Gradiente de concentração

Gradiente de concentração – Definição

O gradiente de concentração (gradiente de difusão) é a diferença de concentração entre uma região de uma solução ou gás que tem uma alta densidade de partículas e uma região que tem uma densidade relativamente baixa de partículas. Por movimento aleatório, as partículas se moverão da área de alta concentração para a área de baixa concentração, pelo processo de difusão, até que as partículas estejam distribuídas uniformemente na solução ou gás.

Gradiente de concentração refere-se à mudança gradual na concentração de solutos em uma solução em função da distância através de uma solução. Uma solução, essencialmente, tem dois componentes principais, o solvente (o componente de dissolução, por exemplo, água) e o soluto (as partículas que são solúveis pelo solvente).

Em bioquímica, a concentração refere-se à quantidade de um subcomponente de uma solução, por ex. a quantidade de solutos em uma solução. Gradiente, por sua vez, é um termo que em geral se refere ao aumento ou diminuição progressiva de uma variável em relação à distância. A este respeito, um gradiente de concentração seria o resultado quando as quantidades de solutos entre duas soluções são diferentes.

Em biologia, um gradiente de concentração resulta da distribuição desigual de partículas, por ex. íons, entre duas soluções, ou seja, o fluido intracelular (a solução dentro da célula) e o fluido extracelular (a solução fora da célula). Esse desequilíbrio de solutos entre as duas soluções leva os solutos a se moverem de uma área altamente densa para uma área menos densa.

Este movimento é uma tentativa de estabelecer o equilíbrio e eliminar o desequilíbrio das concentrações de soluto entre as duas soluções.

Gradiente de concentração – O que é

A concentração de uma substância é o número de moléculas presentes em um determinado volume de líquido ou gás.

Um gradiente de concentração ocorre entre uma área de alta concentração e uma área de baixa concentração. Na natureza, isso geralmente ocorre em cada lado de uma borda celular ou membrana.

Se as partículas podem atravessar livremente a membrana, ocorre um processo chamado difusão, onde as partículas se movem através do gradiente de concentração com um fluxo líquido em direção à área de baixa concentração.

Esse movimento de moléculas a favor do gradiente eventualmente leva a que ambas as áreas se tornem iguais em concentração, um estado conhecido como equilíbrio dinâmico.

A energia térmica faz com que as moléculas em líquidos e gases se movam aleatoriamente em linhas retas até encontrarem outras partículas ou superfícies que as fazem mudar de direção.

O processo conhecido como difusão significa que as moléculas tendem a se afastar de áreas onde há altas concentrações e se mover em direção a regiões menos concentradas.

Diferentes tipos de moléculas também tendem a se misturar. Ambos os processos estão em ação quando um perfume se espalha gradualmente por uma sala, misturando-se com as moléculas de ar. Eventualmente, uma distribuição uniforme de partículas remove o gradiente de concentração.

Em um processo conhecido como osmose, as moléculas parecem se mover na direção oposta através de gradientes, de baixas a altas concentrações de partículas.

Isso pode ser visto nos casos em que uma membrana celular bloqueia a passagem de partículas porque são muito grandes. As moléculas de água na solução podem ser pequenas o suficiente para passar pela membrana, mesmo que as partículas dissolvidas não o sejam.

As moléculas de água se movem da região fora da célula, onde a concentração de partículas é relativamente baixa, para o interior da célula, onde há uma alta concentração de partículas. Da mesma forma que a difusão, esse movimento reduz o gradiente de concentração entre as duas áreas. Pode ser descrito como uma forma especial de difusão, porque as moléculas de água estão realmente se movendo de uma área de alta concentração de água para uma área de baixa concentração de água.

Moléculas de água tendem a se mover através
de gradientes de concentração

Às vezes, a biologia celular trabalha para mover ativamente as partículas contra um gradiente de concentração e contra a influência de osmose e difusão.

Entram em ação os chamados mecanismos de transporte ativo, como a bomba de sódio-potássio. Esta bomba transporta as moléculas de sódio e potássio através da membrana celular, garantindo que haja uma alta concentração de potássio dentro da célula e uma alta concentração de sódio fora. O processo requer ATP, uma molécula especial na qual a energia é armazenada, que se encontra dentro da célula.

Gradiente de concentração – Transporte Biológico

Nos sistemas biológicos, existem dois grandes fenômenos de transporte: o transporte passivo e o transporte ativo. No transporte passivo, as partículas (por exemplo, íons ou moléculas) são transportadas ao longo do gradiente de concentração. Isso significa que as partículas se movem de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração. Devido ao movimento passivo das partículas, nenhuma energia química é gasta enquanto ocorre.

Exemplos de transporte passivo são difusão simples, difusão facilitada, filtração e osmose. Por outro lado, o transporte ativo é o transporte de partículas contra o gradiente de concentração.

Isso significa que as partículas são movidas de uma área de baixa concentração para uma área de alta concentração.

Por causa disso, gasta-se energia química para mover as partículas para uma área que já está saturada ou densa com partículas semelhantes.

Gradiente de Concentração e Osmose

Gradiente de Concentração

Uma das moléculas que requer uma proteína de transporte para se mover a favor do gradiente de concentração através de uma membrana biológica é a água. A osmose é semelhante à difusão, pois ambas são caracterizadas por um movimento descendente. A diferença reside, porém, na partícula que se move. Na difusão, trata-se do movimento de solutos. Na osmose, trata-se do movimento do solvente, ou seja, moléculas de água. Na osmose, as moléculas de água se movem de uma área de alta concentração para uma área de baixa concentração.

A pressão que leva as moléculas de água a se moverem dessa maneira é chamada de gradiente osmótico. Mas, para se mover através da membrana celular, ele precisa usar uma proteína de canal na membrana celular.

Esta proteína de transporte abrange toda a membrana e fornece um canal hidrofílico através do qual as moléculas de água podem passar. A água é uma molécula polar. Assim, não pode passar facilmente através do componente de bicamada lipídica hidrofóbica da membrana celular. Ele irá, portanto, precisar de uma proteína de transporte para se mover. No entanto, como o movimento é descendente, nenhuma energia química é necessária.

Gradiente de concentração – Resumo

O transporte ativo é alimentado por trifosfato de adenosina (ATP)

Um gradiente de concentração ocorre onde a concentração de algo muda ao longo de uma certa distância. Por exemplo, algumas gotas de corante alimentar em um copo de água se difundem ao longo do gradiente de concentração, de onde o corante existe em sua maior concentração (por exemplo, o azul ou vermelho mais brilhante) até onde ele ocorre em sua menor concentração (a água ainda está claro). A difusão continuará até que a concentração do corante se torne uniforme em todas as direções da água.

Os gradientes de concentração são a força motriz química por trás de muitos processos que ocorrem perto das membranas celulares.

Em geral, dois tipos de difusão são encontrados nas células vivas: passiva e ativa. É, no entanto, muito raro encontrar difusão passiva pura, onde moléculas ou íons se movem livremente através da membrana celular, seguindo um gradiente de concentração. Por exemplo, a água pode se mover livremente através de uma membrana em qualquer direção.

Mas se os solutos dentro da célula são impedidos de se mover através da membrana, o fenômeno resultante é chamado de osmose.

A água passa através da membrana para uma região de maior concentração de soluto tentando atingir o equilíbrio ideal, onde para cada lado da membrana a concentração de água é a mesma. No entanto, esse movimento leva ao acúmulo de pressão osmótica, de modo que o fluxo de água é interrompido antes que a membrana se rompa.

A difusão ativa ocorre quando as membranas translocam ou movem moléculas ou íons de regiões de baixa concentração para aquelas de maior concentração. Por exemplo, muitas células são capazes de aumentar a concentração interna de solutos até que níveis muito altos sejam alcançados e gradientes de concentração consideráveis sejam estabelecidos. Nesse caso, um processo diferente da difusão deve estar disponível para fornecer a energia. Geralmente, a energia vem da hidrólise do trifosfato de adenosina (ATP), uma molécula rica em energia.

O transporte ativo é muito importante para tecidos especializados, como tecidos nervosos e musculares, bem como tecidos secretores (ou excretores), como os rins de animais e as brânquias da vida marinha, de modo que os solutos podem ser absorvidos contra gradientes de concentração.

Além disso, os gradientes de concentração de íons existentes entre os dois lados de uma membrana produzem uma diferença de potencial elétrico, variando entre 50 e 100 milivolts ou mV (10-3 volts), sendo o exterior positivo em relação ao interior. Esta é a consequência direta da distribuição de cátions, especialmente íons de potássio e sódio. Qualquer estimulação por meios elétricos, mecânicos ou químicos em um ponto da membrana criará uma mudança no potencial da membrana naquele ponto. O potencial alterado, também chamado de potencial ativo, se moverá como uma onda sobre a superfície da membrana. Isso fornece um meio de comunicação rápida entre diferentes regiões de uma célula. No caso de uma célula nervosa alongada, isso constitui um impulso nervoso.

É interessante notar que esse potencial ativo é utilizado por alguns peixes, como bagres e enguias, tanto para se defender quanto para atordoar suas presas.

Cada uma das membranas excitáveis do peixe desenvolve um potencial de 100 milivolts, mas são empilhadas de tal maneira que suas diferenças de potencial somam várias centenas de volts.

Fonte: www.oxfordreference.com/www.encyclopedia.com/www.wisegeek.com/www.biologyonline.com