Membrane biologice. Concentrație și gradienți electrici Diferențele dintre difuzia facilitată și cea simplă

Potenţial de echilibru– este valoarea diferenței transmembranare a sarcinilor electrice la care curentul ionilor în și în afara celulei devine același, i.e. de fapt, ionii nu se mișcă.

Concentrația ionilor de potasiu în interiorul celulei este mult mai mare decât în ​​lichidul extracelular, iar concentrația ionilor de sodiu și clor, dimpotrivă, este mult mai mare în lichidul extracelular. Anionii organici sunt molecule mari care nu trec prin membrana celulară.

Această diferență de concentrație sau gradient de concentrare este forța motrice pentru difuzia ionilor dizolvați într-o regiune de concentrație mai mică sau, în conformitate cu cea de-a doua lege a termodinamicii, la un nivel energetic mai scăzut. Astfel, cationii de sodiu trebuie să difuzeze în celulă, iar cationii de potasiu trebuie să difuzeze în afara ei.

De asemenea, este necesar să se țină cont de permeabilitatea membranei celulare pentru diverși ioni și se modifică în funcție de starea activității celulare. În repaus, doar canalele ionice de potasiu sunt deschise la nivelul membranei plasmatice, prin care nu pot trece alți ioni.

Ieșind din celulă, cationii de potasiu reduc numărul de sarcini pozitive din ea și, în același timp, își măresc numărul pe suprafața exterioară a membranei. Anionii organici care rămân în celulă încep să limiteze eliberarea ulterioară de cationi de potasiu, deoarece un câmp electric apare între anionii suprafeței interioare a membranei și cationii suprafeței sale exterioare și atracție electrostatică. Membrana celulară în sine se dovedește a fi polarizată: sarcinile pozitive sunt grupate pe suprafața sa exterioară, sarcinile negative sunt grupate pe suprafața interioară.

Astfel, dacă membrana este gata să treacă orice ioni, atunci direcția curentului ionic va fi determinată de două circumstanțe: gradientul de concentrație și acțiunea câmpului electric, iar gradientul de concentrație poate direcționa ionii într-o singură direcție și câmpul electric în celălalt. Când aceste două forțe sunt echilibrate, fluxul de ioni practic se oprește, deoarece numărul de ioni care intră în celulă devine egal cu numărul care ies. Această condiție se numește potenţial de echilibru.

Transport activ T

Difuzia ionilor ar trebui să reducă gradientul de concentrație, dar echilibrul de concentrație ar însemna moartea celulei. Nu este o coincidență că cheltuiește mai mult de 1/3 din resursele sale energetice pentru menținerea gradienților și menținerea asimetriei ionilor. Transportul ionilor prin membrana celulară împotriva gradienților de concentrație este activ, adică. mod de transport consumator de energie, este asigurat de pompa de sodiu-potasiu.

Aceasta este o proteină mare integrală a membranei celulare care elimină continuu ionii de sodiu din celulă și pompează simultan ionii de potasiu în ea. Această proteină are proprietățile ATPazei, o enzimă care descompune ATP pe suprafața interioară a membranei, unde proteina atașează trei ioni de sodiu. Energia eliberată în timpul divizării moleculei de ATP este folosită pentru fosforilarea anumitor secțiuni ale proteinei pompei, după care conformația proteinei se modifică și scoate trei ioni de sodiu din celulă, dar în același timp ia doi ioni de potasiu din exterior. şi le aduce în celulă (Fig. 4.1).

Astfel, într-un ciclu de pompă, trei ioni de sodiu sunt îndepărtați din celulă, doi ioni de potasiu sunt aduși în ea și energia unei molecule de ATP este cheltuită pentru această muncă. Așa se menține o concentrație mare de potasiu în celulă, iar de sodiu în spațiul extracelular. Dacă avem în vedere că atât sodiul, cât și potasiul sunt cationi, i.e. transportă sarcini pozitive, atunci rezultatul net al unui ciclu de funcționare a pompei pentru a distribui sarcinile electrice este îndepărtarea unei sarcini pozitive din celulă. Ca urmare a acestei activități, membrana devine puțin mai negativă din interior și de aceea pompa de sodiu-potasiu poate fi considerată electrogenă.

În 1 secundă, pompa este capabilă să elimine aproximativ 200 de ioni de sodiu din celulă și să transporte simultan aproximativ 130 de ioni de potasiu în celulă, iar 100-200 de astfel de pompe pot fi amplasate pe un micrometru pătrat al suprafeței membranei. Pe lângă sodiu și potasiu, pompa transportă glucoză și aminoacizi în celulă împotriva gradienților de concentrație; Acesta, parcă, trecând transportul, a primit numele: simport. Performanța pompei de sodiu-potasiu depinde de concentrația ionilor de sodiu din celulă: cu cât este mai mare, cu atât pompa funcționează mai repede. Dacă concentrația ionilor de sodiu în celulă scade, atunci pompa își va reduce activitatea.

Alături de pompa de sodiu-potasiu există pompe speciale pentru ionii de calciu în membrana celulară. De asemenea, folosesc energia ATP pentru a transporta ionii de calciu din celulă, rezultând un gradient semnificativ de concentrație de calciu: există mult mai mult în afara celulei decât în ​​celulă. Acest lucru face ca ionii de calciu să se străduiască în mod constant să intre în celulă, dar în repaus membrana celulară aproape că nu permite acestor ioni să treacă. Cu toate acestea, uneori membrana deschide canale pentru acești ioni și apoi joacă un rol foarte important în eliberarea de mediatori sau în activarea anumitor enzime.

Astfel, transportul activ creează concentrare și gradienți electrici care joacă un rol proeminent în întreaga viață a celulei.

Potenţial de difuzie. S-a remarcat anterior că potențialul de odihnă este potenţial de difuziune ionică, care se deplasează pasiv prin canalele din membrană. În starea de repaus, majoritatea canalelor membranare deschise sunt canale de potasiu (K); prin urmare, potențialul de repaus este, într-o primă aproximare, determinat de gradientul transmembranar al concentrației de potasiu (K). În fig. Figura 2.2 arată dependența potențialului măsurat de concentrația extracelulară de potasiu (K).

După deplasarea extracelulară concentrații de K+ concentrația intracelulară rămâne inițial la același nivel, iar în această perioadă scurtă de timp potențialul de potasiu (K) măsurat ar trebui, în conformitate cu ecuația Nernst, să se modifice proporțional cu logaritmul [K+]0. Acest potențial de potasiu (K). E(k), indicată de linia roșie din Fig. 2.2. Valorile înregistrate ale potențialului de repaus în intervalul superior sunt foarte apropiate de E(k), totuși, pe măsură ce [K+]0 scade, ele devin din ce în ce mai puțin negative în comparație cu E(k). Această discrepanță ar trebui atribuită contribuției relativ mai mari a permeabilității la sodiu PNa la valori scăzute [K+]0. Abaterea valorilor potențialului de repaus înregistrate de la E(k) dispare dacă aprovizionarea cu sodiu (Na) este oprită, de exemplu, prin înlocuirea sodiului extracelular (Na) cu un cation incapabil de difuzare precum colina. Rezultă că potențialul normal de repaus este cu aproximativ 10 mV mai pozitiv decât E(k).

GRADIENT(lat. gradienți, gradient walking) - o mărime vectorială care arată direcția celei mai rapide schimbări a oricărei funcții. Conceptul de g este utilizat pe scară largă în fizică, fizică. chimie, meteorologie și alte științe pentru a caracteriza rata de schimbare a oricărei cantități pe unitate de lungime în direcția creșterii sale maxime; G. în biologie este o modificare cantitativă a morfolului sau a proprietăților funcționale (inclusiv biochimice) de-a lungul uneia dintre axele corpului, organului sau celulei în orice stadiu al dezvoltării lor. G., care reflectă o modificare a oricărui indicator fiziol (de exemplu, rata metabolică), se numește physiol, gradient (vezi Gradient fiziologic). Atunci când se iau în considerare diferite biol, procesele sunt mai des întâlnite cu hidroliza câmpului electric, hidroliza concentrației, hidroliza osmotică, hidroliza hidrostatică hidrostatică și hidrodinamica hidrostatică a temperaturii.

Gradientul câmpului electric în obiectele biologice apare ca urmare a mișcării ionilor în interiorul celulelor și țesuturilor sau datorită aplicării unei surse externe de câmp electric, de exemplu, în timpul galvanizării (vezi Galvanizare, Electroforeză). Pe membranele biologice apar valori deosebit de mari ale câmpului electric G.. Deci, cu o grosime a membranei de aprox. 10 nm și când potențialul se modifică cu 10, gradientul câmpului electric de-a lungul acestuia va fi de 104 V/cm. O astfel de modificare semnificativă a câmpului electric intern al membranei poate duce la o modificare a polarizării acesteia și a gradului de ordonare a structurii sale. Există o valoare de prag a potențialului G., la care celulele generează un potențial de acțiune (vezi potențiale bioelectrice, Excitație).

Un gradient de concentrație în țesuturile vii apare atunci când există o diferență semnificativă în concentrația de ioni în mediul intern și extern, de exemplu, o concentrație internă ridicată de ioni de potasiu și o concentrație scăzută de ioni de sodiu și clor. Astfel, în interiorul fibrei mușchiului inimii de șobolan există 140 µmol de ioni de potasiu și 13 µmol de ioni de sodiu per 1 g de apă intracelulară. Mediul extern conține 2,7 µmol de ioni de potasiu și 150 µmol de ioni de sodiu. Concentrația ionilor de potasiu poate fi explicată prin existența așa-numitului. Echilibrul Donnan (vezi Echilibrul membranei) pe ambele părți ale membranei biol. În acest caz, anionii nedifuzanți (de exemplu, anionii macromoleculelor de proteine) provoacă o distribuție neuniformă a concentrației ambelor anioni (de exemplu, C -) și a cationilor (de exemplu, K +) pe ambele părți ale membranei. Existența gazului de concentrare a ionilor de sodiu nu poate fi explicată prin echilibrul Donnan, iar transferul ionilor de sodiu împotriva gazului de concentrație se explică prin existența transportului activ al ionilor (vezi). Concentrația G. a ionilor poate apărea și ca urmare a proceselor metabolice. Ca urmare, toate procesele de redistribuire a ionilor pe diferite părți ale membranei biol conduc la apariția potențialelor de repaus (vezi potențiale bioelectrice).

Intrarea și ieșirea din celule a diferitelor substanțe se produce datorită prezenței G. concentrația acestora. Viteza de difuzie a substanțelor este determinată de raportul: dn/dt =Dq grad C, unde n este numărul de molecule care difuzează prin suprafața q, D este coeficientul. difuzie, grad C - gradient de concentrație; Coeficientul de difuzie este determinat de vâscozitatea mediului și de mărimea moleculelor substanței. Diferența de viteză de difuziune a cationilor și anionilor (mobilitatea lor) duce la apariția unui potențial de difuzie φ, care apare la limita a două soluții în contact și este descris de ecuația Nernst:

unde U este mobilitatea cationului, V este mobilitatea anionului, C1 și C2 sunt concentrația electrolitului în două soluții de contact; R - constanta gazului, T - t° absolută, n - sarcina ionică, F - numărul Faraday. Potențialul de difuziune este minim atunci când mobilitatea cationului și anionului este egală sau apropiată, de exemplu, în cazul unei soluții de KCl. Prin urmare, acest electrolit este utilizat în biologie și medicină ca conductor lichid în timpul galvanizării, electroforezei etc.

Gradientul osmotic caracterizează diferența de presiune osmotică (cm) în sistemul solvent-soluție, separat de o membrană semi-permeabilă, adică permeabilă la moleculele de solvent, dar impermeabilă la substanța dizolvată. Presiunea osmotică este definită ca cantitatea de forță care trebuie aplicată soluției pentru a opri mișcarea solventului către soluție. Când presiunea osmotică din mediul extern al celulei se modifică (de exemplu, când crește), apa va intra în celulă; debitul de apă va fi proporțional cu lichidul osmotic (între mediul intern și cel extern al celulei). Astfel, pentru eritrocite, viteza de penetrare a apei este de 2,5 µm3/ms2-min-atm. Presiunea osmotică a sângelui animalelor superioare este de cca. 40 mm apă. Artă. și reprezintă o mică parte din tensiunea arterială totală. Dacă metabolismul proteinelor sau sării este perturbat, se modifică și presiunea osmotică, de exemplu, atunci când crește, apa va intra în țesut, provocând edem (vezi).

Gradientul hidrostatic caracterizează diferența de presiune dintre mediul extern și cel intern al unei celule, întregul organism sau părțile sale individuale. Astfel, munca inimii duce la apariția unui gradient hidrostatic. În partea arterială a sistemului circulator apare presiunea hidrostatică pozitivă, în partea venoasă - negativă (vezi Tensiunea arterială). Presiunea hidrostatică poate compensa presiunea osmotică, care apare în capilarele sistemului circulator. Odată cu creșterea tensiunii arteriale hidrostatice (de exemplu, cu hipertensiune arterială), eliberarea apei din fluxul sanguin în țesut crește, ceea ce poate duce la edem.

Gradientul de temperatură, care apare ca urmare a diferenței de temperatură în interiorul și în afara celulei, afectează în mod semnificativ aproape toate procesele vieții. Astfel, viteza de difuzie a electroliților crește cu 30-40% cu o creștere a temperaturii cu 10°. Conductivitatea electrică a celulelor crește cu aproximativ aceeași cantitate. Transferul de căldură este proporțional cu temperatura de pe ambele părți ale suprafeței; în acest caz Q = -λgrad T, unde Q este cantitatea de căldură transferată prin suprafața conducătoare de căldură, λ este coeficientul. conductivitate termică, T - temperatură absolută. Principala sursă de căldură în corpurile umane și animale sunt procesele exoterme care au loc în timpul lucrului mușchilor și organelor interne. Disiparea căldurii (de exemplu de pe suprafața corpului uman) poate avea loc și prin convecție, radiație și evaporare. Toate aceste procese se accelerează odată cu creșterea temperaturii G.

Bibliografie: Bayer V. Biofizică, trad. din germană, M., 1962; Biofizică, ed. B. N. Tarusova și O. R. Collier, M., 1968; Pasynsky A. G. Biophysical chemistry, M., 1968.

Yu. M. Petrusevici.

Când gradientul de concentrație este zero, procesul de difuzie nu poate avea loc. O condiție indispensabilă pentru difuzie este și permeabilitatea suprafeței prin care trebuie să aibă loc procesul de difuzie. Atunci când suprafața este impermeabilă la particulele unei substanțe, nici difuzia acestei substanțe nu poate avea loc.[...]

La gradienți mari de concentrație de substanțe chimice în apă, funcția de osmoreglare a branhiilor este perturbată, ceea ce este important pentru explicarea mecanismului de acțiune a multor substanțe toxice și este utilizat în lupta împotriva bolilor peștilor. De exemplu, metoda hiperosmotică de administrare a vaccinurilor și a medicamentelor terapeutice se bazează pe aceasta.[...]

Variația zilnică a concentrației 03 la suprafața pământului diferă semnificativ de cea de câmpie. Pe parcursul anului scade spre mijlocul zilei. Adâncimea minimului de amiază atinge o valoare minimă de 4-5 ppb în lunile de vară iarna este slab exprimată. În fig. Figura 4.10 arată variațiile modificărilor conținutului 03 în timpul zilei pentru diferite luni (din aprilie până în decembrie 1989 și din ianuarie până în martie 1990). Caracteristicile specifice ale acestei modificări ale concentrației de ozon la nivelul solului sunt asociate cu circulația muntoasă, care este activă în sezonul cald, cu gradientul pozitiv de concentrație a ozonului în troposfera inferioară și cu procesele fotochimice care, în condiții de intensitate solară. iluminarea și conținutul scăzut de NOx, duc la distrugerea moleculelor de ozon în timpul zilei. Noaptea, scurgerea în cădere aduce aer curat, bogat în ozon, din straturile supraiacente din troposferă.[...]

După cum se știe, gradienții de concentrație apar nu numai în mediul membranei, ci și în soluție. De obicei, se încearcă să fie eliminate prin amestecarea intensă. Cu toate acestea, acesta din urmă nu captează stratul de difuzie Nernst și gradientul de concentrație din acesta nu poate fi eliminat. Desigur, în astfel de cazuri teoria trebuie să țină cont de influența filmului de soluție din apropierea membranei. Pentru a considera fenomenul cantitativ, este necesar să se cunoască grosimea acestei pelicule, care este estimată prin metode hidrodinamice, prin măsurarea difuziei și potențialelor, sau direct prin determinarea densității critice de curent într-un câmp de intensitate mare, adică lucrând în condiții. aproape de polarizare. Dar dacă fenomenul de polarizare este utilizat pentru a estima grosimea peliculei aproape de membrană a soluției, atunci acest lucru este extrem de dăunător pentru întregul proces de electrodializă.[...]

Spre sfârșitul procesului, când gradientul de concentrație se apropie de zero, adică când concentrațiile se nivelează, în soluție trec tot mai puține substanțe rășinoase pe unitatea de timp.[...]

Difuzioforeza este mișcarea particulelor cauzată de un gradient de concentrație al componentelor unui amestec de gaze. Acest fenomen se manifestă clar în procesele de evaporare și condensare.[...]

Difuzioforeza este mișcarea particulelor sub influența unui gradient de concentrație în absența unui câmp electric extern. Este un analog al electroforezei, dar spre deosebire de acesta, forța motrice a particulelor în mișcare în faza lichidă nu este gradientul de potențial electric, ci gradientul de concentrație al substanțelor dizolvate de-a lungul fluxului. Acest fenomen a fost descoperit și descris de B.V. Deryagin și S.S. Dukhin în 1964[...]

Forța motrice a procesului de extracție este gradientul de concentrație - o mărime vectorială care determină direcția de difuzie. Difuzia include componente moleculare și convective.[...]

Pentru a înțelege mecanismele efectului inhibitor al concentrațiilor mari de H+ asupra transportului activ de N+, în opinia noastră, considerentele lui G. Ulch prezintă un interes deosebit. El crede că mecanismul de transport ionic la un pH al apei de 4,0 trebuie să depășească un gradient puternic crescut (de 25 de mii de ori) al ionilor de H+ în comparație cu ceea ce se întâmplă la un pH al apei de 7,4. O astfel de creștere extrem de mare a gradientului de concentrație H+ trebuie să încetinească inevitabil transportul activ al ionilor de Na+ din apă în sânge, deoarece funcționarea normală a pompelor ionice are loc numai cu eliberarea conjugată a anumitor contraioni din organism în mediul extern: pt. Na+ acestea sunt H+ și NH5, iar pentru SG este NSOz. Adevărat, peștii au un alt, ca să spunem așa, mecanism de rezervă pentru absorbția sodiului folosind 1MH4 (N+ = 1MH) ca contraion, mai ales că atunci când apa este acidulată, formarea de amoniu crește și ieșirea acestuia din organism ar trebui să crească semnificativ. Totuși, la un pH scăzut al apei, adică cu creșterea concentrației ionilor în mediul extern, rezistența la transportul amoniului crește și acesta este eliberat, probabil nu sub formă ionică, ci sub formă de amoniac, care are o difuzivitate mai mare. Astfel, mecanismul suplimentar de absorbție a Na+ în schimbul [MH4 poate fi blocat la concentrații mari de ioni de hidrogen în mediu.[...]

Mișcarea pe distanțe lungi este probabil independentă de gradientul de concentrație a virusului de-a lungul traseului. Mai degrabă, este un transfer rapid, accidental, de material infecțios. În stadiile incipiente ale infecției sistemice, virusul poate pătrunde aparent în țesuturile susceptibile fără a provoca infecție în acestea (vezi, de exemplu).[...]

La evaporarea de pe suprafața unei picături (sau a unei pelicule lichide), apare un gradient de concentrație a vaporilor, dar deoarece presiunea totală a vaporilor trebuie să rămână constantă, are loc un flux hidrodinamic al unui amestec vapori-gaz (VGM), îndreptat perpendicular pe suprafața picătura de evaporare și compensarea difuzării gazelor la această suprafață.[ ..]

Astfel, hrănirea boilor printr-o membrană poate fi efectuată în raport cu un gradient de concentrație cu cheltuirea energiei, adică prin transfer activ.[...]

Transferul difuziv într-un reactor cu flux are loc aproape întotdeauna datorită apariției unui gradient de concentrație pe lungime (vezi Fig. 2.41). Trebuie remarcat faptul că mecanismul unui astfel de transfer nu este doar molecular - fluxul de materie 03с1С/(]1 este determinat printr-un anumit coeficient de difuzie efectiv Oe (de exemplu, difuzia turbulentă). Și dacă acest flux este comparabil cu fluxul convectiv - Cu (transfer de materie cu un flux care se deplasează cu viteza i), atunci devine evident că trebuie luat în considerare la construirea modelului.[...]

Forța motrice pentru separarea amestecurilor este în principal excesul de presiune din fluxul sursă sau gradientul de concentrație al substanțelor care se separă [...].

Eficiența procesului de extracție depinde de următorii factori: mărimea suprafeței de interacțiune dintre faze, gradientul de concentrație al substanței extrase, viteza de mișcare reciprocă a fazelor și durata contactului. Cu cât acești indicatori sunt mai mari, cu atât viteza procesului și caracterul complet al epurării cresc.[...]

Deoarece magma este un sistem multicomponent, aplicarea modelului de convecție pur termică sau convecție cauzată de gradienții de concentrație a materiei nu este întotdeauna justificată. Din punct de vedere fizic, mai probabil în aceste cazuri este modelul de convecție cu două difuze. În acest tip de convecție „acționează” două fluxuri: primul este cauzat de un gradient de temperatură (flux de difuzie a energiei), al doilea este cauzat de gradientul de concentrație al unei substanțe (sau mai multor substanțe, cum ar fi, de exemplu, în magmă). ). Ambele fire interacționează între ele. Cel mai simplu exemplu este încălzirea de jos a unei soluții de săruri cu un anumit gradient de concentrație. În această situație, soluția „se descompune” într-un număr de straturi convective orizontale, în fiecare dintre ele se amestecă temperatura și conținutul de sare. Straturile sunt separate de suprafețe prin care se transferă căldura și sarea datorită difuziei moleculare.[...]

S-a stabilit că mediul biochimic al pădurilor de pin și molid este spațial eterogen atât pe direcția verticală, cât și pe cea orizontală. Mărimea gradientului de concentrație al hidrocarburilor terpenice în plan orizontal a fost în medie de 0,3 mg/m3 (maxim - 0,6-1,0 mg/m3), în plan vertical - 0,3-0,5 mg/m3. Eterogenitatea regimului biochimic se datorează aparent cantității inegale de biomasă verde, stării biogrupurilor de subarbust și diferențierii coroanei în straturi de calitate diferită, cu predominanța acelor vechi de doi ani în partea mijlocie a coroana, care este fiziologic cea mai activă [...]

În timpul depozitării imobile, transferul vaporilor de la suprafața produsului la GP are loc datorită difuziei moleculare cvasiizoterme și izobare datorită gradientului de concentrație al vaporilor de produs. Se presupune că în GP pe suprafața produsului există un strat saturat de vapori al amestecului vapori-aer.[...]

Teledetecția sistematică a fitoplanctonului în timp ce o navă se mișca a fost efectuată pentru prima dată în 1980, ceea ce a făcut posibilă obținerea curbelor de distribuție spațială a concentrațiilor de fitoplancton în stratul de suprafață al apei. Analiza acestor curbe a arătat că sunt posibile gradienți ascuțiți în concentrația fitoplanctonului pe distanțe de ordinul mai multor kilometri (Fig. 5, curba I). Rețineți că gradinții ascuțiți de acest fel trec de obicei neobservați dacă măsurătorile sunt efectuate folosind metode standard numai la stații. Pentru comparație, în fig. Figura 5 prezintă curba 2, construită din măsurători la stații.[...]

Să considerăm un strat staționar de lichid de grosimea k, în contact cu un strat de amestec vapori-gaz de grosimea k și (e - k) (Fig. 1.8). În timpul evaporării apar gradienți de temperatură într-un amestec lichid și vapor-gaz (regiunile I și II), iar în amestec apare un gradient de concentrație de vapori a lichidului care se evaporă (regiunea II).

În dozimetrele pasive, difuzia substanțelor chimice are loc printr-un strat stabil de aer (dozimetre de difuzie) sau prin pătrunderea substanței printr-o membrană conform unui gradient de concentrație (dozimetre permeabile). Dozimetrele acestor două tipuri sunt prezentate în Fig. 1.49.[...]

Absorbția nutrienților de către o celulă poate fi pasivă sau activă. OPO este asociat cu procesul de difuzie și urmează gradientul de concentrație al unei substanțe date. După cum sa discutat deja mai sus (vezi p. 46), din punct de vedere termodinamic, direcția de difuzie este determinată de potențialul chimic al substanței. Cu cât concentrația unei substanțe este mai mare, cu atât potențialul său chimic este mai mare. Mișcarea este în direcția potențialului chimic inferior. Trebuie remarcat faptul că direcția de mișcare a iops este determinată nu numai de substanțe chimice, ci și de potențialul electric. Ionii cu sarcini diferite pot difuza prin membrană cu viteză rapidă. Datorită acestui fapt, se creează o diferență de potențial, care, la rândul său, poate servi drept forță motrice pentru intrarea unui ion încărcat opus. Potențialul electric poate apărea și dintr-o distribuție neuniformă a sarcinilor în interiorul membranei în sine. Astfel, mișcarea pasivă a iops poate urma un gradient de potențial chimic și electric.[...]

Întrucât dizolvarea gazului este un proces de difuzie, viteza acestuia este proporțională cu suprafața de contact dintre gaz și lichid, intensitatea amestecării acestora, coeficientul de difuzie și gradientul de concentrație al componentei de difuzare în medii gazoase și lichide. Prin urmare, la proiectarea absorbanților, se acordă o atenție deosebită organizării contactului fluxului de gaz cu solventul lichid și selectării lichidului absorbant (absorbant).[...]

Calculul coeficientului de difuzie. Mișcarea termică aleatorie a moleculelor de gaz este principalul motiv pentru difuzia sa în lichid. Conform tradiției consacrate, „forța motrice” a procesului este definită ca diferența de concentrații de gaz a fazelor saturate și nesaturate, deși în realitate moleculele aflate în mișcare browniană nu sunt supuse acțiunii unei „forțe” suplimentare în direcția gradientului de concentrație. Cu toate acestea, redistribuirea statistică a moleculelor de gaz duce inevitabil la o reducere a diferenței de concentrație, ceea ce determină un transfer gradual de masă în direcția scăderii concentrației.[...]

Factorii care influențează aproape în același mod flocularea în condiții de laborator și de producție sunt timpul de reacție (timpul de rezidență), distribuția energiei de amestecare, proprietățile soluției și concentrația reactivilor. Cu toate acestea, din moment ce sistemele fără flux și flux-through sunt comparate, compararea timpilor de rezidență se dovedește a fi dificilă. De asemenea, este dificil să se determine consumul mediu de energie pentru amestecarea pe unitate de volum a reactorului în procese dependente de flux. De asemenea, este dificil de cuantificat efectele peretelui, fluctuațiile concentrației și gradienții de concentrație. Dacă aceste efecte pot fi neglijate în orice moment, va fi stabilit numai după o evaluare atentă a situației specifice.[...]

Мвх și (?„х - fluxurile de material și căldură care intră în volumul alocat (debitele care părăsesc volumul au o valoare negativă); fluxurile de intrare pot fi fie de natură convectivă (flux de reactivi), fie difuziune (datorită apariției concentrației și temperaturii). gradiente).[ ...]

Prezența MMF în preparatele de NAD kinază din mușchii scheletici de iepure a fost, de asemenea, demonstrată prin fracționare pe o coloană Sephadex G-200 (3), iar greutățile moleculare ale oligomerilor enzimatici au fost clarificate utilizând electroforeza liniară a gradientului de concentrație a gelului de poliacrilamidă (PAGE). Rezultatele obținute la studierea enzimei folosind două dintre aceste metode au arătat că preparatele de NAD kinaze parțial purificate conțin oligomeri enzimatici cu greutăți moleculare de 31.000, 65.000, 94.000, 160.000, 220.000, 350.000 de proteină NAD cea mai puțin asociată greutate de 31.000, care, aparent, poate fi considerată o subunitate a enzimei pe baza faptului că, după tratamentul cu dodecilsulfat de sodiu a două fracții cu greutate moleculară mică îndepărtate din coloană (31.000, 5.000 EUR) și electroforeza ulterioară, nu a fost nicio proteină. detectat în electroferogramele cu o greutate moleculară mai mică de 30.000.[...]

Metoda de biotestare pe dafnie este completată cu succes de analiza biotestului folosind cele mai simple microorganisme - ciliati-papuci (Paramecium caudatum). Metoda de analiză biotest a probelor de apă se bazează pe capacitatea ciliatelor de a evita zonele nefavorabile și care pun viața în pericol și de a se deplasa activ de-a lungul gradienților de concentrație ai substanțelor chimice către zone favorabile. Metoda vă permite să determinați rapid toxicitatea acută a probelor de apă și are scopul de a controla toxicitatea apei naturale, reziduale, potabile, extractelor apoase din diverse materiale și produse alimentare.[...]

Datorită conținutului de soluții de săruri, zaharuri și alte substanțe active osmotic, celulele se caracterizează prin prezența unei anumite presiuni osmotice în ele. De exemplu, presiunea din celulele animale (forme marine și oceanice) ajunge la 30 atm sau mai mult. În celulele vegetale, presiunea osmotică este și mai mare. Diferența de concentrație a substanțelor din interiorul și din exteriorul celulei se numește gradient de concentrație.[...]

Să prezentăm clasificarea existentă a membranelor semipermeabile utilizate în procesele de osmoză inversă și ultrafiltrare (Fig. 6.36). Aceste membrane pot fi; poroase și neporoase, acestea din urmă fiind geluri cvasiomogene prin care solventul și substanțele dizolvate pătrund sub influența unui gradient de concentrație (difuzie moleculară), de aceea astfel de membrane se numesc membrane de difuzie [...].

Deși pământul ocupă doar 30% din suprafața globului, o suprafață mare este ocupată de floră, care absoarbe activ gazele din atmosferă. Plantele pot absorbi gazele atmosferice precum substanțele anorganice fără prelucrare sau, ceea ce este mult mai important, le pot încorpora activ în procesele metabolice, creând astfel un gradient de concentrație favorabil pentru absorbția ulterioară. Un bun exemplu este dioxidul de carbon, care poluează atmosfera ca principal produs al arderii carbonului.[...]

Solul este utilizat pe scară largă pentru eliminarea deșeurilor, așa că alegerea tipului de sol este foarte importantă: cu permeabilitate, dimensiunea particulelor și stabilitate adecvate; De asemenea, este necesar să se mențină caracteristicile de filtrare ale solului folosind un regim adecvat de alimentare cu deșeuri, deoarece orice condiții antioxidante din sol vor reduce rata de biodegradare. Gradienții inițiali de concentrație ai donatorilor și acceptorilor de electroni, oxigenul și temperatura conduc la stratificarea populației microbiene, în primul rând la sorbția microorganismelor care consumă carbon organic. După ce a avut loc sorbția, începe procesul de catabolism microbian. Procesul de îngropare a deșeurilor în sol este ieftin, dar pot apărea o serie de dificultăți, mai ales iarna, din cauza cantităților mari de apă care se filtrează în sol, evaporării scăzute și activității microbiene scăzute. Chiar și în cele mai favorabile condiții, se pot produce acumularea de metale grele și formarea unui strat relativ impermeabil de sol compactat din cauza precipitării sărurilor insolubile de fier, mangan și calciu. În plus, concentrațiile mari de compuși organici și metale grele pot duce la moartea vegetației, care poate fi evitată doar prin pretratare. Astfel, deși stropirea apei generate la groapa de gunoi pe soluri nisipoase care servesc drept sursă de ierburi furajere nu a avut niciun efect nociv asupra acestor ierburi, în ele s-au acumulat oxizi de calciu, magneziu și fosfor (V). Apa de la depozitul de deșeuri care se filtrează în sol, având în același timp efect fitotoxic, conține în același timp substanțe nutritive necesare plantelor. Cercetările lui Menzer au arătat că la cultivarea boabelor de soia pe nisip cu irigare cu astfel de ape, există un dezechilibru al nutrienților și procesul necesită o reglare atentă.[...]

Distribuția latitudinală a emisiilor (în Fig. 3.6) indică țările industrializate din emisfera nordică drept principalii „furnizori” de CO2 tehnologic. Distribuția neuniformă a surselor, precum și caracteristicile circulației generale a atmosferei (existența celulelor eoliene alize închise și zona de convergență intratropicală, vezi Fig. 1.5) determină apariția unui gradient latitudinal al concentrațiilor de CO2.[. ..]

În timp ce unele zone de culoare verde închis dispar și TMV se reproduce în ele, alte zone ale frunzei infectate rămân aproape complet lipsite de virus pe toată durata de viață a frunzei. Zonele de culoare verde închis de acest tip nu par să accepte reproducerea TMV. Această concluzie poate fi trasă pe baza faptului că, în primul rând, atunci când aceste zone sunt suprainfectate cu TMV, concentrația virusului infecțios în ele crește și, în al doilea rând, limita dintre țesuturile galben-verzui cu o concentrație mare de inspecție TMV și întuneric. zona verde rămâne liberă timp de multe săptămâni, în ciuda faptului că celulele ambelor zone sunt conectate prin plasmodesmate. În zonele de culoare verde închis din apropierea granițelor cu țesuturi galben-verzui, a fost detectat un gradient de concentrație al particulelor libere de TMV, care, după cum credem, difuzează din țesuturile galben-verzui învecinate (Fig. 35).[...]

Cu toate acestea, practica arată că aceste erbicide pătrund în rădăcini în cantități relativ mici și, prin urmare, provoacă doar moartea parțială a sistemului radicular; unele dintre rădăcini rămân în viață și sunt capabile să producă lăstari noi. Motivul pentru aceasta este adsorbția și dezintegrarea treptată a substanței active a erbicidului pe măsură ce se deplasează prin țesuturile conductoare ale tulpinii. Cu cât este mai departe de locul de aplicare, cu atât concentrația erbicidului este mai mică. În plantă se creează un gradient de concentrație de erbicid. Ca urmare, se poate observa că la plantele de buruieni lăstari de rădăcină tratate cu erbicide, doar partea aeriană, rizomul și unele dintre rădăcinile adiacente rizomului mor, iar apoi concentrația erbicidului în țesuturi scade astfel încât mult încât dăunează doar parțial, dar nu ucide, rădăcina. Este posibil ca erbicidul să nu pătrundă deloc în zonele rădăcinii cele mai îndepărtate de rizom.[...]

Astfel, un râu poate fi comparat cu un sistem care se află într-o stare de fermentație constantă și are capacitatea de a se autopurifica, adică. la îndepărtarea materiei organice dizolvate și în suspensie cu proprietăți poluante. Compușii chimici care se găsesc în apă sau prezenți în aceste sedimente afectează biocenozele acvatice. Ca urmare a autopurificării, apare un efect secundar - apariția gradienților în concentrațiile de oxigen, nutrienți și substanțe biologice.[...]

Purificarea emisiilor de gaze folosind absorbante de lichid constă în punerea în contact a unui flux de gaz contaminat cu un absorbant cu separarea ulterioară a gazului purificat de absorbantul de deșeuri. În timpul procesului, contaminantul este absorbit în lichid. Absorbția este un proces tipic în tehnologia chimică, care în tehnologia de curățare a emisiilor de gaze este adesea numit proces de epurare. Forța sa motrice este gradientul de concentrație la interfața gaz-lichid. Procesul se desfășoară mai rapid, cu cât interfața de fază, turbulența fluxului și coeficienții de difuzie sunt mai mari. Multe publicații din literatura de inginerie chimică sunt dedicate absorbției și ar trebui consultate pentru informații suplimentare. Aici vom lua în considerare cele mai generale caracteristici ale absorbanților, care sunt utilizate pe scară largă pentru a îndepărta poluanții precum dioxidul de sulf, hidrogenul sulfurat și hidrocarburile ușoare.[...]

Folosind expresia (8.1.36), este ușor de evaluat contribuția fiecărei etape la procesul de extracție prin difuzie a poluantului din sol. Primul termen dintre paranteze pătrate determină durata etapei de difuzie a impregnării (remintim că dacă capilarele sunt impregnate în prima etapă, determinată de rezistența vâscoasă, atunci, datorită duratei sale scurte, durata acestei etape poate fi ignorată) ; al doilea termen caracterizează durata etapei de formare a gradientului de concentrație; a treia este durata procesului de difuzie în sine după finalizarea etapelor de impregnare și formarea unui gradient de concentrație. Să estimăm acum raportul dintre durata etapelor procesului în funcție de condițiile procesului de leșiere a poluanților [...]

În fig. 2.3, și este prezentat stratul fix al catalizatorului și sunt prezentate procesele care au loc în acesta - componente ale procesului general. Fluxul general (convectiv) al reactanților 7 trece între granulele de catalizator. Din flux, reactivii difuzează la suprafața boabelor (2) și în porii catalizatorului (3), pe suprafața interioară a căruia are loc reacția (4). Produsele sunt returnate înapoi în flux. Căldura degajată este transferată prin stratul (5) și apoi din stratul prin perete la agentul frigorific (b). Gradienții de concentrație și temperatură care apar ca urmare a reacției determină fluxuri de materie și căldură (7), suplimentar la mișcarea convectivă principală a reactanților.[...]

Studiul distribuției și mișcărilor organismelor acvatice a fost efectuat în corpurile de apă și zonele acestora, supuse diferitelor grade de impact antropic. Ca rezultat, a fost posibil să se documenteze o serie de noi răspunsuri comportamentale ale peștilor și nevertebratelor la răspândirea poluanților. Chiar și în centrele de scurgeri de salve de ape toxice netratate, unii indivizi ai populațiilor locale sunt capabili să recunoască pericolul și să încerce să părăsească zona pentru o zonă litorală și afluenți mai curați sau să schimbe stratul de habitat, desprinzându-se de fund, unde , de regulă, se observă cele mai mari concentrații de substanțe nocive. Indivizii migratori (nomazi) din stocurile piscicole locale reacționează cel mai rapid prin deplasarea către un gradient descrescător de concentrație a poluanților și în câteva ore sau zile se trezesc în afara pericolului. Locuitorii zonei pelagice suferă cel mai puțin din cauza poluării, iar cea mai mare moarte a indivizilor are loc în grupurile sedentare nemigratoare de bentofagi.[...]

În sursele de căldură, mișcarea are loc datorită energiei termice furnizate sursei. Emisiile nocive se răspândesc sub forma unui flux direcționat - un jet convectiv, de obicei turbulent. O sursă se numește dinamică, emisiile nocive din care se răspândesc sub forma unui flux contaminat cu o anumită viteză inițială de scurgere. Ieșirea jetului are loc din cauza presiunii excesive din interiorul volumului vasului, a aparatelor datorate acțiunii forțelor gravitaționale sau a unui supraalimentare. În sursele de difuzie, mișcarea are loc datorită gradientului de concentrație al impurității gazului. Direcția și intensitatea răspândirii acestora din urmă depind de caracteristicile de difuzie ale substanței și de turbulența mediului. Tipurile de transfer enumerate sunt adesea combinate, de exemplu, o sursă de căldură eliberează și impurități gazoase.[...]

Relația dintre creșterea ovarului și creșterea embrionului și a endospermului poate fi judecată prin modificări ale ratelor de creștere ale acestor diferite părți ale fructului în diferite stadii de dezvoltare. În unele cazuri, curba de creștere a fructului este sigmoidă (de exemplu, la un măr), iar uneori are două valuri (Fig. 5.24). La piersici, modificările ritmului de creștere a pericarpului se corelează aparent cu modificările ritmului de creștere a semințelor în curs de dezvoltare. Efectul stimulativ al semințelor în dezvoltare asupra creșterii țesuturilor pericarpului pare să fie asociat, cel puțin parțial, cu influența auxinei formate în semințe. Semințele în curs de dezvoltare sunt o sursă bogată de auxină și s-a demonstrat că există un gradient de concentrații de auxină în țesuturile fetale, cea mai mare concentrație de auxină găsită în semințe, mai mică în placentă și cea mai scăzută în peretele fetal. Acest gradient corespunde ideii sintezei auxinei în semințele în curs de dezvoltare și mișcării acesteia de la semințe la alte părți ale fructului.[...]

Sistemele omogene din apă sunt soluții adevărate (moleculare și ionice) ale diferitelor substanțe. Soluțiile adevărate sunt sisteme stabile din punct de vedere termodinamic și pot exista fără modificări atât timp cât se dorește. În ciuda varietății mari de compuși care formează soluții cu apa, multe proprietăți sunt comune tuturor soluțiilor. Astfel, toate soluțiile electrolitice au capacitatea de a conduce curentul electric, iar dependențele cantitative observate în timpul electrolizei sunt valabile pentru orice soluție. Mișcarea direcțională a ionilor sau moleculelor în soluții are loc nu numai sub influența diferențelor de potențial, ci și datorită unui gradient de concentrație (difuzie). Fluxul de difuzie al substanței dizolvate este direcționat dintr-o zonă cu o concentrație mai mare către o zonă cu o concentrație mai mică, iar curgerea solventului este în direcția opusă. Toate soluțiile de substanțe nevolatile în solvenți volatili se caracterizează printr-un punct de fierbere mai mare și un punct de îngheț mai scăzut în comparație cu un solvent pur. Creșterea punctului de fierbere și scăderea punctului de îngheț vor fi mai mari, cu cât concentrația soluției va fi mai mare [...]

Pentru a înțelege natura și mecanismul efectului de seră, este, de asemenea, important de știut că contribuția aceleiași componente la fluxul total de radiații depinde puternic de distribuția acestuia în atmosferă. Să ilustrăm acest lucru folosind exemplul celor trei principale gaze „cu efect de seră” - vapori de apă, ozon și CO2 Din Fig. 3.1 este clar că banda de absorbție a moleculei de dioxid de carbon centrată la 15 μm este în mare parte suprapusă de benzile de dioxid de carbon. vapori de apă de aici am putea concluziona că rolul CO2 în absorbția radiației nu este atât de mare, dacă ne întoarcem la Fig. 3.3, care arată profilele verticale ale H, 0 și 03 obținute în timpul observațiilor reale. Ianuarie 1972, vom vedea cât de mare este gradientul de concentrație a vaporilor de apă radiația termică în creștere a suprafeței de bază poate fi CO2, iar această concluzie este susținută de rezultatele de calcul prezentate în tabelul 3.2.

Studiile timpului de relaxare dielectrică și ale altor proprietăți menționate mai sus, care depind de ratele mișcărilor moleculare, oferă valori destul de precise pentru ratele de reorientare și translație moleculară în apă lichidă. O metodă obișnuită pentru astfel de studii este aplicarea unei tensiuni apei lichide și măsurarea timpului necesar lichidului să revină la echilibru în prezența tensiunii sau îndepărtarea tensiunii și măsurarea timpului necesar pentru ca lichidul să revină. la starea sa originală. Pentru relaxarea dielectrică, tensiunea este câmpul electric aplicat, pentru autodifuzie - gradientul de concentrație a izotopului, pentru vâscozitate - efort de forfecare etc. Cu toate acestea, astfel de studii ale proprietăților apei, în funcție de ratele mișcărilor moleculare, nu oferă o imagine detaliată a mișcărilor moleculelor de apă și, prin urmare, pare probabil ca înainte de a obține o astfel de imagine, este necesară dezvoltarea în continuare a teoriei fundamentale a proceselor de neechilibru.[...]

Există interacțiuni puternice între absorbția apei și a mineralelor din sol, dar o corelație cu adevărat puternică între acestea are loc doar cu absorbția nitraților. Dintre toate elementele principale ale nutriției minerale ale plantelor, azotul sub formă de ioni de azotat (N03”) se mișcă cel mai liber în soluțiile din sol; acești ioni sunt transferați la suprafața rădăcinii prin fluxul general de apă prin capilare. Ionii de nitrați vin de obicei la rădăcină de oriunde vine apa. Apa ajunge la rădăcini cel mai repede în solul saturat cu apă până la (sau aproape până la) capacitatea de umiditate a câmpului, precum și în solul grosier poros. Prin urmare, în aceste condiții nitrații vor avea cea mai mare mobilitate. Zonele de aprovizionare redusă cu resurse (ZR) pentru nitrați pot fi foarte extinse, iar gradienții concentrațiilor de nitrați în jurul rădăcinilor sunt mici. Dimensiunea mare a RZR crește probabilitatea suprapunerii RZR generate de rădăcini individuale. În acest caz, poate apărea competiție (chiar și între rădăcinile aceleiași plante): de fapt, epuizarea unei resurse de către un organ începe să afecteze celălalt organ numai atunci când încep să exploateze resursele disponibile ambelor, adică atunci când RDA-urile se suprapun. Cu cât conținutul de apă disponibilă în sol este mai scăzut, cu atât se deplasează mai încet la rădăcini și ionii de nitrat ajung mai încet la suprafața rădăcinii. În același timp, ZPR-urile devin mai mici, iar gradul de suprapunere a acestora scade. Astfel, dacă nu este suficientă apă, probabilitatea ca între rădăcini să apară competiție pentru nitrați este redusă [...]

Metodele cu membrane diferă prin tipurile de membrane utilizate, forțele motrice care susțin procesele de separare și domeniile lor de aplicare (Tabelul 26). Există șase tipuri de metode membranare: microfiltrare - procesul de separare membranară a soluțiilor și suspensiilor coloidale sub presiune; ultrafiltrarea este un proces de separare membranară a amestecurilor lichide sub presiune, bazat pe diferența de greutăți moleculare sau dimensiuni moleculare ale componentelor amestecului care se separă; osmoza inversă este un proces de separare membranară a soluțiilor lichide prin pătrunderea unui solvent printr-o membrană semipermeabilă sub influența unei presiuni aplicate soluției care depășește presiunea osmotică a acesteia; dializa este un proces de separare a membranei datorită diferențelor de viteză de difuzie a substanțelor prin membrană, care are loc în prezența unui gradient de concentrație; electrodializa - procesul de trecere a ionilor unei substanțe dizolvate printr-o membrană sub influența unui câmp electric sub forma unui gradient de potențial electric; separarea gazelor este procesul de separare membranară a amestecurilor de gaze datorită presiunii hidrostatice și gradientului de concentrație.

Caracterizarea mărimii și direcției celei mai mari modificări a concentrației unei substanțe în mediu. De exemplu, dacă luăm în considerare două zone cu concentrații diferite ale unei substanțe, separate de o membrană semi-permeabilă, atunci gradientul de concentrație va fi direcționat din zona de concentrație mai mică a substanței către zona cu concentrație mai mare. Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]][[K:Wikipedia:Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]] .

Definiţie

Gradientul de concentrație este direcționat de-a lungul căii l, corespunzătoare normalei la suprafața de izoconcentrare (membrană semipermeabilă). Valoarea gradientului de concentrație texvc nu a fost găsit; Vedeți matematică/README - ajutor la configurare.): \nabla C egal cu raportul modificării elementare a concentrației dC până la lungimea căii elementare dl :

La un gradient de concentrație constant C pe parcurs l :

Aici C 1Şi C 2- valoarea concentrației inițială și finală pe lungimea traseului l(normal la suprafața de izoconcentrare).

Gradienții de concentrație pot fi responsabili pentru transportul de substanțe, cum ar fi difuzia. Difuzia are loc împotriva vectorului gradientului de concentrație [[K:Wikipedia:Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]][[K:Wikipedia:Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]][[K:Wikipedia:Articole fără surse (țara: Eroare Lua: callParserFunction: funcția „#property” nu a fost găsită. )]] .

Unitatea de măsură a gradientului de concentrație în Sistemul Internațional de Unități (SI) este valoarea −4 (mol/m 4 sau kg/m 4), precum și derivatele sale fracționare sau multiple.

Vezi de asemenea

Scrieți o recenzie despre articolul „Gradientul de concentrare”

Literatură

• Antonov V.F., Chernysh A.M., Pasechnik V.I. Biofizică - M.: VLADOS, 2000, p. 35. ISBN 5-691-00338-0
• Trifonov E. V.- Sankt Petersburg: 2011.

Un fragment care caracterizează Gradientul de Concentrație