La definición formal de un gradiente de concentración es el proceso de partículas, que a veces se denominan solutos, que se mueven a través de una solución o gas desde un área con un número mayor de partículas a un área con un número menor de partículas. Las áreas suelen estar separadas por una membrana. Esta membrana puede ser permeable, semipermeable o no permeable. Permeable se define como una membrana que puede ser atravesada por partículas, iones o agua. Semipermeable significa que algunas partículas, iones o agua pueden atravesar la membrana. Finalmente, una membrana no permeable significa que ninguna partícula, iones o agua pueden atravesar la membrana.
Un ejemplo que podría ayudarlo a comprender los diferentes tipos de membranas serían los diferentes tipos de vallas. Una cerca de troncos de madera permitiría el paso de muchas cosas; este sería un ejemplo de membrana permeable. Una cerca de tela metálica permitiría que algunos elementos pequeños pasen a través de ella; esto sería como una membrana semipermeable. Una cerca de plástico sólido no permitiría que los artículos pasen a través de ella en absoluto; esto representaría una membrana no permeable.
Gradiente de concentración
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La función de los gradientes de concentración.
Los gradientes de concentración son una consecuencia natural de las leyes de la física. Sin embargo, los seres vivos han encontrado muchas formas de utilizar sus propiedades para realizar importantes funciones vitales. Los organismos que necesitan mover una sustancia dentro o fuera de sus células, por ejemplo, pueden usar el movimiento de una sustancia hacia abajo en su gradiente de concentración para transportar otra sustancia en tándem.
Los organismos también pueden usar gradientes de concentración para lograr cambios o movimientos repentinos al liberar altas concentraciones de soluto para moverse a áreas de baja concentración. Las neuronas son un ejemplo de células que utilizan altas concentraciones de solutos para lograr cambios rápidos.
Ejemplos cotidianos de gradiente de concentración
La concentración de moléculas aromáticas es mayor en las áreas de la piel a las que se les ha aplicado directamente perfume o loción para después del afeitado. Otros pueden oler el aroma porque algunas de esas moléculas siempre se alejan de la persona perfumada, la fuente, hacia el aire, descendiendo por el gradiente de concentración, de una concentración alta a una concentración más baja. Con el tiempo, las moléculas aromáticas están tan dispersas que ya no pueden detectarse.
Piense en el olor desagradable del hedor a zorrillo, cuando un zorrillo ha rociado o ha sido atropellado por un vehículo. A medida que una persona se acerca a la fuente del hedor a zorrillo, el olor se vuelve más fuerte, porque las “moléculas del hedor” están más concentradas cerca de la fuente.
Ejemplos cotidianos de gradiente de concentración
Las moléculas no solo viajan por el aire, sino también a través de otros medios. Cuando una persona pone crema en su café, las moléculas de crema eventualmente rebotan en la taza, descendiendo por el gradiente de concentración hasta que se distribuyen uniformemente. Sin embargo, la mayoría de los bebedores de café no esperan a que esto suceda. Introducen energía adicional al remover el café y acelerar el proceso.
Concentración Gradiente Definición Biología
En biología celular, la difusión es una forma principal de transporte de materiales necesarios, como los aminoácidos, dentro de las células.[1] La difusión de disolventes, como el agua, a través de una membrana semipermeable, se clasifica como ósmosis.
El metabolismo y la respiración dependen en parte de la difusión además de los procesos activos o en masa. Por ejemplo, en los alvéolos de los pulmones de los mamíferos, debido a las diferencias en las presiones parciales a través de la membrana alveolar-capilar, el oxígeno se difunde en la sangre y el dióxido de carbono se difunde hacia afuera. Los pulmones contienen una gran superficie para facilitar este proceso de intercambio de gases.
¿Qué tiene que ver un gradiente de concentración con un paseo aleatorio?
¿Recuerdas la caminata aleatoria sesgada? Bueno, siempre hay una razón para el sesgo. Las bacterias pueden sesgar sus caminatas en función del gradiente de concentración de una sustancia química en particular. Entonces, aunque cada paso es en una dirección aleatoria, la duración del paso es más larga si la bacteria se mueve hacia una concentración más alta que si la bacteria se mueve hacia una concentración más baja.
Veamos nuevamente el video de caminata aleatoria sesgada, esta vez con el gradiente de concentración en el fondo. ¡Ahora puedes ver la razón del sesgo en la caminata!
¿Cómo pueden las bacterias saber si se están moviendo hacia una concentración mayor o menor?
Cuando una bacteria está buscando una señal química en particular, detecta esta sustancia química a medida que avanza en su camino. Si se mueve hacia arriba en el gradiente de concentración, comenzará a detectar las moléculas químicas con mayor frecuencia. Si se mueve hacia abajo en el gradiente de concentración, comenzará a detectar las moléculas químicas cada vez con menos frecuencia. En última instancia, esto determina la dirección y la fuerza del sesgo en su caminata aleatoria.
Sistema de no equilibrio
Debido a que la difusión química es un proceso de transporte neto, el sistema en el que tiene lugar no es un sistema de equilibrio (es decir, aún no está en reposo). Muchos resultados de la termodinámica clásica no se aplican fácilmente a sistemas que no están en equilibrio. Sin embargo, a veces ocurren los llamados estados cuasi-estacionarios, donde el proceso de difusión no cambia en el tiempo, donde los resultados clásicos pueden aplicarse localmente. Como sugiere el nombre, este proceso no es un verdadero equilibrio ya que el sistema aún está evolucionando.
Los sistemas de fluidos que no están en equilibrio se pueden modelar con éxito con la hidrodinámica fluctuante de Landau-Lifshitz. En este marco teórico, la difusión se debe a fluctuaciones cuyas dimensiones van desde la escala molecular hasta la escala macroscópica.
Difusión química aumenta la entropía de un sistema, es decir, la difusión es un proceso espontáneo e irreversible. Las partículas pueden esparcirse por difusión, pero no se reordenarán espontáneamente (ausencia de cambios en el sistema, asumiendo que no se crean nuevos enlaces químicos y ausencia de fuerzas externas que actúen sobre la partícula).
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