Kuzingatia ni nini? Kwa maana pana, hii ni uwiano wa kiasi cha dutu na idadi ya chembe zilizoyeyushwa ndani yake. Ufafanuzi huu unapatikana katika matawi mbali mbali ya sayansi, kutoka kwa fizikia na hisabati hadi falsafa. Katika hali hii, tunazungumzia matumizi ya dhana ya "mkusanyiko" katika biolojia na kemia.
Gradient
Ilitafsiriwa kutoka Kilatini, neno hili linamaanisha "kukua" au "kutembea", yaani, ni aina ya "kidole cha kunyoosha", ambacho kinaonyesha mwelekeo ambao thamani yoyote huongezeka. Kwa mfano, unaweza kutumia, sema, urefu juu ya usawa wa bahari katika sehemu tofauti za Dunia. Mteremko wake (urefu) katika kila sehemu maalum kwenye ramani utaonyesha vekta ya thamani inayoongezeka hadi kufikia mwinuko mkali zaidi.
Katika hisabati, neno hili lilionekana tu mwishoni mwa karne ya kumi na tisa. Ilianzishwa na Maxwell na akapendekeza uteuzi wake mwenyewe kwa idadi hii. Wanafizikia hutumia dhana hii kuelezea ukubwa wa uwanja wa umeme au uvutano, mabadiliko katika uwezekano wa nishati.
Si fizikia pekee, bali pia sayansi zingine hutumia neno "gradient". Dhana hii inaweza kutafakari ubora nasifa ya kiasi cha dutu, kama vile mkusanyiko au halijoto.
gradient ya umakini
Ni nini kipenyo kinachojulikana sasa, lakini ukolezi ni nini? Hii ni thamani ya jamaa inayoonyesha uwiano wa dutu iliyo katika suluhisho. Inaweza kuhesabiwa kama asilimia ya wingi, idadi ya moles au atomi katika gesi (suluhisho), sehemu ya nzima. Chaguo kubwa kama hilo hufanya iwezekanavyo kuelezea karibu uwiano wowote. Na sio tu katika fizikia au biolojia, bali pia katika sayansi ya kimetafizikia.
Na kwa ujumla, kipenyo cha ukolezi ni wingi wa vekta, ambayo kwa wakati mmoja hubainisha kiasi na mwelekeo wa mabadiliko ya dutu katika mazingira.
Ufafanuzi
Je, unaweza kuhesabu gradient ya mkusanyiko? Fomula yake ni mahususi kati ya mabadiliko ya kimsingi katika mkusanyiko wa dutu na njia ndefu ambayo dutu italazimika kushinda ili kufikia usawa kati ya miyeyusho miwili. Kihisabati, hii inaonyeshwa na fomula С=dC/dl.
Kuwepo kwa gradient ya ukolezi kati ya dutu mbili husababisha kuchanganyika. Iwapo chembe chembe husogea kutoka eneo lenye mkusanyiko wa juu zaidi hadi chini zaidi, basi hii inaitwa usambaaji, na ikiwa kuna kizuizi kinachoweza kupenyeza nusu kati yao, inaitwa osmosis.
Usafiri amilifu
Usafiri amilifu na tulivu huakisi msogeo wa dutu kupitia utando au tabaka za seli za viumbe hai: protozoa, mimea,wanyama na wanadamu. Utaratibu huu unafanyika kwa matumizi ya nishati ya joto, kwani mpito wa vitu unafanywa dhidi ya gradient ya mkusanyiko: kutoka ndogo hadi kubwa. Mara nyingi, adenosine trifosfati au ATP hutumiwa kutekeleza mwingiliano kama huo - molekuli ambayo ni chanzo cha nishati kote katika Joule 38.
Kuna aina tofauti za ATP ambazo ziko kwenye membrane za seli. Nishati iliyomo ndani yao hutolewa wakati molekuli za vitu zinahamishwa kupitia kinachojulikana pampu. Hizi ni vinyweleo kwenye ukuta wa seli ambavyo hufyonza kwa kuchagua na kusukuma ioni za elektroliti. Kwa kuongeza, kuna mfano wa usafiri kama symport. Katika kesi hiyo, vitu viwili vinasafirishwa wakati huo huo: moja huacha kiini, na nyingine huingia ndani yake. Hii huokoa nishati.
Usafiri wa mishipa
Usafiri amilifu na tulivu unahusisha usafirishaji wa vitu katika mfumo wa viputo au vijishimo, kwa hivyo mchakato huo unaitwa, mtawalia, usafiri wa vesicular. Kuna aina mbili zake:
- Endocytosis. Katika kesi hii, Bubbles huundwa kutoka kwa membrane ya seli katika mchakato wa kunyonya vitu vikali au kioevu nayo. Vesicles inaweza kuwa laini au mipaka. Mayai, seli nyeupe za damu, na epithelium ya figo zina njia hii ya kula.
- Exocytosis. Kama jina linamaanisha, mchakato huu ni kinyume na ule uliopita. Kuna viungo ndani ya seli (kwa mfano, vifaa vya Golgi), ambavyo "hupakia" vitu kwenye vesicles, na baadaye hutoka kupitia.utando.
Usafiri wa kupita kawaida: mtawanyiko
Kusogea kando ya gradient ya mkusanyiko (kutoka juu hadi chini) hutokea bila matumizi ya nishati. Kuna aina mbili za usafiri wa passiv: osmosis na kuenea. Ya mwisho ni rahisi na nyepesi.
Tofauti kuu kati ya osmosis ni kwamba mchakato wa kusogea kwa molekuli hutokea kupitia utando unaopenyeza nusu. Na kueneza kando ya gradient ya mkusanyiko hutokea katika seli ambazo zina utando na tabaka mbili za molekuli za lipid. Mwelekeo wa usafiri unategemea tu kiasi cha dutu kwenye pande zote mbili za membrane. Kwa njia hii, vitu vya haidrofobu, molekuli za polar, urea hupenya seli, na protini, sukari, ayoni na DNA haziwezi kupenya.
Wakati wa mgawanyiko, molekuli huwa na ujazo wote unaopatikana, na pia kusawazisha mkusanyiko kwenye pande zote za utando. Inatokea kwamba utando hauwezi kupenyeza au hauwezi kupenya kwa dutu hii. Katika hali hii, nguvu za kiosmotiki hutenda juu yake, ambazo zinaweza kufanya kizuizi kinene zaidi au kukinyoosha, na kuongeza ukubwa wa njia za kusukuma maji.
Usambazaji uliowezeshwa
Kiwango cha ukolezi si msingi wa kutosha wa usafirishaji wa dutu, protini mahususi huja kuwaokoa. Ziko kwenye membrane ya seli kwa njia sawa na molekuli za ATP. Shukrani kwao, usafiri amilifu na tulivu unaweza kutekelezwa.
Kwa njia hii, molekuli kubwa (protini, DNA) hupitia kwenye utando,vitu vya polar, ambavyo ni pamoja na asidi ya amino na sukari, ions. Kutokana na ushiriki wa protini, kiwango cha usafiri kinaongezeka mara kadhaa ikilinganishwa na kuenea kwa kawaida. Lakini uongezaji kasi huu unategemea baadhi ya sababu:
- gradient ya maada ndani na nje ya seli;
- idadi ya molekuli za mtoa huduma;
- viwango vya kumfunga kwa mtoa dawa;
- kiwango cha mabadiliko katika uso wa ndani wa membrane ya seli.
Licha ya hili, usafiri unafanywa kutokana na kazi ya mtoa huduma wa protini, na nishati ya ATP haitumiki katika hali hii.
Sifa kuu zinazoonyesha uenezaji uliowezeshwa ni:
- Uhamisho wa haraka wa dutu.
- Uteuzi wa usafiri.
- Kueneza (wakati protini zote zina shughuli).
- Ushindani kati ya dutu (kutokana na mshikamano wa protini).
- Unyeti kwa mawakala maalum wa kemikali - vizuizi.
Osmosis
Kama ilivyotajwa hapo juu, osmosis ni msogeo wa dutu kwenye gradient ya ukolezi kwenye utando unaopitisha maji. Mchakato wa osmosis unaelezewa kikamilifu na kanuni ya Leshatelier-Brown. Inasema kwamba ikiwa mfumo wa usawa unaathiriwa kutoka nje, basi utaelekea kurudi katika hali yake ya awali. Mara ya kwanza uzushi wa osmosis ulikutana katikati ya karne ya 18, lakini haukupewa umuhimu mkubwa. Utafiti juu ya jambo hilo ulianza miaka mia moja tu baadaye.
Kipengele muhimu zaidi katika hali ya osmosis ni utando unaopitisha nusu-penyeza ambao huruhusu molekuli fulani kupita ndani yake.kipenyo au mali. Kwa mfano, katika ufumbuzi mbili na viwango tofauti, kutengenezea tu kutapita kwenye kizuizi. Hii itaendelea hadi mkusanyiko wa pande zote mbili za utando uwe sawa.
Osmosis ina jukumu muhimu katika maisha ya seli. Jambo hili huruhusu tu vitu ambavyo ni muhimu kudumisha maisha kupenya ndani yao. Seli nyekundu ya damu ina utando unaoruhusu maji, oksijeni na virutubisho pekee kupita, lakini protini zinazoundwa ndani ya chembe nyekundu za damu haziwezi kutoka.
Hali ya osmosis pia imepata matumizi ya vitendo katika maisha ya kila siku. Bila hata kuishuku, watu katika mchakato wa kuweka chakula cha chumvi walitumia kanuni ya harakati ya molekuli kwenye gradient ya mkusanyiko. Suluhu ya chumvi iliyojaa "ilitoa" maji yote kutoka kwa bidhaa, na hivyo kuyaruhusu kuhifadhiwa kwa muda mrefu zaidi.
