2. Особенности обменной диффузии в живых клетках

При посоле действию повышенного осмотического давления подвержены также и живые микробные клетки. В отличие от мертвых животных тканей они в рассоле ведут себя, как открытые термодинамические системы: равновесное состояние с окружающей средой в клетках наступает в процессе обмена веществ и поддерживается непрерывной затратой энергии, которая освобождается в результате окислительных процессов в клетках. Вследствие этого живые клетки не успевают достигнуть состояния равновесия Доннана с окружающей средой. Между ними и средой сохраняется более или менее значительная разница осмотических давлений, величина которой зависит от интенсивности обмена веществ в клетке. Клетки, способные к большим энергетическим затратам, могут также поддерживать большую разность осмотических давлений, т. е. сохранять сравнительно низкое осмотическое давление в протоплазме при наличии высокого осмотического давления в окружающей среде. Они выживают в концентрированных солевых растворах.

Клетки, не способные к интенсивному обмену веществ в условиях повышенного осмотического давления, не способны также и к поддержанию большой разности осмотических давлений между протоплазмой и средой. Они погибают вследствие резкого повышения осмотического давления в протоплазме.

Вторая особенность поведения живых биологических систем в растворах электролитов заключается в избирательном характере диффузии ионов в клетки. В таких системах равновесное соотношение концентраций веществ по обе стороны мембраны (клеточной оболочки) разное для различных ионов. Оно зависит не только от их подвижности, но и характера участия в химических и физико-химических процессах, протекающих внутри клетки. Вследствие этого, хотя протоплазма и проницаема для всех ионов, в клетке происходит предпочтительное накопление одних ионов в сравнении с другими.

Для нормальной жизнедеятельности клеток в растворе электролита необходима быстрая нейтрализация образующихся в протоплазме водородных ионов путем обмена с катионами извне. Если в растворе имеются ионы калия, в клетках возникает диффузионный потенциал, способствующий обмену ионов водорода на ионы калия и затрудняющий их обмен на ионы натрия. Клетки пекарских дрожжей в растворе калиевой соли оставались живыми, а рН раствора KCl вследствие выхода водородных ионов снижался до 3,0 и менее. Замена калия ионами натрия прекращала нормальную жизнедеятельность клеток и вызывала их гибель. При этом снижение рН раствора было значительно меньшим. Аналогичное явление наблюдалось и в опытах с одной из культур молочнокислых бактерий.

Различие в отношении биологических систем к разным ионам в данном случае обусловлено различием в сольватации ионов калия и натрия. Более мощная сольватная оболочка иона натрия уменьшает притягательное действие противоионов в протоплазме, проявляющееся только на определенных расстояниях. В результате ионы натрия оказываются в менее благоприятных условиях в смысле их хемосорбции протоплазмой, нежели ионы калия.

Живая мышца, погруженная в раствор хлористого натрия, вначале обменивала лишь часть ионов калия на эквивалентное количество ионов натрия и сохраняла жизнеспособность при 2—3° С в течение четырех-пяти суток. После этого происходило извержение всех ионов калия с заменой их ионами натрия, сопровождавшееся значительным набуханием и гибелью мышцы.

Таким образом, поведение живых биологических систем, в том числе макро- и микроорганизмов, в растворах электролитов обусловливается не только величиной осмотического давления раствора, но также природой ионов и биологическими особенностями организмов. Оно находится в зависимости от продолжительности воздействия электролита и находит свое выражение либо в гибели организмов, либо в их приспособлении к новым условиям.