[일반생물학실험]원형질막의 물질이동 1부

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

생명의 기본단위인 세포(cell)는 그의 생존에 필요한 구조와 분자 구성물을 포함하고 있으며 이 안에서 세포는 원료를 취하고 에너지를 추출하고, 그 자체의 분자를 합성하고, 유기적 형태로 새장하고, 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 원형질막을 통과해야만 한다. 원형질막이 흔히 살아 있는 막으로 일컬어지는 것은 이 막을 통한 수송이 매우 선택적이며 세포로 물질 이동이 섬세한 조절을 받기 때문일 것이다. 물질이 막을 통과할 수 이는 정도를 막의 투과성이라고 정의할 때 원형질막은 어떤 물질에 대해서는 더 투과성이 높기 때문에 선택적 투과성을 갖는다고 한다.

 

모든 세포는 공통적으로 원형질막이라는 막으로 둘러싸여 있다. 많은 종류의 용질들이 수송체 단백질 내부의 통로나 터널을 통한 확산에 의해 막을 통과한다. 용질이나 이온이 내부 통로로 들어가 단백질과 약하게 결합하면 단백질의 형태가 바뀐다. 결합된 용질 뒤쪽의 통로가 닫히고 앞쪽이 열리는 막의 반대편 유체환경에 용질이 노출된다. 이때 결합자리가 결합하기 이전의 원래 모습으로 돌아가게 되면서 용질이 방출된다.

 

2. 원형질막

원형질 표면을 덮는 엷은 막. 두께는 5∼25μm이다. 광학현미경으로는 관찰할 수 없지만 전자현미경으로 관찰이 가능하다. 이 막은 원형질 표면, 즉 매액(媒液)과의 계면에 형성된 흡착막 또는 침전막으로 생각된다. 원형질막의 분자구조는 레시틴이나 콜레스테롤 등의 표면 활성물질 분자가 2분자층으로 그 표면에 배열되며, 이것을 각 1분자층의 단백질 분자가 양쪽에서 샌드위치한 단위막 구조이다. 전자현미경적으로 이 단위는 암 ·명 ·암의 3층(각 약 20㎚)으로 구별된다. 원형질의 투과성에 중요한 구실을 하며, 생리상태가 변하면 그 투과성도 신속히 변한다. 또, 손상에 대해서는 쉽게 새로 형성된다.

 

3. 생체막을 통한 물질 이동

① 확산 :저분자 물질이 고농도에서 저농도 쪽으로 이동하는 단순확산과 운반체를 통해 일어나는 촉진확산이 있다.

용액에 따른 식물세포의 체적변화

② 삼투 : 반투과성막을 통해 용매만 이동하고 용질은 이동하지 못하는 현상. 식물세포를 저장액에 넣으면 흡수력은 삼투압에서 팽압을 뺀 값이 된다. 삼투압은 cRT (c:농도, R:기체상수, T:절대온도)로 구한다.

식물 세포		동물 세포
저장액	고장액	저장액	고장액
팽윤	원형질분리	용혈	위축

③ 능동수송 : 농도차에 역행하여 물질 이동하는 현상으로 에너지가 사용되고 운반체가 관여한다.

예) Na-K펌프, 융털의 양분 흡수, 뿌리털의 무기염류흡수

④ 내포, 외포 작용:세포막이 변형되면서 고분자 물질, 고형 성분이 이동하는 현상으로 에너지가 사용된다.

 

4. 동물세포의 삼투현상

1) 동물세포 + 저장액 → 용혈현상

2) 동물세포 + 등장액 → 변화 없음

3) 동물세포 + 고장액 → 위축

 

5. 식물세포의 삼투현상

1) 식물세포 + 저장액 → 팽윤상태

2) 식물세포 + 등장액 → 변화 없음

3) 식물세포 + 고장액 → 원형질 분리

 

6. 세포의 기능

식물세포의 삼투압(Os), 흡수력(S). 팽압(T)과의 관계

흡수력 = 삼투압 - 팽압

1) 팽압(T)이 커질수록 흡수력(S)은 감소한다.

2) 삼투압(Os)=팽압(T) 일때 흡수력(S) = 0 세포의 부피가 최대가 된다.

3) 팽압(T) = 0 일때 흡수력(S)은 최대이다

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) 혈액, 양파, 70%알코올(소독용), lancet(채혈용침), 슬라이들라스, 커버글라스, 스포이드, 여과지

2) 면도칼, 증류수, 핀셋, 현미경, 염화나트륨용액(NaCl sol.) 0.95%, 5.8% 10%

 

실험 방법

1. 용혈현상

1) 손가락 끝을 소독용 알코올로 닦고, 란셋으로 찔러 한 방울씩의 혈액을 3장의 슬라이드글라스 위에 각각 떨어뜨린다.

2) 각 슬라이드글라스 위에 증류수 0.95% 및 5.8%의 염화나트륨 용액을 각각 떨어 뜨린다.

3) 커버글라스를 덮고 현미경으로 관찰한다.

 

2. 원형질분리

1) 양파를 4등분하여 구경의 인편 한 부분을 분리한다.

2) 안쪽의 표피를 핀셋으로 벗긴 후, 5㎟ 정도로 절단한다.

3) 슬라이드글라스에 증류수 한 방울을 떨어뜨리고 절단된 재료를 놓는다.

4) 커버글라스를덮고 여과지로 증휴수를 제거한다.

5) 10% 염화나트륨 용액을 커버글라스 한쪽으로 가한다.

6) 약 5분간 방치한 후 현미경으로 관찰한다.

 

[Biology/일반생물학] - [일반생물학실험]원형질막의 물질이동 2부