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Definition
Ein Konzentrationsgradient findet statt, wenn Ionen oder als gelöste Partikel gekennzeichnete Partikel sich von einer höheren Partikelkonzentration in einer Lösung zu bewegen beginnen, um die Konzentrationspartikel zu senken. Eine Membran trennt beide Bereiche voneinander. Die Membran, die sie trennt, kann entweder eine durchlässige Membran, eine halbdurchlässige Membran oder eine nicht durchlässige Membran sein. Fast alle Arten von Partikeln und Ionen können die poröse Schicht leicht passieren., Die semipermeable Membran gewährt nur Zugang zu bestimmten Partikeln. Schließlich lässt die nicht durchlässige Membran keine Atome oder Partikel durchdringen.
In der Biochemie bezieht sich die Konzentration auf die in der Lösung gelöste Menge. Während Gradient im Allgemeinen die kontinuierliche Zunahme oder Abnahme einer Variablen bedeutet, die der Entfernung entspricht.
Transport
In der Biologie gibt es zwei Phänomene des Transports., Der passive Transport erfordert keine zusätzliche Energie, da der Transport von Partikeln von höheren Intensitäten zu niedrigeren Intensitäten entlang des Konzentrationsgradienten erfolgt. Um jedoch einen aktiven Transport durchzuführen, ist chemische Energie erforderlich, um Partikel gegen den Konzentrationsgradienten von niedrigeren Dichten zu höheren Dichten zu bewegen.
Diffusions-und Konzentrationsgradient
Einfache Diffusion ist ein Beispiel für passiven Transport., Dabei bewegen sich Partikel, Atome oder Ionen mit Hilfe eines Konzentrationsgradienten von einem Bereich höherer Konzentration in einen Bereich niedrigerer Konzentration. Wenn das Gleichgewicht zwischen den beiden Regionen erreicht ist, verlangsamt sich die Bewegung auf die natürliche Bewegung der Teilchen. Dieser Prozess verläuft regelmäßig zwischen der Interzellularflüssigkeit und der Außenseite einer menschlichen Zelle und tauscht gleichzeitig nützliche und Abfallprodukte aus.
Osmose und Konzentrationsgradient
Die Osmose ist der Diffusion sehr ähnlich, da beide die Bewegung von Partikeln entlang eines Konzentrationsgradienten beinhalten., Der eigentliche Unterschied ist, welches Teilchen sich bewegt. Bei der Osmose bewegt sich das Lösungsmittel durch die Membran, während sich der gelöste Stoff in der Diffusion durch die Membran bewegt. Ein osmotischer Gradient ist ein Druck, der Lösungsmittelpartikel zwingt, sich von einer höheren Konzentration zu einer niedrigeren Konzentration zu bewegen. Da ein Wassermolekül ein polares Molekül ist, benötigt es ein Transportprotein, um durch die Membran zu reisen.
Für diesen Vorgang ist keine chemische Energie erforderlich, da die Bewegung bergab geht.,
Aktiver Transport und Konzentrationsgradient
Im aktiven Transport bewegen sich Moleküle gegen den Konzentrationsgradienten. Die Bewegung von Partikeln aus einem höheren Konzentrationsbereich in einen niedrigeren Konzentrationsbereich erfordert chemische Energie. Primärer aktiver Transport wie Adenosintriphosphat erfordert chemische Energie. Ein sekundärer aktiver Transport nutzt sowohl elektrische als auch chemische Energie. Ein elektrochemischer Gradient ist der Gradient eines Ions, das in der Zelle durch eine Zellmembran defundiert. Die Diffusion von Ionen beeinflusst das elektrische Potential der Zellmembran., Wenn ein Ladungsgradient aufgetreten ist, folgen die geladenen Teilchen einer Abwärtsbewegung.
Beispiele für den Konzentrationsgradienten
Natriumsymportpumpe
Diese Pumpe verwendet einen Natrium/Kalium-Gradienten, um Glukose und Natrium zu bewegen. Glukose ist im Vergleich zu winzigen Natriumatomen, die sich oft gegen den Konzentrationsgradienten bewegen, relativ schwer zu treiben., Um dieses Problem zu lösen, koppeln einige Zellen die Bewegung von Glukose mit der Bewegung, indem sie Hilfe von einem bestimmten Protein erhalten, das es dem Natriumatom nur ermöglicht, sich zu bewegen, wenn es ein Glukosemolekül mit sich führt.
Protonengradienten
Protonengradienten, die auch als H+ – Gradienten bezeichnet werden, bilden sich aufgrund des Unterschieds der Protonenkonzentration zwischen der inneren und der äußeren Seite einer Membran. Der Transport von Protonen über die Membran durch ein Protein namens Protonenpumpe erzeugt einen Protonengradienten., Die Protonenpumpe transportiert die Protonen in den Zwischenmembranraum der Mitochondrien, was zu einer erhöhten Anzahl von Protonen außerhalb führt. So wird ein Protonengradient über die biologische Membran aufgebaut.
Atmung
Gase beteiligen sich ähnlich wie Partikel, die in verschiedenen Flüssigkeiten gelöst sind, auch am Konzentrationsgradienten. Menschen und andere lebende Organismen erhalten Sauerstoff aus ihren Lungen/Kiemen, da Sauerstoff auch dem Gesetz des Konzentrationsgradienten gehorcht. Lungen enthalten Alveolen, in denen die Luft beim Einatmen eingeschlossen ist., Sobald wir die Luft einatmen, diffundiert Sauerstoff in unserem Blut entlang des Konzentrationsgradienten. Es gibt Kapillaren über jeder Alveole, die desoxygiertes Blut tragen, was den Diffusionsprozess beschleunigt.
Tägliche Beispiele für den Konzentrationsgradienten
Wenn Sie ein Raumspray verwenden, sprühen Sie es nur auf eine Seite des Raums. Nach einer Weile breitet sich der Duft jedoch im gesamten Raum durch Diffusion entlang des Konzentrationsgradienten aus., Der Unterschied in der Duftkonzentration im gesamten Raum erzeugt einen Konzentrationsgradienten, der Partikel von einer höheren Intensität zu einer niedrigeren Intensität bewegt und schließlich ein Gleichgewicht im gesamten Raum herstellt.
FAQs
Schlussfolgerung
Eine ungleiche Konzentration von Partikeln zwischen zwei Bereichen erzeugt einen Konzentrationsgradienten, der die Partikel aus dem Bereich mit höherer Dichte in den Bereich mit niedrigerer Dichte bewegt. Der Konzentrationsgradient spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung und Aufrechterhaltung des Gleichgewichts in lebenden Organismen., Neben lebenden Arten hilft auch die Konzentration beim Umgang mit den Regeln und Vorschriften der Natur. Ohne das Vorhandensein eines Konzentrationsgradienten sind verschiedene grundlegende Lebensnotwendigkeiten, die vom Sauerstoff bis zum Energietransport im ganzen Körper reichen, nicht zu erreichen.