拡散と浸透

拡散と浸透は、細胞が必要とする水やその他の物質が細胞膜を越えてどのように輸送されるかを説明する重要な概念です。

まず、拡散について話しましょう。これは、高濃度の領域から低濃度の領域への粒子の正味の移動として定義されます。2 つの領域間の濃度の段階的な変化は、濃度勾配と呼ばれます。拡散は正味の指向性ですが、粒子はランダムな動きによって常に両方向に移動しているため、粒子密度が濃度勾配全体で同じである平衡状態でも、粒子は一定の交換速度で両方向に移動し続けます。

同様に、水は浸透と呼ばれるプロセスで拡散によって細胞膜を横切って移動しますが、すべてが細胞膜を自由に通過できるわけではないため、半透性と呼ばれます。これは、細胞が膜の内側と外側で異なる濃度の溶質を調節し維持できることを意味するため、重要です。半透膜によって分離された溶液の相対溶質濃度に応じて、それらを低張性、等張性、または高張性と呼びます。低張とは、溶質濃度が細胞内に比べて細胞内の方が高い場合です。等張性は、内側の溶質濃度が外側の濃度と等しい場合です。高張性とは、外側の溶質濃度が内側の溶質濃度を超える場合です。これは、水が溶質濃度の高い領域に移動するときに、細胞に出入りする水の動きに影響を与える可能性があります。次に、これは細胞の形状に影響を与える可能性があり、低張液で細胞の肥大化を引き起こし、等張液の形状変化はなく、高張液の存在下で細胞が収縮します。

水が細胞に移動する能力は、追加の植物細胞壁が存在するため、植物細胞と動物細胞で異なります。細胞壁は硬く、小分子に対してのみ透過性があります。水が植物細胞に移動すると、膜が細胞壁に押し上げられ、静水圧または膨満圧が発生します。この圧力により、セルに水が入る量と速度が制限されます。

拡散も細胞サイズの主要な制限要因であり、単細胞生物が一般的に非常に小さい理由を説明するのに役立ちます。多細胞生物は多数の小さな細胞で構成されており、総表面積と体積の比率が大きく、拡散速度が増加しています。呼吸や消化など、私たちの生理機能の多くの側面は拡散に依存しています。例えば、人間の肺には小さなポケットのような小さな肺胞がたくさんあります。この余分な表面積により、肺は血流に出入りするガスの拡散をより効率的に行うことができます。

このラボでは、寒天キューブと透析チューブの2つの細胞モデルを使用して、拡散と浸透の原理をテストします。