Co to jest gradient stężenia?
Stężenie substancji to liczba cząsteczek obecnych w danej objętości cieczy lub gazu. Gradient stężenia występuje między obszarem o wysokim stężeniu a obszarem o niskim stężeniu. W naturze występuje to zwykle po każdej stronie granicy komórki lub błony. Jeśli cząstki mogą swobodnie przechodzić przez membranę, zachodzi proces zwany dyfuzją, w którym cząstki poruszają się przez gradient stężenia z przepływem netto w kierunku obszaru o niskim stężeniu. Ten ruch cząsteczek w dół gradientu ostatecznie prowadzi do wyrównania koncentracji obu obszarów, stanu zwanego równowagą dynamiczną.
Energia cieplna powoduje, że cząsteczki cieczy i gazów poruszają się losowo w liniach prostych, dopóki nie napotkają innych cząstek lub powierzchni, które spowodują zmianę ich kierunku. Proces znany jako dyfuzja oznacza, że cząsteczki mają tendencję do oddalania się od obszarów, w których występują wysokie stężenia, i przemieszczania się w kierunku mniej skoncentrowanych regionów. Różne typy cząsteczek również mieszają się razem. Oba te procesy działają, gdy zapach stopniowo rozprzestrzenia się po pokoju, mieszając się z cząsteczkami powietrza. Ostatecznie równomierny rozkład cząstek usuwa gradient stężenia.
W procesie znanym jako osmoza cząsteczki wydają się poruszać w przeciwnych kierunkach przez gradienty, od niskich do wysokich stężeń cząstek. Można to zaobserwować w przypadkach, gdy błona komórkowa blokuje przechodzenie cząstek, ponieważ są one zbyt duże. Cząsteczki wody w roztworze mogą być wystarczająco małe, aby przejść przez membranę, nawet jeśli rozpuszczone cząsteczki nie są.
Cząsteczki wody przemieszczają się z obszaru poza komórką, gdzie stężenie cząstek jest stosunkowo niskie, do wnętrza komórki, gdzie występuje wysokie stężenie cząstek. Podobnie jak dyfuzja, ruch ten zmniejsza gradient stężenia między dwoma obszarami. Można to opisać jako specjalną formę dyfuzji, ponieważ cząsteczki wody naprawdę przemieszczają się z obszaru o wysokim stężeniu wody do obszaru o niskim stężeniu.
Czasami biologia komórkowa działa aktywnie, aby aktywnie poruszać cząstkami wbrew gradientowi stężenia i wpływowi osmozy i dyfuzji. W grę wchodzą tak zwane aktywne mechanizmy transportu, takie jak pompa sodowo-potasowa. Ta pompa transportuje cząsteczki sodu i potasu przez błonę komórkową, zapewniając wysokie stężenie potasu w komórce i wysokie stężenie sodu na zewnątrz. Proces wymaga ATP, specjalnej cząsteczki, w której przechowywana jest energia, która znajduje się w komórce.