Клетка — элементарная единица всех организмов. От ее состояния зависит степень активности, способность приспосабливаться к условиям среды. Процессы жизнедеятельности клетки подчинены определенным закономерностям. Степень активности протекания каждого из них зависит от фазы жизненного цикла. Всего их выделяют две: интерфаза и деление (фаза М). Первая занимает время между образованием клетки и ее гибелью или делением. В период интерфазы активно протекают практически все основные процессы жизнедеятельности клетки: питание, дыхание, рост, раздражимость, движение. Размножение клетки осуществляется только на фазе М.
Периоды интерфазы
Время клеточного роста между делениями разделяется на несколько этапов:
- пресинтетический, или фаза G-1, — начальный период: синтез матричной РНК, белков и некоторых прочих клеточных элементов;
- синтетический, или фаза S: удвоение ДНК;
- постсинтетический, или фаза G-2: подготовка к митозу.
Кроме того, некоторые клетки после дифференциации перестают делиться. В их интерфазе отсутствует период G-1. Они находятся в так называемой фазе покоя (G-0).
Обмен веществ
Как уже было сказано, процессы жизнедеятельности живой клетки по большей части протекают в период интерфазы. Основным из них считается обмен веществ. Благодаря ему протекают не только различные внутренние реакции, но и межклеточные процессы, связывающие отдельные структуры в целый организм.
Обмену веществ присуща определенная схема. Процессы жизнедеятельности клетки во многом зависят от ее соблюдения, отсутствия каких бы то ни было нарушений в ней. Вещества, прежде чем повлиять на внутриклеточную среду, должны проникнуть сквозь мембрану. Затем они подвергаются определенной переработке в процессе питания или дыхания. На следующем этапе образовавшиеся продукты переработки используются для синтеза новых элементов или преобразования имеющихся структур. Оставшиеся после всех преобразований продукты обмена, которые вредны для клетки или просто не нужны ей, удаляются во внешнюю среду.
Ассимиляция и диссимиляция
Регуляцией последовательной смены преобразований одних веществ в другие занимаются ферменты. Они способствуют более быстрому протеканию определенных процессов, то есть выступают в качестве катализаторов. Каждый такой «ускоритель» влияет лишь на конкретное преобразование, направляя течение процесса в одну сторону. Вновь образованные вещества далее подвергаются воздействию других ферментов, способствующих дальнейшему их превращению.
При этом все процессы жизнедеятельности клетки так или иначе связаны с двумя противоположными тенденциями: ассимиляцией и диссимиляцией. Для обмена веществ их взаимодействие, баланс или некоторое противостояние являются основой. Разнообразные вещества, поступившие извне, преобразуются под действием ферментов в привычные и необходимые для клетки. Эти синтетические преобразования и называются ассимиляцией. При этом для подобных реакций необходима энергия. Ее источником являются процессы диссимиляции, или разрушения. Распад вещества сопровождается выделением энергии, необходимой для того, чтобы могли протекать основные процессы жизнедеятельности клетки. Диссимиляция также способствует образованию более простых веществ, которые затем используются для нового синтеза. Часть продуктов распада при этом выводится.
Процессы жизнедеятельности клетки связаны часто с балансом синтеза и распада. Так, рост возможен только при преобладании ассимиляции над диссимиляцией. Интересно, что бесконечно расти клетка не может: в ней заложены определенные границы, по достижении которых рост останавливается.
Проникновение
Транспортировка веществ из окружающей среды в клетку осуществляется пассивно и активно. В первом случае перенос становится возможен благодаря диффузии и осмосу. Активная транспортировка сопровождается затратой энергии и часто происходит вопреки указанным процессам. Таким образом, например, проникают ионы калия. Они нагнетаются в клетку, даже если их концентрация в цитоплазме превышает ее уровень во внешней среде.
Характеристики веществ влияют на степень проницаемости для них клеточной мембраны. Так, органические вещества попадают в цитоплазму легче, чем неорганические. Для проницаемости имеет значение и размер молекул. Также свойства мембраны зависят от физиологического состояния клетки и таких особенностей окружающей среды, как температура и освещенность.
Питание
В поступлении веществ из окружающей среды принимают участие довольно хорошо изученные процессы жизнедеятельности: дыхание клетки и ее питание. Последнее осуществляется с помощью пиноцитоза и фагоцитоза.
Дыхание
Питание - не единственный процесс, способствующий появлению в клетке необходимых элементов. Дыхание по своей сути с ним очень схоже. Оно представляет собой ряд последовательных преобразований углеводов, липидов и аминокислот, в результате которых возникают новые вещества: углекислый газ и вода. Важнейшая часть процесса заключается в образовании энергии, которая запасается клеткой в виде АТФ и некоторых других соединений.
С участием кислорода
Процессы жизнедеятельности клетки человека, как и многих других организмов, немыслимы без аэробного дыхания. Главным веществом, необходимым для него, является кислород. Освобождение столь необходимой энергии, а также образование новых веществ происходит в результате окисления.
Процесс дыхания делится на две стадии:
гликолиз;
кислородный этап.
Гликолиз — это расщепление глюкозы в цитоплазме клетки под действием ферментов без участия кислорода. Он представляет собой одиннадцать последовательно сменяющих друг друга реакций. В результате из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы АТФ. Продукты распада при этом попадают в митохондрии, где начинается кислородный этап. В результате еще нескольких реакций образуются углекислый газ, дополнительные молекулы АТФ и атомы водорода. В целом клетка получает из одной молекулы глюкозы 38 молекул АТФ. Именно из-за большого количества запасаемой энергии аэробное дыхание и считается более эффективным.
Анаэробное дыхание
Для бактерий свойственен другой тип дыхания. Они вместо кислорода используют сульфаты, нитраты и прочее. Такой тип дыхания менее эффективен, однако он играет огромную роль в круговороте веществ в природе. Благодаря анаэробным организмам осуществляется биогеохимический цикл серы, азота и натрия. В целом процессы протекают аналогично кислородному дыханию. После окончания гликолиза образовавшиеся вещества вступают в реакцию брожения, результатом которого может стать этиловый спирт или молочная кислота.
Раздражимость
Клетка постоянно взаимодействует с окружающей средой. Ответ на влияние различных внешних факторов называется раздражимостью. Она выражается в переходе клетки в возбудимое состояние и возникновении реакции. Тип ответа на внешнее воздействие отличается в зависимости от функциональных особенностей. Мышечные клетки отвечают сокращением, клетки желез — выделением секрета, а нейроны — генерацией нервного импульса. Именно раздражимость лежит в основе многих физиологических процессов. Благодаря ей, например, осуществляется нервная регуляция: нейроны способны передавать возбуждение не только аналогичным клеткам, но и элементам других тканей.
Деление
Таким образом, существует определенная циклическая схема. Процессы жизнедеятельности клетки в ней повторяются во время всего периода интерфазы и завершаются либо гибелью клетки, либо ее делением. Самовоспроизведение является залогом сохранения жизни в целом после исчезновения конкретного организма. Во время роста клетки ассимиляция превышает диссимиляцию, объем растет быстрее, чем поверхность. В результате процессы жизнедеятельности клетки затормаживаются, начинаются глубокие преобразования, по завершении которых существование клетки становится невозможным, она переходит к делению. По окончании процесса формируются новые клетки с увеличенным потенциалом и обменом веществ.
Нельзя сказать, какие процессы жизнедеятельности клетки играют самую важную роль. Все они взаимосвязаны и бессмысленны в отрыве друг от друга. Тонкий и отлаженный механизм работы, существующей в клетке, очередной раз напоминает о мудрости и грандиозности природы.
