高中生物中關(guān)于哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞的總結(jié)

王艷輝

在高中人教版生物教材中，多次涉及到哺乳動(dòng)物成熟紅細(xì)胞的知識(shí)，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)特殊、方便取材等特點(diǎn)，常常用來作為實(shí)驗(yàn)材料。相關(guān)知識(shí)常作為命題素材或背景資料，現(xiàn)將其總結(jié)如下。

一、認(rèn)識(shí)紅細(xì)胞

（一）細(xì)胞形態(tài)

紅細(xì)胞呈雙面凹的圓盤狀，紅細(xì)胞的這種形態(tài)使它具有較大的表面積，有利于與周圍血漿充分進(jìn)行氣體交換，從而能最大限度地運(yùn)送O。同時(shí)它還具有柔韌性，這使得它可以通過毛細(xì)血管，并釋放氧分子。

（二）細(xì)胞結(jié)構(gòu)

紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核，其各種細(xì)胞器也在細(xì)胞成熟過程中都退化了。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不僅可以使細(xì)胞為運(yùn)輸O的血紅蛋白騰出空間，也可使紅細(xì)胞自身的代謝率大大降低，利于相關(guān)氣體運(yùn)輸。

因此紅細(xì)胞的生物膜除了細(xì)胞膜外，沒有其他膜結(jié)構(gòu)（如核膜、線粒體膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜等）。

（三）細(xì)胞成分及功能

成熟紅細(xì)胞由于沒有細(xì)胞核和細(xì)胞器，所以沒有DNA，但是富含血紅蛋白（由幼嫩的紅細(xì)胞中的核糖體合成）。在紅細(xì)胞的組成中，除水分以外，約90%是血紅蛋白。血紅蛋白是一種含鐵的蛋白質(zhì)，呈紅色，因此紅細(xì)胞也是紅色，大量的紅細(xì)胞導(dǎo)致人的血液呈紅色。血紅蛋白在氧含量高的地方容易與氧結(jié)合，在氧含量低的地方又容易與氧分離。另外，血紅蛋白還可運(yùn)送來自組織細(xì)胞的二氧化碳。

研究發(fā)現(xiàn)，紅細(xì)胞不僅具有運(yùn)輸氧氣和二氧化碳的功能，還有識(shí)別攜帶抗原、清除循環(huán)中免疫復(fù)合物、增強(qiáng)T細(xì)胞依賴反應(yīng)、效應(yīng)細(xì)胞樣作用以及促進(jìn)吞噬等復(fù)雜的免疫作用。

（四）細(xì)胞代謝

成熟紅細(xì)胞不僅無細(xì)胞核，而且也無線粒體等細(xì)胞器，不能進(jìn)行有氧呼吸。血糖是其唯一的能源物質(zhì)，紅細(xì)胞通過協(xié)助擴(kuò)散的方式吸收葡萄糖，不需要消耗能量。成熟紅細(xì)胞保留的代謝通路主要是葡萄糖的酵解，即無氧呼吸。所以紅細(xì)胞是少數(shù)幾種在需氧型生物中進(jìn)行無氧呼吸的組織細(xì)胞之一。

（五）細(xì)胞的來源

紅細(xì)胞本身不能分裂增殖，紅細(xì)胞的產(chǎn)生都是由骨髓中的造血干細(xì)胞直接分化而來。紅細(xì)胞的形成過程是：核幼稚紅細(xì)胞→無核網(wǎng)織紅細(xì)胞→成熟紅細(xì)胞。

（六）細(xì)胞的壽命

紅細(xì)胞由于無細(xì)胞核和細(xì)胞器，它的壽命相對(duì)較短，平均約120天。因?yàn)榧t細(xì)胞內(nèi)部無凋亡基因，無法進(jìn)行編程性死亡，而是被網(wǎng)狀上皮細(xì)胞吞噬分解。分解后的成分被運(yùn)往肝臟，經(jīng)處理后以膽汁的形式排出。每天約有4萬個(gè)紅細(xì)胞死亡。

（七）與紅細(xì)胞有關(guān)的疾病

高中階段常涉及到的關(guān)于紅細(xì)胞的疾病有：缺鐵性貧血、鐮刀型細(xì)胞貧血癥和地中海貧血。

缺鐵性貧血是由于人體貯存鐵缺乏導(dǎo)致血紅蛋白合成量減少而形成的一種貧血，以小細(xì)胞低色素性貧血為典型表現(xiàn)。由于缺鐵導(dǎo)致紅細(xì)胞平均血紅蛋白濃度均低于正常值，顯微鏡下細(xì)胞形態(tài)可以見到紅細(xì)胞體積偏小。

鐮刀型細(xì)胞貧血是一種常染色體隱性遺傳病，是由于控制血紅蛋白的基因發(fā)生突變，在缺氧時(shí)紅細(xì)胞變成鐮刀型，其攜帶氧的功能只有正常紅細(xì)胞的一半。迄今為止還沒有能真正治愈的藥物。

地中海貧血又稱珠蛋白生成障礙性貧血或海洋性貧血，是一組遺傳性溶血性貧血疾病。由于遺傳基因缺陷致使血紅蛋白中一種或一種以上珠蛋白鏈合成缺如或不足所導(dǎo)致的貧血或病理狀態(tài)。需要通過定期輸血來保證患者正常的生命活動(dòng)。

二、紅細(xì)胞在高中實(shí)驗(yàn)中的用途

由于紅細(xì)胞具有特殊的結(jié)構(gòu)，常常用作實(shí)驗(yàn)材料。

（一）人教版必修一《分子與細(xì)胞》

經(jīng)典實(shí)驗(yàn)“體驗(yàn)制備細(xì)胞膜”：紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核和眾多的細(xì)胞器，可以避免其他膜結(jié)構(gòu)的干擾，以獲得純凈的細(xì)胞膜;

探究動(dòng)物細(xì)胞膜的透性：分別在高滲溶液、低滲溶液和等滲溶液中觀察細(xì)胞的狀態(tài)，以判斷細(xì)胞的失水和吸水情況;

對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)模型的探索歷程：20世紀(jì)初，科學(xué)家第一次將膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來，經(jīng)化學(xué)分析得知，膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，從而印證了歐文頓等人的推測。

對(duì)生物膜結(jié)構(gòu)模型的探索歷程：1925年，兩位荷蘭科學(xué)家用丙酮從人的紅細(xì)胞中提取脂質(zhì)，在空氣-水界面上鋪展成単分子層，測得単分子層的面積恰為紅細(xì)胞表面積的2倍。他們由此得出結(jié)論：細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩層！

（二）選修一《生物技術(shù)實(shí)踐》

專題5的課題3“血紅蛋白的提取和分離”：由于紅細(xì)胞富含血紅蛋白，因此本課題選用豬、牛、羊或其他哺乳動(dòng)物的血液來分離血紅蛋白。

三、相關(guān)例題

例1 一對(duì)正常夫婦生了一個(gè)色盲男孩，試問這位母親的下列細(xì)胞中肯定不存在色盲基因的是（ ）

A.造血干細(xì)胞????????????? B.次級(jí)卵母細(xì)胞

C.成熟的紅細(xì)胞????????????? D.卵細(xì)胞

解析：一對(duì)正常夫婦生了一個(gè)色盲男孩，可知這對(duì)夫婦的基因型是XX、XY。這位母親的造血干細(xì)胞中的基因型為XX（體細(xì)胞具有相同的基因型，因?yàn)槭峭皇芫淹ㄟ^有絲分裂產(chǎn)生的），因此具有色盲基因。B、D答案是學(xué)生比較容易誤選的，因?yàn)榇渭?jí)卵母細(xì)胞和卵細(xì)胞形成過程中經(jīng)過了同源染色體分離，等位基因已經(jīng)分開，兩種細(xì)胞中含有色盲基因的概率為1/2，但題目要求是細(xì)胞中一定不存在色盲基因。成熟的紅細(xì)胞中由于不存在細(xì)胞核，沒有DNA，所以一定不存在色盲基因。所以正確答案是C。

例2 在下列細(xì)胞或生物體中，能獨(dú)立進(jìn)行翻譯過程的是（ ）

A.SARS病毒????????????????? B.人體成熟的紅細(xì)胞

C.流感病毒???????????????????? D.蠶豆根尖的成熟區(qū)細(xì)胞

解析：翻譯的場所是核糖體。學(xué)生在解題過程中易誤選B選項(xiàng)，原因有三：一是沒有掌握“紅細(xì)胞沒有包括核糖體在內(nèi)的各種細(xì)胞器”的這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn);二是“紅細(xì)胞中存在大量血紅蛋白”的干擾;三是部分學(xué)生誤認(rèn)為“蠶豆根尖成熟區(qū)細(xì)胞是死細(xì)胞，不能合成蛋白質(zhì)”。各種病毒是專性寄生的，不能獨(dú)立進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成，必須寄生在宿主細(xì)胞內(nèi)，利用宿主細(xì)胞內(nèi)的核糖體、酶、原料、能量才能合成蛋白質(zhì)。所以正確答案是D。

例3 下列細(xì)胞或生物體中僅通過無氧呼吸獲得能量的（）

A.酵母菌???? B.根瘤菌?? C.人成熟的紅細(xì)胞?? D.硝化細(xì)菌

解析：誤選A較多，因?yàn)榻湍妇苓M(jìn)行無氧呼吸，但題目要求是僅通過無氧呼吸獲得能量，酵母菌的異化類型是兼性厭氧型，在不同條件下進(jìn)行不同的呼吸方式。部分學(xué)生誤選B，主要原因是根瘤菌與豆科植物共生，與一些動(dòng)物體內(nèi)寄生蟲異化類型混淆，認(rèn)為是厭氧型生物。誤選D的學(xué)生主要是對(duì)硝化細(xì)菌不夠了解，只知道它的同化方式是通過化能合成作用進(jìn)行自養(yǎng)，但不知道它的異化類型是需氧型。人成熟的細(xì)胞由于沒有線粒體，不能進(jìn)行有氧呼吸，只能進(jìn)行無氧呼吸。所以正確答案是C。