[일반생물학실험] 확산(Diffusion), 원형질 분리(Plasmolysis), 용혈현상(Hemolysis) 2부

실험 결과

1. 결과 분석

1) 삼투현상(Osmosis)

시간(분)	5	10	15	20	25	30	35	40
60%	3.63	3.18	3.23	2.98	2.78	2.53	2.28	1.98
30%	3.58	3.38	2.73	2.28	1.78	1.28	0.68	0.18

단, 표의 데이터 값은 30%와 60%의 sucrose용액의 상승 높이

2) 원형질 분리(Plasmolysis)

원형질 분리를 관찰할 수 있었으며 증류수로 NaCl을 씻어낸 후에는 세포막이 원상복귀되는 현상(원형질 분리복귀)도 관찰할 수 있었다.

3) 용혈현상(Hemolysis)

① 혈액+0.9% NaCl(등장액) : 체내의 NaCl 농도인 0.9%와 같은 등장액에 적혈구가 존재하므로 적혈구는 정상적인 형태로 관찰되었다.

 

② 혈액+10% NaCl(고장액) : 적혈구가 체내 NaCl 농도인 0.9%보다 높은 농도의 용액 즉 고장액에 있으므로 적혈구내 수분이 외부로 빠져나가 찌그러진 모양을 나타내는 것이 관찰되었다.

③ 혈액+증류수(저장액) : 증류수는 NaCl의 농도가 0%로 저장액이므로 적혈구 내부로 용매가 들어와 적혈구가 부풀어 결국 터져버리는 용혈현상(hemolysis)가 일어난다. 결과적으로 적혈구가 다수 파괴되었기 때문에 간간히 보이는 터진 적혈구 외에 적혈구는 거의 관찰되지 않았다.

  

토의 사항

1. 실험 고찰

첫 번째 실험의 경우 결과 DATA를 분석하여 삼투현상에 대해 고찰해볼 수 있다. 삼투압을 구하는 식으로 알려진 π = iCRT (단, π는 삼투압, i는 이온화된 후 용액 내의 총 입자 수 또는 용액에 녹인 전체 입자 수, C는 몰농도, R은 기체상수, T는 온도이다.)에 따르면 60%의 sucrose는 30%의 sucrose보다 2배가량 높은 삼투압을 갖기 때문에 올라간 높이 또한 2배가량 높아야한다.(∵30%와 60%의 %농도를 몰농도로 환산해도 2배의 차이가 난다.) 하지만 실험진행에 정교함이 떨어져 데이터를 보면 알 수 있듯이 삼투압에 의해 용매가 이동하여 용액의 높이가 상승한 현상은 보여도 농도와 삼투압간의 비례관계는 찾아보기 힘들다. 그러나 위 결과를 통하여 위에서 예로 든 소금물의 경우와 같이 삼투현상이 정지-평형 상태를 이루게 되는 과정을 볼 수 있다. 앞서 말한 것과 같이 삼투현상에서 평형상태라는 것은 정적 평형상태가 아닌 동적평형상태로 역삼투압과 삼투압간의 경쟁으로 용매가 양뱡향 모두로 이동하며 일어난다. 데이터를 보면 시간이 지날수록 5분간의 상승높이가 줄어들고 있는데, 이것은 sucrose의 농도가 줄어들면서 삼투압이 줄어들고 동시에 수면이 높아짐으로써 역삼투압이 강해지기 때문이다. 

두 번째 실험의 경우 데이터를 보면 알 수 있듯이 세포막만이 반투과성 막으로 작용하며 원형질 분리가 일어난다. 식물세포의 삼투현상에는 크게 세가지가 있는데 각각 등장액에 넣었을 경우와 고장액에 넣었을 경우, 저장액에 넣었을 경우로 나뉜다. 이번 실험에서 해보았듯이 고장액에 넣었을 경우 원형질 분리가 일어나며, 등장액에서는 변화가 없고 저장액에서는 외부의 용매가 세포 내부로 들어와 팽팽한 팽윤상태가 된다. 이번 실험에서는 원형질 분리를 관찰한 후에 외부환경을 다시 등장액 조건으로 바꿔줌으로써 원형질 분리복귀(deplasmolysis)도 관찰할 수 있었는데, 원형질 분리가 일어난 이후 이것을 저장액이나 등장액에 넣어 외부환경을 원상복귀 시켜주면 원형질 또한 원래 보습대로 돌아가는 현상을 말한다. 

세 번째 실험은 적혈구를 이용한 실험으로 고장액에서는 적혈구가 쪼그라들었고, 등장액에서는 정상, 저장액에서는 내부로 용매가 들어와 터져버리는 용혈현상이 일어났다. 이를 토대로 동물세포의 삼투현상을 간단히 요약해보면, 고장액에서는 위축, 등장액에서는 변화 없음(단, 이때 동물세포의 무변화는 정적 평형이 아니라 동적 평형이다.), 저장액에서는 용혈현상이 일어난다.

 

2. 결론

본 실험을 통해 세포가 물질 이동에 사용하는 메커니즘 중 가장 주요한 세 가지 반응에 대하여 잘 이해할 수 있었다. 삼투 현상이란 물의 확산과 같은 것인데, 물이 농도가 낮은 곳에서 농도가 더 높은 곳으로 이동하는 현상이다. 실험에서 dialysis tubing에 Congo red가 농도가 주변에 비하여 높기 때문에 dialysis tubing 밖에 있는 물이 dialysis tubing안으로 이동하여 물의 높이가 변하는 현상을 관찰 할 수 있었다. 그 다음 실험으로는 원형질 분리에 대하여 실험을 했는데, 원형질 분리란 식물 세포에서 주변의 농도가 변함에 따라 세포질이 세포벽과 분리 되는 현상을 의미한다. 

세포벽이 딱딱하여 고정되어 있기 때문에 농도에 따라 세포벽의 형태는 변하지 않지만, 세포질의 경우 농도에 영향을 받아 수축 팽창이 가능하기 때문에 일어나는 현상이다. 주변 농도가 높을 경우 삼투 현상에 의해 세포질의 물이 바깥으로 빠져나가면서 세포질이 수축하게 된다. 식물세포에서는 이를 액포를 통해 조절하며 웬만한 농도변화에 형태를 유지할 수 있게 된다. 실험에서 농도가 세포의 농도보다 낮을 때, 높을 때를 전부 실험 해 보았는데 이론과 비슷한 현상을 관찰할 수 있었다. 식물 세포가 있는 슬라이드 글라스에 10% NaCl용액을 떨어뜨렸을 때에는 원형질 분리 현상을 관찰할 수 있었고, 증류수를 떨어뜨렸을 때에는 세포가 팽창하여 팽팽해지는 현상을 관찰할 수 있었다. 마지막 실험으로는 용혈 현상을 관찰하였다. 용혈 현상이란 세포벽이 없는 동물 세포에 경우, 농도가 변하여도 세포벽에 의해 형태를 유지하는 식물 세포에 비하여, 세포벽이 없기 때문에 세포가 쪼그라들거나 팽창하여 터지는 현상을 의미한다. 

이 실험 역시 10% NaCl용액을 동물세포가 있는 슬라이드 글라스에 떨어뜨렸을 때에는 세포가 쪼그라들어 작게 뭉치는 듯한 모습을 관찰할 수 있었지만, 증류수를 떨어뜨렸을 때에는 세포가 터져버려 관찰할 수 없었다. 본 실험에서 이러한 오점이 생긴 이유에 대해 생각해 보았다. 세포에 주변농도가 급격하게 변하는 현상은 생물에게 있어서 굉장히 위험한 현상이기 때문에 빠른 대응이 필요하다. 때문에 이러한 현상들은 굉장히 기민하게 반응해야 하는 현상이다. 

따라서 농도를 변화시키고 세포의 변화과정을 관찰하려면, 빠른 속도로 관찰을 시행 했어야 하는데 그렇지 못하였다. 때문에 적혈구의 용혈현상을 관찰하기 위해서는 증류수를 떨어뜨리자마자 관찰을 행하여야 했던 것이다. 본 실험을 통해 세포에 여러 농도 변화를 주었을 때 일어나는 현상에 대해 잘 이해할 수 있었다. 생물의 세포가 물질을 이동할 때 사용하는 메커니즘과 농도변화에 적응하는 반응에 대해 직접적으로 현미경을 통해 관찰할 수 있어 생물학을 공부하는 데에 있어서 많은 도움이 된 것 같다. 또 다른 기회가 주어진다면 더욱더 다양한 세포들을 더욱더 다양한 환경을 조성하여 여러 가지 반응을 관찰해보고 싶다.

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