濃度勾配とは？

物質の濃度は、液体または気体の特定の体積に存在する分子の数です。 高濃度の領域と低濃度の領域の間で濃度勾配が発生します。 自然界では、これは通常、細胞の境界または膜の両側で発生します。 粒子が膜を自由に通過できる場合、拡散と呼ばれるプロセスが発生します。このプロセスでは、粒子は濃度勾配を横切って移動し、低濃度の領域に向かって正味の流れが生じます。 勾配を下る分子のこの動きにより、最終的に両方の領域の濃度が等しくなり、動的平衡として知られる状態になります。

熱エネルギーにより、液体や気体中の分子は、他の粒子や表面に出会って方向を変えるまで、ランダムに直線的に移動します。 拡散と呼ばれるプロセスは、分子が高濃度の領域から遠ざかり、低濃度領域に向かって移動する傾向があることを意味します。 異なる分子タイプも一緒に混合する傾向があります。 香りが部屋全体に徐々に広がり、空気分子と混ざり合うと、これらのプロセスは両方とも機能します。 最終的に、粒子の均一な分布により、濃度勾配が除去されます。

浸透として知られているプロセスでは、分子は低濃度から高濃度の粒子まで、勾配を越えて反対方向に移動するようです。 これは、細胞膜が大きすぎるために粒子の通過をブロックする場合に見られます。 溶解した粒子はそうではありませんが、溶液中の水分子は、膜を通過するのに十分小さい場合があります。

水分子は、粒子の濃度が比較的低いセルの外側の領域から、粒子の濃度が高いセルの内側に移動します。 拡散と同様に、この動きは2つのエリア間の濃度勾配を減らします。 これは、水分子が実際に水分濃度の高い領域から水分濃度の低い領域に移動しているため、拡散の特別な形態として説明できます。

時々、細胞生物学は、濃度勾配や浸透と拡散の影響に対して粒子を積極的に動かすように働きます。 ナトリウム-カリウムポンプなど、能動輸送メカニズムとして知られているものが作用します。 このポンプは、細胞膜を介してナトリウムおよびカリウム分子を輸送し、細胞内のカリウム濃度が高く、外側のナトリウム濃度が高くなるようにします。 このプロセスには、細胞内にあるエネルギーが保存される特別な分子であるATPが必要です。