Hypertonic Solution Definition
A hypertonic solution contains high concentration of solutes compared to another solution. 低濃度の溶液は、低張溶液として知られています。 科学者は、環境と比較した細胞の内容物を記述しなければならない。 細胞が高張溶液に置かれた場合、細胞は低張とみなされます。
高張溶液の概要
細胞の細胞質が高張溶液である場合、それは環境が低張、またはより弱く濃縮されていることを意味します。 溶質や水はその勾配に沿って流れたり拡散したりする傾向があるので、これは非常に重要なことです。 2つの溶液を混ぜ合わせると、最終的には1つの溶液になる。 もし2つの溶液が水だけを通す透過性の膜で隔てられている場合、水が2つの溶液の間を移動すると、溶液は等張になります。 7753>
このイオンと水の移動は、細胞にとって非常に重要です。 細胞はさまざまな目的でイオン勾配を利用している。 例えば、植物細胞はその中心液胞内で高張力溶液を使い、液胞内に水を引き込むのに役立っている。 これにより、液胞が膨張し、植物が細胞内に張力を発生させることができるのです。 動物細胞、特に神経細胞は、活動電位や神経信号を作り出すために、高張力溶液とその中のイオンに依存している。 7753>
高張力溶液の例
ヒト腎臓
体内の水分量を調節するために、ヒトの脳にはオスモレセプターという特殊なタンパク質があり、細胞を取り巻く環境の浸透圧を測定することができます。 環境が高張溶液になった場合、溶質を希釈するための血液中の水分が足りなくなるためである。 視床下部は、腎臓の膜の透過性を高めながらホルモンを放出する。 腎臓は排泄されるはずの水を再吸収し、血液中に戻す。 7753>
ウミガメの体温調節
淡水と比べ、海水は高張性溶液である。 つまり、細胞が機能するためには、塩水よりも高張な溶液である細胞質を含まなければならない。 例えばウミガメは淡水に比べてはるかに高張力溶液の中で生活しています。 淡水産のカメを海水につけると、高張の海水がカメを脱水させてしまう。 水によって水和されるのではなく、溶質の濃い海水が浸透圧の差のバランスをとるために体内の水分を引っ張ってしまうのです。
この障害を克服するために、ウミガメやその他の海獣は、過剰な塩分を除去する独自の経路を発達させたのです。 塩類は消化管から血流に移動する。 塩分腺に到達すると、塩分が除去される。 7753>
高張力溶液中の植物
一般に、植物は低張力環境で生きることを好む。 低張環境では、植物細胞に水が容易に流入し、流入した水によって細胞壁にかかる圧力によって、細胞はトロトロ、つまり硬い状態を保つことができる。 植物はこの水ポテンシャルを利用して、体に構造を与えたり、根から上部へ水を移動させたりしている。 しかし、多くの植物は高張力環境での生活に適応している。 海辺の湿地やマングローブの沼地などの汽水域は、淡水よりもはるかに高い塩分濃度を含んでいる。
このような環境に移植されると、ほとんどの植物は萎縮してしまいますが、ハロファイトと呼ばれる特殊な植物群は、この障害を克服するために進化してきたのです。 根の浸透圧を上げることで、環境と比較して細胞内が低張の環境から、細胞質内が高張の溶液に変化させることができるのです。 これにより、根の細胞の水ポテンシャルが下がり、細胞内に水が入り込むようになる。 細胞は過剰な塩分を根に蓄えるか、塩分を葉に運び、腺から排泄することができる。
高張力溶液中の細胞
細胞を包む細胞膜は、細胞の中身と環境を分離する特殊な透過膜である。 細胞膜には、溶質の輸送を助ける特殊な膜輸送タンパク質が埋め込まれている。 また、アクアポリンと呼ばれる特殊なタンパク質チャネルがあり、膜を越えて自由に水を流すことができる。 細胞は、溶質を細胞内外に活発に移動させるためにエネルギーを使わなければならない。 溶質が多すぎると、細胞質は環境と比較して高張な溶液となる。 細胞壁のない細胞はこの状態で破裂することがあります。
環境中の溶質が少なすぎると高張力溶液になる。 この場合、逆に水が細胞の外に出ていくことになる。 水は溶質の濃度勾配に逆らって動き、溶質の濃度が低いところから高いところへ移動する。 7753>
細胞の浸透圧を調節する生物は、浸透圧調節因子として知られている。 一般的に、細胞はその細胞質を環境と比較して高張な溶液として維持しようとする。 これは構造上の問題を引き起こすが、水が細胞内を自由に流れ、必要な反応の多くに参加することを可能にする。 もし細胞が低張状態であれば、最終的にはほとんどの水を環境に排出してしまうだろう。 他の生物、オスモコンフォーマーは、正確な溶質は異なるかもしれないが、環境と同じオスモル濃度を持つ。 このため、細胞は水を大量に失ったり、増やしたりすることがない。