Apa itu konsentrasi? Dalam arti luas, ini adalah rasio volume suatu zat dan jumlah partikel yang terlarut di dalamnya. Definisi ini ditemukan dalam berbagai cabang ilmu pengetahuan, dari fisika dan matematika hingga filsafat. Dalam hal ini, kita berbicara tentang penggunaan konsep "konsentrasi" dalam biologi dan kimia.
Gradien
Diterjemahkan dari bahasa Latin, kata ini berarti "tumbuh" atau "berjalan", yaitu, semacam "jari menunjuk", yang menunjukkan arah di mana nilai apa pun meningkat. Sebagai contoh, Anda dapat menggunakan, katakanlah, ketinggian di atas permukaan laut di berbagai titik di Bumi. Gradien (ketinggiannya) pada setiap titik individu pada peta akan menunjukkan vektor yang nilainya meningkat hingga mencapai pendakian yang paling curam.
Dalam matematika, istilah ini baru muncul pada akhir abad kesembilan belas. Itu diperkenalkan oleh Maxwell dan mengusulkan sebutannya sendiri untuk kuantitas ini. Fisikawan menggunakan konsep ini untuk menggambarkan intensitas medan listrik atau gravitasi, perubahan energi potensial.
Tidak hanya fisika, ilmu-ilmu lain juga menggunakan istilah "gradien". Konsep ini dapat mencerminkan baik kualitatif maupunkarakteristik kuantitatif suatu zat, seperti konsentrasi atau suhu.
Gradien konsentrasi
Berapa gradien yang sekarang diketahui, tetapi berapa konsentrasinya? Ini adalah nilai relatif yang menunjukkan proporsi zat yang terkandung dalam larutan. Ini dapat dihitung sebagai persentase massa, jumlah mol atau atom dalam gas (larutan), sebagian kecil dari keseluruhan. Pilihan yang begitu luas memungkinkan untuk mengekspresikan hampir semua rasio. Dan tidak hanya dalam fisika atau biologi, tetapi juga dalam ilmu metafisika.
Dan secara umum, gradien konsentrasi adalah besaran vektor, yang secara bersamaan mencirikan jumlah dan arah perubahan suatu zat di lingkungan.
Definisi
Dapatkah Anda menghitung gradien konsentrasi? Rumusnya adalah khusus antara perubahan mendasar dalam konsentrasi suatu zat dan jalur panjang yang harus dilalui suatu zat untuk mencapai keseimbangan antara dua larutan. Secara matematis, ini dinyatakan dengan rumus=dC/dl.
Adanya gradien konsentrasi antara dua zat menyebabkan mereka bercampur. Jika partikel bergerak dari daerah dengan konsentrasi yang lebih tinggi ke yang lebih rendah, maka ini disebut difusi, dan jika ada penghalang semi-permeabel di antara mereka, itu disebut osmosis.
Transportasi aktif
Transportasi aktif dan pasif mencerminkan pergerakan zat melalui membran atau lapisan sel makhluk hidup: protozoa, tumbuhan,hewan dan manusia. Proses ini terjadi dengan penggunaan energi panas, karena transisi zat dilakukan melawan gradien konsentrasi: dari yang lebih kecil ke yang lebih besar. Paling sering, adenosin trifosfat atau ATP digunakan untuk melakukan interaksi semacam itu - sebuah molekul yang merupakan sumber energi universal dalam 38 Joule.
Ada berbagai bentuk ATP yang terletak di membran sel. Energi yang terkandung di dalamnya dilepaskan ketika molekul zat ditransfer melalui apa yang disebut pompa. Ini adalah pori-pori di dinding sel yang secara selektif menyerap dan memompa ion elektrolit. Selain itu, ada model transportasi seperti symport. Dalam hal ini, dua zat diangkut secara bersamaan: satu meninggalkan sel, dan yang lain memasukinya. Ini menghemat energi.
Transportasi vesikular
Transportasi aktif dan pasif melibatkan pengangkutan zat dalam bentuk gelembung atau vesikel, oleh karena itu prosesnya disebut, masing-masing, transpor vesikular. Ada dua jenisnya:
- Endositosis. Dalam hal ini, gelembung terbentuk dari membran sel dalam proses penyerapan zat padat atau cair olehnya. Vesikel mungkin halus atau berbatasan. Telur, sel darah putih, dan epitel ginjal memiliki cara makan ini.
- Eksositosis. Sesuai dengan namanya, proses ini kebalikan dari yang sebelumnya. Ada organel di dalam sel (misalnya, aparatus Golgi), yang "mengkemas" zat ke dalam vesikel, dan kemudian keluar melaluimembran.
Transportasi pasif: difusi
Pergerakan sepanjang gradien konsentrasi (dari tinggi ke rendah) terjadi tanpa menggunakan energi. Ada dua jenis transpor pasif: osmosis dan difusi. Yang terakhir ini sederhana dan ringan.
Perbedaan utama antara osmosis adalah bahwa proses pergerakan molekul terjadi melalui membran semi-permeabel. Dan difusi sepanjang gradien konsentrasi terjadi pada sel yang memiliki membran dengan dua lapisan molekul lipid. Arah transpor hanya bergantung pada jumlah zat pada kedua sisi membran. Dengan cara ini, zat hidrofobik, molekul polar, urea menembus sel, dan protein, gula, ion, dan DNA tidak dapat menembus.
Selama difusi, molekul cenderung mengisi seluruh volume yang tersedia, serta menyamakan konsentrasi di kedua sisi membran. Itu terjadi bahwa membran itu kedap air atau kurang permeabel terhadap zat tersebut. Dalam hal ini, gaya osmotik bekerja padanya, yang dapat membuat penghalang lebih padat atau meregangkannya, meningkatkan ukuran saluran pemompaan.
Difusi terfasilitasi
Ketika gradien konsentrasi bukanlah dasar yang cukup untuk pengangkutan suatu zat, protein spesifik datang untuk menyelamatkan. Mereka terletak di membran sel dengan cara yang sama seperti molekul ATP. Berkat mereka, transpor aktif dan pasif dapat dilakukan.
Dengan cara ini, molekul besar (protein, DNA) melewati membran,zat polar, yang meliputi asam amino dan gula, ion. Karena partisipasi protein, laju transpor meningkat beberapa kali dibandingkan dengan difusi konvensional. Tapi percepatan ini tergantung pada beberapa alasan:
- gradien materi di dalam dan di luar sel;
- jumlah molekul pembawa;
- tingkat pengikatan pembawa zat;
- laju perubahan pada permukaan dalam membran sel.
Meskipun demikian, transportasi dilakukan berkat kerja protein pembawa, dan energi ATP tidak digunakan dalam kasus ini.
Fitur utama yang menjadi ciri difusi terfasilitasi adalah:
- Perpindahan zat dengan cepat.
- Selektivitas transportasi.
- Saturasi (ketika semua protein sibuk).
- Kompetisi antar zat (karena afinitas protein).
- Sensitivitas terhadap bahan kimia tertentu - inhibitor.
Osmosis
Seperti disebutkan di atas, osmosis adalah pergerakan zat sepanjang gradien konsentrasi melintasi membran semipermeabel. Proses osmosis paling lengkap dijelaskan oleh prinsip Leshatelier-Brown. Dikatakan bahwa jika suatu sistem dalam kesetimbangan dipengaruhi dari luar, maka ia akan cenderung kembali ke keadaan semula. Fenomena osmosis pertama kali ditemukan pada pertengahan abad ke-18, tetapi kemudian tidak terlalu dianggap penting. Penelitian tentang fenomena tersebut baru dimulai seratus tahun kemudian.
Elemen terpenting dalam fenomena osmosis adalah membran semipermeabel yang memungkinkan hanya molekul tertentu yang dapat melewatinya.diameter atau sifat. Misalnya, dalam dua larutan dengan konsentrasi yang berbeda, hanya pelarut yang akan melewati penghalang. Ini akan berlanjut sampai konsentrasi di kedua sisi membran sama.
Osmosis memainkan peran penting dalam kehidupan sel. Fenomena ini memungkinkan hanya zat-zat yang diperlukan untuk mempertahankan kehidupan untuk menembus ke dalamnya. Sel darah merah memiliki membran yang hanya memungkinkan air, oksigen, dan nutrisi untuk melewatinya, tetapi protein yang terbentuk di dalam sel darah merah tidak dapat keluar.
Fenomena osmosis juga telah menemukan aplikasi praktis dalam kehidupan sehari-hari. Tanpa curiga, orang dalam proses pengasinan makanan menggunakan prinsip pergerakan molekul sepanjang gradien konsentrasi. Larutan garam jenuh "mengeluarkan" semua air dari produk, sehingga memungkinkannya untuk disimpan lebih lama.
