红细胞膜通透性的实验及分析

细胞学实验论文

红细胞膜通透性的实验及分析

路路*，李秋菊，罗敏惠，母振炜，孟凡琳，

姜雅莉，平措宗吉，王大鹏，吴玲

【摘要】细胞膜是细胞与外界环境进行物质交换的结构，可以选择性地让某些物质进出细胞，但是各种物质进出细胞的方式是不同的。由于细胞膜对于不同物质的通透性不同，使得不同溶质渗入细胞的速度相差很大，甚至有些不能渗入细胞中。本次实验的目的在于了解分子量、脂溶性大小、电解质和非电解质溶液对细胞膜通透性的影响；观察红细胞的溶血现象；建立等渗概念并理解溶血原理。实验以人和鸡的红细胞为材料，用自然渗透的方法进行实验，通过测量红细胞的溶血时间来估计细胞膜对各种物质通透性的大小，得出了各物质通过细胞膜的一般性规律。

【关键词】红细胞；细胞膜；等渗；渗透性；结果分析

新近国内外有关红细胞膜的表面超精细结构的研究包括了红细胞膜流动性、膜载体与膜离子信道等各方面，涉及到信息和分子识别传导的有关问题。可见对于细胞膜结构和功能的研究具有十分重要的意义和应用价值，是一个重要的研究内容。细胞膜渗透性试验是细胞生物学实验的一个组成部分，有助于我们本科生对有关于细胞膜功能的理解，在对于各物质进出细胞的一般规律进行分析的过程中进一步加深对细胞膜本质的认识，同时在其中提高我们分析问题的能力。

在等渗溶液中，红细胞保持正常大小和双凹圆碟形；在渗透压递减的一系列溶液中，由于水分子的摄入超过水分子的流出，导致红细

胞逐渐胀大，当体积增加30%时成为球形；体积增加到45%--60%则细胞膜损伤而发生溶血，此时血红蛋白逸出细胞外。一个非常明显的现象就是在试管中细胞形态的絮状物消失，溶液由细胞存在的悬浊液变为非细胞结构的澄清液。这一现象是判别细胞是否溶血的一个现象证据。将红细胞放入各种等渗溶液中，由于红细胞对于各种溶质的通透性不同，有的溶质可以渗入，有的不可以渗入，渗入的溶质能提高红细胞的渗透压后促使水分进入细胞，从而引起溶血；由于溶质进入速度互不相同，因此溶血时间也不相同。根据溶血现象是否发生以及溶血时间的快慢，来判断细胞膜对各类溶质渗透性的大小和强弱。

基于上述的研究状况所得的理论知识和本次实验，本文重在阐述细胞膜对于不同物质通透性的一般规律。

1.材料和方法

1.1实验材料

1.1.1生物材料本实验用的血细胞取材方便，新鲜的动物的红细胞都可以。我们采用了鸡的血细胞和人的红细胞作为实验材料，即抗凝人血和鸡血的稀释液（一份血液加入九份生理盐水进行稀释），观察到的结果和现象十分明显。

1.1.2化学试剂 0.17mol/L氯化钠溶液、0.17mol/L氯化铵、0.17mol/L醋酸铵、0.17mol/L硝酸钠、0.12mol/L草酸铵、0.12mol/L 硫酸钠、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实验方法

主要步骤是：（1）取两支试管，各加入5ml蒸馏水，再分别加入0.5ml稀释的鸡血和人血，轻轻摇匀，注意观察溶液颜色变化，如发生溶血，记录溶血时间。（2）取两支试管，各加入0.17mol/L的氯化钠溶液5ml,再分别加入0.5ml稀释的鸡血和人血，轻轻摇匀，注意观察溶液颜色的变化，如发生溶血，记录溶血时间。（3）分别在以下几种等渗溶液中重复相同的实验，观察有无溶血，以及溶血时间。

0.17mol/L氯化铵、0.17mol/L醋酸铵、0.17mol/L硝酸钠、0.12mol/L 草酸铵、0.12mol/L硫酸钠、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.实验结果

表-1 不同等渗溶液下的溶血时间

11号-乙醇53″1′05″

12号-丙酮40″55″

注：实验设计基本覆盖了各类性质的分子，在表中，1和2号两支试管实际上是设立了对照，因为氯化钠为等渗溶液，其浓度是生理盐水的浓度，所取用的血细胞就是用生理盐水所稀释的，因此，1 号管不会发生溶血现象，肉眼所见为絮状；2号试管是用水作对照，由于水分子能够自由快速地进入细胞引起膨胀而最终引起溶血，溶液很快变为澄清，1和2的现象非常明显。首先进行1和2 的操作，目的是对于红细胞是否溶血建立一个感性的认识，并以此为参照进行后续的实验

3.讨论

（1）分析上述实验所得数据，

细胞的溶血时间与溶质进入细胞的

速度成正比

，各溶血时间不同，说明细胞膜对

于不同分子的透性不同。物质透过

细胞膜的被动运输受限于物质的脂

溶性、分子大小和带电性，即脂溶性强、小分子易通过细胞膜，而水溶性强、大分子、离子等不易通过细胞膜；

（2）离子通过细胞膜的效应和通过脂双层的效应是一样的，都是高度不透的。

细胞膜上存在一些离子通道，如Na+,K+,Ca2+通道，它的开放是有

条件的，当上述离子受到机械刺激、胁迫或是配体的结合时，只有在离子通道开放的条件下才能够进入细胞而引起溶血。强电解质在溶液中是以完全电离的离子存在的，因此，在本实验中强电解质的钠盐（氯化钠、硝酸钠和硫酸钠）都是不能引起溶血的；

（3）小的不带电荷的极性分子可以通过细胞膜但其速度极慢，大的不带电荷的极性分子不能通过细胞膜。本实验中弱电解质的盐（氯化铵、醋酸铵和草酸铵）都是能够引起溶血的，但是时间较长。因为对于弱电解质盐来说，虽然弱电解质可以电离出一部分离子，但是在动态平衡下大部分是以分子形态存在的，它们实际上归属于小的不带电荷的极性分子，可以透过细胞膜但是速度较慢，与这种情况相似的还有有机分子甘油、丙酮、乙醇和乙二醇，它们引起溶血的快慢可以从分子是否为对称结构上去考虑（即对称的分子比不对称的分子容易透过细胞膜）。葡萄糖是一种大的不带电荷的极性分子，通过脂双层的行为和细胞膜的行为是一致的，也是高度不通透的；

（4）水分子为小的不带电荷的极性分子，如果按照（3）得出的结论，其透过细胞膜的速度远没有疏水性分子快，但是实验中水分子引起细胞溶血的速度恰恰是最快的，这是由于细胞膜上有水孔蛋白的存在，由于有水孔蛋白参与了水分子的易化扩散，其进入细胞的速度远比水分子的简单扩散快得多。

综上所述为本次实验所得，通过实验我将理论知识与实验操作紧密地结合起来了，拓展了我分析问题的思路，同时使我能更好地从多方面、多角度地分析问题。