ما هو التركيز؟ بمعنى واسع ، هذه هي نسبة حجم المادة وعدد الجسيمات الذائبة فيها. يوجد هذا التعريف في مجموعة متنوعة من فروع العلوم ، من الفيزياء والرياضيات إلى الفلسفة. في هذه الحالة نتحدث عن استخدام مفهوم "التركيز" في علم الأحياء والكيمياء.
التدرج
ترجمت من اللاتينية ، وتعني هذه الكلمة "النمو" أو "المشي" ، أي أنها نوع من "إصبع التأشير" ، والذي يوضح الاتجاه الذي تزداد فيه أي قيمة. كمثال ، يمكنك استخدام ، على سبيل المثال ، الارتفاع فوق مستوى سطح البحر في نقاط مختلفة على الأرض. سيُظهر تدرجها (الارتفاع) عند كل نقطة فردية على الخريطة متجهًا ذا قيمة متزايدة حتى الوصول إلى أقصى صعود.
في الرياضيات ، ظهر هذا المصطلح فقط في نهاية القرن التاسع عشر. تم تقديمه بواسطة Maxwell واقترح تسمياته الخاصة لهذه الكمية. يستخدم الفيزيائيون هذا المفهوم لوصف شدة المجال الكهربائي أو مجال الجاذبية ، أي تغيير في الطاقة الكامنة.
لا تستخدم الفيزياء فقط ، بل تستخدم أيضًا العلوم الأخرى مصطلح "التدرج اللوني". يمكن أن يعكس هذا المفهوم كلا من النوعية وخاصية كمية لمادة ما ، مثل التركيز أو درجة الحرارة.
تدرج التركيز
ما هو التدرج المعروف الآن ، ولكن ما هو التركيز؟ هذه قيمة نسبية توضح نسبة المادة الموجودة في المحلول. يمكن حسابها كنسبة مئوية من الكتلة ، عدد المولات أو الذرات في غاز (محلول) ، جزء من الكل. مثل هذا الاختيار الواسع يجعل من الممكن التعبير عن أي نسبة تقريبًا. وليس فقط في الفيزياء أو الأحياء ، ولكن أيضًا في العلوم الميتافيزيقية.
وبشكل عام ، التدرج اللوني للتركيز هو كمية متجهة ، والتي تميز في نفس الوقت مقدار واتجاه تغير مادة ما في البيئة.
التعريف
هل يمكنك حساب تدرج التركيز؟ صيغته خاصة بين التغيير الأولي في تركيز المادة والمسار الطويل الذي يجب على المادة التغلب عليه من أجل تحقيق التوازن بين حلين. رياضيا ، يتم التعبير عن هذا بالصيغة С=dC / dl.
يؤدي وجود تدرج تركيز بين مادتين إلى الاختلاط. إذا تحركت الجزيئات من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة أقل ، فهذا يسمى بالانتشار ، وإذا كان هناك عائق شبه منفّذ بينهما ، فيسمى التناضح.
النقل النشط
النقل النشط والسلبي يعكس حركة المواد عبر أغشية أو طبقات خلايا الكائنات الحية: البروتوزوا ، النباتات ،الحيوانات والبشر. تتم هذه العملية باستخدام الطاقة الحرارية ، حيث يتم تنفيذ انتقال المواد مقابل تدرج تركيز: من الأصغر إلى الأكبر. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام الأدينوزين ثلاثي الفوسفات أو ATP لإجراء مثل هذا التفاعل - جزيء يمثل مصدرًا عالميًا للطاقة في 38 جول.
هناك أشكال مختلفة من ATP الموجودة على أغشية الخلايا. يتم إطلاق الطاقة الموجودة فيها عندما يتم نقل جزيئات المواد من خلال ما يسمى بالمضخات. هذه هي المسام في جدار الخلية التي تمتص بشكل انتقائي وتضخ أيونات المنحل بالكهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، هناك نموذج نقل مثل symport. في هذه الحالة ، يتم نقل مادتين في وقت واحد: إحداهما تترك الخلية والأخرى تدخلها. هذا يوفر الطاقة.
النقل الحويصلي
النقل النشط والسلبي ينطوي على نقل المواد في شكل فقاعات أو حويصلات ، ومن ثم تسمى العملية ، على التوالي ، النقل الحويصلي. هناك نوعان منه:
- الالتقام. في هذه الحالة ، تتشكل الفقاعات من غشاء الخلية في عملية امتصاص المواد الصلبة أو السائلة بواسطتها. قد تكون الحويصلات ملساء أو ذات حدود. البيض وخلايا الدم البيضاء وظهارة الكلى لها هذه الطريقة في الأكل
- خروج الخلايا. كما يوحي الاسم ، هذه العملية هي عكس العملية السابقة. توجد عضيات داخل الخلية (على سبيل المثال ، جهاز جولجي) ، والتي "تحزم" المواد في حويصلات ، ثم تخرج بعد ذلك من خلالغشاء
النقل السلبي: الانتشار
تحدث الحركة على طول تدرج التركيز (من الأعلى إلى الأدنى) بدون استخدام الطاقة. هناك نوعان من النقل السلبي: التناضح والانتشار. الأخير بسيط وخفيف الوزن.
الفرق الرئيسي بين التناضح هو أن عملية حركة الجزيئات تحدث من خلال غشاء شبه منفذ. ويحدث الانتشار على طول تدرج التركيز في الخلايا التي لها غشاء بطبقتين من جزيئات الدهون. يعتمد اتجاه النقل فقط على كمية المادة الموجودة على جانبي الغشاء. بهذه الطريقة ، المواد الكارهة للماء ، والجزيئات القطبية ، واليوريا تخترق الخلايا ، والبروتينات ، والسكريات ، والأيونات ، والحمض النووي لا يمكنها الاختراق.
أثناء الانتشار ، تميل الجزيئات إلى ملء الحجم المتاح بالكامل ، وكذلك معادلة التركيز على جانبي الغشاء. يحدث أن الغشاء غير منفذ أو ضعيف النفاذية للمادة. في هذه الحالة ، تعمل القوى التناضحية عليها ، والتي يمكن أن تجعل الحاجز أكثر كثافة أو تمدده ، مما يزيد من حجم قنوات الضخ.
الانتشار الميسر
عندما لا يكون تدرج التركيز أساسًا كافيًا لنقل مادة ما ، فإن بروتينات معينة تنقذ. توجد على غشاء الخلية بنفس طريقة جزيئات ATP. بفضلهم ، يمكن تنفيذ النقل النشط والسلبي.
بهذه الطريقة تمر الجزيئات الكبيرة (بروتينات ، DNA) عبر الغشاء ،المواد القطبية ، والتي تشمل الأحماض الأمينية والسكريات والأيونات. بسبب مشاركة البروتينات ، يزيد معدل النقل عدة مرات مقارنة بالانتشار التقليدي. لكن هذا التسارع يعتمد على بعض الأسباب:
- تدرج المادة داخل وخارج الخلية ؛
- عدد الجزيئات الحاملة ؛
- معدلات ربط حامل المادة ؛
- معدل التغير في السطح الداخلي لغشاء الخلية.
على الرغم من ذلك ، يتم النقل بفضل عمل البروتينات الحاملة ، ولا يتم استخدام طاقة ATP في هذه الحالة.
السمات الرئيسية التي تميز الانتشار الميسر هي:
- سرعة نقل المواد
- انتقائية النقل.
- التشبع (عندما تكون كل البروتينات مشغولة).
- المنافسة بين المواد (بسبب تقارب البروتين).
- الحساسية لعوامل كيميائية محددة - مثبطات.
التناضح
كما ذكر أعلاه ، التناضح هو حركة المواد على طول تدرج التركيز عبر غشاء شبه نافذ. يتم وصف عملية التناضح بشكل كامل من خلال مبدأ Leshatelier-Brown. تقول أنه إذا تأثر نظام التوازن من الخارج ، فسوف يميل إلى العودة إلى حالته السابقة. تمت مواجهة ظاهرة التناضح لأول مرة في منتصف القرن الثامن عشر ، ولكن بعد ذلك لم تُعط أهمية كبيرة. بدأ البحث عن هذه الظاهرة بعد مائة عام فقط.
أهم عنصر في ظاهرة التناضح هو غشاء شبه منفذ يسمح فقط لجزيئات معينة بالمرور من خلاله.قطر أو خصائص. على سبيل المثال ، في حلين بتركيزات مختلفة ، سيمر المذيب فقط عبر الحاجز. سيستمر هذا حتى يتماثل التركيز على جانبي الغشاء.
يلعب التناضح دورًا مهمًا في حياة الخلايا. تسمح هذه الظاهرة فقط للمواد الضرورية للحفاظ على الحياة بالتغلغل فيها. تحتوي خلايا الدم الحمراء على غشاء يسمح بمرور الماء والأكسجين والمواد المغذية فقط ، لكن البروتينات التي تتشكل داخل خلايا الدم الحمراء لا يمكنها الخروج.
وجدت ظاهرة التناضح أيضًا تطبيقات عملية في الحياة اليومية. دون حتى الشك في ذلك ، استخدم الناس في عملية تمليح الطعام مبدأ حركة الجزيئات على طول تدرج التركيز. المحلول الملحي المشبع "يسحب" كل الماء من المنتجات ، مما يسمح بتخزينها لفترة أطول.
