1、細胞膜的滲透性高熹（李安一）（天津理工學院生命大學班）摘要：細胞膜是細胞與外界環境進行物質交換的結構，可以選擇性地讓個別物質進出細胞，并且各類物質進出細胞的方法是不同的。因為細胞膜對于不同物質的私密性不同，致使不同溶質溶入細胞的速率相差很大，甚至有些不能滲進細胞中。本次實驗的目的在于了解分子量、脂胺類大小、電解質和非電解質堿液對細胞膜私密性的影響；觀察紅細胞的溶血現象；完善等滲概念并理解溶血原理。實驗以人和雞的紅細胞為材料，用自然滲透的方式進行實驗，通過檢測紅細胞的溶血時間來恐怕細胞膜對各類物質私密性的大小，得出了各物質通過細胞膜的通常性規律。關鍵詞：紅細胞
2、；細胞膜；滲透性；實驗序言新近國外外有關紅細胞膜的表面超精細結構的研究包括了紅細胞膜流動性、膜載體與膜離子信道等各方面，涉及到信息和分子辨識傳導的有關問題?？梢妼τ诩毎そY構和功能的研究具有非常重要的意義和應用價值，是一個重要的研究內容。細胞膜滲透性試驗是細胞生物學實驗的一個組成部份，有助于我們?？粕鷮τ嘘P于細胞膜功能的理解，在對于各物質進出細胞的通常規律進行剖析的過程中進一步加深對細胞膜本質的認識，同時在其中提升我們剖析問題的能力。在等滲氨水中，紅細胞保持正常大小和雙凹圓碟形；在滲透壓遞減的一系列溶液中，因為水份子的攝取超過水份子的流出，造成紅細胞逐步脹大，當容積降低30%時成為球狀；容積增
3、加到45%-60%則細胞膜損傷而發生溶血，此時血紅蛋白逸出細胞外。一個十分顯著的現象就是在試管中細胞形態的絲狀物消失，濾液由細胞存在的懸濁液變為非細胞結構的澄清液。這一現象是判斷細胞是否溶血的一個現象證據。將紅細胞裝入各類等滲氨水中，因為紅細胞對于各類溶質的私密性不同，有的溶質可以溶入，有的不可以溶入，溶入的溶質能提升紅細胞的滲透壓后使得水份步入細胞，進而導致溶血；因為溶質步入速率互不相同，因而溶血時間也不相同。按照溶血現象是否發生以及溶血時間的快慢，來判定細胞膜對各種溶質滲透性的大小和強弱。影響物質穿膜能力大小的誘因主要有三個：一是物質脂胺類的大小，由于膜骨架是有脂單層分子構成的，所以脂胺類
4、物質便于穿過細胞膜；二是分子容積大小，較小的分子易穿過細胞膜；三是物質帶電狀況，由于細胞表面通常帶電，不帶電的物質易步入細胞。判斷細胞溶血不溶血的方式：溶血的氨水紅的程度更高，且堿液泛白，透明度也更高。二是可以在顯微鏡下觀察細胞的形態。細胞斷裂后細胞形態并沒有發生很大的變化，而是膜結構上有一個小口，膜還是有結構的，只不過容積變小了。須要說明的等滲氨水中細胞也會是斷裂的，由于生活狀態下膜外側不斷交換物質代謝產物的積累使細胞滲透壓的平衡破壞，同時有些代謝物質對細胞是有毒性的所以長時間放置會使細胞斷裂，所以做等滲實驗時間不宜超過1h。實驗器材及材料試劑0.17mol/L硫酸鈉，0.17mol/L硫酸
5、銨，0.17mol/L乙酸胺，0.17mol/L氯化鈉，0.12mol/L草酸銨，0.12mol/L鹽酸鈉，0.32mol/L獼猴桃糖，0.32mol/L甘油，0.32mol/L乙酸，0.32mol/L苯胺。材料小米辣。器材50ml小燒瓶，移液槍，試管，試管架。實驗步驟文蛤細胞漂浮液：取50ml小燒瓶一只，加一份文蛤和10份0.17mol/L硝酸鈉堿液，產生一種不透明的白色堿液，即稀釋的羊肉。低滲氨水：取試管一只，加入5ml分餾水，再加0.5ml稀釋的羊肉，注意觀察堿液顏色變化，由不透明的白色漸漸澄清，說明紅細胞發生斷裂導致溶血，全部紅細胞溶血后光線比較容易透過堿液。羊紅細胞滲透性:取試管一支，加
6、入0.17mol/L硫酸鈉堿液5ml，再加入0.5ml稀釋的羊肉，輕輕搖晃，觀察顏色變化及溶血現象，說明緣由。取試管一支，加入0.17mol/L硝酸銨堿液5ml，再加入0.5ml稀釋的羊肉，輕輕搖晃，觀察顏色變化及溶血現象，說明緣由。另外8種等滲堿液進行同上實驗記錄實驗結果并簡單剖析。實驗結果圖1不同低滲氨水中紅細胞溶血現象圖1從左至右依次編號為1、2、3、4、5、6、7、8、9和10?？梢燥@著地觀察到1、2、8和10號的四支試管中依然是混濁液，而其余的機制試管為澄清液。另外，作為對照組水的溶血時間是26s。表1不同低滲堿液中紅細胞溶血現象編號1試劑卩是否溶血卩溶血時間屮獼猴桃糖否乜A2.硫酸鈉
7、袒否絕A3.硫酸安是卩乙酸是滬混和即溶-5.乙酸臻是心20“6.甘油卩是卩8mim7*草酸安是滬30&氯化鈉袒否絕A%乙醇卩是卩混和即溶屮10.硝酸鈉空否乜A結果剖析剖析上述實驗所得數據，細胞的溶血時間與溶質步入細胞的速率成反比，各溶血時間不同，說明細胞膜對于不同分子的透性不同。物質透過細胞膜的被動運輸受限于物質的脂胺類、分子大小和帶電性，即脂胺類強、小分子易通過細胞膜細胞膜流動性，而水溶性強、大分子、離子等不易通過細胞膜；水份子為小的不帶電荷的極性分子，因為細胞膜上有水孔蛋白的存在，因為有水孔蛋白參與了水份子的易化擴散，其步入細胞的速率遠比水份子的簡單擴散快得多，最終致使紅細胞的吸水脹破
8、。離子通過細胞膜的效應和通過脂單層的效應是一樣的，都是高度不透的。細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，當上述離子遭到機械剌激、脅迫或是卟啉的結合時，只有在離子通道開放的條件下才才能步入細胞而導致溶血。弱電解質在堿液中是以完全電離的離子存在的，因而，在本實驗中弱電解質的谷氨酸鈉（硫酸鈉、硝酸鈉和氯化鈉）都是不能引發溶血的；小的不帶電荷的極性分子可以通過細胞膜但其速率極慢，大的不帶電荷的極性分子不能通過細胞膜。本實驗中強電解質的鹽（硝酸銨、醋酸銨和草酸銨）都是才能造成溶血的。由于對于強電解質鹽來說，盡管強電解質可以電離出一部分離子，并且在動態平衡下大部份是以分子
9、形態存在的，它們實際上歸屬于小的不帶電荷的極性分子，可以透過細胞膜并且速率較慢。獼猴桃糖是一種大的不帶電荷的極性分子，通過脂單層的行為和細胞膜的行為是一致的，也是高度不通透的。而可以觀察到乙酸和乙醇兩個試劑是混和就溶，幾乎中間沒有間隔，考慮是實驗室打算時稀釋錯誤，導致乙酸和乙醇的含量過低，將細胞膜的脂類溶化引起的。6實驗反省本次實驗為細胞生物學的第一次實驗，實驗完成的情況較為良好，而且也反映了一些問題，做實驗的時侯開始沒有經驗，在甘油組沒有等足夠的時間，等發覺溶血現象后已經停止計時，后來又重做了一遍耽擱了一定的時間，因而在未來的實驗中細胞膜流動性，一定要做好預習，實驗中及時觀察，做好記錄。還有丙酮和乙酸兩個實驗結果與我個人的預期不符合，然后實驗要及時提出指責，得到老師解答。參考文獻王棕發，何炎明.細胞生物學教程.上海：科學出版社.2004,9.楊漢民細胞生物學實驗M.2版成都：高等教育出版社，1997.程旺元，余光輝，陳雁，等.紅細胞膜私密性實驗及剖析J.實驗科學與技術，2009,7(5):39-41.
