Физическое состояние протоплазмы

Живое вещество содержит в своем составе значительное количество воды. Содержание воды в цитоплазме и ядре доходит до 90% и выше. Подвижность, лабильность, легкая реактивность живых систем в значительной степени обусловливаются наличием в их составе большого количества воды.

Наиболее важными соединениями живого вещества являются белки, отличающиеся огромными размерам# своих молекул, большим непостоянством, лабильностью и амфотерностыо.

Физическое состояние протоплазмыВсе эти признаки в значительной степени определяют и физические свойства живого вещества, которое в основе своей представляет своеобразный водный раствор белковых тел.

Растворы, в которых частицы растворенного вещества, распределенные между частицами воды, достигают относительно больших размеров (от 5 до 100 µ), отличаются особыми свойствами и называются коллоидными. Вещества, образующие такие растворы, именуются коллоидами. Если частицы имеют размеры больше 100 µ, то получается уже различимая макроскопически эмульсия.

Белковые молекулы по своим размерам лежат как раз в тех пределах, которыми определяется коллоидное состояние вещества. Коллоидные растворы по своим свойствам отличаются от истинных растворов электролитов и молекулярных растворов веществ с небольшими молекулами (например растворов сахара).

Коллоидные свойства растворов зависят от величины рассеянных в растворителе частиц. При этом не обязательно, чтобы эти частицы были молекулами; это могут быть и целые комплексы их. Таким образом, коллоидный раствор можно получить и из кристаллических веществ с мелкими молекулами, если суметь рассеять их в растворителе такими комплексами, которые будут достигать размеров, достаточных для проявления коллоидных свойств. В связи с этими особенностями для коллоидных растворов применяют и несколько иную терминологию, чем для растворов молекулярных и ионизированных (истинных растворов).

Коллоидный раствор представляет всегда двухфазную систему, в которой одной фазой является растворитель, т. е. то вещество, в котором рассеяны коллоидные частицы, последние в своей совокупности представляют вторую фазу этой системы.

Первая фаза (растворитель) называется дисперсной средой, вторая (растворенное вещество) — дисперсной фазой.

Для диспергированных частиц применяется широко распространенный термин — мицелла. Мицеллы могут иметь ту или иную форму, например шарообразную, вытянутую или удлиненную.

Структура коллоидных растворов, особенно таких непостоянных соединений, как белки, может быть очень изменчивой. В тех случаях, когда дисперсная фаза распадается на отдельные мицеллы, коллоид представляется в виде более или менее вязкой жидкости; в таком случае говорят о состоянии золя. Диспергированное состояние частиц поддерживается благодаря своим электрическим зарядам и сродству к растворителю (лиофильности). У большинства коллоидов состояние гидрозоля может с легкостью переходить в состояние же л а. Коллоидный раствор превращается при этом в студень и приобретает некоторые свойства твердого тела, связанные с изменением строения. Диспергированные частицы в этом случае увеличиваются в размере и сливаются в сплошную губчатую структуру, между перекладинами которой распределена более жидкая фаза. Такой переход называется желатинизацией и обычно бывает обратимым. Примером обратимой желатинизации может служить раствор желатины, представляющей белковое тело из группы альбумоидов. При низкой температуре раствор желатины застывает в виде студня, а при повышенной температуре становится жидким. Эти переходы из жела в золь и обратно могут происходить многократно.

Мицеллы в желах обычно располагаются беспорядочно, но могут быть ориентированы и в определенном направлении (удлиненные мицеллы); в таких случаях коллоид приобретает определенную структуру. О характере последней можно судить при помощи специальных рентгенограмм.

С течением времени коллоидные растворы претерпевают те или иные изменения. Они могут «стареть». При «старении» структура коллоидов изменяется в сторону увеличения размеров мицелл и даже частичной желатинизации, сопровождающейся снижением лиофильности. Особенно часто такая желатинизация происходит на поверхности соприкосновения со средой. Она носит название поверхностной и может происходить в наружных и во внутренних частях коллоидных систем.

В живой протоплазме процессы обратимой желатинпзации, образования поверхностных мембран и т. и. широко распространены. Сюда относятся все эктоплазматические процессы, образование хромозом, ахрома- тиновой фигуры лучистой сферы при кариокинезе и целый ряд других феноменов. Однако известны случаи и необратимой желатинпзации, когда образовавшиеся жели уже не могут возвратиться в состояние золя. В живых организмах такие случаи могут иметь место при образовании промежуточных веществ, при отвердевании нитей паутины, выделяемых специальными железами пауков, и т. п. Не исключена возможность, что в случаях такой необратимой желатинпзации происходят изменения не только физической, но и химической структуры белка.

Кроме желатинпзации, белковые коллоиды, находящиеся в состоянии золя, способны выпадать из раствора в виде сгустка. Такой процесс называется коагуляцией; очень часто он обусловливается структурными изменениями молекулярного характера. Во всяком случае, коагуляция белковых тел, которая происходит при их нагревании или при фиксировании микроскопических препаратов, сопровождается денатурацией белка, т. е. изменением его молекулярной структуры, почему и не может считаться простой необратимой желатинизацией.

Благодаря значительным размерам своих частиц, коллоидные растворы обнаруживают так называемый «тиндалевский эффект». Последний заключается в том, что коллоидный раствор при пропускании через него в темноте ограниченного пучка световых лучей светится так же, как взвешенные в воздухе пылевые частицы, если на них попадает ограниченный боковой солнечный луч. Интенсивность тиндалевского эффекта зависит от строения коллоида; чем крупнее мицеллы, тем сильнее свечение. Жели светятся обычно сильнее, чем золи. Тиндалевским эффектом пользуются при изучении изменений, происходящих в коллоидном состояния живой цитоплазмы и ядра. На нем основаны наблюдения в так называемом «темном поле»), при которых препарат освещается так, что на него падают только боковые лучи света, идущие более или менее перпендикулярно к оптической оси микроскопа. Благодаря этому, более плотные структуры цитоплазмы и ядра представляются светящимися на темном фоне. В темном поле удается наблюдать появление различных гранул, образование хромозом при митозе, астросферы и т. п. В современной методике изучения живых клеток этот способ является одним из наиболее популярных и дает хорошие результаты.

В тесной связи с коллоидной структурой стоит и другое явление, имеющее значение для жизнедеятельности клеток и известное под названием набухания и отбухания. Суть его заключается в том, что в одних условиях коллоидные частицы притягивают к себе воду, в других — отдают ее. Грубый пример набухания и отбухания может дать опыт с желатиной. Если поместить в воду сухую желатину, имеющую коллоидную структуру, то она набухает, но не растворяется. Если на набухшую желатину нанести капельку слабой кислоты (сделать укол иглой, смоченной в кислоте), степень набухания в соответствующем месте увеличивается, и на поверхности желатины образуется вздутие. После смазывания такого вздутия щелочью оно отпадает и данный участок отбухает.

Процессы набухания и отбухания в живой клетке, вероятно, имеют место при таких явлениях, как, например, кариокинез.

Образование поверхностных желей нельзя не поставить в связь с наличием у живых клеток на некоторых рубежах различных органов пограничных мембран. Можно предполагать, что такой характер имеет ядерная оболочка. Коллоидным перепонкам присущи особенности так называемых полупроницаемых Мембран. Последние содержат поры, величина которых позволяет проходить мелким частицам и не дает возможности пройти крупным мицеллам коллоидов; во многих случаях они непроходимы и для некоторых электролитов. Наличием подобных мембран в живых клетках обусловливаются некоторые явления осмотического порядка, например тургор растительных клеток.

Важную роль в коллоидных растворах играет поверхностная энергия, возникающая на поверхностях мицеллярных комплексов. Она выражается прежде всего в явлениях адсорбции. Благодаря энергии на поверхности мицелл задерживаются частицы, вроде ионов электролитов и других веществ, растворенных в дисперсной среде. Между адсорбированными, т. е. сближенными на поверхности мицелл частицами могут происходить такие реакции, которые в других условиях без внешних воздействий не происходят, например реакция окисления и др. Таким образом, коллоидные растворы лишь в силу своей структуры являются катализаторами многих процессов. Многие своеобразные особенности таких процессов, как действие ферментов, могут быть сведены только к каталитическому действию коллоидов.

Адсорбированные частицы обладают способностью изменять самые свойства адсорбировавшей их мицеллы, например ее заряд, что неизбежно отражается на структуре коллоида.

Явления адсорбции изучаются в современной цитологии методом прижизненного окрашивания. При этом в организм вводят не ядовитую краску и по количеству поглощенного вещества и характеру поглощения (в простейшем случае — путем непосредственного наблюдения прижизненно окрашенной клетки) судят об изменениях, происходящих в клетках в зависимости от тех или иных условий. Метод прижизненного окрашивания в практике современной цитологии дает очень ценные результаты, помогающие, изучению сущности жизненного процесса.

Гистологическое окрашивание фиксированных препаратов в значительном большинстве случаев основано не на химическом их сродстве, а на явлении адсорбции краски.

Вязкость (внутреннее трение жидкости) коллоидов также имеет своеобразные особенности по сравнению с вязкостью однородных жидкостей. В последних (воде, глицерине, серной кислоте и т. и.) она постоянна. Но в таких непостоянных системах, как коллоидные растворы, вязкость очень изменчива. В коллоидных системах она увеличивается не пропорционально концентрации растворенного вещества, а значительно быстрее. Кроме того, вязкость обусловлена также и структурой коллоида и в зависимости от последней может увеличиваться или уменьшаться.

Степень вязкости живого вещества может в 3—4 раза превышать вязкость воды, но в определенных условиях она способна резко изменяться и превышать вязкость воды в 1000 раз. В некоторые периоды жизненного цикла клетки вязкость может нарастать. Это наблюдается, например, в процессе митоза, когда протоплазма делается более плотной и вязкой. 

Отсюда становится понятным важное значение вязкости для жизненного процесса.

Вместе с вязкостью тесно связан вопрос о так называемом агрегатном состоянии живого вещества, которое прежде расценивалось то как жидкое, то как твердое, то как полужидкое. В действительности вязкость живого вещества может изменяться в довольно широких пределах.

Приведенными данными о химической структуре и физических свойствах важнейших тел, входящих в состав живого вещества, можно ограничиться. Они позволяют уяснить возникновение ряда структур и механизм многих отдельных процессов, происходящих в живой клетке и обусловленных необычайной величиной белковой молекулы. Все эти свойства живого вещества находят объяснение в известных законах физики и химии. Однако подобные объяснения и примеры носят в значительной степени модельный характер. Проливая некоторый свет на процессы, протекающие в клетке, они не дают полной возможности понять весь жизненный процесс в целом, во всей его многогранности, и не создают оснований сводить сущность некоторых жизненных явлений к специальным структурам протоплазмы.

Громадное большинство приведенных выше фактов не основано на изучении живых белков и живых коллоидов. Химический анализ белков обычно начинается с того, что вместе с первой же манипуляцией нарушается их прижизненное (нативное) состояние. Поэтому исследуется уже не живой нативный белок, а белок денатурированный. Коллоидная химия изучает физические свойства коллоидов также не на живых клетках, а на искусственных коллоидах или на таких белковых продуктах (как, например, желатина), которые также не обладают свойствами нативного белка.


Практические занятия медицинские биологические препараты для профилактики и лечения инфекционных заболеваний

Занятие 1-е. Вакцины и анатоксины.

Вопросы для обсуждения. 1. Искусственный иммунитет, активный и пассивный. 2. Препараты для создания искусственного активного иммунитета: вакцины и анатоксины. 3. Виды вакцин: живые, убитые и химические. 4. Способы приготовления вакцин. 5. Анатоксины нативные и очищенные, их получение и титрован... Читать далее...



Практические занятия вирусы

Занятие 1-е. Методы вирусологических исследований.

Вопросы для обсуждения: 1. Особенности биологии вирусов. 2. Принципы классификации вирусов. 3. Вирион, его строение, размеры и химический состав. 4. Микроскопические методы изучения морфологии вирусов. 5. Методы культивирования вирусов на культурах клеток, куриных эмбрионах, лаб... Читать далее...




Категория: Элементы тканей Просмотров: 82 | Теги: Физическое состояние протоплазмы, состояние протоплазмы, протоплазма