У живій клітині відбуваються численні процеси. Серед них можна виділити потоки інформації, енергії і речовин. Хоча це не єдині механізми, які існують в клітці для забезпечення життєдіяльності, вони є основними.

Три потоки складаються в сукупність взаємопов’язаних метаболічних процесів. При цьому певні процеси пов’язані з конкретними клітинними структурами, упорядковані в часі і просторі.

Потік інформації в клітині

Завдяки потоку інформації клітина набуває структуру живого, вироблену еволюції її предків. Також потік інформації забезпечує підтримання процесів життєдіяльності в клітині, передачу інформації про клітинної структури і функціональності в ряді поколінь.

У клітці інформація зберігається в ДНК хромосом, які в еукаріотів локалізовані в ядрі. Такі макромолекули і структури як мРНК, тРНК, рибосоми, різні ферменти переносять інформацію в цитоплазму і здійснюють її трансляцію, що можна розуміти як реалізацію інформації.

Синтезовані поліпептиди приймають третинну і четвертинну структуру і в основному використовуються як ферменти або структурні білки.

У потоці інформації в клітинах еукаріотів також беруть участь геноми мітохондрій і хлоропластів.

Потік енергії

Потік енергії в клітині забезпечується дихальним обміном, фотосинтезом, хемосинтезом, бродінням. Останні три процесу характерні тільки для певних груп організмів.

Дихальний обмін включає реакції розщеплення органічних речовин: глюкози, жирних кислот, амінокислот. Енергія, яка виділяється в цих реакціях, йде на синтез висококалорійних молекул АТФ.

Згодом енергія АТФ перетворюється в яку-небудь роботу: здійснюється синтез речовин, підтримується осмос, рух і ін Так в клітинах поперечно-смугастої мускулатури система, що складається з скорочувальних білків і ферменту аденозинтрифосфатазы, розщеплює АТФ. Те що вивільняється при цьому енергія використовується для виконання механічного руху.

АТФ відноситься до групи макроергічних сполук. В них енергія, запасена в хімічних зв’язках, доступна для використання в біологічних процесах.

Головний клітинний органоид дихального обміну, а, отже, і потоку енергії, – мітохондрія. В ній відбувається окисне фосфорилювання, що призводить до синтезу великої кількості молекул АТФ. Однак у цитоплазмі протікає важливий етап дихального обміну — гліколіз — анаеробне розщеплення глюкози.

При гліколізі глюкоза окислюється не повністю, витягується лише близько 10% укладеної в її зв’язках енергії. Продукт гліколізу — піруват — надходить для подальшого окислення в мітохондрії. Тут протікає аеробний (за участю молекулярного кисню) дихання.

У рослинних клітинах в потоці енергії також бере участь фотосинтез, при якому відбувається перетворення енергії світла в енергію хімічних зв’язків.

Енергетичні процеси в клітинах досить ефективні. Коефіцієнт корисної дії мітохондрій може досягати 60%.

Потік речовин в клітині

У клітинах потік речовин тісно пов’язаний з реакціями дихального обміну, які крім постачання енергії забезпечують клітину речовинами, необхідними для синтезу різноманітних сполук. Такими будівельними блоками є багато продукти розщеплення поживних речовин.

Потік речовин об’єднує метаболічні шляхи розщеплення і синтезу вуглеводів, жирів, білків та нуклеїнових кислот.

Велика різноманітність будівельних блоків поставляє цикл Кребса, що функціонує в матриксі мітохондрій. Через нього проходять багато сполук, які є проміжними продуктами синтезу основних молекул клітки.

У циклі Кребса відбувається вибір шляху перетворення певного з’єднання, перемикання обміну клітини з одного шляху на інший, наприклад, з вуглеводного на жировий.

У загальній складності потік речовин в клітині можна представити як надходження в неї одних речовин, розщеплення, синтез необхідних речовин та виведення з клітини непотрібних їй речовин.