張性

化学生物学において、張度は有効浸透圧勾配の尺度、つまり部分的に透過性のある細胞膜で隔てられた2 つの溶液の水分ポテンシャルの尺度です。張度は、浸透流の方向と範囲を決定する、細胞膜を横切る選択的な膜不透過性溶質の相対濃度に依存します。これは通常、外部溶液に浸された 細胞の膨張と収縮の反応を説明するときに使用されます。

浸透圧とは異なり、張度は膜を通過できない溶質のみによって影響を受けます。これらの溶質のみが有効浸透圧を及ぼすからです。膜を自由に通過できる溶質は、溶媒の正味の移動なしに膜の両側で常に等しい濃度で平衡状態になるため、張度に影響を与えません。これは、吸収にも影響を与える要因です。

ある溶液が他の溶液に対して持つ張性には、高張性、低張性、等張性の3つの分類があります。^[1]低張性溶液の例としては蒸留水があります。

高張溶液は、他の溶液よりも非浸透性溶質の濃度が高い。^{[2]生物学では、溶液の張度は通常、}細胞膜の反対側にある別の溶液の溶質濃度に対する相対的な溶質濃度を指します。細胞外の溶液は、細胞内の細胞質よりも溶質の濃度が高い場合、高張性と呼ばれます。細胞が高張溶液に浸されると、浸透圧によって水が細胞外に流れ出し、細胞膜の両側の溶質の濃度のバランスがとれる傾向があります。逆に、細胞質は外側の溶液とは反対に低張性に分類されます。^{[3] [4]}

植物細胞が高張液中にある場合、柔軟な細胞膜は硬い細胞壁から離れますが、原形質連絡と呼ばれる部分で細胞壁と結合したままになります。細胞はしばしば針山のような外観になり、原形質連絡は収縮してほとんど機能しなくなります。この状態は原形質分離と呼ばれます。植物細胞では、細胞壁によって及ぼされる圧力が浸透圧平衡点に大きく影響するため、等張、低張、高張という用語は厳密には正確に使用できません。^[5]

一部の生物は、高張性を回避する複雑な方法を発達させてきました。たとえば、海水はそこに生息する魚にとって高張です。魚はガス交換のために海水と接触する大きな鰓表面積を必要とするため、鰓細胞から浸透圧によって海水に水分を失います。魚はこの損失に対処するために大量の海水を飲み、余分な塩分を積極的に排出します。 ^{[6]このプロセスは}浸透圧調節と呼ばれます。^[7]

低張液は他の溶液よりも溶質の濃度が低い。生物学では、細胞外の溶液は細胞質に比べて溶質の濃度が低い場合、低張性と呼ばれる。浸透圧により、水が細胞内に拡散し、細胞は膨張したように見えることが多い。動物細胞などの細胞壁のない細胞の場合、勾配が十分に大きいと、過剰な水の取り込みによって細胞溶解、つまり細胞の破裂を引き起こすのに十分な圧力が生じる可能性がある。植物細胞が低張液中にある場合、中心の液胞が余分な水を取り込み、細胞膜を細胞壁に押し付ける。細胞壁は硬いため、押し返し、細胞が破裂するのを防ぐ。これを膨圧と呼ぶ。^[8]

溶液の有効浸透圧濃度が別の溶液の有効浸透圧濃度と同じ場合、溶液は等張です。生物学では、細胞膜の両側の溶液は、細胞外の溶質の濃度が細胞内の溶質の濃度と等しい場合に等張です。この場合、細胞膜を横切る大量の水の拡散を引き起こす濃度勾配がないため、細胞は膨張も収縮もしません。水分子は細胞膜を両方向に自由に拡散し、水の拡散速度は各方向で同じであるため、細胞は水を得ることも失うこともありません。

等浸透圧溶液は、溶質が細胞膜を透過できる場合、低張性になることがあります。たとえば、等浸透圧尿素溶液は赤血球に対して低張性であり、赤血球を溶解させます。これは、尿素が濃度勾配に従って細胞に入り、その後に水が入るためです。生理食塩水（9グラムのNaClを水に溶かして全量1リットルにする）の浸透圧は、血液中のNaClの浸透圧（約290 mOsm / L ）とほぼ近似しています。したがって、生理食塩水は血漿とほぼ等張です。尿素とは異なり、ナトリウムイオンも塩化物イオンも血漿膜を自由に通過できません。

• 浸透圧濃度
• 浸透
• 塩分