringer Konzentration bewegen. Diese Bewegung von Molekülen den Gradienten führt schließlich dazu, dass beide Bereiche in der Konzentration gleich werden. Ein als dynamisches Gleichgewicht bekanntes Zustand führt dazu, dass
thermische Energie Moleküle in Flüssigkeiten und Gasen zufällig in geraden Linien bewegt, bis sie andere Partikel oder Oberflächen treffen, die sie ändern. Der als Diffusion bekannte Prozess bedeutet, dass Moleküle dazu neigen, sich von Bereichen zu entfernen, in denen es hohe Konzentrationen gibt, und sich in Richtung weniger konzentrierter Regionen zu bewegen. Verschiedener Molekültyps neigen auch dazu, sich zu mischen. Beide Prozesse arbeiten, wenn sich ein Duft allmählich über einen Raum ausbreitet und mit Luftmolekülen mischt. Schließlich entfernt eine gleichmäßige Verteilung der Partikel den Konzentrationsgradienten.
In einem als Osmose bekannten Prozess scheinen sich Moleküle über Gradienten hinweg zu bewegen, von niedrigen bis hohen Konzentrationen von Partikeln. Dies ist in Fällen zu erkennen, in denen eine Zellmembran den Durchgang von Partikeln blockiert, weil sie zu groß sind. Die Wassermoleküle in der Lösung können klein genug sein, um durch die Membran zu gehen, obwohl die gelösten Partikel nicht sind.
Wassermoleküle bewegen sich von der Region außerhalb der Zelle, wo die Partikelkonzentration relativ niedrig ist, in die Innenseite der Zelle, wo eine hohe Partikelkonzentration vorhanden ist. Auf die gleiche Weise wie die Diffusion reduziert diese Bewegung den Konzentrationsgradienten zwischen den beiden Bereichen. Es kann de seinAls spezielle Form der Diffusion geschrieben
Manchmal bewegt sich die Zellbiologie aktiv gegen einen Konzentrationsgradienten und gegen den Einfluss von Osmose und Diffusion. Was als aktive Transportmechanismen bekannt sind, kommen ins Spiel, wie die Natriumköpfchenpumpe. Diese Pumpe transportiert Natrium- und Kaliummoleküle über die Zellmembran, um sicherzustellen, dass es in der Zelle eine hohe Kaliumkonzentration und eine hohe Natriumkonzentration außerhalb vorliegt. Der Prozess erfordert ATP, ein spezielles Molekül, bei dem Energie gespeichert wird, das in der Zelle gefunden wird.