浸透は、膜を通って受動的現象変位水です。これは、細胞膜、上皮または人工膜であることができます。水は浸透圧が低い（または水が豊富な）領域から浸透圧が高い（または水が少ない）領域に移動します。
このプロセスは生物学的関連性があり、動物と植物の両方で一連の生理学的プロセスを調整します。
出典：OpenStax
浸透現象を報告した最初の研究者は、アッベジャンアントワーヌノレットでした。1748年に、Nolletは動物の細胞膜を扱っていて、膜の片側に純水を、反対側に希釈電解質を含む溶液を配置すると、水が溶質のある領域に移動することに気付きました。
したがって、その濃度勾配に有利な水の通過が説明され、浸透と呼ばれました。この用語はギリシャ語のルーツosmosから来ています。
1877年、ウィルヘルムフェラーは浸透圧に関する最初の研究を行いました。彼の実験計画には、多孔性粘土カップの表面にフェロシアン化銅の「膜」を使用することが含まれており、水分子の通過を可能にする膜を生み出しました。
Pfellerの人工膜は、大きな浸透圧に耐え、崩壊しないほど十分に強力でした。この研究者は、浸透圧は溶質濃度に比例すると結論付けることができました。
処理する
低濃度の領域から高濃度の領域への膜を通過する水の動きは、浸透と呼ばれます。このプロセスは、浸透圧が最も低い領域から浸透圧が最も高い領域まで発生します。
最初は、このステートメントは混乱する可能性があり、矛盾する場合さえあります。私たちは受動的な「高から低」の動きに慣れています。たとえば、熱は高温から低温になり、グルコースは高濃度の領域から低濃度の領域に拡散します。
前述のように、浸透現象を経験する水は、低圧から高圧に移動します。これは、単位体積あたりの水が豊富で、溶質が少ないために発生します。
つまり、浸透中に水は、水（水）が豊富な場所から、豊富でない場所に移動します。したがって、この現象は水の視点から理解する必要があります。
浸透は膜を通過する水の動きを支配し、溶質の動きに直接影響しないことを覚えておくことは重要です。溶質が拡散すると、それ自体の化学物質濃度の勾配に従って拡散します。水だけが浸透圧の濃度勾配に従います。
浸透圧
プレッシャー？
浸透プロセスの理解に関して最も混乱する点の1つは、プレッシャーという言葉の使用です。混乱を避けるために、溶液自体は浸透圧のために静水圧を発揮しないことを明確にすることが重要です。
たとえば、1 Mグルコース溶液の浸透圧は22 atmです。ただし、溶液はガラス瓶を「爆発」させず、分離された溶液は静水圧に変換されないため、純水と同じ方法で保存できます。
これらの現象を研究した最初の科学者は物理的および化学的であったため、圧力という用語は歴史的な事故のためにのみ使用されています。
したがって、浸透圧が異なる2つの溶液を膜で分離すると、静水圧が発生します。
浸透圧と静水圧
浸透プロセスは静水圧の形成につながります。圧力の違いにより、水が拡散して、より濃縮された溶液のレベルが上昇します。水位の上昇は、水の移動の正味速度がゼロになるまで続きます。
正味の流れは、区画IIの静水圧が水分子を強制的に動作Iに戻すのに十分であり、浸透が分子を区画IからIIに移動させるのと同じ速度で達成されます。
粒子を（区画IからIIに）後退させる水の圧力は、区画IIの溶液の浸透圧と呼ばれます。
細胞内の水の流れはどのように制御されていますか？
浸透現象のおかげで、水は細胞膜を受動的に移動できます。歴史的に、動物はこの物質の流れを制御するアクティブな水輸送システムを欠いていることが知られています。
しかしながら、能動的溶質輸送システムは、水の動きの方向を好ましい方向に変えることができる。このように、能動的溶質輸送は、動物が代謝エネルギーを使用して水輸送の方向を制御する1つの方法です。
定量化
水が浸透によって膜を通過する速度の測定を可能にする数式があります。それを計算する方程式は次のとおりです。
水の浸透輸送率= K（Π 1 -Π 2 / X）。ここで、Π 1とΠ 2は、膜の両側の溶液の浸透圧であり、Xは、それらを分離する距離です。
関係（Π 1 -Π 2 / X）浸透圧の勾配又は浸透勾配として知られています。
方程式の最後の項はKで、膜の温度と透過率に依存する比例係数です。
拡散との違い
放送とは？
拡散は、溶解または懸濁した分子のランダムな熱運動によって発生し、高濃度の領域から最低の分子への分散を引き起こします。拡散速度は、フィックの式によって計算できます。
これは、分子のランダムな分布によって表されるエントロピーの増加による、エクセルゴン的プロセスです。
物質が電解質である場合、濃度に加えて、2つのコンパートメント間の電荷の合計差を考慮する必要があります。
浸透は拡散の特定のケースです
拡散と浸透は相反する用語ではなく、相互に排他的な概念です。
水分子は細胞膜を迅速に移動する能力があります。私たちが説明したように、それらは浸透と呼ばれるプロセスで低溶質濃度の領域から高濃度の領域に拡散します。
「水の濃度」といえば奇妙に見えますが、この物質は他の物質と同じように機能します。つまり、濃度勾配を優先して拡散します。
ただし、一部の著者は浸透の同義語として「水拡散」という用語を使用しています。生体膜を通過する浸透速度が単純な拡散プロセスで予想されるものよりも高いことが示されているため、それを文字通り生体システムに適用することは間違っている可能性があります。
一部の生物学的システムでは、水は単純な拡散によって細胞膜を通過します。ただし、一部の細胞には水の通過のための特別なチャネルがあります。最も重要なのはアクアポリンと呼ばれ、膜を通過する水の流れの速度を上げます。
例
生物学的システムでは、細胞膜を通過する水の動きは、数十の生理学的プロセスを理解する上で重要です。次に例を示します。
淡水魚の浸透圧交換
動物における浸透の役割の興味深い例は、淡水に住む魚で発生する水交換です。
血漿や他の体液の濃度は水の濃度よりもはるかに高いため、淡水に生息する動物は、川や池から水を絶え間なく摂取して体内に住んでいます。 。
Carassius auratus種の魚は淡水環境に生息しています。体重が100グラムの人は、体内の水の動きのおかげで1日あたり約30グラムの水を得ることができます。魚には継続的に余分な水を取り除くためのシステム（エネルギー的に高価）があります。
液体の再吸収
動物の胃腸系では、浸透が適切に機能するために浸透現象が発生しなければなりません。消化管は、腸の内側を覆う細胞によって浸透によって再吸収されなければならない（リットルのオーダーの）かなりの量の液体を分泌します。
このシステムが機能しない場合、重度の下痢が発生する可能性があります。この機能不全の長期化は、患者の脱水につながる可能性があります。
植物の膨圧
細胞内の水の量は、内部環境と外部環境の両方の濃度に依存し、流れは拡散と浸透の現象によって調整されます。
動物の細胞（赤血球など）を水の侵入を促進する培地に入れると、水が破裂する可能性があります。対照的に、植物細胞は浸透圧ストレスから植物を保護する壁を持っています。
実際、非木本植物は、水の受動的な侵入によって生成されるこの圧力を利用します。この圧力は、葉などのさまざまな植物の器官を保つのに役立ちます。細胞から水が流れ出すとすぐに、細胞はその濁度を失い、枯れます。
参考文献
- クーパー、GM、ハウスマン、RE、およびハウスマン、RE（2000）。細胞：分子的アプローチ。ASMプレス。
- Eckert、R.、Randall、R.&Augustine、G.（1988）。動物生理学：メカニズムと適応。WH Freeman&Co.
- Hill、RW、Wyse、GA、Anderson、M.&Anderson、M.（2004）。動物生理学。Sinauer Associates。
- Karp、G.（2009）。細胞および分子生物学：概念と実験。ジョン・ワイリー&サンズ。
- Pollard、TD、Earnshaw、WC、Lippincott-Schwartz、J.&Johnson、G.（2016）。細胞生物学の電子ブック。Elsevier Health Sciences。
- Schmidt-Nielsen、K.（1997）。動物生理学：適応と環境。ケンブリッジ大学出版局。