Клетка как носитель жизни:
Коллоидные свойства цитоплазмы

источник: Физиология растений - 3-е изд., М: 1988 г. // Лебедев С.И.

Кинетика химических реакций в цитоплазме обусловливается сложным сочетанием факторов, среди которых структурные особенности цитоплазмы имеют большое значение. Белки цитоплазмы благодаря разнообразию их строения, химической природы, гетерополярности могут вступать в безграничное количество реакций с различными веществами, которые содержатся в цитоплазме или поступают извне. В результате этих реакций может измениться форма макромолекулы, что приведет к изменению ее химической активности. Таким образом, изменчивость свойств белков — важная особенность живого вещества.

Цитоплазма построена по коацерватному типу и представляет сложную коллоидную систему из белковых, углеводных и липидных соединений. В разработанной известным советским ученым А. И. Опариным теории о происхождении жизни на Земле большое значение придается выделению органических веществ, белоксодержащих комплексов в форме коацерватных капель из первичных водных растворов.

Белки относятся к гидрофильным коллоидам. Такими же свойствами обладают и другие соединения, входящие в состав цитоплазмы. Коллоидная природа цитоплазмы имеет существенное биологическое значение. Благодаря большому количеству мельчайших частиц в коллоидных системах развиваются огромные суммарные поверхности, которые играют чрезвычайно большую роль. Они могут служить для связывания, адсорбции разнообразнейших активных веществ, прежде всего — снижающих поверхностное натяжение. На мицеллах происходит связывание ферментов и других соединений, адсорбируются различные питательные вещества. Все это создает условия для различных химических реакций.

Кроме рассмотренных свойств, белки обладают способностью денатурироваться. При денатурации гидрофильные коллоиды — белки — становятся гидрофобными, теряют стойкость и вследствие этого легко коагулируют. Такая типичная денатурация происходит при нагревании белков. Денатурированные белки, т. е. утратившие свои естественные свойства (выпали в осадок), способны адсорбировать красители. По поглощению красителя можно определить начало денатурации, хотя внешне, белки могут казаться неизменными.

Белковые вещества как амфотерные соединения вследствие реакций с электролитами изменяют свой заряд, что отражается на состоянии коллоидной системы, а также на ее растворимости. С электролитами связаны величина и знак заряда биоколлоидов цитоплазмы, соотношение между процессами гидратации и дегидратации, коацервации и т. д.

Важную роль во всех этих процессах играет поверхность цитоплазмы: она является средой для осуществления процессов адсорбции и десорбции, что влияет на движение частиц, которое может иметь большую скорость, проходить одновременно в противоположных направлениях и влиять также на свойства самой цитоплазмы — вязкость, эластичность, проницаемость и др.

Особенности цитоплазмы не позволяют рассматривать ее как истинно золеобразную жидкость, поскольку она по упругости приближается к гелю. Явление взаимного превращения золя в гель наблюдается на протяжении всей жизнедеятельности клетки. На состояние цитоплазмы влияют концентрация водородных ионов, а также соотношение между содержанием одно-и двухвалентных катионов. В присутствии кальция коагуляция белков в цитоплазме происходит при более низкой температуре.

Свойства цитоплазмы обусловливаются сложностью многофазной, полидисперсной, коллоидной системы. Цитоплазма имеет три слоя: внешний — плазмалемма, внутренний — тоно-пласт и лежащий между ними — мезоплазма. Пограничные слои плазмалеммы и тонопласт вязкие и эластичные, а мезо-плазма более текучая и менее эластичная.

Межмицеллярные пространства в цитоплазме содержат, кроме воды, еще и липоиды, которые находятся в непрочной связи с некоторыми боковыми цепочками белковых веществ. Эти боковые цепочки заканчиваются одной или двумя гидрофобными группами CH3, обладающими способностью присоединять к себе жиры. Кроме того, молекулы липоидных веществ имеют гидрофильные группы СООН, СОН, NH2, которые определяют способность липоидов взаимодействовать с водой. Следовательно, гидрофобные группы молекул будут ориентированы в сторону плазмалеммы, а гидрофильные—мезоплазмы. Липиды способны снижать поверхностное натяжение жидкостей; согласно законам физической химии они концентрируются главным образом на поверхности.

Во взрослых клетках, которые имеют вакуоли, на внутренней поверхности цитоплазмы, граничащей с клеточным соком, также образуется обогащенный липидами внешний слой, аналогичный плазмалемме; одновременно содержащиеся в клеточном соке липиды скапливаются возле поверхности вакуоли, которая граничит с цитоплазмой. Поэтому тонопласт богаче липидами, чем мезоплазма. Структура цитоплазмы чрезвычайно подвижна, и имеющиеся в ней вещества непрерывно вступают во взаимодействие как друг с другом, так и с органическими веществами или минеральными солями, которые поступают в клетку или вырабатываются цитоплазмой. Так, под влиянием: сахара ее структура может из золя перейти в гель.

Таким образом, цитоплазма — это сложная гетерогенная коллоидная структура, которая включает большое количество различных компонентов. Дисперсной средой является комплексный гидрозоль с высоким содержанием белковых и других макромолекул, сахаров, неорганических солей, например фосфатов. Важную роль играет вода, которая насыщает всю систему коллоидов цитоплазмы, образуя непрерывную фазу.

В живой цитоплазме постоянно происходят процессы новообразования и распада различных веществ, коагуляция коллоидов и их обратное превращение в золи, образование коацерватов, гелей и т.д. Эти процессы непосредственно зависят от состояния и свойств структур, из которых она состоит. Изменения протоплазменных структур под воздействием внешних условий имеют приспособительный характер.

Следовательно, цитоплазма — система многофазная, подвижная, динамичная; она закономерно изменяется под влиянием внутренних и внешних факторов.

В цитоплазме осуществляются метаболические циклы веществ и энергии, составляющие основу жизни растительного организма.