影响细胞膜通透性的因素研究

张喜纳，赵锦慧

（周口师范学院 生命科学与农学学院，河南 周口466001）

细胞膜位于细胞的最外层这一特殊位置，不仅为细胞提供了稳定的内环境，并且细胞膜与细胞内外物质的运输、信号的传导以及能量的传递都有密切的联系，这就决定了对细胞膜通透性的认识是对整个细胞乃至生命体认识的基础[1].细胞的生理活动与细胞膜的通透性息息相关，同时，细胞膜的通透性也能反映细胞所处的生理状态.通过对细胞膜通透性大小的研究，人们能够更好地了解生命体的各种生理状态，从而弄清相关疾病的发病机理，最终生产出更好的药物来治疗疾病[2－3].另外，通过对细胞膜通透性改变的研究，实现了细胞代谢的人工调控.此外，细胞膜通透性的研究对发酵工业也具有十分重要的意义[4].笔者以兔和鸡血红细胞膜为材料，研究不同因素对细胞膜通透性的影响，以期为相关方面的研究提供科学的依据.

1 材料、器具与方法

1.1 材料

鸡血和兔血，购于周口市农贸市场.蒸馏水、葡萄糖、柠檬酸钠、柠檬酸、氯化钠、醋酸铵、草酸铵、硫酸钠、无水乙醇等，由周口师范学院生命科学与农学学院提供.

1.2 器具

高压蒸汽灭菌锅、离心机、电子天平、移液管、计时秒表、试管、容量瓶、烧杯、试管架等，由周口师范学院生命科学与农学学院提供.

1.3 方法

1.3.1 抗凝剂阿氏液的制备

分别称取葡萄糖20.5g、柠檬酸钠80g、柠檬酸0.55g、氯化钠4.2g，溶解后定容至1 000mL，用柠檬酸钠调节pH到6.1，115℃下灭菌10min后放入4 ℃冰箱保存，备用[5－6].

1.3.2 抗凝鸡血及兔血的制备

取2个250mL的烧杯，分别加入100mL的阿氏液，并分别标记为抗凝鸡血和抗凝兔血，然后按5∶1的体积比分别加入20mL的新鲜鸡血和兔血，得到120mL的抗凝鸡血和兔血[7－8].

1.3.3 0.75%及0.9%的生理盐水的制备

0.75%的兔血生理盐水:称取氯化钠0.75g，溶解后，倒入100mL的容量瓶中，最后加入蒸馏水定容到100mL，然后贴上写有兔血生理盐水的标签.

0.9%的鸡血生理盐水:称取氯化钠0.90g，溶解后，倒入100mL的容量瓶中，最后加入蒸馏水定容到100mL，然后贴上写有鸡血生理盐水的标签.

1.3.4 10%的抗凝鸡及兔血红细胞悬浮液的制备

抗凝鸡血红细胞悬浮液的制备:用移液管分别量取4mL抗凝鸡血于6个刻度离心管中，2 000 r/min离心10min，弃上清，取沉淀；分别在所得的沉淀中加入适量0.9%的鸡血生理盐水，轻轻摇匀，制成悬浮液，2 000r/min再离心10min，取沉淀；重复上述操作，得到压积鸡血红细胞；将压积鸡血红细胞按照1∶9的体积比加入0.9%的鸡血生理盐水，制得10%的抗凝鸡血红细胞悬液[9].

抗凝兔血红细胞悬浮液的制备:用移液管分别量取4mL抗凝兔血于6个刻度离心管内，2 000 r/min离心10min，弃上清，取沉淀；分别在所得的沉淀中加入适量0.75%的兔血生理盐水，轻轻摇匀，制成悬浮液，2 000r/min再离心10min，取沉淀；重复上述操作，得到压积兔血红细胞；将压积兔血红细胞按照1∶9的体积比加入0.9%的兔血生理盐水，制得10%的抗凝兔血红细胞悬液[9].

1.3.5 等渗溶液的制备

取7个烧杯和7个100mL容量瓶，将烧杯和容量瓶依次标记为氯化钠、氯化铵、醋酸铵、硝酸钠、草酸铵、硫酸钠、葡萄糖，然后依次称取氯化钠0.99g、氯化铵0.91g、醋酸铵1.31g、硝酸钠1.45 g、草酸铵1.70g、硫酸钠1.70g、葡萄糖5.76g，放入贴有对应标记的烧杯中，各自溶解后，分别倒入标记好的相应的容量瓶中，再分别用蒸馏水定容至100mL.

另取3个100mL容量瓶，并依次标记为甘油、乙醇、丙酮，然后依次量取甘油2.33mL、乙醇1.86mL、丙酮2.38mL于标记好的容量瓶中，再分别用蒸馏水定容至100mL.

1.3.6 溶血现象的观察

先取试管2支，分别标记为鸡血和兔血，再向2支试管中各加入3mL蒸馏水，最后再分别加入1mL的抗凝鸡和兔血红细胞悬浮液，轻轻晃动试管摇匀，注意观察是否发生溶血现象，如果发生溶血现象，则记录溶血时间.

同样地，其他10种溶质分子的等渗溶液也分别按照上述蒸馏水的操作方法来进行，观察是否发生溶血现象，如果发生溶血现象，则记录溶血时间.实验设3次重复，溶血时间取平均值.

2 结果与分析

不同溶质分子渗入红细胞的速度有所不同，因此不同的溶质分子引发红细胞产生溶血现象的时间不同，可以用红细胞发生溶血的时间来估算不同溶质分子对细胞膜通透性的影响程度[10]，实验得到的溶血时间如表1所示.

表1 各类等渗溶液中红细胞的溶血时间

根据表1溶血时间可知，相对于鸡血红细胞而言，兔血红细胞更易发生溶血现象.

表2 脂溶性物质与兔血红细胞溶血时间的关系

表3 水溶性物质与兔血红细胞溶血时间的关系

根据溶质的溶解性不同，可以把溶质分为两大类:脂溶性溶质与水溶性溶质.根据实验结果（见表2、表3）可知，相对于水溶性溶质而言，脂溶性溶质更容易使兔血红细胞发生溶血，即细胞膜对脂溶性溶质的通透性较大.

表4 钠盐与兔血红细胞溶血时间的关系

表5 铵盐与兔血红细胞溶血时间的关系

表4、表5实验结果显示:相对于钠盐来讲，铵盐则更易使红细胞发生溶血现象.此外，在铵盐中，不同的铵盐促使兔血红细胞发生溶血的时间也不同.

3 讨论

实验结果显示，兔血红细胞比鸡血红细胞更易发生溶血现象，脂溶性溶质比水溶性溶质更易使血红细胞发生溶血，弱电解质比强电解质更易使血红细胞发生溶血.总之，溶血现象是由多种因素共同决定的，不仅与血红细胞来源有关，与溶质种类和性质也有关.

兔血红细胞之所以比鸡血红细胞更易发生溶血现象，可能是由于兔血红细胞膜机械强度小，抗压能力弱；而鸡血红细胞膜机械强度大，抗压能力强.当水分子进入鸡血红细胞时，虽然鸡血红细胞会出现吸水膨胀，但不会出现像兔血红细胞一样在短时间内发生细胞溶血的现象.

脂溶性溶质之所以比水溶性溶质更容易使兔血红细胞发生溶血，其原因主要是，脂溶性物质的化学成分与细胞膜的化学成分类似，而且这些脂溶性溶质大多数属于相对分子质量较小的有机物.这些性质都决定了脂溶性溶质比水溶性溶质更容易透过细胞膜，促使兔血红细胞发生溶血现象[11].

铵盐之所以更易使红细胞发生溶血现象，其主要原因是，铵盐属于弱电解质，在水溶液中铵盐不完全解离，有电离平衡现象，铵根离子与水会发生可逆反应生成氨分子，氨分子则可以顺浓度梯度透过细胞膜，促使兔血红细胞发生溶血现象；而钠盐属于强电解质，在水溶液中不存在电离平衡现象，钠离子是通过红细胞膜上的钠通道进入红细胞的，由于离子通道介导的易化扩散是顺电化学梯度的，氯化钠等渗溶液则不会引起兔血红细胞膜上钠通道的开放，这也就决定了钠盐的等渗溶液不会促使兔血红细胞发生溶血[12－13].

不同的铵盐促使兔血红细胞发生溶血的时间也不同，主要是因为铵盐促使兔血红细胞发生溶血的原因是铵根离子在水溶液中存在电离平衡，因此铵根离子的浓度也就决定了兔血红细胞发生溶血的时间长短.在等渗的氯化铵、醋酸铵和草酸铵溶液中，草酸铵等渗溶液中的铵根离子浓度是0.12 mol/L，相对低于氯化铵和醋酸铵等渗溶液中的铵根离子浓度（0.17mol/L），因此，氯化铵和醋酸铵比草酸铵更易使兔血红细胞发生溶血现象[12－14].

[1]段学辉，叶勤，张嗣良，等.啤酒酵母的通透性对ATP生产活性的影响[J].华东理工大学学报:自然科学版，2000，3（1）:33－36.

[2]章中.温和压力对酵母菌Saf细胞膜通透性的影响[J].农业科学研究，2007，20（2）:134－137.

[3]李永红，朱登勇，王姣，等.酵母细胞通透性研究[J].郑州大学学报:理学版，2011，34（4）:34－39.

[4]魏娜，李柏林，欧杰，等.细胞膜通透性调节在发酵代谢中的重要性[J].食品科技，2006，19（9）:89－92.

[5]马宗英.关于细胞膜对于不同物质通透性差异的研究[D].东北师范大学，2013:3－6.

[6]罗立新.细胞融合技术与应用[M].北京:化学工业出版社，2003:90－92 .

[7]刘晓艳，丘泰球，胡爱军，等.几种物理方法对细胞膜通透性的影响[J].生物技术，2002，46（2）:238－240.

[8]卢群，刘晓艳.超声对酵母细胞膜通透性的影响[J].食品与发酵工业，2005，31（9）:14－16.

[9]李研衍.生物工程[M].北京:中国医药科技出版社，1995:40－44.

[10]翟中和，王喜中，丁明孝，等.细胞生物学[M].北京:高等教育出版社，2008:31－43.

[11]杨汉民.细胞生物学实验[M].北京:高等教育出版社，1997:109－110.

[12]孙颖，郝美璞.铵盐通透细胞膜机理的探讨[J].河北师范大学学报:自然科学版，1998，22（2）:264－266.

[13]马超颖，石洪凌，陈超，等.细胞膜的渗透性实验[J].唐山师范学院学报，2006，28（2）:27－28.

[14]Shi XH，Kong Y，Gao HJ.Coarse grained molecular dynamics and theoretical studies of carbon nanotubs entering cell membrane[J].Acta Mech Sin，2008，24:161－169.