Protoplasma: Physikalische und chemische Natur von Protoplasma

Protoplasma: Physikalische und chemische Natur von Protoplasma!

Alle Zellen bestehen aus Protoplasma. Protoplasma wurde von Huxley als physische Lebensgrundlage definiert, da es alle Aktivitäten von Lebewesen ausführt. 1835 untersuchte Dujardin den Inhalt der Zelle in bestimmten Protozoen, er beschrieb die Matrix der Zellen als homogene Masse und nannte sie Sarkode.

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Diese Zellmatrix wurde 1840 von JE Purkinje als Protoplasma bezeichnet. H. von Mohl nannte das Protoplasma 1846 als klare, homogen (im Lichtmikroskop) vorkommende, gelatinöse Substanz.

Er betonte auch die Bedeutung von Protoplasma bei der Zellteilung. 1861 stellte Schultz die Ähnlichkeit zwischen dem Protoplasma von Pflanzen und Tieren fest und formulierte damit die Theorie des Protoplasmas, wonach die Zelle aus einer im Wesentlichen lebenden Grundsubstanz mit einem Kern mit begrenzender Zellmembran besteht. Diese Grundsubstanz wird nach Entfernung aller Hauptpartikelbestandteile oder Organellen als Hyaloplasma bezeichnet.

Nach der Entdeckung des Elektronenmikroskops in den Jahren 1939 bis 1940 wurde das Konzept des Protoplasmas von einer homogenen klaren, kolloidalen Suspension zu einem mehrphasigen Komplexsystem mit zahlreichen Membranelementen geändert.

Physische Natur:

Unter einem gewöhnlichen Mikroskop scheint das Protoplasma eine klare homogene Flüssigkeit zu sein, die als Hyaloplasma bezeichnet wird, in der Kügelchen, Granula und verschiedene spezielle Differenzierungen verteilt sind. Das Hyaloplasma wird auch als Kinoplasma, Zytoplasma usw. bezeichnet.

Die physikalischen Eigenschaften des Protoplasmas umfassen seine Funktion aufgrund der chemischen Natur, der physiologischen Aktivitäten und der Organisation. Es zeigt die folgenden Eigenschaften:

[I] Protoplasma als kolloidales System:

Grundsätzlich ist das Hyaloplasma oder Zytoplasma ein komplexes kolloidales System. Seine kolloidale Struktur wurde 1894 von Fisher und 1899 von Hardy vorgeschlagen. Sie besteht aus hohen Wassergehalten mit verschiedenen gelösten Stoffen von biologischer Bedeutung wie Glukose, Fettsäuren, Aminosäuren, Mineralien, Vitaminen, Hormonen und Enzymen.

Diese gelösten Stoffe können entweder in Wasser löslich sein, wodurch sie eine homogene Masse bilden, oder in diesem unlöslich, wodurch sie eine heterogene Masse bilden. Diese Suspension von Partikeln im Protoplasma ist die Basis für ihre kolloidale Natur. Die verschiedenen Komponenten geben dem Protoplasma das Aussehen von vier verschiedenen Arten:

1. Granulare Theorie:

Diese Theorie wurde 1893 von Altmann aufgestellt. Nach dieser Theorie besteht das Protoplasma aus zahlreichen winzigen Körnchen, wie in Amoeba gezeigt. Henle, Maggi usw. betrachteten diese protoplasmatischen Körnchen als Plastidula. Altmann erkannte sie als "Elementarorganismen" oder Bioplasten (oder Cytoplasten).

2. Alveolartheorie:

Die Alveolarität des Protoplasmas wurde von Butchlli im Jahre 1892 vorgeschlagen. Seines Erachtens besteht das Protoplasma aus vielen suspendierten Tröpfchen oder Alveolen oder winzigen Blasen, die den Schäumen einer Emulsion ähneln.

3. Fasertheorie:

Diese Theorie wurde von Flemming vorgetragen. Seiner Meinung nach besteht das Protoplasma aus Fasern, die in die innere Masse der Matrix eingebettet sind. Die Fibrillen werden als Mitom oder Spongioplasma bezeichnet, das aus Proteinen, sogenannten Micellen, gebildet wird, und die Grundsubstanz wird als Paramitom oder Hyaloplasma bezeichnet.

4. Retikulartheorie:

Diese Theorie wurde von Klein, Comoy usw. postuliert. Sie legt nahe, dass Protoplasma aus einem Retikulum von Fasern in seinem Hyaloplasma besteht.

Das organische Material, das aus Proteinen und Kohlenhydraten in Suspension besteht, kann entweder hydrophil (wasserliebend) oder hydrophob (Wasserhass) sein. Die hydrophilen Partikel treten um die Wassermoleküle auf. Die Anziehungskraft zwischen Protein und Wasser beruht auf elektrischen Ladungen, die sie zusammenhalten.

Die physikalischen Eigenschaften von Protoplasma beruhen hauptsächlich auf den verschiedenen chemischen Einschlüssen in einer Gelphase. Ein Gel ist eine Gruppe suspendierter Teilchen in einem halbfesten oder geleeartigen Zustand. Die Moleküle eines Gels werden durch verschiedene Arten von chemischen Bindungen unterschiedlicher Stärke zusammengehalten.

Die Stabilität der Bindung hängt von der Art der Bindung und der Stärke der Bindung ab. Das Gel kann flüssiger als fest werden. Dieser Vorgang wird als Solation und der flüssige Zustand als Sol bezeichnet. Somit kann das kolloidale Protoplasma, das in Gelform vorliegt, durch Solation in Solform übergehen und das Sol kann durch Gelierung in Gelform umgewandelt werden. Diese Gel-Sol-Bedingungen des kolloidalen Systems sind die Grundlage für das mechanische Verhalten von Zytoplasma.

Protoplasma ist weder ein guter noch ein schlechter Stromleiter. Es bildet beim Kontakt mit Wasser eine begrenzende Membran und erstarrt beim Erhitzen.

[II] Protoplasma als Struktur weniger Masse:

Protoplasma kann bei Betrachtung unter einem Mikroskop völlig weniger strukturell erscheinen. Die tierische Zelle ist jedoch nie ohne Struktur und ihr Protoplasma wird in verschiedene Teile unterteilt, um Zellorgane zu bilden.

Selbst eine protoplasmatische Matrix, in der Körnchen und Vakuolen enthalten sind, ist ohne sichtbare Struktur. und in einigen Teilen der Zelle kann das Protoplasma ohne eingeschlossene Körper jeglicher Art sein. Optisch ist das Protoplasma wie das pseudopodiale Protoplasma von Arcella oder Difflugia völlig homogen.

[III] Andere Eigenschaften:

Außerdem zeigt das Protoplasma folgende Eigenschaften:

1. Zusammenhalt:

Die verschiedenen Teilchen oder Moleküle des Protoplasmas werden durch Kräfte wie beispielsweise Van der Waals-Bindungen, die lange Molekülketten zusammenhalten, miteinander verbunden. Diese Van der Waal-Bindungen sind schwache und unspezifische Kräfte zwischen nichtpolaren Atomgruppen. Diese Eigenschaft variiert mit der Stärke dieser Kräfte.

2. Kontraktilität:

Diese Eigenschaft ist bei verschiedenen zahnärztlichen Operationen in Pflanzen von Bedeutung. Die Kontraktilität von Protoplasma ist wichtig für die Absorption und Entfernung von Wasser, wie sie im Allgemeinen im Protoplasma auftreten.

3. Viskosität:

Es ist die wichtigste Eigenschaft des Protoplasmas, durch die es drei Hauptphänomene zeigt: Brownsche Bewegung, Amöbenbewegung und zytoplasmatische Strömung oder Zyklose.

(a) Brownsche Bewegung:

Es ist durch die Zick-Zack-Bewegung von suspendierten kolloidalen Partikeln gekennzeichnet, die durch den Beschuss eines Partikels oder Moleküls durch andere entstehen. Diese Art der Bewegung von Teilchen wurde zuerst von Robert Brown im Jahre 1827 in der kolloidalen Lösung beobachtet, und daher werden diese Bewegungen als Brownsche Bewegungen bezeichnet.

Je höher die Temperatur, desto schneller die Bewegung und damit die Viskosität der Zelle. Dies bedeutet, dass eine hohe Viskosität auf einen gelartigen Zustand des Protoplasmas und eine niedrige Viskosität hinweist, einen eher solähnlichen Zustand.

b) Bewegung der Amöben:

Die Amöbenbewegungen, wie sie von Amoeba und anderen Protozoen und Leukozyten usw. gezeigt werden, sind auch die Ergebnisse der Viskosität. Der andauernde Wechsel und umgekehrt von Sol-Gel ist für solche Bewegungen verantwortlich. Bei dieser Art von Bewegung gibt die Zelle zytoplasmatische Projektionen ab, die Pseudopodien, und das Protoplasma gelangt aufgrund einer Zyklose in die Pseudopodie, die eine Vorwärtsbewegung der Zelle verursacht.

(c) zytoplasmatisches Streaming oder Zyklose:

Es ist die intrazelluläre Bewegung des Zytoplasmas, wie von Paramecium gezeigt. Sie tritt normalerweise in der Sol-Phase des Zytoplasmas auf. Ihre wahre Ursache ist immer noch nicht bekannt. Wenn jedoch der Zellstoffwechsel abnimmt, geht die Zyklose einher. In ähnlicher Weise führt eine Erhöhung der Stoffwechselrate auch zu einer Erhöhung des Stromflusses.

4. oberflächenspannung:

Das Protoplasma zeigt auch die Eigenschaft der Oberflächenspannung. Die Proteine ​​und Lipide des Zytoplasmas haben eine geringere Oberflächenspannung und werden daher an der Oberfläche der Membran gefunden. Andererseits haben die chemischen Substanzen (NaCl usw.) eine hohe Oberflächenspannung, so dass sie in tieferen Teilen des Zellprotoplasmas auftreten.

Daher ist Protoplasma physikalisch eine farblose, durchscheinende, viskoide, gelatineartige und halbflüssige Substanz, die schwerer als Wasser ist und molekulare Suspensionen enthält, die wie oben verschiedene Änderungen zeigen.

Chemischer Natur:

Protoplasma reagiert chemisch als schwaches Alkali. Es ist in verdünnten Alkalien und Säuren löslich, verfestigt sich jedoch bei Behandlung mit starken Säuren oder Alkoholen. Es ist ziemlich instabil und zerfällt während der chemischen Analyse leicht in H ₂ O, NH ₃ und CO ₂ usw.

Durch chemische Analyse wurde festgestellt, dass Protoplasma im Wesentlichen aus 34 Elementen besteht, von denen angenommen werden soll, dass ungefähr 12 Elemente universell vorhanden sind. (Das chemische Element ist eine grundlegende Substanz, die nicht in zwei oder mehr einfachere Substanzen zerlegt werden kann.). Das Protoplasma besteht zu 99% aus 4 Grundelementen, dh Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Diese werden als Hauptbestandteile des Protoplasmas bezeichnet. 8 andere Elemente (Spurenelemente), die in Mengen von jeweils weniger als 1% vorliegen, sind Schwefel, Phosphor, Kalium, Eisen, Magnesium, Calcium, Natrium und Chlorid.

Diese Elemente sind normalerweise nicht in einem freien Zustand vorhanden, sondern werden als verschiedene Verbindungen gefunden, wie Phosphor ist der Hauptbestandteil von Adenosintriphoshat (ATP), Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA).

Viele andere Spurenelemente sind für verschiedene körperliche Aktivitäten (Osmose und Diffusion) und biochemische Aktivität wie Impulsleitung usw. erforderlich. Der prozentuale Wasseranteil im Protoplasma beträgt etwa 85% bis 90%. Das Wasser bildet das Dispersionsmedium, in dem andere Elemente suspendiert liegen.

Das Wasser kommt in zwei Formen vor: freies Wasser und gebundenes Wasser. 95% des gesamten zellulären Wassers besteht aus freiem Wasser, in dem verschiedene anorganische Substanzen und organische Verbindungen gelöst werden. Die restlichen fünf Prozent des gesamten zellularen Wassers sind gebundenes Wasser, das durch Wasserstoffbrücken oder andere Kräfte lose mit Proteinmolekülen verbunden ist.

Der Wasseranteil im Protoplasma eines Organismus hängt direkt von Alter, Lebensraum und Stoffwechselaktivitäten ab. Zum Beispiel haben die Zellen des Embryos 90 bis 95% Wasser, das in den Zellen des erwachsenen Organismus progressiv abnimmt. Aquatische niedere Tierzellen besitzen mehr Wasser als die Zellen höherer terrestrischer Tiere.

Im Allgemeinen weist das trockene Protoplasma die folgende Konstitution auf:

Eiweiß 45% Kohlenhydrate 25%

Lipide 25% Andere Substanzen 5%

Diese verschiedenen Verbindungen können entweder organischer Natur sein, umfassend С, H, N, O, oder anorganischer Natur, bestehend aus Salzen, Gasen und einigen Elementen im freien Zustand, wie S, Fe, P, Cl usw.