¿Qué es la concentración? En sentido amplio, es la relación entre el volumen de una sustancia y el número de partículas disueltas en ella. Esta definición se encuentra en una amplia variedad de ramas de la ciencia, desde la física y las matemáticas hasta la filosofía. En este caso, estamos hablando del uso del concepto de "concentración" en biología y química.
Gradiente
Traducida del latín, esta palabra significa “crecer” o “caminar”, es decir, es una especie de “dedo señalador”, que muestra la dirección en la que aumenta cualquier valor. Como ejemplo, puedes usar, digamos, la altura sobre el nivel del mar en diferentes puntos de la Tierra. Su gradiente (de altura) en cada punto individual del mapa mostrará un vector de valor creciente hasta alcanzar el ascenso más empinado.
En matemáticas, este término no apareció hasta finales del siglo XIX. Fue presentado por Maxwell y propuso sus propias designaciones para esta cantidad. Los físicos usan este concepto para describir la intensidad de un campo eléctrico o gravitacional, un cambio en la energía potencial.
No solo la física, sino también otras ciencias usan el término "gradiente". Este concepto puede reflejar tanto aspectos cualitativos comouna característica cuantitativa de una sustancia, como la concentración o la temperatura.
Gradiente de concentración
Ahora se sabe cuál es el gradiente, pero ¿cuál es la concentración? Este es un valor relativo que muestra la proporción de la sustancia contenida en la solución. Se puede calcular como un porcentaje de la masa, el número de moles o átomos en un gas (solución), una fracción del total. Una elección tan amplia hace posible expresar casi cualquier proporción. Y no solo en la física o la biología, sino también en las ciencias metafísicas.
Y, en general, el gradiente de concentración es una cantidad vectorial que caracteriza simultáneamente la cantidad y la dirección del cambio de una sustancia en el medio ambiente.
Definición
¿Puedes calcular el gradiente de concentración? Su fórmula es un particular entre un cambio elemental en la concentración de una sustancia y un largo camino que tendrá que superar una sustancia para lograr el equilibrio entre dos soluciones. Matemáticamente, esto se expresa mediante la fórmula С=dC/dl.
La presencia de un gradiente de concentración entre dos sustancias hace que se mezclen. Si las partículas se mueven de un área con una concentración más alta a una más baja, esto se llama difusión, y si hay un obstáculo semipermeable entre ellas, se llama ósmosis.
Transporte activo
El transporte activo y pasivo refleja el movimiento de sustancias a través de las membranas o capas de células de los seres vivos: protozoos, plantas,animales y humanos. Este proceso se lleva a cabo con el uso de energía térmica, ya que la transición de las sustancias se realiza en contra de un gradiente de concentración: de menor a mayor. La mayoría de las veces, se usa trifosfato de adenosina o ATP para llevar a cabo dicha interacción, una molécula que es una fuente universal de energía en 38 julios.
Hay diferentes formas de ATP que se encuentran en las membranas celulares. La energía contenida en ellos se libera cuando las moléculas de las sustancias se transfieren a través de las llamadas bombas. Estos son poros en la pared celular que absorben y bombean selectivamente iones de electrolitos. Además, existe un modelo de transporte como un symport. En este caso, dos sustancias se transportan simultáneamente: una sale de la célula y la otra ingresa. Esto ahorra energía.
Transporte vesicular
El transporte activo y pasivo implica el transporte de sustancias en forma de burbujas o vesículas, por lo que el proceso se denomina, respectivamente, transporte vesicular. Hay dos tipos:
- Endocitosis. En este caso, las burbujas se forman a partir de la membrana celular en el proceso de absorción de sustancias sólidas o líquidas. Las vesículas pueden ser lisas o bordeadas. Los huevos, los glóbulos blancos y el epitelio de los riñones tienen esta forma de comer.
- Exocitosis. Como su nombre lo indica, este proceso es el opuesto al anterior. Hay orgánulos dentro de la célula (por ejemplo, el aparato de Golgi), que “empaquetan” las sustancias en vesículas, y luego salen a través de ellas.membrana.
Transporte pasivo: difusión
El movimiento a lo largo del gradiente de concentración (de mayor a menor) ocurre sin el uso de energía. Hay dos tipos de transporte pasivo: ósmosis y difusión. Este último es simple y ligero.
La principal diferencia entre la ósmosis es que el proceso de movimiento de las moléculas ocurre a través de una membrana semipermeable. Y la difusión a lo largo del gradiente de concentración ocurre en células que tienen una membrana con dos capas de moléculas lipídicas. La dirección del transporte depende únicamente de la cantidad de sustancia a ambos lados de la membrana. De esta manera, las sustancias hidrófobas, las moléculas polares, la urea penetran en las células y las proteínas, los azúcares, los iones y el ADN no pueden penetrar.
Durante la difusión, las moléculas tienden a llenar todo el volumen disponible, así como a igualar la concentración en ambos lados de la membrana. Sucede que la membrana es impermeable o poco permeable a la sustancia. En este caso, las fuerzas osmóticas actúan sobre él, lo que puede hacer que la barrera sea más densa o estirarla, aumentando el tamaño de los canales de bombeo.
Difusión facilitada
Cuando un gradiente de concentración no es una base suficiente para el transporte de una sustancia, las proteínas específicas vienen al rescate. Se ubican en la membrana celular de la misma manera que las moléculas de ATP. Gracias a ellos se puede realizar tanto el transporte activo como el pasivo.
De esta manera, las moléculas grandes (proteínas, ADN) atraviesan la membrana,sustancias polares, que incluyen aminoácidos y azúcares, iones. Debido a la participación de proteínas, la tasa de transporte aumenta varias veces en comparación con la difusión convencional. Pero esta aceleración depende de algunas razones:
- gradiente de materia dentro y fuera de la célula;
- número de moléculas portadoras;
- tasas de enlace de sustancia-portador;
- tasa de cambio en la superficie interna de la membrana celular.
A pesar de esto, el transporte se realiza gracias al trabajo de proteínas transportadoras, y en este caso no se utiliza energía ATP.
Las principales características que caracterizan la difusión facilitada son:
- Transferencia rápida de sustancias.
- Selectividad de transporte.
- Saturación (cuando todas las proteínas están ocupadas).
- Competencia entre sustancias (debido a la afinidad de las proteínas).
- Sensibilidad a agentes químicos específicos - inhibidores.
Ósmosis
Como se mencionó anteriormente, la ósmosis es el movimiento de sustancias a lo largo de un gradiente de concentración a través de una membrana semipermeable. El proceso de ósmosis se describe más completamente mediante el principio de Leshatelier-Brown. Dice que si un sistema en equilibrio es influenciado desde el exterior, tenderá a volver a su estado anterior. La primera vez que se encontró el fenómeno de la ósmosis fue a mediados del siglo XVIII, pero entonces no se le dio mucha importancia. La investigación sobre el fenómeno comenzó solo cien años después.
El elemento más importante en el fenómeno de la ósmosis es una membrana semipermeable que sólo permite el paso de ciertas moléculas.diámetro o propiedades. Por ejemplo, en dos soluciones con diferentes concentraciones, solo el solvente atravesará la barrera. Esto continuará hasta que la concentración en ambos lados de la membrana sea la misma.
La ósmosis juega un papel importante en la vida de las células. Este fenómeno permite que sólo penetren en ellos aquellas sustancias que son necesarias para mantener la vida. El glóbulo rojo tiene una membrana que solo permite el paso de agua, oxígeno y nutrientes, pero las proteínas que se forman dentro del glóbulo rojo no pueden salir.
El fenómeno de la ósmosis también ha encontrado aplicación práctica en la vida cotidiana. Sin siquiera sospecharlo, las personas en el proceso de salar los alimentos utilizaron precisamente el principio del movimiento de las moléculas a lo largo de un gradiente de concentración. La solución salina saturada "sacó" toda el agua de los productos, lo que permitió que se almacenaran por más tiempo.
