일반생물학실험 | Osmosis and Plasmolysis - 삼투압과 원형질분리

 

 

 

TIP

 

 

1. 삼투압에 따른 세포의 변화를 관찰해보고, 삼투압이 생명에 미치는 영향에 대해 생각해 본다.
2. 식물세포, 동물세포의 각각 등장액, 저장액, 고장액에서 삼투현상에 의한 변화의 모습을 관찰한다. 그리고 세포벽의 유무에 따른 결과를 이해한다.

 

 

 

생명의 기본 단위인 세포(cell)는 그의 생존에 필요한 구조와 분자 구성물을 포함하고 있으며 이 안에서 세포는 원료를 취하고 에너지를 추출하고, 그 자체의 분자를 합성하고, 유기적 형태로 생장하고, 환경으로부터의 자극에 반응하며, 스스로 증식하게 된다. 이러한 정교한 생명 과정이 일어나기 위해서 생명에 필수적인 물질은 지속적으로 흡수하고 대사 노폐물은 방출하는 작용이 필요하다. 이렇게 세포에서 방출되거나 흡수되는 물질은 원형질막(plasma membrane)을 통과해야만 한다. 원형질막이 흔히 살아 있는 막으로 일컬어지는 것은 이 막을 통한 수송이 매우 선택적이며 세포로의 물질 이동이 섬세한 조절을 받기 때문일 것이다.

 

물질이 막을 통과할 수 있는 정도를 막의 투과성(permeability)라고 정의 할 때 원형질막은 어떤 물질에 대해서는 더 투과성이 높기 때문에 선택적 투과성(selective permeability)을 갖는다고 한다. 원형질막에 의한 물질의 출입은 많은 요인에 의해 영향을 받지만 가장 중요한 것은 그 물질의 크기, 극성, 그리고 전하이다. 포도당과 설탕과 같은 다소 큰 분자는 스스로 막을 통과하기가 매우 어렵다. 또한 나트륨, 칼륨, 칼슘 이온과 같이 전하를 띤 물질도 어떤 도움(에너지를 사용한다거나 다른 단백질의 도움)을 받지 못하면 막을 통과하기가 어렵다.

 

반면, 작고 비극성인 물질(산소, 질소), 그리고 작고 약한 극성을 띠나 전하를 갖지 않은 분자(물, 이산화탄소, 글리세롤, 요소)는 쉽게 막을 통과할 수 있다. 이들은 각각의 농도 기울기에 의거하여 고농도에서 저 농도로 이동하게 된다. 이를 확산(diffusion)이라고 하며 이러한 이동은 균등한 분포가 되어 물질이 역동적인 평형 상태(dynamic equilibrium)에 도달할 때가지 계속된다.

 

 

삼투현상과 세포

세포내의 농도의 물과 용질을 갖는 환경을 등장(isotonic)이라고 한다. 세포가 만약 이러한 환경에서만 살 수 있다면 이들은 삼투에 대한 어떠한 걱정도 필요 없을 것이다. 그러나 세포는 세포질에 있는 물보다 상대적으로 더 많은 물을 가지고 있는 저장액(hypotonic), 물의 농도가 세포에서보다 낮고 용질의 농도가 더 높은 고장액(hypertonic)과 같은 다양한 삼투 조건하에 놓일 수 있기 때문에 이에 대한 다양한 적응을 통해서만 살아나갈 수 있게 되는 것이다. 예를 들어 세포벽이 없는 동물 세포의 경우 과도한 물의 유입에 의해 쉽게 파괴된다. 적혈구의 경우 등장액인 1.0%의 염 용액에 넣으면 한동안 안정된 상태로 남아 있고 그 모양을 유지할 수 있다.

 

하지만 이 적혈구를 저장액에 넣으면 삼투현상에 의한 물의 과도한 유입으로 결국 세포가 터져버리는 용혈현상(hemolysis)이 일어난다. 반대로 고장액에서 물은 삼투현상에 의해 세포로부터 급속히 빠져나가고 세포는 원형질분리(plasmolysis)라고 하는 현상에 의해 수축된다. 식물 세포의 경우도 고장액에서 원형질 분리가 일어난다. 그러나 식물 세포는 단단하고 탄력이 있는 세포벽(cell wall)을 가지고 있어 터지지 않고 팽만(turgor) 상태를 유지할 수 있다.

 

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실험 방법

1. Observation of Hemolysis in Red Blood Cell

1) 0, 0.9, 3 % NaCl 용액과 증류수를 각 slide glass에 한 방울 떨어뜨린다.

 

2) 손가락 끝을 70% alcohol로 소독한 후 lancet으로 찔러 나온 피를 slide glass의 각 용액에 한 방울씩 떨어뜨려 잘 섞어준 후 cover glass를 덮는다.

 

3) 광학 현미경을 이용하여 저배율에서 고배율의 순서로 형태를 관찰한다.

 

4) 어떤 용액에서 세포가 터지며 어떤 용액에서 세포가 수축되는지를 알아보고 등장액은 과연 어느 농도의 용액인지 설명한다.

 

2. Observation of Plasmolysis in Epidermis of Onion

1) 양파의 비늘 줄기의 얇은 껍질을 잘라 증류수 한 방울을 떨어뜨리고 cover glass를 덮은 후 광학현미경하에서 검경한다(저배율에서 고배율로).

 

2) Cover glass 주위에 여과지로 물기 제거 후 10 % NaCl을 cover glass의 한쪽에 떨구고 반대쪽에 여과지를 대어 잎이 있는 곳으로 용액이 스며들도록 한다.

 

3) 세포 모양의 변화를 관찰한다.

 

 

 

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[일반생물학실험]Osmosis and Plasmolysis 레포트