สมาธิคืออะไร? ในความหมายกว้าง นี่คืออัตราส่วนของปริมาตรของสารและจำนวนอนุภาคที่ละลายในนั้น คำจำกัดความนี้มีอยู่ในหลากหลายสาขาวิชา ตั้งแต่ฟิสิกส์ คณิตศาสตร์ ไปจนถึงปรัชญา ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงการใช้แนวคิดเรื่อง "สมาธิ" ในทางชีววิทยาและเคมี
ไล่ระดับ
แปลจากภาษาละติน คำนี้แปลว่า "กำลังเติบโต" หรือ "กำลังเดิน" นั่นคือมันเป็น "นิ้วชี้" ซึ่งแสดงทิศทางที่ค่าใดๆ เพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น คุณสามารถใช้ พูด ความสูงเหนือระดับน้ำทะเล ณ จุดต่างๆ บนโลก การไล่ระดับ (ความสูง) ในแต่ละจุดบนแผนที่จะแสดงเวกเตอร์ของค่าที่เพิ่มขึ้นจนกว่าจะถึงทางขึ้นที่ชันที่สุด
ในวิชาคณิตศาสตร์ คำนี้ปรากฏเฉพาะตอนปลายศตวรรษที่สิบเก้าเท่านั้น แม็กซ์เวลล์แนะนำและเสนอชื่อของเขาเองสำหรับปริมาณนี้ นักฟิสิกส์ใช้แนวคิดนี้เพื่ออธิบายความเข้มของสนามไฟฟ้าหรือสนามโน้มถ่วง ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์
ไม่เพียงแต่ฟิสิกส์ แต่วิทยาศาสตร์อื่นๆ ยังใช้คำว่า "การไล่ระดับสี" ด้วย แนวคิดนี้สามารถสะท้อนได้ทั้งเชิงคุณภาพและลักษณะเชิงปริมาณของสาร เช่น ความเข้มข้นหรืออุณหภูมิ
ไล่ระดับความเข้มข้น
ตอนนี้รู้จักการไล่ระดับสีอะไร แต่ความเข้มข้นคืออะไร? เป็นค่าสัมพัทธ์ที่แสดงสัดส่วนของสารที่มีอยู่ในสารละลาย สามารถคำนวณเป็นเปอร์เซ็นต์ของมวล จำนวนโมลหรืออะตอมในก๊าซ (สารละลาย) เศษส่วนของทั้งหมด ทางเลือกที่หลากหลายเช่นนี้ทำให้สามารถแสดงอัตราส่วนได้แทบทุกอย่าง และไม่เพียงแต่ในฟิสิกส์หรือชีววิทยาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในวิทยาศาสตร์เลื่อนลอยด้วย
และโดยทั่วไป การไล่ระดับความเข้มข้นคือปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งจะแสดงลักษณะปริมาณและทิศทางของการเปลี่ยนแปลงของสารในสิ่งแวดล้อมพร้อมๆ กัน
คำจำกัดความ
คุณคำนวณการไล่ระดับความเข้มข้นได้ไหม สูตรของมันคือสูตรเฉพาะระหว่างการเปลี่ยนแปลงเบื้องต้นในความเข้มข้นของสารและเส้นทางยาวที่สารจะต้องเอาชนะเพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างสองสารละลาย ในทางคณิตศาสตร์ นี่แสดงโดยสูตร С=dC/dl.
การไล่ระดับความเข้มข้นระหว่างสารทั้งสองทำให้ผสมกัน หากอนุภาคเคลื่อนจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่ต่ำกว่า จะเรียกว่าการแพร่ และหากมีสิ่งกีดขวางแบบกึ่งซึมผ่านได้ระหว่างกัน จะเรียกว่าออสโมซิส
ขนส่งมวลชน
การขนส่งแบบแอคทีฟและพาสซีฟสะท้อนการเคลื่อนไหวของสารผ่านเยื่อหุ้มหรือชั้นเซลล์ของสิ่งมีชีวิต: โปรโตซัว พืชสัตว์และมนุษย์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยใช้พลังงานความร้อน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสารจะดำเนินการกับระดับความเข้มข้น: จากเล็กไปใหญ่ ส่วนใหญ่มักจะใช้อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต หรือ ATP เพื่อทำปฏิกิริยาดังกล่าว ซึ่งเป็นโมเลกุลที่เป็นแหล่งพลังงานสากลใน 38 จูล
ATP มีหลายรูปแบบที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ พลังงานที่มีอยู่ในนั้นจะถูกปล่อยออกมาเมื่อโมเลกุลของสารถูกถ่ายโอนผ่านปั๊มที่เรียกว่า เหล่านี้เป็นรูพรุนในผนังเซลล์ที่ดูดซับและปั๊มอิออนอิเล็กโทรไลต์อย่างเฉพาะเจาะจง นอกจากนี้ยังมีรูปแบบการขนส่งดังกล่าวเป็นสัญลักษณ์ ในกรณีนี้ สารสองชนิดถูกขนส่งพร้อมกัน: สารหนึ่งออกจากเซลล์และอีกสารหนึ่งเข้าสู่เซลล์ ช่วยประหยัดพลังงาน
พาหนะขนส่ง
การขนส่งแบบแอคทีฟและพาสซีฟเกี่ยวข้องกับการขนส่งสารในรูปของฟองอากาศหรือถุงน้ำ ดังนั้นกระบวนการนี้จึงถูกเรียกตามลำดับ การขนส่งตุ่ม มีสองประเภท:
- เอนโดไซโตซิส. ในกรณีนี้ฟองจะเกิดขึ้นจากเยื่อหุ้มเซลล์ในกระบวนการดูดซับสารที่เป็นของแข็งหรือของเหลวด้วย ถุงอาจเรียบหรือมีขอบ ไข่ เซลล์เม็ดเลือดขาว และเยื่อบุผิวของไตมีวิธีกินแบบนี้
- เอ็กโซไซโทซิส. ตามชื่อที่บ่งบอก กระบวนการนี้ตรงกันข้ามกับกระบวนการก่อนหน้า มีออร์แกเนลล์อยู่ภายในเซลล์ (เช่น อุปกรณ์กอลจิ) ซึ่ง "บรรจุ" สารลงในถุงน้ำ และพวกมันจะไหลออกมาในเวลาต่อมาเมมเบรน
ขนส่งแบบพาสซีฟ: การแพร่กระจาย
การเคลื่อนไหวตามไล่ระดับความเข้มข้น (จากสูงไปต่ำ) เกิดขึ้นโดยไม่ต้องใช้พลังงาน การขนส่งแบบพาสซีฟมีสองประเภท: ออสโมซิสและการแพร่กระจาย หลังเรียบง่ายและน้ำหนักเบา
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการออสโมซิสคือกระบวนการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเกิดขึ้นผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ และการแพร่กระจายไปตามไล่ระดับความเข้มข้นเกิดขึ้นในเซลล์ที่มีเมมเบรนที่มีโมเลกุลไขมันสองชั้น ทิศทางการขนส่งขึ้นอยู่กับปริมาณของสารทั้งสองข้างของเมมเบรนเท่านั้น ด้วยวิธีนี้ สารที่ไม่ชอบน้ำ โมเลกุลของขั้ว ยูเรียจะแทรกซึมเข้าไปในเซลล์ และโปรตีน น้ำตาล ไอออน และดีเอ็นเอไม่สามารถแทรกซึมได้
ในระหว่างการแพร่ โมเลกุลมักจะเติมปริมาตรที่มีอยู่ทั้งหมด รวมทั้งทำให้ความเข้มข้นทั้งสองด้านของเมมเบรนเท่ากัน มันเกิดขึ้นที่เมมเบรนไม่สามารถซึมผ่านหรือซึมผ่านสารได้ไม่ดี ในกรณีนี้ แรงออสโมติกจะกระทำต่อมัน ซึ่งจะทำให้สิ่งกีดขวางแน่นขึ้นหรือยืดออก ทำให้ท่อสูบน้ำมีขนาดเพิ่มขึ้น
อำนวยความสะดวกในการแพร่กระจาย
เมื่อระดับความเข้มข้นไม่เพียงพอสำหรับการขนส่งสาร โปรตีนบางชนิดก็เข้ามาช่วยเหลือ พวกมันอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ในลักษณะเดียวกับโมเลกุล ATP ต้องขอบคุณพวกเขาที่ทำให้การขนส่งทั้งแบบแอคทีฟและพาสซีฟ
ด้วยวิธีนี้ โมเลกุลขนาดใหญ่ (โปรตีน, DNA) จะทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์สารที่มีขั้ว ได้แก่ กรดอะมิโน น้ำตาล ไอออน เนื่องจากการมีส่วนร่วมของโปรตีน อัตราการขนส่งจึงเพิ่มขึ้นหลายเท่าเมื่อเทียบกับการแพร่แบบปกติ แต่การเร่งความเร็วนี้ขึ้นอยู่กับเหตุผลบางประการ:
- การไล่ระดับของสสารภายในและภายนอกเซลล์
- จำนวนโมเลกุลพาหะ
- อัตราการผูกมัดของสารเสพติด
- อัตราการเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวด้านในของเยื่อหุ้มเซลล์
ทั้งนี้ การขนส่งดำเนินไปได้ด้วยการทำงานของโปรตีนพาหะ และในกรณีนี้จะไม่ใช้พลังงาน ATP
คุณสมบัติหลักที่อธิบายลักษณะการแพร่กระจายที่สะดวกคือ:
- โอนถ่ายเร็ว
- เลือกขนส่ง
- ความอิ่มตัว (เมื่อโปรตีนทั้งหมดไม่ว่าง)
- การแข่งขันระหว่างสาร (เนื่องจากความสัมพันธ์ของโปรตีน)
- ความไวต่อสารเคมีจำเพาะ - สารยับยั้ง
ออสโมซิส
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ออสโมซิสคือการเคลื่อนที่ของสารตามระดับความเข้มข้นผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ กระบวนการออสโมซิสได้รับการอธิบายอย่างครบถ้วนที่สุดโดยหลักการของเลชาเตอลิเยร์-บราวน์ มันบอกว่าถ้าระบบในภาวะสมดุลได้รับอิทธิพลจากภายนอก ระบบก็จะมีแนวโน้มที่จะกลับสู่สถานะเดิม ครั้งแรกที่ปรากฏการณ์ออสโมซิสถูกพบในกลางศตวรรษที่ 18 แต่ก็ไม่ได้ให้ความสำคัญมากนัก การวิจัยเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้เริ่มขึ้นในอีกหนึ่งร้อยปีต่อมา
องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในปรากฏการณ์ออสโมซิสคือเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ซึ่งยอมให้โมเลกุลบางตัวเท่านั้นที่จะผ่านเข้าไปได้เส้นผ่านศูนย์กลางหรือคุณสมบัติ ตัวอย่างเช่น ในสารละลายสองชนิดที่มีความเข้มข้นต่างกัน ตัวทำละลายเท่านั้นที่จะผ่านสิ่งกีดขวาง สิ่งนี้จะดำเนินต่อไปจนกว่าความเข้มข้นทั้งสองด้านของเมมเบรนจะเท่ากัน
ออสโมซิสมีบทบาทสำคัญในชีวิตของเซลล์ ปรากฏการณ์นี้ยอมให้เฉพาะสารที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตเพื่อแทรกซึมเข้าไป เซลล์เม็ดเลือดแดงมีเมมเบรนที่ช่วยให้น้ำ ออกซิเจน และสารอาหารผ่านเข้าไปได้เท่านั้น แต่โปรตีนที่สร้างภายในเซลล์เม็ดเลือดแดงไม่สามารถออกไปได้
ปรากฏการณ์ออสโมซิสยังพบการประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันอีกด้วย ผู้คนในกระบวนการเกลืออาหารใช้หลักการของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลอย่างแม่นยำตามการไล่ระดับความเข้มข้นโดยไม่ต้องสงสัยเลย น้ำเกลืออิ่มตัว "ดึง" น้ำทั้งหมดออกจากผลิตภัณฑ์ ซึ่งช่วยให้เก็บได้นานขึ้น
