紅細(xì)胞通透性實(shí)驗(yàn)

1、紅細(xì)胞膜通透性實(shí)驗(yàn)及分析喬艷紅 路路 （東北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院10級）摘要：紅細(xì)胞對不同的物質(zhì)有不同的通透性，文章以人的紅細(xì)胞和雞的紅細(xì)胞通透性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究、分析和驗(yàn)證了不同紅細(xì)胞對同一種或不同種物質(zhì)的通透性，總結(jié)出了哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞是研究細(xì)胞膜通透性的良好材料以及物質(zhì)進(jìn)入紅細(xì)胞的一般規(guī)律。關(guān)鍵詞：紅細(xì)胞 通透性 實(shí)驗(yàn)分析 細(xì)胞膜result analysis of the experiment of red blood cell membrane permeabilityabstract the red blood cells to different material have di

2、fferent permeability, the article to the red blood cells and chicken of red blood cells permeability experiment as the foundation, study analyzed and verified the different red blood cells to the same or different kinds of material permeability, and sums up the mammals red blood cells research cell

3、membrane permeability good materials and material into the general rules of the red blood cells.keyword red cell permeability experimental analysis cell membrane1 前 言 細(xì)胞膜的存在將胞內(nèi)物質(zhì)與細(xì)胞周圍環(huán)境隔離開，為細(xì)胞內(nèi)發(fā)生各種代謝反應(yīng)提供了一個(gè)相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。但屏蔽是相對的，因?yàn)榧?xì)胞要與周圍環(huán)境間進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換，因此，細(xì)胞膜也是細(xì)胞與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜可以選擇性的讓某些物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞。各種物質(zhì)出入細(xì)胞的方式

4、不同，大體可分為3種途徑：被動(dòng)運(yùn)輸（依濃度梯度，不需要能量）、主動(dòng)運(yùn)輸（逆濃度梯度或電化學(xué)梯度，需要能量）和胞吞與胞吐作用1 曾憲錄 巴雪青 朱筱娟 細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 高等教育出版社2012。 單純考慮細(xì)胞膜的脂雙層性質(zhì)，僅疏水性小分子和某些極性小分子可以依濃度梯度差自由通過細(xì)胞膜，絕大多數(shù)的極性分子和離子不能自由通過，但細(xì)胞膜的脂雙層上分布有豐富的功能各異的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，使得這些極性分子和離子的跨膜運(yùn)輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括兩大類：載體蛋白和離子通道。細(xì)胞所需的營養(yǎng)如葡萄糖、氨基酸、核酸等極性分子通過載體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞；離子通道則是離子通過細(xì)胞膜的特有方式。 在等滲溶液中, 紅細(xì)胞保持

5、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)胞逐步脹大,當(dāng)體積增加30%時(shí)成為球形;體積增加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)胞放入數(shù)種等滲溶液中,由于紅細(xì)胞對各種溶質(zhì)的透性不同,有的溶質(zhì)可以滲入,有的不能滲入,滲入的溶質(zhì)能夠提高紅細(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)透入速度互不相同,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, 來推斷細(xì)胞膜

6、對各類溶質(zhì)滲透性的大小和強(qiáng)弱2 程旺元, 余光輝, 陳 雁, 劉學(xué)群, 王春臺 紅細(xì)胞膜通透性實(shí)驗(yàn)及分析 中圖分類號: q71; g642 0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: b 文章編號: 1672- 4550( 2009)05- 0039- 03。 紅細(xì)胞是觀察膜通透性差異的良好實(shí)驗(yàn)材料，是因?yàn)榧t細(xì)胞沒有細(xì)胞核，這樣也就缺乏一個(gè)貫穿質(zhì)膜與細(xì)胞核之間的細(xì)胞骨架的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其他有核細(xì)胞，因?yàn)槠滟|(zhì)膜成分與骨架成分的相互結(jié)合，而使細(xì)胞膜抗低滲的機(jī)械強(qiáng)度大大增加，低滲溶液中這些細(xì)胞會吸水膨脹，顯微鏡下可以觀察到細(xì)胞體積顯著增大，但很難像紅細(xì)胞那樣在短時(shí)間內(nèi)脹破。2 材料與方法 在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí), 根據(jù)圖 1的實(shí)驗(yàn)原理

7、設(shè)計(jì)11種 ( 水除外 ) 等滲溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn) ( 見表 1) 。在這些溶液中, 有強(qiáng)電解質(zhì)的鹽如氯化鈉、硝酸鈉和硫酸鈉, 也有弱電解質(zhì)的鹽如氯化銨、醋酸銨和草酸銨, 有大分子的有機(jī)物如葡萄糖, 也有小分子的有機(jī)溶劑如甘油、乙醇、丙酮和乙二醇。 表 1 不同低滲溶液中的溶血現(xiàn)象試管編號1 5ml水 + 0.5ml稀釋人血 5ml水 + 0.5ml稀釋雞血2 5ml氯化鈉 + 0.5ml稀釋人血 5ml氯化鈉 + 0.5ml稀釋雞血3 5ml氯化銨 + 0.5ml稀釋人血 5ml氯化銨 + 0.5ml稀釋雞血4 5ml醋酸銨 + 0.5ml稀釋人血 5ml醋酸安 + 0.5ml稀釋雞血5 5ml硝

8、酸鈉 + 0.5ml稀釋人血 5ml硝酸鈉 + 0.5ml稀釋雞血 6 5ml草酸銨 + 0.5ml稀釋人血 5ml草酸銨 + 0.5ml稀釋雞血7 5ml硫酸鈉 + 0.5ml稀釋人血 5ml硫酸鈉 + 0.5ml稀釋雞血 8 5ml葡萄糖 + 0.5ml稀釋人血 5ml葡萄糖 + 0.5ml稀釋雞血9 5ml甘油 + 0.5ml稀釋人血 5ml甘油 + 0.5ml稀釋雞血10 5ml乙醇 + 0.5ml稀釋人血 5ml乙醇 + 0.5ml稀釋雞血11 5ml丙酮 + 0.5ml稀釋人血 5ml丙酮 + 0.5ml稀釋雞血12 5ml乙二醇 + 0.5ml稀釋人血 5ml乙二醇 + 0.5m

9、l稀釋雞血各種溶液濃度如下: 氯化鈉 0.17mol/l, 氯化銨 0.17mol/l,醋酸銨0.17mo l/l,硝酸鈉0.17mol/l,草酸銨0.12 mol/l,硫酸鈉0.12 mo l/l,葡萄糖0.32 mol/l, 甘油0.32mol/l,乙醇0.32mol/l,丙酮0.32mol/l,乙二醇0.32mol/l。 按照上表向各試管中加入各溶液及血細(xì)胞，分別在上述幾種等滲溶液中重復(fù)同樣實(shí)驗(yàn)，觀察有無溶血現(xiàn)象并用秒表記錄溶血時(shí)間。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 我們組成員作了3次平行實(shí)驗(yàn)，平均結(jié)果如表2： 表2 三組數(shù)據(jù)的平均結(jié)果溶液人血雞血氯化鈉10不溶10不溶氯化銨61610不溶醋酸銨25110不

10、溶硝酸鈉10不溶10不溶草酸銨3210不完全溶硫酸鈉10不溶10不溶葡萄糖10不溶10不溶甘油12210不溶乙醇3510不完全溶丙酮3710不完全溶乙二醇3710不完全溶水1201012 4 分析與討論 由于雞的紅細(xì)胞有細(xì)胞核，含細(xì)胞骨架，溶血需要較長時(shí)間，與哺乳動(dòng)物的血紅細(xì)胞相比，它不是較好的研究細(xì)胞膜通透性的材料。因此，我們主要分析人血細(xì)胞溶血結(jié)果，并得出相應(yīng)結(jié)論。 總的結(jié)果是：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。由表2可以看出小分子有機(jī)物最易通過細(xì)胞膜，其次是水分子，弱電解質(zhì)稍慢于水分子，葡萄糖等極性不帶電的大分子以及強(qiáng)電解質(zhì)難以通過細(xì)胞膜。 具體分析如下： 一

11、、脂溶性小分子有機(jī)物它們引起溶血的快慢可以從分子是否為對稱結(jié)構(gòu)及分子量大小等上去考慮。顯然, 對稱的分子比不對稱的分子容易透過細(xì)胞膜。由上圖知細(xì)胞膜對甘油、丙酮、乙二醇、乙醇的通透性大小為：乙醇乙二醇=丙酮甘油。二、非脂溶性分子(一)弱電解質(zhì) 弱電解質(zhì)（氯化銨、醋酸銨和草酸銨 )都是能夠引起溶血的, 盡管它們需要的時(shí)間有快有慢。從弱電解質(zhì)的性質(zhì)上去分析知：雖然弱電解質(zhì)可以電離出一部分離子, 但在動(dòng)態(tài)平衡下大部分是以分子形態(tài)存在的。它們實(shí)際上是歸屬于圖 1中所指的小的不帶電荷的極性分子, 它們可以透過細(xì)胞膜但其速度比有機(jī)小分子慢。細(xì)胞膜對氯化銨、醋酸銨和草酸銨的通透性大小為：醋酸銨草酸銨氯化銨。

12、（二）強(qiáng)電解質(zhì) 由表1知，強(qiáng)電解質(zhì)鈉鹽均是超過10分鐘仍不能造成溶血，從其性質(zhì)上分析可知強(qiáng)電解質(zhì)在溶液中是以完全電離的離子存在的,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、脅迫或是配體的結(jié)合時(shí), 只有在通道開放的條件下才能夠進(jìn)入細(xì)胞而引起溶血。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。（三）極性不帶電荷分子 從圖 1可以看出, 水分子為小的不帶電荷的極性分子, 從理論上講, 其透過人工脂雙層的速度遠(yuǎn)沒疏水性分子快。但水分子引起紅細(xì)胞溶血的速度比較快，是由于細(xì)胞膜上有水孔蛋白的存在, 由于

13、有水孔蛋白參與了水分子的易化擴(kuò)散( facilitates diffuse) , 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。 本實(shí)驗(yàn)中所用的葡萄糖是一種大的不帶電荷的極性分子,是高度不通透的。 綜上所訴，物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞膜的快慢取決于自身分子量大小、極性大小、脂溶性大小及帶電荷大小。分子量越小、極性越小、脂溶性越大及帶電荷量越少的分子越易通過細(xì)胞膜。附錄：三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)第一組：喬艷紅、張瑜、張晴晴、鄭曾貞溶液人血雞血水1201012氯化鈉不溶不溶氯化銨616不溶醋酸銨311不溶硝酸鈉不完全溶742不溶草酸銨414不完全溶硫酸鈉10不溶不溶葡萄糖10不溶不溶甘油154不完全溶乙醇1不完全溶丙酮107不完全溶乙二醇1不完全溶第