Gradient

Gradient er et begrep som brukes i ulike felt av vitenskap og teknologi. I biologi betyr en gradient en endring i konsentrasjonen av et stoff i rommet. Dette kan være konsentrasjonen av ioner, hormoner, enzymer eller andre molekyler som kan påvirke celleaktivitet.

Gradienten brukes til å beskrive prosesser som skjer i levende organismer. For eksempel bestemmer konsentrasjonsgradienten av oksygen og karbondioksid hastigheten på celleånding. Glukosekonsentrasjonsgradienten bestemmer hastigheten som cellene bruker den med.

I teknologi brukes en gradient for å lage elektriske felt. For eksempel, i elektrostatikk, bestemmer gradienten til det elektriske feltet bevegelsesretningen til ladede partikler. Gradienter brukes også i optikk for å lage linser og speil.

Dermed er gradient et viktig begrep innen biologi og ingeniørfag. Den beskriver endringer i konsentrasjonen av stoffer i rommet og brukes til å modellere ulike prosesser i levende systemer og teknologi.

En gradient i biologi er en endring i egenskapene til en organismes habitat i retning fra ett punkt til et annet. En viktig komponent i gradienten er forskjellen i miljøets egenskaper, som organismen må overvinne for å nå målet om tilpasning. Konseptet ble introdusert av genetikeren Francesco Reaumur på 60-tallet av 1800-tallet. Han påpekte endringer i lys- og temperaturforhold og forklarte den essensielle betydningen av matfaktorer som funksjoner av miljøet som forårsaker bevegelse av alle levende ting. Denne forskningslinjen har vært ledende i mer enn 150 år, men de siste tiårene har gradientforskning vært basert på det molekylære nivået.

For eksempel kan temperaturgradienten i biorest brukes til å regulere aktiviteten til mitokondrielle gener. Etter å ha absorbert giftige metabolitter, blir mitokondrier tvunget til å øke syntesen av hydrogenperoksid, hvis konsentrasjon blir forhøyet, derfor vil acidose øke. Celler kompenserer for det endrede pH-miljøet ved å øke ATPase-spenningen og undertrykke syntesen av proteiner som krever et mer alkalisk miljø. Undertrykkelse av proteinsyntese skaper betingelser for dannelse av uløselige strukturer, noe som er viktig for å forhindre frigjøring av fritt kalsium til cytoplasmaet. Dette reduserer nivået av skadefaktoren. Med intensiv akkumulering av frie radikaler i cellen, er en betydelig reduksjon i nivået av nøkkelmolekyler i det molekylære apparatet ansvarlig for biosynteseprosesser, for eksempel proteinet som er nødvendig for mitokondriell respirasjon, mulig. Basert på dette bør kompensasjon av metabolske effekter også påvirke mange beskyttende reaksjoner, hvis grener er gitt av en stor mengde av PGC-1α-genet som er felles for alle mitokondrielle prosesser.