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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____ysisoftheExperimentofRedBlood__llMembranePermeabilityAbstractTheredblood__llstodifferent__terialh__edifferentpermeabilitythearticletotheredblood__llsandchickenofredblood__llspermeabilityexperimentasthefoundationstudy____yzedandverifiedthedifferentredblood__llstothesameordifferentkindsof__terialpermeabilityandsumsupthe__m__lsredblood__llsresearch__llmembranepermeabilitygood__terialsand__terialintothegeneralrulesoftheredblood__lls.Keywordred__llpermeabilityexperimental____ysis__llmembrane1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试管编号15mL水+
0.5mL稀释人血5mL水+
0.5mL稀释鸡血25mL氯化钠+
0.5mL稀释人血5mL氯化钠+
0.5mL稀释鸡血35mL氯化铵+
0.5mL稀释人血5mL氯化铵+
0.5mL稀释鸡血45mL醋酸铵+
0.5mL稀释人血5mL醋酸安+
0.5mL稀释鸡血55mL硝酸钠+
0.5mL稀释人血5mL硝酸钠+
0.5mL稀释鸡血65mL草酸铵+
0.5mL稀释人血5mL草酸铵+
0.5mL稀释鸡血75mL硫酸钠+
0.5mL稀释人血5mL硫酸钠+
0.5mL稀释鸡血85mL葡萄糖+
0.5mL稀释人血5mL葡萄糖+
0.5mL稀释鸡血95mL甘油+
0.5mL稀释人血5mL甘油+
0.5mL稀释鸡血105mL乙醇+
0.5mL稀释人血5mL乙醇+
0.5mL稀释鸡血115mL丙酮+
0.5mL稀释人血5mL丙酮+
0.5mL稀释鸡血125mL乙二醇+
0.5mL稀释人血5mL乙二醇+
0.5mL稀释鸡血各种溶液浓度如下:氯化钠
0.17mol/L氯化铵
0.17mol/L醋酸铵
0.17mol/L硝酸钠
0.17mol/L草酸铵
0.12mol/L硫酸钠
0.12mol/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
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溶液人血鸡血氯化钠10’不溶10’不溶氯化铵6’1610’不溶醋酸铵2’5110’不溶硝酸钠10’不溶10’不溶草酸铵3’210’不完全溶硫酸钠10’不溶10’不溶葡萄糖10’不溶10’不溶甘油1’2210’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1’20’’10’12’’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__、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FacilitatesDiffuse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、郑曾贞溶液人血鸡血水1’20’’10’12’’氯化钠不溶不溶氯化铵6’16’’不溶醋酸铵3’11’’不溶硝酸钠不完全溶7’42’’不溶草酸铵4’14’’不完全溶硫酸钠10’不溶不溶葡萄糖10’不溶不溶甘油1’54’’不完全溶乙醇1’不完全溶丙酮1’07’’不完全溶乙二醇1’不完全溶第二组张蕊、郭丽丽溶液人血鸡血氯化钠不溶不溶氯化铵805555醋酸铵400330硝酸钠20min不溶20min不溶草酸铵240740硫酸钠20min不溶20min不溶葡萄糖20min不溶20min不溶甘油10020min不溶乙醇15100丙酮
1520.乙二醇2030第三组吕莹、孙玉淋、唐梅萍、周士伟溶液人血鸡血氯化钠————氯化铵4’26’’——醋酸铵1’22’’——硝酸钠————草酸铵2’13’’——硫酸钠————葡萄糖————甘油1’14’’——乙醇30’’——丙酮30’’——乙二醇31’’——。