삼투와 물질의 이동 실험 보고서 (고찰)

 

 

1.   실험 목적

삼투압의 개념을 이해하고, 삼투압에 따른 식물 세포와 적혈구의 차이를 이해하여 현미경으로 관찰할 수 있다.

 

 

2.   실험 이론

(1)  용액의 총괄성

(2)  삼투압

(3)  오스몰농도

(4)  적혈구의 삼투압 반응

(5)  식물 세포의 삼투압 반응

 

 

3.   실험 방법

(1)  적혈구 삼투압 실험

1. 튜브에 포도당 75mM, 150mM, 300mM과 NaCl 75mM, 150mM, 300mM을 20ul씩 마이크로 튜브에 분주한다.

2. 혈액을 2ul씩 각 마이크로 튜브에 넣고 잘 섞는다.

3. 3분 후, 용액을 커버글라스로 덮은 뒤 살살 두드려준다.

4. 광학 현미경을 통해 400배 배율에서 적혈구를 관찰한다.

 

(2)  식물 세포 삼투압 실험

1. 양파 표피를 한 겹 때어 NaCl 0.3, 0.5, 0.7, 0.9M 농도의 튜브와 증류수 튜브에 넣는다.

2. 각 용액에 뒀던 양파표피를 슬라이드 글라스 위에 잘 펼친 뒤, 아세토 카민으로 염색하고 광학 현미경으로 관찰을 한다.

3. 각 농도별로 양파 표피 세포를 30개 이상 관찰하여 원형질 분리가 일어난 세포를 센다.

4. 한계 원형질 분리(incipient plasmolysis) 농도의 삼투압을 계산한다.

 

 

5.   고찰

이번 실험은 용액의 총괄성 중 하나인 삼투압에 대해 이해하고, 식물 표피 세포와 적혈구의 삼투 현상을 현미경으로 관찰하는 실험이다.

삼투압은 이 낮아진 용매의 화학 퍼텐셜 에너지를 순수한 용매 상태일 때 값으로 되돌리기 위해 기존 압력보다 더 높은 압력으로 만들기 위해 가해지는 압력이다. 이는 농도가 다른 두 액체 사이에 삼투 현상에 의해 생기는 압력의 차이로 반투과성 막에 의해 일어난다. 적혈구의 막과 식물 세포의 막은 모두 반투과성 막으로 삼투 현상을 관찰할 수 있다.

적혈구는 포도당과 NaCl의 농도에 따라 삼투 현상을 관찰했다. 포도당과 NaCl의 몰농도가 같아도 NaCl이 각각 이온으로 분해되기 때문에 오스몰농도는 NaCl이 포도당보다 2배 높다. 이 때문에 같은 몰농도의 용액에서 삼투압을 관찰해도 적혈구의 형태가 달랐다. 포도당 75mM, 150mM 용액과 NaCl 75mM에서는 적혈구가 매우 부푼 상태로 관찰되었다. 이는 이 용액들이 적혈구에 비해 저장액으로 물이 적혈구 안으로 들어와 부푼 상태가 되었다. 또한, 세포가 사라지는 용혈 현상도 관찰이 되었다. 반면, 포도당 300mM, NaCl 150mM, 300mM에서는 적혈구가 수축되어 별 모양과 비슷한 형태를 관찰할 수 있었다. 이는 적혈구를 고장액에 넣으면, 고장액이 적혈구보다 삼투압이 높아, 적혈구가 수축된 것을 알 수 있다. 포도당 용액에서 관찰한 적혈구의 개수는 농도가 적을수록 적혈구의 개수가 적었다. 이는 용혈 현상이 일어나 포도당이 파괴되었기 때문이다. 그러나 NaCl 용액에서 관찰한 용액은 저장액에서도 적혈구의 개수가 많았다. 이는 적혈구를 관찰하는 시간이 오래 걸려 적혈구를 관찰한 시간이 달랐기 때문이다. 가장 먼저 관찰한 75mM NaCl 농도의 적혈구는 용혈 현상이 거의 일어나지 않아 격자 무늬에서 부푼 형태와 많은 수의 적혈구를 관찰하였다.

식물 표피 세포의 삼투압은 NaCl 0.3M, 0.5M, 0.7M, 0.9M과 증류수에서 관찰했다. 증류수와 0.3M NaCl 용액에서 양파 표피 세포는 팽윤 상태였다. 식물 세포는 세포벽이 있기 때문에 수분 흡수력이 최대가 되면, 세포벽에 의해 식물 세포가 적혈구처럼 용혈 현상이 일어나지 않는다. 따라서 식물 세포에 물이 들어와 세포벽이 휜 모습을 볼 수 있었다. 0.5M NaCl 용액에서는 약 50%의 식물 세포가 원형질 분리가 일어났다. 이는 한계 원형질 분리가 일어난 지점으로 식물 세포가 정상적으로 활동하는 지점이다. 이 지점의 삼투압을 구하면, π=MRTi=CTR이므로 한계 원형질 분리가 일어난 지점의 삼투압은 x atm이다. NaCl 0.7M, 0.9M 용액에서 식물 세포는 거의 원형질 분리가 일어났다. 이는 식물 세포는 고장액인 NaCl 0.7M, 0.9M 용액보다 삼투압이 낮아지고 팽압도 낮아져 식물 세포의 수분 흡수력이 증가해 식물 세포의 막은 수축되지만, 세포벽은 그대로 있어 세포벽과 막이 분리되는 원형질 분리가 일어났다.

이번 실험은 삼투 현상을 관찰하고, 삼투압을 이해하는 것이다. 만약, 우리 몸의 항상성이 깨져 삼투압이 달라지면, 적혈구뿐만 아니라 다양한 세포들이 파괴될 것이다. 그래서 우리 몸은 무기 염류, 포도당, 단백질 등을 섭취해도 혈압을 유지하기 위해 물을 재흡수하거나 무기 염류의 능동적 흡수 등으로 혈압을 일정하게 유지한다.

식물 세포 또한 물의 흡수가 중요하다. 식물 세포가 물을 흡수하는 원리에는 물의 모세관 현상, 물관 등이 있지만, 처음 물을 흡수하기 위해 식물의 체내가 고농도여서 외부외부터 삼투에 의해 물을 흡수할 수 있다. 반대로 식물이 있는 토양에 몰농도가 높은 용액을 뿌리면, 물은 뿌리에서 토양으로 이동하게 되어 식물은 시든다.

 이번 실험으로 우리 몸의 삼투압 유지가 왜 중요한지 관찰할 수 있었다. 이번 실험에서의 오차는 관찰 시간에 따른 오차가 주된 원인이었다. 이 실험을 발전시켜 식물의 뿌리에 고장액을 줘 그 용액의 농도가 어떻게 달라지는지도 같이 실험하면 더 좋은 실험이 될 것 같다. 또한, 이 실험을 응용하여 분류하기 힘든 미생물을 미생물 내의 농도를 다르게 한 뒤, 삼투 현상을 통해 분류할 수 있을 것으로 생각된다.