[일반생물학실험]식물 세포의 삼투압 관찰

실험 목적

식물 세포막의 선택적으로 물질을 통과시키는 반투과성 성질로 인한 원형질의 분리와 복귀를 관찰하고 삼투현상을 이해한다.

 

실험 이론 및 원리

1. 삼투압

삼투란 묽은 용액과 진한 용액이 반투과성막을 사이에 두고 있을 때, 농도가 더 진한 쪽으로 용매가 이동하는 현상이다. 이때 발생하는 압력의 크기를 삼투압이라고 한다. 용매는 통과시키나 용질은 통과시키지 않는 반투막을 고정시키고, 그 양쪽에 용액과 순용매를 따로 넣으면, 용매의 일정량이 용액 속으로 침투하여 평형에 이르는데, 이때 반투막의 양쪽에서 온도가 같지만, 압력에 차이가 생기는 압력차를 말한다. 삼투에 의한 용매의 이동을 막기 위해 필요한 힘이다.

 

2. 세포막의 구조와 기능

구조 세포막의 두께는 약 7.5~10nm이며 지질, 단백질, 탄수화물로 이루어져 있다. 세포막의 주성분인 지질은 분자의 한 쪽 끝부분이 극성이 커 친수성을 띠고, 나머지 긴 사슬 부분은 극성이 작아 소수성을 띤다. 외부 환경은 친수성이기 때문에 소수성인 긴 사슬 부분은 이를 피해 뭉치려 한다. 그래서 지질은 사슬 부분이 서로 맞붙어있는 이중층을 이룬다. 세포막은 이렇게 지질이 이중층을 이루고 그 속에 단백질이 박혀 있는 모양이다. 지질층은 기름과 같기 때문에 지질층에 묻힌 단백질은 유동성 있게 떠다닌다. 이러한 모델을 유동 모자이크 모델이라 부른다.

 

3. 기능

세포막은 세포와 세포 외부의 경계를 짓는 막으로 세포 내의 물질들을 보호하고 세포간 물질 이동을 조절한다. 세포막은 선택적으로 투과를 시킬 수 있다. 지용성 물질이나 저분자 물질은 단순 확산에 의해 인지질 2중층을 직접 통과한다. 수용성 물질과 비교적 큰 포도당과 아미노산, 전하를 띠는 이온은 촉진 확산과 능동 수송에 의해 막에 있는 단백질을 통과한다. 단백질 같은 고분자물질은 외포작용과 내포작용으로 이동한다.

 

실험 결과

1. 결과 data

 

저장액 400배

등장액 100배

고장액 100배

2. 감자의 무게 변화

 

토의 사항

1. 실험 고찰

실험에서 세포에 등장액, 고장액, 저장액 순으로 뿌려주는데, 이 때 고장액은 삼투현상을 관찰할 때 압력이 높은 고농도 용액이고 등장액은 삼투압이 같은 용액, 저장액은 삼투압이 낮은 용액으로 농도가 낮은 용액이란 뜻이다. 세포가 자신과 농도가 다른 액체에 들어가게 되면 삼투현상에 의해 세포의 내부와 외부의 농도의 균형이 비슷해진다. 세포에 있는 세포막은 반투과성이다. 그러므로 세포의 내부와 외부 사이에서 삼투현상이 일어날 때 물만 이동한다.

 

1) 고장액에 넣은 세포의 삼투현상 : 내부→외부 > 외부→내부

세포의 외부가 내부보다 농도가 높으므로 농도의 균형을 맞추기 위해 세포내부의 물이 외부로 이동한다. 세포에서 물이 빠져나가므로 세포막과 세포벽이 분리되는 원형질분리가 일어난다.

 

2) 등장액에 넣은 세포의 삼투현상 : 내부→외부 = 외부→내부

세포의 외부와 내부의 농도가 동일하므로 삼투현상에 의한 물의 이동이 없는 것 같지만 외부의 물과 내부의 물이 끊임없이 이동하고 있는 상태이다. 하지만 외부에서 내부로 이동하는 물과 내부에서 외부로 이동하는 물의 양이 같으므로 정상적인 형태를 유지한다. 이런 상태를 한계 원형질 분리라고 하기도 한다.

 

- 저장액에 넣은 세포의 삼투현상 : 내부→외부 < 외부→내부

세포의 외부가 내부보다 농도가 낮으므로 세포외부의 물이 내부로 이동한다. 세포에 물이 꽉 차게 되나 식물세포인 감자세포에는 세포벽이 있으므로 세포가 터지는 용혈현상이 일어나지 않고, 세포의 크기가 커지는 팽윤상태가 된다.

 

실험 결과를 보고, 오차가 발생할 수 있는 요인을 생각해 보았다. 감자의 일부 성분이 용액에 녹아 들어가지 않았을까 하는 것이다. 우리는 감자와 용액 사이에 오로지 물만 왔다 갔다 할 수 있다고 가정하였다. 하지만 감자 안에 있는 작은 성분들이 외부 용액 쪽으로 빠져 나왔을 가능성은 무시할 수 없다고 생각된다.