Ի՞նչ է կենտրոնացումը: Լայն իմաստով սա նյութի ծավալի և դրանում լուծված մասնիկների քանակի հարաբերակցությունն է։ Այս սահմանումը հանդիպում է գիտության տարբեր ճյուղերում՝ ֆիզիկայից և մաթեմատիկայից մինչև փիլիսոփայություն: Տվյալ դեպքում խոսքը կենսաբանության և քիմիայի մեջ «կենտրոնացում» հասկացության կիրառման մասին է։
գրադիենտ
Լատիներենից թարգմանված այս բառը նշանակում է «աճել» կամ «քայլել», այսինքն՝ «մատնացույց անելու» տեսակ է, որը ցույց է տալիս, թե ինչ ուղղություն է աճում ցանկացած արժեք։ Որպես օրինակ կարող եք օգտագործել, ասենք, ծովի մակարդակից բարձրությունը Երկրի տարբեր կետերում։ Քարտեզի յուրաքանչյուր առանձին կետում դրա (բարձրության) գրադիենտը ցույց կտա աճող արժեքի վեկտոր՝ մինչև հասնելը ամենազառ վերելքին:
Մաթեմատիկայում այս տերմինը հայտնվել է միայն տասնիններորդ դարի վերջում: Այն ներմուծվել է Մաքսվելի կողմից և առաջարկել է այս քանակի իր անվանումները: Ֆիզիկոսներն օգտագործում են այս հայեցակարգը՝ նկարագրելու էլեկտրական կամ գրավիտացիոն դաշտի ինտենսիվությունը, պոտենցիալ էներգիայի փոփոխությունը։
Ոչ միայն ֆիզիկան, այլ նաև այլ գիտություններն օգտագործում են «գրադիենտ» տերմինը։ Այս հայեցակարգը կարող է արտացոլել ինչպես որակական, այնպես էլնյութի քանակական բնութագիր, ինչպիսին է կոնցենտրացիան կամ ջերմաստիճանը։
Համակենտրոնացման գրադիենտ
Ի՞նչ է գրադիենտը, այժմ հայտնի է, բայց ո՞րն է կոնցենտրացիան: Սա հարաբերական արժեք է, որը ցույց է տալիս լուծույթում պարունակվող նյութի համամասնությունը: Այն կարող է հաշվարկվել որպես զանգվածի տոկոս, գազի (լուծույթի) մոլերի կամ ատոմների թիվը, ամբողջի մասնաբաժինը: Նման լայն ընտրությունը հնարավորություն է տալիս արտահայտել գրեթե ցանկացած հարաբերակցություն։ Եվ ոչ միայն ֆիզիկայի կամ կենսաբանության, այլ նաև մետաֆիզիկական գիտությունների մեջ։
Եվ ընդհանրապես, կոնցենտրացիայի գրադիենտը վեկտորային մեծություն է, որը միաժամանակ բնութագրում է շրջակա միջավայրում նյութի փոփոխության քանակն ու ուղղությունը։
Սահմանում
Կարո՞ղ եք հաշվարկել համակենտրոնացման գրադիենտը: Դրա բանաձևը կոնկրետ նյութի կոնցենտրացիայի տարրական փոփոխության և երկար ճանապարհի միջև է, որը նյութը պետք է հաղթահարի երկու լուծույթների միջև հավասարակշռության հասնելու համար: Մաթեմատիկորեն սա արտահայտվում է С=dC/dl բանաձևով։
Երկու նյութերի միջև կոնցենտրացիայի գրադիենտի առկայությունը հանգեցնում է դրանց խառնմանը: Եթե մասնիկները տեղափոխվում են ավելի մեծ կոնցենտրացիա ունեցող տարածքից դեպի ավելի ցածր, ապա դա կոչվում է դիֆուզիա, իսկ եթե նրանց միջև կիսաթափանցելի խոչընդոտ կա, այն կոչվում է օսմոս:
Ակտիվ տրանսպորտ
Ակտիվ և պասիվ փոխադրումն արտացոլում է նյութերի շարժումը կենդանի էակների բջիջների թաղանթներով կամ շերտերով՝ նախակենդանիներ, բույսեր,կենդանիներ և մարդիկ. Այս գործընթացը տեղի է ունենում ջերմային էներգիայի օգտագործմամբ, քանի որ նյութերի անցումը կատարվում է կոնցենտրացիայի գրադիենտի դեմ՝ փոքրից դեպի ավելի մեծ: Նման փոխազդեցություն իրականացնելու համար առավել հաճախ օգտագործվում է ադենոզին տրիֆոսֆատ կամ ATP՝ մոլեկուլ, որը էներգիայի համընդհանուր աղբյուր է 38 Ջուլում։
Գոյություն ունեն ATP-ի տարբեր ձևեր, որոնք տեղակայված են բջջային թաղանթների վրա: Դրանցում պարունակվող էներգիան ազատվում է, երբ նյութերի մոլեկուլները փոխանցվում են այսպես կոչված պոմպերի միջոցով։ Սրանք բջջային պատի ծակոտիներ են, որոնք ընտրողաբար կլանում և դուրս մղում են էլեկտրոլիտի իոնները: Բացի այդ, կա նման տրանսպորտային մոդել, որպես սիմպորտ: Այս դեպքում երկու նյութ տեղափոխվում են միաժամանակ՝ մեկը դուրս է գալիս բջիջից, իսկ մյուսը մտնում է այն։ Սա խնայում է էներգիա։
Վեզիկուլյար տրանսպորտ
Ակտիվ և պասիվ տրանսպորտը ներառում է նյութերի տեղափոխում փուչիկների կամ վեզիկուլների տեսքով, հետևաբար այդ գործընթացը կոչվում է համապատասխանաբար վեզիկուլյար տրանսպորտ: Գոյություն ունի դրա երկու տեսակ՝
- Էնդոցիտոզ. Այս դեպքում բջջաթաղանթից պղպջակներ են գոյանում նրա կողմից պինդ կամ հեղուկ նյութերի կլանման գործընթացում։ Վեզիկուլները կարող են լինել հարթ կամ եզրագծով: Ձվերը, սպիտակ արյան բջիջները և երիկամների էպիթելը ունեն այս սնվելու ձևը։
- Էկզոցիտոզ. Ինչպես ենթադրում է անունը, այս գործընթացը նախորդի հակառակն է: Բջջի ներսում կան օրգանելներ (օրինակ՝ Գոլջիի ապարատը), որոնք նյութերը «փաթեթավորում են» վեզիկուլների մեջ, և դրանք հետագայում դուրս են գալիս միջով։թաղանթ.
Պասիվ տրանսպորտ. դիֆուզիոն
Շարժումը կոնցենտրացիայի գրադիենտի երկայնքով (բարձրից ցածր) տեղի է ունենում առանց էներգիայի օգտագործման: Պասիվ տրանսպորտի երկու տեսակ կա՝ օսմոզ և դիֆուզիոն։ Վերջինս պարզ է և թեթև:
Օսմոսի հիմնական տարբերությունն այն է, որ մոլեկուլների շարժման գործընթացը տեղի է ունենում կիսաթափանցիկ թաղանթի միջոցով: Իսկ կոնցենտրացիայի գրադիենտի երկայնքով դիֆուզիան տեղի է ունենում բջիջներում, որոնք ունեն լիպիդային մոլեկուլների երկու շերտ ունեցող թաղանթ: Փոխադրման ուղղությունը կախված է միայն թաղանթի երկու կողմերում գտնվող նյութի քանակից: Այս կերպ հիդրոֆոբ նյութերը, բևեռային մոլեկուլները, միզանյութը ներթափանցում են բջիջներ, իսկ սպիտակուցները, շաքարները, իոնները և ԴՆԹ-ն չեն կարող ներթափանցել։
Դիֆուզիայի ընթացքում մոլեկուլները հակված են լրացնել ողջ հասանելի ծավալը, ինչպես նաև հավասարեցնել կոնցենտրացիան մեմբրանի երկու կողմերում: Պատահում է, որ թաղանթը նյութի նկատմամբ անթափանց կամ վատ թափանցելի է։ Այս դեպքում դրա վրա գործում են օսմոտիկ ուժեր, որոնք կարող են կամ ավելի խիտ դարձնել պատնեշը կամ ձգել այն՝ մեծացնելով պոմպային ալիքների չափերը։
Հեշտացված դիֆուզիոն
Երբ կոնցենտրացիայի գրադիենտը բավարար հիմք չէ նյութի տեղափոխման համար, օգնության են հասնում հատուկ սպիտակուցներ: Դրանք տեղակայված են բջջային թաղանթի վրա այնպես, ինչպես ATP մոլեկուլները: Դրանց շնորհիվ կարելի է իրականացնել ինչպես ակտիվ, այնպես էլ պասիվ տրանսպորտ։
Այս կերպ մեծ մոլեկուլները (սպիտակուցներ, ԴՆԹ) անցնում են թաղանթով,բևեռային նյութեր, որոնք ներառում են ամինաթթուներ և շաքարներ, իոններ. Սպիտակուցների մասնակցության շնորհիվ փոխադրման արագությունը մի քանի անգամ ավելանում է սովորական դիֆուզիայի համեմատ։ Բայց այս արագացումը կախված է որոշ պատճառներից.
- մատերիայի գրադիենտ բջջի ներսում և դրսում;
- կրող մոլեկուլների թիվը;
- նյութի կրիչի պարտադիր դրույքաչափեր;
- բջջային թաղանթի ներքին մակերեսի փոփոխության արագություն:
Չնայած դրան, փոխադրումն իրականացվում է կրող սպիտակուցների աշխատանքի շնորհիվ, իսկ ATP էներգիան այս դեպքում չի օգտագործվում։
Հեշտացված դիֆուզիան բնութագրող հիմնական հատկանիշներն են՝
- Նյութերի արագ փոխանցում.
- Տրանսպորտի ընտրողականություն.
- Հագեցվածություն (երբ բոլոր սպիտակուցները զբաղված են):
- Մրցակցություն նյութերի միջև (սպիտակուցների մերձեցման պատճառով):
- Զգայունություն հատուկ քիմիական նյութերի` ինհիբիտորների նկատմամբ:
Օսմոզ
Ինչպես նշվեց վերևում, օսմոզը նյութերի շարժումն է կոնցենտրացիայի գրադիենտով կիսաթափանցիկ թաղանթով: Օսմոսի գործընթացը առավել ամբողջական նկարագրված է Լեշատելյե-Բրաուն սկզբունքով: Այն ասում է, որ եթե հավասարակշռության մեջ գտնվող համակարգի վրա դրսից է ազդվում, ապա այն հակված կլինի վերադառնալ իր նախկին վիճակին: Օսմոսի երևույթն առաջին անգամ հանդիպել է 18-րդ դարի կեսերին, բայց հետո դրան առանձնապես կարևորություն չի տրվել։ Երևույթի վերաբերյալ հետազոտությունները սկսվել են միայն հարյուր տարի անց:
Օսմոսի երևույթի ամենակարևոր տարրը կիսաթափանցելի թաղանթն է, որը թույլ է տալիս միայն որոշակի մոլեկուլների անցնել դրա միջով:տրամագիծը կամ հատկությունները. Օրինակ, տարբեր կոնցենտրացիաներով երկու լուծույթներում միայն լուծիչը կանցնի պատնեշի միջով: Սա կշարունակվի այնքան ժամանակ, մինչև մեմբրանի երկու կողմերում կոնցենտրացիան նույնը լինի:
Օսմոզը զգալի դեր է խաղում բջիջների կյանքում: Այս երեւույթը թույլ է տալիս դրանց մեջ ներթափանցել միայն այն նյութերը, որոնք անհրաժեշտ են կյանքը պահպանելու համար։ Արյան կարմիր բջիջն ունի թաղանթ, որը թույլ է տալիս անցնել միայն ջուրը, թթվածինը և սննդանյութերը, բայց կարմիր արյան բջիջի ներսում ձևավորված սպիտակուցները չեն կարող դուրս գալ:
Օսմոզ երեւույթը գործնական կիրառություն է գտել նաեւ առօրյա կյանքում։ Չկասկածելով անգամ այդ մասին, մարդիկ սննդամթերքի աղացման գործընթացում կիրառում էին հենց կոնցենտրացիայի գրադիենտով մոլեկուլների շարժման սկզբունքը: Հագեցած աղի լուծույթը «դուրս է հանել» արտադրանքի ողջ ջուրը՝ դրանով իսկ թույլ տալով դրանք ավելի երկար պահել։
