Azərbaycan Dövlət İqtisad Universiteti (unec) “Mühəndislik və tətbiqi elmlər” kafedrasının b/m, t.ü. f d. Kazımova İlhamə Hüseyn qızı

Aşağı temperaturun hüceyrə, toxuma və orqanizmlərə təsiri

Bir qayda olaraq, aşağı temperaturun hüceyrə, toxuma və orqanizmlərə təsiri çox və ya az dərəcədə zərərverici xarakter daşıyır. Bu, ilk növbədə, “temperatur iflici” adını almış, temperaturun sürətli şəkildə azaldılması ilə maddələr mübadiləsində dərin pozulmalar nəticəsində baş verir. Bu hal biokimyəvi proseslərin dinamik tarazlığının pozulması ilə (temperaturun kəskin azaldılması zamanı müxtəlif fermentlərin aktivliyi müxtəlif olduğu üçün) izah olunur. Nəticədə, hüceyrələrdə aralıq, çox hallarda isə toksiki maddələr mübadiləsi məhsulları (metabolitlər) toplanır. Əgər soyudulma prosesi tez həyata keçirilirsə, bioloji obyektin tələfi baş verə bilər.

Temperaturu tədricən endirdikdə orqanizm adaptasiya oluna, daha doğrusu, dəyişən şəraitə uyğunlaşa və beləliklə həyatda qala bilər. Çox tez-tez hallarda temperatur iflici hüceyrələrdə baş verən struktur dəyişikliklərlə müşaiyət olunur. Qəfil soyudulma protoplazmanın özlülüyünün (maye fazanın ayrılması ilə nəticələnən geləmələgəlməyə qədər) kifayyət dərəcədə yüksəlməsinə gətirib çıxara bilər.
Suyun buza çevrildiyi temperaturdan aşağı temperaturda bioloji obyektlərin soyudulmasında başlıca rolu kristaləmələgəlmə proseslərinin zərərverici amillərı oynamağa başlayır.
Temperatur tədricən endirilərkən buzəmələgəlmə prosesi çox və ya az dərəcəli çox soyudulmadan sonra başlayır. İlk öncə, buz kristalları həllolmuş maddələrinin konsentrasiyası suyun donması nəticəsində artan hüceyrəarası mayedə əmələ gəlir. Hüceyrəarası fazada və hüceyrələrin daxilindəki məhlul konsentrasiyaları arasındakı fərqlər bu fəzada hüceyrə nəminin kristallarla qarışmasına gətirib çıxarır. Beləliklə, hüceyrənin xaricində kristallar böyüyür, hüceyrənin özü isə susuzlaşır. Sonradan kristallaşma prosesi hüceyrələrin özündə də başlaya bilər. Donun açılması prosesində nəzərdən keçirilən bu hallar əks istiqamətində baş verir.
Bioloji obyektlərin temperaturu kəskin endiyi halda kristallaşma eyni anda həm hüceyrənin daxilində, həm də onu əhatə edən hüceyrəarası mayedə baş verə bilər.
Saxlanma prosesində miqrasiya edən təkrar kristallaşma müşahidə olunur –iri kristalların ölçüsünün böyüməsi ilə xırda kristalların yox olması nəticəsində.
Hüceyrələrin zədələnməsinin əsas səbəblərindən biri hüceyrələrin qırılması, deşilməsi və kəsilməsinə səbəb olan buz kristallarının mexaniki təsiridir. Bundan əlavə, hüceyrəarası fazada buz kristalları böyüdüyünə görə hüceyrənin ölçüsü kiçilir ki, bu hüceyrə qatının yığılmasına və onun üzərində qırışların əmələ gəlməsinə səbəb olur. Nəticədə isə protoplazmanın mexaniki zədələnməsi baş verir. Donun açılması prosesində su hüceyrəyə daxil olarkən protoplazmanın bir-birinə sıx toxunan təbəqələri aralanır, bu zaman protoplazma, adətən, qabıqdan qopur ki, bu hüceyrə strukturunun zədələnməsinə gətirib çıxarır.
Daha güclü zədələyici faktor, suyun donması nəticəsində hüceyrələrin susuzlaşması səbəbindən baş verən protoplazma zülallarının denaturasiyasıdır. Belə ki, susuzlaşma nəticəsində zülal molekullarının yaxınlaşması ayrıca zülal molekullarının sulfhidril qruplarının (-SH-) qarşılıqlı əlaqəyə girərək disulfid rabitələri yaratmasına gətib çıxarır. Su əriyərkən hüceyrələrə daxil olur və zülal molekullarını aralamağa başlayır. Lakin, əmələ gələn disulfid rabitələrin enerjisi, molekulun öz strukturundakı hidrogen rabitələrinin enerjisindən yüksək olduğu üçün disulfid deyil, hidrogen rabitələri qırılır. Bu da zülalın makromolekullarının dönməsinə (döndərilməsinə), daha doğrusu, denaturasiyasına səbəb olur.
Suyun donması nəticəsində hüceyrənin susuzlaşması elə həddə çata bilər ki, müxtəlif protoplazma strukturları bir-birinə toxunarlar. Bu zaman bir sıra aktiv struktur komponentlərinin bir səthdən digərinə keçməsi mümkündür. Məsələn, üzərində ciddi qurulmuş ardıcıllıqla fermentlər yerləşən mitoxondrilərin mürəkkəb membranlarının bir-birinə toxunması enerji proseslərini poza və hüceyrənin tələfinə səbəb ola bilər.
Nəhayət, zədələyici xassəli bir amil daha donmamış hüceyrə mayesində, kristaləmələgəlmə prosesi zamanı baş verən susuzlaşma nəticəsində mineral duzların (elektrolitlərin) qatılığının çoxalmasıdır. Əmələ gələn qatı duz məhlullarının təsiri altında zülallar denaturasiyaya uğrayır, üstəlik, prosesin inkişafı yalnız duzların qatılığından deyil, həm də mühitin pH-dan asılıdır. Duzların qatılığının artmasına xüsusilə hüceyrə membranının ibarət olduğu lipoproteidlər həssasdırlar.
Nəzərə alsaq ki, duz məhlullarının qatılığı artdıqca osmotik təzyiq artır, dondurulma zamanı baş verən bütün hallar toplusu “osmotik şok” adını daşıyır.
Müəyyən olunmuşdur ki, bir çox üzvi maddələr və bəzi bioloji obyektlər sürətli və yüksək sürətli dondurulma zamanı daha yaxşı saxlanılır. Məsələn, maye havada sürətlə dondurulan qatılaşdırılmış jelatin gelinin diskləri kristaləmələgəlmə nəticəsində, həmçinin, zədələyici amillərin təsiri altında dəyişilmir. Yumurta sarısı öz bioloji aktivliyini -6⁰С-dək dondurulduqdan sonra itirir, lakin, maye azotda dondurulduqda və isti civədə sürətli donun açılması zamanı zədələnmir.
Bir sıra hallarda, sürətli və yüksək sürətli dondurulma zamanı fermentlərin aktivliyi müəyyən dərəcədə qorunub saxlanır. Sürətli donurulma zamanı duz məhlullarının canlı hüceyrələrin zülal molekullarının strukturuna təsiri üçün az vaxt qalır. Bioloji obyektlərin mikroskopla tədqiqatları həmçinin, onu göstərdi ki, dondurulma nə qədər tez baş verirsə, onların strukturu bir o qədər yaxşı qorunub saxlanır.
Yüksək sürətli (şok) dondurulma zamanı bioloji obyektlərin həyat fəaliyyətinin qorunub saxlanması hüceyrələrin protoplazmasında suyun vitrifikasiyası (şüşəəmələgətirmə), daha sonra isidilmə nəticəsində devitrifikasiyası (şüşəsizləşmə) ilə şərtlənir. Bu proseslər ərəfəsində su molekullarının təkrar qruplaşması baş vermir. Bu isə hüceyrə protoplazmasının nazik strukturunun qorunub saxlanmasına səbəb olur. Vitrifikasiya tərkibində kristal qəfəsi olmayan mayenin çox soyudulmasıdır.
Tədqiqatlar göstərir ki, hətta maksimal sürətlə soyudulma zamanı bioloji obyektlər hər zaman bərkimiş mayenin amorf şüşəşəkilli kütləsi ilə yanaşı, xırda buz kristallarından da ibarət olur.
Aşağı temperaturun zədələyici təsir səviyyəsi bioloji obyektlərin hüceyrə və toxumalarında buz kristallarının əmələ gəldiyi yerlərdən asılıdır. Belə ki, hüceyrədaxili kristallaşma zamanı protoplazma elementləri intensiv surətdə dağılır. Bitki orqanizmlərinin dondurulması zamanı hüceyrələrin daxilində buzun əmələ gəlməsi həmişə onların tələf olmasına səbəb olur. Heyvan orqanizmindəki hüceyrələrin böyük əksəriyyəti də, hüceyrədaxili buzəmələgəlməyə tab gətirmir.
Qoruyucu maddələrdən (qliserin, şəkər siropu, polietilenoksid və b.) istifadə sayəsində dondurulmanı çox yüksək sürətlə həyata keçirmək mümkündür.