[생물 임용 노트]막수송과 막전위 - 1) 확산 퍼텐셜 : 생물학적 수송의 힘, 확산 퍼텐셜 예시, 전기적 중성의 원리

생물학적 수송의 힘 4가지

생물학적 수송의 힘은 4가지가 있다.
→ 농도, 정수압, 중력, 전기장
 
세포 내 확산퍼텐셜의 경우 세포의 크기가 매우 작은 관계로 중력을 무시할 수 있다.
따라서 세포 내 화학 퍼텐셜은 농도 + 전기장 + 정수압 퍼텐셜의 합으로 볼 수 있다.

확산 퍼텐셜 추산에 이용되는 성분

 

(V_j : 몰랄 부피, P :  압력, Z_j : 전하량, F : 패러데이 상수, E : 전기퍼텐셜, R : 기체상수, T : 온도, C_j : 농도)

 

확산 퍼텐셜 예시

설탕의 확산

예> 설탕의 확산 - 정수압 무시 가능, 중성이기에 전기장 성분 없음, 농도 성분으로만 추산

설탕 확산의 확산 퍼텐셜 추산 예시

K⁺의 확산

 

예> K⁺의 확산 - 전하를 띤 이온의 이동을 고려, 정수압 성부 무시 가능, 농도 성분과 전기장 성분으로 추산

설탕과 같은 방식으로 계산하면 아래와 같은 결과가 나온다.

이온의 확산 퍼텐셜 추산 예시

 
→ 확산 퍼텐셜은 막의존성 혹은 투과성에 의해서도 영향을 받을 수 있다.
 

양이온과 음이온의 서로 다른 확산 속도가 만들어내는 확산 퍼텐셜

예> 초기 구획 A, B에서 [KCl]_A > [KCl]_B 일때, 투과성이 K⁺ > Cl^- 일 경우 

다른 속도로 확산되어 전하가 분리 → 막 내외의 전기 퍼텐셜 발생 → 확산 퍼텐셜 발생 → 농도 기울기가 사라지면 소실
 

전기적 중성의 원리

대량의 용액은 항상 같은 수의 양이온과 음이온이 존재한다. 막 부근에서 전하의 불균등 분포는 대량의 용액의 관점에서 이온의 불균등 분포에 미치는 영향은 매우 미미한 수준이다.
즉 세포의 입장에서 '세포막 부근에서 전하의 불균등 분포가 만들어지는 것'이 세포가 중성에서 (+) 혹은 (-)로 하전될 정도로 영향을 미치기에는 그 영향이 너무 미미하다는 것으로 해석할 수 있다.