探索生命《生物學》30
1. 為了觀察「細胞膜」怎麼控制物質流入或流出，我們將研究另一個模型：被一片薄膜分割成二個區域的容器。
2. 我們進一步設定，某些物質的粒子可以穿透這個薄膜，而其他種物質的粒子則不行，這個道理就像是煮好的咖啡液體穿過濾紙，粗糙大顆的咖啡渣被攔截在濾紙上，而比較細小的分子隨著咖啡汁穿過濾紙。
Mozart - Piano Concerto No.21 Andante
3. 這種能夠篩選通過的分子的薄膜，稱為選擇性通透selectively permeable。到底薄膜是怎麼影響容器內二個區域的滲透呢？
4. 假設有一個U型管被一片選擇性通透的薄膜分成二個區域。左右兩個區域分別稱為區域A和區域B。區域A裝滿純水，區域B裝的是份量一樣的糖水，薄膜兩端的溶液一開始的環境條件溫度、壓力都一樣。
5. 並且這片薄膜只允許水通過，不允許糖通過，因此水可以在薄膜兩邊的區域跑來跑去。 U型管的薄膜兩端都是水，表面上看起來水的移動應該不會造成什麼淨改變。
6. 但是如果更仔細地想純水與糖水的差異（糖水的「水分子」濃度較低）就能會發現一段時間之後，許多水分子會從A區域穿過薄膜進入到B區域。
7. 換一個角度來說，A區域的水分子都能通過U型管的薄膜到B區域，而B區域則是醣分子與水分子一起競爭薄膜的縫隙，由於薄膜必須提供有一部份的空隙給無法通透的醣分子，因此剩下來的縫隙就少了因此，B區域的水分子從薄膜通透的管道比A區域的分子少。
8. 因為每單位時間從A區域移往B區域的水分子比較多，所以淨反應就是水分子從A區域流往B區域。
9. 水分子從水分子高濃度的區域，穿過選擇性通過的薄膜，到水分子低濃度的區域，稱為滲透作用osmosis。生物的「膜」都是選擇性通透的，因此水穿透「膜」的運動基本上是屬於滲透作用。
10. 此外，某些脂溶性分子、小的極性分子也能以滲透作用自由地穿透生物膜。
11. U型管的水從純水的A區域轉移到糖水B區域是依循滲透作用，整個流動的淨反應是水分子從高濃度區域移往低濃度區域；這使得B區域液體（糖水）的體積增加，A區域液體（純水）的體積減少。這樣的過程會持續多久？會達到平衡點嗎？
12. 很顯然地，不論有多少水分子從A移動到B，膜兩側區域的（水分子）濃度永遠不會一樣，因為B區域的液體永遠都是糖水溶液，雖然隨著水的流入糖濃度逐漸下降，但是還是糖水；而A區域仍舊保持純水狀態，並且通透膜也持續地阻止糖分子穿過。
13. 這樣看起來，U型管的水應該會無限制地從A區域轉移到B區域，不是嗎？結果並不是。在正常的情況下，U型管B區域的糖水高度上升到某個位置點之後，就停止不動了。為什麼會這樣？
14. 因為溶液的體積被地心引力往下拉，B區域的糖水的重量限制了它的高度。隨著液體的體積高度上升，往下拉的壓力也跟著增加。最後B區域的糖水的體積高度高到讓往下拉的壓力變得十分巨大，壓迫B區域的水分子往A區域流動，造成水從B流到A的速率與A往B的速率一樣。
15. 當U型管兩個區域的水穿透選擇性通透膜的速率一樣，這個系統就是進入動態平衡dynamic equilibrium。
16. U型管達到平衡的位置，與膜的兩側的溶液密度落差有關（密度：每單位體積的溶質粒子數量）；膜的兩側溶液密度落差愈大，糖水達到平衡時的水位高度愈高。
17. 每單位體積中的溶質粒子總數，稱為滲透濃度osmotic concentration（溶質粒子就是指能夠溶解於溶液中的粒子）。如果同一種溶液裡有許多種溶質，那麼這個溶液的滲透濃度取決於各種粒子加起來的總數，而活的細胞的情況就是如此。
18. 如果所有溶解的物質都分解成離子，就必須把所有的離子加起來計算滲透濃度。每個離子的功能都是獨立的粒子；舉例來說，鹽水溶液的滲透濃度計算方式就是如此，一顆氯化鈉鹽分子溶解到水中之後變成二顆溶質粒子，一顆是鈉離子Na＋，另一顆是氯離子Cl－。
19. 現在我們要再做一個摘要整理，假設在恆溫與恆壓的環境條件下，二種不同的溶液，被只允許水分子通過的選擇性通透膜隔開，水的淨移動將是從溶解粒子較少的溶液移動到溶解粒子較多的溶液；這也可以說成是，水從滲透濃度較低的溶液轉移到滲透濃度較高的溶液。
20. 分析溶液的滲透性質的其中一種方法是測量它的滲透濃度（每單位體積所溶解的粒子數）。另一個方法是測量壓力，計算要使選擇性透膜的純水保持原本的高度，必須對溶液施加的壓力。測量出來的數值稱為溶液的滲透壓osmotic pressure。
21. 在本章節所舉的U型管例子中，B區域糖水的滲透壓，就是我們為了避免B區域的糖水體積，因為A區域的水不斷滲透過來而升高，所施加的壓力。
22. 因此溶液的滲透壓就是測量水透過滲透作用移動的傾向。溶液所溶解的粒子愈多，水移入的傾向愈強，這個溶液的滲透壓愈強。（滲透壓就是溶液被選擇性通透膜另一端的水滲透入侵的壓力）
23. 因此在恆溫與恆壓的條件下，被選擇性通透膜隔開的二種溶液的滲透方向是：水從低滲透壓的溶液轉移到高滲透壓的溶液。
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