Konzentrationsgradient auf der Oberflächenschicht. Konzentrationsgradient von Natrium (Na) als treibende Kraft für den Membrantransport
1. Einfluss der Na/K-Pumpe (Natrium-Kalium-Pumpe) auf Membranpotential und Zellvolumen. Konstantes Zellvolumen.
3. Endozytose. Exozytose.
4. Diffusion beim Transport von Stoffen innerhalb der Zelle. Bedeutung der Diffusion bei Endozytose und Exozytose.
5. Aktiver Transport in Organellenmembranen.
6. Transport in Zellvesikeln.
7. Transport durch Bildung und Zerstörung von Organellen. Mikrofilamente.
8. Mikrotubuli. Aktive Bewegungen des Zytoskeletts.
9. Axontransport. Schneller Axontransport. Langsamer Axontransport.
10. Regulierung zellulärer Funktionen. Regulatorische Wirkung auf die Zellmembran. Membranpotential.
11. Extrazelluläre regulatorische Substanzen. synaptische Mediatoren. Lokale chemische Wirkstoffe (Histamin, Wachstumsfaktor, Hormone, Antigene).
12. Intrazelluläre Kommunikation unter Beteiligung zweiter Mediatoren. Kalzium.
13. Zyklisches Adenosinmonophosphat, cAMP. cAMP bei der Regulierung der Zellfunktion.
14. Inositphosphat „IF3“. Inosittriphosphat. Diacylglycerin.
Bedeutung Na/K-Pumpe für Käfig ist nicht auf die Stabilisierung normaler K+- und Na+-Gradienten durch die Membran beschränkt. Die im Na+-Membrangradienten gespeicherte Energie wird häufig für den Membrantransport anderer Substanzen genutzt. Zum Beispiel in Abb. 1.10 zeigt den „Symport“ von Na+- und Zuckermolekülen in die Zelle. Membrantransportprotein transportiert ein Zuckermolekül auch gegen einen Konzentrationsgradienten in die Zelle, während Na+ bewegt sich entlang des Gradienten von Konzentration und Potenzial, Bereitstellung von Energie für den Transport von Zucker. Ein solcher Transport von Zuckern hängt vollständig von der Existenz ab Natrium mit hohem Gradienten ICH; Steigt die intrazelluläre Natriumkonzentration deutlich an, stoppt der Zuckertransport.
Reis. 1.8. Das Verhältnis zwischen der Transportgeschwindigkeit von Molekülen und ihrer Konzentration (am Eintrittspunkt in den Kanal oder am Bindungspunkt der Pumpe) während der Diffusion durch den Kanal oder während des Pumptransports. Letzteres sättigt bei hohen Konzentrationen (maximale Geschwindigkeit, V max); Der Wert auf der Abszisse, der der Hälfte der maximalen Pumpengeschwindigkeit (Vmax/2) entspricht, ist die Gleichgewichtskonzentration KtFür unterschiedliche Zucker gibt es unterschiedliche Symportsysteme. Transport von Aminosäuren in die Zelle ähnelt dem in Abb. gezeigten Transport von Zuckern. 1,10; es wird auch durch den Na+-Gradienten bereitgestellt; Es gibt mindestens fünf verschiedene Symportsysteme, die jeweils auf eine Gruppe verwandter Aminosäuren spezialisiert sind.
Reis. 1.10. In der Lipiddoppelschicht der Membran eingebettete Proteine vermitteln den Import von Glucose und Na in die Zelle sowie den Ca/Na-Antiport, bei dem der Na-Gradient über die Zellmembran die treibende Kraft ist.
Außer, abgesondert, ausgenommen Symportsysteme es gibt auch Anti-Port". Einer von ihnen transportiert beispielsweise in einem Zyklus ein Calcium-Ion aus der Zelle im Austausch gegen drei einströmende Natrium-Ionen (Abb. 1.10). Die Energie für den Ca2+-Transport entsteht durch den Eintritt von drei Natriumionen entlang des Konzentrations- und Potentialgradienten. Diese Energie reicht (bei Ruhepotential) aus, um einen hohen Calciumionengradienten aufrechtzuerhalten (von weniger als 10 -7 mol/l innerhalb der Zelle bis etwa 2 mmol/l außerhalb der Zelle).
Charakterisierung des Ausmaßes und der Richtung der größten Änderung Konzentration jede Substanz in der Umwelt. Wenn wir beispielsweise zwei Regionen mit unterschiedlichen Konzentrationen einer Substanz betrachten, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind, dann wird der Konzentrationsgradient von der Region mit niedrigerer Konzentration der Substanz zu der Region mit ihrer höheren Konzentration gerichtet sein. Lua-Fehler: callParserFunction: Funktion „#property“ wurde nicht gefunden. )]][[C:Wikipedia:Artikel ohne Quellen (Land: Lua-Fehler: callParserFunction: Funktion „#property“ wurde nicht gefunden. )]] .
Definition
Der Konzentrationsgradient ist entlang der Bahn gerichtet l korrespondierend zu Normalen zur Isokonzentrationsoberfläche (semipermeable Membran). Der Wert des Konzentrationsgradienten texvc Nicht gefunden; Hilfe zur Einrichtung finden Sie in math/README.): \nabla C ist gleich dem Verhältnis der elementaren Konzentrationsänderung Gleichstrom zur elementaren Pfadlänge dl :
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Bei einem konstanten Wert des Konzentrationsgradienten C nach dem Weg l :
Der Ausdruck (ausführbare Datei) kann nicht analysiert werdentexvc Nicht gefunden; Siehe Mathe/README für Setup-Hilfe.): \nabla C = \frac(C_1 - C_2)(l)
Hier C1 Und C2- Anfangs- und Endwert der Konzentration entlang der Weglänge l(normal zur Isokonzentrationsoberfläche).
Der Konzentrationsgradient kann beispielsweise Ursache für den Transport von Stoffen sein Diffusion. Die Diffusion erfolgt gegen den Konzentrationsgradientenvektor [[C:Wikipedia:Artikel ohne Quellen (Land: Lua-Fehler: callParserFunction: Funktion „#property“ wurde nicht gefunden. )]][[C:Wikipedia:Artikel ohne Quellen (Land: Lua-Fehler: callParserFunction: Funktion „#property“ wurde nicht gefunden. )]][[C:Wikipedia:Artikel ohne Quellen (Land: Lua-Fehler: callParserFunction: Funktion „#property“ wurde nicht gefunden. )]] .
Die Maßeinheit des Konzentrationsgradienten in Internationales Einheitensystem (SI) ist der Wert −4 (mol / m 4 oder kg / m 4) sowie seine gebrochenen oder mehrfachen Ableitungen.
siehe auch
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Literatur
- Antonov V. F., Chernysh A. M., Pasechnik V. I. Biophysik – M.: VLADOS, 2000, S. 35. ISBN 5-691-00338-0
- Trifonov E.V.- St. Petersburg: 2011.
Ein Auszug, der den Konzentrationsgradienten charakterisiert
- Das sind Hexen und Vedunen, Isidora. Einer von ihnen war einmal dein Vater ... Wir bilden sie aus.Mein Herz schmerzte ... Ich wollte mit der Stimme eines Wolfes heulen und Mitleid mit mir selbst und meinem kurzen verlorenen Leben haben! Ich wirf alles weg und setze mich zu ihnen, zu diesen glücklichen Vedunen und Hexen, um es mit meinem Verstand und meinem Herzen zu wissen die ganze Tiefe des wunderbaren, von ihm so großzügig erschlossenen großen WISSEN! Brennende Tränen waren bereit, wie ein Fluss zu sprudeln, aber ich versuchte mein Bestes, sie irgendwie zurückzuhalten. Es gab keine Möglichkeit, dies zu tun, da Tränen ein weiterer „verbotener Luxus“ waren, auf den ich kein Recht hatte, wenn ich mich für einen echten Krieger hielt. Die Krieger weinten nicht. Sie haben gekämpft und gewonnen, und wenn sie gestorben sind, dann sicherlich nicht mit Tränen in den Augen ... Anscheinend war ich einfach nur sehr müde. Aus Einsamkeit und Schmerz... Aus ständiger Angst um die Angehörigen... Aus einem endlosen Kampf, aus dem sie nicht die geringste Hoffnung hatte, als Siegerin hervorzugehen. Ich brauchte wirklich einen Hauch frischer Luft, und diese Luft war für mich meine Tochter Anna. Aber aus irgendeinem Grund war sie nirgends zu sehen, obwohl ich wusste, dass Anna hier bei ihnen war, auf diesem wunderbaren und seltsamen, „abgeschlossenen“ Land.
Sever stand neben mir am Rande der Schlucht und tiefe Traurigkeit lauerte in seinen grauen Augen. Ich wollte ihn fragen: Werde ich ihn jemals sehen? Aber es fehlte die Kraft. Ich wollte mich nicht verabschieden. Wollte nicht gehen. Das Leben hier war so weise und ruhig, und alles schien so einfach und gut! Aber dort, in meiner grausamen und unvollkommenen Welt, starben gute Menschen, und es war Zeit zurückzukehren, um zu versuchen, zumindest jemanden zu retten ... Dies ist real, war meine Welt, egal wie beängstigend sie war. Und mein Vater, der dort blieb, litt wahrscheinlich schwer und konnte sich nicht aus den Fängen von Caraffa befreien, den ich ironischerweise, egal was es mich kosten würde, vernichten wollte, auch wenn ich dafür mein kurzes und so teures Leben aufgeben musste mein Leben...
– Darf ich Anna sehen? - Mit Hoffnung in meiner Seele fragte ich Severa.
– Verzeih mir, Isidora, Anna macht gerade eine „Reinigung“ von weltlichem Trubel durch... Bevor sie denselben Saal betritt, in dem du gerade warst. Sie kann jetzt nicht zu dir kommen...
„Aber warum musste ich nichts „reinigen“? Ich war überrascht. - Anna ist noch ein Kind, sie hat nicht allzu viel weltlichen „Dreck“, oder?
GRADIENT(lat. gradiens, Gradient Walking) – ein Vektorwert, der die Richtung der schnellsten Änderung in einer Funktion angibt. Das Konzept von G. wird häufig in der physikalischen Physik verwendet. Chemie, Meteorologie und andere Wissenschaften zur Charakterisierung der Änderungsrate einer beliebigen Größe pro Längeneinheit in Richtung ihres maximalen Wachstums; G. ist in der Biologie eine quantitative Veränderung von Morphologien oder funktionellen (einschließlich biochemischen) Eigenschaften entlang einer der Achsen eines Körpers, Körpers oder einer Zelle in jedem Stadium ihrer Entwicklung. G., der die Veränderung eines beliebigen Fiziols widerspiegelt, ein Indikator (z. B. die Intensität eines Stoffwechsels), Name Fiziol, ein Gradient (vgl. physiologischer Gradient). Bei der Betrachtung verschiedener biologischer Prozesse treten häufiger G. eines elektrischen Feldes, Konzentration G., osmotische G., hydrostatische G. und Temperatur G. auf.
Der elektrische Feldgradient in biologischen Objekten entsteht durch die Bewegung von Ionen innerhalb von Zellen und Geweben oder durch die Anwendung einer externen Quelle eines elektrischen Feldes, beispielsweise während der Galvanisierung (siehe Galvanisierung, Elektrophorese). Besonders große Werte G. eines elektrischen Feldes finden auf Biol, Membranen statt. Also bei einer Membrandicke von ca. 10 nm und wenn sich das Potential um 10 ändert, beträgt der Gradient des elektrischen Feldes darauf 104 V/cm. Eine solch signifikante Änderung des internen elektrischen Feldes der Membran kann zu einer Änderung ihrer Polarisation und des Ordnungsgrades in ihrer Struktur führen. Es gibt einen Schwellenwert des G.-Potentials, bei dem Zellen ein Aktionspotential erzeugen (siehe Bioelektrische Potentiale, Anregung).
Der Konzentrationsgradient in lebenden Geweben tritt auf, wenn ein erheblicher Unterschied in der Ionenkonzentration in der inneren und äußeren Umgebung besteht, beispielsweise eine hohe innere Konzentration an Kaliumionen und eine niedrige Konzentration an Natrium- und Chlorionen. In der Faser des Rattenherzmuskels befinden sich also 140 µmol Kaliumionen und 13 µmol Natriumionen pro 1 g intrazelluläres Wasser. Die äußere Umgebung enthält 2,7 µmol Kaliumionen und 150 µmol Natriumionen. Konzentration G. von Kaliumionen kann durch die Existenz des sogenannten erklärt werden. Donnan-Gleichgewicht (siehe Membrangleichgewicht) auf beiden Seiten der Biol,membran. In diesem Fall verursachen nicht diffundierende Anionen (z. B. Anionen von Proteinmakromolekülen) eine ungleichmäßige Verteilung der Konzentration sowohl von Anionen (z. B. C –) als auch von Kationen (z. B. K +) auf beiden Seiten der Membran. Das Vorhandensein der Konzentration G von Natriumionen kann nicht durch das Donnan-Gleichgewicht erklärt werden, und die Übertragung von Natriumionen gegen die Konzentration G wird durch das Vorhandensein eines aktiven Ionentransports erklärt (siehe). Konzentration G. von Ionen kann auch als Folge von Stoffwechselprozessen auftreten. Infolgedessen führen alle Prozesse der Umverteilung von Ionen auf verschiedene Seiten von Biol- und Membranmembranen zum Entstehen von Ruhepotentialen (siehe Bioelektrische Potentiale).
Der Ein- und Austritt verschiedener Substanzen aus Zellen erfolgt aufgrund der Anwesenheit von G. in ihrer Konzentration. Die Diffusionsgeschwindigkeit von Stoffen wird durch das Verhältnis dn/dt =Dq grad C bestimmt, wobei n die Anzahl der durch die Oberfläche diffundierenden Moleküle q und D der Koeffizient ist. Diffusion, Grad C – Konzentrationsgradient; Der Diffusionskoeffizient wird durch die Viskosität des Mediums und die Größe der Moleküle des Stoffes bestimmt. Der Unterschied in der Diffusionsgeschwindigkeit von Kationen und Anionen (ihrer Mobilität) führt zum Auftreten eines Diffusionspotentials φ, das an der Grenze zweier kontaktierender Lösungen auftritt und durch die Nernst-Gleichung beschrieben wird:
wobei U die Beweglichkeit des Kations ist, V die Beweglichkeit des Anions ist, C1 und C2 die Elektrolytkonzentration in zwei angrenzenden Lösungen sind; R – Gaskonstante, T – absolute Temperatur, n – Ionenladung, F – Faraday-Zahl. Das Diffusionspotential ist minimal, wenn die Kationen- und Anionenmobilitäten gleich oder nahe beieinander sind, beispielsweise im Fall einer KCl-Lösung. Daher wird dieser Elektrolyt in der Biologie und Medizin als flüssiger Leiter bei der Galvanisierung, Elektrophorese usw. verwendet.
Der osmotische Gradient charakterisiert den Unterschied im osmotischen Druck (siehe) im Lösungsmittel-Lösungssystem, das durch eine semipermeable Membran getrennt ist, d. h. durchlässig für Lösungsmittelmoleküle, aber undurchlässig für den gelösten Stoff. Unter osmotischem Druck versteht man in diesem Fall die Größe der Kraft, die auf die Lösung ausgeübt werden muss, um die Bewegung des Lösungsmittels in Richtung Lösung zu stoppen. Wenn sich der osmotische Druck in der äußeren Umgebung der Zelle ändert (z. B. wenn er ansteigt), gelangt Wasser in die Zelle; Die Geschwindigkeit des Wasserzuflusses ist in diesem Fall proportional zum osmotischen G. (zwischen der inneren und äußeren Umgebung der Zelle). Für Erythrozyten beträgt die Wasserpenetrationsrate also 2,5 μm 3 /msm 2 -min-atm. Der Wert des osmotischen Drucks des Blutes höherer Tiere liegt bei ca. 40 mm WS Kunst. und macht einen kleinen Teil des Gesamtblutdrucks aus. Wenn der Protein- oder Salzstoffwechsel gestört ist, ändert sich auch der osmotische Druck, beispielsweise mit seinem Anstieg gelangt Wasser in das Gewebe und verursacht Ödeme (siehe).
Der hydrostatische Gradient charakterisiert den Druckunterschied zwischen der äußeren und inneren Umgebung der Zelle, des gesamten Organismus oder seiner einzelnen Teile. Somit führt die Arbeit des Herzens zum Auftreten eines hydrostatischen Gradienten. Im arteriellen Teil des Kreislaufsystems entsteht ein positiver hydrostatischer Druck, im venösen ein negativer (siehe Blutdruck). Der hydrostatische Druck kann den osmotischen Druck kompensieren, der in den Kapillaren des Kreislaufsystems entsteht. Mit dem Wachstum von hydrostatischem G. (z. B. bei Bluthochdruck) nimmt die Freisetzung von Wasser aus dem Blutkreislauf in das Gewebe zu, was zu Ödemen führen kann.
Der Temperaturgradient, der aus dem Temperaturunterschied innerhalb und außerhalb der Zelle entsteht, beeinflusst maßgeblich nahezu alle Lebensprozesse. So erhöht sich die Diffusionsrate der Elektrolyte um 30–40 %, wenn die Temperatur um 10 °C steigt. Die elektrische Leitfähigkeit von Zellen erhöht sich etwa um den gleichen Betrag. Die Wärmeübertragung ist proportional zur Temperatur auf beiden Seiten der Oberfläche; Dabei ist Q = -λgrad T, wobei Q die durch die wärmeleitende Oberfläche übertragene Wärmemenge und λ der Koeffizient ist. Wärmeleitfähigkeit, T ist die absolute Temperatur. Die Hauptwärmequelle im menschlichen und tierischen Körper sind exotherme Prozesse, die bei der Arbeit von Muskeln und inneren Organen auftreten. Wärmeabfuhr (z. B. von der Oberfläche des menschlichen Körpers) kann auch durch Konvektion, Strahlung und Verdunstung erfolgen. Alle diese Prozesse beschleunigen sich mit steigender Temperatur G.
Literaturverzeichnis: Bayer W. Biophysik, trans. aus dem Deutschen, M., 1962; Biophysik, hrsg. B. N. Tarusova und O. R. Colle. Moskau, 1968. Pasynsky A. G. Biophysikalische Chemie, M., 1968.
Yu. M. Petrusevich.
Konzentrationsgradient oder Konzentrationsgradient ist eine vektorielle physikalische Größe, die das Ausmaß und die Richtung der größten Konzentrationsänderung eines Stoffes in der Umwelt charakterisiert. Wenn wir beispielsweise zwei Regionen mit unterschiedlichen Konzentrationen einer Substanz betrachten, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind, dann wird der Konzentrationsgradient von der Region mit niedrigerer Konzentration der Substanz zu der Region mit ihrer höheren Konzentration gerichtet sein.Definition
Der Konzentrationsgradient ist entlang der Bahn gerichtet l entsprechend der Normalen zur Isokonzentrationsoberfläche (semipermeable Membran). Der Wert des Konzentrationsgradienten ist gleich dem Verhältnis der elementaren Konzentrationsänderung Gleichstrom zur elementaren Pfadlänge dl :
Bei einem konstanten Wert des Konzentrationsgradienten C nach dem Weg l :
Hier C1 Und C2- Anfangs- und Endwert der Konzentration entlang der Weglänge l(normal zur Isokonzentrationsoberfläche).
Die Maßeinheit des Konzentrationsgradienten im Internationalen Einheitensystem (SI) ist der Wert −4 (mol/m 4 oder kg/m 4) sowie seine gebrochenen oder mehrfachen Ableitungen.
siehe auch
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Literatur
- Antonov V. F., Chernysh A. M., Pasechnik V. I. Biophysik – M.: VLADOS, 2000, S. 35. ISBN 5-691-00338-0
- Trifonov E.V.- St. Petersburg: 2011.
Ein Auszug, der den Konzentrationsgradienten charakterisiert
Ich habe ihn darüber informiert. Bitte inspirieren Sie Leppich, sorgfältig auf den Ort zu achten, an dem er zum ersten Mal hinabsteigen wird, um keinen Fehler zu machen und in die Hände des Feindes zu fallen. Es ist notwendig, dass er seine Bewegungen mit den Bewegungen des Oberbefehlshabers vergleicht.]Als Pierre von Vorontsovo nach Hause zurückkehrte und den Bolotnaja-Platz entlangfuhr, sah er eine Menschenmenge auf dem Hinrichtungsgelände, hielt an und stieg aus der Droschke. Es handelte sich um die Hinrichtung eines französischen Kochs, dem Spionage vorgeworfen wurde. Die Hinrichtung war gerade zu Ende, und der Henker band einen erbärmlich stöhnenden dicken Mann mit rotem Schnurrbart, blauen Strümpfen und grüner Jacke von der Stute los. Ein weiterer Krimineller, dünn und blass, stand genau dort. Ihren Gesichtern nach zu urteilen, waren beide Franzosen. Mit einem verängstigten, schmerzerfüllten Blick, ähnlich dem eines dünnen Franzosen, drängte sich Pierre durch die Menge.
- Was ist das? WHO? Wofür? er hat gefragt. Aber die Aufmerksamkeit der Menge – Beamte, Bürger, Kaufleute, Bauern, Frauen in Mänteln und Pelzmänteln – war so eifrig auf das Geschehen auf dem Hinrichtungsplatz gerichtet, dass ihm niemand antwortete. Der dicke Mann stand stirnrunzelnd auf, zuckte mit den Schultern und begann, offensichtlich um Festigkeit auszudrücken, sein Wams anzuziehen, ohne sich umzusehen; aber plötzlich zitterten seine Lippen und er weinte, wütend auf sich selbst, wie erwachsene, sanguinische Menschen weinen. Die Menge sprach laut, wie es Pierre vorkam, um das Gefühl des Mitleids an sich zu übertönen.
- Jemandes Koch ist fürstlich ...
„Was, Monsieur, es ist klar, dass die russische Soße für den Franzosen sauer war ... er verzog den Mund“, sagte der runzlige Angestellte, der neben Pierre stand, während der Franzose zu weinen begann. Der Angestellte sah sich um und erwartete offenbar eine Einschätzung seines Witzes. Einige lachten, andere blickten ängstlich weiter auf den Henker, der einen anderen auszog.
Pierre schnupperte durch die Nase, verzog das Gesicht, drehte sich schnell um und ging zurück zur Droschke, ohne aufzuhören, etwas vor sich hin zu murmeln, während er ging und sich setzte. Als die Fahrt voranschritt, schauderte er mehrmals und schrie so laut, dass der Kutscher ihn fragte:
- Was bestellen Sie?
- Wo gehst du hin? - Pierre schrie den Kutscher an, der zur Lubjanka fuhr.
„Sie haben dem Oberbefehlshaber befohlen“, antwortete der Kutscher.
