안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
삼투 현상은 반투과성 막을 경계로, 용질의 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 용매인 물 분자가 이동하는 현상을 말하여, 세포막은 물 분자는 비교적 자유롭게 통과시키지만, 크기가 크거나 전하를 띤 용질은 잘 통과시키지 못하는 반투과성 막의 성질을 가집니다. 따라서 세포 안팎의 용질 농도 차이가 발생하면, 농도를 맞추기 위해 물이 직접 이동하면서 세포의 부피가 변하게 됩니다.
세포벽이 없는 적혈구와 같은 동물 세포는 세포 내부보다 농도가 낮은 저장액에 적혈구를 넣으면, 삼투압 차이로 인해 외부의 물이 세포 안으로 들어오면, 세포가 부풀어 오르다 결국 얇은 세포막이 내부 압력을 견디지 못하고 터져버리는데, 이를 용혈 현상이라고 합니다. 반대로 세포 안팎의 농도가 같은 등장액에서는 들어오고 나가는 물의 양이 같아 동적 평형을 이루므로 정상 구조를 유지하며, 농도가 높은 고장액에 놓이면 세포 내 수분이 빠져나가면서 세포가 주름지며 쪼그라들게 됩니다. 반면 식물 세포는 세포막 외곽에 단단한 세포벽을 가지고 있어 저장액에 식물 세포를 넣으면 물이 안으로 들어와 세포 부피가 커지지만, 단단한 세포벽 때문에 터지지 않고 세포벽을 미는 힘인 팽압이 최대가 되는 팽윤 상태를 유지합니다. 등장액에서는 형태 변화가 없지만, 고장액에 넣으면 수분이 빠져나가 세포 부피가 줄어들면서 세포막이 단단한 세포벽과 분리되는 원형질 분리 현상이 일어납니다.
이처럼 세포 안팎의 삼투압 평형을 유지하는 것은 생명체의 생존에 결정적입니다. 동물은 세포벽이 없어 체액의 삼투압 균형이 깨지면 혈액 내 세포들이 파괴되거나 손상됩니다. 또한 세포 내 수분량과 이온 농도가 급격히 변하면 각종 효소와 단백질이 변성되어 정상적인 생화학 대사 작용이 중단됩니다. 식물 역시 적절한 삼투압을 통해 발생하는 팽압을 이용해 식물체를 꼿꼿하게 지지하므로, 삼투 평형을 잃으면 시들어 죽게 됩니다.