Mitä keskittyminen on? Laajassa merkityksessä tämä on aineen tilavuuden ja siihen liuenneiden hiukkasten lukumäärän suhde. Tämä määritelmä löytyy monilta tieteenaloilta fysiikasta ja matematiikasta filosofiaan. Tässä tapauksessa puhumme "keskittyminen" -käsitteen käytöstä biologiassa ja kemiassa.
Gradientti
Latinasta käännettynä tämä sana tarkoittaa "kasvaa" tai "kävelyä", eli se on eräänlainen "osoittajasormi", joka näyttää suunnan, johon mikä tahansa arvo kasvaa. Esimerkkinä voit käyttää esimerkiksi korkeutta merenpinnan yläpuolella eri kohdissa maapallolla. Sen (korkeus)k altevuus kussakin yksittäisessä kartan pisteessä näyttää vektorin, jonka arvo on kasvava, kunnes se saavuttaa jyrkimmän nousun.
Matematiikassa tämä termi ilmestyi vasta 1800-luvun lopulla. Maxwell esitteli sen ja ehdotti omat nimensä tälle määrälle. Fyysikot käyttävät tätä käsitettä kuvaamaan sähkö- tai gravitaatiokentän voimakkuutta, muutosta potentiaalienergiassa.
Ei vain fysiikka, vaan myös muut tieteet käyttävät termiä "gradientti". Tämä käsite voi heijastaa sekä laadullisia ettäaineen määrällinen ominaisuus, kuten pitoisuus tai lämpötila.
Pitoisuusgradientti
Mikä on gradientti, tiedetään nyt, mutta mikä on pitoisuus? Tämä on suhteellinen arvo, joka osoittaa liuoksessa olevan aineen osuuden. Se voidaan laskea prosentteina massasta, moolien tai atomien lukumäärästä kaasussa (liuoksessa), murto-osana kokonaisuudesta. Tällainen laaja valikoima mahdollistaa melkein minkä tahansa suhteen ilmaisemisen. Eikä vain fysiikassa tai biologiassa, vaan myös metafysikaalisissa tieteissä.
Ja yleensä pitoisuusgradientti on vektorisuure, joka samanaikaisesti kuvaa aineen määrää ja muutossuuntaa ympäristössä.
Määritelmä
Voitko laskea pitoisuusgradientin? Sen kaava on erityinen aineen pitoisuuden perusmuutoksen ja pitkän matkan välillä, joka aineen on voitettava saavuttaakseen tasapainon kahden liuoksen välillä. Matemaattisesti tämä ilmaistaan kaavalla С=dC/dl.
Konsentraatiogradientti kahden aineen välillä saa ne sekoittumaan. Jos hiukkaset siirtyvät alueelta, jolla on suurempi pitoisuus, pienemmälle, sitä kutsutaan diffuusioksi, ja jos niiden välissä on puoliläpäisevä este, sitä kutsutaan osmoosiksi.
Aktiivinen liikenne
Aktiivinen ja passiivinen kuljetus heijastelee aineiden liikkumista elävien olentojen kalvojen tai solukerrosten läpi: alkueläimet, kasvit,eläimet ja ihmiset. Tämä prosessi tapahtuu lämpöenergian käytöllä, koska aineiden siirtyminen tapahtuu pitoisuusgradienttia vastaan: pienemmästä suurempaan. Useimmiten tällaisen vuorovaikutuksen toteuttamiseen käytetään adenosiinitrifosfaattia tai ATP:tä - molekyyliä, joka on universaali energianlähde 38 joulessa.
On olemassa erilaisia ATP:n muotoja, jotka sijaitsevat solukalvoilla. Niiden sisältämä energia vapautuu, kun ainemolekyylit siirtyvät ns. pumppujen kautta. Nämä ovat soluseinän huokoset, jotka selektiivisesti absorboivat ja pumppaavat pois elektrolyytti-ioneja. Lisäksi on olemassa sellainen kuljetusmalli kuin symport. Tässä tapauksessa kaksi ainetta kuljetetaan samanaikaisesti: yksi poistuu solusta ja toinen tulee siihen. Tämä säästää energiaa.
Vesikulaariliikenne
Aktiivinen ja passiivinen kuljetus käsittävät aineiden kuljetuksen kuplien tai rakkuloiden muodossa, joten prosessia kutsutaan vastaavasti vesikulaariseksi kuljetukseksi. Sitä on kahdenlaisia:
- Endosytoosi. Tässä tapauksessa solukalvosta muodostuu kuplia kiinteiden tai nestemäisten aineiden imeytymisen aikana. Rakkulat voivat olla sileitä tai reunustettuja. Munat, valkosolut ja munuaisten epiteeli syövät näin.
- Eksosytoosi. Kuten nimestä voi päätellä, tämä prosessi on päinvastainen kuin edellinen. Solun sisällä on organelleja (esimerkiksi Golgi-laite), jotka "pakkaavat" aineita rakkuloihin ja poistuvat sen jälkeenkalvo.
Passiivinen kuljetus: diffuusio
Liikkuminen pitoisuusgradienttia pitkin (korkeasta matalaan) tapahtuu ilman energian käyttöä. Passiivista kuljetusta on kahta tyyppiä: osmoosi ja diffuusio. Jälkimmäinen on yksinkertainen ja kevyt.
Osmoosin pääasiallinen ero on se, että molekyylit liikkuvat puoliläpäisevän kalvon läpi. Ja diffuusio pitoisuusgradienttia pitkin tapahtuu soluissa, joissa on kalvo, jossa on kaksi kerrosta lipidimolekyylejä. Kuljetussuunta riippuu vain aineen määrästä kalvon molemmilla puolilla. Tällä tavalla hydrofobiset aineet, polaariset molekyylit, urea tunkeutuu soluihin, eivätkä proteiinit, sokerit, ionit ja DNA pääse tunkeutumaan.
Diffuusion aikana molekyyleillä on taipumus täyttää koko käytettävissä oleva tilavuus sekä tasata pitoisuus kalvon molemmilla puolilla. Tapahtuu, että kalvo on läpäisemätön tai huonosti ainetta läpäisevä. Tällöin siihen vaikuttavat osmoottiset voimat, jotka voivat joko tehdä esteestä tiheämmän tai venyttää sitä, mikä lisää pumppauskanavien kokoa.
Helpotettu leviäminen
Kun pitoisuusgradientti ei ole riittävä perusta aineen kuljetukselle, tietyt proteiinit tulevat apuun. Ne sijaitsevat solukalvolla samalla tavalla kuin ATP-molekyylit. Niiden ansiosta voidaan suorittaa sekä aktiivinen että passiivinen kuljetus.
Tällä tavalla suuret molekyylit (proteiinit, DNA) kulkevat kalvon läpi,polaariset aineet, joihin kuuluvat aminohapot ja sokerit, ionit. Proteiinien osallistumisen ansiosta kuljetusnopeus kasvaa useita kertoja tavanomaiseen diffuusioon verrattuna. Mutta tämä kiihtyvyys riippuu joistakin syistä:
- aineen gradientti solun sisällä ja ulkopuolella;
- kantajamolekyylien lukumäärä;
- aineiden kantaja-aineiden sitomisaste;
- muutosnopeus solukalvon sisäpinnassa.
Tästä huolimatta kuljetus tapahtuu kantajaproteiinien työn ansiosta, eikä ATP-energiaa käytetä tässä tapauksessa.
Pääpiirteet, jotka luonnehtivat helpotettua diffuusiota, ovat:
- Aineiden nopea siirto.
- Kuljetuksen valikoivuus.
- Kyllästys (kun kaikki proteiinit ovat kiireisiä).
- Aineiden välinen kilpailu (proteiiniaffiniteetin vuoksi).
- Herkkyys tietyille kemiallisille aineille - estäjille.
Osmoosi
Kuten edellä mainittiin, osmoosi on aineiden liikkumista pitoisuusgradienttia pitkin puoliläpäisevän kalvon poikki. Osmoosiprosessia kuvaa parhaiten Leshatelier-Brown-periaate. Se sanoo, että jos tasapainossa olevaan järjestelmään vaikuttaa ulkopuolelta, se pyrkii palaamaan edelliseen tilaan. Osmoosi-ilmiö havaittiin ensimmäisen kerran 1700-luvun puolivälissä, mutta silloin sille ei annettu suurta merkitystä. Ilmiön tutkimus aloitettiin vasta sata vuotta myöhemmin.
Osmoosiilmiön tärkein elementti on puoliläpäisevä kalvo, joka päästää vain tietyt molekyylit kulkemaan sen läpi.halkaisija tai ominaisuuksia. Esimerkiksi kahdessa liuoksessa, joilla on eri pitoisuus, vain liuotin kulkee esteen läpi. Tämä jatkuu, kunnes pitoisuus kalvon molemmilla puolilla on sama.
Osmoosilla on merkittävä rooli solujen elämässä. Tämä ilmiö sallii vain niiden aineiden, jotka ovat välttämättömiä elämän ylläpitämiseksi, tunkeutua niihin. Punasolussa on kalvo, joka päästää vain veden, hapen ja ravinteiden läpi, mutta punasolun sisällä muodostuvat proteiinit eivät pääse ulos.
Osmoosi-ilmiö on löytänyt käytännön sovellusta myös jokapäiväisessä elämässä. Edes sitä epäilemättä ihmiset suolaamassa ruokaa käyttivät juuri periaatetta molekyylien liikkumisesta pitoisuusgradienttia pitkin. Kyllästetty suolaliuos "vei ulos" kaiken veden tuotteista, jolloin ne säilyivät pidempään.
