고등 통합과학 과정 중 생명시스템 단원에 보면 세포막을 통한 물질의 이동을 설명하는 과정에서 삼투압이 나오는데, 이때 저장액, 등장액, 고장액의 개념이 등장합니다. 단순하게 세포의 안과 비교해서 용액의 농도가 같은지, 낮은지, 높은지에 대해서만 언급이 되어 있는데요, 고등학교 수준에서 이해할 수 있는 범위를 넓히기 위해 조금 자세히 정리해 봅니다.
삼투현상이란 (Osmosis)
우선 저장액, 등장액, 고장액의 기초 개념을 이해하기 위해 삼투에 대해서 알아야 합니다. 삼투 현상은 서로 농도가 다른 두 용액이 농도의 균등성을 나타내려는 경향인데, 아래 그림과 같이 반투과성 막(semipermeable membrane)으로 막아 놓으면, 용매가 농도가 낮은 쪽에서 높은 쪽으로 이동을 하게 되는 현상입니다. 반투과성 막이라는 것은 용질은 이동을 하지 못하지만, 용매는 이동할 수 있는 정도의 기공이 있다고 이해를 하면 됩니다. 그리고 선택적 투과(selective permeability)라는 용어도 사용합니다. 용매든 용질이든 물질을 선택적으로 투과시킨다는 것이지요. 예를 들자면, 이차전지의 분리막이 반투과성 막입니다.
삼투압은 이때 발생하는 압력을 말하는 것이고요, 아래 그림과 같이 농도가 다른 두 용액 사이에 삼투 현상이 발생하면 압력차와 높이차가 발생을 하게 되겠지요.
등장액, 저장액, 고장액
1. 등장액(Isotonic solution)은 서로 농도가 같은 두 개 이상의 용액을 말하는데, 일반적으로 혈액이나 체액과 농도가 같은 용액을 일컫습니다. 농도가 같으므로 삼투압 역시 같겠지요. 반투과성 막을 사이에 두고 있을 때, 용매(물)의 이동이 일어나지 않기 때문입니다.
2. 저장액(hypotonic solution)은 농도가 다른 용액들이 있을 때 농도가 낮은 용액을 말합니다. 반투과성 막을 사이에 두고 있으면 농도가 낮은 용액인 저장액에서 용매(대체로 물)가 농도가 높은 쪽으로 이동하면서 높이가 줄어들게 됩니다. 농도가 동일해질 때까지 이 현상이 발생하고 더 이상 용매 이동은 관찰이 되지 않습니다.
3. 고장액(hypertonic solution)은 저장액과 반대로 농도가 다른 용액들이 있을 때 농도가 높은 용액을 말합니다. 현상 역시 저장액과 반대로, 농도가 낮은 용액으로부터 용매가 이동하여 농도가 높은 고장액의 용액 양이 늘어나면서 높이가 높아지는 것을 볼 수 있습니다. 이 용액은 고장성을 나타낸다와 같은 표현도 사용합니다.
위에 삼투 현상을 설명하면서 첨부된 이미지들을 다시 보면 좀 더 이해가 명확하게 될 것입니다.
동물세포와 식물세포에서 삼투 현상
아래 이미지들, 동물세포와 식물세포를 살펴보면 좀 더 쉽게 이해할 수 있는데요, 고장액은 세포로부터 물이 빠져나가게 하므로 세포의 수축을 일으키고, 저장액은 세포 내부로 물이 이동하므로 세포의 팽창을 일으킵니다.
아래 적혈구를 보면 고장액에서는 세포의 부피가 줄어들고, 등장액에서는 변화가 없는 반면, 저장액에서는 세포의 부피가 부풀어 오른 것을 볼 수 있죠. 계속 부풀어올라 터진 것도 보이는군요.
아래 식물 세포를 보면 고장액에서 세포에서 물이 외부로 이동하면서 세포막이 세포벽에서 분리가 되었네요. 등장액의 경우에는 변화가 없고, 저장액에서는 물이 세포 내부로 이동함에 따라 팽팽해진 것을 확인할 수 있습니다.
고등학교 과학 과정 중 생명과학 파트에서 등장하는 등장액, 저장액, 고장액에 대해서 알아보았습니다. 세포막의 구조와 확과 삼투에 의한 물질에 이동에 대한 내용은 아래 링크를 참조하면 됩니다.
2023.12.27 - [과학] - 세포막의 구조와 물질의 이동 (확산과 삼투)
세포막의 구조와 물질의 이동 (확산과 삼투)
세포막의 주성분과 구조 세포를 둘러싸고 있는 얇은 막을 일컫는 세포막(Cell membrane)은 세포의 모양을 유지하고 세포 안팎으로 물질의 출입을 조절하는 역할을 합니다. 여기서 우리가 세포막의
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