Сөж тақырыбы: Клетканың физикалық қасиеттері Орындаған

Тараз 2023

1. 
   Протоплазманың физикалық күйі – коллоидты жүйе
   
2. 
   Клетканың ұйымдасуындағы физика заңдылықтары
   

Бұл тарауда жасушаның физика-химиялық ұйымы мен физика-химиялық қасиеттері туралы заманауи көзқарастар қарастырылады. Алайда, тірі жасушаның ерекшелігі-ол тек онда болып жатқан химиялық және физикалық процестер мен құрылымдық қайта құрулардың сипаттамасымен шектелмейді. Бұл ерекшеліктің негізі және оның тән ерекшелігі-физикалық, физика-химиялық және биохимиялық процестердің жасушаның қасиеттері мен реакцияларын тұтастай көрсететін физиологиялық процестермен тығыз байланысы мен өзара тәуелділігі. Сондықтан жасуша физиологиясының дамуындағы қазіргі кезең тірі заттағы физика-химиялық процестерді "молекулалық масштабта" және жасушалық реакциялар болып табылатын процестерді, яғни жасушаның биологиялық құрылымдарының функциялары мен қасиеттерінің әр түрлі тоғысуынан тұратын реакцияларды зерттеудің тығыз өзара әрекеттесуімен сипатталады.

Физикалық-химиялық тұрғыдан протоплазманы ерітіндідегі макромолекулалардың барлық қасиеттері мен белгілері бар күрделі коллоидтық жүйе ретінде қарастыруға болады.

Заттың коллоидтық күйін келесі белгілерге сүйене отырып анықтауға болады: 1) коллоидтар табиғи мембраналардың тесіктерінен өтпейді; 2) коллоидтық бөлшектер үздіксіз ортадан белсенді беттермен бөлінеді; 3) коллоидтық ерітінділер күшті жарық дисперсиясына ие (Тиндель эффектісі); 4) коллоидтар диффузияның өте төмен жылдамдығымен ерекшеленеді.

Коллоидтардың бұл жалпы қасиеттері коллоидтық жүйелердің өте кең тобына жатады; күрделі гетерогенді ортада (атап айтқанда, протоплазма) бір уақытта бірнеше коллоидтық жүйелер болуы мүмкін.

Маңызды коллоидтық жүйе эмульсиялар болып табылады. Эмульсиялардың тән қасиеті — дисперсті фаза және олардағы дисперсиялық орта сұйық, бірақ олар бір-бірімен араласпайды. Мысал ретінде протоплазманың Сулы фазасында орналасқан май мен май тамшыларын (микроскопиялық және субмикроскопиялық өлшемдер) келтіруге болады.

Тағы бір маңызды колоидтық жүйе-эмульсоидтар. Олардың айрықша ерекшелігі — дисперсиялық орта мен дисперсті фаза арасындағы өзара байланыс. Мұндай коллоидтық жүйелердің тұрақтылығы екі қасиетке байланысты: электр зарядының болуы және дисперсиялық ортамен байланыс күштерінің болуы (сольвация қабаты деп аталатын түзілу).

Еріту қабатында еріткіш молекулалары (мысалы, су) электр зарядының әсерінен бағдарланады және поляризацияланады. Эмульсоидтарға судағы ақуыздар мен кейбір көмірсулардың ерітінділері жатады.

Коллоидтардың одан да күрделі жүйесі-коацерваттар (сурет. 1). Коацерваттар — біртекті коллоидты ерітіндінің екі қабатқа араласуы (бөлінуі) болған коллоидтық жүйе-таусылған және коллоидты бөлшектермен байытылған (Еврей, 1954). Поливалентті иондардың әрекеті немесе қарама-қарсы зарядтардың екі гидрофильді коллоидтарының өзара әрекеттесуі нәтижесінде күрделі коацерваттар деп аталады (сурет. 2). Күрделі коацерваттардың тұрақтылығын сақтауға олардың пайда болуымен коллоидтың оң және теріс зарядталған бөлшектері арасындағы тартылыс күштерінің артуы ықпал етеді.

Сурет - 1. Коацерваттардың қалыптасуы

Қазіргі көзқарастар бойынша протоплазма күрделі коацерваттардың түріне сәйкес салынған. Протоплазма ақуыздары (көбінесе конъюгацияланған ақуыздар, яғни қарапайым ақуыздардың басқа "заттармен (нуклеин қышқылдары, көмірсулар, жоғары май қышқылдары және т.б.) қосылыстары. Ақуызбен байланысқан кезде бұл заттар күрделі коацерваттар түзеді.

Сурет - 2. Кешенішілік коацерваттың түзілуіндегі коллоидтық бөлшектің құрылымы (Еврей, 1954).

Протоплазманың физика-химиялық күйін түсіну үшін зерттеуі үлкен маңызы бар коацерваттардың ерекше түрі интракомплексті коацерваттар деп аталады (Опарин және еврей, 1954). Олар коллоидты мицеллалардағы қарама-қарсы зарядталған иондардың адсорбциясы арқылы түзіледі; соңғысы иондардың Қос қабатымен жабылған сияқты. Көптеген тәжірибелер коацерваттардың протоплазмамен бірқатар ортақ қасиеттерге ие екенін және жасушада ұйымдасқан құрылымдардың пайда болуы коацервация процесіне де байланысты екенін көрсетті (сурет. 3) (Boij, Bungenberg De Jong, атап айтқанда, ақуыз ерітінділерінің нуклеин қышқылдарымен қосылуы ақуыз молекулаларында нуклеин қышқылдарының молекулалары адсорбцияланатын кешенішілік коацерваттар береді. Коацерват мицеллаларын зерттеу протоплазмалық коацерваттар күрделі типтегі коацерваттармен, ал ядро коацерваттары кешенішілік коацерваттармен ұсынылған деп болжауға мүмкіндік береді.

Сурет-3. Бунгенберг ДС Ионг бойынша жасуша моделі (Еврей, 1954): 1, 2, 3 — коацерваттар

Коллоидты ерітінділердің тағы бір маңызды қасиеті бар, ол оларды протоплазманың физикалық-химиялық күйіне жақындатады. Бұл қасиет коллоидты ерітінділердің екі күйде болу қабілетіне байланысты — зол және гель. Зол-бұл коллоидтың сұйық күйі, онда ол тұтқырлыққа ие (барлық сұйықтықтар сияқты); гель — бұл коллоидтың қатты (немесе жартылай қатты) күйі, онда ол өзін қатты дене ретінде көрсетеді, яғни серпімділікке, пішінін сақтауға, созылуға және т. б. Коллоидтардың айрықша ерекшелігі-зол күйінен гельге өту қабілеті және керісінше ("зол-гель ауысуы"деп аталады). Коллоидтық жүйелердегі Золь-гель ауысуын әртүрлі жолдармен қоздыруға болады: температураның немесе сутегі иондарының концентрациясының өзгеруі, электролиттердің қосылуы, механикалық әсер. Механикалық әсер ету кезінде гельдің күлге айналуы деп аталады бұл құбылыс протоплазманың физика-химиялық күйін түсіну үшін үлкен маңызға ие. Мысалы, протоплазмадағы көптеген функционалды-морфологиялық өзгерістерді тиксотропты гельдің әрекеті тұрғысынан қарастыруға болады.

Коллоидтардың аномальды тұтқырлық (тұтқырлықтың қысымға тәуелділігі), Қос сыну, тиксотропты қасиеттер сияқты қасиеттері тірі жасушалардың протоплазмасына ие (Кедровский, 1946). Сонымен, митоздық шпиндельдің, ядро қабығының, митохондриялардың Қос сынуы айқын көрсетілді, хар балдырларының протоплазмасында қалыптан тыс тұтқырлықтың болуы байқалды. Протоплазманың тиксотропты қасиеттері протоплазманың әртүрлі ағымдарын зерттеу кезінде, микроманипуляция арқылы тікелей тәжірибелермен, тұтқырлықты анықтаумен анықталды (Гельбрунн, 1957).

Осылайша, протоплазманы сулы ортада дисперсті жоғары молекулалық қосылыстардан тұратын полифазалық коллоидтық жүйе ретінде қарастыруға болады.

Протоплазманың құрылымдық қасиеттері туралы физика-химиялық идеялар супрамолекулалық субклеткалық құрылымдарды қарастырумен тығыз байланысты болуы керек. Электронды-микроскопиялық зерттеулер жасушаның протоплазмасында әртүрлі жіп тәрізді, везикулярлы, түтікшелі, мембраналық және басқа да құрылымдық түзілімдердің болуын көрсетті. Сондықтан жасушада жүретін биологиялық процестер оның коллоидтық-физикалық қасиеттерімен ғана емес, сонымен қатар супрамолекулалық құрылымдардан пайда болған көптеген интерфейстерде пайда болатын физикалық-химиялық құбылыстармен де анықталады (Эльпинер, 1953).