Konsantrasyon nedir? Geniş anlamda, bu, bir maddenin hacminin ve içinde çözünen parçacıkların sayısının oranıdır. Bu tanım, fizikten matematiğe, felsefeden felsefeye kadar çok çeşitli bilim dallarında bulunur. Bu durumda biyoloji ve kimyada "konsantrasyon" kavramının kullanımından bahsediyoruz.
Gradient
Latince'den çevrilen bu kelime “büyümek” veya “yürümek” anlamına gelir, yani herhangi bir değerin arttığı yönü gösteren bir tür “işaret parmağı” dır. Örnek olarak, dünyanın farklı noktalarında deniz seviyesinden yüksekliği kullanabilirsiniz. Haritadaki her bir noktadaki (yükseklik) gradyanı, en dik yokuşa ulaşana kadar değeri artan bir vektör gösterecektir.
Matematikte bu terim yalnızca on dokuzuncu yüzyılın sonunda ortaya çıktı. Maxwell tarafından tanıtıldı ve bu miktar için kendi tanımlarını önerdi. Fizikçiler bu kavramı bir elektrik veya yerçekimi alanının yoğunluğunu, potansiyel enerjideki değişimi tanımlamak için kullanırlar.
Yalnızca fizik değil, diğer bilimler de "gradyan" terimini kullanır. Bu kavram hem niteliksel hem dekonsantrasyon veya sıcaklık gibi bir maddenin nicel bir özelliği.
Konsantrasyon gradyanı
Degradenin ne olduğu artık biliniyor, ancak konsantrasyon nedir? Bu, çözeltide bulunan maddenin oranını gösteren nispi bir değerdir. Kütlenin yüzdesi, bir gazdaki (çözelti) mol veya atom sayısı, bütünün bir kısmı olarak hesaplanabilir. Böyle geniş bir seçim, hemen hemen her oranı ifade etmeyi mümkün kılar. Ve sadece fizik veya biyolojide değil, aynı zamanda metafizik bilimlerde de.
Ve genel olarak, konsantrasyon gradyanı, bir maddenin ortamdaki değişim miktarını ve yönünü aynı anda karakterize eden bir vektör miktarıdır.
Tanım
Konsantrasyon gradyanını hesaplayabilir misiniz? Formülü, bir maddenin konsantrasyonundaki temel bir değişiklik ile bir maddenin iki çözelti arasında dengeyi sağlamak için üstesinden gelmesi gereken uzun bir yol arasında özeldir. Matematiksel olarak bu, С=dC/dl formülüyle ifade edilir.
İki madde arasında bir konsantrasyon gradyanı olması onların karışmasına neden olur. Parçacıklar, konsantrasyonu yüksek olan bir alandan daha düşük olana doğru hareket ederse buna difüzyon, aralarında yarı geçirgen bir engel varsa osmoz denir.
Aktif taşıma
Aktif ve pasif taşıma, maddelerin canlıların zarları veya hücre katmanları içindeki hareketini yansıtır: protozoalar, bitkiler,hayvanlar ve insanlar. Bu süreç, termal enerjinin kullanılmasıyla gerçekleşir, çünkü maddelerin geçişi bir konsantrasyon gradyanına karşı gerçekleştirilir: küçükten büyüğe. Çoğu zaman, böyle bir etkileşimi gerçekleştirmek için adenosin trifosfat veya ATP kullanılır - 38 Joule'de evrensel bir enerji kaynağı olan bir molekül.
Hücre zarlarında bulunan farklı ATP biçimleri vardır. İçlerinde bulunan enerji, madde molekülleri sözde pompalar aracılığıyla aktarıldığında açığa çıkar. Bunlar, elektrolit iyonlarını seçici olarak emen ve dışarı pompalayan hücre duvarındaki gözeneklerdir. Ek olarak, simport gibi bir taşıma modeli var. Bu durumda, iki madde aynı anda taşınır: biri hücreden çıkar, diğeri hücreye girer. Bu enerji tasarrufu sağlar.
Veziküler taşıma
Aktif ve pasif taşıma, maddelerin kabarcıklar veya veziküller biçiminde taşınmasını içerir, bu nedenle sürece sırasıyla veziküler taşıma denir. İki türü vardır:
- Endositoz. Bu durumda, katı veya sıvı maddelerin onun tarafından emilmesi sürecinde hücre zarından kabarcıklar oluşur. Veziküller düz veya kenarlı olabilir. Yumurtalar, beyaz kan hücreleri ve böbrek epiteli bu şekilde beslenmeye sahiptir.
- Egzositoz. Adından da anlaşılacağı gibi, bu işlem bir öncekinin tam tersidir. Hücrenin içinde, maddeleri veziküllere "paketleyen" organeller (örneğin, Golgi aygıtı) vardır ve bunlar daha sonra dışarı çıkarlar.zar.
Pasif taşıma: difüzyon
Konsantrasyon gradyanı boyunca (yüksekten düşüğe) hareket, enerji kullanılmadan gerçekleşir. İki tür pasif taşıma vardır: ozmoz ve difüzyon. İkincisi basit ve hafiftir.
Osmoz arasındaki temel fark, moleküllerin hareket sürecinin yarı geçirgen bir zardan gerçekleşmesidir. Ve konsantrasyon gradyanı boyunca difüzyon, iki kat lipid molekülü olan bir zara sahip hücrelerde meydana gelir. Taşınma yönü, yalnızca zarın her iki tarafındaki madde miktarına bağlıdır. Bu şekilde hidrofobik maddeler, polar moleküller, üre hücrelere nüfuz eder ve proteinler, şekerler, iyonlar ve DNA nüfuz edemez.
Difüzyon sırasında moleküller, mevcut hacmin tamamını doldurma ve zarın her iki tarafındaki konsantrasyonu eşitleme eğilimindedir. Membranın maddeye karşı geçirimsiz veya zayıf geçirgen olduğu görülür. Bu durumda, ozmotik kuvvetler, bariyeri daha yoğun hale getirebilecek veya gererek pompa kanallarının boyutunu artırabilecek ozmotik kuvvetler üzerinde etki eder.
Kolaylaştırılmış difüzyon
Konsantrasyon gradyanı bir maddenin taşınması için yeterli bir temel olmadığında, spesifik proteinler kurtarmaya gelir. ATP molekülleri gibi hücre zarında bulunurlar. Onlar sayesinde hem aktif hem de pasif taşıma gerçekleştirilebilmektedir.
Böylece büyük moleküller (proteinler, DNA) zardan geçer,amino asitleri ve şekerleri, iyonları içeren polar maddeler. Proteinlerin katılımı nedeniyle, taşıma hızı geleneksel difüzyona kıyasla birkaç kat artar. Ancak bu hızlanma bazı nedenlere bağlıdır:
- hücrenin içindeki ve dışındaki maddenin gradyanı;
- taşıyıcı molekül sayısı;
- madde-taşıyıcı bağlama oranları;
- Hücre zarının iç yüzeyindeki değişim oranı.
Buna rağmen taşıma, taşıyıcı proteinlerin çalışması sayesinde gerçekleşir ve bu durumda ATP enerjisi kullanılmaz.
Kolaylaştırılmış difüzyonu karakterize eden ana özellikler şunlardır:
- Maddelerin hızlı transferi.
- Taşıma seçiciliği.
- Doygunluk (tüm proteinler meşgul olduğunda).
- Maddeler arasındaki rekabet (protein afinitesinden dolayı).
- Belirli kimyasal ajanlara - inhibitörlere karşı duyarlılık.
Osmoz
Yukarıda bahsedildiği gibi, ozmoz, maddelerin yarı geçirgen bir zar boyunca bir konsantrasyon gradyanı boyunca hareketidir. Osmoz süreci en iyi şekilde Leshatelier-Brown prensibi ile tanımlanır. Dengede olan bir sistem dışarıdan etkilenirse, önceki durumuna dönme eğiliminde olacaktır. Osmoz olgusuyla ilk kez 18. yüzyılın ortalarında karşılaşılmış, ancak daha sonra pek önemsenmemiştir. Bu fenomenle ilgili araştırmalar ancak yüz yıl sonra başladı.
Osmoz fenomenindeki en önemli unsur, içinden yalnızca belirli moleküllerin geçmesine izin veren yarı geçirgen bir zardır.çap veya özellikler. Örneğin, farklı konsantrasyonlara sahip iki çözeltide, bariyerden sadece çözücü geçecektir. Bu, zarın her iki tarafındaki konsantrasyon aynı olana kadar devam edecektir.
Osmoz, hücrelerin yaşamında önemli bir rol oynar. Bu fenomen, yalnızca yaşamı sürdürmek için gerekli olan maddelerin onlara nüfuz etmesine izin verir. Kırmızı kan hücresi sadece su, oksijen ve besinlerin geçmesine izin veren bir zara sahiptir, ancak kırmızı kan hücresinin içinde oluşan proteinler dışarı çıkamaz.
Osmoz olgusu, günlük yaşamda da pratik uygulama bulmuştur. Yiyecekleri tuzlama sürecindeki insanlar, şüphelenmeden bile, moleküllerin bir konsantrasyon gradyanı boyunca hareket etme ilkesini tam olarak kullandılar. Doymuş salin solüsyonu ürünlerdeki tüm suyu "çekerek" ürünlerin daha uzun süre saklanmasını sağlar.
