Lutning

Gradient är en term som används inom olika vetenskaps- och teknikområden. Inom biologi betyder en gradient en förändring av koncentrationen av ett ämne i rymden. Detta kan vara koncentrationen av joner, hormoner, enzymer eller andra molekyler som kan påverka cellaktiviteten.

Gradienten används för att beskriva processer som sker i levande organismer. Till exempel bestämmer koncentrationsgradienten av syre och koldioxid graden av cellandning. Glukoskoncentrationsgradienten bestämmer hastigheten med vilken cellerna använder den.

Inom tekniken används en gradient för att skapa elektriska fält. Till exempel, i elektrostatik, bestämmer gradienten av det elektriska fältet rörelseriktningen för laddade partiklar. Gradienter används också i optik för att skapa linser och speglar.

Gradient är således ett viktigt begrepp inom biologi och teknik. Den beskriver förändringar i koncentrationen av ämnen i rymden och används för att modellera olika processer i levande system och teknologi.

En gradient i biologi är en förändring av egenskaperna hos en organisms livsmiljö i riktning från en punkt till en annan. En viktig komponent i gradienten är skillnaden i miljöns egenskaper som organismen måste övervinna för att uppnå målet om anpassning. Konceptet introducerades av genetikern Francesco Reaumur på 60-talet av 1800-talet. Han påpekade förändringar i ljus- och temperaturförhållanden och förklarade den väsentliga betydelsen av matfaktorer som funktioner i miljön som orsakar förflyttning av allt levande. Denna forskningslinje har varit ledande i mer än 150 år, men under de senaste decennierna har gradientforskning utgått från den molekylära nivån.

Till exempel kan temperaturgradienten i biorest användas för att reglera aktiviteten hos mitokondriella gener. Efter att ha absorberat giftiga metaboliter tvingas mitokondrier att öka syntesen av väteperoxid, vars koncentration blir förhöjd, därför kommer acidos att öka. Celler kompenserar för den förändrade pH-miljön genom att öka ATPase-spänningen och undertrycka syntesen av proteiner som kräver en mer alkalisk miljö. Undertryckande av proteinsyntes skapar förutsättningar för bildandet av olösliga strukturer, vilket är viktigt för att förhindra frisättning av fritt kalcium i cytoplasman. Detta minskar nivån på den skadliga faktorn. Med intensiv ackumulering av fria radikaler i cellen är en signifikant minskning av nivån av nyckelmolekyler i den molekylära apparaten som ansvarar för biosyntesprocesser möjlig, till exempel proteinet som är nödvändigt för mitokondriell andning. Baserat på detta bör kompensation av metaboliska effekter också påverka många skyddsreaktioner, vars grenar tillhandahålls av en stor mängd av PGC-1α-genen som är gemensam för alla mitokondriella processer.