Внутриклеточный поток энергии

Поток энергии у представителей разных групп организмов обес­печивается механизмами энергообеспечения— брожением, фото-или хемосинтезом, дыханием.

Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадле­жит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низ­кокалорийного органического «топлива» в виде глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой энергии для образования высококалорийного клеточного «топлива» в виде аденотнтрифосфата (АТФ). Энергия АТФ, непосредственно или будучи перенесена на другие макроэргические соединения (напри­мер, креатинфосфат), в разнообразных процессах преобразуется в тот или иной вид работы —химическую (синтезы), осмотическую (поддержание перепадов концентрации веществ), электрическую, механическую, регуляторную. Макроэргическими называют соедине­ние, в химических связях которого запасена энергия в форме, доступной для использования в биологических процессах. Универ­сальным соединением такого рода и служит АТФ, Основное коли­чество энергии заключено в связи, присоединяющей третий остаток фосфорной кислоты.

Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окис­лительного фосфорилирования а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы — анаэробный гликолиз. Из двух механизмов, обеспечива­ющих жизнедеятельность клетки энергией, анаэробный гликолиз менее эффективен. В связи с неполным (в отсутствие кислорода) окислением, прежде всего глюкозы, в процессе гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10% энергии. Недоокисленные про­дукты гликолиза (пируват) поступают в митохондрии, где в условиях полного окисления, сопряженного с фосфорилированием АДФ до АТФ, отдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию.

Из преобразователей энергии химических связей АТФ в работу наиболее изучена механохимическая система поперечно-полосатой мышцы. Она состоит из сократительных белков (актомиозиновый комплекс) и фермента аденозинтрифосфатазы, расщепляющего АТФ с высвобождением энергии.

Особенность потока энергии растительной клетки состоит в наличии фотосинтеза — механизма преобразования энергии сол­нечного света в энергию химических связей органических веществ.

Механизмы энергообеспечения клетки отличаются эффектив­ностью. Коэффициенты полезного действия хлоропласта и мито­хондрии, достигая соответственно 25 и 45—60%, существенно пре­восходят аналогичный показатель паровой машины (8%) или дви­гателя внутреннего сгорания (17%).

Клетка как целостная структура.

Коллоидная система протоплазмы

Выше мы познакомились с различными по строению и функ­циям клеточными структурами. Однако, взаимодействуя с окружа­ющей средой и отвечая на регуляторные стимулы, клетка ведет себя как целостная структура. Об этом свидетельствует однотипность реакции разных видов клеток на действие раздражителей, вызыва­ющих переход клетки в возбужденное состояние¹.

Важная роль в функциональном объединении структурных ком­понентов и компартментов клетки принадлежит свойствам живой протоплазме. В целом ее принято рассматривать как особую мно­гофазную коллоидную систему, или биоколлоид. От банальных коллоидных систем биоколлоид отличается сложностью дисперсной фазы. Основу ее составляют макромолекулы, которые присутствуют либо в составе плотных микроскопически видимых структур (органелл), либо в диспергированном состоянии, близком к растворам или рыхлым сетеобразным структурам типа гелей.

Будучи коллоидным раствором в физико-химическом смысле; биоколлоид благодаря наличию липидов и крупных частиц прояв­ляет одновременно свойства соответственно эмульсии и суспензии. На обширных поверхностях макромолекул оседают разнообразные «примеси», что ведет к изменению агрегатного состояния протоп-лазмы.._;

Между крайними полюсами организации протоплазмы в виде вязких гелей и растворов имеются переходные состояния. При указанных переходах совершается работа, в результате которой осуществляются различные внутриклеточные превращения — об­разование мембран, сборка микротрубочек или микрофиламентов из субъединиц, выброс из клетки секрета, изменение геометрии белковых молекул, приводящее к торможению или усилению фер­ментативной активности. Особенностью биоколлоида является так­же и то, что в физиологических условиях переходы протоплазмы из одного агрегатного состояния в другое (в силу наличия особого ферментативного механизма) обратимы.

Названное свойство биоколлоида обеспечивает клетке способ­ность при наличии энергии многократно совершать работу в ответ на действие стимулов.