삼투 : 과정, 유형, 확산과의 차이점 및 예 - 생물학 - 2025

삼투 멤브레인을 통한 수동적 현상 변위 물이다. 이것은 세포막, 상피 또는 인공막 일 수 있습니다. 물은 삼투압이 낮은 지역 (또는 물이 더 풍부한 지역)에서 삼투압이 높은 지역 (또는 물이 덜 풍부한 지역)으로 이동합니다.

이 과정은 생물학적으로 관련이 있으며 동물과 식물 모두에서 일련의 생리적 과정을 조율합니다.

출처 : OpenStax

삼투 현상을보고 한 최초의 연구원은 Abbé Jean Antoine Nollet입니다. 1748 년 Nollet은 동물 세포막을 연구하고 있었고 순수한 물을 막의 한쪽에 놓고 다른쪽에 희석 전해질 용액을 넣으면 물이 용질이있는 영역으로 이동하는 것을 발견했습니다.

따라서 농도 구배에 유리한 물의 통과가 설명되었으며 삼투라고 불렀습니다. 이 용어는 밀어 넣는 것을 의미하는 그리스어 뿌리 osmos에서 유래했습니다.

1877 년에 Wilhelm Pfeller는 삼투압에 대한 최초의 연구를했습니다. 그의 실험 설계는 다공성 점토 컵 표면에 구리 페로시 아나이드 "막"을 사용하여 물 분자의 통과를 허용하는 막을 생성하는 것과 관련이 있습니다.

Pfeller의 인공막은 상당한 삼투압을 견디고 붕괴되지 않을만큼 강했습니다. 이 연구원은 삼투압이 용질 농도에 비례한다는 결론을 내릴 수있었습니다.

방법

저농도 영역에서 고농도 영역으로의 막을 통한 물의 이동을 삼투라고합니다. 이 과정은 삼투압이 가장 낮은 영역에서 가장 높은 삼투압까지 발생합니다.

처음에이 진술은 혼란스럽고 모순적 일 수 있습니다. 우리는 수동적 인 "높은에서 낮은"움직임에 익숙합니다. 예를 들어, 열은 고온에서 저온으로, 포도당은 고농도 영역에서 덜 집중된 영역으로 확산되는 식입니다.

앞서 언급했듯이 삼투 현상을 경험하는 물은 저압에서 고압으로 이동합니다. 이는 용질이 덜 풍부한 단위 부피당 물이 더 풍부하기 때문에 발생합니다.

즉, 삼투 중에 물은 물 (물)이 더 풍부한 곳에서 덜 풍부한 곳으로 이동합니다. 따라서이 현상은 물의 관점에서 이해되어야한다.

삼투는 막을 통한 물의 이동을 제어하고 용질의 이동에 직접 영향을 미치지 않는다는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 용질이 확산되면 자체 화학 농도의 기울기를 따라 확산됩니다. 물만이 삼투압의 농도 구배를 따릅니다.

삼투압

압력?

삼투 과정을 이해하는 데있어 가장 혼란스러운 측면 중 하나는 압력이라는 단어를 사용하는 것입니다. 혼동을 피하기 위해 용액 자체가 삼투압으로 인해 정수압을 발휘하지 않는다는 점을 명확히하는 것이 중요합니다.

예를 들어 1M 포도당 용액의 삼투압은 22 기압입니다. 그러나이 용액은 유리 병을 "폭발"하지 않으며 분리 된 용액이 정수압으로 변환되지 않기 때문에 순수한 물과 동일한 방식으로 저장할 수 있습니다.

압력이라는 용어는 이러한 현상을 연구 한 최초의 과학자가 물리적 및 화학적 이었기 때문에 역사적 사고 때문에 만 사용되었습니다.

따라서 삼투압이 다른 두 용액이 막으로 분리되면 정수압이 생성됩니다.

삼투압 및 정수압

삼투 과정은 정수압의 형성으로 이어집니다. 압력 차이는 물이 확산됨에 따라 더 농축 된 용액의 수준을 상승시킵니다. 수위의 상승은 물의 순 이동률이 0이 될 때까지 계속됩니다.

순 흐름은 컴 파트먼트 II의 정수압이 물 분자를 작용 I로 되돌리기에 충분할 때 달성되며, 삼투로 인해 분자가 컴 파트먼트 I에서 II로 이동하는 것과 같은 속도입니다.

입자를 후퇴시키는 물의 압력 (구획 I에서 II로)을 구획 II에있는 용액의 삼투압이라고합니다.

세포의 물 흐름은 어떻게 제어됩니까?

삼투 현상 덕분에 물은 세포막을 통해 수동적으로 이동할 수 있습니다. 역사적으로 동물은이 물질의 흐름을 제어 할 수있는 능동적 인 물 수송 시스템이없는 것으로 알려져 있습니다.

그러나 활성 용질 수송 시스템은 물의 이동 방향을 유리한 방향으로 바꿀 수 있습니다. 이런 식으로 활성 용질 수송은 동물이 대사 에너지를 사용하여 물 수송 방향을 제어하는 ​​한 가지 방법입니다.

부량

삼투에 의해 물이 막을 통과하는 속도를 측정 할 수있는 수학 공식이 있습니다. 이를 계산하는 방정식은 다음과 같습니다.

물의 삼투 수송 속도 = K (Π ₁ –Π ₂ / X). 여기서 Π ₁ 과 Π ₂ 는 막 양쪽에있는 용액의 삼투압이고 X는 이들을 분리하는 거리입니다.

관계 (Π ₁ –Π ₂ / X)는 삼투압 구배 또는 삼투 구배로 알려져 있습니다.

방정식의 마지막 항은 K는 온도와 멤브레인의 투과성에 따라 달라지는 비례 계수입니다.

확산과의 차이점

방송이란?

확산은 용해되거나 부유하는 분자의 무작위 열 이동에 의해 발생하며, 이는 고농도 영역에서 가장 낮은 영역으로 분산됩니다. 확산 속도는 Fick 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

분자의 무작위 분포로 표현되는 엔트로피의 증가로 인한 엑서 고닉 과정입니다.

물질이 전해 물질 인 경우 농도 외에도 두 구획 사이의 총 전하 차이를 고려해야합니다.

삼투는 확산의 특별한 경우입니다

확산과 삼투는 상반되는 용어가 아니며 상호 배타적 인 개념이 아닙니다.

물 분자는 세포막을 통해 빠르게 이동할 수 있습니다. 우리가 설명했듯이, 그들은 삼투라고 불리는 과정에서 낮은 용질 농도의 영역에서 높은 농도의 영역으로 확산됩니다.

“물 농도”라고 말하는 것이 이상해 보이지만이 물질은 다른 물질처럼 행동합니다. 즉, 농도 구배에 찬성하여 확산됩니다.

그러나 일부 저자는 "물 확산"이라는 용어를 삼투의 동의어로 사용합니다. 문자 그대로 생물학적 시스템에 적용하는 것은 생물학적 막을 통한 삼투 속도가 단순한 확산 과정에서 예상되는 것보다 높은 것으로 나타났기 때문에 잘못 될 수 있습니다.

일부 생물학적 시스템에서 물은 세포막을 통해 단순한 확산을 통해 전달됩니다. 그러나 일부 세포에는 물의 통과를위한 특별한 통로가 있습니다. 가장 중요한 것은 아쿠아 포린 (aquaporin)이라고 불리며 막을 통한 물의 흐름 속도를 증가시킵니다.

예

생물학적 시스템 내에서 세포막을 통한 물의 이동은 수십 가지 생리적 과정을 이해하는 데 중요합니다. 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

민물 고기의 삼투 교환

동물에서 삼투의 역할에 대한 흥미로운 예는 담수에 사는 물고기에서 발생하는 물 교환입니다.

담수에 서식하는 동물은 혈장 및 기타 체액의 농도가 물의 농도보다 훨씬 높기 때문에 자신이 사는 강이나 연못에서 지속적으로 물을 섭취합니다. .

Carassius auratus 종의 물고기는 담수 환경에 서식합니다. 100g의 질량을 가진 개인은 몸 안의 물의 움직임 덕분에 하루에 약 30g의 물을 얻을 수 있습니다. 물고기는 과잉 물을 지속적으로 제거하기위한 에너지 비용이 많이 드는 시스템을 가지고 있습니다.

액체의 재 흡수

동물의 위장 계에서 제대로 기능하려면 삼투 현상이 일어나야합니다. 소화관은 장을 둘러싸고있는 세포에 의해 삼투에 의해 재 흡수되어야하는 상당한 양의 체액 (리터 단위)을 분비합니다.

이 시스템이 작동하지 않으면 심각한 설사 사건이 발생할 수 있습니다. 이 오작동의 연장은 환자의 탈수로 이어질 수 있습니다.

식물의 Turgor

세포 내부의 물의 양은 내부 및 외부 매체의 농도에 따라 달라지며, 흐름은 확산 및 삼투 현상에 의해 조정됩니다.

동물 세포 (예 : 적혈구)를 물의 유입을 촉진하는 배지에 넣으면 파열 될 수 있습니다. 대조적으로, 식물 세포는 삼투 스트레스로부터 보호하는 벽을 가지고 있습니다.

실제로 나무가 아닌 식물은 수동적 인 물 유입으로 인해 발생하는 압력을 이용합니다. 이 압력은 잎, 터지 같은 다른 식물 기관을 유지하는 데 도움이됩니다. 물이 세포 밖으로 흐르기 시작하자마자 세포는 탁함을 잃고 시들게됩니다.

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