扩散、膜和低温学:我们能冷冻细胞吗?

这些发现的意义在于，有一种方法可以保存和保存细胞。这也表明，有一天，人们可能能够冷冻动物或人，并使他们复活。

问题

什么东西会穿过细胞膜?

什么东西会穿过膜?淀粉和糖在这个实验中被测试，看它们是否能穿过膜。淀粉分子比糖分子大得多，因为我用的糖是单糖(葡萄糖)。糖应该能够直接穿过膜，然而，淀粉会太大而不能。

我希望能够制造出一个“细胞”，并真正能够看到膜是如何保护细胞的。去年我在学校做了一个关于细胞的实验，激发了我对化学的好奇心。

有可能在冷冻过程中保存细胞吗?

由于几乎不可能在没有保护措施的情况下冷冻细胞并使其存活，这个项目可能会提供一种方法。这可能吗?(很容易)冷冻一个细胞并使其正常工作。

我希望在冰冻条件下完成细胞的保存。我的科学老师的一个想法促使我进行了研究。我很想知道如何保存冷冻后的细胞。

背景信息

什么会穿过膜?

细胞膜是细胞周围的一层薄薄的脂质(脂肪)和蛋白质。这些决定了什么可以进入或离开细胞。这种进出细胞的运动叫做渗透作用。粒子自然地从高浓度的地方到低浓度的地方(扩散)。(如果粒子被迫移动，它们可能不会这样做。)

碳水化合物中的两种基团被称为淀粉和糖。碳水化合物的一般公式是(CH₂O) n。(“n”是主链中碳的数目)一种碳水化合物被称为单糖或单糖。葡萄糖，像半乳糖和果糖一样，是一种异构体。异构体是一种结构不同但分子组成相同的化合物。双糖是在缩合反应中结合的两种单糖。多糖是结合在一起形成链的单糖积木。

糖原或动物淀粉是动物体内储存能量的地方。对动物来说，糖原是由葡萄糖分子串在一起形成高度分叉的链。然而，在植物中，以多糖和单糖形式存在的葡萄糖也被称为淀粉。淀粉是绿色植物通过光合作用产生的代谢储备。(淀粉以颗粒的形式出现。)淀粉有两种基本形式，一种是卷曲的无支链，另一种是类似糖原的支链。

猛撞的细胞

如果细胞结冰时，细胞内的液体没有减少，那么当细胞内的水结冰膨胀时，细胞的膜就会破裂。(细胞膜是细胞的最外层，可以让物体通过扩散进入或离开细胞。)细胞内部会渗出，细胞死亡。(在某些动物(如林蛙)体内，有一些细胞由于体内液体的存在而免于结冰。)

一些水可以通过使用高渗溶液从不受保护的细胞中取出。(通过有许多类型的高渗溶液;这个可能含有糖或盐。)这种高渗溶液也可能会完全包围细胞这样就会有扩散扩散到细胞外。扩散是进入或离开一个细胞从高浓度的地方到低浓度的地方的运动。然而，并不是所有的物质都能扩散到细胞中。物体必须小到可以穿过细胞膜。(细胞膜主要由脂质构成，脂质上有非常小的孔。)

假设

什么会穿过膜?

我希望葡萄糖能穿过细胞膜而淀粉不能因为淀粉分子太大。葡萄糖分子是一种单糖，是一个相当小的分子。它应该能很容易地穿过薄膜。

冷冻细胞

我希望看到冷冻甜菜时盐能保护甜菜，因为盐会帮助甜菜细胞中的水(部分)扩散出去。这将为细胞中的水留下足够的空间来膨胀，并且仍然适合细胞。

材料

什么会穿过膜?	冷冻细胞:
*葡萄糖 *本尼迪克特滴管溶液 *碘酒滴管 *淀粉 *汤匙 大约30个试管 *烧杯(6或7个) *钳 *受热面 *护目镜 *橡皮筋和/或胶带 *膜 *刻度缸(10ml.) *试管架 *标签 *相机	甜菜(1 - 2个小甜菜) *锋利的刀 *盐(大容器) *18个婴儿食品罐(或至少这个大小的罐子) *分光光度计(色度计) 称量克的秤 *一把尺子

过程

什么会穿过膜?

冷冻细胞

在本尼迪克特溶液中加入0.1%，0.09%，0.08%，0.07%，0.06%，0.05%，0.04%，0.03%，0.02%的葡萄糖，并将其放入热水中浸泡5分钟，制成不同颜色的刻度。 在罐子(试管)上贴上标签并拍照。 将5毫升0.1%葡萄糖放入两个试管中。 将10毫升0.1%葡萄糖放入两个不同的试管中。 在每个试管的顶部放置一片膜，并确保用胶带和/或橡皮筋“密封”膜的两侧。 将每个试管放入盛有50毫升水的烧杯中(倒置)。 在试管中加入5毫升水和一汤匙淀粉。(重复两次以确保准确性。) 在每个试管的顶部放置一片膜，并确保用胶带和/或橡皮筋密封膜的侧面。 将每个试管放入盛有50毫升水的烧杯中(倒置)。 10.等待一夜，在每个含有葡萄糖的试管中滴入5滴本尼迪克特溶液。 11.把它们放在热水浴中，对比照片中有多少多余的水扩散开来。 12.在每个淀粉烧杯中加入5滴碘，然后放入热水中浸泡5分钟。如果颜色变深了，那么淀粉穿过了膜。

用尺子切出12- 1厘米3.大小甜菜块。 称一下甜菜的重量，确保所有的甜菜都一样大。(14克。) 用普通自来水装满3个罐子。 在另外三个罐子中倒入50毫升水中，盐含量为10%。 在另外三个罐子中倒入50毫升水中，盐含量为20%。 在另外三个罐子里倒入50毫升水，盐含量为30%。 在另外三个罐子中倒入50毫升水中，盐含量为40%。 在最后三个罐子中倒入50毫升水中，盐含量为50%。 把罐子分成三组，每组在50毫升水中分别放入0%、10%、20%、30%、40%和50%的盐。 10.在每个罐子里放一个甜菜块。第三组空着! 11.把其中一套甜菜放在冰箱里。把另外两套放在冰箱里。 12.一两天后，把所有的甜菜罐都拿出来。 13.用分光光度计测量每个甜菜罐的吸收率和透光率。使用530 nm的光设置。使用没有甜菜的罐子作为空白样品(对照)。

数据

热细胞:盐浓度对细胞损伤的影响

看到http://www.qacps.k12.md.us/cms/sci/PROJSB.HTM获取详细信息。

讨论

什么会穿过膜?

这个项目的数据告诉我们一个大致的边界是一个分子可以有多大，并且仍然能够通过膜扩散。这可以帮助我们理解为什么消化如此重要，而且需要这么长时间才能真正发生。这也能告诉我们在你的细胞里有什么样的物质。

冷冻细胞

这个项目的数据告诉我们在冷冻细胞后需要多少盐来保存它们。受损的细胞将色素释放到水中，从而减少了光的透射。0%盐溶液冷冻后，透光率为0%，显示细胞几乎完全损伤。在20%的盐溶液中，保鲜率显著增加，这表明光透射率增加。在40%的盐含量下，大多数细胞似乎都没有破裂。冰箱的数据作为对照，显示出很少的细胞损伤，由高光传输。含盐量在40%及以上时，透光率下降。我不知道该怎么解释。

这些数据还告诉我们，冷冻细胞并使它们复活是可能的。这是保护动物的第一步。

结论

什么会穿过膜?

我的假设是正确的，淀粉分子太大而不能穿过膜。我说的葡萄糖能够扩散也是对的。这个项目证明，虽然淀粉和糖都是碳水化合物，但它们的大小不同。淀粉分子太复杂，无法通过膜扩散。该项目证明，并非所有分子都能穿过膜。

这些信息帮助我们理解消化的过程。食物分子必须被消化到一定大小，细胞才能“接受”它。

冷冻细胞

我的假设是正确的，盐可以保存冷冻的甜菜细胞。冰箱里盐最多的罐子只受到了一点点冻结的影响，而盐少的罐子则因为死亡细胞而呈现出明亮的紫色。

这个项目证明了有一种方法可以保存和保存细胞。这也证明了有一天人们可能能够冷冻动物，然后让它们复活。这些发现的意义在于，如果在世界历史的后期，人们可以被冷冻，然后在多年后复活，他们将能够讲述很多关于历史的事情。

我对未来研究的建议是使用各种各样的细胞，尽可能多地尝试保存;这可能有助于历史!另一个建议是做进一步的测试，看看冷冻的细胞在解冻后是否真的能存活。人们也可以使用不同的保存方式，看看哪种保存效果最好。

参考书目

http://www.ktca.org/newtons/10/cryogenics.html

斯塔尔,C。生物学:概念与应用李文雄，台北，1991，第27 - 29、40 - 43页。