[일반생물학실험]세포막을 통한 물질의 이동 2부

실험 결과

1. 확산(브라운 운동)

그림 1. 왼쪽부터 순서대로 0초 후, 2초 후, 4초 후

 

그림 2. 왼쪽부터 6초 후, 8초 후, 10초 후

 

그림 3. 입자의 경로 스케치

2. 삼투현상

1) 적혈구의 용혈작용 관찰

그림 4. 저장액(증류수), x400 관찰

 

그림 5. 저장액(증류수), x400 x3배 관찰

 

그림 6. 등장액(0.9% NaCl 용액), x400 관찰

 

그림 7. 등장액(0.9% NaCl 용액), x400 x8배 관찰

 

그림 8. 고장액(5% NaCl 용액), x400 관찰

 

그림 9. 고장액(5% NaCl 용액), x400 x8배 관찰

 

2) 양파표피의 원형질분리 관찰

그림 10. 저장액(증류수), x400 관찰

 

그림 11. 등장액(0.9% NaCl 용액), x400 관찰

 

그림 12. 고장액(5% NaCl 용액), x400 관찰

토의 사항

1. 실험 고찰

본 실험은 브라운 운동을 관찰하고 식물세포와 동물세포에 저장액, 등장액, 고장액을 떨어뜨려서 관찰하여 세포막을 통한 물질의 이동 현상을 이해하고, 세포의 생리적인 변화를 관찰하는 실험이다. 확산은 밀도 차나 농도 차에 의해서 입자들이 고농도에서 저농도로 이동하여 전체적으로 농도가 균일하게 되는 현상을 말한다. 확산은 단순확산과 촉진확산으로 나뉘는데 단순확산은 용질의 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하는 현상으로 농도 차에 의해 자연스럽게 이동하는 방법이므로 에너지를 필요로 하지 않는다. 촉진확산은 단순확산과 동일하지만 물질의 이동이 세포막에 있는 단백질 터널의 도움을 받아 일어난다. 단순확산의 예로는 브라운 운동이 있다.

브라운 운동은 액체나 기체 속에서 미소입자들이 불규칙하게 운동하고 있는 것을 말한다. 액체 분자들의 무작위 운동 때문에 각각의 움직임이 서로 영향을 주게 되어 모든 입자들이 꺾인 움직임을 만들어 낸다는 이론이다. 그림 1, 그림 2를 보면 카민미네랄 입자가 세정액의 액체 분자들과 충돌하면서 끊임없이 움직이는 것을 관찰할 수 있고, 그림 3을 보면 입자들의 꺾인 움직임을 확인할 수 있다. 브라운 운동 실험에서 세정액을 이용하는 이유에 대해서 생각해보았다.

많은 분자들로 이루어진 고체 물질은 스스로 움직이지 못한다고 알고 있었는데 본 실험에서 카민 미네랄은 고체 물질이었는데 브라운 운동을 관찰할 수 있었다. 이는 세정액의 분자들이 움직이면서 카민 미네랄 입자들도 움직이게 했기 때문으로 추정되며, 이것이 세정액을 사용한 이유라고 생각된다. 브라운 운동을 통해서 열역학 제 2법칙인 우주의 모든 물질은 엔트로피가 증가하는 방향으로 이동한다는 것을 확인할 수 있었다.

적혈구의 용혈작용 관찰과 양파표피의 원형질분리 관찰 실험에선 저장액을 증류수, 등장액을 0.9% NaCl 용액, 고장액을 5% NaCl 용액으로 놓고 실험하였다. 적혈구를 저장액에 넣을 경우 물이 삼투에 의해 적혈구 내로 들어오는 용매의 양이 나가는 용매의 양보다 많아서 세포질의 부피가 커져, 세포막이 파열되어 내용물이 밖으로 흘러나오는 용혈현상이 관찰된다. 그림 4와 그림 5를 보면 적혈구가 터진 것을 확인할 수 있다.

적혈구를 등장액에 넣을 경우엔 적혈구 내로 들어오는 용매의 양과 나가는 용매의 양이 동등하므로 원래의 적혈구 모양을 유지한다. 그림 6과 그림 7을 보면 정상적인 적혈구의 모습을 확인할 수 있다. 적혈구를 고장액에 넣을 경우에는 적혈구에서 나가는 용매의 양이 들어오는 용매의 양보다 많아서 적혈구가 수축된다. 그림 8과 그림 9를 보면 수축된 적혈구의 모습을 확인할 수 있다.

양파의 표피 세포를 저장액에 넣을 경우, 삼투에 의해 표피 세포로들어오는 용매의 양이 나가는 용매의 양보다 많으므로 세포가 팽윤 상태가 되어 커진다. 세포막과 세포벽이 팽창하고 세포막이 세포벽을 밖으로 밀게되는데 이때 세포막이 세포벽에 가하는 압력을 팽압이라한다. 그림 10을 보면 커진 표피 세포를 확인할 수 있다. 등장액에 양파의 표피 세포를 넣을 경우엔 표피세포로 들어오는 용매의 양과 나가는 용매의 양이 같아서 원래의 양파 표피세포의 모습을 유지한다. 그림 11을 보면 정상적인 양파 표피세포를 확인할 수 있다. 양파의 표피 세포를 고장액에 넣은 경우엔 표피세포에서 나가는 용매의 양이 들어오는 용매의 양보다 많아서 원형질은 부피가 줄고 세포막이 세포벽으로부터 떨어지는 원형질 분리가 일어난다.

그림 12를 보면 원형질 분리가 일어난 양파의 표피 세포를 확인 할 수 있다. 원형질 분리가 일어난 식물 세포를 다시 원래 상태로 돌리는 방법을 생각해 보았는데 저장액에 다시 담그면 세포가 물을 흡수하여 원래 상태로 돌아올 것이라 생각된다. 적혈구의 용혈작용 관찰 실험과 양파표피의 원형질 분리 관찰 실험을 보면 저장액에서 적혈구는 터지는 용혈작용이 일어나는 반면, 양파표피는 터지지 않고 팽창만하며, 고장액에서 적혈구는 수축되는 반면, 양파표피는 원형질이 분리되는 현상이 일어난다. 이런 차이가 발생하는 이유를 생각해보았다. 적혈구는 동물세포이고 양파표피는 식물세포라서 적혈구는 세포막만 가지고 있을 것이고, 양파표피는 세포막과 세포벽을 모두 가지고 있을 것이다. 이에 따라 세포벽이 존재하는 식물세포에 비해 세포벽을 가지고 있지 않은 동물세포의 모양이 더 심하게 변하기 때문이라고 생각된다.

참고 문헌

1. 핵심 일반생물학 실험서, 1권, 바이오사이언스, 오병운 외 7명, 2015, p.57~66

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