Wat is een concentratiegradiënt?
De concentratie van een stof is het aantal moleculen dat aanwezig is in een bepaald volume vloeistof of gas. Een concentratiegradiënt treedt op tussen een gebied met hoge concentratie en een gebied met lage concentratie. In de natuur gebeurt dit gewoonlijk aan elke zijde van een celrand of membraan. Als deeltjes het membraan vrij kunnen passeren, vindt een diffusieproces plaats, waarbij deeltjes over de concentratiegradiënt bewegen met een netto stroom naar het gebied met lage concentratie. Deze beweging van moleculen langs de gradiënt leidt er uiteindelijk toe dat beide gebieden gelijk in concentratie worden, een toestand die bekend staat als dynamisch evenwicht.
Thermische energie zorgt ervoor dat moleculen in vloeistoffen en gassen willekeurig in rechte lijnen bewegen totdat ze andere deeltjes of oppervlakken ontmoeten waardoor ze van richting veranderen. Het proces dat bekend staat als diffusie betekent dat moleculen de neiging hebben om weg te gaan van gebieden met hoge concentraties en zich te verplaatsen naar minder geconcentreerde gebieden. Verschillende soorten moleculen neigen ook naar elkaar te mengen. Beide processen zijn aan het werk wanneer een geur zich geleidelijk door een kamer verspreidt en zich vermengt met luchtmoleculen. Uiteindelijk verwijdert een gelijkmatige verdeling van deeltjes de concentratiegradiënt.
In een proces dat bekend staat als osmose, lijken moleculen de tegenovergestelde richting over gradiënten te verplaatsen, van lage tot hoge concentraties deeltjes. Dit kan worden gezien in gevallen waarin een celmembraan blokkeert dat deeltjes er niet doorheen gaan omdat ze te groot zijn. De watermoleculen in de oplossing kunnen klein genoeg zijn om door het membraan te gaan, hoewel de opgeloste deeltjes dat niet zijn.
Watermoleculen bewegen van het gebied buiten de cel, waar de concentratie van deeltjes relatief laag is, naar de binnenkant van de cel, waar een hoge deeltjesconcentratie is. Op dezelfde manier als diffusie, vermindert deze beweging de concentratiegradiënt tussen de twee gebieden. Het kan worden beschreven als een speciale vorm van diffusie, omdat de watermoleculen zich echt verplaatsen van een gebied met een hoge waterconcentratie naar een gebied met een lage waterconcentratie.
Soms werkt celbiologie om deeltjes actief te verplaatsen tegen een concentratiegradiënt en tegen de invloed van osmose en diffusie. Wat bekend staat als actieve transportmechanismen spelen een rol, zoals de natrium-kaliumpomp. Deze pomp transporteert natrium- en kaliummoleculen door het celmembraan en zorgt ervoor dat er een hoge kaliumconcentratie in de cel en een hoge natriumconcentratie buiten is. Het proces vereist ATP, een speciale molecule waarin energie wordt opgeslagen, die zich in de cel bevindt.