山东大学-细胞膜的通透性.doc

山东大学实验报告 2016年 3月 10 日

姓名 郭雪飞 系年级 2014级生物基地班 同组者
科目 细胞生物学 题目 细胞膜的渗透性 学号 201400140095
一、实验名称
细胞膜的渗透性
二、实验目的
1、了解细胞膜的渗透性原理以及各类物质进出细胞的方式。
2、了解溶血现象及其发生机制。
3、比较不同大小或不同溶解性的物质进入细胞的速度。
三、实验原理
1、细胞膜的选择透过性：细胞膜是细胞与环境进行物质交换的选择通透性屏障，是一种半透膜，可选择性地控制物质进出细胞。将红细胞放在低渗溶液中，水分子大量渗透到细胞内，可使细胞胀破，血红蛋白释放到介质中，溶液由不透明的红细胞悬液变为红色透明的血红蛋白溶液，这种现象称为溶血。由于溶质渗透入细胞的速度不同，溶血时间也不同，因此，发生溶血现象所需的时间长短可作为测量物质进入红细胞速度的一种指标。本实验选用红细胞作为细胞膜渗透性的实验材料，将其放入不同的介质溶液中，观察红细胞的变化。
2、溶血现象：溶血是指红细胞破裂，血红蛋白逸出的现象。哺乳动物血浆的等渗溶液为0.85%NaCl溶液，红细胞在低于0.45%NaCl溶液中，因水渗入，红细胞膨胀而破裂，血红蛋白逸出。在体内，溶血可为溶血性细菌或某些蛇毒侵入、抗原-抗体反应（如输入配血不合的血液）、各种机械性损伤、红细胞内在（膜、酶）缺陷、某些药物等引起。溶血性细菌，如某些溶血性链球菌和产气荚膜杆菌可导致败血症。疟原虫破坏红细胞和某些溶血性蛇毒含卵磷脂酶，使血浆或红细胞的卵磷脂转变为溶血卵磷脂，使红细胞膜分解。
3、不同物质的溶血速度：
影响因素：脂溶性越大的分子越容易穿膜；
小分子比大分子容易穿膜；
非极性物质比极性物质越容易穿膜；
不带电荷的分子容易穿膜。
有通道蛋白容易穿膜。
（1）等渗溶液，渗透压与血浆渗透压相等的溶液称为等渗溶液，0.85%的NaCl溶液。
（2）低渗溶液，渗透压低于血浆渗透压的溶液称为低渗溶液，0.085%的NaCl溶液。
（3）甲醇：小分子、亲脂性的非极性分子甲醇为低渗溶液，容易溶解于脂双层，并迅速透过，提高红细胞的渗透压，促使水分进入细胞，引起溶血。
（4）丙三醇，作用与甲醇的作用相似，都是脂溶性分子，由于分子量的增加，分子的增大，溶血时间增加。
（5）葡萄糖，作用也和甲醇相似，脂溶性大分子，分子量更大，溶血时间更长。
（6）TritonX-100，它是一些具有亲水的极性基团和疏水的非极性基团的长链分子，可与脂双层形成混合微团，它们主要与蛋白质疏水部位相互作用，一般不会引起蛋白质变性。它是一种非离子型去垢剂，离子型去垢剂与蛋白结合后可改变蛋白质结构，使之变性，尤其是加热后可使蛋白质解离为单体，如十二烷基磺酸钠（SDS）等。多种去污剂可以溶解细胞膜上的磷脂化合物，从而使细胞膜破裂，释放出细胞内物质。
四、实验材料
1、材料
鸡血。
2、试剂
0.85%NaCl溶液、0.085%NaCl溶液、0.8mol/L甲醇溶液、0.8mol/L丙三醇溶液、6%葡萄糖溶液、2%TritonX-100
3、器材
离心管、试管架、滴管、显微镜。
五、实验过程
1、取鸡血6ml，加0.85%NaCl溶液4ml，在1000r/min条件下离心5分钟；（RBC压积量不少于 0.6mol）
2、将上述离心后的红细胞按沉淀量配成50%浓度（已完成），每组取血1.5mL左右。
3、每组取6支离心管，分别加入如下溶液各3ml：
（1）0.85%NaCl溶液
（2）0.085%NaCl溶液
（3）0.8mol/L（0.3mol/L等渗）甲醇溶液
（4）0.8mol/L（0.3mol/L等渗）丙三醇溶液
（5）6%（5%等渗）葡萄糖溶液
（6）2%（1.5%等渗）TritonX-100
4、小组各成员分工合作，向上述6支试管中分别加入50%红细胞悬液2滴，轻摇混匀，宏观观察离心管中是否有溶血现象发生，记录溶血时间，并于显微镜下观察各溶液的细胞。对于丙三醇溶液，每10分钟对比一次颜色，每20分钟镜检一次细胞；对于葡萄糖溶液，每20分钟对比一次颜色，每30分钟观察一次细胞。时间为1个小时即可。
5、拍照记录，清晰装片，整理实验台。
六、实验结果
1、比色结果：

等渗与低渗 甲醇与等渗 等渗与TritonX-100

等渗与葡萄糖30分钟 等渗与葡萄糖60分钟

等渗与甘油20分钟 等渗与甘油40分钟 等渗与甘油60分钟

2、镜检结果：
（1）甘油：

10分钟 20分钟

30分钟 40分钟

50分钟 60分钟

（2） 葡萄糖：
20分钟 40分钟
60分钟

（3）甲醇：

（4）低渗：

（5）TritonX-100：

（6）等渗：

3、破裂过程展示

4、溶血速度比较表：
编号
溶液类型
溶血程度
溶血
速度
溶血所需
要的时间
结果分析
1
0.85%氯化钠溶液
不溶血
0
不溶血
作比色用，颜色暗红，浑浊，不透明
2
0.0085%氯化钠
完全溶血
+++
5s
溶液透明，颜色鲜红，由于浓度较大，细胞完全溶血 
3
0.8mol/L甲醇
完全溶血
+++
16s
前期细胞不完全溶血，然后细胞完全溶血
4
0.8mol/L丙三醇
不完全溶血
+
＞1h
部分细胞先溶血，随着时间的增加，溶血细胞逐渐增加
5
6%葡萄糖溶液 
不完全溶血
+
＞1h
部分细胞先溶血，随着时间的增加，溶血细胞逐渐增加
6
6%Triton X-100 
完全溶血
++
10s
表面活性剂，结果不明显，溶液浑浊，但颜色鲜红

七、 实验结果分析
分析上述实验所得数据，细胞的溶血时间与溶质进入细胞的速度成正比 ，各溶血时间不同，说明细胞膜对于不同的物质通透性不同，具体解释如下：
1、0.85% NaCl溶液与鸡血细胞是等渗溶液，所以不能溶血。
2、0.085% NaCl溶液为低渗溶液，能够使红细胞吸水涨裂。浓度越低，与细胞的渗透压相差越大，渗透作用越强，越容易发生溶血。水分子引起细胞溶血的速度最快，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，其进入细胞的速度远比水分子的简单扩散快得多。
3、血细胞在相同浓度的甲醇，丙三醇，葡萄糖中都能溶血，但是时间不同，甲醇最快，其次是丙三醇，葡萄糖最慢。也就是说，随着分子量的增加，分子增大，溶血时间增长，这说明溶血时间的长短不但与分子的极性有关，还与分子的大小有关。
4、非离子型去垢剂TritonX-100((聚乙二醇辛基苯基醚))可与脂双层形成混合微团，主要与蛋白质疏水部位相互作用，不会引起蛋白质变性，从而是红细胞内物质渗出，发生溶血现象，溶血速度相对较快。
5、影响溶血速度的因素：
脂溶性越大的分子越容易穿膜；
小分子比大分子容易穿膜；
非极性物质比极性物质越容易穿膜；
不带电荷的分子容易穿膜。
存在特定通道的物质容易穿膜。
6、溶血细胞变透明的原因？
红细胞悬浮液之所以不透明,有两个因素是因为红细胞较大,具有遮光能力，另一个因素是红细胞内部有大量血红蛋白，周围溶质的屈光度略有不同。这两个因素结合起来使得红细胞可以折射光线,最终变得不透明。而当红细胞溶血后，血红蛋白释放到溶质中,其直径在10纳米数量级,不足以反射或折射波长在400~800纳米的可见光。同时细胞膜内外的介质相同，于是就变得相对透明了。
7、溶血细胞悬液变红的原因？
细胞胀破后，内容物流出，血红蛋白流出，直接暴露在视野下，没有细胞膜的遮挡，所以会变红。
八、总结改进
1、低渗、甲醇溶血太快，可以提前调整好显微镜的焦距，以免在调节焦距的过程中浪费时间。另外，要通过小组合作完成，避免自己操作是取放物品浪费时间。
2、试管中有红细胞和测试溶液时,不应强力摇晃,以免造成人为的红细胞破裂。 
3、即使细胞在等渗溶液中短时间内未发生溶血现象，但是细胞长时间处于等渗溶液中也会发生溶血现象。
4、条件允许的话，可以使用可以自动拍照的显微镜，拍照迅速、清晰、准确。
5、可以继续研究加入氯化钾、硝酸铵的强弱电解质对溶血的影响，研究细胞膜的通透性。

附件：细胞溶血视频 （以甲醇为例）
细胞溶血gif