Концентрационный градиент физиология: Градиент концентрации формула. Концентрационный градиент натрия (Na), как движущая сила мембранного транспорта. T – абсолютная температура

Градиент концентрации формула. Концентрационный градиент натрия (Na), как движущая сила мембранного транспорта. T – абсолютная температура

Градиент концентрации (от лат. gradi, gradu, gradus — ход, движение, течение, приближение; con — с, вместе, совместно + centrum — центр) или концентрационный градиент — это векторная физическая величина , характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде. Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, разделенные полупроницаемой мембраной, то градиент концентрации будет направлен из области меньшей концентрации вещества в область с большей его концентрацией.

Активный транспорт — перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный А.т.) или через слой клеток (трансцеллюлярный А.т.), протекающий против градиента концентрации из области низкой концентрации в область высокой, т.

е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев, но не всегда, источником энергии служит энергия макроэргических связей АТФ .

Различные транспортные АТФазы, локализованные в клеточных мембранах и участвующие в механизмах переноса веществ, являются основным элементом молекулярных устройств — насосов, обеспечивающих избирательное поглощение и откачивание определенных веществ (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (молекулярный транспорт) реализуется с помощью нескольких типов молекулярных машин — насосов и переносчиков. Транспорт неэлектролитов (моносахаридов, аминокислот и других мономеров) может сопрягаться с симпортом

— транспортом другого вещества, движение которого против градиента концентрации является источником энергии для первого процесса. Симпорт может обеспечиваться ионными градиентами (например, натрия) без непосредственного участия АТФ.

Пассивный транспорт — перенос веществ по градиенту концентрации из области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии (например, диффузия , осмос ). Диффузия — пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к участку меньшей концентрации. Осмос — пассивное перемещение некоторых веществ через полупроницаемую мембрану (обычно мелкие молекулы проходят, крупные не проходят).

Существует три типа проникновения веществ в клетку через мембраны: простая диффузия, облегчённая диффузия, активный транспорт .

Простая диффузия

При простой диффузии частицы вещества перемещаются сквозь билипидный слой. Направление простой диффузии определяется только разностью концентраций вещества по обеим сторонам мембраны. Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобные вещества (O2,N2,бензол) и полярные маленькие молекулы (CO 2 , H 2 O, мочевина ). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).

Облегченная диффузия

Большинство веществ переносится через мембрану с помощью погружённых в неё транспортных белков (белков-переносчиков). Все транспортные белки образуют непрерывный белковый проход через мембрану. С помощью белков-переносчиков осуществляется как пассивный, так и активный транспорт веществ. Полярные вещества (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) проходят через мембраны с помощью облегченной диффузии, при участии белков-каналов или белков-переносчиков. Участие белков-переносчиков обеспечивает более высокую скорость облегченной диффузии по сравнению с простой пассивной диффузией. Скорость облегченной диффузии зависит от ряда причин: от трансмембранного концентрационного градиента переносимого вещества, от количества переносчика, который связывается с переносимым веществом, от скорости связывания вещества переносчиком на одной поверхности мембраны (например, на наружной), от скорости конформационных изменений в молекуле переносчика, в результате которых вещество переносится через мембрану и высвобождается на другой стороне мембраны. Облегченная диффузия не требует специальных энергетических затрат за счет гидролиза АТФ.

Эта особенность отличает облегченную диффузию от активного трансмембранного транспорта.

Градиент концентрации

Градиент концентрации

Градиент концентрации (от лат. gradi, gradu, gradus — ход, движение, течение, приближение; con — с, вместе, совместно + centrum — центр) или концентрационный градиент — это векторная физическая величина , характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде. Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, разделённые полупроницаемой мембраной, то градиент концентрации будет направлен из области меньшей концентрации вещества в область с большей его концентрацией.

Определение

Градиент концентрации направлен по пути l , соответствующему нормали к изоконцентрационной поверхности (полупроницаемой мембране). Значение концентрационного градиента gradC равно отношению элементарного изменения концентрации dC к элементарной длине пути dl :

При постоянном значении градиента концентрации C на длине пути l :

Здесь C 1 и C 2 — начальное и конечное значение концентрации на длине пути l (нормали к изоконцентрационной поверхности).

Градиент концентрации может быть причиной переноса веществ, например диффузии . Диффузия осуществляется против градиента концентрации.

Единицей измерения градиента концентрации является величина м −2 , а также её дольные или кратные производные.

В научной литературе (биологии, химии и др.) достаточно часто данный термин встречается в значении степени различия, то есть не векторной , а скалярной величины , показывающей разницу концентраций между двумя ограниченными областями, что является грубой ошибкой. В связи с этим, говоря, например, о пассивном транспорте, указывают, что он осуществляется по градиенту концентрации, имея в виду по разности концентраций вещества, но это изменяет смысл термина, и потому такое его трактование неверно.

См. также

Литература

• Антонов В. Ф., Черныш А. М., Пасечник В. И. Биофизика — М .: ВЛАДОС, 2000, С. 35. ISBN 5-691-00338-0
• Трифонов Е.В. Психофизиология человека, 14-е изд. — СПб. : 2011.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Градиент концентрации» в других словарях:

градиент концентрации — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN composition gradient …

градиент концентрации — – разность содержания ионов K+, Na+, Ca2+ вне и внутри клетки (ионная асимметрия), что обеспечивает образование мембранного потенциала и регуляцию биоэффектов внутри клеток. Общая химия: учебник / А. В. Жолнин … Химические термины

градиент концентрации — koncentracijos gradientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. concentration gradient vok. Konzentrationsgradient, m rus. градиент концентрации, m pranc. gradient de la concentration, m … Fizikos terminų žodynas

градиент концентрации примеси — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN impurity gradient … Справочник технического переводчика

относительный градиент концентрации космических лучей — относительный градиент концентрации Вектор, направленный в сторону максимального увеличения концентрации космических лучей, модуль которого равен отношению производной концентрации в этом направлении к величине концентрации.

[ГОСТ 25645.104 84]… … Справочник технического переводчика

Эта статья о математической характеристике; о способе заливки см.: Градиент (компьютерная графика) … Википедия

анимально-вегетативный градиент — ЭМБРИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ АНИМАЛЬНО ВЕГЕТАТИВНЫЙ ГРАДИЕНТ – градиент чувствительности у еще не оплодотворенной яйцеклетки с выраженным анимальным и вегетативным полюсами (например, у птиц при отмирании яйцеклетки изменения происходят вначале на… … Общая эмбриология: Терминологический словарь

Теория неравновесных макроскопических процессов, то есть процессов, возникающих в системах, выведенных из состояния теплового (термодинамического) равновесия. К К. ф. можно отнести термодинамику неравновесных процессов (См. Термодинамика… … Большая советская энциклопедия

Необратимый перенос массы компонента смеси в пределах одной или неск. фаз. Осуществляется в результате хаотич. движения молекул (мол. диффузия), макроскопич. движения всей среды (конвективный перенос), а в турбулентных потоках также в результате… … Химическая энциклопедия

МКБ 10 E … Википедия

Здравствуйте! Согласно определению, градиент концентрации направлен из стороны меньшей концентрации в сторону большей.

Поэтому про диффузию всегда говорят, что она направлена против градиента концентрации, т.е. из стороны с большей концентрации в сторону меньшей.
Однако, когда читаешь литературу про жизнедеятельность клетки, фотосинтез, в ней всегда говорится, что «по градиенту концентрации» — это в сторону уменьшения концентрации, а «против градиента концентрации»- в сторону увеличения концентрации и, таким образом, например, простая диффузия в клетках (или, иначе, обычная диффузия) направлена по градиенту концентрации.
Но ведь возникает противоречие. Получается, что выражение «по градиенту концентрации» на самом деле есть движение противное направлению градиенту концентрации. Как такое может быть?

Эта устойчивая и широко распространенная ошибка связана с различием в понимании направления вектора градиента концентрации в физике и биологии. Биологи предпочитают говорить о направлении вектора градиента концентрации от большего к меньшему значению, а физики от меньшего к большему.

ГРАДИЕНТ (лат. gradiens, gradient шагающий) — векторная величина, показывающая направление наиболее быстрого изменения какой-либо функции. Понятием Г. широко пользуются в физике, физ. химии, метеорологии и других науках для характеристики скорости изменения какой-либо величины на единицу длины в направлении ее максимального роста; Г. в биологии — это количественное изменение морфол, или функциональных (в т. ч. биохим.) свойств вдоль одной из осей тела, органа или клетки на любой стадии их развития. Г., отражающий изменение какого-либо физиол, показателя (напр., интенсивности обмена веществ), называют физиол, градиентом (см. Градиент физиологический). При рассмотрении различных биол, процессов чаще встречаются с Г. электрического поля, концентрационным Г., осмотическим Г., гидростатическим Г. и температурным Г.

Градиент электрического поля в биол, объектах возникает в результате перемещения ионов внутри клеток и тканей или вследствие приложения внешнего источника электрического поля, напр, при гальванизации (см. Гальванизация , Электрофорез). Особенно большие значения Г. электрического поля имеют место на биол, мембранах. Так, при толщине мембраны ок. 10 нм и при изменении потенциала на 10 же градиент электрического поля на ней составит 104 в/см. Такое значительное изменение внутреннего электрического поля мембраны может привести к изменению ее поляризации и степени упорядоченности ее структуры. Существует пороговое значение Г. потенциала, при к-ром клетки генерируют потенциал действия (см. Биоэлектрические потенциалы , Возбуждение).

Концентрационный градиент в живых тканях возникает при условии наличия значительной разницы в концентрации ионов во внутренней и внешней среде, напр, высокая внутренняя концентрация ионов калия и низкая концентрация ионов натрия и хлора. Так, внутри волокна сердечной мышцы крысы содержится 140 мкмолей ионов калия и 13 мкмолей ионов натрия на 1 г внутриклеточной воды. Во внешней среде содержится 2,7 мкмоля ионов калия и 150 мкмолей ионов натрия. Концентрационный Г. ионов калия может быть объяснен существованием так наз. доннановского равновесия (см. Мембранное равновесие) по обе стороны биол, мембраны. При этом недиффундирующие анионы (напр., анионы белковых макромолекул) вызывают неравномерное распределение концентрации как анионов (напр., C -), так и катионов (напр., K +) по обе стороны мембраны. Существование концентрационного Г. ионов натрия не может быть объяснено доннановским равновесием, и перенос ионов натрия против концентрационного Г. объясняют существованием активного транспорта ионов (см.). Концентрационный Г. ионов может возникать также в результате протекания метаболических процессов. В итоге все процессы перераспределения ионов по разные стороны биол, мембраны приводят к возникновению потенциалов покоя (см. Биоэлектрические потенциалы).

Поступление и выход различных веществ из клеток происходит вследствие наличия Г. их концентрации. Скорость диффузии веществ определяется соотношением: dn/dt =Dq grad C, где n — количество диффундирующих молекул через поверхность q, D — коэф. диффузии, grad С — градиент концентрации; коэффициент диффузии определяется вязкостью среды и размером молекул вещества. Различие в скорости диффузии катионов и анионов (их подвижности) приводит к появлению диффузионного потенциала φ, который возникает на границе двух соприкасающихся растворов и описывается уравнением Нернста:

где U — подвижность катиона, V — подвижность аниона, С1 и С2 — концентрация электролита в двух соприкасающихся р-рах; R — газовая константа, T — абсолютная t°, n — заряд иона, F — число Фарадея. Диффузионный потенциал минимален, когда подвижность катиона и аниона равны или близки, напр, в случае раствора KCl. Поэтому этот электролит используется в биологии и медицине в качестве жидкостного проводника при гальванизации, электрофорезе и т. д.

Осмотический градиент характеризует разницу в величине осмотического давления (см.) в системе растворитель — раствор, разделенных полупроницаемой мембраной, т. е. проницаемой для молекул растворителя, но непроницаемой для растворенного вещества. Осмотическое давление при этом определяется как величина силы, к-рую нужно приложить к р-ру, чтобы остановить движение растворителя в сторону р-ра. При изменении осмотического давления во внешней среде клетки (напр., при его увеличении) вода будет поступать в клетку; скорость поступления воды при этом будет пропорциональна осмотическому Г. (между внутренней и внешней средой клетки). Так, для эритроцитов скорость проникновения воды составляет величину 2,5 мкм 3 /мсм 2 -мин-атм. Величина осмотического давления крови высших животных ок. 40 мм вод. ст. и составляет малую часть от всего кровяного давления. При нарушении белкового или солевого обмена изменяется также и Г. осмотического давления, напр, при его увеличении вода будет поступать в ткань, вызывая отек (см.).

Гидростатический градиент характеризует перепад давления между внешней и внутренней средой клетки, целого организма или отдельных его частей. Так, работа сердца приводит к появлению гидростатического градиента. В артериальной части кровеносной системы возникает положительное гидростатическое давление, в венозной — отрицательное (см. Кровяное давление). Гидростатическое давление может компенсировать осмотическое, что имеет место в капиллярах кровеносной системы. При росте гидростатического Г. (напр., при гипертензии) усиливается выход воды из кровяного русла в ткани, что может привести к возникновению отеков.

Температурный градиент, возникающий вследствие разности температур внутри и вне клетки, существенно влияет практически на все процессы жизнедеятельности. Так, скорость диффузии электролитов увеличивается на 30- 40% при повышении температуры на 10°. Примерно на столько же увеличивается электропроводность клеток. Перенос тепла пропорционален Г. температуры по обе стороны поверхности; при этом Q = -λgrad T, где Q — количество тепла, переносимого через теплопроводящую поверхность, λ — коэф. теплопроводности, T — абсолютная температура. Основным источником тепла в организме человека и животных являются экзотермические процессы, протекающие при работе мышц и внутренних органов. Рассеивание тепла (напр., с поверхности тела человека) может происходить также путем конвекции, излучения и испарения. Все эти процессы ускоряются с ростом температурного Г.

Библиография: Байер В. Биофизика, пер. с нем., М., 1962; Биофизика, под ред. Б. Н. Тарусова и О. Р. Колье, М., 1968; Пасынский А. Г. Биофизическая химия, М., 1968.

Ю. М. Петрусевич.

Характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде. Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, разделённые полупроницаемой мембраной, то градиент концентрации будет направлен из области меньшей концентрации вещества в область с большей его концентрацией Ошибка Lua: callParserFunction: function «#property» was not found. )]][[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function «#property» was not found. )]] .

Определение

Градиент концентрации направлен по пути l , соответствующему нормали к изоконцентрационной поверхности (полупроницаемой мембране). Значение концентрационного градиента texvc не найден; См. math/README — справку по настройке.): \nabla C равно отношению элементарного изменения концентрации dC к элементарной длине пути dl :

Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл texvc не найден; См. math/README — справку по настройке.): \nabla C = \frac{dC}{dl}

При постоянном значении градиента концентрации C на длине пути l :

Невозможно разобрать выражение (Выполняемый файл texvc не найден; См. math/README — справку по настройке.): \nabla C = \frac{C_1 — C_2}{l}

Здесь C 1 и C 2 — начальное и конечное значение концентрации на длине пути l (нормали к изоконцентрационной поверхности).

Градиент концентрации может быть причиной переноса веществ, например диффузии . Диффузия осуществляется против вектора градиента концентрации[[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function «#property» was not found. )]][[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function «#property» was not found. )]][[К:Википедия:Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: function «#property» was not found. )]] .

Единицей измерения градиента концентрации в Международной системе единиц (СИ) является величина −4 (моль/м 4 или кг/м 4), а также её дольные или кратные производные.

См. также

Напишите отзыв о статье «Градиент концентрации»

Литература

• Антонов В. Ф., Черныш А. М., Пасечник В. И. Биофизика — М .: ВЛАДОС, 2000, С. 35. ISBN 5-691-00338-0
• Трифонов Е. В. — СПб.: 2011.

Отрывок, характеризующий Градиент концентрации

– Это Ведьмы и Ведуны, Изидора. Когда-то одним из них был твой отец… Мы обучаем их.
Сердце болело… Мне хотелось завыть волчьим голосом, жалея себя и свою короткую потерянную жизнь!.. Бросив всё, сесть вместе с ними, с этими счастливыми Ведунами и Ведьмами, чтобы познать умом и сердцем всю глубину чудесного, так щедро открытого им великого ЗНАНИЯ! Жгучие слёзы готовы были хлынуть рекой, но я из последних сил пыталась их как-то удерживать. Делать это было никак нельзя, так как слёзы были очередной «запрещённой роскошью», на которую у меня не было никакого права, если я мнила себя настоящим Воином. Воины не рыдали. Они боролись и побеждали, а если гибли – то уж точно не со слезами на глазах… Видимо, я просто очень устала. От одиночества и боли… От постоянного страха за родных… От бесконечной борьбы, в которой не имела ни малейшей надежды выйти победительницей. Мне был очень нужен глоток свежего воздуха, и этим воздухом для меня была моя дочь, Анна. Но почему-то, её нигде не было видно, хотя я знала, что Анна находится здесь, вместе с ними, на этой чудесной и странной, «закрытой» земле.
Север стоял рядом со мной на краю ущелья, и в его серых глазах таилась глубокая печаль. Мне захотелось спросить у него – увижу ли я его когда-либо? Но не хватало сил. Я не хотела прощаться. Не хотела уходить. Жизнь здесь была такой мудрой и спокойной, и всё казалось так просто и хорошо!.. Но там, в моём жестоком и несовершенном мире умирали хорошие люди, и пора было возвращаться, чтобы попытаться хоть кого-то спасти. .. Это по-настоящему был мой мир, каким бы страшным он не являлся. И мой оставшийся там отец возможно жестоко страдал, не в силах вырваться из лап Караффы, которого я железно решила, чего бы мне это не стоило, уничтожить, даже если за это придётся отдать свою короткую и такую дорогую для меня, жизнь…
– Могу ли я увидеть Анну? – с надеждой в душе, спросила я Севера.
– Прости меня, Изидора, Анна проходит «очищение» от мирской суеты… Перед тем, как она войдёт в тот же зал, где только что находилась ты. Она не сможет к тебе сейчас придти…
– Но почему же мне не понадобилось ничего «очищать»? – удивилась я. – Анна ведь ещё ребёнок, у неё нет слишком много мирской «грязи», не так ли?

понятие, формула. Транспорт веществ в биологических мембранах

Что такое концентрация? Если говорить в широком смысле, то это соотношение объема вещества и количества растворенных в нем частиц. Данное определение встречается в самых разнообразных отраслях науки, начиная от физики и математики, заканчивая философией. В данном случае, идет речь об употреблении понятия «концентрация» в биологии и химии.

Градиент

В переводе с латыни, это слово означает «растущий» или «шагающий», то есть это некий «указующий перст», который показывает направление, в котором возрастает любая величина. В качестве примера можно использовать, допустим, высоту над уровнем моря в разных точках Земли. Ее (высоты) градиент в каждой отдельной точке на карте будет показывать вектор увеличения значения до достижения самого крутого подъема.

В математике этот термин появился только в конце девятнадцатого века. Его ввел Максвелл и предложил свои обозначения этой величины. Физики используют данное понятие для того, чтобы описывать напряженность электрического или гравитационного поля, изменение потенциальной энергии.

Не только физика, но и другие науки используют термин «градиент». Это понятие может отражать как качественную, так и количественную характеристику вещества, например, концентрацию или температуру.

Градиент концентрации

Что такое градиент теперь известно, а что такое концентрация? Это относительная величина, которая показывает долю вещества, содержащегося в растворе. Она может высчитываться в виде процента от массы, количества молей или атомов в газе (растворе), доли от целого. Такой широкий выбор дает возможность выразить практически любое соотношение. И не только в физике или биологии, но и в метафизических науках.

А в общем, градиент концентрации является векторной величиной, которая одновременно дает характеристику количеству и направлению изменения вещества в среде.

Определение

Можно ли подсчитать градиент концентрации? Формула его представляет собой частность между элементарным изменением концентрации вещества и длинной пути, который придется преодолеть веществу для достижения равновесия между двумя растворами. Математически это выражается формулой С = dC/dl.

Наличие градиента концентрации между двумя веществами является причиной их смешивания. Если частицы движутся из области с большей концентрацией в меньшую, то это называется диффузией, а если между ними находится полупроницаемое препятствие — осмосом.

Активный транспорт

Активный и пассивный транспорт отражает движение веществ через мембраны или слои клеток живых существ: простейших, растений, животных и человека. Этот процесс проходит с использованием тепловой энергии, так как переход веществ осуществляется против градиента концентрации: от меньшего к большему. Наиболее часто для осуществления такого взаимодействия используется аденозинтрифосфат или АТФ — молекула, которая является универсальным источником энергии в 38 Джоулей.

Существуют разные формы АТФ, которые располагаются на мембранах клеток. Энергия, заключенная в них, высвобождается при переносе молекул веществ через так называемые насосы. Это поры в клеточной стенке, которые выборочно поглощают и откачивают ионы электролитов. Кроме того, существует такая модель транспорта как симпорт. В этом случае одновременно транспортируется два вещества: одно выходит из клетки, а другое в нее попадает. Это позволяет сэкономить энергию.

Везикулярный транспорт

Активный и пассивный транспорт включает в себя транспортировку веществ в виде пузырьков или везикул, поэтому процесс называется, соответственно, везикулярным транспортом. Выделяют два его вида:

1. Эндоцитоз. В этом случае пузырьки образуются из мембраны клеток в процессе поглощения ею твердых или жидких веществ. Везикулы могут быть гладкими или иметь каемку. Такой способ питания имеют яйцеклетки, белые клетки крови, а также эпителий почек.
2. Экзоцитоз. Исходя из названия, это процесс противоположный предыдущему. Внутри клетки есть органеллы (например, аппарат Гольджи), которые «упаковывают» вещества в пузырьки, а они, в последующем, выходят через мембрану.

Пассивный транспорт: диффузия

Движение по градиенту концентрации (от высокой к низкой) происходит без использования энергии. Выделяют два варианта пассивного транспорта – это осмос и диффузия. Последняя бывает простой и облегченной.

Основное отличие осмоса в том, что процесс перемещения молекул происходит через полупроницаемую мембрану. А диффузия по градиенту концентрации происходит в клетках, имеющих мембрану с двумя слоями липидных молекул. Направление транспорта зависит только от количества вещества с обеих сторон мембраны. Этим способом в клетки проникают гидрофобные вещества, полярные молекулы, мочевина, и не могут проникнуть белки, сахара, ионы и ДНК.

В процессе диффузии, молекулы стремятся заполнить весь доступный объем, а так же выровнять концентрацию по обе стороны мембраны. Бывает так, что мембрана непроницаема или плохо проницаема для вещества. В этом случае на нее воздействуют осмотические силы, которые могут как сделать преграду плотнее, так и растянуть ее, увеличив размеры насосных каналов.

Облегченная диффузия

Когда градиент концентрации не является достаточным основанием для транспорта вещества, на помощь приходят специфические белки. Они располагаются на мембране клеток точно так же, как и молекулы АТФ. Благодаря ним, может осуществляться как активный, так и пассивный транспорт.

Таким способом через мембрану проходят крупные молекулы (белки, ДНК), полярные вещества, к которым относятся аминокислоты и сахара, ионы. Благодаря участию белков скорость транспорта увеличивается в несколько раз, по сравнению с обычной диффузией. Но это ускорение зависит от некоторых причин:

• градиента вещества внутри и вне клетки;
• количества молекул-переносчиков;
• скорости связывания вещества и переносчика;
• скорости изменения внутренней поверхности мембраны клетки.

Несмотря на это, транспорт осуществляется благодаря работе белков-переносчиков, а энергия АТФ в данном случае не используется.

Основными чертами, которые характеризуют облегченную диффузию, являются:

1. Быстрый перенос веществ.
2. Избирательность транспорта.
3. Насыщаемость (когда все белки заняты).
4. Конкуренция между веществами (из-за сродства с белком).
5. Чувствительность к специфическим химическим агентам – ингибиторам.

Осмос

Как уже упоминалось выше, осмос – это движение веществ по градиенту концентрации через полупроницаемую мембрану. Наиболее полно процесс осмоса описывает принцип Лешателье-Брауна. В нем говорится, что если на систему, находящуюся в равновесии, повлиять извне, то она будет стремиться вернуться в прежнее состояние. Первый раз с явлением осмоса столкнулись в середине XVIII столетия, но тогда ему не придали особого значения. Исследования феномена начались только сто лет спустя.

Самым важным элементом в феномене осмоса является полупроницаемая мембрана, которая пропускает через себя только молекулы определенного диаметра или свойств. Например, в двух растворах с разной концентрацией, через преграду будет проходить только растворитель. Это будет продолжаться до тех пор, пока концентрация с обеих сторон мембраны не станет одинаковой.

Осмос играет значительную роль в жизни клеток. Это явление позволяет проникать в них только тем веществам, которые необходимы для поддержания жизни. Красная клетка крови имеет мембрану, пропускающую только воду, кислород и питательные вещества, но белки, которые, образуются внутри эритроцита, не могут попасть наружу.

Явление осмоса нашло и практическое применение в быту. Даже не подозревая об этом, люди в процессе засаливания пищи использовали именно принцип движения молекул по градиенту концентрации. Насыщенный солевой раствор «вытягивал» на себя всю воду из продуктов, тем самым позволяя им дольше храниться.

А. Электрохимический градиент / Биохимия

В то время как искусственная липидная мембрана для ионов практически не проницаема, биологические мембраны содержат «ионные каналы», по которым отдельные ионы избирательно проникают через мембрану (см. Транспортные процессы). Проницаемость и полярность мембраны зависят от электрохимического градиента, то есть от концентраций ионов по обе стороны мембраны (концентрационного градиента) и от разности электрических потенциалов между внутренней и внешней сторонами мембраны (мембранного потенциала).

В состоянии покоя клеток мембранный потенциал (потенциал покоя, см. Потенциал покоя и потенциал действия) составляет от −0,05 до −0,09 В, то есть на внутренней стороне плазматической мембраны преобладает избыток отрицательных зарядов. Потенциал покоя обеспечивается прежде всего катионами Na⁺ и K⁺, а также органическими анионами и ионом Cl^— (1). Концентрации снаружи и внутри клетки и коэффициенты проницаемости этих ионов приведены в таблице (2).

Распределение ионов между внешней средой и внутренним объёмом клетки описывается уравнением Нернста (3), где ΔΨ_G — трансмембранный потенциал (в вольтах, В), то есть разность электрических потенциалов между двумя сторонами мембраны при отсутствии транспорта ионов через мембрану (потенциал равновесия). Для одновалентных ионов при 25°С множитель RT/Fn равен 0,026 В. Вместе с тем из таблицы (2) следует, что для ионов K⁺ ΔΨ_G примерно равно −0,09 В, т.  е. величина того же порядка, что и потенциал покоя. Для ионов Na⁺, напротив, ΔΨ_G ≈ +0,07 В, то есть выше, чем потенциал покоя. Поэтому ионы Na⁺ поступают в клетку при открытии Na⁺-канала. Неравенство концентраций ионов Na⁺ и K⁺ постоянно поддерживается Na⁺/K⁺-АТФ-азой при расходовании АТФ (см. Транспортные белки).

Статьи раздела «Сохранение энергии на мембранах»:

— Следущая статья   |   — Вернуться в раздел

ВИДЫ И ФОРМЫ ПРОЯВЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ЖИВЫХ СИСТЕМ | Психологическая энциклопедия 1vc0

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

При таких условиях благодаря существующему концентрационному градиенту какое-то количество ионов калия выходит из клетки через поры мембраны, создавая тем самым на ее наружной поверхности избыток положительно заряженных частиц. На внутренней же поверхности возникает избыток крупных молекул органических анионов, оставшихся без нейтрализующих их калий-положительных ионов. Благодаря электростатическим силам вышедшие катионы калия не могут далеко удалиться от наружной поверхности мембраны (положительно заряженные частицы, находящиеся вне клетки, прижимают их к мембране, а скопившиеся на внутренней поверхности отрицательно заряженные частицы стремятся «втащить» их внутрь клетки). Однако высокий концентрационный градиент для калия препятствует этому. В результате на поверхностях клеточной мембраны и возникает разность потенциалов — потенциал покоя (рис. 43). Разумеется, калий играет здесь, так сказать, основную, ведущую роль. Вместе с тем по градиенту концентрации в клетку поступает и какое-то количество катионов натрия. Но положительный заряд потока натрия значительно меньше противоположного потока ионов калия. Более того, некоторое количество анионов хлора, захватываемых натрием и поступающих вместе с органическими анионами, также участвует в образовании слоя отрицательных зарядов на внутренней поверхности мембраны, а оставшиеся в избытке катионы натрия и калия — слоя положительных зарядов на наружной поверхности мембраны. (Надо сказать, что в возникновении и поддержании потенциала покоя существенную роль играет и активный перенос, т. е. работа «калий-натриевого насоса».)

Рис. 43. Образование мембранного потенциала за счет градиента концентрации (по Вудсбери, 1962): размерами символов К+, Na+, Cl—. А- и других обозначена степень относительной концентрации соответствующих ионов.

На образование двойного электрического слоя идет очень немного ионов. Поэтому концентрационный градиент сохраняется высоким. Следовательно, диффузия ионов должна продолжаться. Однако в условиях уже существующего электрического потенциала диффундирующие ионы будут испытывать препятствие со стороны электрических зарядов на поверхности мембраны: положительные ограничивают дальнейшее поступление из клетки катионов калия, а отрицательные — приток в клетку анионов. В результате возникает состояние, при котором силы диффузии (концентрационного градиента) и электростатического отталкивания уравновешиваются: количество ионов, проходящих через мембрану по градиенту концентрации, становится равным количеству ионов, проходящих в обратном направлении под влиянием сил электростатического отталкивания. Уровень этого электрохимического равновесия и будет определять как ионную асимметрию по обе стороны мембраны (клетка — среда), так и величину мембранного потенциала.

Следует обратить особое внимание на земечательный факт возникновения и поддержания потенциала покоя как активного саморегулирующегося процесса. Вот почему потенциал покоя специфичен для различных тканей и колеблется, например, в клетках скелетных мышц в пределах 80—90 мВ, а эпителиальной ткани — 20—30 мВ. Потенциал покоя одной и той же ткани претерпевает изменения в зависимости от возраста, состояния обмена веществ и т. д., а также определяется особенностями проницаемости клеточной мембраны, изменения концентрации ионов внутри и вне клетки и др.

Проницаемость мембраны в свою очередь зависит от характера отношений в ней водных и липидных фаз. В зоне между этими фазами ионы преодолевают силы гидратации. Запас свободной энергии ионов зависит от разности энергии их при переходе из одной фазы в другую. Таким образом, при миграции частиц через биологическую мембрану возникает определенный энергетический барьер. За счет этого барьера и создается избирательная проницаемость и высокое электрическое сопротивление клеточных мембран.

Регулятором, определяющим пропускную способность мембран и разделение встречных потоков анионов и катионов, является электрический заряд поры мембраны. Привлекающая своей простотой и ясностью мембранная теория возникновения электропотенциалов клетки встречает значительные трудности при объяснении многих вопросов, связанных с выяснением их природы.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

ИОННЫЕ НАСОСЫ • Большая российская энциклопедия

• В книжной версии

  Том 11. Москва, 2008, стр. 554

• Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: Л. {2+}}$ из кле­ток мио­кар­да. Это мо­жет при­во­дить к уси­ле­нию сер­деч­ных со­кра­ще­ний, что ис­поль­зу­ет­ся в кли­нич. прак­ти­ке.

Общая физиология возбудимых тканей. Потенциал покоя. Потенциал действия

Лекция 2. Общая физиология возбудимых тканей. Потенциал покоя. Потенциал действия.

۩ Сущность процесса возбуждения. Сущность процесса возбуждения можно сформулировать следующим образом. Все клетки организма имеют электрический заряд, который создается неодинаковой концентрацией анионов и катионов внутри и вне клетки. Различная концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки является следствием неодинаковой проницаемости клеточной мембраны для различных ионов и работы ионных насосов. Процесс возбуждения начинается с действия на возбудимую клетку раздражителя. Сначала очень быстро повышается проницаемость её мембраны для ионов натрия и быстро возвращается к норме, затем – для ионов калия и также быстро, но с некоторым отставанием возвращается к норме. Вследствие этого ионы перемещаются в клетку и из клетки согласно электрохимическому градиенту – это и есть процесс возбуждения. Возбуждение возможно только в том случае, если клетка постоянно поддерживает потенциал покоя (мембранный потенциал) и при её раздражении быстро изменяется проницаемость клеточной мембраны.

۩ Потенциал покоя. Потенциал покоя (ПП) – это разность электрических потенциалов между внутренней и наружной средами клетки в состоянии её покоя. При этом внутри клетки регистрируется отрицательный заряд. Величина ПП в различных клетках различна. Так, в волокнах скелетной мышцы регистрируется ПП равный 60-90 мВ, в нейронах – 50-80 мВ, в гладких мышцах – 30-70 мВ, в сердечной мышце – 80-90 мВ. Органеллы клеток имеют свои вариабельные мембранные потенциалы.

Непосредственной причиной существования потенциала покоя является неодинаковая концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки (смотри таб.1!).

Таблица 1. Внутри- и внеклеточные концентрации ионов в мышечных клетках.

Внутриклеточная концентрация, мМ	Внеклеточная концентрация, мМ
Na+		12	Na+	145
K+		155	K+	4
Cl-		4	Cl-	80
HCO3-		8	HCO3-	27
A- (крупномолекулярные внутриклеточные анионы)		155	A-(крупномолекулярные внутриклеточные анионы)	нет
Mg+		Небольшое количество	Mg+	Небольшое количество
Ca+		Очень мало	Ca+	Основное количество

Неравномерное расположение ионов внутри и вне клетки является следствием неодинаковой проницаемости клеточной мембраны для различных ионов и работы ионных насосов, транспортирующих ионы в клетку и из клетки вопреки электрохимическому градиенту. Проницаемость – это её способность пропускать воду, незаряженные и заряженные частицы согласно законам диффузии и фильтрации. Она определяется:

1. Размерами каналов и размерами частиц;

2. Растворимостью частиц в мембране (клеточная мембрана проницаема для растворимых в ней липидов и непроницаема для пептидов).

Проводимость – это способность заряженных частиц проходить через клеточную мембрану согласно электрохимическому градиенту.

Различная проницаемость различных ионов играет важную роль в формировании ПП:

1. Калий является основным ионом, обеспечивающим формирование ПП, так как его проницаемость в 100 раз выше, чем проницаемость для натрия. При уменьшении концентрации калия в клетке ПП уменьшается, а при увеличении – увеличивается. Он может входить и выходить из клетки. В покое количество входящих ионов калия и выходящих его ионов уравновешивается и устанавливается так называемый калиевый равновесный потенциал, который рассчитывается по уравнению Нернста. Механизм его таков: так как электрический и конценрационный градиенты противодействуют друг другу, то калий стремится выйти наружу по концентрационному градиенту, а отрицательный заряд внутри клетки и положительный вне клетки препятствует этому. Тогда количество входящих ионов становится равным количеству выходящих ионов.

2. Натрий входит в клетку. Его проницаемость мала по сравнению с проницаемостью калия, поэтому его вклад в формирование ПП невелик.

3. Хлор входит в клетку в незначительном количестве, так как проницаемость мембраны для него невелика, причем он уравновешивается количеством ионов натрия (противоположные заряды притягиваются). Следовательно, его вклад в формирование ПП невелик.

4. Органические анионы (глютамат, аспартат, органические фосфаты, сульфаты) вообще не могут выйти из клетки, так как они имеют большие размеры. Поэтому за счет них внутри клетки формируется отрицательный заряд.

5. Роль ионов кальция в формировании ПП заключается в том, что они взаимодействуют с наружными отрицательными зарядами мембраны клетки и отрицательными карбоксильными группами интерстиция, нейтрализуя их, что ведет к стабилизации ПП.

Кроме выше перечисленных ионов, в формировании ПП играют важную роль и поверхностные заряды мембраны (в основном отрицательные). Их формируют гликопротеиды, гликолипиды и фосфолипиды: фиксированные наружные отрицательные заряды, нейтрализуя положительные заряды внешней поверхности мембраны, уменьшают ПП, а фиксированные внутренние отрицательные заряды мембраны, напротив, увеличивают ПП, суммируясь с анионами внутри клетки. Таким образом, потенциал покоя — это алгебраическая сумма всех положительных и отрицательных зарядов ионов вне и внутри клетки и поверхностных зарядов клеточной мембраны.

Роль ионных насосов в формировании ПП. Ионный насос – это молекула белка, которая обеспечивает перенос иона с непосредственной затратой энергии вопреки электрическому и концентрационному градиентам. В результате сопряженного транспорта натрия и калия поддерживается постоянная разность концентраций этих ионов внутри и вне клетки. Одна молекула АТФ обеспечивает один цикл работы Na/K-насоса – перенос трех ионов натрия за пределы клетки и двух ионов калия внутрь клетки. Таким образом, увеличивается ПП. Нормальная величина потенциала покоя является необходимым условием для формирования потенциала действия, то есть для формирования процесса возбуждения.

۩Потенциал действия. Потенциал действия – это электрофизиологический процесс, который выражается в быстром колебании мембранного потенциала вследствие изменения проницаемости мембраны и диффузии ионов в клетку и из клетки. Роль ПД заключается в обеспечении передачи сигналов между нервными клетками, нервными центрами и рабочими органами, в мышцах ПД обеспечивает процесс электромеханического сопряжения. ПД подчиняется закону «всё или ничего». Если сила раздражения мала, то возникает локальный потенциал, который не распространяется.

Потенциал действия состоит из трех фаз: деполяризации, то есть исчезновения ПП; инверсии – изменения знака заряда клетки на обратный; реполяризации – восстановление исходного МП.

Механизм возникновения потенциала действия.

Фаза деполяризации. При действии раздражителя на клетку начальная частичная деполяризация клеточной мембраны происходит без изменения ее проницаемости для ионов. Когда деполяризация достигает примерно 50% пороговой величины, возрастает проницаемость мембраны для Na⁺, причем в первый момент сравнительно медленно. В этот период движущей силой, обеспечивающей движение Na⁺ в клетку, являются концентрационный и электрический градиенты. Вспомним, что клетка внутри заряжена отрицательно (разноименные заряды притягиваются), а концентрация Na⁺ вне клетки в 12 раз больше, чем внутри клетки. Условием, обеспечивающим дальнейший вход Na⁺ в клетку, является увеличение проницаемости клеточной мембраны, который определяется состоянием воротного механизма натриевых каналов. Воротный механизм натриевых каналов расположен на внешней и внутренней стороне клеточной мембраны, воротный механизм калиевых каналов – только на внутренней стороне мембраны. В каналах для натрия имеются активационные m-ворота, которые расположены с внешней стороны клеточной мембраны, и инактивационные h-ворота, расположенные с внутренней стороны мембраны. В условиях покоя активационные m-ворота закрыты, инактивационные h-ворота открыты. Калиевые активационные ворота закрыты, а инактивационных калиевых ворот нет. Когда деполяризация клетки достигает критической величины, которая обычно составляет 50 мВ, проницаемость мембраны для Na⁺ резко возрастает, так как открывается большое количество потенциалзависимых m-ворот натриевых каналов и ионы натрия лавиной устремляются в клетку. Развивающаяся деполяризация клеточной мембраны вызывает дополнительное увеличение ее проницаемости и, соответственно, проводимости натрия: открываются все новые и новые активационные m-ворота. В итоге ПП исчезает, то есть становится равным нулю. Фаза деполяризации на этом заканчивается. Ее длительность составляет примерно 0,2-0,5 мс.

Фаза инверсии. Процесс перезарядки мембраны представляет собой вторую фазу ПД – фазу инверсии. Фаза инверсии делится на восходящую и нисходящую составляющие. Восходящая часть. После исчезновения ПП вход в клетку ионов натрия продолжается, так как натриевые активационные m-ворота еще открыты. В результате заряд внутри клетки становится положительным, а снаружи-отрицательным. В течение доли миллисекунды ионы натрия еще продолжают входить в клетку. Таким образом, вся восходящая часть пика ПД обеспечивается в основном входом Na⁺ в клетку. Нисходящая составляющая фазы инверсии. Примерно через 0,2-0,5 мс после начала деполяризации рост ПД прекращается в результате закрытия натриевых инактивационных h-ворот и открытия калиевых активационных ворот. Поскольку калий находится преимущественно внутри клетки, он, согласно концентрационному градиенту, начинает быстро выходить из нее, вследствие чего уменьшается число положительно заряженных ионов в клетке. Заряд клетки снова начинает уменьшаться. Во время нисходящей составляющей фазы инверсии выходу ионов калия из клетки способствует также и электрический градиент. К⁺ выталкивается положительным зарядом из клетки и притягивается отрицательным зарядом снаружи клетки. Так продолжается до полного исчезновения положительного заряда внутри клетки. Калий выходит из клетки не только по управляемым каналам, но и по неуправляемым каналам – каналам утечки. Амплитуда ПД складывается из величины ПП и величины фазы инверсии, составляющей у разных клеток 10-50 мВ.

Фаза реполяризации. Пока активационные калиевые каналы открыты, K⁺ еще продолжает выходить из клетки, согласно химическому градиенту. Заряд внутри клетки становится отрицательным, а снаружи – положительным, следовательно, электрический градиент резко тормозит выход ионов калия из клетки. Но так как сила химического градиента больше силы электрического градиента, ионы калия продолжают очень медленно выходить из клетки. Затем активационные калиевые ворота закрываются, остается только выход ионов калия по каналам утечки, то есть по концентрационному градиенту через неуправляемые каналы.

Таким образом, ПД вызывается циклическим процессом поступления ионов натрия в клетку и последующего выхода калия из нее. Роль Са²⁺ в возникновении ПД в нервных клетках незначительна. Однако Са²⁺ играет очень важную роль в возникновении ПД сердечной мышцы, в передаче импульсов от одного нейрона к другому, от нервного волокна к мышечному, в обеспечении мышечного сокращения.

Вслед за ПД возникают следовые явления (характерные для нейронов) – сначала следовая гиперполяризация, а затем следовая деполяризация. Следовая гиперполяризация клеточной мембраны обычно является следствием еще сохраняющейся повышенной проницаемости мембраны для ионов калия. Следовая деполяризация связана с кратковременным повышением проницаемости мембраны для Na⁺ и входом его в клетку согласно химическому и электрическому градиентам.

Кроме этого существуют: а) так называемая фаза абсолютной рефрактерности, или полная невозбудимость клетки. Она приходится на пик ПД и продолжатся 1-2 мс; и б) фаза относительной рефрактерности – период частичного восстановления клетки, когда сильное раздражение может вызвать новое возбуждение. Относительная рефрактерность соответствует конечной части фазы реполяризации и следовой гиперполяризации клеточной мембраны. В нейронах вслед за гиперполяризацией возможна частичная деполяризация клеточной мембраны. В этот период очередной потенциал действия можно вызвать более слабым раздражением, так как МП несколько меньше обычного. Этот период называется фазой экзальтации (период повышенной возбудимости).

Скорость протекания фазовых изменений возбудимости клетки определяет ее лабильность. Лабильность, или функциональная подвижность, — это скорость протекания одного цикла возбуждения. Мерой лабильности возбудимого образования является максимальное число ПД, которое он может воспроизвести в 1 секунду. Обычно возбуждение продолжается менее 1 мс и подобно взрыву. Такой «взрыв» протекает мощно, но быстро завершается.

Градиент формула. Концентрационный градиент натрия (Na), как движущая сила мембранного транспорта. T — абсолютная температура

Градиент усваивать (от лат. гради, Выпускник, Градус — ход, движение, течение, приближение; con — с, вместе, вместе + centrum — центр) или концентрационный градиент — это силы физическая величина , г. характеризующая наличие и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде.Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, разделенные полупроницаемой мембраной, то градиент концентрации будет направлен из области концентрации вещества в область с большей его концентрацией.

Активный транспорт — перенос вещества через клеточную или внутриклеточную мембрану (трансмембранный А. т.) или через слой клеток (трансцеллюлярный А.т.), протекающий против градиента усваивать из области низкой концентрации в области высокой, т.е. с затратой свободной энергии организма. В большинстве случаев но не всегда, источником энергии энергия макроэргических связей АТФ .

Различные транспортные АТФазы, локализованные в клеточные мембранах и участвующие в механизмах переноса веществ, являются основной элемент молекулярных устройств — насосов, обеспечивающих избирательное поглощение и откачивание определенных веществ (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (молекулярный транспорт) реализуется с помощью нескольких типов молекулярных машин — насосов и переносчиков.Транспорт неролитов (моносахариэлектдов, аминокислоты и других мономеров) может сопрягаться с симпортом — транспортом другого вещества, движение которого против просчета концентрации является источником энергии для первого процесса. Симпорт может обеспечиваться ионными градиентами (например, натрия) без непосредственного участия АТФ.

Пассивный транспорт — перенос веществ по градиенту усваивать из области высокой концентрации в область низкой, без затрат энергии (например, диффузия , г. осмос ).Диффузия — пассивное перемещение из участка большей концентрации к участку концентрации. Осмос — пассивное перемещение некоторых веществ через полупроницаемую мембрану (обычно мелкие молекулы проходят, крупные не проходит).

Существует три типа проникновения веществ в клетку через мембраны: простая диффузия, облегчённая диффузия, активный транспорт .

Простая диффузия

При простой диффузии частицы перемещаются сквозь билипидный слой.Направление простой диффузии определяется только разностью концентраций вещества по обеим сторонам мембраны. Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобные (O2, N2, бензол) и полярные маленькие молекулы (CO 2, H 2 O, мочевина ). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).

Облегченная диффузия

Большинство веществ переносится через мембрану с помощью погруженных в нее транспортных белков (белков-переносчиков).Все транспортные белки образуют непрерывный белковый проход через мембрану. С помощью белков-переносчиков осуществляется как пассивный, так и активный транспорт веществ. Полярные вещества (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) проходит через мембраны с помощью облегченной диффузии, при участии белков-каналов или белков-переносчиков. Участие белков-переносчиков обеспечивает более высокая скорость облегченной диффузии по сравнению с простой пассивной диффузией. Скорость облегченной диффузии зависит от ряда причин: от трансмембранного концентрационного градиента переносимого вещества, от количества переносчика, который связывается с переносимым веществом, от скорости связывания переносчиком на одной поверхности мембраны (например, на наружной), от скорости конформационных изменений в молекуле переносчика, в результате которые вещество переносится через мембрану и высвобождается на другой стороне мембраны. Облегченная диффузия не требует специальных энергетических затрат за счет гидролиза АТФ. Эта особенность отличает облегченную диффузию от активного трансмембранного транспорта.

Градиент концентрации

Градиент концентрации

Градиент концентрации (от лат. gradi, gradi, градус — ход, движение, течение, приближение; con — с, вместе, совместно + centrum — центр) или градиент — это характерная физическая величина, характеризующая положение и направление наибольшего изменения какого-либо вещества в среде.Например, если рассмотреть две области с концентрацией какого-либо вещества, разделённые полупроницаемой мембраной, то концентрации будет концентрация его концентрации в области с большей концентрацией.

Определение

Градиент направлен по пути л , соответствующей нормали к изоконцентрационной поверхности (полупроницаемой мембране). Значение концентрационного градиента градС равным элементарному изменению dC к элементарной длине пути дл :

При постоянном значении градиента концентрации C на длине пути л :

Здесь C 1 и С 2 — начальное и конечное значение на длине пути l (нормали к изоконцентрационной поверхности).

Градиент может быть причиной переноса веществ, например диффузии. Диффузия осуществляется против концентрации средства.

Единицей меры градиента является величина м −2, а также её дольные или кратные производные.

В научной литературе (биологии, химии и др.) Достаточно часто данный термин упоминается в значении векторной, скалярной величины, показывающей концентрацию между двумя ограниченными областями.В связи с этим, говоря, например, о пассивном транспорте, указание, что он осуществляется по градиенту, имея в виду по разности концентраций вещества, но это изменяет смысл, и такое его трактование неверно.

См. также

Литература

• Антонов В. Ф., Черныш А. М., Пасечник В. И. Биофизика — М .: ВЛАДОС, 2000, С. 35. ISBN 5-691-00338-0
• Трифонов Е.В. Психофизиология человека, 14-е изд.- СПб .: 2011.
.

Фонд Викимедиа . 2010 г. .

Смотреть что такое «Градиент концентрации» в других словарях:

градиент концентрации — — [А. С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN состав градиент…

концентраент концентрации — — разность содержания K +, Na +, Ca2 + вне и внутри клетки (ионная асимметрия), обеспечивает мембранное образование и регуляцию биоэффектов внутри клеток.Общая химия: учебник / А. В. Жолнин… Химические термины

концентраент концентрации — koncentracijos gradientas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. градиент концентрации вок. Концентрацияградиент, м рус. градиент концентрации, m pranc. градиент концентрации, м… Fizikos terminų žodynas

градиент концентрации примеси — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN градиент примесей… Справочник технического переводчика

относительный градиент концентрации космических лучей — относительной производной концентрации Вектор, направленный в сторону увеличения концентрации космической лучей. [ГОСТ 25645.104 84]…… Справочник технического переводчика

Эта статья о математической характеристике; о способе заливки см .: Градиент (компьютерная графика)… Википедия

анимально-вегетативный градиент — ЭМБРИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ АНИМАЛЬНО ВЕГЕТАТИВНЫЙ ГРАДИЕНТ — градиент чувствительности у еще не оплодотворенной яйцеклетки с выраженным анимальным и вегетативным полюсами (например, у птиц при отмирании яйцеклетки изменений. Общая начальная эмбриология на…… Терминологический словарь

Теория неравных макроскопических процессов, то есть процессов, выведенных в систему, выведенных из состояния теплового (термодинамического) равновесия.К К. ф. можно отнести термодинамику неравновесных процессов (См. Термодинамика…… Большая советская энциклопедия

Необратимый перенос массы компонента смеси в пределах одной или неск. фаз. Осуществляется в результате хаотич. движения молекул (мол. диффузия), макроскопич. движения всей среды (конвективный перенос), а в турбулентных потоках также в результате… Химическая энциклопедия

МКБ 10 Э… Википедия

Здравствуйте! Согласно определению, концентрация направлен из стороны концентрации в сторону большей. Поэтому про диффузию всегда говорят, что она направлена ​​против градиента, т.е. из стороны с большей концентрацией в сторону меньшей.
Однако, когда читаешь литературу про жизнедеятельность клетки, фотосинтез, в ней всегда говорится, что «по градиенту концентрации» — это в сторону уменьшения концентрации, а в сторону увеличения концентрации, таким образом, например, простая диффузия в клетках (или, иначе, обычная диффузия) направлена ​​по уровню концентрации.
возникает ведь противоречие. Получается, что выражение «по градиенту концентрации» на самом деле есть движение противное градиенту концентрации. Как такое может быть?

Эта устойчивая и широко распространенная практика с различием в понимании вектора градиента концентрации в физике и биологии. Биологи предпочитают говорить о градиенте градиента от большего к меньшему значению, а физики от меньшего к большему.

ГРАДИЕНТ (лат.gradiens, gradient шагающий) — величина, показывающая наиболее подходящие направления какой-либо функции. Понятием Г. широко занимаюсь в физике, физ. химии, метеорологии и других науках для характеристик скорости какой-либо единицей длины в направлении ее максимального роста; Г. в биологии — это количественное изменение морфол, или функциональных (в т. ч. биохим.) свойств вдоль одной из осей тела, органа или клетки на любой стадии их развития. Г., отражающий изменение какого-либо физиол, показателя (напр., интенсивности обмена веществ), Назовите физиол, градиентом (см. Градиент физиологический). При рассмотрении различных биол, процессов чаще встречаются с Г. электрическим поля, концентрационным Г., осмотическим Г., гидростатическим Г. и температурным Г.

Градиент электрического поля в биолах, вызванных использованием внешних источников электрического поля, при гальванизации (см. Гальванизация, Электрофорез).Особенно большие значения Г. электрические поля имеют место на биол, мембранах. Так, при толщине мембраны ок. 10 и нм при изменении на 10 же градиент электрического поля составляет 104 в / см. Такое сильное изменение внутреннего электрического поля мембраны может привести к изменению ее поляризации и степени упорядоченности ее структуры. Существует пороговое значение Г. потенциал, при к-ром клетки генерируют потенциал действия (см. Биоэлектрические потенциалы, Возбуждение).

Концентрационный градиент в живых тканях при условии наличия разницы в уровне внутренней и внешней среды, высокая внутренняя среда, соответствующая калия и соответствующая природа и хлора. Так, внутри сердечной мышцы крысы содержат 140 мкмолей калия и 13 мкмолей натрия на 1 г внутриклеточной воды. Во внешней среде содержится 2,7 мкмоля «Домашняя среда». Концентрационный Г. Друг калия может быть объяснен существованием так наз.доннановского равновесия (см. Мембранное равновесие) по обе стороны биол, мембраны. При этом недиффундирующие анионы (напр., Анионы белковых макромолекул) вызывают неравномерное распределение как анионов (напр., C -), так и катионов (напр., K +) по обе стороны мембраны. Существование концентрационного Г. Практический пример не может быть объяснено доннановским равновесием, и перенос концентрации против концентрационного Г. объясняют существованием активного транспорта Главная (см.). Концентрационный Г.Это может возникнуть также в результате протекания метаболических процессов. В итоге все перераспределения по противоположной стороне биол, мембраны приводят к возникновению потенциалов покоя (см. Биоэлектрические потенциалы).

Поступление и выход различных веществ из системы происходит снабжение Г. их накопить. Скорость диффузии веществ определяется источником: dn / dt = Dq grad C, где n — количество диффундирующих молекул через поверхность q, D — коэф. диффузии, град С — концентраент; коэффициент диффузии определяется вязкостью среды и размером молекулы вещества.Различие в скорости диффузии катионов и анионов (их подвижности) приводит к появлению диффузионного диффузионного φ, возникающего на границе двух соприкасающихся растворов и описывается уравнением Нернста:

где U — подвижность катиона, V — подвижность аниона, С1 и С2 — лег электролита в двух соприкасающихся р-рах; R — газовая константа, T — абсолютная t °, n — заряд иона, F — число Фарадея. Диффузионный потенциал минимален, когда подвижность катиона и аниона равны или близки, напр, в растворе KCl.Поэтому этот электролит используется в биологии и медицине в качестве жидкостного проводника при гальванизации, электрофорезе и т. д.

Осмотический градиент характеризует разницу в величине осмотического давления (см.) В системе растворитель — раствор, разделенных полупроницаемой мембраной, т. е. проницаемой для молекул растворителя, но непроницаемой для растворенного вещества. Осмотическое давление при этом определяется как величина силы, к-рую нужно приложить к р-ру, чтобы остановить движение растворителя в сторону р-ра.При изменении осмотического давления во внешней среде клетки (напр., При его увеличении) вода будет поступать в клетку; скорость поступления воды при этом будет пропорциональна осмотическому Г. (между внутренней и внешней средой клетки). Так, для эритроцитов скорость проникновения воды составляет 2,5 мкм 3 / мсм 2 -мин-атм. Величина осмотического давления крови высших животных ок. 40 мм вод. ст. и составляет малую часть от всего кровяного давления. При нарушении белкового или солевого обмена изменяется также и Г.осмотического давления, напр, при его увеличении вода будет поступать в ткань, вызывая отек (см.).

Гидростатический градиент проверяет перепад давления между внешней и внутренней средой клетки, целого организма или отдельных его частей. Так, работа сердца приводит к появлению гидростатического градиента. В артериальной части кровеносной системы возникает положительное гидростатическое давление, в венозной — отрицательное (см. Кровяное давление). Гидростатическое давление может компенсировать осмотическое, что имеет место в капиллярах кровеносной системы.При росте гидростатического Г. (напр., при гипертензии) усиливается выход воды из кровяного русла в ткани, что может привести к возникновению отеков.

Температурный градиент, инструкция по применению разности температур внутри и вне клетки. Так, скорость диффузии электролитов увеличивается на 30-40% при повышении температуры на 10 °. Примерно на столько же увеличивается электропроводность клеток. Перенос тепла пропорционален Г.температуры по обе стороны поверхности; при этом Q = -λgrad T, где Q — количество тепла, переносимого через теплопроводящую поверхность, λ — коэф. теплопроводности, T — абсолютная температура. Основным источником тепла в организме человека и животных являются экзотермические процессы, протекающие при работе мышц и внутренних органов. Рассеивание тепла (напр., С поверхности тела человека) может происходить также путем конвекции, излучения и испарения. Все эти процессы ускоряются ростом температурного Г.

Библиография: Байер В. Биофизика, пер. с нем., М., 1962; Биофизика, под ред. Б. Н. Тарусова и О. Р. Колье, М., 1968; Пасынский А. Г. Биофизическая химия, М., 1968.

Ю. М. Петрусевич.

Характеризующая способность и направление наибольшего изменения какого-либо вещества в среде. Например, если рассмотреть две области с концентрацией какого-либо вещества, разделённые полупроницаемой мембраной, то концентрация будет направлен из области концентрации концентрации Lua: callParserFunction: функция «#property» не найдена. )]] [[К: Википедия: Статьи без источников (: Ошибка Lua: callParserFunction: функция «#property» не найдена. )]] .

Определение

Градиент направлен по пути л , соответствующей нормали к изоконцентрационной поверхности (полупроницаемой мембране). Значение концентрационного градиента texvc не найден; См. math / README — справку по настройке.): \ nabla C равно относительному элементарному изменению концентрации dC к элементарной длине пути дл :

Невозможно разобрать (Выполняемый файл texvc не найден; См.math / README — справку по настройке.): \ nabla C = \ frac {dC} {dl}

При постоянном значении градиента концентрации C на длине пути л :

Невозможно разобрать (Выполняется файл texvc не найден; См. Math / README — справку по настройке.): \ Nabla C = \ frac {C_1 — C_2} {l}

Здесь C 1 и С 2 — начальное и конечное значение на длине пути l (нормали к изоконцентрационной поверхности).

Градиент концентрации может быть причиноса веществ, например диффузии. Диффузия осуществляется против градиента концентрации [[К: Википедия: Статьи без источников (страна: Ошибка Lua: callParserFunction: функция «#property» не найдена. )]] [[К: Википедия: Статьи без источников (: Ошибка Lua: callParserFunction: функция «#property» не найдена. )]] [[К: Википедия: Статьи без источников (: Ошибка Lua: callParserFunction: функция «#property» не найдена.)]] .

Единицей измерения градиента в системе единиц (СИ) является величина −4 (моль / м 4 кг / м 4), а также её дольные или кратные производные.

См. также

Напишите отзыв о статье «Градиент концентрации»

Литература

• Антонов В. Ф., Черныш А. М., Пасечник В. И. Биофизика — М .: ВЛАДОС, 2000, С. 35. ISBN 5-691-00338-0
• Трифонов Е. В. — СПб .: 2011.

Отрывок, характеризующий Градиент концентрации

— Это Ведьмы и Ведуны, Изидора. Когда-то одним из них был твой отец … Мы обучаем их.
Сердце болело … Мне хотелось завыть волчьим голосом, жалея себя и свою короткую потерянную жизнь! .. Бросив всё, сесть вместе с этими счастливыми Ведунами и Ведьмами, чтобы познать умом и сердцем всю глубину чудесного, так щедро открытого им великого. ЗНАНИЯ! Жгучие слёзы готовы были хлынуть рекой, но я из последних сил пыталась их как-то удерживать.Делать это было никак нельзя, так как слёзы были очередной «запрещённой роскошью», на которую у меня не было никакого права, если я мнила себя настоящим Воином. Воины не рыдали. Они боролись и побеждали, а если гибли — то уж точно не со слезами на глазах … Видимо, я просто очень устала. От одиночества и боли … От постоянного страха за родных … От бесконечной борьбы, которая имеет место ни малейшей надежды выйти победительницей. Мне был очень нужен глоток свежего воздуха, и этим воздухом для меня была моя дочь, Анна.Но почему-то, ее нигде не было видно, хотя я знала, что Анна находится здесь, вместе с ними, на этой чудесной и странной, «закрытой» земле.
Север стоял рядом со мной на краю ущелья, и в его серых глазах таилась глубокая печаль. Мне захотелось спросить у него — увижу ли я его когда-либо? Но не хватало сил. Я не хотела прощаться. Не хотела уходить. Жизнь здесь была такая мудрой и спокойной, и всё казалось так просто и хорошо! .. Но там, в моём жестоком и несовершенном мире умирали хорошие люди, и пора было возвращаться, чтобы попытаться хоть кого-то спасти… Это по-настоящему был мой мир, каким бы страшным он не являлся. И мой оставшийся там возможно жестоко страдал, не в силах вырваться из лап Караффы, чего бы мне это не стоило, уничтожить, даже если за это придётся отдать свою короткую и такую ​​дорогую для меня, жизнь …
— Могу ли я увидеть Анну? — с надеждой в душе, спросила я Севера.
— Прости меня, Изидора, Анна проходит «очищение» от мирской суеты … Перед тем, как она проходит в тот же зал, где только что находилась ты.Она не сможет к тебе сейчас придти …
— Но почему же мне не понадобилось ничего «очищать»? — удивилась я. — Анна ведь ещё ребёнок, у неё нет слишком много мирской «грязи», не так ли?

Диффузия против градиента концентраци — Справочник химика 21

Диффузия против концентраента. Движущая сила мощии является градиент химического потенциала. Однако изменения химического однозначно анализми изменения в идеальных смесях [c.179]

Рис, III, 2, а показывает обычный для гетерогенных систем переноса вещества против градиента концентраций (в окрестности точки х = 0). Законы Фика, естественно, не применимы к этой области пространства. Однако в их концентрационной форме должна подчиняться законам Фика в их концентрационной форме. Поэтому задача описания нестационарной диффузии в двухфазной системе сводится к решению системы типа (111,3) — (111,7), записанных для каждой из фаз, [c.150]

Возникновение диффузионного диффузионного воздействия электролита в растворе против градиента концентрации.Так как ионы, создающие большую подвижность, диффундируют в более разбавленный раствор с большей скоростью, на границу соприкосновения двух растворов двойной электрический с использованием увеличивающейся скорости. Возникающая разность потенциалов будет ускорять движение более подвижного и замедленного движения, пока не наступит стационарное состояние, при котором скорости диффундирующих комнатное сравняются и растворенное вещество начинает диффундировать как единое целое.Таким образом, дальнейшее взаимное перемещение прекращается. Равновесная разность потенциалов, установившаяся в пограничном слое между двумя растворами, носит название диффузионного. [c.262]

Градиентная диффузия проявляется в дрейфе частиц против градиента концентрации частиц. В [73] получено следующее выражение для коэффициента поперечной диффузии D = SaU. [c.240]

Облегченная диффузия. При облегченной диффузии веществ, содержащихся в питательной среде, транспортируется в вниз по своему градиенту среды.Этот процесс осуществляется благодаря субстрат-специфической пермеазе и не требует затрат энергии. Скорость транспорта в широком диапазоне зависит от концентрации субстрата в среде (рис, 7,19). Питательное вещество не может накапливаться в клетке против градиента. [c.257]

Диффузия частиц в такой равновесной системе происходит как бы против концентраций концентраций из обедненных компонентов области в сторону больших концентраций его. Это обусловливает возникновение периодических неоднородностей по составу, и при достаточном суммарном объеме новой фазы она может стать непрерывной по всему объему системы. [c.96]

Механизм возникновения диффузионного фактора с диффузией среды в растворе против градиента. [c.533]

0,3% (в крови сосудов других частей тела содержание глюкозы 0,1%). Быстрее всего всасываются глюкоза и галактоза, причем в слизистой оболочке тонких кишок происходит фосфорилирование этих соединений.При отравлении монои приводсусной кислотой, препятствующей фосфорилированию углеводов, скорость их всасывания резко уменьшается. Всасывание стимулов стимулирует гормоном поджелудочной железы — инсулином. Процесс всасывания моносахаридов осуществляется как простой диффузии, так и в результате активного переноса через мембраны клеток, что требует затрат энергии на перемещение молекул против градиента концентрации. [ок. 396]

Активный транспорт веществ — это движение молекул через мембраны клеток против концентрации с помощью энергии АТФ и веществ-переносчиков.Химическая энергия движению веществ в сторону высокой их концентрации, откуда они стремятся диффундировать согласно механизму диффузии. Благодаря активному транспорту поддерживается разность концентраций во внутриклеточной и внеклеточной жидкостях (рис. 30). [c.79]

Так, в течение многих десятилетий в физиологии господствовала точка зрения, что передвижение веществ в растении осуществляется на основе диффузии. Однако после того как удалось точно измерить скорость передвижения веществ по тканям растения, стало ясно, что скорость эти выше, чем максимально возможная скорость диффузии. Кроме того, передвижение веществ, основанное на диффузии, не могло бы происходить против градиента концентрации. [c.490]

Расчет скорости многокомпонентной диффузии осложняется тем, что в общем случае поток одного компонента содержит градиент не только его совокупность, но и других компонентов. Вследствие этого может существовать поток одного из компонентов смеси при отсутствии градиента его концентрация или даже против градиента этого компонента. [c.328]

Если плотность газа или размеры пор малы, то длина свободного пробега молекул становится сопоставима или больше характерного размера пор и соударения молекулы со стенками соответствуют чаше, чем соударения молекул друг с другом. В этом случае проявляется тормозящее влияние стенок на процесс переноса массы. Оно связано с тем, что после столкновения со стенками поры, в действительности действующим кратковременной адсорбцией, молекулы начинают двигаться в произвольном направлении, в том числе и против силы воздействия. Такой вид диффузии, называемый кнудсеновской, наблюдается только в газах. [c.331]

Всасывание моносахаридов осуществляется с помощью двух механизмов активного транспорта против градиента концентрации и простой диффузией. Однако всасывание некоторых сахаров нельзя четко приписать действию одного из них. По-видимому, необходимы активные молекулы, которые должны присутствовать в составе глюкозы и галактозы, состоят в следующей группе ОН при 2-м углероде должны иметь такую ​​же конфигурацию, как в глюкозе должно иметь такую ​​же конфигурацию. должны находиться метил или замещенная метильная группа.Фруктоза всасывается медленнее, чем глюкоза и галактоза. Этот процесс, по-видимому, протекает путем диффузии по градиенту. [c.291]

Количество энергии, освобождающееся при окислении I моля глюкозы, может быть клетчаткой, используемой для переноса в концентрацию градиента концентрации 2819000/11175 молей вещества. В действительности на такой перенос затрачивается значительно больше энергии, так как часть ее расходуется на диффузию, молекулы вещества через мембрану и отток пластических ве- [c. 398]

А что если они захватываются крупными белками молекулами — АТ-фазами и определенное время удерживаются внутри них. Тогда АТ-фаза вместе с ионами Ка и К может диффундировать в любом направлении в сторону, где эти АТ-фазы меньше по обычным диффузиям и в том числе и в сторону, где больше закон Ка и К. Это возможно потому, что Ка и К, заключенные в АТ-фазе диффундируют их и вместе с ними по законам диффузии АТ-фаз, а не внутри Ка и К и поэтому опи могут продвигаться против градиента копцептрации последних действуя как Ка и К насосы. [c.371]

Перспективы развития мембранной технологии в большой мере связаны с надеждалП на воспромзведеннс и практическое использование свойств биологических мембран, важнейшим из которых является способность осуществлять селективный обмен молекулами различных веществ. Уже сейчас промышленность значительным набором мембран с селективными свойствами. Однако разработка и использование селективных мембранных материалов сталкивается до сих пор со значительными трудностями. Это связано с тем, что механизмы проницаемости как биологических, так и многих искусственных мембран окончательно не связаны с общим подходом к их описанию. Создание универсальной математической модели, адекватно описывающей мембранный транспорт, осложняется разнообразием процессов переноса через мембраны. В биологических мембранах выделяется пассивный транспорт (обычная диффузия), активный транспорт (перенос вещества против градиента концентрации) и облегченная диффузия (перенос вещества по градиенту концентрации с аномально высокой скоростью).В формировании реального процесса могут принимать участие все механизмы в различных соотношениях. Одной из характерных особенностей многих селективных мембран является зависимость потока переноса от градиента [30–32]. В силу специфических свойств мембран, больших трансмембранных градиентов и взаимодействия наблюдаются отклонения от закона Фика. При этом линейная зависимость потока переноса от градиента оказывается справедливой только для малых трансмембранных градиентов. Наблюдается замедление роста переноса или даже насыщение при значениях трансмембранного градиента. [c.123]

В свою очередь, диффузия в живых организмах регулируется функциональным состоянием тканей и зависит от их физико-химического строения. Например, когда эфир диффундирует в тканях организма, то он встречает жиры и растворы белков, причем в жире эфир растворяется лучше. Вследствие этого он будет диффундировать в жир, несмотря на то, что его в жире будет больше, чем в растворе белка, т.е. диффузия эфира пойдет против градиента его концентрация его. Это явление называется отрицательной диффузией. [c.22]

Поток вещества А (Фа) — это количество вещества, проходящее через единицу площади сечения, перпендикулярного к направлению градиента. Диффузия описывается законами Фика. Согласно первому закону Фика, поток вещества пропорционален концентрации этого вещества в данной точке и направлен против градиента, т. е. от высокой концентрации к низкой [c. 39]

Потребление глюкозы клетками происходит при участии специальных белков-переносчиков (их называют также рецепторами глюкозы), образующие гидрофильные трансмембранные каналы. Существует два основного механизма переноса глюкозы активный транспорт, зависящий от концентраций концентраций Ыа (см. Выше), и облегченная диффузия. Соответственно есть два основных типа рецепторов глюкозы. Рецепторы, зависимые от Ма, обнаруживаются только в почках и кишечнике и обеспечивают реабсорбцию из почечных канальцев и всасывание из люмена кишечника против глюкента концентрации.Рецепторы облегченной диффузии (транспортеры глюкозы, ГЛЮТ) есть во всех тканях. [c.251]

В этой главе исследуются компоненты мембранных клеток, регулирующие и обеспечивающие транспорт, особенно Na + и К + (рис. 6.1). Подобные мембранные системы, расходуют энергию организма, перекачивают ионы из менее концентрированного в более концентрированный раствор (активный транспорт, ионный насос). В результате теплового движения и под действием электрохимического ионного токи л-югут меняет направление без потребления метаболической энергии (пассивный транспорт).Для нервного импульса энергетически необходимы оба процесса — активный транспорт против устойчивента концентрации (как бы в гору) и пассивная диффузия по градиенту (как бы с горы). Таким образом, чтобы поддерживать ионный баланс, пассивные ионные токи должны компенсироваться активным транспортом. Здесь рассматривается пассивный ионный транспорт активный транспорт и его Na +, К + -насос, движущей силой которого является энергия, высвобождаемая в результате гидролиза АТР (Na, К-зависимая АТРаза, или Na +, К -насос) ,.обсуждаются в гл. 7. Такое подразделение уже указывает на то, что в процессе принимают участие биохимически различные структуры. Существует несколько доказательств в пользу этого. [c.130]

В гл. 6 рассматриваемых натриевые и калиевые каналы, регулирующие пассивный ток стимулирует во время действия (рис. 7.1). Однако еще одна функция аксональной мембраны связана с проведением нервных импульсов — активный транспорт. Посещение растений через две клетки в клетку.Пассивное проникновение внутрь Na + через мембрану в состоянии покоя приводит к тому же эффекту, поэтому входящие ионы натрия должны выводиться наружу, а диффундирующие снаружи ионы К + должны направляться внутрь аксона. Естественно, что для этого должна расходоваться энергия, поскольку происходит процесс против концентрации среды. Именно этой цели и системы ионные насосы обладаются в мембране аксона, накопленной в АТР, они осуществляют активный транспорт для поддержания мембранного потенциала.Направление движения иона и градиентов схематически изображены на рис. 7.2. Ходжкин и Кейнес [1] исследовали активный транспорт с Na + через мембрану нерва. Они показали, что поток радиоактивных форм Na + из клетки ингибирует 2,4-динитрофенолом (рис. 7.3, а), который блокирует синтез АТР. В ходе дальнейших экспериментов Ходжкин и Кейнес установили, что транспорт Na + обеспечивается при участии ферментов (рис. 7.3,6). Охлаждение клетки до 9,8 ° С (или до 0,5 ° С) явно замедляло выход натрия, хотя известно, что пассивная диффузия Na + не столь сильно зависит от температуры. [c.167]

В ряду с осмотическими процессами находится диализ, когда происходит непрерывная диффузия малых молекул в циркулирующий растворитель с удерживанием больших молекул. При этом отсутствует выраженный перенос растворителя против градиента концентрации. Диализ применяют, например, при очистке антигенных препаратов, представляющих собой протеины, гликопротеины или более сложные комплексы. С помощью диализа через раличные мембраны освобождаются от неорганических солей. [c.391]

Такой перенос может быть осуществлен против градиента концентрации. Диффузия стремится противодействовать эффекту элек-тродиализного переноса благоприятного воздействия против среды, и это снижает эффективность процесса. Кроме того, осмос и электроосмос снижают эффективность электродиализа, хотя на практике в большинстве случаев влияние этих процессов незначительно. [c.8]

Миграция часто используется против градиента концентрации наблюдается в случае биологических мембран, например лягушачьих кож [U8].Чтобы реализовать это явление, биологи постулируют некоторый механизм, в котором принимает сам живой организм, т. е. Кажущееся уменьшение энтропии компенсируется изменениями, происходящими в других частях организма. Как показал Шлёгл, активный перенос мог бы быть выведен из несовпадакь щей диффузии, сопровождающей аномальный осмос. [c.122]

Во-вторых, все химические разобщители, добавленные в темноте в суспензию хлоропластов перед введением АДФ и Фн, быстро разрущают Хе.По данным некоторых авторов, это происходит в результате сильного повыщения проницаемости мембран для протонов. Условие образованной свободная диффузия по градиенту концентрации, а не активный перенос против градиента концентрации) является слабая проницаемость мембран для Н +. [c.210]

Закс [586] тоже подвергнет сомнению правильность выводов, сделанных из экспериментов с использованием индикаторов. Он помещал никелевые и медные индикаторы в виде электролитических осадков и проволочек качества поверхности на поверхности образцов мягкой стали, окислявшихся при 900 ° С.Оказалось, что в процессе окисления толстые проволочки (диаметром 0,12—0,20 см) перемещались наружу, электролитические осадки очень малой толщины смещались внутрь, а индикаторы промежуточной толщины (проволочки диаметром 0,02 СЛ1) занимали среднее положение. Медные индикаторы перемещаются вглубь дальше, чем Н1Празумно объясняет экспериментальные результаты, достигнутые с крупными индикаторами, тем, что последние мешают нормальной диффузии. Оки их труднее покрыть.Менее эффективно объясняет Закс, как происходит перемещение очень тонких индикаторов. Он ошибочно полагает, что Т ндн-катор растворяется в ш-л слс (эк п «о, — тс вп жнс) и диффундирует к поверхности раздела металл — окисел, где он оседает в виде чешуек, а это невероятно, потому что предположительно диффузию Очень тонкие проволочки удерживаются на поверхности металла силами поверхностного натяжения, либо действительно перемещаются. [c.232]

Третья важнейшая функция белков — структурная. Клетка не может быть уподоблена сосуду, в которой попросту перемешаны все метаболиты ферментов, — она ​​разделена на совокупный органелл, защищенных белковьши, часто лппопротеиновьши, мембранами, наделами ферментативной активностью, препятствующими свободному проникновению растворенных веществ. Внешняя оболочка клетки также является липопротеидной мембраной с весьма селективной проницаемостью. Большинство ферментов находится внутри техментов или этот органелл.Поэтому и все биохимические процессы локализованы в определенных местах. Продолговатые, довольно крупные тела (длиной около 0,5 х) — митохондрии содержат в себе ферменты окисления и окислительного фосфорилирования, т. е. Параметры, в запасе катализируется энергия, потребляемая клеткой. Маленькие круглые образования (диаметром 150–200 х) — микросомы, рибосомы содержат в себе ферменты, необходимые для синтеза белков. В ннх главным образом локализованы процессы синтеза белка. Архитектура, архитектура, экология, экология, экология.С другой стороны, они регулируют прохождение различных веществ внутрь органелл, т. е. осуществляют так называемый активный транспорт веществ, идущий часто против улучшения концентрации, т. е. в сторону, противополон ную диффузии. В высших организмах, в которых произошла дифференциация и специализация тканей, некоторые структурные белки присутствуют в значительных количествах. Таков, например, коллаген, фибриноген крови, склеропротеин роговицы глаза и т.п. Изучение своеобразного молекулярного строения белков показывает его тесную связь с выполняемой ими функцией. В этом случае мы также имеем основание говорить о функциональной активности, разыгрывающейся на молекулярном уровне. [c.5]

Проницаемость в живых клетках представляет собой активный процесс и имеет мало общего с молекулярной диффузией или осмотическим потоком. Наоборот, активный транспорт осуществляется чаще всего против градиента концентрации, т. е. в направлении от мепьшей концентрации к большей.Ясно, что это — сложное явление, которое должно обязательно потребляться энергией, как движение веществ в направлении, обратном диффузии, связано с уменьшением энтропии. Активный перенос веществ как внутрь клетки внешней среды, так и внутри структурных элементов из заполяющей клеточной гиалоплазмы осуществляется особыми нерастворимыми белками и белковыми комплексами, образующими наружную клеточную мембрану и различные структурные образования внутри клеток. Активный транспорт через мембраны и внутрь клеточных органелл связан с протеканием химических веществ, конечно, ферментативных.Поэтому проблема проницаемости и соответствующей функции объединяет с их ферментативной функцией. С другой стороны, с помощью активного транспорта, осуществляется один из механизмов автоматического регулирования. Как мы увидим дальше, регулирование проницаемости митохондрий осуществляется путем их сокращения расслабления. Причиной этого движения я сократительная реакция в особом белке, т. е. это явление вполне аналогично сокращению мышц. [c.139]

Причина в этом процессе имеется, несол1ненно, несколько стадий с активными промежуточными продуктами.Использование химической энергии для работы против диффузии (перенос вещества а против градиента увеличивает энтропию, т. Е. Увеличивает свободную энергию этого вещества). Конечным результатом химических процессов является прохождение метаболита через мембрану, а также использование химической энергии для работы против диффузии. Так как мы видим конечный итог — вещество прошло через мембрану, которая для него непроницаема, и заключена отсюда, что оно было химически модифицировано, то мы и называем процесс химической диффузией. [c.179]

В свою очередь диффузия в живых организмах регулируется функциональным состоянием тканей и зависит от их физико-химического строения. Так, если соприкасаются два вещества (например и белок), в одном из которых диффундирующее вещество растворяется лучше, чем в другом (эфир лучше растворяется в жире), то диффузия пойдет против градиента концентрации (эфир будет диффундировать в жир, в нем эфира) будет выше, чем в белке). Каждая клетка организма представляет собой сложнейшую систему различных веществ.Изменение функционального состояния системы, связанное с общими регуляторными механизмами живых организмов, сопровождение изменением состояния фаз, их измерения, величины поверхности раздела между ними. Все это приводит к определенным изменениям в диффузии различных веществ. Интенсивность обменных факторов также оказывает регулирующее влияние на диффузию. Повышение обменных процессов приводит к усилению использования диффундирующих реагентов и к накоплению продуктов, что в свою очередь градиенты их концентраций и диффузию.Понижение интенсивности обменных процессов дейстьует в обратном направлении. [c.32]

Активный транспорт — это сопряженный с потреблением энергии переносимых молекул или через мембрану против концентрации концентрации. Энергия требуется, потому что вещество должно двигаться вопреки своему естественному стремлению диффундировать в противоположном направлении. Движение это обычно однонаправленное, тогда как диффузия обратима. Источником энергии для активного транспорта служит АТФ — соединение, образующееся в процессе дыхания и вьшолняющее в клетке роль носителя [c.189]

Отсюда математическим условием отнесения состава твердого неравенства в первой области будет выполнение вида Э Я / Эх> О, ко второй области — неравенства Э / Эх фазовой диаграмме купол, лежаший внутри купола распада. Уменьшение удельной энергии Гиббса при концентрационном расслоении приводит к появлению в системе диффузионного потока, направленного противодавления, являющегося отличительной чертой распада твердого вещества по вращающемуся механизму.При таком увеличении амплитуда этой флуктуации увеличивается до достижения равновесного состава (рис. 5.9). [c.197]

Активный транспорт обеспечивает перенос моносахарвдов против концентраций концентраций и осуществляет при низких уровнях глюкозы или галактозы в кишечнике. Моносахариды способны также проникать через клеточные мембраны облегченной диффузии с участием специальных транспортных систем.Процессы транспорта биомолекул через клеточные мембраны рассмотрены в главе 15. [c.398]

Некоторые транспортные процессы, имеющие решающее значение для организма, протекают не только при участии переносчиков, но и с затратами энергии метаболизма, поддерживающими градиентами. Это позволяет транспортировать вещества против концентрации концентрации или электрохимического потенциала. Такие процессы называют активным транспортом (см. 3, гл. V). Основное отличие активного транспорта от облегченной диффузии заключается в том, что одна из стадий активного транспорта является энергозависимой.Когда для переноса вещества используется энергия АТФ или окислительно-восстановительных сил, транспорт называют первично-активным. Используется в качестве источника энергии используется средство, которое используется как вторично-активный. В отличие от предыдущего вида транспорта энергозависимая стадия этого процесса представляет собой антипорт или симпорт веществ с ионами. Более подробно системы активного транспорта рассмотрены в гл. XXVI. [c.76]

Активный транспорт (транспорт против градиента концентрации) (Горизонтальный транспорт).Процесс, в котором диффузия компо- [c.486]

Опосредованный транспорт может. идти как по градиенту (облегченная диффузия), так и против концентрации вещества. В последнем случае транспорт будет активным (рис. 12). Непременным условием является то, что одна из стадий активного транспорта энергозависима. Источником энергии транспорта против градиента может служить АТФ. У низших эукариотов, по данным И. С. Кулаева, мощность- [c.31]

Манноза и пентозы проникают через эпителий кишечника только путем облегченного диффузии с участием специальных переносчиков.Галактоза и глюкоза кроме этого пути могут транспортироваться против градиента их концентрации по механизму вторичного транспорта (Ка-зависимый симпорт). Поступление глюкозы из крови в клетках осуществляется в направлении падения ее градиента, так как в цитозоле клеток животных вырабатывается свободный глюкозы очень низка, тогда как клетки в плазме крови близка к 5 ммоль / л. Однако только в клетки печени и мозга транспорт глюкозы может осуществляться по механизму пассивной диффузии, и скорость поступления регулируется ее концентрацией в крови.Во всех других тканях скорость глюкозы осуществляется по механизму облегченной диффузии, который стимулирует инсулином. Активирующее действие инсулина на транспорт глюкозы через клеточную мембрану приведено в гл. 13. [c.241]

Д ж. X ар деболь сказал, что предыдущие ораторы уже отметили проблемы исследования, развивающе при проектировании аппаратов с псевдоожиженным слоем. При использовании методов индикаторов экспериментальные данные можно истолковывать двояко.В первой интерпретации, пренебрегая радиальным концентрацией, предполагали, что эффективное выполнение эффективной продольной диффузией. В этом случае идентичные кривые перемешивания для слоев различных размеров получены результаты измерения концентраций меченого вещества против EtjL, где Е — коэффициент эффективной продольной диффузии, t — время и L — высота слоя. Однако необходимо рассмотреть возможность применения продольной диффузии в общем случае. Другой путь интерпретации экспериментальных данных — предположение циркуляции твердых веществ одновременно с радиальным поперечным потоком.Теоретическую оценку этой модели механизма перемешивания дают кривые, показанные на рис. 1. [c.158]

Согласно теории термодинамики необратимых процессов в изотермических системах силой, вызываю.щей диффузию, является градиент химического потенциала. На первый взгляд непонятно, как химический потенциал, соответствующее равновесное состояние (характеризующий количество свободной энтальпии), можно использовать для описания скорости необратимых процессов, и в том числе скорости диффузии.Хорошо известно, например, что скорость химической измен не измена, в общем, изменению свободной энтальпии процессов. При детальном анализе электронных проблем было найдено [39], что изменение свободной энтальпии при диффузии, обусловленное смешиванием растворов разной концентрации (которое определяется по градиенту химического анализа), можно отождествить с работой диффузии сил против трения среды. В течение такого процесса намного меньше, чем в больших временных условиях.Общее изменение свободной энтальпии при этих условиях почти равно энергии, дисси-пируемой при трении. Таким образом, в изотермической системе термодинамические силы, обусловливающие диффузию i-ro компонента [c.207]

коэффициентов диффузии для описанной выше системы, а также для аналогичной системы с Na l вместо КС1 приведены в табл. 9. Результаты экспериментов показывают, что ионы LI + в процессе диффузии увлекает за собой некоторое количество С1, в результате чего КС1 диффундирует против своего собственного градиента концентрации.Таким образом, диффундирующие ионы вместе с градиентным образом содержит градиент, который вызывает другие молекулы, находящиеся в растворе. [c.176]

Как бром, так и иод могут накапливаться> в значительных количествах в определенных водорослях бром — главным образом у некоторых Rhodophyta, а иод — в основном у ряда видов Phaeophyta [137]. Классические исследования профессора Хоглэнда по механизму переноса первые у растений начались с наблюдениями, которые показало, что клетки бурой водоросли Ma ro ystis обладают поразительной способностью накапливать иод (и калии) против резкого градиента концентрации, обусловленного диффузией. [c.260]

---

ГРАДИЕНТ — Большая Медицинская Энциклопедия

ГРАДИЕНТ (лат. Gradiens, gradient [is]) — величина, показывающая направление наиболее быстрого изменения какой-либо функции. Понятием Г. широко занимаюсь в физике, физ. химии, метеорологии и других науках для характеристик скорости какой-либо единицей длины в направлении ее максимального роста; Г. в биологии — это количественное изменение морфол, или функциональных (в т.ч. биохим.) вдоль одной из осей тела органа или клетки на любой стадии их развития. Г., отражающий изменение какого-либо физиол, показателя (напр., Интенсивности обмена веществ), называют физиол, градиентом (см. Градиент физиологический). При рассмотрении различных биол, процессов чаще встречаются с Г. электрическим поля, концентрационным Г., осмотическим Г., гидростатическим Г. и температурным Г.

Градиент электрического поля в биолах, вызываемых объектами внешнего источника электрического поля, при гальванизации (см.Гальванизация, Электрофорез). Особенно большие значения Г. электрические поля имеют место на биол, мембранах. Так, при толщине мембраны ок. 10 и нм при изменении на 10 же градиент электрического поля составляет 104 в / см. Такое сильное изменение внутреннего электрического поля мембраны может привести к изменению ее поляризации и степени упорядоченности ее структуры. Существует пороговое значение Г. потенциал, при к-ром клетки генерируют потенциал действия (см. Биоэлектрические потенциалы, Возбуждение).

Концентрационный градиент в живых тканях при условии наличия разницы в уровне внутренней и внешней среды, высокая внутренняя среда, соответствующая калия и соответствующая природа и хлора. Так, внутри сердечной мышцы крысы содержат 140 мкмолей калия и 13 мкмолей натрия на 1 г внутриклеточной воды. Во внешней среде содержится 2,7 мкмоля «Домашняя среда». Концентрационный Г. Друг калия может быть объяснен существованием так наз.доннановского равновесия (см. Мембранное равновесие) по обе стороны биол, мембраны. При этом недиффундирующие анионы (напр., Анионы белковых макромолекул) вызывают неравномерное распределение как анионов (напр., C ^–), так и катионов (напр., K ⁺ ) по обе стороны мембраны. Существование концентрационного Г. Практический пример не может быть объяснено доннановским равновесием, и перенос концентрации против концентрационного Г. объясняют использование активного транспорта Main (см.). Концентрационный Г. Это может возникнуть также в результате протекания метаболических процессов. В итоге все перераспределения по противоположной стороне биол, мембраны приводят к возникновению потенциалов покоя (см. Биоэлектрические потенциалы).

Поступление и выход различных веществ из системы происходит снабжение Г. их накопить. Скорость диффузии веществ определяется источником: dn / dt = Dq grad C, где n — количество диффундирующих молекул через поверхность q, D — коэф.диффузии, град С — концентраент; коэффициент диффузии определяется вязкостью среды и размером молекулы вещества. Различие в скорости диффузии катионов и анионов (их подвижности) приводит к появлению диффузионного диффузионного φ, возникающего на границе двух соприкасающихся растворов и описывается уравнением Нернста:

где U — подвижность катиона, V — подвижность аниона, С1 и С2 — лег электролита в двух соприкасающихся р-рах; R — газовая константа, T — абсолютная t °, n — заряд иона, F — число Фарадея.Диффузионный потенциал минимален, когда подвижность катиона и аниона равны или близки, напр, в растворе KCl. Поэтому этот электролит используется в биологии и медицине в качестве жидкостного проводника при гальванизации, электрофорезе и т. д.

Осмотический градиент показывает разницу в величине осмотического давления (см.) В системе растворитель — раствор, разделенных полупроницаемой мембраной, т. е. проницаемой для молекул растворителя, но непроницаемой для растворенного вещества.Осмотическое давление при этом определяется как величина силы, к-рую нужно приложить к р-ру, чтобы остановить движение растворителя в сторону р-ра. При изменении осмотического давления во внешней среде клетки (напр., При его увеличении) вода будет поступать в клетку; скорость поступления воды при этом будет пропорциональна осмотическому Г. (между внутренней и внешней средой клетки). Так, для эритроцитов скорость проникновения воды составляет 2,5 мкм ³ / мсм ² -мин-атм.Величина осмотического давления крови высших животных ок. 40 мм вод. ст. и составляет малую часть от всего кровяного давления. При нарушении белкового или солевого обмена изменяется также и Г. осмотического давления, напр, при его увеличении вода будет поступать в ткань, вызывая отек (см.).

Гидростатический градиент проверяет перепад давления между внешней и внутренней средой клетки, целого организма или отдельных его частей. Так, работа сердца приводит к появлению гидростатического градиента.В артериальной части кровеносной системы возникает положительное гидростатическое давление, в венозной — отрицательное (см. Кровяное давление). Гидростатическое давление может компенсировать осмотическое, что имеет место в капиллярах кровеносной системы. При росте гидростатического Г. (напр., при гипертензии) усиливается выход воды из кровяного русла в ткани, что может привести к возникновению отеков.

Температурный градиент, инструкция по применению разности температур внутри и вне клетки.Так, скорость диффузии электролитов увеличивается на 30— 40% при повышении температуры на 10 °. Примерно на столько же увеличивается электропроводность клеток. Перенос тепла пропорционален Г. температуры по обе стороны поверхности; при этом Q = -λgrad T, где Q — количество тепла, переносимого через теплопроводящую поверхность, λ — коэф. теплопроводности, T — абсолютная температура. Основным источником тепла в организме человека и животных являются экзотермические процессы, протекающие при работе мышц и внутренних органов.Рассеивание тепла (напр., С поверхности тела человека) может происходить также путем конвекции, излучения и испарения. Все эти процессы ускоряются ростом температурного Г.

Библиография: Байер В. Биофизика, пер. с нем., М., 1962; Биофизика, под ред. Б. Н. Тарусова и О. Р. Колье, М., 1968; Пасынский А. Г. Биофизическая химия, М., 1968.

Ю. М. Петрусевич.

★ Электрохимический градиент — физическая химия .. Информац

1.Обзор. (Обзор)

Электрохимический потенциал используется в электроаналитических химии и используется при изготовлении батарей и топливных элементов. он один из многих взаимозаменяемых форм потенциальной энергии, в форме которой можно экономить энергию.

В биологических процессах, ионы проходят через мембрану диффузии или активного транспорта, определяется электрохимическим градиентом. В митохондриях и хлоропластах, протонных градиентов используются для создания хемиосмотического потенциала, который также известен как Протон-движущую силу ∆ Р, или ∆μH.Эта потенциальная энергия используется для синтеза АТФ путем окислительного фосфорилирования и фотофосфорилирования. Протон-движущей силой, по словам Митчелла хемиосмотическое теории является совместным продуктом процесса дыхания и соплительного фосфорилирования. он состоит из двух факторов: химических веществ или осмотической разности концентрации H в матриксе митохондрий и места выплавки стали, электрических — из-за разницы электрических зарядов, противоположных сторонах мембраны.{}} \ за F}}

ΔμH = 1 кДж * моль соответствует Δ П = 10,4 мВ. при температуре 25 ° С 298 К это уравнение принимает следующую форму:

Δ p = Δ ψ 59 Δ p H (п) {\ свойства стиля отображения значения \ Дельта P = \ Дельта \ пси -59 \ Дельта pH}.

Электрохимический градиент состоит из двух компонентов. первый компонент электрического градиента, который из-за разницы в заряде на противоположных сторонах мембраны липида. второй компонент химического градиента, представляет собой среду различных различных, противоположных сторонах мембраны.сочетание этих двух факторов определяет термодинамически выгодное направление движения через мембраны.

Электрохимический градиент похож на напор воды это когда она течет через плотину ГЭС. мембранных транспортных белков, таких как натрий-калий АТФаза, похожие на турбины, которые преобразуют потенциальную энергию воды в другой физической или химической энергии, а ионы, которые проходят через мембрану, та же вода, что падает на плотины. кроме того, энергия может быть использована для перекачки воды в озере, которое находится выше по течению от плотины.аналогичным образом, химическую энергию в клетках, можно использовать для создания электрохимических градиентов.

А. Электрохимический градиент / Биохимия

В то время как искусственная липидная мембрана для практически не проницаема, биологические мембраны содержат «ионные каналы , », по соответствующим отдельным ионы избирательно проникают через мембрану (см. Транспортные процессы). Проницаемость и полярность мембраны зависят от электрохимического градиента , то есть от концентраций по обе стороны мембраны ( концентрационного градиента ) и разности силы потенциалов между внутренней и внешней стороны мембраны ( мембранного выступающего ).

В состоянии покоя клетки мембранный потенциал ( потенциал покоя , см. Потенциал покоя и потенциал действия) составляет от −0,05 до −0,09 В, то есть есть на внутренней стороне плазматической мембраны преобладает избыток отрицательных зарядов. Потенциал покоя обеспечивается всеми катионами Na ⁺ и K ⁺ , а также органическими анионами и ионом Cl ^— (1). Концентрации снаружи и внутри клетки и коэффициенты проницаемости этих изображений представлены в таблице (2).

Распределение внешней среды между внешней средой и внутренним объёмом клетки описывается уравнением Нернста (3), где ΔΨ _G — трансмембранный потенциал (в вольтах, В), то есть разность электрических потенциалов между двумя сторонами мембраны при отсутствии транспорта через мембрану ( потенциал равновесия ). Для одновалентных домашних при 25 ° С множитель RT / Fn равенство 0,026 В. Вместе с тем из таблицы (2) следует, что для нового K ⁺ ΔΨ _G примерно равно −0,09 В, т.е. величина того же порядка, что и потенциал покоя. Для этого Na ⁺ , напротив, ΔΨ _G ≈ +0,07 В, то есть выше, чем покоя. Поэтому ионы Na ⁺ поступают в клетку при открытии Na ⁺ -канала. Неравенство концентраций представ Na ⁺ и K ⁺ постоянно Na ⁺ / K ⁺ -АТФ-азой при расходах АТФ (см. Транспортные белки).

Статьи раздела «Сохранение энергии на мембранах»:

— Следущая статья | — Вернуться в раздел

ИОННЫЕ НАСОСЫ • Большая российская энциклопедия

• В книжной версии

  Том 11.Москва, 2008, стр. 554

• Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: Л. Г. Магазаник

ИО́ННЫЕ НАСО́СЫ, белковые комплексы, встроенные в биологич. мембраны и переносящие ионы против их концентрационного градиента.+} $, что вызывает увеличение разности потенциалов на мембране. Ослабление работы И. н. (недостаток АТФ, снижение темп-ры среды, действие ингибиторов) приводит к деполяризации клетки и нарушения соотношения норм концентрации, осмотич. баланс (набуханию клетки). Приблизительно ¹ / ₃ всей энергии, вырабатываемой митохондриями клеток животных, тратится на работу $ \ ce {Na / K} $ — АТФазы, что особенно важно для нормальной деятельности нервных клеток и эпителия почечных канальцев.{2 +}} $ в цитоплазме мышечной клетки запускает процесс сокращения, а возвращение в эндоплазматич. сеть, благодаря работе $ \ ce {Ca} $ — АТФазы, обеспечивает возможность расслабления. В клеточной мембране слизистой желудка находится $ \ ce {H / K} $ — АТФаза, создающая высокая концентрация протонов между цитоплазмой ($ \ ce {pH∼} $ 7) и кислым желудочным соком ($ \ ce {pH∼} $ 1 ). Помимо АТФаз, осуществляющих первичный активный транспорт, существуют также системы противоградиентного переноса путём обмена иона или молекулы (напр.{2 +}} $ из клеток миокарда. Это может приводить к усилению сердечных сокращений, что используется в клинич. практике.

понятие, формула. Транспорт веществ в биологических мембранах

Что такое это? Если говорить в широком смысле, то это соотношение вещества и количества растворенных в нем частиц. Это определение в самых разнообразных отраслях науки, начиная с физики и математики, заканчивая философией. В данном случае, идет речь об употреблении понятия «термин» в биологии и случае химии.

Градиент

В переводе с латыни, это слово означает «растущий» или «шагающий», то есть это некий «указующий перст», который показывает направление, в котором возрастает любую величину. В качестве примера можно использовать, допустим, высоту над уровнем моря в разных точках Земли. Ее (высоты) градиент в каждой точке на карте будет показывать вектор значения до достижения самого крутого подъема.

В математике этот термин появился только в конце девятнадцатого века.Его ввел Максвелл и использует свои обозначения этой величины. Физики использует данное понятие для того, чтобы описывать напряженность электрического или гравитационного поля, изменение потенциальной энергии.

Не только физика, но и другие науки используют термин «градиент». Это понятие может отражать как качественную, так и количественную характеристику вещества, например, концентрацию или температуру.

Градиент концентрации

Что такое градиент теперь известно, а что такое хорошо? Это относительная величина, которая показывает долю вещества, содержащегося в растворе.Она может высчитываться в виде процента от массы, количества молей или атомов в газе (растворе), доли от целого. Такой широкий выбор дает возможность выразить практически любое соотношение. И не только в физике или биологии, но и в метафизических науках.

А в общем, градиент обладает векторной величиной, которая одновременно дает характеристику количеству и направлению вещества в среде.

Определение

Можно ли подсчитать концентент концентрации? Формула его представляет собой частность между элементомарным изменением вещества и длинной пути, который преодолеть веществу для достижения равновесия между двумя растворами.Математически это выражается формулой С = dC / dl.

Наличие градиента между двумя веществами является причиной их смешивания. Если частицы движутся из области с большей концентрацией в меньшей, то это называется диффузией, а если между ними находится полупроницаемое препятствие — осмосом.

Активный транспорт

Активный и пассивный транспорт отражает движение через мембраны или клетки живых существ: простейших, растений, животных и человека.Этот процесс используется с использованием тепловой энергии. Наиболее часто для осуществления такого взаимодействия используется аденозинтрифосфат или АТФ — молекула, которая является универсальным механизмом энергии в 38 Джоулей.

Существуют разные формы АТФ, которые располагаются на мембранах клеток. Энергия, заключенная в них, высвобождается при переносе молекул через так называемые насосы.Это поры в клеточной стенке, которые выборочно поглощают и откачивают ионы электролитов. Кроме того, существует такая модель транспорта как симпорт. В этом случае транспортируется два вещества: одно выходит из клетки, а другое в нее попадает. Это позволяет сэкономить энергию.

Везикулярный транспорт

Активный и пассивный транспорт включает в себя транспортировку веществ в виде пузырьков или везикул, поэтому процесс называется соответственно, везикулярным транспортом.Выделяют два его вида:

1. Эндоцитоз. В этом случае пузырьки образуются из мембраны клетки в процессе ее твердых жидких веществ. Везикулы могут быть гладкими или иметь каемку. Такой способ питания имеют яйцеклетки, белые клетки крови, а также эпителий почек.
2. Экзоцитоз. Исходя из названия, это процесс противоположный предыдущему. Внутри клетки есть органеллы (например, аппарат Гольджи), которые «упаковывают» вещества в пузырьки, а они, в последующем, выходят через мембрану.

Пассивный транспорт: диффузия

Движение по градиенту концентрации (от высокой к низкой происходит без использования энергии). Выделяют два варианта пассивного транспорта — это осмос и диффузия. Последняя бывает простой и облегченной.

Основное отличие осмоса в том, что процесс перемещения молекул происходит через полупроницаемую мембрану. А диффузия по концентрации липидных молекул в клетках, имеющих мембрану с двумя слоями липидных молекул. Направление транспорта зависит только от количества веществ с обеих сторон мембраны.Этим способом в клетки проникают гидрофобные вещества, полярные молекулы, мочевина, и не могут проникнуть белки, сахара, ионы и ДНК.

В процессе диффузии, молекулы стремятся заполнить весь доступный объем, а так же выровнять концентрацию по обе стороны мембраны. Бывает так, что мембрана непроницаемая или плохо проницаема для вещества. В этом случае на нее воздействуют осмотические силы, которые могут преграду плотнее, так и растянуть ее, увеличивая размеры насосных каналов.

Облегченная диффузия

Когда градиент не обеспечивает достаточным основанием веществ, на помощь специфические белки.Они располагаются на мембране клеток точно так же, как и молекулы АТФ. Благодаря ним, может осуществляться как активный, так и пассивный транспорт.

Таким способом через мембрану проходят крупные молекулы (белки, ДНК), полярные вещества, к которым относятся к группе аминокислоты и сахара, ионы. Благодаря участию белков скорость транспорта увеличивается в несколько раз, по сравнению с обычной диффузией. Но это ускорение зависит от некоторых причин:

• градиента вещества внутри и вне клетки;
• количества молекул-переносчиков;
• скорости связывания вещества и переносчика;
• скорости изменения внутренней поверхности мембраны клетки.

Несмотря на это, транспорт осуществляется благодаря работе белков-переносчиков, а энергия АТФ в данном случае не используется.

Основными чертами, которые позволяют облегчить диффузию, являются:

1. Быстрый перенос веществ.
2. Избирательность транспорта.
3. Насыщаемость (когда все белки заняты).
4. Конкуренция между веществами (из-за сродства с белком).
5. Чувствительность к специфическим химическим агентам — ингибиторам.

Осмос

Как уже упоминается выше осмос — это движение веществ по градиенту через полупроницаемую мембрану. Наиболее полно процесс осмоса тип принципа Лешателье-Брауна. В нем говорится, что если на систему, находящуюся в равновесии, повлиять извне, то она будет стремиться вернуться в прежнее состояние. Первый раз с явлением осмоса столкновения в середине XVIII столетия, но ему не придали особого значения. Исследования феномена начались только сто лет спустя.

Самым важным элементом является полупроницаемая мембрана, которая пропускает через себя только молекулы определенного диаметра или свойства. Например, в двух растворах с разной концентрацией, через преграду будет проходить только растворитель. Это будет продолжаться до тех пор, пока с обеих сторон мембраны не станет одинаковой.