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Gradiente de concentração

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Definição

Um gradiente de concentração ocorre quando um soluto é mais concentrado em uma área do que outra. Um gradiente de concentração é aliviado através da difusão, embora as membranas possam impedir a difusão e manter um gradiente de concentração.

Visão geral

“Concentração” refere -se a quanto de um soluto está em uma determinada quantidade de solvente. Um canto de um tanque de água que acabou de ter salgado no sal teria uma concentração muito maior de sal do que a extremidade oposta do tanque, onde nenhum sal se difunde. Portanto, diz -se que um gradiente de concentração existe no tanque.

Com o tempo, os solutos sempre descem seu gradiente de concentração para “tentar” produzir uma concentração igual em toda a solução. Portanto, o gradiente de concentração acima acabaria desaparecendo à medida que os íons de sal se difundiam em todo o tanque.

As leis da termodinâmica afirmam que, devido aos movimentos constantes de átomos e moléculas, as substâncias passarão de áreas de maior concentração para menor concentração, a fim de produzir uma solução distribuída aleatoriamente. Os átomos de água gostam de cercar completamente cada íon ou molécula polar, que os puxa por toda uma solução e os separa um do outro.

Isso pode ser facilmente demonstrado em casa, adicionando uma gota de corante alimentar a um copo de água. A princípio, o corante alimentar só ocupará o pequeno ponto no vidro de água onde foi adicionado. Mas com o tempo, as partículas coloridas se espalharão, criando uma distribuição igual de partículas coloridas em todo o fundo do vidro.

Função dos gradientes de concentração

Os gradientes de concentração são uma conseqüência natural das leis da física. No entanto, os seres vivos encontraram muitas maneiras de usar suas propriedades para realizar importantes funções de vida. Os gradientes de concentração são usados por muitas células para concluir uma ampla variedade de tarefas. De fato, há energia armazenada em um gradiente de concentração porque as moléculas desejam alcançar o equilíbrio. Portanto, essa energia pode ser utilizada para realizar tarefas.

Deve -se notar também que, quando um gradiente de concentração não pode ser aliviado através da difusão do solvente, podem ocorrer osmose. Osmose é o movimento da água em uma membrana e essencialmente faz a mesma coisa. Assim como os solutos são atraídos para a água, a água é atraída para solutos. Portanto, o gradiente de concentração pode ser aliviado adicionando água a um compartimento de membrana altamente concentrado (ou célula).

Os organismos que precisam mover uma substância para dentro ou para fora de suas células podem usar o movimento de uma substância em seu gradiente de concentração para transportar outra substância em conjunto. Este é o método básico que os antiporters e simpatores de proteínas usam para trazer nutrientes cruciais para as células. Os organismos também podem “colher” a energia do gradiente de concentração para alimentar outras reações. Veja os exemplos abaixo.

Exemplos de gradientes de concentração

ATP sintase

Algumas formas de vida usam a tendência dos solutos de passar de uma área de alta concentração para baixa concentração, a fim de alimentar os processos de vida útil. ATP sintase – a proteína que produz ATP – baseia -se em um gradiente de concentração de íons de hidrogênio. À medida que os íons passam pela ATP sintase para atravessar a membrana e aliviar o gradiente, a ATP sintase transfere a energia para adicionar um grupo fosfato ao ADP, armazenando assim a energia na ligação recém -formada.

Neurônios e a bomba de sódio/potássio

Os neurônios gastam uma enorme quantidade de energia-cerca de 20 a 25% de todas as calorias do corpo, em humanos-bombeando potássio em suas células e sódio. O resultado é uma concentração extremamente alta de potássio dentro das células nervosas e uma concentração muito alta de sódio externo. Desde potássio

Quando as células se comunicam, elas abrem portões de íons que permitem que o sódio e o potássio passem. As diferenças de concentração de sódio/potássio são tão fortes que os íons “querem” para sair instantaneamente da célula. Como os íons são carregados eletricamente, isso realmente altera a carga elétrica da célula.

Esse sinal “eletroquímico” viaja muito mais rápido do que um sinal meramente químico, permitindo perceber, pensar e responder rapidamente. Problemas que interferem na bomba de sódio/potássio dos neurônios podem causar a morte muito rapidamente, porque o próprio músculo cardíaco se baseia nesses impulsos eletroquímicos para bombear sangue para nos manter vivos. Isso torna o gradiente de concentração de sódio/potássio nos neurônios, sem dúvida, o gradiente de concentração mais importante para a vida humana!

Bomba de simpatia de glicose/sódio

A bomba de simporto de glicose-sódio também aproveita o gradiente de sódio/potássio.

Um desafio enfrentado pelas células é a glicose em movimento – que é grande e difícil de mover, em comparação com pequenos íons de sódio – e que geralmente precisam ser movidos contra seu gradiente de concentração. Para resolver esse problema, algumas células “acoplaram” o movimento da glicose com o movimento do potássio, usando proteínas que permitirão que o sódio mova seu gradiente de concentração – se for necessário uma molécula de glicose.

Este é apenas mais um exemplo das maneiras pelas quais as células usam as leis básicas da física de maneiras inovadoras para cumprir as funções da vida.

Pulmões e brânquias

Os exemplos mais comuns de gradientes de concentração envolvem partículas sólidas dissolvidas na água. Mas os gases também podem ter gradientes de concentração.

Pulmões humanos e brânquias de peixes usam gradientes de concentração para nos manter vivos. Como o oxigênio segue as regras dos gradientes de concentração como qualquer outra substância, ele tende a se difundir de áreas de alta concentração em áreas de baixa concentração. Isso significa que ele se difunde do ar em nosso sangue depleto de oxigênio.

Pulmões e brânquias tornam esse processo mais eficiente, executando rapidamente nosso sangue mais destacado por oxigênio nas superfícies de nossos pulmões e brânquias. Dessa forma, o oxigênio está constantemente se difundindo nas células sanguíneas que mais precisam.

Questionário

1. Qual das seguintes leis descreve como os gradientes de concentração funcionam? A. Um objeto em movimento tende a permanecer em movimento, a menos que actinado por uma força externa. B. Os sistemas sempre progridem em direção a um estado de maior aleatoriedade. C. As substâncias difundem de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração. D. B e C.

Resposta à pergunta nº 1

D está correto. B e C são verdadeiros, e a declaração C é na verdade uma conseqüência da declaração B. As substâncias difundem de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração como parte do movimento de todo o sistema em direção a um estado mais aleatório ao longo do tempo.

2. Qual das alternativas a seguir não é verdadeira para o gradiente de concentração de sódio/potássio? R. Você pode mover uma substância contra seu gradiente de concentração sem gastar energia, se tiver a proteína de transporte certa. B. As proteínas de transporte que movem substâncias contra seus gradientes de concentração precisam ser fornecidas com energia para funcionar. C. Como as células devem quebrar as moléculas e gastar energia, para mover substâncias contra seu gradiente de concentração, esse movimento não quebra as leis da termodinâmica. D. Nenhuma das opções acima.

Resposta à pergunta nº 2

A está correto. As substâncias só podem ser movidas contra seus gradientes de concentração gastando energia. Nesse caso, as células quebram a glicose e gastam enormes quantidades de ATP para possibilitar o gradiente de concentração de sódio/potássio. No processo, eles movem o sistema maior para a aleatoriedade, de acordo com as leis da termodinâmica.

3. Qual das seguintes opções não poderíamos fazer se as substâncias não tendem a descer seus gradientes de concentração? A. Pense B. Mova C. Respire D. Todas as opções acima

Resposta à pergunta nº 3

D está correto. Todos os processos acima são possíveis pelo uso de gradientes de concentração!

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