Co to jest gradient koncentracji?

Stężenie substancji to liczba cząsteczek obecnych w danej objętości cieczy lub gazu. Gradient stężenia występuje między obszarem wysokiego stężenia a obszarem niskiego stężenia. W naturze występuje to powszechnie po każdej stronie granicy komórkowej lub błony. Jeśli cząstki mogą swobodnie przekraczać membranę, zachodzi proces zwany dyfuzją, w którym cząsteczki poruszają się przez gradient stężenia z przepływem netto w kierunku obszaru niskiego stężenia. Ten ruch cząsteczek w dół gradientu ostatecznie prowadzi do stężenia obu obszarów, stanu znanego jako równowaga dynamiczna.

Energia termiczna powoduje, że cząsteczki w cieczach i gazach poruszają się losowo w liniach prostych, aż spełniają inne cząsteczki lub powierzchnie, które powodują, że zmieniają kierunek. Proces znany jako dyfuzja oznacza, że ​​cząsteczki mają tendencję do odchodzenia od obszarów, w których występują wysokie stężenia i przejść do mniej skoncentrowanych regionów. Inny typ cząsteczkiS również mają tendencję do mieszania. Oba te procesy działają, gdy zapach stopniowo rozprzestrzenia się po pomieszczeniu, mieszając z cząsteczkami powietrza. Ostatecznie równy rozkład cząstek usuwa gradient stężenia.

W procesie znanym jako osmoza cząsteczki wydają się poruszać przeciwnie do gradientów, od niskich do wysokich stężeń cząstek. Można to zaobserwować w przypadkach, gdy błona komórkowa blokuje cząstki przed przechodzeniem, ponieważ są one zbyt duże. Cząsteczki wody w roztworze mogą być wystarczająco małe, aby przejść przez membranę, mimo że nie są rozpuszczone cząstki.

Cząsteczki wody poruszają się z regionu poza komórką, gdzie stężenie cząstek jest stosunkowo niskie, do wnętrza komórki, gdzie występuje wysokie stężenie cząstek. W ten sam sposób, jak dyfuzja, ruch ten zmniejsza gradient stężenia między dwoma obszarami. To może być de dezapisane jako specjalna forma dyfuzji, ponieważ cząsteczki wody naprawdę przechodzą od obszaru wysokiego stężenia wody do obszaru o niskim stężeniu wody.

Czasami biologia komórek działa na aktywne przemieszczanie cząstek przeciwko gradientowi stężenia i wpływowi osmozy i dyfuzji. Wchodzą w grę, takie jak aktywne mechanizmy transportu, takie jak pompa sodu-potasowa. Pompa ta transportuje cząsteczki sodu i potasu przez błonę komórkową, zapewniając wysokie stężenie potasu wewnątrz komórki i wysokie stężenie sodu na zewnątrz. Proces wymaga ATP, specjalnej cząsteczki, w której przechowywana jest energia, która znajduje się w komórce.