Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Физико-химические свойства протоплазмы, их физиологическое значение и роль во взаимодействии растения с внешней средой

Протоплазма – живое содержимое клетки (цитоплазма + ядро). Термин протоплазма впервые предложил чешский ученый Я. Пуркинье в 1839 г. Протоплазма обладает рядом физико-химических свойств. Физические свойства протоплазмы тесно связаны с ее структурными и коллоидно-химическими свойствами.

Структурная неоднородность протоплазмы тесно связана с ее химической разнокачественностью. Структурной основой протоплазмы служат белковые вещества и их соединения, которым принадлежит 2/3 содержащихся в протоплазме сухих веществ. В цитоплазме имеется непрерывная липидная фаза, которая простирается от плазмолеммы до тонопласта и выполняет роль растворителя липофильных веществ. В мезоплазме (толща протоплазмы, заключенная между плазмалеммой и тонопластом) имеется непрерывная водная фаза. По существу вся имеющаяся в клетке вода находится в связи с веществами, входящими в состав клеточной стенки, протоплазмы и вакуолярного сока. Различна лишь форма и характер этой связи.

Протоплазма представляет собой сложное соединение коллоидных растворов белка и других органических веществ с истинными растворами солей и ряда неорганических соединений.

Следует различать истинные растворы, коллоидные растворы и суспензии. Истинные растворы отличаются прозрачностью; благодаря малым размерам растворенных частиц они легко проходят через биологические мембраны. Суспензии или взвеси – мутные жидкости, частицы которых более 0,2 мкм. При отстаивании взвешенные частицы оседают. Если частицы имеют промежуточные размеры – от 0,1 до 0,001 мкм т. е. слишком велики, чтобы образовать истинный раствор, но и слишком малы, чтобы выпасть в осадок, возникает коллоидный раствор (от греч. colla – клей).

В Коллоидных растворах на поверхностях частиц создаются огромные суммарные площади. Например, общая площадь поверхности 1 см³ равна 6 см². Если раздробить его на 8 кубиков величиной 0,5 см³, то поверхность каждого кубика будет равна 1,5 см², а общая площадь поверхностей всех 8 кубиков возрастет до 12 см². Если измельчение частиц будет доведено до размеров, встречающихся в коллоидных растворах, например с ребрами в 0,01 мкм, то общая площадь поверхности таких частиц достигнет 6 000 000 см² (т. е. 600 м²). Поскольку многие химические реакции происходят на поверхностях частиц цитоплазматического матрикса клетки, коллоидные растворы оказываются наиболее удобным физико-химическим состоянием вещества для протекания таких реакций.

В коллоидном растворе различают непрерывную фазу, или дисперсионную среду, и коллоидные частицы – дисперсионную фазу. Дисперсионная фаза протоплазмы состоит чаще всего из макромолекул белка. Коллоидные частицы протоплазмы как бы «взвешены» в дисперсионной (жидкой) среде, вследствие чего создается огромная поверхность, на которой происходит оседание, адсорбция веществ, поступающих в клетку, и осуществляются разнообразные биохимические реакции.

Коллоиды протоплазмы бывают в двух состояниях: в виде коллоидного раствора (золя) и студня (геля). В состоянии геля (от лат. gelatin а – студень) вытянутые белковые молекулы, соприкасаясь частями поверхностей между собой, образуют остов из сетки, заполненный дисперсионной средой. Когда коллоидные частицы – белковые макромолекулы расходятся, коллоид переходит в золь (от лат. solutus – растворенный).

Коллоидным состоянием протоплазмы обусловлена ее вязкость. У большинства клеток консистенция цитоплазматического матрикса превышает вязкость воды не более чем в 5-10 раз, но в ряде случаев может быть и значительно выше.

Физико-химическое состояние протоплазмы очень лабильно. При действии на нее разнообразных термических, механических, химических и других повреждающих агентов в клетках происходят паранекротические изменения («паранекроз» в дословном переводе значит «вблизи смерти»). Паранекроз проявляется в повышении вязкости, укрупнении раздробленных коллоидных частиц, увеличении адсорбции, изменении реакции цитоплазмы в сторону большей кислотности и т. д. Если сила раздражителя незначительна, процесс обратим. При более сильном воздействии наступают необратимые изменения – денатурация протоплазмы, при которой клетки гибнут. Такие изменения сопровождаются внутримолекулярными изменениями белка. Денатурированная протоплазма теряет свои нативные, естественные свойства, нерастворима в воде, химически инертна. Она не может быть возвращена в прежнее, нативное состояние.

Для поддержания нормального состояния протоплазма нуждается в непрерывной затрате энергии, освобождающейся из веществ, поступающих в клетку или синтезированных в ней.

И так, протоплазма обладает рядом таких физико-химических свойств, как:

− проницаемость;

− вязкость;

− эластичность;

− раздражимость;

− движение и т.д.

Проницаемость протоплазмы – совокупность физико-химических свойств, которые определяют способность протоплазмы поглощать те или иные вещества из внешней среды, накапливать и выделять их во внешнюю среду.

Вещество, поглощаемое протоплазмой, либо связывается ею, либо поступает из нее в клеточный сок. Взятые в высоких концентрациях вещества обычно не проникают в протоплазму, но оттягивают из нее воду. При этом протоплазма в некоторых местах отходит от клеточной стенки. Это явление получило название плазмолиза.

Плазмолиз (от др.-греч. πλάσμα – вылепленное, оформленное и λύσις – разложение, распад) – отделение протопласта от клеточной стенки в гипертоническом растворе.

Проницаемость протоплазмы носит избирательный характер. Например, проницаемость протоплазмы одно­го и того же растения по отношению к различным ионам неодинако­ва. Так, у водоросли валонии содержание Na⁺ в 5-6 раз меньше, чем в окружающей морской воде. Содержание же К⁺ в клеточном соке той же валонии значительно превышает содержание К⁺ в морской воде.

Факторы, влияющие на проницаемость протоплазмы:

1) температура;

2) освещение. Влияние света на поступление разных ионов неодинаково. В опытах Колландера хара поглощала ионы Li в темноте в 4-6 раз больше, чем Rb, а на свету – в 10-12 раз;

3) концентрация вещества во внешнем растворе. Нередко абсолютное количество ионов, поглощенных корнями из разбавленного раствора, значительно выше, чем из растворов более концентрированных;

4) генетические свойства растения;

5) возраста и физиологическое состояние растения;

6) тип растительной ткани (например, различные зоны растущей части корня) и уровень метаболизма в ее клетках и др.

Избирательная проницае­мость свойственна только живым клеткам. Поступление веществ в убитые клетки осуществляется путем диффузии и осмоса, т. е. пассивно. В живых клетках в этом процессе участвуют специфические активные механизмы.

Уровень проницаемости различных мембран одной и той же клетки неодинаков. Различна даже проницаемость отдельных участков одной и той же мембраны. Так, основным барьером для большинства электролитов слу­жит практически только плазмалемма, тогда как пассивное проник­новение неэлектролитов из внешней среды в вакуоль контролируют как плазмалемма, так и тонопласт.