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1、细胞膜对不同性质物质通透性差异的一般规律 摘要：本实验通过观察人血和鸡血的红细胞对不同物质的溶血现象，建立起等渗的概念，理解溶血原理，并进而了解分子大小、脂溶性和带电性对细胞膜通透性的影响，总结细胞膜对不同性质物质通透性的一般规律。关键字：细胞膜通透性；红细胞；人血；鸡血；差异1 前言：细胞对水是自由渗透的，但对大多数物质具有选择透过性，在等渗条件下，稀释的红细胞悬浮液呈浑浊状且透光性差。但当红细胞溶血后，其悬浮液就变得透明且光线容易透过。本实验用稀释的红细胞悬浮液在不同溶质中是否出现溶血现象，来验证细胞膜的选择透过性。 本实验将红细胞分别放在各种等渗溶液中，由于红细胞膜对不同溶质的通透性不同
2、，使得不同溶质透入细胞的速度相差很大，有些溶质甚至不能透入细胞。当溶质分子进入细胞后，可引起渗透压升高，水分子随即进入细胞，使细胞膨胀，当膨胀到一定程度时，红细胞膜会发生破裂，血红素溢出，此时，原来不透明的红细胞悬液突然变成红色透明的血红蛋白溶液，这种现象称为红细胞溶血。由于各种溶质进入细胞的速度不同，所以不同的溶质导致红细胞溶血的时间不同。可通过测量溶血时间来估计细胞膜对各种物质通透性的大小。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，易观察到溶血现象。2 材料与方法：2.1实验材料抗凝人血、鸡血的稀释液（1份血液
3、加入9份生理盐水进行稀释）。2.2实验试剂0.17mol/L 氯化钠，0.17mol/L 氯化铵，0.17mol/L 醋酸胺，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。2.3实验仪器15ml玻璃仪器，5ml移液管，计时秒表等 2.4实验方法（1）取试管2支，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）取试管2支，各加入0.17mol/L 的
4、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同样实验，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。 3 实验结果：将实验所得数据统计与下面的表格里，便于分析与讨论。试管编号溶剂是否溶血溶血时间1 3ml水+一滴人血稀释液是1 292 3ml水+一滴鸡血稀释
5、液是103 3ml0.32mol/L乙二醇+一滴人血稀释液是1 294 3ml0.32mol/L乙二醇+一滴鸡血稀释液不完全溶不完全溶5 3ml0.32mol/L丙酮+一滴人血稀释液是1 426 3ml0.32mol/L丙酮+一滴鸡血稀释液不完全溶不完全溶7 3ml0.32mol/L乙醇+一滴人血稀释液是1 458 3ml0.32mol/L乙醇+一滴鸡血稀释液不完全溶不完全溶9 3ml0.32mol/L甘油+一滴人血稀释液否不溶10 3ml0.32mol/L甘油+一滴鸡血稀释液是2 0811 3ml0.17mol/L醋酸铵+一滴人血稀释液是2 2512 3ml0.17mol/L醋酸铵+一滴鸡血
6、稀释液不完全溶不完全溶13 3ml0.12mol/L草酸铵+一滴人血稀释液是3 4714 3ml0.12mol/L草酸铵+一滴鸡血稀释液不完全溶不完全溶15 3ml 0.17mol/L氯化铵+一滴人血稀释液是6 1616 3ml 0.17mol/L氯化铵+一滴鸡血稀释液不完全溶不完全溶17 3ml0.32mol/L葡萄糖+一滴人血稀释液不溶不溶18 3ml0.32mol/L葡萄糖+一滴鸡血稀释液不溶不溶19 3ml0.17mol/L的氯化钠+一滴人血稀释液不溶不溶20 3ml0.17mol/L的氯化钠+一滴鸡血稀释液不溶不溶21 3ml0.17mol/L硝酸钠+一滴人血稀释液不溶不溶22 3m
7、l0.17mol/L硝酸钠+一滴鸡血稀释液不溶不溶23 3ml0.12mol/L硫酸钠+一滴人血稀释液不溶不溶24 3ml0.12mol/L硫酸钠+一滴鸡血稀释液不溶不溶4 分析讨论：鸡血红细胞因含细胞骨架，细胞不易膨胀，导致鸡血红细胞不易发生溶血现象。所以在实验中可观察到鸡的溶血现象均没有人的血红细胞明显。下面分析人的溶血现象：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
8、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。实验结果表明 在不同的等渗溶液中不发生溶血的有4种，分别为氯化钠、硝酸钠和硫酸钠这三种钠盐溶液以及葡萄糖溶液。而发生溶血的7种等渗溶液根据引起溶血速度的不同由快到慢依次为乙二醇、丙酮、乙醇、甘油、醋酸铵、草酸铵和氯化铵。以上物质引起溶血/不溶血的机制各具特点，与物质本身的性质和生物膜的结构特征有关。中，细胞在低渗溶液中对水的通透性很高，原因为细胞膜上存在水通道蛋白，水大量进入细胞内，使红细胞溶血。4.1钠盐的比较：三种钠盐进入细胞的方式是通过钠离子通道，通道介导的是被动扩散运输，需顺浓度梯度
9、或者电化学梯度的，而三种钠盐溶液是等渗溶液，所以通道不会开放，也就没有水进入细胞，因此不发生溶血。 4.2铵盐的比较：三种铵盐引起细胞溶血的机制既有相同处，又有区别。相同处是：铵根离子能与水反应有：NH4 + H2O NH3.H2O + H+，其中氨分子为小的非电解质的非极性分子，脂溶性强，生成后迅速由简单扩散进入细胞，进入细胞后，氨分子与水分子结合解离成铵根离子，铵根离子不能穿出细胞，导致细胞内的铵根离子浓度不断上升，水分子进入细胞，细胞肿胀，最终导致溶血。而三者之间的区别是：氯化铵溶液溶血时间比草酸铵长，这是由于二者虽然均为等渗溶液，但铵离子含量不同。氯化铵中铵离子含量比草酸铵几乎少了一半
10、 ，相应地氨分子含量也少，因此氨分子进入红细胞的速率也慢，引起溶血的时间就长。而醋酸铵和草酸铵均为弱酸盐，醋酸铵相对分子质量小于草酸铵，醋酸铵更易进入细胞，所以溶血的时间短。 中，葡萄糖为大的不带电荷的极性分子，主要通过协助扩散进入细胞，其扩散需要膜上特异性蛋白协助，而这种蛋白是很少的，所以，进入细胞的葡萄糖很少。因此，等渗的葡萄糖溶液不会使红细胞发生溶血。4.3脂溶性的比较：甘油，乙醇，乙二醇，丙酮是脂溶性小分子，可以通过简单扩散的方式进入细胞，丙酮的脂溶性强于醇类，所以丙酮最易通过细胞膜；对于简单扩散而言，小分子易通过细胞膜，所以随着分子量的增加 （甘油乙二醇乙醇） ，扩散速度减慢，所以进
11、入红细胞的速度应为：乙醇乙二醇甘油。4.4 分子大小的比较：在乙醇，乙二醇，甘油和葡萄糖中，相对分子质量大小为：葡萄糖甘油乙二醇乙醇，随着分子量的增加，扩散速度减慢，所以进入红细胞的速度应为：乙醇乙二醇甘油葡萄糖。总结以上实验结果：钠盐均不溶血；在铵盐中，铵根离子浓度越高，溶血速度越快，分子越小，溶血速度越快； 葡萄糖等大的通过协助扩散进入细胞的极性分子由于特异性蛋白稀少而不能引起细胞溶血；脂溶性越强，溶血速度越快，随着分子量的增加，溶血速度减慢。 通过本实验的研究学习，既锻炼了动手能力，也锻炼了科学思考与学习并得出结论的能力。5 参考文献1曾宪录，巴雪青，朱筱娟细胞生物学实验指导M北京：高等教育出版社，2011.2黄百渠，曾宪录.细胞生物学简明教程. 北京：高等教育出版社，2010.
