1、紅細(xì)胞膜通透性的實(shí)驗(yàn)及分析 路路*，李秋菊，羅敏惠，母振煒，孟凡琳，姜雅莉，平措宗吉，王大鵬，吳玲【摘要】細(xì)胞膜是細(xì)胞與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的結(jié)構(gòu)，可以選擇性地讓某些物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞，但是各種物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式是不同的。由于細(xì)胞膜對(duì)于不同物質(zhì)的通透性不同，使得不同溶質(zhì)滲入細(xì)胞的速度相差很大，甚至有些不能滲入細(xì)胞中。本次實(shí)驗(yàn)的目的在于了解分子量、脂溶性大小、電解質(zhì)和非電解質(zhì)溶液對(duì)細(xì)胞膜通透性的影響；觀察紅細(xì)胞的溶血現(xiàn)象；建立等滲概念并理解溶血原理。實(shí)驗(yàn)以人和雞的紅細(xì)胞為材料，用自然滲透的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過測(cè)量紅細(xì)胞的溶血時(shí)間來估計(jì)細(xì)胞膜對(duì)各種物質(zhì)通透性的大小，得出了各物質(zhì)通過細(xì)胞膜的一般性規(guī)律。【關(guān)

2、鍵詞】紅細(xì)胞；細(xì)胞膜；等滲；滲透性；結(jié)果分析新近國內(nèi)外有關(guān)紅細(xì)胞膜的表面超精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究包括了紅細(xì)胞膜流動(dòng)性、膜載體與膜離子信道等各方面，涉及到信息和分子識(shí)別傳導(dǎo)的有關(guān)問題。可見對(duì)于細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的研究具有十分重要的意義和應(yīng)用價(jià)值，是一個(gè)重要的研究內(nèi)容。細(xì)胞膜滲透性試驗(yàn)是細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)組成部分，有助于我們本科生對(duì)有關(guān)于細(xì)胞膜功能的理解，在對(duì)于各物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的一般規(guī)律進(jìn)行分析的過程中進(jìn)一步加深對(duì)細(xì)胞膜本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在其中提高我們分析問題的能力。在等滲溶液中，紅細(xì)胞保持正常大小和雙凹圓碟形；在滲透壓遞減的一系列溶液中，由于水分子的攝入超過水分子的流出，導(dǎo)致紅細(xì)胞逐漸脹大，當(dāng)體積增加30%

3、時(shí)成為球形；體積增加到45%-60%則細(xì)胞膜損傷而發(fā)生溶血，此時(shí)血紅蛋白逸出細(xì)胞外。一個(gè)非常明顯的現(xiàn)象就是在試管中細(xì)胞形態(tài)的絮狀物消失，溶液由細(xì)胞存在的懸濁液變?yōu)榉羌?xì)胞結(jié)構(gòu)的澄清液。這一現(xiàn)象是判別細(xì)胞是否溶血的一個(gè)現(xiàn)象證據(jù)。將紅細(xì)胞放入各種等滲溶液中，由于紅細(xì)胞對(duì)于各種溶質(zhì)的通透性不同，有的溶質(zhì)可以滲入，有的不可以滲入，滲入的溶質(zhì)能提高紅細(xì)胞的滲透壓后促使水分進(jìn)入細(xì)胞，從而引起溶血；由于溶質(zhì)進(jìn)入速度互不相同，因此溶血時(shí)間也不相同。根據(jù)溶血現(xiàn)象是否發(fā)生以及溶血時(shí)間的快慢，來判斷細(xì)胞膜對(duì)各類溶質(zhì)滲透性的大小和強(qiáng)弱。基于上述的研究狀況所得的理論知識(shí)和本次實(shí)驗(yàn)，本文重在闡述細(xì)胞膜對(duì)于不同物質(zhì)通透性的一

4、般規(guī)律。1. 材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)材料1.1.1生物材料 本實(shí)驗(yàn)用的血細(xì)胞取材方便，新鮮的動(dòng)物的紅細(xì)胞都可以。我們采用了雞的血細(xì)胞和人的紅細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)材料，即抗凝人血和雞血的稀釋液（一份血液加入九份生理鹽水進(jìn)行稀釋），觀察到的結(jié)果和現(xiàn)象十分明顯。1.1.2化學(xué)試劑 0.17mol/L氯化鈉溶液、0.17mol/L氯化銨、0.17mol/L醋酸銨、0.17mol/L硝酸鈉、0.12mol/L草酸銨、0.12mol/L硫酸鈉、0.32mol/L葡萄糖、0.32mol/L甘油、0.32mol/L乙醇、0.32mol/L丙酮、0.32mol/L乙二醇。1.2實(shí)驗(yàn)方法主要步驟是：（1）取兩支試管，各加入

5、5ml蒸餾水，再分別加入0.5ml稀釋的雞血和人血，輕輕搖勻，注意觀察溶液顏色變化，如發(fā)生溶血，記錄溶血時(shí)間。（2）取兩支試管，各加入0.17mol/L的氯化鈉溶液5ml,再分別加入0.5ml稀釋的雞血和人血，輕輕搖勻，注意觀察溶液顏色的變化，如發(fā)生溶血，記錄溶血時(shí)間。（3）分別在以下幾種等滲溶液中重復(fù)相同的實(shí)驗(yàn)，觀察有無溶血，以及溶血時(shí)間。0.17mol/L氯化銨、0.17mol/L醋酸銨、0.17mol/L硝酸鈉、0.12mol/L草酸銨、0.12mol/L硫酸鈉、0.32mol/L葡萄糖、0.32mol/L甘油、0.32mol/L乙醇、0.32mol/L丙酮、0.32mol/L乙二醇。2

6、.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表-1 不同等滲溶液下的溶血時(shí)間溶 液人 血雞 血1號(hào)-氯化鈉不溶不溶2號(hào)-水完全溶完全溶3號(hào)-氯化銨4153574號(hào)-醋酸銨2203305號(hào)-硝酸鈉不溶不溶6號(hào)-草酸銨1402307號(hào)-硫酸鈉不溶不溶8號(hào)-葡萄糖不溶不溶9號(hào)-甘 油150不溶10號(hào)-乙二醇5011511號(hào)-乙 醇5310512號(hào)-丙 酮4055注：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本覆蓋了各類性質(zhì)的分子，在表中，1和2號(hào)兩支試管實(shí)際上是設(shè)立了對(duì)照，因?yàn)槁然c為等滲溶液，其濃度是生理鹽水的濃度，所取用的血細(xì)胞就是用生理鹽水所稀釋的，因此，1 號(hào)管不會(huì)發(fā)生溶血現(xiàn)象，肉眼所見為絮狀；2號(hào)試管是用水作對(duì)照，由于水分子能夠自由快速地進(jìn)入細(xì)胞引起膨脹

7、而最終引起溶血，溶液很快變?yōu)槌吻澹?和2的現(xiàn)象非常明顯。首先進(jìn)行1和2 的操作，目的是對(duì)于紅細(xì)胞是否溶血建立一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，并以此為參照進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn)3.討論 （1） 分析上述實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，細(xì)胞的溶血時(shí)間與溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的速度成正比，各溶血時(shí)間不同，說明細(xì)胞膜對(duì)于不同分子的透性不同。物質(zhì)透過細(xì)胞膜的被動(dòng)運(yùn)輸受限于物質(zhì)的脂溶性、分子大小和帶電性，即脂溶性強(qiáng)、小分子易通過細(xì)胞膜，而水溶性強(qiáng)、大分子、離子等不易通過細(xì)胞膜；（2）離子通過細(xì)胞膜的效應(yīng)和通過脂雙層的效應(yīng)是一樣的，都是高度不透的。細(xì)胞膜上存在一些離子通道，如Na+,K+,Ca2+通道，它的開放是有條件的，當(dāng)上述離子受到機(jī)械刺激、脅迫或是配體

8、的結(jié)合時(shí)，只有在離子通道開放的條件下才能夠進(jìn)入細(xì)胞而引起溶血。強(qiáng)電解質(zhì)在溶液中是以完全電離的離子存在的，因此，在本實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)電解質(zhì)的鈉鹽（氯化鈉、硝酸鈉和硫酸鈉）都是不能引起溶血的；（3）小的不帶電荷的極性分子可以通過細(xì)胞膜但其速度極慢，大的不帶電荷的極性分子不能通過細(xì)胞膜。本實(shí)驗(yàn)中弱電解質(zhì)的鹽（氯化銨、醋酸銨和草酸銨）都是能夠引起溶血的，但是時(shí)間較長。因?yàn)閷?duì)于弱電解質(zhì)鹽來說，雖然弱電解質(zhì)可以電離出一部分離子，但是在動(dòng)態(tài)平衡下大部分是以分子形態(tài)存在的，它們實(shí)際上歸屬于小的不帶電荷的極性分子，可以透過細(xì)胞膜但是速度較慢，與這種情況相似的還有有機(jī)分子甘油、丙酮、乙醇和乙二醇，它們引起溶血的快慢可以從分子是否為對(duì)稱結(jié)構(gòu)上去考慮（即對(duì)稱的分子比不對(duì)稱的分子容易透過細(xì)胞膜）。葡萄糖是一種大的不帶電荷的極性分子，通過脂雙層的行為和細(xì)胞膜的行為是一致的，也是高度不通透的；（4）水分子為小的不帶電荷的極性分子，如果按照（3）得出的結(jié)論，其透過細(xì)胞膜的速度遠(yuǎn)沒有疏水性分子快，但是實(shí)驗(yàn)中水分子引起細(xì)胞溶血的速度恰恰是最快的，這是由于細(xì)胞膜上有水孔蛋白的存在，由于有水孔蛋白參與了水分子的易化擴(kuò)散，其進(jìn)入細(xì)胞的速度遠(yuǎn)比水分子的簡單擴(kuò)散快得多。綜上所述為本次實(shí)驗(yàn)所得，通過實(shí)驗(yàn)我將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作緊密地結(jié)合起來了，拓展了我分析問題的思路，同時(shí)使我能更好地從多方