Gradient de concentrație pe stratul de suprafață. Gradientul de concentrație de sodiu (Na) ca forță motrice pentru transportul membranar

Cuprinsul temei „Endocitoză. Exocitoză. Reglarea funcțiilor celulare.”:
1. Efectul pompei Na/K (pompa sodiu potasiu) asupra potențialului membranei și volumului celular. Volum celular constant.

3. Endocitoza. exocitoză.
4. Difuzia în transportul substanţelor în interiorul celulei. Importanța difuziei în endocitoză și exocitoză.
5. Transport activ în membranele organite.
6. Transport în veziculele celulare.
7. Transport prin formarea și distrugerea organelelor. Microfilamente.
8. Microtubuli. Mișcări active ale citoscheletului.
9. Transportul axonilor. Transport rapid axonilor. Transport lent axonilor.
10. Reglarea funcţiilor celulare. Efecte de reglare asupra membranei celulare. Potențial de membrană.
11. Substanțe reglatoare extracelulare. Mediatori sinaptici. Agenți chimici locali (histamină, factor de creștere, hormoni, antigeni).
12. Comunicare intracelulară cu participarea mesagerilor secundi. Calciu.
13. Adenozin monofosfat ciclic, cAMP. cAMP în reglarea funcției celulare.
14. Fosfat de inozitol „IF3”. Trifosfat de inozitol. Diacilglicerol.

Sens Pompă Na/K pentru celulă nu se limitează la stabilizarea gradienților normali de K+ și Na+ de-a lungul membranei. Energia stocată în gradientul de Na+ al membranei este adesea folosită pentru a facilita transportul membranar al altor substanțe. De exemplu, în Fig. Figura 1.10 arată „simportul” Na+ și a unei molecule de zahăr în celulă. Proteine ​​de transport membranar transportă o moleculă de zahăr în celulă chiar și împotriva unui gradient de concentrație, în același timp Na+ se deplasează de-a lungul gradienților de concentrare și potențial, oferind energie pentru transportul zaharurilor. Un astfel de transport al lui Saharov depinde complet de existență gradient ridicat de sodiu eu; daca concentratia intracelulara de sodiu creste semnificativ, transportul zaharurilor se opreste.

Orez. 1.8. Relația dintre viteza de transport a moleculelor și concentrația lor (la intrarea în canal sau la locul de legare al pompei) în timpul difuziei prin canal sau în timpul transportului prin pompare. Acesta din urmă devine saturat la concentrații mari (viteză maximă, V max); valoarea de pe axa x corespunzătoare jumătate din viteza maximă a pompei (Vmax/2) este concentrația de echilibru a Kt

Există diferite sisteme de simport pentru diferite zaharuri. Transportul aminoacizilorîn celulă este similar cu transportul zaharurilor prezentat în Fig. 1,10; este asigurată și de gradientul de Na+; Există cel puțin cinci sisteme de transport diferite, fiecare specializat pentru un grup de aminoacizi înrudiți.

Orez. 1.10. Proteinele scufundate în stratul dublu lipidic al membranei mediază simportul glucozei și Na în celulă, precum și antiportul Ca/Na, în care forța motrice este gradientul Na de pe membrana celulară.

in afara de asta sisteme de simport există, de asemenea " anti-portarii" Unul dintre ei, de exemplu, transferă un ion de calciu din celulă într-un ciclu, în schimbul a trei ioni de sodiu (Fig. 1.10). Energia pentru transportul Ca2+ este generată de intrarea a trei ioni de sodiu de-a lungul gradientului de concentrație și potențial. Această energie este suficientă (la potențialul de repaus) pentru a menține un gradient ridicat de ioni de calciu (de la mai puțin de 10 -7 mol/L în interiorul celulei la aproximativ 2 mmol/L în afara celulei).

Caracterizarea amplorii și direcției celei mai mari schimbări concentratii orice substanță din mediu. De exemplu, dacă luăm în considerare două zone cu concentrații diferite ale unei substanțe, separate de o membrană semi-permeabilă, atunci gradientul de concentrație va fi direcționat din zona de concentrație mai mică a substanței către zona cu concentrație mai mare. Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]][[K:Wikipedia:Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]] .

Definiție

Gradientul de concentrație este direcționat de-a lungul căii l, corespunzătoare normali la suprafaţa de izoconcentrare (membrană semipermeabilă). Valoarea gradientului de concentrație texvc nu a fost găsit; Vezi matematică/README - ajutor la configurare.): \nabla C egal cu raportul modificării elementare a concentrației DC până la lungimea căii elementare dl :

Nu se poate analiza expresia (Fișier executabil texvc nu a fost găsit; Consultați matematica/README pentru ajutor pentru configurare.): \nabla C = \frac(dC)(dl)

La un gradient de concentrație constant C pe parcurs l :

Nu se poate analiza expresia (Fișier executabil texvc nu a fost găsit; Vezi matematică/README - ajutor la configurare.): \nabla C = \frac(C_1 - C_2)(l)

Aici C 1Și C 2- valoarea concentrației inițială și finală pe lungimea traseului l(normal la suprafața de izoconcentrare).

Gradienții de concentrație pot fi responsabili pentru transportul de substanțe, de ex. difuziune. Difuzia are loc împotriva vectorului gradientului de concentrație [[K:Wikipedia:Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]][[K:Wikipedia:Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]][[K:Wikipedia:Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]] .

Unitatea de măsură pentru gradientul de concentrație este Sistemul internațional de unități (SI) este valoarea −4 (mol/m 4 sau kg/m 4), precum și derivatele sale fracționare sau multiple.

Vezi si

Scrieți o recenzie despre articolul „Gradientul de concentrare”

Literatură

• Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I. Biofizică - M.: VLADOS, 2000, p. 35. ISBN 5-691-00338-0
• Trifonov E. V.- Sankt Petersburg: 2011.

Un fragment care caracterizează Gradientul de Concentrație

– Acestea sunt Vrăjitoare și Vrăjitori, Isidora. Tatăl tău a fost odată unul dintre ei... Îi antrenăm.
Mă durea inima... Îmi venea să urlu cu voce de lup, milă de mine și de scurta mea viață pierdută!.. Aruncând totul, așează-te cu ei, cu acești vrăjitori și vrăjitoare fericiți, ca să știu cu mintea mea. și inimă toată adâncimea minunatului, atât de generos le-a dezvăluit marea CUNOAȘTERE! Lacrimile arzătoare erau gata să curgă ca un râu, dar am încercat cu ultimele mele puteri să le rețin cumva. Nu exista nicio modalitate de a face asta, deoarece lacrimile erau un alt „lux interzis” la care nu aveam dreptul dacă mă consideram un adevărat Războinic. Soldații nu plângeau. Au luptat și au câștigat, iar dacă au murit, cu siguranță nu a fost cu lacrimi în ochi... Aparent, eram doar foarte obosit. Din singurătate și durere... Din teamă constantă pentru familia mea... Dintr-o luptă nesfârșită în care nu aveam nici cea mai mică speranță de a ieși învingător. Chiar aveam nevoie de o gură de aer proaspăt, iar acel aer pentru mine era fiica mea, Anna. Dar dintr-un motiv oarecare, ea nu era văzută nicăieri, deși știam că Anna era aici, cu ei, pe acest minunat și ciudat pământ „închis”.
Sever stătea lângă mine pe marginea defileului, iar în ochii lui cenușii îi pândea o tristețe profundă. Am vrut să-l întreb - îl voi vedea vreodată? Dar nu era suficientă forță. Nu am vrut să-mi iau rămas bun. Nu am vrut să plec. Viața aici era atât de înțeleaptă și de calmă, și totul părea atât de simplu și de bine!.. Dar acolo, în lumea mea crudă și imperfectă, oameni buni mureau și era timpul să mă întorc să încerc să salvez măcar pe cineva... Asta este cu adevărat lumea mea, indiferent cât de înfricoșătoare ar fi. Iar tatăl meu, care a rămas acolo, a suferit poate crunt, neputând scăpa din ghearele lui Caraffa, pe care am hotărât ferm, indiferent de cost, să-l distrug, chiar dacă pentru aceasta trebuia să renunț la scurtul și atât de dragul meu. viata mea...
— Pot să o văd pe Anna? – l-am întrebat pe Sever cu speranță în suflet.
– Iartă-mă, Isidora, Anna se „curăță” din forfota lumii... Înainte să intre în aceeași sală în care erai tu acum. Nu va putea veni la tine acum...
– Dar de ce nu trebuia să „curăț” nimic? - Am fost surprins. – Anna este încă o copilă, nu are prea multă „murdărie”, nu-i așa?

GRADIENT(lat. gradienți, gradient walking) - o mărime vectorială care arată direcția celei mai rapide schimbări a oricărei funcții. Conceptul de g. este utilizat pe scară largă în fizică, fizică. chimie, meteorologie și alte științe pentru a caracteriza rata de schimbare a oricărei cantități pe unitatea de lungime în direcția creșterii sale maxime; G. în biologie este o modificare cantitativă a morfolului sau a proprietăților funcționale (inclusiv biochimice) de-a lungul uneia dintre axele corpului, organului sau celulei în orice stadiu al dezvoltării lor. G., care reflectă o modificare a oricărui indicator fiziol (de exemplu, rata metabolică), se numește physiol, gradient (vezi Gradient fiziologic). Atunci când se iau în considerare diferite biol, procesele sunt mai des întâlnite cu hidroliza câmpului electric, hidroliza concentrației, hidroliza osmotică, hidroliza hidrostatică hidrostatică și hidrodinamica hidrostatică a temperaturii.

Gradientul câmpului electric în obiectele biologice apare ca urmare a mișcării ionilor în interiorul celulelor și țesuturilor sau datorită aplicării unei surse externe de câmp electric, de exemplu, în timpul galvanizării (vezi Galvanizare, Electroforeză). Valori deosebit de mari ale câmpului electric G. apar pe membranele biol. Deci, cu o grosime a membranei de aprox. 10 nm și când potențialul se modifică cu 10, gradientul câmpului electric de-a lungul acestuia va fi de 104 V/cm. O astfel de modificare semnificativă a câmpului electric intern al membranei poate duce la o modificare a polarizării acesteia și a gradului de ordonare a structurii sale. Există o valoare de prag a potențialului G., la care celulele generează un potențial de acțiune (vezi potențiale bioelectrice, Excitație).

Un gradient de concentrație în țesuturile vii apare atunci când există o diferență semnificativă în concentrația de ioni în mediul intern și extern, de exemplu, o concentrație internă ridicată de ioni de potasiu și o concentrație scăzută de ioni de sodiu și clor. Astfel, în interiorul fibrei mușchiului inimii de șobolan există 140 µmol de ioni de potasiu și 13 µmol de ioni de sodiu per 1 g de apă intracelulară. Mediul extern conține 2,7 µmol de ioni de potasiu și 150 µmol de ioni de sodiu. Concentrația ionilor de potasiu poate fi explicată prin existența așa-numitului. Echilibrul Donnan (vezi Echilibrul membranei) pe ambele părți ale membranei biol. În acest caz, anionii nedifuzanți (de exemplu, anionii macromoleculelor de proteine) provoacă o distribuție neuniformă a concentrației ambelor anioni (de exemplu, C -) și a cationilor (de exemplu, K +) pe ambele părți ale membranei. Existența gazului de concentrare a ionilor de sodiu nu poate fi explicată prin echilibrul Donnan, iar transferul ionilor de sodiu împotriva gazului de concentrare se explică prin existența transportului activ al ionilor (vezi). Concentrația G. a ionilor poate apărea și ca urmare a proceselor metabolice. Ca urmare, toate procesele de redistribuire a ionilor pe diferite părți ale membranei biol conduc la apariția potențialelor de repaus (vezi potențiale bioelectrice).

Intrarea și ieșirea din celule a diferitelor substanțe se produce datorită prezenței G. concentrația acestora. Viteza de difuzie a substanțelor este determinată de raportul: dn/dt =Dq grad C, unde n este numărul de molecule care difuzează prin suprafața q, D este coeficientul. difuzie, grad C - gradient de concentrație; Coeficientul de difuzie este determinat de vâscozitatea mediului și de mărimea moleculelor substanței. Diferența de viteză de difuzie a cationilor și anionilor (mobilitatea lor) duce la apariția unui potențial de difuzie φ, care apare la limita a două soluții în contact și este descris de ecuația Nernst:

unde U este mobilitatea cationului, V este mobilitatea anionului, C1 și C2 sunt concentrația electrolitului în două soluții de contact; R - constanta gazului, T - t° absolută, n - sarcina ionică, F - numărul Faraday. Potențialul de difuziune este minim atunci când mobilitatea cationului și anionului este egală sau apropiată, de exemplu, în cazul unei soluții de KCl. Prin urmare, acest electrolit este utilizat în biologie și medicină ca conductor de lichid în timpul galvanizării, electroforezei etc.

Gradientul osmotic caracterizează diferența de presiune osmotică (vezi) în sistemul solvent-soluție, separat de o membrană semi-permeabilă, adică permeabilă la moleculele de solvent, dar impermeabilă la solut. Presiunea osmotică este definită ca cantitatea de forță care trebuie aplicată soluției pentru a opri mișcarea solventului către soluție. Când presiunea osmotică din mediul extern al celulei se modifică (de exemplu, când crește), apa va intra în celulă; debitul de apă va fi proporțional cu lichidul osmotic (între mediul intern și cel extern al celulei). Astfel, pentru eritrocite, viteza de penetrare a apei este de 2,5 µm3/ms2-min-atm. Presiunea osmotică a sângelui animalelor superioare este de cca. 40 mm apă. Artă. și reprezintă o mică parte din tensiunea arterială totală. Dacă metabolismul proteinelor sau sării este perturbat, presiunea osmotică se modifică și ea; de exemplu, atunci când crește, apa va intra în țesut, provocând edem (vezi).

Gradientul hidrostatic caracterizează diferența de presiune dintre mediul extern și cel intern al unei celule, întregul organism sau părțile sale individuale. Astfel, munca inimii duce la apariția unui gradient hidrostatic. În partea arterială a sistemului circulator apare presiunea hidrostatică pozitivă, în partea venoasă - negativă (vezi Tensiunea arterială). Presiunea hidrostatică poate compensa presiunea osmotică, care apare în capilarele sistemului circulator. Odată cu creșterea tensiunii arteriale hidrostatice (de exemplu, cu hipertensiune arterială), eliberarea apei din fluxul sanguin în țesut crește, ceea ce poate duce la edem.

Gradientul de temperatură, care apare ca urmare a diferenței de temperatură în interiorul și în afara celulei, afectează în mod semnificativ aproape toate procesele vieții. Astfel, viteza de difuzie a electroliților crește cu 30-40% cu o creștere a temperaturii cu 10°. Conductivitatea electrică a celulelor crește cu aproximativ aceeași cantitate. Transferul de căldură este proporțional cu temperatura de pe ambele părți ale suprafeței; în acest caz Q = -λgrad T, unde Q este cantitatea de căldură transferată prin suprafața conducătoare de căldură, λ este coeficientul. conductivitate termică, T - temperatură absolută. Principala sursă de căldură în corpurile umane și animale sunt procesele exoterme care au loc în timpul lucrului mușchilor și organelor interne. Disiparea căldurii (de exemplu de pe suprafața corpului uman) poate avea loc și prin convecție, radiație și evaporare. Toate aceste procese se accelerează odată cu creșterea temperaturii G.

Bibliografie: Bayer V. Biofizică, trad. din germană, M., 1962; Biofizică, ed. B. N. Tarusova și O. R. Collier, M., 1968; Pasynsky A. G. Biophysical chemistry, M., 1968.

Iu. M. Petrusevici.

Gradient de concentrație sau gradientul de concentrație este o mărime fizică vectorială care caracterizează mărimea și direcția celei mai mari modificări a concentrației unei substanțe în mediu. De exemplu, dacă luăm în considerare două regiuni cu concentrații diferite ale unei substanțe, separate printr-o membrană semipermeabilă, atunci gradientul de concentrație va fi direcționat din regiunea de concentrație mai mică a substanței către regiunea cu concentrație mai mare.

Definiție

Gradientul de concentrație este direcționat de-a lungul căii l, corespunzătoare normalei la suprafața de izoconcentrare (membrană semipermeabilă). Valoarea gradientului de concentrație $\backslash nabla\; C$ egal cu raportul modificării elementare a concentrației DC până la lungimea căii elementare dl :

$\backslash nabla\; C\; =\; \backslash frac(dC)(dl)$

La un gradient de concentrație constant C pe parcurs l :

$\backslash nabla\; C\; =\; \backslash frac(C\_1\; -\; C\_2)(l)$

Aici C 1Și C 2- valoarea concentrației inițială și finală pe lungimea traseului l(normal la suprafața de izoconcentrare).

Unitatea de măsură a gradientului de concentrație în Sistemul Internațional de Unități (SI) este valoarea −4 (mol/m 4 sau kg/m 4), precum și derivatele sale fracționare sau multiple.

Vezi si

Scrieți o recenzie despre articolul „Gradientul de concentrare”

Literatură

• Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I. Biofizică - M.: VLADOS, 2000, p. 35. ISBN 5-691-00338-0
• Trifonov E. V.- Sankt Petersburg: 2011.

Un fragment care caracterizează Gradientul de Concentrație

L-am informat despre asta. Vă rugăm să-l îndrumați pe Leppich să acorde o atenție deosebită locului în care coboară pentru prima dată, pentru a nu greși și a nu cădea în mâinile inamicului. Este necesar ca el să-și coordoneze mișcările cu mișcările comandantului șef.]
Întorcându-se acasă de la Vorontsov și conducând de-a lungul pieței Bolotnaya, Pierre a văzut o mulțime la Lobnoye Mesto, s-a oprit și a coborât din droshky. A fost execuția unui bucătar francez acuzat de spionaj. Execuția tocmai se terminase, iar călăul dezleagă de la iapă un grăsan care gemea jalnic, cu perciuni roșii, ciorapi albaștri și o camisolă verde. Un alt criminal, slab și palid, stătea chiar acolo. Amândoi, judecând după chipurile lor, erau francezi. Cu o privire speriată, dureroasă, asemănătoare cu cea a francezului slab, Pierre se împinse prin mulțime.
- Ce este asta? OMS? Pentru ce? - el a intrebat. Însă atenția mulțimii - oficialități, orășeni, negustori, bărbați, femei în mantii și blană - era atât de lacomă concentrată asupra a ceea ce se întâmpla la Lobnoye Mesto, încât nimeni nu i-a răspuns. Bărbatul s-a ridicat în picioare, încruntat, a ridicat din umeri și, vrând evident să-și exprime fermitatea, a început să-și îmbrace dublura fără să se uite în jur; dar deodată i-au tremurat buzele și a început să plângă, supărat pe sine, în timp ce plâng oamenii adulți cu sânge. Mulțimea a vorbit cu voce tare, așa cum i s-a părut lui Pierre, pentru a îneca sentimentul de milă în sine.
- Bucătarul domnesc al cuiva...
„Ei bine, domnule, e clar că sosul rusesc de jeleu l-a pus pe francez pe un suflu... i-a pus dinții peste cap”, a spus funcționarul înțepenit care stătea lângă Pierre, în timp ce francezul începea să plângă. Funcționarul s-a uitat în jur, aparent așteptând o evaluare a glumei sale. Unii râdeau, unii continuau să se uite cu frică la călăul, care îl dezbraca pe altul.
Pierre a adulmecat, și-a încrețit nasul și s-a întors repede și s-a întors la droshky, fără să înceteze să mormăie ceva pentru sine în timp ce mergea și se așeza. În timp ce continua drumul, s-a cutremurat de câteva ori și a țipat atât de tare, încât coșerul l-a întrebat:
- Ce comanzi?
-Unde te duci? - a strigat Pierre la coșorul care pleacă la Lubianka.
— Mi-au poruncit comandantului-șef, răspunse coșerul.