რა არის კონცენტრაცია? ფართო გაგებით, ეს არის ნივთიერების მოცულობის თანაფარდობა და მასში გახსნილი ნაწილაკების რაოდენობა. ეს განმარტება გვხვდება მეცნიერების მრავალფეროვან დარგებში, ფიზიკიდან და მათემატიკიდან ფილოსოფიამდე. ამ შემთხვევაში საუბარია „კონცენტრაციის“ცნების გამოყენებაზე ბიოლოგიასა და ქიმიაში.
გრადიენტი
ლათინურიდან თარგმნილი, ეს სიტყვა ნიშნავს "იზრდას" ან "სიარულის", ანუ ეს არის ერთგვარი "თითის საჩვენებელი", რომელიც აჩვენებს მიმართულებას, რომლითაც იზრდება ნებისმიერი მნიშვნელობა. მაგალითად, შეგიძლიათ გამოიყენოთ, ვთქვათ, სიმაღლე ზღვის დონიდან დედამიწის სხვადასხვა წერტილში. მისი (სიმაღლე) გრადიენტი რუკის თითოეულ ცალკეულ წერტილზე აჩვენებს მზარდი მნიშვნელობის ვექტორს ყველაზე ციცაბო აღმართამდე.
მათემატიკაში ეს ტერმინი მხოლოდ მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს გამოჩნდა. იგი შემოიღო მაქსველმა და შესთავაზა ამ რაოდენობის საკუთარი აღნიშვნები. ფიზიკოსები იყენებენ ამ კონცეფციას ელექტრული ან გრავიტაციული ველის ინტენსივობის, პოტენციური ენერგიის ცვლილების აღსაწერად.
არა მხოლოდ ფიზიკა, არამედ სხვა მეცნიერებებიც იყენებენ ტერმინს "გრადიენტი". ეს კონცეფცია შეიძლება ასახავდეს როგორც ხარისხობრივ, ასევენივთიერების რაოდენობრივი მახასიათებელი, როგორიცაა კონცენტრაცია ან ტემპერატურა.
კონცენტრაციის გრადიენტი
რა არის გრადიენტი ახლა ცნობილია, მაგრამ რა არის კონცენტრაცია? ეს არის ფარდობითი მნიშვნელობა, რომელიც გვიჩვენებს ხსნარში შემავალი ნივთიერების პროპორციას. ის შეიძლება გამოითვალოს მასის პროცენტულად, მოლების ან ატომების რაოდენობა გაზში (ხსნარში), მთლიანის წილადი. ასეთი ფართო არჩევანი შესაძლებელს ხდის თითქმის ნებისმიერი თანაფარდობის გამოხატვას. და არა მხოლოდ ფიზიკაში ან ბიოლოგიაში, არამედ მეტაფიზიკურ მეცნიერებებშიც.
და ზოგადად, კონცენტრაციის გრადიენტი არის ვექტორული სიდიდე, რომელიც ერთდროულად ახასიათებს გარემოში ნივთიერების ცვლილების რაოდენობას და მიმართულებას.
განმარტება
შეგიძლიათ გამოთვალოთ კონცენტრაციის გრადიენტი? მისი ფორმულა არის კონკრეტული ნივთიერების კონცენტრაციის ელემენტარულ ცვლილებასა და გრძელ გზას შორის, რომელიც ნივთიერებას მოუწევს გადალახოს ორ ხსნარს შორის წონასწორობის მისაღწევად. მათემატიკურად, ეს გამოიხატება ფორმულით С=dC/dl.
ორ ნივთიერებას შორის კონცენტრაციის გრადიენტის არსებობა იწვევს მათ შერევას. თუ ნაწილაკები უფრო მაღალი კონცენტრაციის უბნიდან უფრო დაბალზე გადადიან, მაშინ ამას დიფუზია ეწოდება, ხოლო თუ მათ შორის ნახევრად გამტარი დაბრკოლებაა, მას ოსმოსი ეწოდება.
აქტიური ტრანსპორტი
აქტიური და პასიური ტრანსპორტი ასახავს ნივთიერებების მოძრაობას ცოცხალი არსებების უჯრედების მემბრანებში ან შრეებში: პროტოზოები, მცენარეები,ცხოველები და ადამიანები. ეს პროცესი ხდება თერმული ენერგიის გამოყენებით, ვინაიდან ნივთიერებების გადასვლა ხდება კონცენტრაციის გრადიენტის საწინააღმდეგოდ: პატარადან უფრო დიდზე. ყველაზე ხშირად, ასეთი ურთიერთქმედების განსახორციელებლად გამოიყენება ადენოზინტრიფოსფატი ან ატფ - მოლეკულა, რომელიც ენერგიის უნივერსალური წყაროა 38 ჯოულში.
არსებობს ATP-ის სხვადასხვა ფორმები, რომლებიც განლაგებულია უჯრედის მემბრანებზე. მათში შემავალი ენერგია გამოიყოფა, როდესაც ნივთიერებების მოლეკულები გადადის ე.წ. ეს არის ფორები უჯრედის კედელში, რომლებიც შერჩევით შთანთქავს და ამოტუმბავს ელექტროლიტის იონებს. გარდა ამისა, არსებობს სატრანსპორტო მოდელი, როგორც სიმპორტი. ამ შემთხვევაში, ორი ნივთიერება ერთდროულად ტრანსპორტირდება: ერთი ტოვებს უჯრედს, ხოლო მეორე შედის მასში. ეს დაზოგავს ენერგიას.
ვეზიკულური ტრანსპორტი
აქტიური და პასიური ტრანსპორტი მოიცავს ნივთიერებების ტრანსპორტირებას ბუშტების ან ვეზიკულების სახით, ამიტომ პროცესს, შესაბამისად, ვეზიკულური ტრანსპორტი ეწოდება. არსებობს მისი ორი ტიპი:
- ენდოციტოზი. ამ შემთხვევაში ბუშტები წარმოიქმნება უჯრედის მემბრანიდან მის მიერ მყარი ან თხევადი ნივთიერებების შეწოვის პროცესში. ვეზიკულები შეიძლება იყოს გლუვი ან შემოსაზღვრული. კვერცხები, სისხლის თეთრი უჯრედები და თირკმელების ეპითელიუმი აქვთ კვების ასეთი მეთოდი.
- ეგზოციტოზი. როგორც სახელი გულისხმობს, ეს პროცესი წინა პროცესის საპირისპიროა. უჯრედის შიგნით არის ორგანელები (მაგალითად, გოლჯის აპარატი), რომლებიც „აფუთებენ“ნივთიერებებს ვეზიკულებში და ისინი შემდგომში გამოდიან.მემბრანა.
პასიური ტრანსპორტი: დიფუზია
მოძრაობა კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ (მაღალიდან დაბალამდე) ხდება ენერგიის გამოყენების გარეშე. არსებობს პასიური ტრანსპორტის ორი ტიპი: ოსმოზი და დიფუზია. ეს უკანასკნელი მარტივი და მსუბუქია.
ოსმოსს შორის მთავარი განსხვავება ისაა, რომ მოლეკულების მოძრაობის პროცესი ხდება ნახევრად გამტარი მემბრანის მეშვეობით. და დიფუზია კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ ხდება უჯრედებში, რომლებსაც აქვთ მემბრანა ლიპიდური მოლეკულების ორი ფენით. ტრანსპორტირების მიმართულება დამოკიდებულია მხოლოდ ნივთიერების რაოდენობაზე მემბრანის ორივე მხარეს. ამ გზით ჰიდროფობიური ნივთიერებები, პოლარული მოლეკულები, შარდოვანა აღწევს უჯრედებში, ხოლო ცილები, შაქარი, იონები და დნმ ვერ შეაღწევს.
დიფუზიის დროს მოლეკულები ავსებენ მთელ ხელმისაწვდომ მოცულობას, ასევე ათანაბებენ კონცენტრაციას მემბრანის ორივე მხარეს. ეს ხდება, რომ მემბრანა არის გაუვალი ან სუსტად გამტარი ნივთიერების მიმართ. ამ შემთხვევაში მასზე მოქმედებენ ოსმოსური ძალები, რამაც შეიძლება ბარიერი უფრო მკვრივი გახადოს ან გაჭიმოს, გაზარდოს სატუმბი არხების ზომა.
გაადვილებული დიფუზია
როდესაც კონცენტრაციის გრადიენტი არ არის საკმარისი საფუძველი ნივთიერების ტრანსპორტირებისთვის, სპეციფიური ცილები მოდიან სამაშველოში. ისინი განლაგებულია უჯრედის მემბრანაზე ისევე, როგორც ATP მოლეკულები. მათი წყალობით შესაძლებელია როგორც აქტიური, ასევე პასიური ტრანსპორტის განხორციელება.
ამ გზით, დიდი მოლეკულები (ცილები, დნმ) გადის მემბრანაში,პოლარული ნივთიერებები, რომლებიც მოიცავს ამინომჟავებს და შაქარს, იონებს. ცილების მონაწილეობის გამო, ტრანსპორტირების სიჩქარე რამდენჯერმე იზრდება ჩვეულებრივ დიფუზიასთან შედარებით. მაგრამ ეს აჩქარება დამოკიდებულია რამდენიმე მიზეზზე:
- მატერიის გრადიენტი უჯრედის შიგნით და გარეთ;
- მატარებელი მოლეკულების რაოდენობა;
- ნივთიერების გადამტანის სავალდებულო განაკვეთები;
- ცვლილების სიხშირე უჯრედის მემბრანის შიდა ზედაპირზე.
მიუხედავად ამისა, ტრანსპორტირება ხორციელდება გადამზიდავი ცილების მუშაობის წყალობით და ATP ენერგია ამ შემთხვევაში არ გამოიყენება.
ძირითადი მახასიათებლები, რომლებიც ახასიათებს გაადვილებულ დიფუზიას, არის:
- ნივთიერებების სწრაფი გადაცემა.
- ტრანსპორტის შერჩევითობა.
- გაჯერება (როდესაც ყველა ცილა დაკავებულია).
- კონკურენცია ნივთიერებებს შორის (პროტეინის აფინურობის გამო).
- მგრძნობელობა კონკრეტული ქიმიური აგენტების - ინჰიბიტორების მიმართ.
ოსმოზი
როგორც ზემოთ აღინიშნა, ოსმოზი არის ნივთიერებების მოძრაობა კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ ნახევრად გამტარ მემბრანაზე. ოსმოსის პროცესი ყველაზე სრულად აღწერილია ლეშატელიე-ბრაუნის პრინციპით. იგი ამბობს, რომ თუ წონასწორობაში მყოფ სისტემაზე გავლენას ახდენს გარედან, მაშინ ის მიდრეკილია დაუბრუნდეს თავის წინა მდგომარეობას. პირველად ოსმოსის ფენომენი მე-18 საუკუნის შუა ხანებში შეგვხვდა, მაგრამ მაშინ მას დიდი მნიშვნელობა არ მიეცა. ფენომენის კვლევა მხოლოდ ასი წლის შემდეგ დაიწყო.
ოსმოსის ფენომენში ყველაზე მნიშვნელოვანი ელემენტია ნახევრად გამტარი მემბრანა, რომელიც მხოლოდ გარკვეულ მოლეკულებს აძლევს მასში გავლის საშუალებას.დიამეტრი ან თვისებები. მაგალითად, ორ ხსნარში სხვადასხვა კონცენტრაციით, მხოლოდ გამხსნელი გაივლის ბარიერს. ეს გაგრძელდება მანამ, სანამ კონცენტრაცია მემბრანის ორივე მხარეს ერთნაირი იქნება.
ოსმოზი მნიშვნელოვან როლს თამაშობს უჯრედების სიცოცხლეში. ეს ფენომენი საშუალებას აძლევს მათში შეაღწიონ მხოლოდ იმ ნივთიერებებს, რომლებიც აუცილებელია სიცოცხლის შესანარჩუნებლად. სისხლის წითელ უჯრედს აქვს მემბრანა, რომელიც მხოლოდ წყალს, ჟანგბადს და საკვებ ნივთიერებებს აძლევს, მაგრამ ცილები, რომლებიც წარმოიქმნება სისხლის წითელ უჯრედში, ვერ გადიან.
ოსმოსის ფენომენი პრაქტიკული გამოყენებაც ჰპოვა ყოველდღიურ ცხოვრებაში. მასში ეჭვის გარეშეც კი, ადამიანები საკვების დამარილების პროცესში იყენებდნენ ზუსტად მოლეკულების მოძრაობის პრინციპს კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ. გაჯერებულმა ფიზიოლოგიურმა ხსნარმა პროდუქტებიდან მთელი წყალი „ამოიღო“და ამით მათ უფრო დიდხანს შეინახოს.
