O que é concentração? Em um sentido amplo, esta é a razão entre o volume de uma substância e o número de partículas dissolvidas nela. Essa definição é encontrada em uma ampla variedade de ramos da ciência, da física e da matemática à filosofia. Neste caso, estamos falando sobre o uso do conceito de "concentração" em biologia e química.
Gradiente
Traduzida do latim, essa palavra significa “crescer” ou “andar”, ou seja, é uma espécie de “dedo que aponta”, que mostra a direção em que qualquer valor aumenta. Como exemplo, você pode usar, digamos, a altura acima do nível do mar em diferentes pontos da Terra. Seu gradiente (altura) em cada ponto individual no mapa mostrará um vetor de valor crescente até atingir a subida mais íngreme.
Na matemática, este termo apareceu apenas no final do século XIX. Foi introduzido por Maxwell e propôs suas próprias designações para esta quantidade. Os físicos usam esse conceito para descrever a intensidade de um campo elétrico ou gravitacional, uma mudança na energia potencial.
Não apenas a física, mas também outras ciências usam o termo "gradiente". Este conceito pode refletir tanto a qualidade quanto auma característica quantitativa de uma substância, como concentração ou temperatura.
Gradiente de concentração
Qual é o gradiente agora é conhecido, mas qual é a concentração? Este é um valor relativo que mostra a proporção da substância contida na solução. Pode ser calculado como uma porcentagem da massa, o número de moles ou átomos em um gás (solução), uma fração do todo. Uma escolha tão ampla torna possível expressar quase qualquer proporção. E não apenas em física ou biologia, mas também nas ciências metafísicas.
E, em geral, o gradiente de concentração é uma grandeza vetorial, que simultaneamente caracteriza a quantidade e a direção da mudança de uma substância no ambiente.
Definição
Você pode calcular o gradiente de concentração? Sua fórmula é uma particular entre uma mudança elementar na concentração de uma substância e um longo caminho que uma substância terá que percorrer para atingir o equilíbrio entre duas soluções. Matematicamente, isso é expresso pela fórmula С=dC/dl.
A presença de um gradiente de concentração entre duas substâncias faz com que elas se misturem. Se as partículas se movem de uma área com maior concentração para uma menor, então isso é chamado de difusão, e se houver um obstáculo semipermeável entre elas, é chamado de osmose.
Transporte ativo
Transporte ativo e passivo reflete o movimento de substâncias através das membranas ou camadas de células dos seres vivos: protozoários, plantas,animais e humanos. Esse processo ocorre com o uso de energia térmica, pois a transição das substâncias é realizada contra um gradiente de concentração: do menor para o maior. Na maioria das vezes, trifosfato de adenosina ou ATP é usado para realizar tal interação - uma molécula que é uma fonte universal de energia em 38 Joules.
Existem diferentes formas de ATP que estão localizadas nas membranas celulares. A energia contida neles é liberada quando moléculas de substâncias são transferidas através das chamadas bombas. Estes são poros na parede celular que absorvem e bombeiam seletivamente íons eletrolíticos. Além disso, existe um modelo de transporte como um simporte. Nesse caso, duas substâncias são transportadas simultaneamente: uma sai da célula e a outra entra nela. Isso economiza energia.
Transporte Vesicular
O transporte ativo e passivo envolve o transporte de substâncias na forma de bolhas ou vesículas, daí o processo ser chamado, respectivamente, de transporte vesicular. Existem dois tipos:
- Endocitose. Nesse caso, bolhas são formadas a partir da membrana celular no processo de absorção de substâncias sólidas ou líquidas por ela. As vesículas podem ser lisas ou com bordas. Ovos, glóbulos brancos e o epitélio dos rins têm essa forma de comer.
- Exocitose. Como o nome indica, este processo é o oposto do anterior. Existem organelas dentro da célula (por exemplo, o aparelho de Golgi), que “empacotam” substâncias em vesículas e, posteriormente, saem atravésmembrana.
Transporte passivo: difusão
O movimento ao longo do gradiente de concentração (de alto para baixo) ocorre sem o uso de energia. Existem dois tipos de transporte passivo: osmose e difusão. Este último é simples e leve.
A principal diferença entre osmose é que o processo de movimentação das moléculas ocorre através de uma membrana semipermeável. E a difusão ao longo do gradiente de concentração ocorre em células que possuem uma membrana com duas camadas de moléculas lipídicas. A direção do transporte depende apenas da quantidade de substância em ambos os lados da membrana. Dessa forma, substâncias hidrofóbicas, moléculas polares, uréia penetram nas células e proteínas, açúcares, íons e DNA não podem penetrar.
Durante a difusão, as moléculas tendem a preencher todo o volume disponível, bem como equalizar a concentração em ambos os lados da membrana. Acontece que a membrana é impermeável ou pouco permeável à substância. Neste caso, forças osmóticas agem sobre ele, o que pode tornar a barreira mais densa ou esticá-la, aumentando o tamanho dos canais de bombeamento.
Difusão facilitada
Quando um gradiente de concentração não é uma base suficiente para o transporte de uma substância, proteínas específicas vêm em socorro. Eles estão localizados na membrana celular da mesma forma que as moléculas de ATP. Graças a eles, tanto o transporte ativo quanto o passivo podem ser realizados.
Dessa forma, grandes moléculas (proteínas, DNA) passam pela membrana,substâncias polares, que incluem aminoácidos e açúcares, íons. Devido à participação de proteínas, a taxa de transporte aumenta várias vezes em relação à difusão convencional. Mas essa aceleração depende de alguns motivos:
- gradiente da matéria dentro e fora da célula;
- número de moléculas transportadoras;
- taxas de ligação de substância-transportadora;
- taxa de mudança na superfície interna da membrana celular.
Apesar disso, o transporte é realizado graças ao trabalho de proteínas transportadoras, e a energia ATP não é usada neste caso.
As principais características que caracterizam a difusão facilitada são:
- Transferência rápida de substâncias.
- Seletividade de transporte.
- Saturação (quando todas as proteínas estão ocupadas).
- Competição entre substâncias (devido à afinidade proteica).
- Sensibilidade a agentes químicos específicos - inibidores.
Osmose
Como mencionado acima, osmose é o movimento de substâncias ao longo de um gradiente de concentração através de uma membrana semipermeável. O processo de osmose é mais completamente descrito pelo princípio de Leshatelier-Brown. Diz que se um sistema em equilíbrio é influenciado de fora, ele tenderá a retornar ao seu estado anterior. A primeira vez que o fenômeno da osmose foi encontrado em meados do século 18, mas depois não foi dada muita importância. A pesquisa sobre o fenômeno começou apenas cem anos depois.
O elemento mais importante no fenômeno da osmose é uma membrana semipermeável que permite que apenas certas moléculas passem por ela.diâmetro ou propriedades. Por exemplo, em duas soluções com concentrações diferentes, apenas o solvente passará pela barreira. Isso continuará até que a concentração em ambos os lados da membrana seja a mesma.
Osmose desempenha um papel significativo na vida das células. Esse fenômeno permite que apenas as substâncias necessárias para manter a vida penetrem neles. O glóbulo vermelho tem uma membrana que permite apenas a passagem de água, oxigênio e nutrientes, mas as proteínas que são formadas dentro do glóbulo vermelho não podem sair.
O fenômeno da osmose também encontrou aplicação prática na vida cotidiana. Sem sequer suspeitar, as pessoas no processo de salga de alimentos usaram precisamente o princípio do movimento das moléculas ao longo de um gradiente de concentração. A solução salina saturada "puxou" toda a água dos produtos, permitindo que eles fossem armazenados por mais tempo.
