Mis on keskendumine? Laiemas mõttes on see aine mahu ja selles lahustunud osakeste arvu suhe. Seda määratlust leidub paljudes teadusharudes, alates füüsikast ja matemaatikast kuni filosoofiani. Sel juhul räägime mõiste "kontsentratsioon" kasutamisest bioloogias ja keemias.
Gradient
Ladina keelest tõlgituna tähendab see sõna "kasvamist" või "kõndimist", see tähendab, et see on omamoodi "näitav sõrm", mis näitab, millises suunas mis tahes väärtus suureneb. Näiteks võite kasutada näiteks kõrgust merepinnast erinevates Maa punktides. Selle (kõrguse) gradient igas kaardipunktis näitab kasvava väärtusega vektorit kuni järseima tõusuni.
Matemaatikas ilmus see termin alles 19. sajandi lõpus. Selle tutvustas Maxwell ja pakkus selle koguse jaoks välja oma nimetused. Füüsikud kasutavad seda mõistet elektri- või gravitatsioonivälja intensiivsuse, potentsiaalse energia muutuse kirjeldamiseks.
Mitte ainult füüsika, vaid ka teised teadused ei kasuta terminit "gradient". See kontseptsioon võib kajastada nii kvalitatiivset kui kaaine kvantitatiivne omadus, nagu kontsentratsioon või temperatuur.
Kontsentratsioonigradient
Mis on gradient, on nüüd teada, aga mis on kontsentratsioon? See on suhteline väärtus, mis näitab lahuses sisalduva aine osakaalu. Seda saab arvutada protsendina massist, moolide või aatomite arvust gaasis (lahuses), osana tervikust. Selline lai valik võimaldab väljendada peaaegu iga suhet. Ja mitte ainult füüsikas või bioloogias, vaid ka metafüüsilistes teadustes.
Ja üldiselt on kontsentratsioonigradient vektorsuurus, mis samaaegselt iseloomustab aine hulka ja muutumise suunda keskkonnas.
Definitsioon
Kas saate arvutada kontsentratsiooni gradiendi? Selle valem on spetsiifiline aine kontsentratsiooni elementaarse muutuse ja pika tee vahel, mille aine peab läbima, et saavutada tasakaal kahe lahuse vahel. Matemaatiliselt väljendatakse seda valemiga С=dC/dl.
Kontsentratsioonigradient kahe aine vahel põhjustab nende segunemise. Kui osakesed liiguvad suurema kontsentratsiooniga al alt madalamale, nimetatakse seda difusiooniks ja kui nende vahel on poolläbilaskev takistus, nimetatakse seda osmoosiks.
Aktiivne transport
Aktiivne ja passiivne transport peegeldab ainete liikumist läbi elusolendite membraanide või rakukihtide: algloomad, taimed,loomad ja inimesed. See protsess toimub soojusenergia kasutamisega, kuna ainete üleminek toimub kontsentratsioonigradienti vastu: väiksem alt suuremale. Kõige sagedamini kasutatakse sellise interaktsiooni läbiviimiseks adenosiintrifosfaati või ATP-d – molekuli, mis on 38 džauli ulatuses universaalne energiaallikas.
Rakumembraanidel paiknevad ATP erinevad vormid. Neis sisalduv energia vabaneb ainete molekulide kandmisel nn pumpade kaudu. Need on rakuseinas olevad poorid, mis selektiivselt neelavad ja pumpavad välja elektrolüütide ioone. Lisaks on olemas selline transpordimudel nagu symport. Sel juhul transporditakse korraga kahte ainet: üks lahkub rakust ja teine siseneb sellesse. See säästab energiat.
Vesikulaarne transport
Aktiivne ja passiivne transport hõlmavad ainete transportimist mullide või vesiikulite kujul, seetõttu nimetatakse seda protsessi vastav alt vesikulaarseks transpordiks. Seda on kahte tüüpi:
- Endotsütoos. Sel juhul moodustuvad rakumembraanist mullid tahkete või vedelate ainete imendumise protsessis. Vesiikulid võivad olla siledad või ääristatud. Munades, valgelibledes ja neerude epiteelil on selline toitumisviis.
- Eksotsütoos. Nagu nimigi ütleb, on see protsess vastupidine eelmisele. Raku sees on organellid (näiteks Golgi aparaat), mis “pakivad” ained vesiikulitesse ja se alt väljuvad.membraan.
Passiivne transport: difusioon
Liikumine piki kontsentratsioonigradienti (kõrgest madalani) toimub ilma energiat kasutamata. Passiivset transporti on kahte tüüpi: osmoos ja difusioon. Viimane on lihtne ja kerge.
Peamine erinevus osmoosi vahel seisneb selles, et molekulide liikumisprotsess toimub läbi poolläbilaskva membraani. Ja difusioon piki kontsentratsioonigradienti toimub rakkudes, millel on kahe lipiidimolekuli kihiga membraan. Transpordi suund sõltub ainult aine kogusest mõlemal pool membraani. Sel viisil tungivad hüdrofoobsed ained, polaarsed molekulid, uurea rakkudesse ning valgud, suhkrud, ioonid ja DNA ei saa tungida.
Difusiooni ajal kipuvad molekulid täitma kogu saadaoleva ruumala, samuti ühtlustavad kontsentratsiooni membraani mõlemal küljel. Juhtub, et membraan on ainele mitteläbilaskev või halvasti läbitav. Sel juhul mõjuvad sellele osmootsed jõud, mis võivad muuta barjääri tihedamaks või venitada, suurendades pumpamiskanalite suurust.
Hõlbustatud levitamine
Kui kontsentratsioonigradient ei ole aine transpordiks piisav alus, tulevad appi spetsiifilised valgud. Need paiknevad rakumembraanil samamoodi nagu ATP molekulid. Tänu neile saab teostada nii aktiivset kui passiivset transporti.
Nii läbivad suured molekulid (valgud, DNA) membraani,polaarsed ained, mille hulka kuuluvad aminohapped ja suhkrud, ioonid. Tänu valkude osalemisele suureneb transpordikiirus mitu korda võrreldes tavapärase difusiooniga. Kuid see kiirendus sõltub mõnest põhjusest:
- aine gradient rakus ja väljaspool;
- kandjamolekulide arv;
- aine-kandja sidumismäärad;
- rakumembraani sisepinna muutumise kiirus.
Sellele vaatamata toimub transport tänu kandevalkude tööle ja ATP energiat sel juhul ei kasutata.
Peamised tunnused, mis iseloomustavad hõlbustatud difusiooni, on järgmised:
- Ainete kiire ülekandmine.
- Transpordi selektiivsus.
- Küllastus (kui kõik valgud on hõivatud).
- Ainetevaheline konkurents (valguafiinsuse tõttu).
- Tundlikkus spetsiifiliste keemiliste mõjurite – inhibiitorite suhtes.
Osmoos
Nagu eespool mainitud, on osmoos ainete liikumine kontsentratsioonigradienti mööda poolläbilaskvat membraani. Osmoosi protsessi kirjeldab kõige täpsem alt Leshatelier-Browni põhimõte. See ütleb, et kui tasakaalus olevat süsteemi mõjutatakse väljastpoolt, kipub see naasma oma varasemasse olekusse. Esimest korda puututi osmoosi nähtusega kokku 18. sajandi keskel, kuid siis ei pööratud sellele erilist tähtsust. Selle nähtuse uurimine algas alles sada aastat hiljem.
Osmoosi nähtuse kõige olulisem element on poolläbilaskev membraan, mis laseb sellest läbi ainult teatud molekulid.läbimõõt või omadused. Näiteks kahes erineva kontsentratsiooniga lahuses läbib barjääri ainult lahusti. See jätkub, kuni kontsentratsioon membraani mõlemal küljel on sama.
Osmoos mängib rakkude elus olulist rolli. See nähtus laseb neisse tungida ainult neil ainetel, mis on vajalikud elu säilitamiseks. Punastel verelibledel on membraan, mis laseb läbi ainult vett, hapnikku ja toitaineid, kuid punaste vereliblede sees tekkivad valgud ei pääse se alt välja.
Osmoosi fenomen on leidnud praktilist rakendust ka igapäevaelus. Seda isegi kahtlustamata kasutasid inimesed toidu soolamise protsessis täpselt molekulide liikumise põhimõtet mööda kontsentratsioonigradienti. Küllastunud soolalahus "tõmbas" toodetest kogu vee välja, võimaldades seeläbi neid kauem säilitada.
