Коллоидно-химические свойства протоплазмы.

Основным содержанием любой живой клетки является протоплазма — весьма сложная комплексная система, богатая водой и состоящая из ряда органических соединений. Главная роль в протоплазме принадлежит, безусловно, белкам, которые связаны с другими органическими соединениями, в первую очередь с липоидами, нуклеиновыми кислотами, гликогеном и др. Как показали многочисленные исследования, протоплазма характеризуется гомогенностью, нерастворимостью в воде, сократимостью, способностью к обратимым изменениям своего состава и вязкости.

По мнению ряда ученых, различные включения, встречающиеся в протоплазме живой клетки, не имеют принципиального значения для жизни и, по существу, являются специальными дифференцировками. Иными словами, в протоплазме могут быть, а могут и не быть, гранулы или вакуоли различной величины и в различном количестве. Протоплазма — бесцветное прозрачное вещество, которое получило специальное название гиалоплазмы.

Согласно современным представлениям протоплазму следует рассматривать как сложную коллоидную систему, обладающую всеми свойствами и признаками макромолекул в растворе. Исследования, проведенные за последние годы, убедительно показали, что протоплазма построена по типу сложных коацерватов. Как уже отмечалось, белки протоплазмы представляют собой сложные соединения более простых белков с нуклеиновыми кислотами, углеводами, высшими жирными кислотами и т. д. Именно при соединении с белком эти вещества образуют сложные коацерваты, из которых большое значение имеют так называемые внутрикомплексные коацерваты.

Протоплазма живой клетки обладает еще одним важным свойством, которое сближает ее с коллоидными растворами,— тиксотропностью. Тиксотропные свойства протоплазмы были обнаружены при исследовании разного рода течений протоплазмы, определением вязкости, а также прямыми опытами с помощью микроманипуляций. Исследования показали, что протоплазма стоит на грани между растворимостью и нерастворимостью в воде. В результате этого даже малейшего изменения условий внешнего или внутреннего порядка достаточно, чтобы изменить эти соотношения в пользу растворимости или нерастворимости.

Таким образом, по современным представлениям протоплазма является весьма подвижным тиксотропным студнем, который легко может переходить в золь, обладающий коацерватными свойствами. В основе этих превращений лежит функциональное состояние клетки.

Однако даже в состоянии золя протоплазма сохраняет пластичность, т. е. свойства твердого тела. Об этом свидетельствуют многочисленные опыты по падению в жидкой протоплазме посторонних микроскопических частиц. Из курса физики известно, что микроскопические тела падают в жидкости с постоянной скоростью (закон Стокса). В протоплазме же подобное падение идет с задержками, толчками, с отклонениями, как будто падающие частицы на своем пути встречают невидимые препятствия. На основании этих фактов был сделан вывод, что в протоплазме, даже в состоянии золя, имеется тончайший цитоскелет, основой которого являются вытянутые полипептидные цепи белка. Эти цепи взаимодействуют друг с другом своими боковыми цепями, образуют тончайшую сеть, т. е. молекулярный остов протоплазмы.

Основным свойством цитоскелета является его подвижность. При движении протоплазмы большое число точек скрепления боковых цепей полипептидных молекул непрерывно разрывается и вновь восстанавливается. Боковые цепи полипептидных молекул белка могут взаимодействовать друг с другом в точках сцепления путем образования водородных связей или же за счет сил Ван-дер-Ваальса.

В петлях цитоскелета находятся разнообразные глобулярные белки, молекулы которых при развертывании сами могут превращаться в скелетные образования. Внутри цитоскелета находятся и другие органические и неорганические вещества, а также вода. Протоплазма живой клетки представляет собой полифазную коллоидную систему, состоящую из высокомолекулярных соединений, диспергированных в водной среде.

Однако в отличие от тел неживой природы, характеризующихся постоянством состава и формы, протоплазма сохраняет свое постоянство в результате непре­рывно идущих процессов обмена.

«Жизнь,— говорит Ф. Энгельс,— есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел». Это положение остается и по сей день неоспоримым, и только исходя из него можно правильно анализировать различные биологические явления.

Вопросы для самоподготовки

1.Классификация дисперсных систем. Основные методы получения и условия образования коллоидов.

2.Опишите строение коллоидной частицы-мицеллы и приведите примеры.

3.Каковы физические, оптические и молекулярно-кинетические свойства коллоидных систем.

4.Что такое термодинамический и электрокинетический потенциал? Где они образуются? Опишите явление электрофореза и электроосмоса.

5.Опишите устойчивость коллоидных систем, укажите виды и факторы устойчивости (по Пескову).

6.Коагуляция дисперсных систем. Дайте определение порога коагуляции и сформулируйте правила коагуляции – Шульца-Гарди.

7.Охарактеризуйте явления синергизма, антогонизма и аддитивности ионов.

8.Покажите схематично строение белковой молекулы и укажите факторы ее устойчивости. Что такое ИЭТ и ИЭС.

Коллоидные системы — это один из видов дисперсных систем малорастворимых в данной среде веществ (лиофобных) с размерами частиц дисперсной фазы от1 до 100 нм ,(1 нм = 10^-9 м )

Как было выше сказано, частицы коллоидных растворов не оседают под действием сил тяжести, проходят через бумажные фильтры, но задерживаются растительными и животными мембранами. Они имеют сложную структуру, зависящую от состава дисперсной фазы, дисперсной среды и условий получения коллоидов. .Необходимыми и достаточными условиями их образования являются:

а) достижение частиц размерами 10^-9 – 10^{-7 м;}

в)присутствие третьего компонента, играющего роль стабилизатора.

Требования к стабилизатору — содержание в его составе родственных ионов с веществом ядра (специфическая или избирательная адсорбция)

Коллоидная частица называется мицеллой, а жидкость, в которой находятся мицеллы — интермицеллярной. Последняя содержит в растворенном состоянии различные вещества , в том числе и ионы стабилизатора , а также ионы не пошедшие на образование коллоидных частиц.

Схема строения мицеллы, (например, золя хлорида серебра), может быть представлена :

х-

[mAgCl] n Сl^{—- ·} (n – x) К⁺ хК⁺

ядро потенциалопределяющие противоины

ионы

гранула

мицелла

Как видно из строения, потенциалопределяющими являются ионы, имеющие сродство (кристаллическую решетку) с ядром

( т.есть ионы Сl^— ).

Противоионы притягиваются за счет сил электростатического притяжения.

Мицелла является электронейтральной частицей, а гранула несет заряд, соответствующий по заряду потенциалопределяющих ионов.

Движение дисперсных частиц под влиянием электрического поля называется электрофорезом. Движение жежидкости через мембрану при наложении внешней разности потенциалов является электроосмосом. Методами электрофореза и элекроосмоса можно определить скорость движения и знак заряда коллоидных частиц (гранул), а также рассчитать величину электрокинетического потенциала.

Для коллоидов свойственны процессы, сопровождающиеся убыванием свободной энергии (адсорбция и коагуляция )

Коагуляция – это процесс слипания (агрегации) коллоидных частиц, которая вызывается механическими, температурными, электрическими и др. воздействиями, а также добавлением электролитов.

Экспериментально установленные закономерности коагуляции электролитами (правила коагуляции) можно обобщить и свести к следующему:

1) коагуляцию вызывают любые электролиты, но с заметной скоростью она начинается лишь по достижению определенной концентрации. Минимальное количество электролита, способного вызвать коагуляцию, называют «порогом коагуляции;