확산 및 삼투

확산과 삼투는 세포가 필요로 하는 물과 기타 물질이 세포막을 통해 어떻게 운반되는지를 설명하는 중요한 개념입니다.

먼저 확산에 대해 이야기해 보겠습니다. 이는 고농도 영역에서 저농도 영역으로의 입자의 순 이동으로 정의됩니다. 두 영역 사이의 점진적인 농도 변화를 농도 구배(concentration gradient)라고 합니다. 확산은 순방향이지만 입자는 무작위 운동으로 인해 양방향으로 지속적으로 움직이기 때문에 농도 구배 전체에서 입자 밀도가 동일한 평형 상태에서도 입자는 일정한 교환 속도로 양방향으로 계속 움직입니다.

마찬가지로 물은 삼투라고 하는 과정에서 확산에 의해 세포막을 가로질러 이동하지만 모든 것이 세포막을 자유롭게 통과할 수 있는 것은 아니기 때문에 반투과성이라고 합니다. 이것은 세포가 막 내부와 외부의 다른 농도의 용질을 조절하고 유지할 수 있음을 의미하기 때문에 중요합니다. 반투과성 멤브레인으로 분리된 용액의 상대적인 용질 농도에 따라 우리는 이를 저장성(hypotonic), 등장성(isotonic) 또는 과긴장성(hypertonic)이라고 부릅니다. Hypotonic은 용질 농도가 외부에 비해 세포 내부에서 더 큰 경우입니다. 등장성(Isotonic)은 내부 용질 농도가 외부 농도와 같을 때입니다. 긴장성 현상은 외부 용질 농도가 내부 용질 농도를 초과하는 경우입니다. 이것은 물이 용질 농도가 더 높은 영역으로 이동함에 따라 세포 안팎으로 물의 이동에 영향을 미칠 수 있습니다. 차례로, 이것은 세포의 모양에 영향을 미쳐 hypotonic 용액에서 세포 팽만감을 유발할 수 있으며, 등장 용액에서는 형태 변화가 없으며 hypertonic 용액이 존재할 때 세포가 쭈글쭈글해질 수 있습니다.

물이 세포로 이동하는 능력은 추가 식물 세포벽이 존재하기 때문에 식물과 동물 세포 간에 다릅니다. 세포벽은 단단하고 작은 분자만 투과할 수 있습니다. 물이 식물 세포로 이동할 때 세포막이 세포벽에 밀려 올라가 정수압 또는 터고르 압력을 생성합니다. 이 압력은 물이 셀에 들어갈 수 있는 양과 속도를 제한합니다.

확산은 또한 세포 크기를 제한하는 주요 요인이며 단세포 유기체가 일반적으로 매우 작은 이유를 설명하는 데 도움이 됩니다. 다세포 유기체는 많은 작은 세포로 구성되어 총 표면적 대 부피 비율이 더 크고 확산 속도가 증가합니다. 호흡과 소화와 같은 생리학의 많은 측면이 확산에 의존합니다. 예를 들어, 인간의 폐에는 작은 주머니와 같은 작은 폐포가 많이 있습니다. 이 여분의 표면적은 폐가 혈류 안팎으로 가스를 확산시킬 때 더 효율적으로 만듭니다.

이 실험실에서는 한천 큐브와 투석 튜브의 두 가지 세포 모델을 사용하여 확산과 삼투압의 원리를 테스트합니다.