Төвлөрөл гэж юу вэ? Өргөн утгаараа энэ нь бодисын эзэлхүүн ба түүнд ууссан хэсгүүдийн тооны харьцаа юм. Энэ тодорхойлолт нь физик, математик, философи гэх мэт олон төрлийн шинжлэх ухааны салбарт байдаг. Энэ тохиолдолд биологи, химийн шинжлэх ухаанд "баяжуулалт" гэсэн ойлголтыг ашиглах тухай ярьж байна.
Градиент
Энэ үгийг латин хэлнээс орчуулбал "өсөх" эсвэл "алхах" гэсэн утгатай, өөрөөр хэлбэл аливаа үнэ цэнэ өсөх чиглэлийг харуулсан "хурууны заах" хэлбэр юм. Жишээлбэл, та дэлхийн янз бүрийн цэгүүдэд далайн түвшнээс дээш өндрийг ашиглаж болно. Газрын зураг дээрх цэг бүрийн (өндөр) градиент нь хамгийн эгц өгсөх хүртэл өсөн нэмэгдэж буй утгыг векторыг харуулна.
Математикт энэ нэр томъёо XIX зууны сүүлчээр л гарч ирсэн. Үүнийг Максвелл танилцуулсан бөгөөд энэ тоо хэмжээг өөрийн тэмдэглэгээг санал болгосон. Физикчид энэ ойлголтыг цахилгаан эсвэл таталцлын талбайн эрчим, боломжит энергийн өөрчлөлтийг тодорхойлоход ашигладаг.
Зөвхөн физик гэлтгүй бусад шинжлэх ухаанд ч "градиент" гэсэн нэр томъёо хэрэглэдэг. Энэ үзэл баримтлал нь чанарын болон хоёуланг нь тусгаж болноконцентраци эсвэл температур зэрэг бодисын тоон шинж чанар.
Баяжуулалтын градиент
Градиент гэж юу болох нь одоо мэдэгдэж байгаа ч концентраци нь юу вэ? Энэ нь уусмалд агуулагдах бодисын эзлэх хувийг харуулдаг харьцангуй утга юм. Үүнийг массын хувь, хий (уусмал) дахь моль эсвэл атомын тоо, бүхэл бүтэн хэсэг болгон тооцоолж болно. Ийм өргөн сонголт нь бараг ямар ч харьцааг илэрхийлэх боломжтой болгодог. Зөвхөн физик, биологи төдийгүй метафизикийн шинжлэх ухаанд ч гэсэн.
Мөн ерөнхийдөө концентрацийн градиент нь вектор хэмжигдэхүүн бөгөөд нэгэн зэрэг хүрээлэн буй орчин дахь бодисын хэмжээ, өөрчлөлтийн чиглэлийг тодорхойлдог.
Тодорхойлолт
Та концентрацийн градиентийг тооцоолж чадах уу? Түүний томьёо нь бодисын концентрацийн энгийн өөрчлөлт ба хоёр уусмалын хооронд тэнцвэрт байдалд хүрэхийн тулд тухайн бодис даван туулах ёстой урт зам хоорондын тодорхой юм. Математикийн хувьд үүнийг С=dC/dl томъёогоор илэрхийлнэ.
Хоёр бодисын хооронд концентрацийн градиент байгаа нь тэдгээрийг холиход хүргэдэг. Хэрэв бөөмс өндөр концентрацитай газраас бага хэсэг рүү шилжиж байвал үүнийг диффуз, тэдгээрийн хооронд хагас нэвчүүлэх саад байгаа бол осмос гэнэ.
Идэвхтэй тээвэрлэлт
Идэвхтэй ба идэвхгүй тээвэрлэлт нь амьд биетийн эд эсийн мембран буюу давхаргаар дамжин өнгөрч буй бодисын хөдөлгөөнийг илэрхийлдэг: эгэл биетэн, ургамал,амьтан ба хүмүүс. Энэ процесс нь дулааны энергийг ашиглах замаар явагддаг, учир нь бодисын шилжилт нь концентрацийн градиентийн эсрэг явагддаг: жижигээс том руу. Ихэнхдээ аденозин трифосфат эсвэл АТФ-ийг ийм харилцан үйлчлэлийг хийхэд ашигладаг - молекул нь 38 Жоулын энергийн бүх нийтийн эх үүсвэр юм.
Эсийн мембран дээр байрладаг ATP-ийн янз бүрийн хэлбэрүүд байдаг. Тэдгээрт агуулагдах энерги нь бодисын молекулуудыг шахуурга гэж нэрлэгдэх замаар шилжүүлэх үед ялгардаг. Эдгээр нь электролитийн ионуудыг сонгон шингээж, гадагшлуулдаг эсийн хананд нүх сүв юм. Үүнээс гадна симпорт гэх мэт тээврийн загвар байдаг. Энэ тохиолдолд хоёр бодисыг нэгэн зэрэг тээвэрлэдэг: нэг нь эсийг орхиж, нөгөө нь түүнд ордог. Энэ нь эрчим хүч хэмнэнэ.
Весикуляр тээвэрлэлт
Идэвхтэй ба идэвхгүй тээвэрлэлт нь бөмбөлөг буюу цэврүү хэлбэрээр бодисыг зөөвөрлөхөд оролцдог тул уг процессыг цэврүүт тээвэрлэлт гэж нэрлэдэг. Үүний хоёр төрөл байдаг:
- Эндоцитоз. Энэ тохиолдолд хатуу эсвэл шингэн бодисыг шингээх явцад эсийн мембранаас бөмбөлөгүүд үүсдэг. Цэврүүнүүд нь гөлгөр эсвэл хил хязгаартай байж болно. Өндөг, цусны цагаан эс, бөөрний хучуур эд нь ийм хооллолттой байдаг.
- Экзоцитоз. Нэрнээс нь харахад энэ үйл явц нь өмнөх үйл явцын эсрэг юм. Эсийн дотор органеллууд (жишээлбэл, Гольджи аппарат) байдаг бөгөөд тэдгээр нь бодисыг цэврүүт бүрхэвч болгон "савлаж", улмаар гадагшилдаг.мембран.
Идэвхгүй тээвэрлэлт: тархалт
Баяжуулалтын градиент дагуух хөдөлгөөн (өндөрөөс бага руу) эрчим хүч ашиглахгүйгээр явагддаг. Осмос ба тархалт гэсэн хоёр төрлийн идэвхгүй тээвэрлэлт байдаг. Сүүлийнх нь энгийн бөгөөд хөнгөн.
Осмосын гол ялгаа нь молекулуудын хөдөлгөөний процесс хагас нэвчдэг мембранаар явагддагт оршино. Мөн концентрацийн градиентийн дагуу тархалт нь хоёр давхар липидийн молекул бүхий мембрантай эсүүдэд тохиолддог. Тээврийн чиглэл нь зөвхөн мембраны хоёр тал дахь бодисын хэмжээнээс хамаарна. Ийм байдлаар гидрофобик бодисууд, туйлын молекулууд, мочевин эсэд нэвтэрч, уураг, сахар, ион, ДНХ нэвтэрч чадахгүй.
Тархалтын үед молекулууд боломжтой эзлэхүүнийг бүхэлд нь дүүргэх, мөн мембраны хоёр тал дахь концентрацийг тэнцүүлэх хандлагатай байдаг. Энэ нь мембран нь бодисыг нэвчүүлэхгүй эсвэл муу нэвчих чадвартай байдаг. Энэ тохиолдолд осмосын хүч түүн дээр үйлчилдэг бөгөөд энэ нь саадыг нягтруулах юм уу сунгах, шахах сувгуудын хэмжээг нэмэгдүүлэх боломжтой.
Хөнгөвчилсөн тархалт
Концентрацийн градиент нь бодисыг зөөвөрлөхөд хангалттай үндэслэл болохгүй үед тусгай уурагууд аврах ажилд ирдэг. Тэд ATP молекулуудтай адил эсийн мембран дээр байрладаг. Тэдний ачаар идэвхтэй болон идэвхгүй тээвэрлэлтийг хийх боломжтой.
Ийм байдлаар том молекулууд (уураг, ДНХ) мембранаар дамждаг.туйлын бодисууд, үүнд амин хүчил, сахар, ионууд. Уургийн оролцоотойгоор тээвэрлэлтийн хурд нь ердийн тархалттай харьцуулахад хэд дахин нэмэгддэг. Гэхдээ энэ хурдатгал нь зарим шалтгаанаас шалтгаална:
- эсийн дотор болон гаднах бодисын градиент;
- тээвэрлэгч молекулын тоо;
- бодис тээвэрлэгчтэй холбох хурд;
- эсийн мембраны дотоод гадаргуугийн өөрчлөлтийн хурд.
Гэсэн хэдий ч тээвэрлэгч уургийн ажлын ачаар тээвэрлэлт явагддаг бөгөөд энэ тохиолдолд ATP энергийг ашигладаггүй.
Хөнгөвчлөх тархалтыг тодорхойлдог гол шинж чанарууд нь:
- Бодис хурдан шилжинэ.
- Тээврийн сонголт.
- Ханалт (бүх уураг завгүй байх үед).
- Бодис хоорондын өрсөлдөөн (уурагтай холбоотой байдаг).
- Тодорхой химийн бодисуудад мэдрэмтгий байдал - дарангуйлагч.
Осмос
Дээр дурьдсанчлан осмос гэдэг нь бодисын концентрацийн градиентийн дагуу хагас нэвчдэг мембранаар дамжин өнгөрөх хөдөлгөөн юм. Осмос процессыг Лешателиер-Брауны зарчмаар бүрэн дүрсэлсэн байдаг. Тэнцвэрт байгаа системд гаднаас нөлөөлсөн тохиолдолд өмнөх байдалдаа эргэн орох хандлагатай байна гэсэн. Осмосын үзэгдэл анх 18-р зууны дунд үед гарч ирсэн боловч дараа нь тийм ч их ач холбогдол өгөөгүй. Уг үзэгдлийн талаарх судалгаа ердөө зуун жилийн дараа эхэлсэн.
Осмосын үзэгдлийн хамгийн чухал элемент нь зөвхөн тодорхой молекулууд дамжин өнгөрөх хагас нэвчдэг мембран юм.диаметр эсвэл шинж чанар. Жишээлбэл, өөр өөр концентрацитай хоёр уусмалд зөвхөн уусгагч нь саадыг дамжин өнгөрөх болно. Энэ нь мембраны хоёр талын концентраци ижил болтол үргэлжилнэ.
Осмос нь эсийн амьдралд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ үзэгдэл нь зөвхөн амьдралыг хадгалахад шаардлагатай бодисууд руу нэвтрэх боломжийг олгодог. Цусны улаан эс нь зөвхөн ус, хүчилтөрөгч, шим тэжээлийг нэвтрүүлэх мембрантай боловч цусны улаан эсийн дотор үүссэн уураг гадагшилж чадахгүй.
Осмос хэмээх үзэгдэл нь өдөр тутмын амьдралд ч мөн практик хэрэглээг олсон. Хүнсийг давслах явцад хүмүүс үүнийг сэжиглэхгүйгээр молекулуудын концентрацийн градиентийн дагуу хөдөлгөөний зарчмыг яг таг ашигладаг байв. Давсны ханасан уусмал нь бүтээгдэхүүнээс бүх усыг "сугалж", улмаар тэдгээрийг илүү удаан хадгалах боломжийг олгодог.
