گرادیان غلظت در زیست شناسی غلظت و شیب الکتریکی

فهرست مطالب موضوع "اندوسیتوز. اگزوسیتوز. تنظیم عملکردهای سلولی.":
1. اثر پمپ Na/K (پمپ سدیم پتاسیم) بر پتانسیل غشا و حجم سلول. حجم سلول ثابت

3. اندوسیتوز. اگزوسیتوز
4. انتشار در انتقال مواد در داخل سلول. اهمیت انتشار در اندوسیتوز و اگزوسیتوز
5. انتقال فعال در غشاهای اندامک.
6. انتقال در وزیکول های سلولی.
7. حمل و نقل با تشکیل و تخریب اندامک ها. میکروفیلامنت ها
8. میکروتوبول ها. حرکات فعال اسکلت سلولی
9. انتقال آکسون. انتقال سریع آکسون انتقال آکسون آهسته
10. تنظیم عملکردهای سلولی. اثرات تنظیمی بر روی غشای سلولی. پتانسیل غشایی
11. مواد تنظیم کننده برون سلولی. واسطه های سیناپسی عوامل شیمیایی محلی (هیستامین، فاکتور رشد، هورمون ها، آنتی ژن ها).
12. ارتباط درون سلولی با مشارکت واسطه های دوم. کلسیم.
13. آدنوزین مونوفسفات حلقوی، cAMP. cAMP در تنظیم عملکرد سلول.
14. اینوزیتول فسفات "IF3". اینوزیتول تری فسفات. دی اسیل گلیسرول

معنی پمپ Na/K برای قفسمحدود به تثبیت شیب های طبیعی K+ و Na+ در سراسر غشا نیست. انرژی ذخیره شده در گرادیان غشای Na+ اغلب برای تامین انتقال غشا برای سایر مواد استفاده می شود. به عنوان مثال، در شکل. 1.10 "همراهی" مولکول های Na + و قند را در سلول نشان می دهد. پروتئین حمل و نقل غشایییک مولکول قند را حتی در برابر گرادیان غلظت به داخل سلول منتقل می کند، در حالی که Na+ در امتداد گرادیان تمرکز و پتانسیل حرکت می کندتامین انرژی برای حمل و نقل قندها. چنین انتقال قندها کاملاً به وجود بستگی دارد سدیم با گرادیان بالامن هستم؛ اگر غلظت سدیم درون سلولی به میزان قابل توجهی افزایش یابد، انتقال قند متوقف می شود.

برنج. 1.8. نسبت بین سرعت انتقال مولکول ها و غلظت آنها (در نقطه ورود به کانال یا در نقطه اتصال پمپ) در هنگام انتشار در کانال یا در حین انتقال پمپاژ. دومی در غلظت های بالا اشباع می شود (حداکثر سرعت، V max). مقدار روی آبسیسا مربوط به نیمی از حداکثر سرعت پمپ (Vmax/2) غلظت تعادل Kt است.

برای قندهای مختلف سیستم های سمپت متفاوتی وجود دارد. انتقال اسیدهای آمینهبه داخل سلول شبیه به انتقال قند است که در شکل 1 نشان داده شده است. 1.10; همچنین توسط گرادیان Na+ ارائه می شود. حداقل پنج سیستم سمپورت مختلف وجود دارد که هر کدام برای یک گروه از اسیدهای آمینه مرتبط تخصص دارند.

برنج. 1.10. پروتئین‌های تعبیه‌شده در دولایه لیپیدی غشاء واسطه واردات گلوکز و Na به داخل سلول و همچنین آنتی‌پورت Ca/Na هستند که در آن گرادیان Na در سراسر غشای سلولی نیروی محرکه است.

جدا از سیستم های سمپورتنیز وجود دارد ضد بندر". به عنوان مثال، یکی از آنها یک یون کلسیم را در یک چرخه در ازای سه یون سدیم ورودی به خارج از سلول منتقل می کند (شکل 1.10). انرژی برای انتقال Ca2+ به دلیل ورود سه یون سدیم در امتداد غلظت و گرادیان پتانسیل تشکیل می شود. این انرژی (در پتانسیل استراحت) برای حفظ گرادیان یون کلسیم بالا (از کمتر از 7-10 مول در لیتر در داخل سلول تا تقریباً 2 میلی مول در لیتر در خارج از سلول) کافی است.

تمرکز چیست؟ در یک مفهوم گسترده، این نسبت حجم یک ماده و تعداد ذرات محلول در آن است. این تعریف در طیف گسترده ای از شاخه های علوم، از فیزیک و ریاضیات گرفته تا فلسفه یافت می شود. در این مورد، ما در مورد استفاده از مفهوم "تمرکز" در زیست شناسی و شیمی صحبت می کنیم.

شیب

این کلمه از لاتین ترجمه شده به معنای "رشد" یا "راه رفتن" است، یعنی نوعی "انگشت اشاره" است که جهت افزایش هر مقدار را نشان می دهد. به عنوان مثال، می توانید مثلاً از ارتفاع بالاتر از سطح دریا در نقاط مختلف زمین استفاده کنید. شیب (ارتفاع) آن در هر نقطه روی نقشه یک بردار با ارزش فزاینده را تا رسیدن به شیب تندترین صعود نشان می دهد.

در ریاضیات، این اصطلاح تنها در پایان قرن نوزدهم ظاهر شد. توسط ماکسول معرفی شد و نام های خود را برای این مقدار پیشنهاد کرد. فیزیکدانان از این مفهوم برای توصیف شدت میدان الکتریکی یا گرانشی، تغییر در انرژی پتانسیل استفاده می کنند.

نه تنها فیزیک، بلکه سایر علوم نیز از واژه گرادیان استفاده می کنند. این مفهوم می تواند هم ویژگی های کیفی و هم کمی یک ماده را منعکس کند، به عنوان مثال، غلظت یا دما.

گرادیان غلظت

حالا می دانیم تمرکز چیست؟ این چیزی است که نسبت ماده موجود در محلول را نشان می دهد. می توان آن را به عنوان درصدی از جرم، تعداد مول ها یا اتم های یک گاز (محلول)، کسری از کل محاسبه کرد. چنین انتخاب گسترده ای امکان بیان تقریباً هر نسبتی را فراهم می کند. و نه تنها در فیزیک یا زیست شناسی، بلکه در علوم متافیزیک نیز.

اما به طور کلی، گرادیان غلظت است که به طور همزمان مقدار و جهت تغییر یک ماده را در محیط مشخص می کند.

تعریف

آیا می توان گرادیان غلظت را محاسبه کرد؟ فرمول آن یک تغییر اولیه در غلظت یک ماده و یک مسیر طولانی است که یک ماده باید برای رسیدن به تعادل بین دو محلول بر آن غلبه کند. از نظر ریاضی، این با فرمول C \u003d dC / dl بیان می شود.

وجود گرادیان غلظت بین دو ماده باعث مخلوط شدن آنها می شود. اگر ذرات از ناحیه ای با غلظت بالاتر به ناحیه کمتر حرکت کنند، به آن انتشار و اگر مانعی نیمه تراوا بین آنها باشد اسمز نامیده می شود.

حمل و نقل فعال

حمل و نقل فعال و غیرفعال منعکس کننده حرکت مواد از طریق غشاء یا لایه های سلولی موجودات زنده است: تک یاخته ها، گیاهان، حیوانات و انسان. این فرآیند با استفاده از انرژی حرارتی انجام می شود، زیرا انتقال مواد در برابر یک گرادیان غلظت انجام می شود: از کوچکتر به بزرگتر. اغلب برای انجام چنین تعاملی از آدنوزین تری فسفات یا ATP استفاده می شود - مولکولی که منبع انرژی جهانی 38 ژول است.

اشکال مختلفی از ATP وجود دارد که روی غشای سلولی قرار دارند. انرژی موجود در آنها زمانی آزاد می شود که مولکول های مواد از طریق به اصطلاح پمپ ها منتقل شوند. اینها منافذی در دیواره سلولی هستند که به طور انتخابی یون های الکترولیت را جذب و پمپاژ می کنند. علاوه بر این، چنین مدل حمل و نقلی به عنوان سیمپورت وجود دارد. در این حالت، دو ماده به طور همزمان منتقل می شوند: یکی از سلول خارج می شود و دیگری وارد آن می شود. این باعث صرفه جویی در انرژی می شود.

حمل و نقل وزیکولی

فعال است و شامل حمل و نقل مواد به شکل وزیکول یا وزیکول است، بنابراین این فرآیند به ترتیب حمل و نقل وزیکولی نامیده می شود. دو نوع از آن وجود دارد:

1. اندوسیتوز در این حالت حباب هایی از غشای سلولی در فرآیند جذب مواد جامد یا مایع توسط آن ایجاد می شود. وزیکول ها ممکن است صاف یا لبه دار باشند. تخم‌مرغ، گلبول‌های سفید و اپیتلیوم کلیه‌ها این شیوه غذا خوردن را دارند.
2. اگزوسیتوز همانطور که از نام آن پیداست، این فرآیند برعکس فرآیند قبلی است. در داخل سلول اندامک هایی (به عنوان مثال، دستگاه گلژی) وجود دارد که مواد را در وزیکول ها "بسته" می کنند و متعاقباً از طریق غشاء خارج می شوند.

حمل و نقل غیرفعال: انتشار

حرکت در امتداد گرادیان غلظت (از زیاد به پایین) بدون استفاده از انرژی رخ می دهد. دو نوع انتقال غیرفعال وجود دارد: اسمز و انتشار. دومی ساده و سبک است.

تفاوت اصلی بین اسمز این است که فرآیند حرکت مولکول ها از طریق یک غشای نیمه تراوا انجام می شود. و انتشار در امتداد گرادیان غلظت در سلول هایی رخ می دهد که غشایی با دو لایه مولکول چربی دارند. جهت انتقال فقط به مقدار ماده در دو طرف غشا بستگی دارد. به این ترتیب مولکول های قطبی، اوره، به داخل سلول ها نفوذ می کنند و پروتئین ها، قندها، یون ها و DNA نمی توانند نفوذ کنند.

در طول انتشار، مولکول ها تمایل دارند کل حجم موجود را پر کنند و همچنین غلظت را در دو طرف غشاء برابر کنند. این اتفاق می افتد که غشاء نسبت به ماده نفوذ ناپذیر یا ضعیف است. در این حالت تحت تأثیر نیروهای اسمزی قرار می گیرد که هم می تواند مانع را متراکم تر کند و هم آن را کشیده و اندازه کانال های پمپاژ را افزایش دهد.

انتشار تسهیل شده

هنگامی که گرادیان غلظت مبنای کافی برای انتقال یک ماده نباشد، پروتئین های خاصی به کمک می آیند. آنها مانند مولکول های ATP روی غشای سلولی قرار دارند. با تشکر از آنها، حمل و نقل فعال و غیرفعال می تواند انجام شود.

به این ترتیب مولکول های بزرگ (پروتئین ها، DNA)، مواد قطبی که شامل اسیدهای آمینه و قندها، یون ها می شود، از غشاء عبور می کنند. به دلیل مشارکت پروتئین ها، سرعت انتقال چندین برابر در مقایسه با انتشار معمولی افزایش می یابد. اما این شتاب به دلایلی بستگی دارد:

• گرادیان مواد در داخل و خارج سلول؛
• تعداد مولکول های حامل؛
• سرعت اتصال ماده و حامل؛
• سرعت تغییر در سطح داخلی غشای سلولی.

با وجود این، انتقال به دلیل کار پروتئین های حامل انجام می شود و انرژی ATP در این مورد استفاده نمی شود.

ویژگی های اصلی که انتشار تسهیل شده را مشخص می کند عبارتند از:

1. انتقال سریع مواد
2. گزینش پذیری حمل و نقل
3. اشباع (زمانی که تمام پروتئین ها اشغال شده باشند).
4. رقابت بین مواد (به دلیل میل پروتئینی).
5. حساسیت به عوامل شیمیایی خاص - بازدارنده ها.

اسمز

همانطور که در بالا ذکر شد، اسمز حرکت مواد در امتداد یک گرادیان غلظت در سراسر یک غشای نیمه تراوا است. فرآیند اسمز به طور کامل توسط اصل Leshatelier-Brown توصیف شده است. می گوید که اگر یک سیستم در تعادل از بیرون تحت تأثیر قرار گیرد، آنگاه تمایل دارد به حالت قبلی خود بازگردد. اولین بار در اواسط قرن هجدهم با پدیده اسمز مواجه شد، اما پس از آن اهمیت چندانی به آن داده نشد. تحقیقات در مورد این پدیده تنها صد سال بعد آغاز شد.

مهمترین عنصر در پدیده اسمز غشای نیمه تراوا است که فقط به مولکول هایی با قطر یا خواص معین اجازه عبور می دهد. به عنوان مثال، در دو محلول با غلظت های مختلف، تنها حلال از سد عبور می کند. این کار تا زمانی ادامه می یابد که غلظت دو طرف غشا یکسان شود.

اسمز نقش مهمی در زندگی سلولی دارد. این پدیده تنها به آن دسته از موادی که برای حفظ حیات ضروری هستند اجازه می دهد تا به آنها نفوذ کنند. گلبول قرمز دارای غشایی است که فقط به آب، اکسیژن و مواد مغذی اجازه عبور می دهد، اما پروتئین هایی که در داخل گلبول قرمز تشکیل می شوند نمی توانند خارج شوند.

پدیده اسمز در زندگی روزمره نیز کاربرد عملی یافته است. حتی بدون اینکه به آن مشکوک باشند، مردم در فرآیند نمک زدن غذا دقیقاً از اصل حرکت مولکول ها در امتداد گرادیان غلظت استفاده کردند. محلول نمک اشباع تمام آب را از محصولات "بیرون می کشد" و در نتیجه به آنها اجازه می دهد مدت بیشتری ذخیره شوند.

Dx گرادیان غلظت است،

T - دمای مطلق

M mol

جیم = ––- ––––(–- ––––) ؛ m - مقدار ماده

S × t m با Jm - (جی) – چگالی شار ماده

پتانسیل الکتروشیمیایی- مقداری برابر با انرژی گیبس جیبه ازای هر مول از یک ماده معین که در میدان الکتریکی قرار می گیرد.

انرژی آزاد گیبس (یا صرفاً انرژی گیبس، یا پتانسیل گیبس، یا پتانسیل ترمودینامیکی به معنای محدود) کمیتی است که تغییر انرژی را در طی یک واکنش شیمیایی نشان می دهد و بنابراین به سؤال امکان اساسی پاسخ می دهد. یک واکنش شیمیایی؛ پتانسیل ترمودینامیکی شکل زیر است:

G=U+PV–TS

که در آن U - انرژی داخلی، P - فشار، V - حجم، T - دمای مطلق، S - آنتروپی.

(آنتروپی ترمودینامیکی S که اغلب به سادگی آنتروپی نامیده می شود، در شیمی و ترمودینامیک تابعی از وضعیت سیستم ترمودینامیکی است)

انرژی گیبس را می توان به عنوان کل انرژی شیمیایی یک سیستم (کریستال، مایع و غیره) درک کرد.

مفهوم انرژی گیبس به طور گسترده در ترمودینامیک و شیمی استفاده می شود.

آنتروپی ترمودینامیکی S که اغلب به سادگی آنتروپی نامیده می شود، در شیمی و ترمودینامیک تابعی از وضعیت سیستم ترمودینامیکی است.

برای محلول های رقیق، چگالی شار یک ماده با استفاده از معادله نرنست پلانک

d×Cd×φ

jm=–U×R×T––––- –U×C×Z×F––––- ;

d × x d × x

U–تحرک ذرات،

R- ثابت گاز 8.31 j / mol

دی سی

z–بار یون الکترولیت،

عدد F فارادی 96500 کیلوگرم بر مول،

dφ-پتانسیل میدان الکتریکی،

دφ

دو دلیل برای انتقال ماده در حمل و نقل غیرفعال وجود دارد: گرادیان غلظت و گرادیان پتانسیل الکتریکی. (علائم منهای جلوی گرادیان نشان می دهد که گرادیان غلظت باعث می شود که یک ماده از مکان هایی با غلظت بالاتر به مکان هایی با غلظت کمتر حرکت کند.) گرادیان پتانسیل الکتریکی باعث انتقال بارهای مثبت از مکان های با پتانسیل بالاتر به مکان های با پتانسیل پایین تر می شود.

ممکن است یک انتقال غیرفعال مواد از مکان هایی با غلظت کمتر به مکان هایی با غلظت بالاتر وجود داشته باشد (اگر جمله دوم معادله از نظر قدر مطلق بزرگتر از جمله اول باشد).

اگر الکترولیت نیست Z=0; یا میدان الکتریکی وجود ندارد، سپس انتشار ساده رخ می دهد - قانون فیک

Jm =–-D ×––––;

D ضریب انتشار است.

- –- ––– گرادیان غلظت؛

انتشار -حرکت خود به خودی مواد از مکان هایی با غلظت بالاتر به مکان هایی با غلظت پایین تر، به دلیل حرکت حرارتی آشفته مولکول ها.

انتشار یک ماده در سراسر دولایه لیپیدی توسط یک گرادیان غلظت در سراسر غشاء ایجاد می شود. ضریب نفوذپذیری غشا به خواص غشا و مواد حمل شده بستگی دارد. (اگر غلظت یک ماده در سطح غشا با غلظت سطح خارج از غشا نسبت مستقیم داشته باشد).

P=-–- ––- – ضریب نفوذپذیری

ک–ضریب توزیع، که نسبت غلظت یک ماده را در خارج از غشا و داخل آن نشان می دهد.

L–ضخامت غشاء؛

D ضریب انتشار است.

ضریبهرچه نفوذپذیری بیشتر باشد، ضریب انتشار بیشتر است (ویسکوزیته غشاء کمتر)، غشا نازکتر می شود و ماده بهتر در غشا حل می شود.

مواد غیر قطبی - اسیدهای چرب آلی - به خوبی از طریق غشاء نفوذ می کنند، مواد محلول در آب قطبی ضعیف: نمک ها، بازها، قندها، اسیدهای آمینه.

در طول حرکت حرارتی، صفحات آزاد کوچکی بین دم ها تشکیل می شوند - به نام تیغه ها، که مولکول های قطبی می توانند از طریق آنها نفوذ کنند. هر چه مولکول بزرگتر باشد، نفوذپذیری غشاء برای این ماده کمتر است. انتخابی بودن انتقال توسط مجموعه ای از منافذ با شعاع خاصی در غشاء، مطابق با اندازه ذره نفوذ کننده تضمین می شود.

انتشار تسهیل شده- با مشارکت مولکول های حامل رخ می دهد. حامل یون های پتاسیم والینومایسین است که شکل کاف دارد. در داخل با گروه های قطبی و در خارج با گروه های غیر قطبی اندود شده اند. با گزینش پذیری بالا مشخص می شود. والینومایسین با یون های پتاسیم که وارد کاف می شوند کمپلکسی تشکیل می دهد و همچنین در فاز لیپیدی غشاء محلول است، زیرا مولکول بیرونی آن غیرقطبی است.

مولکول‌های والینومایسین در سطح غشا یون‌های پتاسیم را جذب کرده و آن را در سراسر غشا حمل می‌کنند. انتقال می تواند در هر دو جهت انجام شود.

انتشار تسهیل شده از مکان هایی با غلظت بالاتر ماده منتقل شده به مکان هایی با غلظت کمتر رخ می دهد.

تفاوت بین انتشار تسهیل شده و ساده:

1) انتقال ماده با حامل سریعتر است.

2) انتشار تسهیل شده دارای خاصیت اشباع است، با افزایش غلظت در یک طرف غشاء، چگالی شار افزایش می یابد تا زمانی که تمام مولکول های حامل اشغال شوند.

3) با انتشار تسهیل شده، رقابت مواد حمل شده هنگامی مشاهده می شود که مواد مختلف توسط حامل حمل شوند. در عین حال، برخی از مواد بهتر از سایرین تحمل می شوند و افزودن برخی مواد، حمل و نقل برخی دیگر را دشوار می کند، بنابراین از قندها، گلوکز بهتر از فروکتوز، فروکتوز بهتر از زایلوز و زایلوز بهتر از آرابینوز است. .

4) موادی وجود دارند که انتشار تسهیل شده را مسدود می کنند - آنها یک مجتمع قوی با مولکول های حامل تشکیل می دهند. مولکول های بی حرکت - حامل هایی که در سراسر غشاء ثابت شده اند، از مولکولی به مولکول دیگر منتقل می شوند.

فیلتراسیون-حرکت یک محلول از طریق منافذ در غشاء تحت عمل گرادیان فشار. نرخ انتقال در طی فیلتراسیون از قانون پوازوی پیروی می کند.

D v P1 - P2

–- –– = - ––––––;

پتانسیل تعادلمقدار اختلاف بار الکتریکی غشایی است که در آن جریان یون‌ها به داخل و خارج سلول یکسان می‌شود، یعنی. در واقع، یون ها حرکت نمی کنند.

غلظت یون های پتاسیم در داخل سلول بسیار بیشتر از مایع خارج سلولی است، در حالی که غلظت یون های سدیم و کلرید، برعکس، در مایع خارج سلولی بسیار بیشتر است. آنیون های آلی مولکول های بزرگی هستند که از غشای سلولی عبور نمی کنند.

این تفاوت در غلظت یا گرادیان غلظتنیروی محرکه انتشار یون های محلول به ناحیه ای با غلظت کمتر یا مطابق با قانون دوم ترمودینامیک به سطح انرژی پایین تر است. بنابراین، کاتیون های سدیم باید به داخل سلول منتشر شوند و کاتیون های پتاسیم باید از آن خارج شوند.

لازم است نفوذ پذیری غشای سلولی برای یون های مختلف در نظر گرفته شود و بسته به وضعیت فعالیت سلول متفاوت است. در حالت استراحت، تنها کانال های یونی برای پتاسیم در غشای پلاسمایی باز هستند که یون های دیگر نمی توانند از آن عبور کنند.

کاتیون های پتاسیم با خروج از سلول، تعداد بارهای مثبت موجود در آن را کاهش داده و در عین حال تعداد آنها را در سطح بیرونی غشاء افزایش می دهند. آنیون های آلی باقی مانده در سلول شروع به محدود کردن آزادسازی بیشتر کاتیون های پتاسیم می کنند، زیرا یک میدان الکتریکی بین آنیون های سطح داخلی غشاء و کاتیون های سطح بیرونی آن ایجاد می شود و ظاهر می شود. جاذبه الکترواستاتیکی. به نظر می رسد که غشای سلولی خود قطبی شده است: بارهای مثبت در سطح بیرونی آن و بارهای منفی در سطح داخلی گروه بندی می شوند.

بنابراین، اگر غشاء آماده عبور هر یونی باشد، جهت جریان یونی با دو شرایط تعیین می شود: گرادیان غلظت و عمل میدان الکتریکی، و گرادیان غلظت می تواند یون ها را در یک جهت هدایت کند. میدان الکتریکی در دیگری هنگامی که این دو نیرو متعادل می شوند، جریان یون ها عملا متوقف می شود، زیرا تعداد یون های وارد شده به سلول برابر با تعداد خروجی می شود. این حالت نامیده می شود پتانسیل تعادل.

حمل و نقل فعالتی

انتشار یون ها باید گرادیان غلظت را کاهش دهد، اما تعادل غلظت به معنای مرگ سلول است. تصادفی نیست که بیش از 1/3 از منابع انرژی خود را صرف حفظ گرادیان ها و حفظ عدم تقارن یونی می کند. انتقال یون‌ها در غشای سلولی در برابر شیب غلظت فعال است، به عنوان مثال. روش حمل و نقل انرژی بر، توسط پمپ سدیم پتاسیم ارائه می شود.

این یک پروتئین جدایی ناپذیر غشای سلولی است که به طور مداوم یون های سدیم را از سلول خارج می کند و همزمان یون های پتاسیم را به داخل آن پمپ می کند. این پروتئین دارای خواص ATPase است، آنزیمی که ATP را در سطح داخلی غشاء تجزیه می کند، جایی که پروتئین سه یون سدیم را به هم متصل می کند. انرژی آزاد شده در حین تقسیم مولکول ATP برای فسفریله کردن بخش های خاصی از پروتئین پمپ استفاده می شود، پس از آن ترکیب پروتئین تغییر می کند و سه یون سدیم را از سلول خارج می کند، اما همزمان دو یون پتاسیم را از بیرون می گیرد. آنها را به سلول می آورد (شکل 4.1).

بدین ترتیب در یک چرخه پمپ، سه یون سدیم از سلول خارج می شود، دو یون پتاسیم وارد آن می شود و انرژی یک مولکول ATP صرف این کار می شود. به این ترتیب غلظت بالایی از پتاسیم در سلول و سدیم در فضای خارج سلولی حفظ می شود. با توجه به اینکه سدیم و پتاسیم هر دو کاتیون هستند، یعنی. بارهای مثبت را حمل کنید، سپس نتیجه کل یک چرخه پمپ برای توزیع بارهای الکتریکی حذف یک بار مثبت از سلول است. در نتیجه این فعالیت، غشاء از داخل کمی منفی تر می شود و بنابراین پمپ سدیم پتاسیم را می توان الکتروژن در نظر گرفت.

پمپ قادر است در 1 ثانیه حدود 200 یون سدیم را از سلول خارج کرده و به طور همزمان تقریباً 130 یون پتاسیم را به داخل سلول منتقل کند و 100 تا 200 پمپ از این قبیل را می توان در یک میکرومتر مربع از سطح غشاء قرار داد. پمپ علاوه بر سدیم و پتاسیم، گلوکز و اسیدهای آمینه را در مقابل شیب غلظت به داخل سلول منتقل می کند. این، همانطور که بود، عبور از حمل و نقل، نام را دریافت کرد: symport. عملکرد پمپ سدیم پتاسیم به غلظت یون های سدیم در سلول بستگی دارد: هر چه بیشتر باشد پمپ سریعتر کار می کند. اگر غلظت یون سدیم در سلول کاهش یابد، پمپ فعالیت آن را کاهش می دهد.

همراه با پمپ سدیم پتاسیم در غشای سلولی، پمپ های مخصوصی برای یون های کلسیم وجود دارد. آنها همچنین از انرژی ATP برای حمل یون های کلسیم به خارج از سلول استفاده می کنند، در نتیجه، گرادیان غلظت قابل توجهی از کلسیم ایجاد می شود: مقدار زیادی از آن در خارج از سلول نسبت به سلول وجود دارد. این باعث می شود یون های کلسیم دائماً تلاش کنند تا وارد سلول شوند، اما در حالت استراحت غشای سلولی به سختی اجازه عبور این یون ها را می دهد. با این حال، گاهی اوقات غشاء کانال هایی را برای این یون ها باز می کند و سپس آنها نقش بسیار مهمی در آزادسازی واسطه ها یا در فعال شدن آنزیم های خاص دارند.

بنابراین، انتقال فعال غلظت و گرادیان های الکتریکی ایجاد می کند که نقش برجسته ای در کل زندگی سلول ایفا می کند.

حوزه موضوع: پلیمرها، الیاف مصنوعی، لاستیک، لاستیک

به دلیل تأثیر مولکول های حلال، تجسم تشکیل چنین گرادیان غلظتی در یک سوسپانسیون نسبتاً دشوار است. این پدیده را می توان با رفتار مخلوطی از دو گاز در دما و فشار ثابت، اما با گرادیان غلظت هر دو جزء مقایسه کرد. صفحه ای را در نظر بگیرید که از میان چنین مخلوط گازی عمود بر جهت گرادیان غلظت کشیده شده است. فرض کنید غلظت جزء A در سمت چپ صفحه بیشتر و در سمت راست کمتر باشد. توزیع جزء B باید معکوس شود. در یک واحد زمان، تعداد بیشتری از مولکول های A باید در سمت چپ هواپیما نسبت به سمت راست برخورد کنند. برای مولکول B، برعکس این موضوع صادق است. بنابراین، تعداد بیشتری مولکول A در صفحه از چپ به راست حرکت می کنند، و به طور مشابه مولکول های B بیشتری از راست به چپ حرکت می کنند. در نتیجه غلظت دو جزء برابر می شود. این فرآیند انتشار گازها است. اگر اکنون به سوسپانسیون مایعی بپردازیم که در آن گرادیان غلظت مشابهی از ذرات معلق وجود دارد، واضح است که می‌توانیم استدلال قبلی را با اعمال آن در حرکت ذرات جامد و مولکول‌های حلال از طریق صفحه‌ای که با زاویه قائمه کشیده شده است، تکرار کنیم. به گرادیان غلظت . با این حال، تعداد کل ذرات در واحد حجم ثابت نمی ماند و آرگومان باید بر این اساس تغییر کند. واضح است که تعداد مولکول های حلال که در جهتی از یک مکان با غلظت بالای ذرات معلق از صفحه عبور می کنند، به دلیل وجود ذرات مسدود کننده مسیر، کمتر از جهت مخالف خواهد بود.

قانون فیک برای انتشار در یک جهت، یک شار ذره مثبت A را به یک گرادیان غلظت جهت منفی (چگالی ثابت و غلظت ذرات کم) مرتبط می کند:

همانطور که در بالا ذکر شد، مواد الکترواکتیو در نتیجه به سطح الکترود می رسند: 1) انتشار به دلیل گرادیان غلظت بین سطح الکترود و حجم محلول، و 2) مهاجرت الکتریکی ذرات باردار به دلیل گرادیان پتانسیل بین الکترود. و راه حل این جریان مهاجرتی باید با افزودن مقدار زیادی از الکترولیت بی اثر که در واکنش الکترود شرکت نمی کند تا حد امکان حذف یا کاهش یابد. جریان محدود کننده در این حالت فقط یک جریان انتشار خواهد بود. به منظور اجتناب از جریان مهاجرت، غلظت الکترولیت بی اثر باید حداقل 50 برابر غلظت ماده الکتریکی باشد.

با جریان انتشار ایده آل، ماده الکتریکی تنها در نتیجه انتشار به دلیل گرادیان غلظت ناشی از از دست دادن ماده در الکترود به الکترود می رسد. این گرادیان در سراسر لایه انتشار وجود دارد، جایی که غلظت از تقریباً صفر در سطح الکترود به غلظت موجود در بخش عمده محلول تغییر می کند. جریان انتشار را می توان از ارتفاع موج روی منحنی جریان-ولتاژ تعیین کرد.

قوانین اساسی انتشار توسط فیک فرموله شده است. قانون اول فیک رابطه ای بین سرعت جریان انتشار / و گرادیان غلظت C در امتداد فاصله x از

از آنجایی که رطوبت را می توان از محصولات رسی فقط با تبخیر از سطح حذف کرد و از قسمت های داخلی فقط تحت تأثیر نیروی مرتبط با گرادیان غلظت * به بیرون حرکت می کند ، حذف کامل تغییر شکل انقباض در طول خشک شدن غیرممکن است. با این حال، می توان آن را با زمان خشک شدن کافی و با کنترل دما و رطوبت مناسب لازم برای حذف توزیع ناهموار رطوبت روی سطح به حداقل رساند. این کنترل، همراه با مدیریت حرارتی، با استفاده از خشک کن های جریان مخالف، ترجیحا از نوع تونلی، به بهترین وجه انجام می شود. هرچه مخلوط پلاستیکی تر و شکل پیچیده تر باشد، خشک شدن کامل تر **.

هنگام استخراج نمونه پلیمری با مایعی با قدرت انحلال تدریجی فزاینده، ابتدا قسمت های با وزن مولکولی پایین تر و سپس بقیه حل می شوند.بهبود قدرت انحلال با تغییر دما یا ترکیب مایع استخراج کننده حاصل می شود.به ویژه نتایج خوبی حاصل می شود. هنگام استفاده از ستونی با غلظت و گرادیان دما، هنگام انحلال چندگانه و رسوب پلیمر

با سرعت چرخش (4-6) -104 دور در دقیقه، شتاب گریز از مرکز برابر با 106 گرم در اولتراسانتریفیوژ ایجاد می شود. با چنین آزمایشی - مشاهده فرآیند ته نشینی غیرتعادلی - ته نشینی با سرعت بالا نامیده می شود. اندازه گیری موقعیت مرز 16 و جابجایی آن در زمان با استفاده از طرح های نوری (به صفحه 160 مراجعه کنید) انجام می شود که محاسبه ضریب رسوب را امکان پذیر می کند: „ _ \ Лт_ _ 1 d In r

به دلیل حرکت حرارتی ماکرومولکول ها در محلول، املاح در جهتی از غلظت بالاتر به غلظت کمتر حرکت می کند (انتشار). اگر یک حلال (Co) را با دقت روی سطح محلول پلیمری با غلظت C \\ "لایه" کنید، به تدریج رابط A-A تار می شود (شکل 1.11). مولکول های حلال در جهت x در محلول پخش می شوند، در حالی که ماکرومولکول ها در جهت مخالف، در لایه حلال منتشر می شوند. تغییر غلظت در قطعه dx را گرادیان غلظت می نامند. نرخ تغییر غلظت در نتیجه انتشار (سرعت انتشار) با رابطه توصیف می شود

هنگامی که یک کاتیونیت از نوع (NM)zh با محلول رقیق یک الکترولیت قوی M+A~ تماس پیدا می کند، مقدار [M+] در مبدل یونی بسیار بیشتر از [M+] در محلول خواهد بود و [ A~~] کمتر از [A~] خواهد بود. با توجه به اینکه غلظت آنها در دو فاز متفاوت است، یونهای متحرک کوچک با انتشار تمایل به یکسان سازی آن دارند و این منجر به نقض خنثی الکتریکی محلول و ظهور بار فضایی مثبت در محلول و یک منفی در مبدل یونی. در نتیجه، تعادل دانان بین گرادیان غلظت ناشی از انتشار و پتانسیل الکترواستاتیکی که از آن جلوگیری می کند و در مرز مبدل کاتیونی-محلول برقرار می شود (شکل 191). 191. طرح توزیع سحر - اختلاف پتانسیل وجود خواهد داشت - پتانسیل دانان

پدیده های انتشار در طول تشکیل سیستم چسب - بستر بسیار متنوع است. اینها شامل انتشار سطحی چسب، خود انتشار در لایه چسب، گاهی اوقات انتشار حجمی یک یا دو طرفه از طریق رابط چسب- بستر رخ می دهد. علاوه بر این، فرآیندهای ذکر شده مکانیسم های مختلفی دارند. به عنوان مثال، بین انتشار فعال، نیمه فعال و غیرفعال تمایز قائل می شود. این فرآیندهای مختلف در ادامه با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهند گرفت. اغلب فرض می شود که نیروی محرکه در پس انتشار، گرادیان غلظت است. با این حال، حرکت ناشی از گرادیان غلظت و منجر به همگن شدن تدریجی سیستم، تمام جلوه های ممکن این فرآیند پیچیده را از بین نمی برد. اغلب، انتشار غلظت ها را برابر نمی کند، بلکه برعکس، اجزای سیستم را بیشتر جدا می کند. بنابراین، این درست تر است که فرض کنیم نیروی محرکه انتشار، اختلاف پتانسیل های ترمودینامیکی است و انتقال ماده از طریق انتشار با کاهش انرژی آزاد سیستم همراه است. یکسان سازی پتانسیل های ترمودینامیکی و تقریب به تعادل ترمودینامیکی به دلیل حرکت حرارتی اتم ها (مولکول ها) به دست می آید. پتانسیل ترمودینامیکی را می توان به اجزای انرژی و آنتروپی تجزیه کرد. مکانیسم انتشار به نسبت این اجزا بستگی دارد. در برخی موارد، انرژی داخلی سیستم در حین انتشار تغییر نمی کند و