Коллоидно-химические свойства цитоплазмы

Цитоплазма, ее хим. состав и структура. Клеточные мембраны.

Цитоплазма — это основная часть протопласта, в которой размещены все органеллы клетки. Она содержит в среднем 80 % воды и 20 % сухих веществ. Высокое содержание воды в цитоплазме не является случайным, оно указывает на значительную роль этого вещества, в жизнедеятельности клетки. Молекула воды представляет собой ярко выраженный диполь (Н⁺ — ОН"), который ориентируется вокруг заряженных частиц, образуя связанную воду: осмотически связанную — с ионами и молекулами и коллоидно связанную — с мицеллами. Это приводит к возникновению коллоидной структуры цитоплазмы. Сухое вещество цитоплазмы представлено различными классами веществ. Из основных конституционных веществ здесь присутствуют белки (главным образом), рибонуклеиновые кислоты (в небольшом количестве) и липиды (преимущественно в мембранах). Основой цитоплазмы являются белки, молекулы которых большей частью настолько крупные, что не растворяются в воде (кроме альбуминов) и образуют коллоидные растворы. Предпосылкой этого служит большое число заряженных частиц в белковой молекуле, особенно в ее боковых цепях, вокруг которых ориентируются диполи воды, образуя гидратационные оболочки. Так складывается сложная коллоидная система — золь, которая устойчива до тех пор, пока мицеллы белка несут на себе заряды и гидратированы. При частичной потере молекул воды, что бывает при изменении рН раствора, происходит частичная потеря гидратационной воды и сближение заряженных частиц. При этом коллоид разделяется на две фазы (явление коацервации, которое может быть обратимым). При полной потере гидратационных оболочек вследствие сильных воздействий (кипячение, соли тяжелых металлов) происходит полное слипание частиц и выпадение белка в осадок — коагуляция, которая бывает необратимой и вызывает гибель цитоплазмы. Таким образом, коллоиды цитоплазмы — белки — представляют собой не беспорядочную смесь веществ, а коллоидную структуру, составляющую основную массу цитоплазмы — ее матрикс, в который погружены органеллы клетки.

Мембраны клетки можно рассматривать как структурные образования цитоплазмы. Различают два типа мембран — цитоплазматические и внутриклеточные. Цитоплазматические ограничивают цитоплазму со стороны оболочки (п л а з м а л е м м а) и со стороны вакуоли (тонопласт). Внутриклеточные — это мембраны различных органелл, которые отделяют внутреннюю часть органеллы от цитоплазмы. Мембраны состоят из двух слоев липидов, среди которых много фосфолипидов, повернутых друг к другу своими гидрофобными концами. В билипидный слой встроены глобулы белков, выполняющие функции мембран. Мембраны имеют мелкие поры, через которые по градиенту концентрации могут проходить низкомолекулярные вещества. Вещества с крупными молекулами, а также ионы против градиента проходят через мембраны только путем, активного переноса.

Функции цитоплазматических мембран (особ. плазмалеммы): Структурная - создание поверхностей раздела двух частей клетки, что необходимо для раздельного размещения ферментов и упорядочения протекания ферментативных реакций обмена веществ. Транспортная — поглощение и выделение веществ (полупроницаемосгь или избирательная проницаемость) и регуляция пассивного и активного транспорта через мембрану. Осмотическая — поддержание осмотических свойств клетки. Энергетическая — аккумуляция и трансформация энергии, прежде всего световой, и создание электрохимических потенциалов. Рецепторно-регуляторная — восприятие внешних сигналов-раздражителей и передача ответных сигналов клетки как реакции на раздражение.

Разнообразие веществ и коллоидная структура обусловливают особые свойства, придающие цитоплазме характер жидкости и тв. тела одновременно — коллоидно-химические. Вязкость — способность сопротивляться перемещению частиц. Она обусловлена внутренним трением молекул и присуща только жидким телам. Поэтому наличие вязкости сближает цитоплазму с жидкостями и придает ей свойства жидкости. Цитоплазма имеет высокую вязкость — в 20 раз выше вязкости воды. Величина вязкости зависит от структурных особенностей цитоплазмы и ее физиологического состояния, поэтому она неодинакова в разных тканях и изменяется в зависимости от вида и возраста растения, а также от условий произрастания. Вязкость цитоплазмы реагирует на колебания температуры среды. Эластичность — способность противостоять механическим воздействиям (растяжению, сжатию) и возвращаться в первоначальное состояние после их окончания. Это свойство сближает цитоплазму с твердым телом и указывает на существование внутренних структур. Эластичность также изменчива и зависит от внутренних физиологических причин и внешних факторов. Особенно сильно уменьшается она при обезвоживании клетки, что может вызывать разрывы цитоплазмы при засухе и повреждение или гибель клетки. Изоэлектрическая точка (ИЭТ) — такая реакция среды клетки (значение рН), при которой число положительных и отрицательных зарядов белков уравнивается. Вследствие этого белок оказывается практически незаряженным и очень неустойчивым, так что незначительное вмешательство может привести его к коагуляции. ИЭТ чаще всего бывает в слабокислом интервале рН. Это положение нестабильно, оно зависит от состава белков и нуклеиновых кислот и от их состояния. Среда обитания действует на эти вещества, изменяя их, и через них влияет на величину ИЭТ. Движение цитоплазмы постоянно происходит в нормально функционирующей клетке. Определяют его обычно по передвижению органелл, например хлоропластов. Различают три типа движения: 1) колебательно-скользящее — движение частиц вперед и обратно; 2) циркуляционное от центра к периферии и от периферии к центру; 3) ротационное — внутри клетки по периферии. Движение цитоплазмы имеет важное значение для внутриклеточного транспорта веществ. Оно обусловлено активными процессами ж/д идущими с затратой энергии. Об этом можно судить по ускорению движения при внесении в клетку АТФ и замедлению при действии на нее дыхательными ядами (цианидом, фторидом и др.).