확산
물질이 농도 기울기에 따라 에너지 없이 고농도에서 저농도로 이동하는 수동 수송이다.
분자들이 스스로 끊임없이 움직인 결과, 물질이 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 저절로 퍼져 나가는 현상입니다. 에너지가 들지 않는 수동 수송입니다.
교실 한구석에서 향수 뚜껑을 열면 얼마 뒤 교실 전체에서 냄새가 납니다. 아무도 냄새를 퍼뜨리지 않았는데도요. 분자들이 제멋대로 돌아다닌 결과일 뿐입니다.
쉽게 말하면
확산의 원동력은 '농도 차이'가 아니라 '분자의 무작위 운동'입니다. 온도가 0 K가 아닌 한 모든 분자는 쉬지 않고 아무 방향으로나 움직입니다(기체 운동론). 분자가 많이 모여 있는 쪽에서는 밖으로 빠져나가는 분자가 많고, 적은 쪽에서는 들어오는 분자가 적으니, 전체를 보면 많은 쪽에서 적은 쪽으로 흐른 것처럼 보입니다. 각 분자는 목적지를 모르는데, 무리로 보면 방향이 생기는 것입니다.
세포에서 확산이 중요한 이유는 공짜이기 때문입니다. 세포막의 한가운데는 기름층이므로, 산소와 이산화 탄소처럼 작고 비극성인 분자는 단백질의 도움도 ATP도 없이 그냥 지나갑니다. 폐포에서 산소가 혈액으로 들어오고, 조직에서 이산화 탄소가 혈액으로 빠져나가는 것이 모두 이 단순 확산입니다.
확산 속도는 농도 차가 클수록, 온도가 높을수록, 이동 거리가 짧을수록, 표면적이 넓을수록 빨라집니다. 폐포가 수억 개로 잘게 나뉘어 있고, 소장 안쪽에 융털이 촘촘한 것, 세포가 무한정 커지지 않는 것 모두 이 조건 때문입니다. 확산은 짧은 거리에서만 충분히 빠릅니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1폐포에서의 기체 교환폐포 안의 산소 농도가 모세혈관의 혈액보다 높으므로 산소는 혈액으로 확산해 들어가고, 이산화 탄소는 반대 방향으로 확산해 나갑니다. 두 기체가 서로 반대로 움직이지만, 각각은 자기 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 갈 뿐입니다. 펌프도 ATP도 쓰지 않습니다.
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예시 2잉크 한 방울과 온도찬물과 더운물에 잉크를 한 방울씩 떨어뜨리면 더운물에서 훨씬 빨리 퍼집니다. 온도가 높을수록 분자의 평균 운동 속도가 커지기 때문입니다. 확산이 '분자의 움직임'에서 나온다는 것을 눈으로 보여 주는 관찰입니다.
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예시 3세포가 무한정 커지지 못하는 이유세포가 커지면 부피는 세제곱으로 늘지만 표면적은 제곱으로만 늡니다. 들여올 물질은 많아지는데 들어올 문(표면적)은 그만큼 늘지 않고, 중심까지 확산으로 물질이 도달하는 데 걸리는 시간도 길어집니다. 그래서 세포는 커지는 대신 분열합니다.
자주 하는 오해
분자가 저농도 쪽으로 '가려고' 한다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움분자들이 붐비는 곳을 피해 빈 곳으로 이동한다
실제로는분자 하나하나는 방향을 모릅니다. 그저 아무렇게나 움직일 뿐이고, 많은 쪽에서 나가는 수가 많다 보니 전체적으로 이동한 것처럼 보이는 것입니다.
확산은 목적을 가진 이동이 아니라 확률의 결과입니다. 이것을 이해해야 '왜 확산에 에너지가 들지 않는가'라는 물음에 답할 수 있습니다. 아무도 밀어 주지 않아도 저절로 일어나는 일이기 때문입니다.
평형에 도달하면 분자가 멈춘다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움농도가 같아지면 물질 이동이 끝난다
실제로는분자는 여전히 양쪽으로 활발히 오갑니다. 다만 왼쪽으로 가는 수와 오른쪽으로 가는 수가 같아져 겉보기 변화가 없을 뿐입니다. 이것을 동적 평형이라 합니다.
'멈춘다'고 생각하면 온도가 있는 한 분자 운동이 계속된다는 사실과 모순됩니다. 겉보기 이동량이 0인 것과 실제 이동이 0인 것은 전혀 다릅니다. 이 구분은 나중에 화학 평형에서 똑같이 다시 나옵니다.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
연계 개념 — 과목을 넘어 함께 보면 좋아요
같은 단원의 개념 — 세포의 구조와 기능
골지체고3능동 수송고3단백질고3리보솜고3리소좀고3미토콘드리아고3삼투고3생체 고분자고3세포 소기관고3세포내·외 운반(식세포작용·분비)고3세포막고3소포체고3엽록체고3지질고3촉진 확산고3탄수화물고3핵고3핵산고3
자주 묻는 질문
Q1확산에 막이 꼭 필요한가요?
아닙니다. 확산은 막이 없어도 일어나는 물리 현상입니다(향수 냄새가 퍼지는 것처럼). 다만 세포 단원에서는 세포막을 사이에 둔 확산을 주로 다루기 때문에 막과 함께 배우는 것뿐입니다.
Q2어떤 물질이 단순 확산으로 세포막을 통과하나요?
작고 비극성인 분자입니다. 산소, 이산화 탄소, 그리고 지질에 잘 녹는 물질이 대표적입니다. 포도당이나 이온처럼 극성을 띠거나 전하가 있는 물질은 단순 확산으로는 거의 지나가지 못하고 막단백질의 도움이 필요합니다.
Q3확산과 삼투는 어떻게 다른가요?
원리는 같습니다. 삼투는 '물이 하는 확산'입니다. 다만 용질이 통과하지 못하는 막이 있을 때, 용질 대신 물이 이동하는 상황을 따로 삼투라고 부릅니다.
교육과정 2022 개정 · 고3 생명과학 · 세포의 구조와 기능
수록 기본 (교육과정 단원)
물이 하는 확산인 삼투로 이어 가면, 세포가 부풀고 쭈그러드는 현상을 설명할 수 있습니다.
전체 연결 구조가 궁금하다면
초3~고3 과학 646개 개념의 연결을 한 화면에서 탐색할 수 있습니다.
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