结构生物化学/渗透
水溶液[溶剂]通过半透膜从较高水势向较低水势迁移的趋势被称为扩散。半透膜是选择性的，只允许特定粒子通过，阻止其他粒子入侵。水总是从较低的溶质浓度[稀溶液]流向较高的溶质浓度，直到达到平衡。稀溶液中水的浓度很高，溶质浓度很低。因此，较低的溶质浓度会导致较高的水势。一般来说，水的流动是从水更多的地方流向水更少的地方，或者是从溶质更少的地方流向溶质更多的地方。
- 查看水势获取更多信息。
在渗透过程中，由于被半透膜隔开的两种环境中溶质势的差异，会产生压力。这种压力为水从低溶质浓度向高溶质浓度迁移提供了动力。当水的压力达到渗透压时，渗透停止。渗透压可以用范特霍夫方程测量：Π = icRT，其中“ic”代表渗透浓度。渗透浓度是溶质摩尔浓度与范特霍夫因子i的乘积，i是衡量溶质解离程度的指标。范特霍夫因子等于溶质解离成多少个粒子。例如，NaCl解离成Na+和Cl-，所以范特霍夫因子为2。葡萄糖不解离，所以它的范特霍夫因子为1。如果有多种溶质，则总渗透浓度等于各个溶质渗透浓度的总和。 [1]
反渗透是指在半透膜一端施加过量的压力，从而驱动溶液从高溶质浓度区域流向低溶质浓度区域的过程。与一般的渗透相反，溶剂不沿着浓度梯度流动。在这种情况下，细胞膜充当过滤器。然而，反渗透与过滤的关键区别在于，在反渗透中，分离是通过扩散机制而不是大小排阻或染色进行的。反渗透已被工业用于水处理。从海洋收集的盐水通过设置等于海平面气压的外部压力转化为纯水。水净化只是反渗透的工业应用之一。金属和化学物质也通过该过程循环利用。
反渗透环境应用的例子：洛杉矶县污水处理区
- 当细胞（或半透膜）内部和外部的溶质浓度处于平衡状态时。如果细胞处于等渗环境中，水的净流动为零。由于细胞内部和外部的水之间处于平衡状态，水的净流动不会发生。
- 当细胞外部的溶质浓度高于细胞内部的溶质浓度时。因此，细胞会收缩，因为来自细胞内部的水流出细胞外部，以平衡细胞内部和外部的溶质浓度。像鲑鱼这样的鱼必须从它们的鳃中排出盐，以防止它们处于高渗溶液中。
- 当细胞外部的溶质浓度低于细胞内部的溶质浓度时。因此，细胞会膨胀，因为来自细胞外部的水流入细胞内部，以使溶质浓度相等。这可能导致细胞破裂。为了防止破裂，细胞已经发展出机制来应对其环境。栖息在低渗环境中的淡水原生生物具有收缩泡等细胞器，可以将水从细胞中泵出。对于细菌和植物来说，质膜被一个刚性且不可扩展的细胞壁包围，该细胞壁具有抵抗渗透压和防止渗透溶解的强度。最后，对于多细胞动物来说，为了防止破裂，血浆和组织液被用来维持接近细胞质的渗透浓度水平。
活细胞可以被认为是包含在半透膜内的微小溶液袋，该半透膜允许水进出。为了使细胞存活，细胞内溶质的浓度不能发生大幅度改变。水通过膜双向流动，以在细胞与其周围环境之间产生平衡。如果细胞处于高浓度溶液中，细胞中的水会流出以维持细胞内外之间的平衡。这可能导致细胞因失去水分而收缩并因脱水而死亡。相反，如果细胞处于更稀释的溶液中，水会进入细胞并导致其破裂和破坏。在分子水平上，储存细胞通过以大分子（如多糖）而不是小分子（如葡萄糖）的形式储存能量来维持渗透压。通过储存大分子，渗透压会降低，从而防止储存细胞破裂。这是因为渗透浓度取决于细胞中溶质的数量，而不是溶质的大小和质量。因此，储存大分子可以防止渗透压大幅度升高。
为了在自然界恶劣的环境中生存，生物体已经发展出各种方法来维持其溶质浓度在安全范围内。例如，生活在盐水中的生物体比生活在淡水中的生物体具有更高的细胞溶质浓度；其他动物通过饮水和进食来补充失去的水分和溶质，或者通过排泄尿液来去除过多的水/溶质，从而降低溶质浓度。
渗透作用在植物中也起着重要作用。它有助于水在植物各个部分的流动。当土壤中的矿物质和其他溶液被根细胞吸收并运送到叶细胞时，植物细胞中的溶质浓度会升高。这会带来细胞与外部环境之间渗透压的差异。结果，水会被向上吸入并扩散到植物细胞中。当细胞吸收过多的水时，植物通过调节叶片表面开口的大小来蒸发掉多余的水。此外，渗透压在植物的坚挺度中也起着作用。在植物细胞中，液泡占据了大部分植物体积和溶质浓度。由于这种高溶质浓度，渗透压导致水进入液泡。然而，由于细胞壁不可改变，细胞不会因这种低渗溶液而破裂。相反，细胞会变得坚挺，从而增加植物及其组织的硬度。
在细胞内，有一些细胞器具有半透膜，可以允许水进出。自然地，这些细胞器，例如线粒体、叶绿体和溶酶体，存在于细胞质中，而细胞质的溶质浓度更高。考虑到这一点，为了研究细胞器并将它们从细胞中分离出来，必须采取预防措施，以创建等渗溶液，并防止细胞器吸收过多水分而破裂。诸如差速离心等过程依赖于这种预防措施，以便获得成功的分离。