生命科学・細胞・物質移動／原理と探求
浸透と細胞の体積の解説
細胞を取り囲む溶液の濃度が変わると、選択的に水を通過させる膜の両側で水の純移動が変化する。動物・植物細胞を低張液・等張液・高張液に置き、体積変化を比較します。細胞壁の有無が溶血・膨圧・原形質分離にどのような違いを生むかを見てみましょう。
どのような原理？
高張液では水が純流出して細胞が小さくなります。低張液では純流入して大きくなり、動物細胞は溶血、植物細胞は膨圧を示します。
重要な関係
理想平衡 V/V₀ = Cᵢₙ,₀/Cₒᵤₜ
観察してみよう
- 水は双方向に移動します。濃度差が作る純移動が細胞体積を変えます。初期の中濃度を変えれば保存・登場・故障関係もまた判断します。
- 赤血球の等張液と高張液を実行・記録し、相対体積を比較します。
- 低張液で動物・植物細胞を比較します。植物の高張液では、細胞壁の内側膜が離れていく原形質分離を確認します。
結果を読み解く
低張液の中で植物細胞が無限に膨らまないのはなぜ？
水だけを通過する膜を想定します。植物では細胞壁と膨圧が水の純流入に対抗し、このモデルはV/V₀を1.15に制限します。
モデルの仮定と限界
水だけ通過し、溶質モル数は一定の希釈溶液モデルです。純移動は平衡に指数関数的に近づきます。赤血球のV/V₀>1.6は仮想溶血限界で、その後体積計算・水の移動は止まります。植物は1.15の人為的な上限を使います。膨圧は濃度差に比例した相対値であり、実際の圧力ではありません。実際の細胞の定量予測には使えません。