Hva er en konsentrasjonsgradient?

Konsentrasjonen av et stoff er antall molekyler som er til stede i et gitt volum væske eller gass. En konsentrasjonsgradient forekommer mellom et område med høy konsentrasjon og et område med lav konsentrasjon. I naturen forekommer dette ofte på hver side av en cellegrense, eller membran. Hvis partikler fritt kan krysse membranen, foregår en prosess som kalles diffusjon, hvor partikler beveger seg over konsentrasjonsgradienten med en nettoflyt mot området med lav konsentrasjon. Denne bevegelsen av molekyler nedover gradienten fører til slutt til at begge områdene blir like i konsentrasjon, en tilstand kjent som dynamisk likevekt.

Termisk energi får molekyler i væsker og gasser til å bevege seg tilfeldig i rette linjer til de møter andre partikler eller overflater som får dem til å endre retning. Prosessen kjent som diffusjon betyr at molekyler har en tendens til å bevege seg bort fra områder der det er høye konsentrasjoner og å bevege seg mot mindre konsentrerte regioner. Ulike molekyltyper pleier også å blandes sammen. Begge disse prosessene er på jobb når en duft gradvis sprer seg over et rom, blandet med luftmolekyler. Etter hvert fjerner en jevn fordeling av partikler konsentrasjonsgradienten.

I en prosess kjent som osmose, ser molekyler ut til å bevege seg motsatt vei over gradienter, fra lave til høye konsentrasjoner av partikler. Dette kan sees i tilfeller når en cellemembran blokkerer partikler fra å passere gjennom fordi de er for store. Vannmolekylene i løsningen kan være små nok til å passere gjennom membranen, selv om de oppløste partiklene ikke er det.

Vannmolekyler beveger seg fra regionen utenfor cellen, der konsentrasjonen av partikler er relativt lav, til innsiden av cellen, hvor det er en høy partikkelkonsentrasjon. På samme måte som diffusjon reduserer denne bevegelsen konsentrasjonsgradienten mellom de to områdene. Det kan beskrives som en spesiell form for diffusjon, fordi vannmolekylene virkelig beveger seg fra et område med høy vannkonsentrasjon til et område med lav vannkonsentrasjon.

Noen ganger fungerer cellebiologi for å aktivt bevege partikler mot en konsentrasjonsgradient og mot påvirkning av osmose og diffusjon. Det som kalles aktive transportmekanismer kommer inn, for eksempel natrium-kaliumpumpen. Denne pumpen transporterer natrium- og kaliummolekyler over cellemembranen, og sikrer at det er en høy kaliumkonsentrasjon inne i cellen og en høy natriumkonsentrasjon utenfor. Prosessen krever ATP, et spesielt molekyl der energi lagres som finnes inne i cellen.