Жизнедеятельность любого живого организма определяется жизнедеятельностью его составляющих единиц - клеток.
Основной регулирующей структурой любой клетки является биологическая мембрана. Обладая избирательной проницаемостью, биологическая мембрана регулирует в клетках и их частях концентрацию продуктов метаболизма, их транспорт и обмен.
Регуляция обмена веществ через мембраны зависит, с одной стороны, от активности самой клетки, с другой - от физико-химических свойств мембран.
Основное вещество, поступающее и удаляющееся из клеток, - вода. Движение воды как в живых системах, так и в неживой природе подчиняется законам объемного потока, диффузии и осмоса.
Объемный поток - это движение воды под действием силы тяжести или под давлением. Разница в потенциальной энергии составляет водный потенциал, которым и определяется направление движения воды, т. е. она перемещается из области высокого водного потенциала в область более низкого.
Диффузия всегда происходит по градиенту, т. е. из области с более высокой концентрацией в область с более низкой.
Осмос - это движение воды через биологическую мембрану, которая пропускает воду и не пропускает растворенные в ней вещества. Такая мембрана называется полупроницаемой. В отсутствие других сил осмотическое движение воды происходит из области с более низкой концентрацией растворенного вещества в область более высокой его концетрации в растворе. Давление, которое следует приложить к раствору, чтобы остановить поступление воды, называется осмотическим давлением или осмотическим потенциалом . Растворы, развивающие равное осмотическое давление, называют изотоническими , меньшее (по отношению к другому) - гипотоническими , большее - гипертоническими .
Большинство растительных клеток существуют в гипотоническом растворе . В силу этого поглощающий воду протопласт увеличивается в объеме, плазматическая мембрана растягивается и давит на клеточную стенку, которая, однако, не разрывается. Давление внутриклеточного раствора, развиваемое в результате, главным образом, осмоса , создает так называемое тургорное давление, которому противостоит равное по величине механическое давление клеточной стенки, направленное внутрь. Тургорное давление определяет тургор растений (их упругость). Потеря тургора растительными клетками в результате уменьшения количества воды во внешней среде ведет к увяданию, опусканию листьев и стеблей. На уровне клетки это выражается в явлении плазмолиза - сжатии протопласта при удалении воды из вакуолей и отделении плазматической мембраны от клеточной стенки. Чисто искусственно плазмолиз может быть вызван путем помещения клетки в гипертонический раствор .
Молекулы растворенных веществ проходят через мембраны благодаря трем процессам: простой диффузии, облегченной диффузии и активному транспорту. Путем простой диффузии через мембраны проникают главным образом неполярные гидрофобные вещества (в частности, кислород), легко растворимые в липидах .
Помимо различных форм транспорта через мембрану контролируемое движение веществ в клетку и из клетки может происходить с помощью эндоцитоза и экзоцитоза - процессов транспортировки в образованных мембраной пузырьках. При эндоцитозе вещества попадают в клетку в результате инвагинации (впячивания) мембраны. Образующиеся при этом мелкие пузырьки отщепляются от плазматической мембраны и с помощью микротрубочек переносятся в цитоплазму вместе с заключенным в них веществом. Захват плотных частиц получил название фагоцитоза . Он свойствен главным образом простейшим животным (в частности, амебам) и слизевикам.
Поглощение растворенных веществ обозначают специальным термином - пиноцитоз . Пиноцитоз встречается у многих одно- и многоклеточных организмов, включая и растения.
Процесс, обратный эндоцитозу, получил название экзоцитоза . Мембранные пузырьки, в частности пузырьки, образуемые диктиосомами , вместе с заключенным в них содержимым транспортируются к плазматической мембране, сливаются с ней и экскретируют за пределы клеточной мембраны их содержимое.
