La definizione formale di un gradiente di concentrazione è il processo di particelle, che sono talvolta chiamati soluti, che si muovono attraverso una soluzione o un gas da un’area con un numero maggiore di particelle ad un’area con un numero minore di particelle. Le aree sono tipicamente separate da una membrana. Questa membrana può essere permeabile, semipermeabile o non permeabile., Permeabile è definito come una membrana che può essere attraversata da particelle, ioni o acqua. Semi-permeabile significa che alcune particelle, ioni o acqua possono attraversare la membrana. Infine, una membrana non permeabile significa che nessuna particella, ioni o acqua può attraversare la membrana.
Un esempio che potrebbe aiutare a capire i diversi tipi di membrane sarebbe diversi tipi di recinzioni. Un recinto di tronchi di legno permetterebbe a molte cose di passare attraverso-questo sarebbe un esempio di una membrana permeabile., Una recinzione a catena permetterebbe ad alcuni piccoli oggetti di passare attraverso di essa – questo sarebbe come una membrana semi-permeabile. Una recinzione di plastica solida non consentirebbe agli oggetti di attraversarlo affatto – questo rappresenterebbe una membrana non permeabile.
La funzione di Gradienti di Concentrazione
gradienti di Concentrazione sono una naturale conseguenza delle leggi della fisica., Tuttavia, gli esseri viventi hanno trovato molti modi per usare le loro proprietà per svolgere importanti funzioni di vita. Organismi che hanno bisogno di spostare una sostanza dentro o fuori delle loro cellule, per esempio, possono utilizzare il movimento di una sostanza lungo il suo gradiente di concentrazione per trasportare un’altra sostanza in tandem.
Gli organismi possono anche utilizzare gradienti di concentrazione per compiere cambiamenti improvvisi o movimenti rilasciando alte concentrazioni di soluto per spostarsi in aree a bassa concentrazione. I neuroni sono un esempio di cellule che utilizzano alte concentrazioni di soluti per realizzare rapidi cambiamenti.,
Esempi quotidiani di gradiente di concentrazione
La concentrazione di molecole di profumo è più alta sulle aree della pelle che hanno avuto profumo o dopobarba applicato direttamente. Altri possono sentire il profumo perché alcune di queste molecole viaggiano sempre lontano dalla persona profumata, la fonte, nell’aria—spostandosi verso il basso il gradiente di concentrazione, da una concentrazione elevata a una concentrazione inferiore. Alla fine, le molecole di profumo sono così ampiamente disperse che non possono più essere rilevate.,
Pensate al profumo sgradevole di puzzola, quando una puzzola ha spruzzato o è stato colpito da un veicolo. Quando una persona si avvicina alla fonte della puzza di puzzola, il profumo diventa più forte, perché le “molecole puzzolenti” sono più altamente concentrate più vicine alla fonte.
Le molecole non viaggiano solo attraverso l’aria ma anche attraverso altri media., Quando una persona mette la crema nel suo caffè, le molecole di crema alla fine rimbalzano nella tazza, spostandosi verso il basso il gradiente di concentrazione fino a distribuirsi uniformemente. Tuttavia, la maggior parte dei bevitori di caffè non aspetta che ciò accada. Introducono ulteriore energia mescolando il caffè e accelerando il processo.
Definizione del gradiente di concentrazione Biologia
In biologia cellulare, la diffusione è una forma principale di trasporto per materiali necessari come gli amminoacidi all’interno delle cellule., La diffusione di solventi, come l’acqua, attraverso una membrana semipermeabile, è classificata come osmosi.
Il metabolismo e la respirazione dipendono in parte dalla diffusione oltre ai processi di massa o attivi. Ad esempio, negli alveoli dei polmoni dei mammiferi, a causa delle differenze nelle pressioni parziali attraverso la membrana alveolare-capillare, l’ossigeno si diffonde nel sangue e l’anidride carbonica si diffonde. I polmoni contengono un’ampia superficie per facilitare questo processo di scambio di gas.
Che cosa ha a che fare un gradiente di concentrazione con una camminata casuale?,
Ricorda la camminata casuale parziale? Beh, c’e ‘ sempre una ragione per i pregiudizi. I batteri possono influenzare le loro passeggiate in base al gradiente di concentrazione di una particolare sostanza chimica. Quindi, anche se ogni passo è in una direzione casuale, la lunghezza del passo è più lunga se il batterio si sta muovendo verso una concentrazione più alta di quanto lo sia se il batterio si sta muovendo verso una concentrazione più bassa.
Guardiamo di nuovo il video random walk distorto, questa volta con il gradiente di concentrazione sullo sfondo. Ora puoi vedere il motivo del pregiudizio nella passeggiata!,
Come possono i batteri dire se si stanno muovendo verso una concentrazione più alta o più bassa?
Quando un batterio è alla ricerca di un particolare segnale chimico, rileva questa sostanza chimica mentre si muove lungo il suo percorso. Se si sta muovendo verso l’alto il gradiente di concentrazione, inizierà a rilevare le molecole chimiche sempre più frequentemente. Se si sta spostando verso il basso il gradiente di concentrazione, inizierà a rilevare le molecole chimiche sempre meno frequentemente. Questo alla fine determina la direzione e la forza del pregiudizio nella sua camminata casuale.,
Sistema di non equilibrio
Poiché la diffusione chimica è un processo di trasporto netto, il sistema in cui avviene non è un sistema di equilibrio (cioè non è ancora a riposo). Molti risultati nella termodinamica classica non sono facilmente applicati ai sistemi di non equilibrio. Tuttavia, a volte si verificano i cosiddetti stati quasi stazionari, in cui il processo di diffusione non cambia nel tempo, dove i risultati classici possono applicarsi localmente. Come suggerisce il nome, questo processo non è un vero equilibrio poiché il sistema è ancora in evoluzione.,
I sistemi fluidi di non equilibrio possono essere modellati con successo con l’idrodinamica fluttuante di Landau-Lifshitz. In questo quadro teorico, la diffusione è dovuta a fluttuazioni le cui dimensioni vanno dalla scala molecolare alla scala macroscopica.
La diffusione chimica aumenta l’entropia di un sistema, cioè la diffusione è un processo spontaneo e irreversibile., Le particelle possono diffondersi per diffusione, ma non si riorganizzano spontaneamente (assenti cambiamenti nel sistema, supponendo che non si creino nuovi legami chimici e assenti forze esterne che agiscono sulla particella).
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