Nồng độ là gì? Theo nghĩa rộng, đây là tỷ số giữa thể tích của một chất và số hạt bị hòa tan trong nó. Định nghĩa này được tìm thấy trong nhiều ngành khoa học, từ vật lý, toán học đến triết học. Trong trường hợp này, chúng ta đang nói về việc sử dụng khái niệm "nồng độ" trong sinh học và hóa học.
Gradient
Được dịch từ tiếng Latinh, từ này có nghĩa là “lớn lên” hoặc “đi bộ”, tức là, nó là một loại “ngón tay trỏ”, cho biết hướng mà bất kỳ giá trị nào tăng lên. Ví dụ, bạn có thể sử dụng, chẳng hạn như độ cao trên mực nước biển tại các điểm khác nhau trên Trái đất. Gradient (chiều cao) của nó tại mỗi điểm riêng lẻ trên bản đồ sẽ hiển thị một vectơ có giá trị tăng dần cho đến khi đạt đến đỉnh dốc nhất.
Trong toán học, thuật ngữ này chỉ xuất hiện vào cuối thế kỷ XIX. Nó được giới thiệu bởi Maxwell và đề xuất các chỉ định của riêng ông cho số lượng này. Các nhà vật lý sử dụng khái niệm này để mô tả cường độ của điện trường hoặc trường hấp dẫn, sự thay đổi trong thế năng.
Không chỉ vật lý, mà các ngành khoa học khác cũng sử dụng thuật ngữ "gradient". Khái niệm này có thể phản ánh cả định tính vàđặc tính định lượng của một chất, chẳng hạn như nồng độ hoặc nhiệt độ.
Độ dốc tập trung
Hiện tại đã biết gradient là gì, nhưng nồng độ là gì? Đây là một giá trị tương đối cho thấy tỷ lệ của chất có trong dung dịch. Nó có thể được tính bằng phần trăm khối lượng, số mol hoặc nguyên tử trong một chất khí (dung dịch), một phần của tổng thể. Sự lựa chọn rộng rãi như vậy làm cho nó có thể thể hiện hầu hết mọi tỷ lệ. Và không chỉ trong vật lý hoặc sinh học, mà còn trong khoa học siêu hình.
Và nói chung, gradient nồng độ là một đại lượng vectơ, đồng thời đặc trưng cho lượng và hướng thay đổi của một chất trong môi trường.
Định nghĩa
Bạn có thể tính toán gradient nồng độ không? Công thức của nó là đặc biệt giữa sự thay đổi cơ bản trong nồng độ của một chất và một chặng đường dài mà một chất sẽ phải vượt qua để đạt được trạng thái cân bằng giữa hai dung dịch. Về mặt toán học, điều này được biểu thị bằng công thức С=dC / dl.
Sự hiện diện của một gradient nồng độ giữa hai chất làm cho chúng trộn lẫn. Nếu các hạt di chuyển từ một khu vực có nồng độ cao hơn đến một khu vực thấp hơn, thì điều này được gọi là sự khuếch tán, và nếu có vật cản bán thấm giữa chúng, nó được gọi là thẩm thấu.
Vậnđộng
Vận chuyển chủ động và thụ động phản ánh sự di chuyển của các chất qua màng hoặc lớp tế bào của sinh vật: động vật nguyên sinh, thực vật,động vật và con người. Quá trình này diễn ra với việc sử dụng năng lượng nhiệt, vì sự chuyển đổi của các chất được thực hiện theo một gradient nồng độ: từ nhỏ hơn đến lớn hơn. Thông thường, adenosine triphosphate hoặc ATP được sử dụng để thực hiện một tương tác như vậy - một phân tử là nguồn năng lượng phổ quát trong 38 Joules.
Có nhiều dạng ATP khác nhau nằm trên màng tế bào. Năng lượng chứa trong chúng được giải phóng khi các phân tử của các chất được chuyển qua cái gọi là máy bơm. Đây là những lỗ chân lông trong thành tế bào có chức năng hấp thụ và bơm ra các ion điện giải một cách có chọn lọc. Ngoài ra, có một mô hình giao thông như một bản giao hưởng. Trong trường hợp này, hai chất được vận chuyển đồng thời: một chất rời khỏi tế bào, và chất kia xâm nhập vào tế bào. Điều này giúp tiết kiệm năng lượng.
Vận chuyển dạng thấu kính
Vận chuyển chủ động và thụ động liên quan đến việc vận chuyển các chất dưới dạng bong bóng hoặc mụn nước, do đó quá trình này được gọi là vận chuyển dạng mụn nước. Có hai loại:
- Nội bào. Trong trường hợp này, bong bóng được hình thành từ màng tế bào trong quá trình nó hấp thụ các chất rắn hoặc lỏng. Mụn nước có thể nhẵn hoặc có viền. Trứng, tế bào bạch cầu và biểu mô của thận có cách ăn này.
- Thải bào. Như tên của nó, quy trình này ngược lại với quy trình trước đó. Có các bào quan bên trong tế bào (ví dụ, bộ máy Golgi), chúng “đóng gói” các chất thành các túi và sau đó chúng thoát ra ngoài quamàng.
Vận chuyển thụ động: khuếch tán
Chuyển động dọc theo gradient nồng độ (từ cao xuống thấp) xảy ra mà không cần sử dụng năng lượng. Có hai hình thức vận chuyển thụ động: thẩm thấu và khuếch tán. Cái sau rất đơn giản và nhẹ.
Sự khác biệt chính giữa thẩm thấu là quá trình chuyển động của các phân tử xảy ra thông qua một màng bán thấm. Và sự khuếch tán dọc theo gradient nồng độ xảy ra trong các tế bào có màng với hai lớp phân tử lipid. Hướng vận chuyển chỉ phụ thuộc vào lượng chất ở hai bên màng. Bằng cách này, các chất kỵ nước, phân tử phân cực, urê xâm nhập vào tế bào, và protein, đường, ion và DNA không thể xâm nhập.
Trong quá trình khuếch tán, các phân tử có xu hướng lấp đầy toàn bộ thể tích có sẵn, cũng như cân bằng nồng độ trên cả hai mặt của màng. Nó xảy ra rằng màng không thấm hoặc kém thấm vào chất. Trong trường hợp này, lực thẩm thấu tác động lên nó, có thể làm cho rào cản dày đặc hơn hoặc kéo căng nó, làm tăng kích thước của các kênh bơm.
Tạo điều kiện khuếch tán
Khi gradient nồng độ không phải là cơ sở đủ để vận chuyển một chất, các protein cụ thể sẽ được giải cứu. Chúng nằm trên màng tế bào giống như cách phân tử ATP. Nhờ chúng, cả vận chuyển chủ động và thụ động đều có thể được thực hiện.
Bằng cách này, các phân tử lớn (protein, DNA) đi qua màng,chất phân cực, bao gồm axit amin và đường, ion. Do có sự tham gia của các protein nên tốc độ vận chuyển tăng lên vài lần so với sự khuếch tán thông thường. Nhưng sự tăng tốc này phụ thuộc vào một số lý do:
- gradient của vật chất bên trong và bên ngoài ô;
- số phân tử hạt tải điện;
- tỷ lệ ràng buộc chất-chất mang;
- tốc độ thay đổi ở bề mặt bên trong của màng tế bào.
Mặc dù vậy, quá trình vận chuyển được thực hiện nhờ hoạt động của các protein mang và năng lượng ATP không được sử dụng trong trường hợp này.
Các tính năng chính đặc trưng cho sự khuếch tán được tạo điều kiện là:
- Chuyển chất nhanh.
- Chọn lọc vận chuyển.
- Bão hòa (khi tất cả các protein bận rộn).
- Cạnh tranh giữa các chất (do ái lực với protein).
- Nhạy cảm với các tác nhân hóa học cụ thể - chất ức chế.
Thẩm thấu
Như đã đề cập ở trên, thẩm thấu là sự di chuyển của các chất dọc theo một gradient nồng độ qua màng bán thấm. Quá trình thẩm thấu được mô tả đầy đủ nhất bằng nguyên lý Leshatelier-Brown. Nó nói rằng nếu một hệ thống ở trạng thái cân bằng bị ảnh hưởng từ bên ngoài, thì nó sẽ có xu hướng trở lại trạng thái trước đó của nó. Lần đầu tiên hiện tượng thẩm thấu được bắt gặp vào giữa thế kỷ 18, nhưng sau đó nó không được coi trọng nhiều. Nghiên cứu về hiện tượng này chỉ bắt đầu một trăm năm sau đó.
Yếu tố quan trọng nhất trong hiện tượng thẩm thấu là màng bán thấm chỉ cho phép một số phân tử nhất định đi qua nó.đường kính hoặc đặc tính. Ví dụ, trong hai dung dịch có nồng độ khác nhau, chỉ có dung môi sẽ đi qua rào cản. Điều này sẽ tiếp tục cho đến khi nồng độ ở cả hai bên của màng là như nhau.
Thẩm thấu đóng một vai trò quan trọng trong sự sống của tế bào. Hiện tượng này chỉ cho phép những chất cần thiết để duy trì sự sống xâm nhập vào chúng. Tế bào hồng cầu có một lớp màng chỉ cho phép nước, oxy và chất dinh dưỡng đi qua, nhưng các protein được hình thành bên trong tế bào hồng cầu không thể thoát ra ngoài.
Hiện tượng thẩm thấu cũng được ứng dụng thực tế trong cuộc sống hàng ngày. Thậm chí không nghi ngờ điều đó, những người trong quá trình ướp muối thực phẩm đã sử dụng chính xác nguyên tắc chuyển động của các phân tử dọc theo một gradient nồng độ. Dung dịch nước muối bão hòa đã "hút" hết nước ra khỏi sản phẩm, do đó giúp chúng được bảo quản lâu hơn.
