不同性质物质细胞膜通透性的观察比较(同名16461)

课题：不同性质物质细胞膜通透性的观察比较

作者：张 勋

组员：陈 琪 陈志浩 胡彦波

孟 月 孙 帅

不同性质物质细胞膜通透性的观察比较

张勋 陈琪 陈志浩 胡彦波 孟月 孙帅

摘要： 相对分子质量、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。由于各种溶质进入细胞的速度不同，所以不同的溶质诱导红细胞融血的时

间不同。可以通过测量溶血的时间来粗略比较细胞膜对不同物质通透能力的强

弱。

关键词：溶血时间 细胞膜通透性 不同溶质

0 前言：

细胞膜的存在将胞内物质与细胞周围环境隔开，为细胞内发生的各种代谢反

应提供了一个相对封闭、稳定的内环境。但这种屏蔽作用是相对的，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。

各种物质进出细胞的方式不同，大体可以分为三种方式：1.被动运输（依据

是否需要载体又可以分为自由扩散和协助扩散），疏水性小分子和某些极性小分

子以自由扩散的形式通过细胞膜。葡萄糖、氨基酸、核酸等营养物质通过载体蛋

白转运进入；2.主动运输，离子通过离子通道进入细胞，需要载体和能量；3.

胞吞胞吐，蛋白质等大分子。

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以低

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。其中离子通道是

离子通过细胞膜特有的方式。

以红细胞为实验对象，将其放入溶质不同的等渗溶液中，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，使细胞破裂，发生溶血。由于细

胞膜对不同物质的通透性不同，所以不同溶质进入细胞的速度相差很大，进而使

红细胞发生溶血的时间有差异，以此来估计细胞膜对各种物质通透性的大小。

1 材料与方法：

1.1 实验材料：抗凝人血、鸡血的稀释液（一份血液加入九份生理盐水进行稀释）

0.17mol/L的氯化钠、0.17mol/L的氯化铵、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 实验器材：试管、移液管、计时器。

1.3 实验方法：

取两支试管，各加入3毫升蒸馏水，再分别加入0.5毫升稀释的鸡血和人血，

轻轻摇匀，观察溶液的颜色变化，如发生溶血，记录溶血的时间；

取试管两支，各加入氯化钠溶液3毫升，再分别加入1.5毫升稀释的鸡血和人

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；

分别在以下几种等渗溶液中重复同样实验，观察有无溶血现象以及溶血时间。

2 实验结果：

鸡血全不溶血，人血的溶血情况如下表（后两组数据为其他两组的实验数据）

溶液 第一组人血 第二组人血 第三组人血

氯化钠 不溶 不溶 不溶

氯化铵 2:54 3:36 4:50

醋酸铵 1:06 1:01 1:20

硝酸钠 不溶 不溶 不溶

草酸铵 1:54 2:14 3:35

硫酸钠 不溶 不溶 不溶

葡萄糖 不溶 不溶 不溶

甘油 46s 1:04 1:45

乙醇 17s 1:10 58s

丙酮 40s 1:00 49s

乙二醇 1:36 10s 1:00

蒸馏水 35s 39s 49s

3 结果分析：

通过对比实验数据，得到各个组溶血时间快慢排序如下：

水＜丙酮＜乙醇＜乙二醇＜甘油＜醋酸铵＜草酸铵＜氯化铵

＜氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、葡萄糖（15min内不溶血）

4 分析讨论：

4.1 人血与鸡血

人血中的红细胞在大部分实验试剂中都发生溶血，而鸡血中的红细胞几乎都

不溶，我们可以从两者的生理结构及组分进行解释。人的红细胞没有细胞核和众

多的细胞器，这样也就缺乏了一个贯穿质膜和细胞核之间的细胞骨架的网络系

统。而鸡血的红细胞为有核细胞，其质膜成分与骨架成分相结合，使细胞膜抗低

渗的机械强度大大增加，细胞会吸水膨胀，在显微镜下会发现体积明显增大，但

很难像红细胞那样在短时间内胀破。

4.2 通过电解质与非电解质间进行比较

通过对实验结果的分析，得到非电解质的溶血速度整体上比电解质要快。

4.2.1 电解质

本实验中，电解质部分能产生溶血现象，部分不能，根据阳离子的不同，可

以分为铵盐和钠盐两类。

4.2.1.1 钠盐与铵盐

在电解质中，铵盐出现溶血现象，钠盐不出现溶血现象。原因在于铵盐为弱

电解质，溶液中存在电离平衡，有许多分子形式存在的氨。氨通过与水结合形成

一水合氨，作为分子形式的一水合氨小分子，可自由扩散进出红细胞。实验中，

红细胞外氨浓度相对高，氨分子顺浓度差进入红细胞，使红细胞内渗透压升高，

促使水通道开放，大量水分子进入红细胞发生溶血。而钠离子为强电解质，在溶

液中完全电离，不存在分子形式。钠离子是通过细胞膜上的选择性离子通道进入

细胞的，由离子通道介导的易化扩散是顺浓度梯度或电化学梯度的。等渗的钠盐

溶液不能引起红细胞膜上的离子通道开放，因而钠离子无法进入红细胞，红细胞

内渗透压不会升高，因而水分子不会进入红细胞，不会发生溶血。

但是，同样是铵盐，实验结果表明其溶血速度醋酸铵最快，草酸铵中等，氯

化铵最慢。氯化铵引起红细胞溶血的机制与草酸铵引起溶血的机制相同，但其时

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。红细胞发

生溶血的时间与氨分子的浓度有关，换言之就是与铵根离子的浓度有关，所以与

阴离子对铵根离子水解程度的影响有关，阴离子越能促进铵根离子解离的溶液

中，红细胞发生溶血的时间就越短。

4.2.2 非电解质

非电解质中，分子量越小，溶血越快。（葡萄糖180；甘油92；乙醇46；丙

酮58；乙二醇62），乙醇的溶血速度最快。本次试验选取的非电解质除了水之外，

都是有机物，有机物多数为脂溶性物质。

因为细胞膜的主要成分是磷脂，根据相似相

容原理，物质脂溶性越强，越容易通过细胞膜，所以红细胞在脂溶性物质中发生溶血的时间

相对于非脂溶性物质短。

4.2.2.1 水

水是一种极性小分子物质，虽然脂双层是疏水的，但其中并非没有空间，水

分子可以通过氢键在其中形成类似冰的结构，以自由扩散的方式进出红细胞，只

是速度较慢。然而，实验结果显示，水使红细胞发生溶血的时间最短，几乎是瞬

时的，说明水分子还有另外一种通过红细胞膜的方式。研究发现，很多细胞表面

都有专一的水通道——水孔蛋白，是水进出细胞的关键。实验中，在低渗条件下，

大量水分子从水通道易化扩散进入红细胞，也有水分子自由扩散进入红细胞，前

者速度较快，从而引起了迅速的红细胞溶血现象。

4.2.2.2 丙酮

由于丙酮是脂溶性物质，能通过自由扩散自由进入红细胞，使细胞内水势升

高，细胞吸水、胀破，导致溶血。但没有专门的通道，所以溶血时间较蒸馏水长。

4.2.2.3 含羟基的物质

乙醇、乙二醇、甘油都是脂溶性小分子，可以自由扩散进出细胞。实验中，

红细胞外有相对高浓度的该类物质，大量分子顺浓度差进入红细胞，使红细胞内

渗透压高于红细胞外渗透压，水通道开放，大量水分子进入红细胞，发生溶血。

但都为脂溶性物质，乙醇溶血时间短于乙二醇溶血时间，甘油溶血时间最长，是

因为含有不同的羟基数和不同的分子量。一般来说，分子的分子量越小，越容易

通过自由扩散作用进入细胞膜，使细胞涨破产生溶血现象；因为羟基是亲水基团，

细胞膜中间为亲脂层，不易通过细胞膜，所以，对于脂溶性分子，羟基数越多，

脂溶性越弱，越难发生溶血现象。

4.2.2.4 葡萄糖

红细胞摄取葡萄糖的方式是载体介导的易化扩散。实验中，葡萄糖顺浓度梯

度进入红细胞，但随后很快被红细胞代谢，为红细胞提供能量，不会引起红细胞

内渗透压的显著升高。因此，等渗的葡萄糖溶液不会使红细胞发生溶血。

4.3 极性与非极性

极性化合物具有较高的亲水性，不易通过细胞膜进入细胞，非极性化合物易

溶于脂溶剂，碳链越长，脂溶性越大，越容易发生溶血现象。

参考文献：

[1]曾宪录,巴雪青，朱筱娟.细胞生物学实验指导.北京:高等教育出版社

[2]王金发，何炎明，刘兵，细胞生物学实验指导.北京；科学出版社