红细胞膜通透性实验及分析
乔艳红 路路
（东北师范大学生命科学学院10级）
摘要：红细胞对不同的物质有不同的通透性，文章以人的红细胞和鸡的红细胞通透性实验为基础，研究、分析和验证了不同红细胞对同一种或不同种物质的通透性，总结出了哺乳动物的红细胞是研究细胞膜通透性的良好材料以及物质进入红细胞的一般规律。
关键词：红细胞 通透性 实验分析 细胞膜
Result Analysis of the Experiment of Red Blood Cell Membrane Permeability
Abstract The red blood cells to different material have different 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 membrane permeability good materials and material into the general rules of the red blood cells.
Keyword red cell permeability experimental analysis cell membrane
1 前 言
细胞膜的存在将胞内物质与细胞周围环境隔离开，为细胞内发生各种代谢反应提供了一个相对稳定的内环境。但屏蔽是相对的，因为细胞要与周围环境间进行物质和能量的交换，因此，细胞膜也是细胞与外界环境进行物质交换的结构。细胞膜可以选择性的让某些物质进出细胞。各种物质出入细胞的方式不同，大体可分为3种途径：被动运输（依浓度梯度，不需要能量）、主动运输（逆浓度梯度或电化学梯度，需要能量）和胞吞与胞吐作用[1]。
单纯考虑细胞膜的脂双层性质，仅疏水性小分子和某些极性小分子可以依浓度梯度差自由通过细胞膜，绝大多数的极性分子和离子不能自由通过，但细胞膜的脂双层上分布有丰富的功能各异的膜转运蛋白，使得这些极性分子和离子的跨膜运输得以实现。膜转运蛋白包括两大类：载体蛋白和离子通道。细胞所需的营养如葡萄糖、氨基酸、核酸等极性分子通过载体蛋白的转运进入细胞；离子通道则是离子通过细胞膜的特有方式。
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,导致红细胞逐步胀大,当体积增加30%时成为球形;体积增加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。将红细胞放入数种等渗溶液中,由于红细胞对各种溶质的透性不同,有的溶质可以渗入,有的不能渗入,渗入的溶质能够提高红细胞的渗透压后促使水分进入细胞,从而引起溶血;由于溶质透入速度互不相同,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, 来推断细胞膜对各类溶质渗透性的大小和强弱[2]。
红细胞是观察膜通透性差异的良好实验材料，是因为红细胞没有细胞核，这样也就缺乏一个贯穿质膜与细胞核之间的细胞骨架的网络系统。其他有核细胞，因为其质膜成分与骨架成分的相互结合，而使细胞膜抗低渗的机械强度大大增加，低渗溶液中这些细胞会吸水膨胀，显微镜下可以观察到细胞体积显著增大，但很难像红细胞那样在短时间内胀破。
2 材料与方法
在进行实验操作时, 根据图 1的实验原理设计11种 ( 水除外 ) 等渗溶液进行实验 ( 见表 1) 。在这些溶液中, 有强电解质的盐如氯化钠、硝酸钠和硫酸钠, 也有弱电解质的盐如氯化铵、醋酸铵和草酸铵, 有大分子的有机物如葡萄糖, 也有小分子的有机溶剂如甘油、乙醇、丙酮和乙二醇。
表 1 不同低渗溶液中的溶血现象
各种溶液浓度如下: 氯化钠 0.17mol/L, 氯化铵 0.17mol/L,醋酸铵0.17mo l/L,硝酸钠0.17mol/L,草酸铵0.12 mol/L,硫酸钠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。
按照上表向各试管中加入各溶液及血细胞，分别在上述几种等渗溶液中重复同样实验，观察有无溶血现象并用秒表记录溶血时间。
3 实验结果
我们组成员作了3次平行实验，平均结果如表2：
表2 三组数据的平均结果
4 分析与讨论
由于鸡的红细胞有细胞核，含细胞骨架，溶血需要较长时间，与哺乳动物的血红细胞相比，它不是较好的研究细胞膜通透性的材料。因此，我们主要分析人血细胞溶血结果，并得出相应结论。
总的结果是：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。由表2可以看出小分子有机物最易通过细胞膜，其次是水分子，弱电解质稍慢于水分子，葡萄糖等极性不带电的大分子以及强电解质难以通过细胞膜。
具体分析如下：
一、脂溶性小分子有机物
它们引起溶血的快慢可以从分子是否为对称结构及分子量大小等上去考虑。显然, 对称的分子比不对称的分子容易透过细胞膜。由上图知细胞膜对甘油、丙酮、乙二醇、乙醇的通透性大小为：乙醇>乙二醇=丙酮>甘油。
二、非脂溶性分子
(一)弱电解质
弱电解质（氯化铵、醋酸铵和草酸铵 )都是能够引起溶血的, 尽管它们需要的时间有快有慢。从弱电解质的性质上去分析知：虽然弱电解质可以电离出一部分离子, 但在动态平衡下大部分是以分子形态存在的。它们实际上是归属于图 1中所指的小的不带电荷的极性分子, 它们可以透过细胞膜但其速度比有机小分子慢。细胞膜对氯化铵、醋酸铵和草酸铵的通透性大小为：醋酸铵>草酸铵>氯化铵。
（二）强电解质
由表1知，强电解质钠盐均是超过10分钟仍不能造成溶血，从其性质上分析可知强电解质在溶液中是以完全电离的离子存在的,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, 只有在通道开放的条件下才能够进入细胞而引起溶血。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。
（三）极性不带电荷分子
从图 1可以看出, 水分子为小的不带电荷的极性分子, 从理论上讲, 其透过人工脂双层的速度远没疏水性分子快。但水分子引起红细胞溶血的速度比较快，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( Facilitates Diffuse) , 其进入细胞的速度远比水分子的简单扩散快得多。
本实验中所用的葡萄糖是一种大的不带电荷的极性分子,是高度不通透的。
综上所诉，物质进入细胞膜的快慢取决于自身分子量大小、极性大小、脂溶性大小及带电荷大小。分子量越小、极性越小、脂溶性越大及带电荷量越少的分子越易通过细胞膜。
附录：三组实验数据
第一组：乔艳红、张瑜、张晴晴、郑曾贞
第二组：张蕊、郭丽丽
第三组：吕莹、孙玉淋、唐梅萍、周士伟
[1] 曾宪录 巴雪青 朱筱娟 细胞生物学实验指导 高等教育出版社2012
[2] 程旺元, 余光辉, 陈 雁, 刘学群, 王春台 红细胞膜通透性实验及分析 中图分类号: Q71; G642 0 文献标识码: B 文章编号: 1672- 4550( 2009)05- 0039- 03
第二篇：实验五 网织红细胞计数
