A　細胞膜と水の浸透

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A　細胞膜と水の浸透

◆浸透圧

　細胞膜はいろいろな物質を透過させるが，膜の通りやすさは水と比べて，どの物

質も極端に低い。そのため細胞膜は，溶質をほとんど透過させず，水だけを通す半

透膜とみなすことができる。

　いま，弾性のある半透膜の袋にスクロース溶液を入れて空気が残らないように密

閉し，この袋全体を水に浸すと，水が膜を通して袋の中に入りこみ(浸透)，袋の容

積は大きくなる。袋の容積を元の通りに保つには，外部から圧力を加えて袋を押し

縮めるようにしなければならない。この圧力が浸透圧であり，浸透圧は袋内のスク

ロース溶液の濃度に比例する。

　この圧力を最初に測定したのがペッファーWilhelm Pfeffer(1887)であった。ペッフ

ァーは，フェロシアン化銅の半透膜をつくり，その中にスクロース溶液を入れ，検

圧計とつなぎ，図のような浸透計を作った。フェロシアン化銅をはった素焼の円筒

を水に入れると，まず，水が半透膜を通して円筒内に入る。これが浸透で，この結

果，円筒内部と連結してある検圧計の水銀が上昇する。この水銀柱の高さが示す圧

力は，水が外部から中に浸透しようとするため生じたもので，この圧力を浸透圧と

いう。ペッファーは，この浸透計を用いて稀薄溶液の濃度と浸透圧の関係，温度と

の関係を測定した。

　その結果をもとにして，ファントホッフvan’t Hoff(1887)は稀薄溶液の浸透圧Pは，

一定温度Ｔ(絶対温度)において濃度C〔モル/l〕に比例することから，浸透圧が理

想気体法則に従うことを認めた。すなわち

P＝RCT〔気圧〕　　　R：気体定数(22.4/273=0.0821)　T：絶対温度

したがって，1モル/ l溶液の浸透圧は，0℃(絶対温度273K)では浸透圧が22.4気圧

になる。

　上の装置で，外液の濃度を円筒内のスクロース溶液の濃度と等しくすると水銀柱

は上昇しない。このとき，外液は内液と等張(isotonic)であるという。同じモル濃度

であっても，電解質の場合は複数のイオンとなって浸透圧的に働くから，非電解質

よりも高い浸透圧を示す。例えば，食塩の1モル溶液は20℃では43.2気圧を示す。

　水の細胞内への浸透によって細胞内に生じる圧力を膨圧(turgor pressure)と呼ぶ。

植物細胞においては，細胞壁が膨張に抵抗するため，大変に大きな膨圧(数気圧～

数十気圧)が生じるのが普通に見られる。これに対し動物細胞内部の液の浸透圧は

体液とほぼ等しく，膨圧は無視できるほど小さい。

　動物細胞は細胞壁をもたないため，外液の浸透圧があまりに低いと，細胞膜は膨

張にたえられなくなり破裂する。赤血球細胞でこれが起こるのが溶血(hemolysis)であ

る。植物細胞の場合は，浸透圧の低い外液に浸しても，細胞壁があるため破裂する

ことはない。浸透圧の低い外液に浸された植物細胞は，一定容積までふくらみ，そ

こで平衡に達する。

　細胞内の濃度よりも高い濃度の溶液に入れると，動物細胞は収縮する。植物細胞

の場合は細胞が水を失うことにより収縮するが，細胞壁は収縮しにくいため，細胞

壁と細胞膜が離れる。これを原形質分離(plasmolysis)という。

★吸水力

　植物細胞が，まだどれだけ水を吸収する力があるかを吸水力(suction force)と呼ぶ。

蒸留水に植物細胞を浸した場合には，それは細胞内液の浸透圧と膨圧の差で示され

る。

　　　　　吸水力＝浸透圧－膨圧

次に，植物細胞を蒸留水ではなく，細胞より低張の液に浸した場合を考えてみよう。細胞内液と細胞外液の浸透圧差が，水が細胞内に浸透しようとする圧力なので，先ほどの式「吸水力＝浸透圧－膨圧」の“浸透圧”の部分を細胞内外の浸透圧差，すなわち“細胞内液の浸透圧－細胞外液の浸透圧”に置き換えると式は

吸水力＝(細胞内液の浸透圧－細胞外液の浸透圧)－膨圧

となる。

(細胞外液の浸透圧Q，細胞内液の浸透圧P，膨圧T，吸水力Sとすれば，式はS＝P−Q−T)