Розчини білка

Припустимо, що цитоплазма являє собою білковий гель, і її матрикс утворений 10% ним водним розчином білка. Такої концентрації досить для утворення в певних умовах досить жорсткого гелю. Можна для порівняння уявити собі желе – чергове десертне блюдо будь студентській їдальні. Желе – це приблизно 2% іий білковий розчин, і, мабуть, воно є жорстким гелем, що може підтвердити кожен, хто коли-небудь ганявся по всій тарілці за ухиляється від переслідувача шматочком полуничного желе. У такому желатиновий гелі великі білкові молекули взаємодіють один з одним, утворюючи мережу, побудовану за типом»купи хмизу», що надає всій системі помітну еластичність, хоча (як ми вже бачили при вивченні целюлозної оболонки клітини) основним компонентом її є вода. Секрет приготування такого еластичного гелю – в денатурації білка, викликаної додаванням до желатині дуже гарячої води. У цих умовах теплова енергія використовується для розриву зв’язків, які утримують молекулу білка в згорнутої формі (третинна структура) і, отже, дозволяють цим молекулам розправитися у всю довжину. Таким чином, за цих умов відбувається, власне, два процеси: подовження відносно коротких молекул, які стають порівняно довгими, а також звільнення великого числа груп, здатних до утворення міжмолекулярних зшивок. В результаті виникає жорсткий гель. Піддаючи желатиновий гель високого гідростатичного тиску, можна змусити частину денатурованих молекул згорнутися знову, що виразиться, зокрема, у відповідному зменшенні в’язкості гелю. Гель перетвориться на золь.

Розрідження гелю можна викликати також його нагріванням, оскільки теплової енергії виявляється цілком достатньо для руйнування багатьох зв’язків, утворених між білками, і збільшення рухливості цих молекул. Желе, що стало від близького сусідства з гарячою плі тієї наполовину рідким, добре ілюструє перехід в золь. Цей простий приклад, який показує перетворення гель-золь, може допомогти при аналізі експериментів, використовуваних для перевірки теорії про гелеподібної структурі матеріалу цитоплазматичного матриксу. Дійсно, цитоплазматичний матрикс не містить дуже великих і сильно переплетених між собою білкових волокон, а також великих міцелярних структур, які легко ізолювати і досліджувати за допомогою електронного мікроскопа. У цьому випадку ми маємо справу з набагато більш тонкої системою, інформацію про яку можна отримати лише за допомогою непрямих методів.

Одним з головних критеріїв, на яких грунтуються, говорячи про гелеобразном будові цитоплазми, є її висока в’язкість. Однак безпосереднє визначення в’язкості цитоплазми живої клітини скрутно. У той же час очевидно, що, вивчаючи в’язкість цитоплазми убитих клітин, ми не отримуємо цікавить нас інформації. В’язкість цитоплазми все ж вдається виміряти, спостерігаючи за рухом введених в клітку залізних тирси (у разі якщо це не призводить до помітних і серйозних порушень структури і функцій клітини). Це рух може бути викликане дією сили тяжіння магнітного поля, прискорення. Відносна швидкість руху тирси буде відображати величину відносної в’язкості цитоплазми. Використовуючи аналогічні методи, вдалося показати, що в’язкість цитоплазматичного матриксу значно перевершує в’язкість водних розчинів низькомолекулярних речовин. Крім того, хоча відомо, що тиск не чинить значного впливу на в’язкість будь-якого справжнього розчину, в’язкість цитоплазми в помітною мірою залежить від величини прикладеної до клітки тиску.

Посилання на основну публікацію