Физиология клетки.

Жизнедеятельность клетки обеспечивается совокупностью взаимосвязанных, приуроченных к определенным клеточным структурам метаболических процессов. Эти процессы образуют 3 потока: информации, энергии и веществ. Эти потоки осуществляются непрерывно, обеспечивая сохранение клетки как живой системы.

Поток информации в клетке. Благодаря наличию потока информации клетка на основе многовекового эволюционного опыта предков приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает эту структуру во времени, а также передает информацию о ней следующим поколениям. В передаче информации от материнской клетки к дочерней участвуют ядро (в частности, ДНК хромосом), а также макромолекулы, переносящие информацию из ядра в цитоплазму во время биосинтеза белка (и-РНК), цитоплазматический аппарат трансляции (рибосомы, молекулы т-РНК, ферменты активации аминокислот).

Внутриклеточный поток энергии. Поток энергии у представителей разных групп организмов обеспечивается механизмами энергоснабжения – брожением, фото- и хемосинтезом, дыханием.

Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой при этом энергии для образования АТФ. Энергия АТФ, непосредственно в виде АТФ или в виде других соединений в разнообразных метаболических процессах преобразуется в разные виды работы – химическую (биосинтезы, например, фотосинтез, хемосинтез), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, регуляторную.

Особое место в дыхательном обмене животной клетки принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окислительного фосфорилирования, а также гиалоплазме, в которой происходит бескислородное расщепление глюкозы – анаэробный гликолиз. Из этих двух механизмов, обеспечивающих жизнедеятельность клетки энергией, гликолиз менее эффективен. В связи с неполным окислением, прежде всего глюкозы, в процессе гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10% энергии. Недоокисленные продукты гликолиза поступают затем в митохондрии. Там они полностью окисляются и отдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию.

Механизмы клеточного энергообеспечения отличаются эффективностью. Коэффициенты полезного действия фотосинтеза в хлоропластах и выделения АТФ в митохондрии достигают соответственно 25 и 45-60%. Эти коэффициенты превосходят аналогичный показатель двигателя внутреннего сгорания (17%).

Внутриклеточный поток веществ. Реакции дыхательного обмена не только поставляют энергию, но и снабжают клетку строительными белками для синтеза разнообразных молекул. Ими являются многие продукты расщепления пищевых веществ. Особая роль в этом принадлежит одному из этапов дыхательного обмена – циклу Кребса, осуществляемому в митохондриях. Через этот цикл проходят атомы углерода большинства соединений, служащих промежуточными продуктами для синтеза химических компонентов клетки. В цикле Кребса происходит выбор пути превращения того или иного соединения, а также переключение обмена клетки с одного пути на другой, например с углеводного обмена на жировой обмен. Таким образом, дыхательный обмен одновременно составляет ведущее звено потока веществ, объединяющего пути расщепления и синтеза углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот.