Gradien konsentrasi adalah: Fungsi dan contoh

Gradien konsentrasi adalah jumlah fisikokimia yang menggambarkan ke arah mana dan dalam proporsi apa perubahan terbesar dalam konsentrasi zat terlarut yang terlarut dalam larutan tidak homogen terjadi di sekitar titik tertentu. Dapat disimpulkan bahwa gradien konsentrasi adalah jumlah dimensi yang dinyatakan dalam satuan konsentrasi per satuan panjang, dengan variasi cara pengukuran konsentrasi dan jarak tertentu.

Dalam sistem satuan internasional, gradien konsentrasi ditentukan oleh dimensi mol · m-4, namun, dalam praktiknya lazim untuk menggunakan satuan non-homogen lainnya, misalnya mol·L-1·cm-1. Ekspresi gradien konsentrasi adalah bagian dari hukum Fick untuk difusi.

Konsep gradien konsentrasi zat terlarut tertentu dapat diasimilasi sebagai vektor yang, berasal dari titik mana pun dalam larutan, menunjukkan arah perubahan konsentrasi terbesar zat terlarut yang diberikan, dengan perasaan terhadap area konsentrasi terbesar, dan dengan modulus proporsional dengan besarnya perubahan.

Dalam biologi, gradien konsentrasi sering didefinisikan dari gagasan tentang pengangkutan zat, atau dari konsep difusi. Namun, penting untuk dicatat bahwa ekspresi matematika dari gradien konsentrasi memberikan rasa yang berlawanan dengan apa yang dipahami dalam teks-teks ini, karena gradien menunjuk ke area konsentrasi terbesar, sedangkan zat terlarut (seperti yang dinyatakan oleh undang-undang de Fick) memindahkan “jatuh” ke area yang paling tidak potensial, dalam kasus ini ungkapan “bergerak mendukung gradiennya” secara paradoks mengekspresikan kebalikan dari definisi matematika.

Gradien konsentrasi penting untuk memahami dinamika laut, operasi sel bahan bakar dan baterai, dan sifat-sifat potensi kimia terlarut di kedua sisi membran biologis.

Gradien konsentrasi adalah istilah yang penting dipahami dalam ilmu sains. Osmosis dan difusi terjadi karena gerakan acak sepanjang gradien konsentrasi. Meskipun kata gradient mengacu pada tinggi, sebenarnya mengacu pada jumlah: yaitu, partikel bergerak dari jumlah yang banyak, ke jumlah yang sedikit. Jadi gradien adalah arah dari banyak ke kurang. Gradien konsentrasi terjadi ketika zat terlarut lebih terkonsentrasi di satu daerah daripada yang lain.

Pengertian Gradien konsentrasi

Gradien konsentrasi adalah perbedaan bertahap dalam konsentrasi zat terlarut dalam larutan antara daerah kepadatan tinggi dan salah satu kepadatan lebih rendah.

“Konsentrasi” mengacu pada seberapa banyak zat terlarut di sana dibandingkan dengan pelarut. Sudut tangki air yang baru saja ditaburi garam, misalnya akan memiliki konsentrasi garam yang jauh lebih tinggi daripada ujung tangki yang berlawanan, di mana tidak ada garam yang mencapai.

Seiring waktu, zat terlarut selalu bergerak ke bawah gradien konsentrasi mereka untuk “mencoba” untuk menghasilkan konsentrasi yang sama di seluruh larutan.

Zat terlarut tidak benar-benar “menginginkan” apa pun, tentu saja. Tetapi hukum termodinamika menyatakan bahwa karena pergerakan atom dan molekul yang konstan, zat akan berpindah dari daerah dengan konsentrasi lebih tinggi ke konsentrasi lebih rendah, untuk menghasilkan lautan acak.

Gradien konsentrasi adalah minat khusus dalam biologi di mana proses yang memediasi difusi zat antara jaringan yang berbeda dan melalui membran sel sebagian besar tergantung pada perbedaan konsentrasi. Mereka juga mendefinisikan proses pertukaran gas di tingkat paru-paru dan digunakan sebagai mekanisme orientasi untuk pergerakan struktur, sel atau organisme (chemotaxis).

Dalam gradien konsentrasi yang melibatkan zat bermuatan listrik, gradien listrik juga terjadi. Bersama-sama, kontribusi dari potensi kimia dan potensial listrik merupakan gradien elektrokimia, gradien elektrokimia bertanggung jawab untuk pemeliharaan potensi membran, transmisi impuls saraf, kontraksi otot, eksositosis, pelepasan neurotransmiter dan hormon, antara lain.

Difusi permukaan kimia lambat

Ini dapat dengan mudah ditunjukkan di rumah dengan menambahkan setetes pewarna makanan ke segelas air. Pada awalnya, pewarna makanan hanya akan menempati tempat kecil di gelas air di mana ia ditambahkan. Namun seiring berjalannya waktu, partikel berwarna akan menyebar, menciptakan distribusi partikel berwarna yang merata di seluruh bagian bawah kaca.

Beberapa bentuk kehidupan menggunakan kecenderungan zat terlarut ini untuk berpindah dari area konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah untuk memberi daya pada proses kehidupan.

Neuron, misalnya, dapat mengirim sinyal begitu cepat karena mereka menggunakan gradien konsentrasi partikel muatan untuk membuat impuls elektrokimia ketika mereka perlu menembak, 20-25% dari semua kalori yang dikonsumsi oleh tubuh manusia digunakan untuk mempertahankan gradien konsentrasi vital ini!

Fungsi Gradien Konsentrasi

Gradien konsentrasi adalah konsekuensi alami dari hukum fisika. Namun, makhluk hidup telah menemukan banyak cara untuk menggunakan sifat mereka untuk mencapai fungsi kehidupan yang penting.

Organisme yang perlu memindahkan zat masuk atau keluar dari sel mereka, misalnya, dapat menggunakan gerakan satu zat ke gradien konsentrasi untuk mengangkut zat lain secara bersamaan.

Organisme juga dapat menggunakan gradien konsentrasi untuk mencapai perubahan atau gerakan tiba-tiba dengan melepaskan konsentrasi zat terlarut tinggi untuk pindah ke daerah konsentrasi rendah. Neuron adalah contoh sel yang menggunakan konsentrasi tinggi zat terlarut untuk mencapai perubahan cepat.

Contoh Gradien Konsentrasi

Neuron dan Pompa Natrium / Kalium

Neuron menghabiskan sejumlah besar energi – sekitar 20-25% dari seluruh kalori tubuh, pada manusia – memompa kalium ke dalam sel mereka, dan natrium keluar. Hasilnya adalah konsentrasi kalium yang sangat tinggi di dalam sel-sel saraf, dan konsentrasi natrium yang sangat tinggi di luar.

Ketika sel berkomunikasi, mereka membuka gerbang ion yang memungkinkan natrium dan kalium melewati. Perbedaan konsentrasi natrium / kalium sangat kuat sehingga ion “ingin” untuk segera keluar dari sel. Karena ion bermuatan listrik, ini sebenarnya mengubah muatan listrik sel.

Sinyal “elektrokimia” ini bergerak jauh lebih cepat daripada sinyal kimiawi, memungkinkan kita untuk memahami, berpikir, dan merespons dengan cepat.

Masalah yang mengganggu pompa natrium / kalium neuron dapat menyebabkan kematian dengan sangat cepat, karena otot jantung itu sendiri bergantung pada impuls elektrokimiawi ini untuk memompa darah agar kita tetap hidup.

Ini membuat gradien konsentrasi natrium / kalium dalam neuron bisa dibilang gradien konsentrasi paling penting bagi kehidupan manusia!

Pompa Glukosa / Natrium Symport

Pompa hubungan glukosa-natrium juga memanfaatkan gradien natrium / kalium.

Salah satu tantangan yang dihadapi oleh sel adalah memindahkan glukosa – yang besar dan sulit untuk bergerak, dibandingkan dengan ion natrium kecil – dan yang sering harus dipindahkan terhadap gradien konsentrasi mereka.

Untuk mengatasi masalah ini, beberapa sel telah “menggandeng” pergerakan glukosa dengan gerakan kalium, menggunakan protein yang akan memungkinkan natrium untuk menurunkan gradien konsentrasi – jika dibutuhkan molekul glukosa dengannya.

Ini hanyalah satu lagi contoh cara sel menggunakan hukum dasar fisika dalam cara inovatif untuk menyelesaikan fungsi kehidupan.

Paru-paru dan Insang

Contoh paling umum gradien konsentrasi melibatkan partikel padat yang larut dalam air. Tetapi gas juga dapat memiliki gradien konsentrasi.

Insang ikan  dan paru-paru manusia sama-sama menggunakan gradien konsentrasi untuk menjaga kita tetap hidup. Karena oksigen mengikuti aturan gradien konsentrasi sama seperti zat lain, ia cenderung berdifusi dari area konsentrasi tinggi ke area konsentrasi rendah. Itu berarti ia berdifusi dari udara ke dalam darah kita yang kekurangan oksigen.

Paru-paru dan insang membuat proses ini lebih efisien dengan secara cepat mengalirkan darah kita yang paling kekurangan oksigen melintasi permukaan paru-paru dan insang kita. Dengan cara ini, oksigen secara konstan berdifusi ke dalam sel darah yang paling membutuhkannya.



Leave a Reply