第8回 物質輸送（拡散・浸透）

第8回 物質輸送（拡散・浸透）

物質輸送とは、 細胞膜を通して 細胞の内外で物質が移動することである。 細胞が生きていくためには、 水・ 酸素・ 二酸化炭素・ 栄養分などが 絶えず出入りしている必要がある。

細胞膜の選択的透過性により、 物質の種類・大きさ・性質に応じて通しやすさが異なる。 輸送の様式は大きく エネルギーを使わない受動輸送と、 エネルギーを使う能動輸送に分かれる。 この回では受動輸送の代表である拡散と浸透を学ぶ。

拡散とは、 物質が濃度勾配に従って 高濃度の側から 低濃度の側へ 自然に広がっていく現象である。 エネルギー（ATP）を消費しないため、 受動的な輸送に分類される。

拡散には2種類ある。

• 単純拡散： 膜タンパク質を介さず、脂溶性（疎水性）の 小さな分子が リン脂質二重層をそのまま通り抜ける。 例：酸素（O₂）・ 二酸化炭素（CO₂）・エタノール・尿素など。 細胞呼吸や ガス交換はこの原理で進む。
• 促進拡散： 輸送タンパク質 （チャネルやキャリアタンパク質）の助けを借りて 水溶性の物質や イオンが移動する。 エネルギーは不要で、濃度勾配に従う点は単純拡散と同じ。 例：グルコース・アミノ酸の一部・Na⁺・K⁺など。

浸透とは、 半透膜を隔てて 水分子が移動する現象である。 水は「水の濃度が高い側（＝溶質濃度が低い側）」から 「水の濃度が低い側（＝溶質濃度が高い側）」へ移動する。 高校では「薄い方から濃い方へ水が移動する」と整理するとよい。

この水の移動を引き起こす圧力（引き込む力）を 浸透圧という。 溶質濃度が高いほど浸透圧は高く、 水を引き込む力が強い。

半透膜とは、 水（小さな分子）は通すが、 大きな溶質分子は通しにくい膜のことである。 細胞膜は完全な半透膜ではないが、浸透を理解するうえで 半透膜として扱うことが多い。 実験ではセロハン膜や 透析チューブが 半透膜のモデルとして使われる。

細胞を浸す溶液の濃度によって、水の移動の向きが決まる。

動物細胞には 細胞壁がないため、浸透による体積変化が顕著に現れる。 赤血球を使った実験でよく確認される。

植物細胞には 細胞壁があるため、 動物細胞とは異なる反応を示す。

原形質分離した細胞を低張液（純水）に戻すと、 再び吸水して原形質が細胞壁に戻る。 これを原形質復帰という。 原形質分離は顕微鏡観察の定番実験（タマネギの表皮など）で確認できる。

• きゅうりの塩もみ： 食塩水（高張液）の中で 野菜の細胞から水が出て脱水される。 これは植物細胞の浸透現象そのもの。
• 点滴液・生理食塩水： 赤血球を変化させないよう、血液と等張の 約0.9%食塩水が使われる。
• 植物が水分を吸い上げる： 根の細胞の浸透圧が 土壌水よりも高いため、根圧が生まれて水が吸収される。
• 原形質分離の観察実験： タマネギの表皮細胞をスクロース溶液（高張液）につけると 原形質分離が顕微鏡で確認できる。

拡散と浸透はともに 受動輸送（エネルギー不要）の代表例である。 拡散は溶質・気体が濃度勾配に従って広がる現象、 浸透は半透膜を通じて水が移動する現象と区別する。

一方、能動輸送では ATP（エネルギー）を消費して 濃度勾配に逆らって物質を輸送する。 代表例はNa⁺-K⁺ポンプで、 ナトリウムイオンを細胞外へ、カリウムイオンを細胞内へ汲み出す。 これらは次回「能動輸送と膜タンパク質」で詳しく学ぶ。