Градиент

Градиент е термин, който се използва в различни области на науката и технологиите. В биологията градиент означава промяна в концентрацията на вещество в пространството. Това може да е концентрацията на йони, хормони, ензими или други молекули, които могат да повлияят на клетъчната активност.

Градиентът се използва за описание на процеси, протичащи в живите организми. Например градиентът на концентрацията на кислород и въглероден диоксид определя скоростта на клетъчното дишане. Градиентът на концентрацията на глюкоза определя скоростта, с която клетките я използват.

В технологията градиентът се използва за създаване на електрически полета. Например в електростатиката градиентът на електрическото поле определя посоката на движение на заредените частици. Градиентите се използват и в оптиката за създаване на лещи и огледала.

По този начин градиентът е важна концепция в биологията и инженерството. Той описва промените в концентрацията на вещества в космоса и се използва за моделиране на различни процеси в живите системи и технологии.

Градиентът в биологията е промяна в характеристиките на местообитанието на организма в посока от една точка към друга. Важен компонент на градиента е разликата в свойствата на средата, която организмът трябва да преодолее, за да постигне целта на адаптацията. Концепцията е въведена от генетикът Франческо Реомюр през 60-те години на 19 век. Той посочи промените в светлинните и температурните условия и обясни същественото значение на хранителните фактори като функции на околната среда, които причиняват движението на всички живи същества. Тази линия на изследване е водеща в продължение на повече от 150 години, но през последните десетилетия изследването на градиента се основава на молекулярно ниво.

Например температурният градиент в биооста може да се използва за регулиране на активността на митохондриалните гени. След абсорбиране на токсични метаболити митохондриите са принудени да увеличат синтеза на водороден пероксид, чиято концентрация се повишава, следователно ацидозата ще се увеличи. Клетките компенсират променящото се рН на околната среда чрез повишаване на напрежението на АТФ-азата и потискане на синтеза на протеини, които изискват по-алкална среда. Потискането на протеиновия синтез създава условия за образуване на неразтворими структури, което е важно за предотвратяване на освобождаването на свободен калций в цитоплазмата. Това намалява нивото на увреждащия фактор. При интензивно натрупване на свободни радикали в клетката е възможно значително намаляване на нивото на ключовите молекули на молекулярния апарат, отговорни за процесите на биосинтеза, например протеина, необходим за митохондриалното дишане. Въз основа на това, компенсирането на метаболитните ефекти също трябва да повлияе на много защитни реакции, чиито клонове се осигуряват от голямо количество от гена PGC-1α, общ за всички митохондриални процеси.