浸透および透析—膜を横切る拡散
拡散の最も興味深い例のいくつかは、拡散速度に影響 たとえば、腫れた足首をエプソム塩に浸すと、水が皮膚に拡散します。 多くの物質は細胞膜を通って規則的に動きます;酸素は動き、二酸化炭素は動き、栄養素は入り、無駄は、例えば行きます。 膜は薄い構造であるため（典型的には6.5×10-9-10×10-9m)それらを通る拡散速度を高くすることができる。 膜を通る拡散は輸送の重要な方法である。 膜は、一般に、選択的に透過性、または半透過性である。 (図3を参照してください。）半透膜の一つのタイプは、小さな分子のみが通過することを可能にする小さな孔を有する。 他のタイプの膜では、分子は膜で実際に分解するか、または移動している間膜の分子と反応するかもしれません。 膜機能は、実際には、生理学だけでなく、化学や物理学だけでなく、多くの現在の研究の対象です。
図3。 (a)小分子のみが通過することを可能にする小さな孔を有する半透膜。 (b)ある特定の分子はこの膜で分解し、それを渡って拡散します。
浸透は、高濃度の領域から低濃度の領域への半透膜を通る水の輸送である。 浸透は水集中の不均衡によって運転されます。 たとえば、水はエプソム塩よりも体に集中しています。 あなたがエプソム塩で腫れ足首を浸すと、水は塩の低濃度領域にあなたの体の外に移動します。 同様に、透析は、その濃度差に起因する半透膜を通る任意の他の分子の輸送である。 浸透および透析は両方腎臓によって血を清潔にするのに使用されています。 浸透は相当な圧力を作成できます。
図4に示すように、浸透がしばらく続いた場合に何が起こるかを考えてみましょう。 水は浸透によって左から右の領域に移動し、そこでは集中が少なくなり、右の溶液が上昇します。 この動きは右の液体の余分高さによって作成される圧力pghがそれ以上の浸透を停止するには十分に大きいまで続きます。 この圧力は背圧と呼ばれます。 浸透を止める背圧pghは、どちらの溶液も純水でない場合は相対浸透圧とも呼ばれ、一方の溶液が純水である場合は浸透圧と呼ばれます。 浸透圧は、濃度差の大きさに応じて大きくすることができる。 例えば、純水と海水が塩を通さない半透膜によって分離されている場合、浸透圧は25.9気圧になります。 この値は、塩水の表面が純水の表面の上に268m上昇するまで、水が膜を通って拡散することを意味します！ 浸透によって生成される圧力の一例は、植物の膨圧である（乾燥しすぎると多くの萎凋病）。 膨圧は、細胞内の流体が細胞壁に対して圧力をかける植物の状態を記述する。 この圧力は植物の支持を与える。 透析は、同様に実質的な圧力を引き起こす可能性があります。
図4。 （a）水を通過するが砂糖を通過しない半透膜によって分離された、異なる濃度の2つの糖水溶液。 水はそこにあまり集中していないので、浸透は右になります。 （b）流体レベルは、背圧pghが相対浸透圧に等しくなるまで上昇する。
逆浸透および逆透析（ろ過とも呼ばれる）は、背圧が膜を通って物質の正常方向を逆転させるのに十分であるときに起こるプロセスである。 背圧は、図4の右側のように自然に作成することができます。 （ピストンもこの圧力を作成することができます。 逆浸透が塩を渡さない膜を通してそれを単に強制することによって水を脱塩するのに使用することができます。 同様に、逆透析は、所与の膜が通過しない任意の物質を濾過するために使用することができる。
膜を通る物質の移動のもう一つの例には言及する価値がある。 私たちは時々、物質が私たちが期待する方向とは反対の方向を通過することがわかります。 例えば、ヒノキの木の根は、塩水から純粋な水を抽出するが、浸透はそれを反対方向に移動させる。 それを引き起こす背圧がないので、これは逆浸透ではありません。 生きている膜がエネルギーを消費して物質を移動させるプロセスである能動輸送と呼ばれています。 多くの生きている膜は活動的な輸送によって水および他の物質を動かす。 腎臓は、例えば、浸透および透析を使用するだけでなく、物質を血液中および血液外に移動させるために重要な能動輸送も使用する。 実際、身体のエネルギーの少なくとも25％は、細胞レベルでの物質の能動輸送に費やされると推定されている。 能動輸送の研究は、微生物学、生物物理学、生化学の領域に私たちを運び、それは生きている構造に自然の法則の魅力的なアプリケーションです。