생명과학 고3 세포의 구조와 기능

삼투

반투과성 막을 통해 물이 낮은 수분 퍼텐셜 쪽으로 이동하는 현상이다.

용질은 통과하지 못하고 물만 통과하는 막을 사이에 두었을 때, 물이 용질 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동하는 현상입니다.

삼투는 특별한 새 법칙이 아니라 '물이 하는 확산'입니다. 용질이 벽에 막혀 움직이지 못하니, 대신 물이 움직여 농도를 맞추는 것입니다.

쉽게 말하면

확산은 어떤 물질이든 자기 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 퍼진다는 이야기였습니다. 삼투에서도 이 규칙은 그대로입니다. 다만 주인공을 물로 바꿔서 보아야 합니다. 설탕물과 물을 반투과성 막으로 나눠 놓으면, 설탕은 막을 못 지나가지만 물은 지나갑니다. 물만 놓고 보면 순수한 물 쪽이 물 분자가 더 빽빽하고 설탕물 쪽은 설탕이 자리를 차지해 물이 덜 빽빽합니다. 그래서 물이 순수한 물 쪽에서 설탕물 쪽으로 이동합니다.

헷갈리기 쉬운 지점이 바로 여기입니다. '용질 농도가 높은 쪽으로 물이 간다'와 '물은 물 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 간다'는 같은 말입니다. 이것을 하나의 값으로 정리한 것이 수분 퍼텐셜이고, 물은 언제나 수분 퍼텐셜이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동합니다. 용질이 많을수록 수분 퍼텐셜은 낮아집니다.

삼투가 세포막에서 중요한 이유는, 세포막이 바로 그런 반투과성 막이기 때문입니다. 세포 안팎의 용질 농도가 어긋나면 물이 저절로 드나들어 세포가 부풀거나 쭈그러듭니다. 그래서 우리 몸은 체액의 농도를 일정하게 유지해야 하고, 이 일을 콩팥과 삼투 조절이 맡습니다. 용액 쪽에서 같은 현상을 다루는 것이 삼투압과 용액의 총괄성이며, 물 분자의 무작위 운동이 근원이라는 점은 기체 운동론과 이어집니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

적혈구를 증류수에 넣으면

증류수는 적혈구 안보다 용질이 훨씬 적으므로 물이 적혈구 안으로 밀려 들어갑니다. 동물 세포에는 세포벽이 없어 버티지 못하고 결국 터집니다(용혈). 반대로 진한 소금물에 넣으면 물이 빠져나가 쭈그러듭니다. 링거액을 체액과 같은 농도로 맞추는 이유가 여기에 있습니다.
예시 2

배추에 소금을 뿌리면 숨이 죽는 이유

배추 겉의 소금물이 세포 안보다 진해지므로 세포에서 물이 빠져나갑니다. 세포가 쪼그라들면서 잎이 흐물흐물해집니다. 소금이 배추 속으로 들어가서가 아니라, 물이 밖으로 나와서 생기는 일입니다.
예시 3

시든 꽃을 물에 꽂으면 되살아나는 이유

물이 삼투로 세포 안으로 들어가 액포를 채우고, 세포가 부풀어 세포벽을 안에서 밀면 식물이 빳빳해집니다(팽압). 식물이 뼈 없이도 서 있을 수 있는 것은 이 물의 압력 덕분입니다.

용액의 농도에 따른 세포의 변화

바깥 용액	물의 이동	동물 세포(적혈구)	식물 세포
저장액(바깥이 묽음)	세포 안으로 들어옴	부풀다가 터짐(용혈)	세포벽이 버텨 팽팽해짐(팽윤)
등장액(농도가 같음)	겉보기 이동 없음	모양 유지	약간 늘어진 상태
고장액(바깥이 진함)	세포 밖으로 빠져나감	쭈그러듦	원형질 분리(세포막이 세포벽에서 떨어짐)

자주 하는 오해

삼투에서 용질이 이동한다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움진한 설탕물의 설탕이 묽은 쪽으로 넘어가 농도가 같아진다

실제로는반투과성 막을 지나는 것은 물뿐입니다. 설탕은 막에 막혀 그대로 있고, 물이 설탕물 쪽으로 넘어와 농도가 맞춰집니다.

확산이라면 용질이 이동해 농도를 맞췄을 것입니다. 하지만 용질이 막을 지날 수 없으니 물이 대신 움직입니다. '누가 움직일 수 있는가'를 먼저 확인하는 습관이 삼투 문제의 절반입니다. 소금 뿌린 배추에서 소금이 배추 속으로 들어간 것이 아니라 물이 나온 것도 이 때문입니다.

확산 규칙을 물에 그대로 적용해 반대로 답하기

이렇게 생각하기 쉬움물질은 고농도에서 저농도로 가니까, 물도 진한 용액에서 묽은 용액으로 간다

실제로는물은 용질이 묽은 쪽(= 물이 많은 쪽)에서 용질이 진한 쪽(= 물이 적은 쪽)으로 이동합니다.

'고농도 → 저농도'에서 말하는 농도는 이동하는 물질 자신의 농도입니다. 삼투에서 이동하는 물질은 물이므로, 기준이 되어야 하는 것은 용질의 농도가 아니라 물의 농도입니다. 용질이 진한 곳은 곧 물이 묽은 곳이니, 결국 물도 자기 농도가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 가는 셈입니다. 규칙은 하나뿐이고 주어만 바뀝니다.