Qu'est-ce qu'un gradient de concentration?
La concentration d'une substance est le nombre de molécules présentes dans un volume donné de liquide ou de gaz. Un gradient de concentration se produit entre une zone de forte concentration et une zone de faible concentration. Dans la nature, cela se produit généralement de chaque côté d'une frontière cellulaire ou d'une membrane. Si les particules peuvent librement traverser la membrane, il se produit un processus appelé diffusion, qui se déplace à travers le gradient de concentration avec un écoulement net vers la zone de faible concentration. Ce mouvement de molécules le long du gradient conduit finalement à une concentration égale des deux zones, un état connu sous le nom d'équilibre dynamique.
L'énergie thermique entraîne les molécules dans les liquides et les gaz à se déplacer de manière aléatoire en lignes droites jusqu'à ce qu'elles rencontrent d'autres particules ou surfaces qui les font changer de direction. Le processus connu sous le nom de diffusion signifie que les molécules ont tendance à s’éloigner des zones à fortes concentrations et à s’orienter vers des régions moins concentrées. Différents types de molécules ont également tendance à se mélanger. Ces deux processus sont à l'œuvre lorsqu'un parfum se propage progressivement dans une pièce en se mélangeant aux molécules d'air. Finalement, une distribution uniforme des particules supprime le gradient de concentration.
Dans un processus connu sous le nom d'osmose, les molécules semblent se déplacer de manière opposée sur les gradients, des concentrations de particules faibles à élevées. Ceci peut être constaté dans les cas où une membrane cellulaire empêche les particules de passer car elles sont trop grosses. Les molécules d'eau dans la solution peuvent être suffisamment petites pour traverser la membrane, même si les particules dissoutes ne le sont pas.
Les molécules d'eau se déplacent de la région située à l'extérieur de la cellule, où la concentration de particules est relativement faible, vers l'intérieur de la cellule, où la concentration de particules est élevée. De la même manière que la diffusion, ce mouvement réduit le gradient de concentration entre les deux zones. Cela peut être décrit comme une forme spéciale de diffusion, car les molécules d'eau se déplacent réellement d'une zone de forte concentration en eau vers une zone de faible concentration en eau.
Parfois, la biologie cellulaire s’efforce de déplacer activement les particules contre un gradient de concentration et contre l’influence de l’osmose et de la diffusion. Ce que l’on appelle les mécanismes de transport actif entrent en jeu, comme la pompe sodium-potassium. Cette pompe transporte les molécules de sodium et de potassium à travers la membrane cellulaire, garantissant ainsi une concentration élevée de potassium à l'intérieur de la cellule et une concentration élevée de sodium à l'extérieur. Le processus nécessite de l'ATP, une molécule spéciale dans laquelle l'énergie est stockée, qui se trouve à l'intérieur de la cellule.