結構生物化學/滲透
水溶液[溶劑]透過半透膜從較高水勢向較低水勢遷移的趨勢被稱為擴散。半透膜是選擇性的，只允許特定粒子透過，阻止其他粒子入侵。水總是從較低的溶質濃度[稀溶液]流向較高的溶質濃度，直到達到平衡。稀溶液中水的濃度很高，溶質濃度很低。因此，較低的溶質濃度會導致較高的水勢。一般來說，水的流動是從水更多的地方流向水更少的地方，或者是從溶質更少的地方流向溶質更多的地方。
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在滲透過程中，由於被半透膜隔開的兩種環境中溶質勢的差異，會產生壓力。這種壓力為水從低溶質濃度向高溶質濃度遷移提供了動力。當水的壓力達到滲透壓時，滲透停止。滲透壓可以用範特霍夫方程測量：Π = icRT，其中“ic”代表滲透濃度。滲透濃度是溶質摩爾濃度與範特霍夫因子i的乘積，i是衡量溶質解離程度的指標。範特霍夫因子等於溶質解離成多少個粒子。例如，NaCl解離成Na+和Cl-，所以範特霍夫因子為2。葡萄糖不解離，所以它的範特霍夫因子為1。如果有多種溶質，則總滲透濃度等於各個溶質滲透濃度的總和。 [1]
反滲透是指在半透膜一端施加過量的壓力，從而驅動溶液從高溶質濃度區域流向低溶質濃度區域的過程。與一般的滲透相反，溶劑不沿著濃度梯度流動。在這種情況下，細胞膜充當過濾器。然而，反滲透與過濾的關鍵區別在於，在反滲透中，分離是透過擴散機制而不是大小排阻或染色進行的。反滲透已被工業用於水處理。從海洋收集的鹽水透過設定等於海平面氣壓的外部壓力轉化為純水。水淨化只是反滲透的工業應用之一。金屬和化學物質也透過該過程迴圈利用。
反滲透環境應用的例子：洛杉磯縣汙水處理區
- 當細胞（或半透膜）內部和外部的溶質濃度處於平衡狀態時。如果細胞處於等滲環境中，水的淨流動為零。由於細胞內部和外部的水之間處於平衡狀態，水的淨流動不會發生。
- 當細胞外部的溶質濃度高於細胞內部的溶質濃度時。因此，細胞會收縮，因為來自細胞內部的水流出細胞外部，以平衡細胞內部和外部的溶質濃度。像鮭魚這樣的魚必須從它們的鰓中排出鹽，以防止它們處於高滲溶液中。
- 當細胞外部的溶質濃度低於細胞內部的溶質濃度時。因此，細胞會膨脹，因為來自細胞外部的水流入細胞內部，以使溶質濃度相等。這可能導致細胞破裂。為了防止破裂，細胞已經發展出機制來應對其環境。棲息在低滲環境中的淡水原生生物具有收縮泡等細胞器，可以將水從細胞中泵出。對於細菌和植物來說，質膜被一個剛性且不可擴充套件的細胞壁包圍，該細胞壁具有抵抗滲透壓和防止滲透溶解的強度。最後，對於多細胞動物來說，為了防止破裂，血漿和組織液被用來維持接近細胞質的滲透濃度水平。
活細胞可以被認為是包含在半透膜內的微小溶液袋，該半透膜允許水進出。為了使細胞存活，細胞內溶質的濃度不能發生大幅度改變。水透過膜雙向流動，以在細胞與其周圍環境之間產生平衡。如果細胞處於高濃度溶液中，細胞中的水會流出以維持細胞內外之間的平衡。這可能導致細胞因失去水分而收縮並因脫水而死亡。相反，如果細胞處於更稀釋的溶液中，水會進入細胞並導致其破裂和破壞。在分子水平上，儲存細胞透過以大分子（如多糖）而不是小分子（如葡萄糖）的形式儲存能量來維持滲透壓。透過儲存大分子，滲透壓會降低，從而防止儲存細胞破裂。這是因為滲透濃度取決於細胞中溶質的數量，而不是溶質的大小和質量。因此，儲存大分子可以防止滲透壓大幅度升高。
為了在自然界惡劣的環境中生存，生物體已經發展出各種方法來維持其溶質濃度在安全範圍內。例如，生活在鹽水中的生物體比生活在淡水中的生物體具有更高的細胞溶質濃度；其他動物透過飲水和進食來補充失去的水分和溶質，或者透過排洩尿液來去除過多的水/溶質，從而降低溶質濃度。
滲透作用在植物中也起著重要作用。它有助於水在植物各個部分的流動。當土壤中的礦物質和其他溶液被根細胞吸收並運送到葉細胞時，植物細胞中的溶質濃度會升高。這會帶來細胞與外部環境之間滲透壓的差異。結果，水會被向上吸入並擴散到植物細胞中。當細胞吸收過多的水時，植物透過調節葉片表面開口的大小來蒸發掉多餘的水。此外，滲透壓在植物的堅挺度中也起著作用。在植物細胞中，液泡佔據了大部分植物體積和溶質濃度。由於這種高溶質濃度，滲透壓導致水進入液泡。然而，由於細胞壁不可改變，細胞不會因這種低滲溶液而破裂。相反，細胞會變得堅挺，從而增加植物及其組織的硬度。
在細胞內，有一些細胞器具有半透膜，可以允許水進出。自然地，這些細胞器，例如線粒體、葉綠體和溶酶體，存在於細胞質中，而細胞質的溶質濃度更高。考慮到這一點，為了研究細胞器並將它們從細胞中分離出來，必須採取預防措施，以建立等滲溶液，並防止細胞器吸收過多水分而破裂。諸如差速離心等過程依賴於這種預防措施，以便獲得成功的分離。