Proprietatile fizico-chimice ale protoplasmei

Proprietatile fizico-chimice ale protoplasmei

Starea de agregare a protoplasmei este o stare coloidala, dar care se deosebeste de cea a coloizilor nevii. Coloizii protoplasmei sunt coloizi hidrofili, particulele dispersate avand o afinitate pentru apa superioara celei care o au intre ele, astfel ca apa le separa pe unele de altele, le inconjoara si in acelasi timp le disperseaza. Substantele dispersate in mediul apos al coloizilor fiind fie substante macromoleculare ca proteine fibrilare sau globulare, substante cu molecula medie ca glucide, fosfolipide, aminoacizi, nucleotide, fie substante cu molecule foarte mici sau ioni minerali. Intre macromolecule se stabilesc forte de coeziune de diferite tipuri care determina formarea unei retele in ochiurile careia se gaseste apa libera, substante solubile si ioni. Aceste forte insa in coloidul viu, spre deosebire de cel mort, se desfac si se refac continuu astfel ca protoplasma se poate prezenta sub o forma mai vascoasa sau mai fluida. Pentru a le deosebi de coloizii inerti cei protoplasmatici se numesc plasmasol si plasmogel, iar cei inerti (ex. gelatina) sunt numiti hidrosol si hidrogel (Fig. 21). De exemplu prin incalzirea unui gel de gelatina, acesta se transforma in hidrosol, fluidificarea rezulta din agitatia termica ce determina ruperea legaturilor intre macromoleculele proteice fibrilare, fenomenul fiind reversibil prin racire, cand agitatia termica este diminuata si fortele de coeziune se restabilesc. Spre deosebire de coloizii inerti, ca gelatina, care in conditii constante nu evolueaza, plasma vie nu se poate conserva intr-o asemenea stare stationara, in acest caz relatiile intermoleculare se modifica fara incetare.

Protoplasma vie prezinta fenomenul de tixotropie adica transformarea reversibila a starii de gel in sol, in mod spontan si, chiar mai mult, in protoplasma aceleiasi celule coexista starea de plasmasol si plasmagel. Asa de exemplu la mixomicete partea interna a citoplasmei este fluida si moale (plasmasol), iar cea externa mai rigida (plasmagel).

Deosebirea dintre coloizii inerti si cei vii, protoplasmatici, se refera si la complexitatea structurii moleculare a acestora din urma (Fig. 21).

Fig. 21: Schema structurii unui hidrogel (1) si hidrosol (2) comparativ cu a unui plasmagel (3) si plasmasol (4).

Filtrarea. Coloizii hidrofili, chiar sub forma de hidrogel, nu traverseaza hartia de filtru cu toate ca macromoleculele au dimensiuni mult inferioare porilor hartiei. Aceasta se datoreste fortelor de coeziune intermoleculare ce impiedica moleculele sa se deplaseaza unele fata de altele. Prin crearea unei presiuni, aceste forte pot fi invinse astfel ca sub presiune, hidrogelul poate fi filtrat si dupa filtrare se poate reface un sistem analog celui initial, iar legaturile intermoleculare sa se restabileasca.

Dar cu plasmagelul (gelul plasmatic viu) situatia nu este identica. Asa de exemplu un plasmodiu de mixomicete se poate filtra sub presiune dar din filtratul sau se va obtine numai un coloid inert. Protoplasma vie este inseparabila de legaturi precise, chiar daca sunt schimbatoare, ce unesc macromoleculele si determina un raport si o structura spatiala bine definite. Ruperea acestor legaturi, in acest experiment sub presiune, si alterarea raporturilor antreneaza moartea, fiind ireversibile.

Proprietati difractante. La coloizii hidrofili, invelisul monomolecular de apa atenueaza considerabil diferenta indicilor de refractie, puterea difractanta fiind mult redusa. Acelasi lucru se constata si in cazul protoplasmei, considerand numai substanta fundamentala, fara organitele celulare. Despre protoplasma vie se spune ca este 'optic vida' pentru ca nu apare la microscop ca structura difractanta. Prin alterarea sau moartea protoplasmei ea devine difractanta datorita dislocarii moleculelor de apa care determina cresterea considerabila a indicilor de refractie. Indicele de refractie al protoplasmei este de 1,30 - 1,50.

Coagularea rezulta in urma separarii mediului de dispersie de particulele dispersate. In cazul coloizilor hidrofili dispersia macromoleculelor se datoreste afinitatii lor pentru apa care le inveleste intr-un manson continuu. Prin indepartarea apei macromoleculele se apropie intre ele datorita fortelor de coeziune si se produce coagularea. Aceasta se poate produce si sub actiunea unor substante (alcool, acizi tari) care au o afinitate pentru apa mai mare decat a macromoleculelor plasmatice. Un alt factor de coagulare este caldura (70C), prin cresterea agitatiei termice se rup legaturile dintre apa si particulele dispersate, ceea ce reda sistemuiui proprietatile difractante, iar protoplasma devine opaca. (Fig. 22).

Fig. 22: Schema procesului de coagulare a unui hidrogel. Indepartarea apei a permis agregarea macromoleculelor sub efectul fortelor de coeziune si opacifierea sistemului

Flocularea reversibila. Prin actiune menajata se poate provoca asa numita floculare reversibila a protoplasmei. Aceasta presupune ca apa poate regasi rapid locul sau de apa legata in urma incetarii cauzei care a provocat indepartarea sa.

Proprietatile electrice. Stabilitatea sistemului coloidal se datoreste, in mare parte, si faptului ca toate particulele unui sistem poarta sarcini electrice de acelasi semn. pH-ul la care sarcinile electrice se anuleaza se numeste punct izoelectric, la care nu mai exista forte electrice de respingere si stabilitatea sistemului este minima, astfel ca moleculele tind sa se depuna daca sunt mai dense sau sa pluteasca daca sunt mai putin dense decat mediul.

Valoarea punctului izoelectric difera in functie de specie, de aceea se foloseste in diagnoza bacteriilor.

pH-ul conditioneaza intreaga viata celulara, deoarece variatiile lui influenteaza toate proprietatile protoplasmei, reactiile enzimatice implicate in metabolismul celular. pH-ul protoplasmei este neutru (7) sau putin peste 7, adica usor bazic.

Miscarile citoplasmatice reprezinta o proprietate fiziologica a celulelor vii vegetale. Cu toate ca aceste celule sunt protejate la exterior de peretele celular scheletic, rigid, care nu le permite deplasarea, in citoplasma celulelor sunt prezente miscarile sub forma unor curenti citoplasmatici, continui si intermitenti care antreneaza si alte organite celulare. In cazul celulelor cu o singura vacuola mare, centrala sunt prezenti curenti de rotatie ai citoplasmei in jurul acestor vacuole. Acesteia i s-a dat si numele de cicloza. In celulele cu mai multe vacuole despartite de cordoane de citoplasma se pot observa miscari de circulatie in diferite directii si sensuri (Fig. 23).

Fig. 23: Miscarea citoplasmatica de rotatie in celula frunzei de Vallisneria (1) si miscarea citoplasmatica de circulatie in celulele perilor staminali de Tradescantia (2) si in perii epidermici de Bryonia.

Intensitatea acestor curenti citoplasmatici sunt apreciati ca indicatori ai metabolismului si vitalitatii celulare. Se presupune ca energia necesara acestor curenti este furnizata de ATP provenit din glicoliza anaeroba a glucidelor. De asemenea s-a pus in evidenta participarea microtubulilor si a microfibrilelor din structura hialoplasmei la intretinerea acestor curenti citoplasmatici si la dirijarea

orientarii lor.

In cazul celulelor vegetale fara perete scheletic ca de exemplu in plasmodiul mixomicetelor s-au observat miscari amiboidale.