高中生物中关于哺乳动物成熟红细胞的总结

王艳辉

在高中人教版生物教材中，多次涉及到哺乳动物成熟红细胞的知识，因为其结构特殊、方便取材等特点，常常用来作为实验材料。相关知识常作为命题素材或背景资料，现将其总结如下。

一、认识红细胞

（一）细胞形态

红细胞呈双面凹的圆盘状，红细胞的这种形态使它具有较大的表面积，有利于与周围血浆充分进行气体交换，从而能最大限度地运送O。同时它还具有柔韧性，这使得它可以通过毛细血管，并释放氧分子。

（二）细胞结构

红细胞没有细胞核，其各种细胞器也在细胞成熟过程中都退化了。这种结构特点不仅可以使细胞为运输O的血红蛋白腾出空间，也可使红细胞自身的代谢率大大降低，利于相关气体运输。

因此红细胞的生物膜除了细胞膜外，没有其他膜结构（如核膜、线粒体膜、内质网膜、高尔基体膜等）。

（三）细胞成分及功能

成熟红细胞由于没有细胞核和细胞器，所以没有DNA，但是富含血红蛋白（由幼嫩的红细胞中的核糖体合成）。在红细胞的组成中，除水分以外，约90%是血红蛋白。血红蛋白是一种含铁的蛋白质，呈红色，因此红细胞也是红色，大量的红细胞导致人的血液呈红色。血红蛋白在氧含量高的地方容易与氧结合，在氧含量低的地方又容易与氧分离。另外，血红蛋白还可运送来自组织细胞的二氧化碳。

研究发现，红细胞不仅具有运输氧气和二氧化碳的功能，还有识别携带抗原、清除循环中免疫复合物、增强T细胞依赖反应、效应细胞样作用以及促进吞噬等复杂的免疫作用。

（四）细胞代谢

成熟红细胞不仅无细胞核，而且也无线粒体等细胞器，不能进行有氧呼吸。血糖是其唯一的能源物质，红细胞通过协助扩散的方式吸收葡萄糖，不需要消耗能量。成熟红细胞保留的代谢通路主要是葡萄糖的酵解，即无氧呼吸。所以红细胞是少数几种在需氧型生物中进行无氧呼吸的组织细胞之一。

（五）细胞的来源

红细胞本身不能分裂增殖，红细胞的产生都是由骨髓中的造血干细胞直接分化而来。红细胞的形成过程是：核幼稚红细胞→无核网织红细胞→成熟红细胞。

（六）细胞的寿命

红细胞由于无细胞核和细胞器，它的寿命相对较短，平均约120天。因为红细胞内部无凋亡基因，无法进行编程性死亡，而是被网状上皮细胞吞噬分解。分解后的成分被运往肝脏，经处理后以胆汁的形式排出。每天约有4万个红细胞死亡。

（七）与红细胞有关的疾病

高中阶段常涉及到的关于红细胞的疾病有：缺铁性贫血、镰刀型细胞贫血症和地中海贫血。

缺铁性贫血是由于人体贮存铁缺乏导致血红蛋白合成量减少而形成的一种贫血，以小细胞低色素性贫血为典型表现。由于缺铁导致红细胞平均血红蛋白浓度均低于正常值，显微镜下细胞形态可以见到红细胞体积偏小。

镰刀型细胞贫血是一种常染色体隐性遗传病，是由于控制血红蛋白的基因发生突变，在缺氧時红细胞变成镰刀型，其携带氧的功能只有正常红细胞的一半。迄今为止还没有能真正治愈的药物。

地中海贫血又称珠蛋白生成障碍性贫血或海洋性贫血，是一组遗传性溶血性贫血疾病。由于遗传基因缺陷致使血红蛋白中一种或一种以上珠蛋白链合成缺如或不足所导致的贫血或病理状态。需要通过定期输血来保证患者正常的生命活动。

二、红细胞在高中实验中的用途

由于红细胞具有特殊的结构，常常用作实验材料。

（一）人教版必修一《分子与细胞》

经典实验“体验制备细胞膜”：红细胞没有细胞核和众多的细胞器，可以避免其他膜结构的干扰，以获得纯净的细胞膜;

探究动物细胞膜的透性：分别在高渗溶液、低渗溶液和等渗溶液中观察细胞的状态，以判断细胞的失水和吸水情况;

对生物膜结构模型的探索历程：20世纪初，科学家第一次将膜从哺乳动物的红细胞中分离出来，经化学分析得知，膜的主要成分是脂质和蛋白质，从而印证了欧文顿等人的推测。

对生物膜结构模型的探索历程：1925年，两位荷兰科学家用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气-水界面上铺展成単分子层，测得単分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。他们由此得出结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层！

（二）选修一《生物技术实践》

专题5的课题3“血红蛋白的提取和分离”：由于红细胞富含血红蛋白，因此本课题选用猪、牛、羊或其他哺乳动物的血液来分离血红蛋白。

三、相关例题

例1 一对正常夫妇生了一个色盲男孩，试问这位母亲的下列细胞中肯定不存在色盲基因的是（ ）

A.造血干细胞              B.次级卵母细胞

C.成熟的红细胞              D.卵细胞

解析：一对正常夫妇生了一个色盲男孩，可知这对夫妇的基因型是XX、XY。这位母亲的造血干细胞中的基因型为XX（体细胞具有相同的基因型，因为是同一受精卵通过有丝分裂产生的），因此具有色盲基因。B、D答案是学生比较容易误选的，因为次级卵母细胞和卵细胞形成过程中经过了同源染色体分离，等位基因已经分开，两种细胞中含有色盲基因的概率为1/2，但题目要求是细胞中一定不存在色盲基因。成熟的红细胞中由于不存在细胞核，没有DNA，所以一定不存在色盲基因。所以正确答案是C。

例2 在下列细胞或生物体中，能独立进行翻译过程的是（ ）

A.SARS病毒                  B.人体成熟的红细胞

C.流感病毒                     D.蚕豆根尖的成熟区细胞

解析：翻译的场所是核糖体。学生在解题过程中易误选B选项，原因有三：一是没有掌握“红细胞没有包括核糖体在内的各种细胞器”的这一结构特点;二是“红细胞中存在大量血红蛋白”的干扰;三是部分学生误认为“蚕豆根尖成熟区细胞是死细胞，不能合成蛋白质”。各种病毒是专性寄生的，不能独立进行蛋白质的合成，必须寄生在宿主细胞内，利用宿主细胞内的核糖体、酶、原料、能量才能合成蛋白质。所以正确答案是D。

例3 下列细胞或生物体中仅通过无氧呼吸获得能量的（）

A.酵母菌     B.根瘤菌   C.人成熟的红细胞   D.硝化细菌

解析：误选A较多，因为酵母菌能进行无氧呼吸，但题目要求是仅通过无氧呼吸获得能量，酵母菌的异化类型是兼性厌氧型，在不同条件下进行不同的呼吸方式。部分学生误选B，主要原因是根瘤菌与豆科植物共生，与一些动物体内寄生虫异化类型混淆，认为是厌氧型生物。误选D的学生主要是对硝化细菌不够了解，只知道它的同化方式是通过化能合成作用进行自养，但不知道它的异化类型是需氧型。人成熟的细胞由于没有线粒体，不能进行有氧呼吸，只能进行无氧呼吸。所以正确答案是C。