Verloop

Gradiënt is een term die op verschillende gebieden van wetenschap en technologie wordt gebruikt. In de biologie betekent een gradiënt een verandering in de concentratie van een stof in de ruimte. Dit kan de concentratie zijn van ionen, hormonen, enzymen of andere moleculen die de celactiviteit kunnen beïnvloeden.

De gradiënt wordt gebruikt om processen te beschrijven die plaatsvinden in levende organismen. De concentratiegradiënt van zuurstof en koolstofdioxide bepaalt bijvoorbeeld de snelheid van celademhaling. De glucoseconcentratiegradiënt bepaalt de snelheid waarmee cellen het gebruiken.

In de technologie wordt een gradiënt gebruikt om elektrische velden te creëren. In de elektrostatica bepaalt de gradiënt van het elektrische veld bijvoorbeeld de bewegingsrichting van geladen deeltjes. Gradiënten worden ook in de optica gebruikt om lenzen en spiegels te maken.

Gradiënt is dus een belangrijk concept in de biologie en techniek. Het beschrijft veranderingen in de concentratie van stoffen in de ruimte en wordt gebruikt om verschillende processen in levende systemen en technologie te modelleren.

Een gradiënt in de biologie is een verandering in de kenmerken van de habitat van een organisme in de richting van het ene punt naar het andere. Een belangrijk onderdeel van de gradiënt is het verschil in de eigenschappen van de omgeving, dat het organisme moet overwinnen om het doel van aanpassing te bereiken. Het concept werd in de jaren zestig van de 19e eeuw geïntroduceerd door geneticus Francesco Reaumur. Hij wees op veranderingen in licht- en temperatuuromstandigheden en legde het essentiële belang uit van voedselfactoren als functies van de omgeving die de beweging van alle levende wezens veroorzaken. Deze onderzoekslijn loopt al meer dan 150 jaar voorop, maar de afgelopen decennia is gradiëntonderzoek gebaseerd op het moleculaire niveau.

De temperatuurgradiënt in biorest kan bijvoorbeeld worden gebruikt om de activiteit van mitochondriale genen te reguleren. Na het absorberen van toxische metabolieten worden de mitochondriën gedwongen de synthese van waterstofperoxide te verhogen, waarvan de concentratie verhoogd wordt, waardoor de acidose zal toenemen. Cellen compenseren de veranderende pH-omgeving door de ATPase-spanning te verhogen en de synthese van eiwitten te onderdrukken die een meer alkalische omgeving vereisen. Onderdrukking van de eiwitsynthese schept omstandigheden voor de vorming van onoplosbare structuren, wat belangrijk is voor het voorkomen van de afgifte van vrij calcium in het cytoplasma. Dit vermindert het niveau van de schadelijke factor. Met intensieve accumulatie van vrije radicalen in de cel is een significante afname mogelijk van het niveau van sleutelmoleculen van het moleculaire apparaat dat verantwoordelijk is voor biosyntheseprocessen, bijvoorbeeld het eiwit dat nodig is voor mitochondriale ademhaling. Op basis hiervan zou de compensatie van metabolische effecten ook veel beschermende reacties moeten beïnvloeden, waarvan de takken worden geleverd door een grote hoeveelheid van het PGC-1α-gen dat gemeenschappelijk is voor alle mitochondriale processen.