삼투 현상이 나타나는 근본적인 원인은 무엇인가요?
안녕하세요. 인지질 이중충막은 친수성 용질의 이동을 방지하기 위한 것으로 알고 있는데 어떻게 친수성 용질에 해당하는 물이 이동하는 삼투 현상이 나타날 수 있는 것인지 궁금합니다.
말씀하신대로 인지질 이중층막은 친수성 용질의 이동을 막는 막이 맞습니다.
하지만 물은 매우 작을 뿐만 아니라 전하를 띠지 않으며, 짧은 순간 약한 쌍극성을 띠기는 하지만 막을 통과할 수 있는 독특한 특성을 가지고 있습니다.
삼투 현상은 반투과성 막을 경계로 용질의 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 물이 이동하는 현상입니다. 이 현상은 물 분자가 인지질 이중층막을 통과할 수 있기 때문에 일어나는 것이죠.
그리고 삼투 현상은 물이 인지질 막을 직접 통과하는 느린 과정과 아쿠아포린이라는 특정 단백질 채널을 통해 빠르게 통과하는 두 가지 경로를 통해 일어납니다.
그리고 친수성 용질, 예를 들어 나트륨 이온이나 포도당과 같은 분자는 전하를 띠거나 크기가 커서 인지질 막을 직접 통과하기 어렵습니다. 그런 경우 특정 수송 단백질이나 채널을 통해서만 이동할 수 있죠. 이와 달리 물은 전하를 띠지 않고 크기가 매우 작으며, 아쿠아포린이라는 전용 통로까지 있기 때문에 막을 자유롭게 통과할 수 있는 것입니다.
삼투 현상의 근본적인 원인은 반투과성막을 경계로 용매 분자의 농도를 같게 하려는 자연적 현상인 농도 평형 때문입니다. 인지질 이중층막은 친수성 용질의 이동을 막지만, 물 분자는 크기가 매우 작고 특별한 통로(아쿠아포린)를 통해 이동할 수 있기 때문에 삼투 현상이 일어납니다. 따라서 용질은 이동하지 못하고 물 분자만 이동하여 농도 차이를 줄이는 방향으로 흐르게 됩니다.
안녕하세요.
네, 삼투 현상이 나타나는 근본적인 원인은 물 분자가 가지는 자유에너지 차이와 그것을 일으키는 용질 농도 차이 때문인데요, 세포막을 이루는 인지질 이중층은 대부분의 이온이나 극성 분자가 쉽게 통과하지 못하도록 차단하는 장벽 역할을 하지만, 물 분자 자체는 매우 작고 극성임에도 불구하고 특정 단백질 통로인 수분 통로 단백질(아쿠아포린)을 통해 빠르게 이동할 수 있습니다. 따라서 세포막은 일반적으로 용질에 대해서는 반투과적이지만, 물에 대해서는 선택적으로 투과성을 가지게 됩니다. 이때 농도가 높은 쪽은 사실상 물의 활동도가 낮은 상태이며, 농도가 낮은 쪽은 물의 활동도가 높은 상태입니다. 물은 더 자유롭게 움직일 수 있는 쪽에서 덜 자유로운 쪽으로 이동하려는 경향이 있기 때문에, 세포막 양쪽의 자유에너지 차이를 줄이려는 방향으로 이동하는데요 이것이 바로 삼투 현상입니다. 즉 삼투 현상이 나타나는 근본적인 이유는 막 양쪽의 물 분자가 가지는 화학적 퍼텐셜 차이이며, 물은 이를 평형화하려는 과정에서 이동하게 되는 것입니다. 감사합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
삼투현상의 근본적인 원인이라고하면,
용질의 농도차이에따른 물 분자의 화학적인 포텐셜 차이라고 볼 수 있습니다.
인지질이중층 자체는 물도 잘 통과시키지 못하지만,
세포막에는 아쿠아포린이라는 수분통로단백질이 있어서, 물이 선택적으로 이동할수있고,
이때 물은 농도가 낮은쪽에서 높은쪽으로 이동해서 평형을 이루려하는 현상을 보입니다.
감사합니다.