Клетка, являясь структурной и функциональной единицей живых организмов, обладает всеми признаками живой материи. Это обмен веществ, способность реагировать на внешние воздействия (раздражимость), возбудимость, рост, размножение (способность к воспроизведению и передаче генетической информации), регенерация (восстановление), приспособление (адаптация).
Обмен веществ. Живая клетка постоянно поглощает вещества из окружающей среды и выделяет в окружающую среду продукты жизнедеятельности. Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность анаболических и катаболических реакций, протекающих в клетке.
Анаболические реакции (ассимиляция) – это синтез крупных молекул из более мелких и простых. Для этих процессов необходима затрата энергии. Из веществ, поступающих в клетку (глюкозы, аминокислот, органических кислот и нуклеотидов), синтезируются белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Из них формируется тело клетки, ее мембраны, органоиды.
Таким образом, вещества, поступившие в клетку, участвуют в процессах биосинтеза. Биосинтез – это процесс образования биологических структур – белков, жиров и углеводов из более простых веществ. В процессе биосинтеза образуются вещества, свойственные определенным клеткам организма. Например, в клетках мышц синтезируются белки, обеспечивающие их сокращение. Реакции синтеза особенно интенсивно идут в молодых, растущих клетках.
Одновременно с биосинтезом в клетках происходит распад органических соединений. В результате образуются вещества более простого строения (вода, углекислый газ, мочевина и т. д.). Большая часть реакций распада идет с участием кислорода и освобождением энергии. Процессы расщепления крупных молекул органических соединений называют катаболизмом (диссимиляцией). Важно отметить, что не во всякой катаболической реакции высвобождается энергия. Некоторые из них, связанные с освобождением клетки от токсических веществ, идут с затратой энергии.
Поступающие в клетку органические вещества служат строительным материалом для клеточных компонентов. Значительную часть образующейся энергии клетка использует на поддержание жизненных процессов: биосинтез, клеточное деление, активный транспорт и т. д. Наиболее пригодна для использования в клетке химическая энергия, так как она может быстро распространяться из одной части клетки в другую, а также из клетки в клетку и расходоваться экономно.
Источником энергообеспечения любой клеточной функции является АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Она содержится во всех живых клетках. При расщеплении молекулы АТФ образуется АДФ (аденозиндифосфорная кислота). Эта реакция сопровождается освобождением энергии (порядка 40 кДж1моль). Запас АТФ в клетке невелик. Поэтому наряду с распадом в клетке происходит непрерывный ее синтез. Совокупность реакций, обеспечивающих клетки энергией, называют энергетическим обменом. АТФ образуется при окислении органических соединений – углеводов, жиров и белков.
Большинство клеток для окисления использует в первую очередь углеводы. Жиры составляют «первый резерв», когда запас углеводов исчерпан. Белки используются лишь после того, как будет израсходован весь запас углеводов и жиров, например при длительном голодании.
Раздражимость – это способность клетки активно отвечать на внешние и внутренние воздействия определенной формой деятельности:
изменением обмена веществ, движением, образованием нервных импульсов и т. д. Факторы, вызывающие изменения функций клетки, называют раздражителями. Одна из форм клеточных реакций в ответ на действие раздражителей – возбуждение. Это сложная биологическая реакция, обязательным признаком которой является уменьшение электрического заряда на внутренней и внешней поверхностях цитолеммы. Внутренняя поверхность плазматической мембраны заряжена отрицательно по отношению к внешней. Разность потенциалов между наружной и внутренней поверхностями мембраны клетки, находящейся в покое, называют мембранным потенциалом или потенциалом покоя.
В зависимости от типа клеток величина мембранного потенциала варьирует от 50 до 90 мВ. При наличии потенциала покоя (мембранного) электрический ток через мембрану не проходит. Действующий раздражитель нарушает равновесие мембранного потенциала, вызывает его уменьшение (деполяризацию). Слабые раздражители вызывают небольшую деполяризацию, а сильные приводят к перезарядке мембраны – изменению знака заряда. При этом возникает потенциал действия, или нервный импульс. При возбуждении в клетках меняются скорости анаболических и катаболических реакций. Железистые клетки образуют и выделяют секреты, мышечные – сокращаются, нервные клетки образуют нервные импульсы.
