Что такое градиент концентрации?

Концентрация вещества - это количество молекул, присутствующих в данном объеме жидкости или газа. Градиент концентрации возникает между областью высокой концентрации и областью низкой концентрации. В природе это обычно происходит на каждой стороне границы клетки или мембраны. Если частицы могут свободно пересекать мембрану, происходит процесс, называемый диффузией, когда частицы движутся через градиент концентрации с чистым потоком к области низкой концентрации. Это движение молекул вниз по градиенту в конечном итоге приводит к тому, что обе области становятся равными по концентрации, состояние, известное как динамическое равновесие.

Тепловая энергия заставляет молекулы в жидкостях и газах двигаться беспорядочно по прямым линиям, пока они не встретятся с другими частицами или поверхностями, которые заставляют их менять направление. Процесс, известный как диффузия, означает, что молекулы имеют тенденцию отходить от областей, где имеются высокие концентрации, и двигаться к менее концентрированным областям. Различные типы молекул также имеют тенденцию смешиваться. Оба эти процесса работают, когда запах постепенно распространяется по комнате, смешиваясь с молекулами воздуха. В конце концов, равномерное распределение частиц устраняет градиент концентрации.

В процессе, известном как осмос, молекулы, кажется, движутся в противоположных направлениях через градиенты, от низких до высоких концентраций частиц. Это можно увидеть в случаях, когда клеточная мембрана блокирует прохождение частиц, потому что они слишком велики. Молекулы воды в растворе могут быть достаточно маленькими, чтобы проходить через мембрану, хотя растворенные частицы - нет.

Молекулы воды перемещаются из области за пределами клетки, где концентрация частиц является относительно низкой, внутрь клетки, где существует высокая концентрация частиц. Как и диффузия, это движение уменьшает градиент концентрации между двумя областями. Это можно описать как особую форму диффузии, потому что молекулы воды действительно перемещаются из области с высокой концентрацией воды в область с низкой концентрацией воды.

Иногда клеточная биология активно перемещает частицы против градиента концентрации и против влияния осмоса и диффузии. В игру вступают так называемые активные транспортные механизмы, такие как натриево-калиевая помпа. Этот насос транспортирует молекулы натрия и калия через клеточную мембрану, обеспечивая высокую концентрацию калия внутри клетки и высокую концентрацию натрия снаружи. Процесс требует АТФ, специальной молекулы, в которой хранится энергия, которая находится внутри клетки.