Етапи обміну речовин та енергії. Матеріал для учнів 10 класу.

 

Етапи обміну речовин та енергії Дисиміляція та асиміляція Порівняння реакцій метаболізму Чинники інтенсивності метаболізму

Людина повинна отримувати поживні речовини для побудови свого тіла та мати енергію для здійснення відповідних біохімічних реакцій, що забезпечують ріст і відновлення клітин в організмі, роботу м'язів, підтримання сталої температури тіла.

ОБМІН РЕЧОВИН – складний ланцюг перетворень різноманітних сполук в організмі з моменту потрапляння із зовнішнього середовища до виведення з організму продуктів розщеплення. Сукупність процесів перетворення речовин в організмі, що спрямовані на його збереження та само відтворення.

До організму надходять	З організму виводяться
Білки Жири Вуглеводи Вітаміни Вода (Н2О) Мінеральні речовини Кисень (О2)	Продукти обміну (сеча, піт, калові маси тощо) Надлишок води (Н2О) Вуглекислий газ (СО2) Надлишок тепла

Отримані ззовні речовини перетворюються на власні речовини, що характерні саме для певного організму. Одночасно в кожній клітині організму відбувається 1 – 2 тис. узгоджених метаболічних хімічних перетворень.

ОБМІН ЕНЕРГІЇ – фізичні процеси перетворення енергії в організмі. 
Для повноцінної життєдіяльності організму людини потрібно енергії приблизно 10 500 кДж на добу.
Енергетичний обмін – це процеси, пов'язані з вивільненням енергії, що знаходиться в хімічних зв'язках органічних речовин, і її використання для потреб організму.
Види енергії в біологічній системі: електрична енергія нервового імпульсу, хімічна енергія окиснення органічних речовин, механічна енергія скорочення м'язів, теплова енергія для підтримання сталої температури тіла.
Процеси перетворення енергії.
Унаслідок одних перетворень організм поповнюється енергією, унаслідок інших — втрачає її. Витрачена організмом енергія поповнюється завдяки харчуванню.

При окисненні глюкози та інших органічних сполук у клітинах, вивільнена хімічна енергія перетворюється на електричну (електрична енергія нервових імпульсів забезпечує передавання інформації по нервових волокнах) та механічну (механічна енергія скорочення скелетних м'язів, м'язів серця та діафрагми). Усі ці види енергії перетворюються врешті-решт на теплову енергію, причому частина тепла використовується для підтримання постійної температури тіла, а його надлишок організм віддає в навколишнє середовище.

Етапи обміну енергії.

Назва етапу	Місце дії	Значення
Перший етап	Дихальна система, травна система, кровоносна та лімфатична система	Розщеплення складних речовин їжі на прості поживні речовини в шлунково-кишковому тракті з виділенням енергії у вигляді тепла.
Другий етап	Кровоносна система	Потрапляння поживних речовин у кров та рознесення кров'ю по організму.
Третій етап	Клітина	У клітині розщеплення простих поживних речовин до кінцевих продуктів розпаду з виділенням енергії. Накопичення енергії у молекулах АТФ.

ОБМІН РЕЧОВИН І ЕНЕРГІЇ, АБО МЕТАБОЛІЗМ (з грецьк. зміна, перетворення) – сукупність фізіологічних, хімічних та фізичних перетворень речовин і енергії в організмі з часу їх надходження з навколишнього середовища до виведення продуктів розпаду й тепла. 
Поживні речовини, які надходять в організм, витрачаються на енергетичні та будівельні процеси, які відбуваються одночасно.
Процеси життєдіяльності: ріст і поділ клітин, кровообіг, травлення, м'язові скорочення, розумова діяльність тощо.

Хімічні процеси перетворення речовин: хімічні реакції розпаду, обміну, заміщення, сполучення, окиснення, відновлення. Фізичні процеси перетворення енергії: хімічна енергія зв’язків у сполуках після їхнього розпаду перетворюється на механічну енергію скорочення м'язів; електричну енергію проведення нервового імпульсу; променеву енергію теплового випромінювання (вивільняється під час роботи). Здатність організму перетворювати одні види енергії в інші  забезпечує життєдіяльність.

Обмін речовин та енергії = енергетичний обмін + пластичний обмін.

Енергетичний обмін	Пластичний обмін
Сукупність реакцій розщеплення органічних речовин. Відбувається у травному тракті (розщеплення органічних речовин їжі)  та клітинах (розщеплення органічних речовин організму на простіші). Вивільняється енергія (для витрат організмом або акумулюється в мітохондріях). Вивільнена енергія забезпечує всі процеси життєдіяльності клітин і організму загалом	Сукупність реакцій синтезу властивих організму людини органічних речовин. Відбуваються в клітинах. Супроводжуються поглинанням енергії Будуються складні органічних речовини, властиві організмові.

Взаємозв’язок пластичного та енергетичного обміну: на процеси синтезу органічних речовин використовується енергія, що вивільняється в ході реакцій енергетичного обміну, і навпаки, для здійснення енергетичного обміну необхідні певні речовини, що синтезуються в перебігу реакцій пластичного обміну.

Обмін речовин відрізняє живий організм від неживого, органічний світ від неорганічного.

Порівняльна характеристика обміну речовин автотрофів та гетеротрофів.

Процес	Автотрофи (рослини)	Гетеротрофи
Надходження речовин	розчинів неорганічних речовин	з їжею органічних та неорганічних речовин
Розпад речовин	фотосинтез: під дією світла з води й вуглекислого газу в клітинах утворюється кисень і органічна речовина глюкоза;	розщеплення на прості складові (білки – на амінокислоти, жири – на гліцерин і жирні кислоти, складні вуглеводи – на глюкозу й інші прості вуглеводи), які мають запас потенціальної енергії хімічних зв'язків молекул.
Синтез речовин	за участі глюкози в клітинах рослин розпочинаються численні реакції синтезу інших органічних речовин і їх розщеплення з виділенням енергії на ріст, розвиток тощо);	синтез власних органічних речовин і їх розщеплення з вивільненням енергії на ріст, розвиток, рух, теплообмін тіла тощо;
Видаляються  назовні	неорганічні речовини (воду, кисень, вуг­лекислий газ).	виділення назовні кінцевих продуктів розпаду речовин (вода, вуглекислий газ, сполуки Нітрогену тощо).
Джерело енергії	акумульована енергія Сонця в хімічних зв'язках глюкози.	запас потенціальної енергії хімічних зв'язків  молекул органічних речовин їжі.

Функції метаболізму:

Пластична	Забезпечення по­треб організму в речовинах для утворення структурних складових клітин і тканин
Енергетична	Забезпечення потреб ор­ганізму в енергії на скорочення м’язів, утворення нервових імпульсів, побудову нових клітин, роботу різних органів тощо
Гомеостатична	Підтримання сталості внутріш­нього середовища

СХЕМА. Етапи обміну речовин та енергії людини:

І. Надходження речовин та енергії: живлення, травлення, дихання, транспорт речовин, теплоутворення.

                                                               |

II. Перетворення речовин та енергії: асиміляція (процеси синтезу) та дисиміляція (процеси розпаду)

                                                             |

III. Видалення речовин  та енергії: виділення, тепловіддача

Етапи обміну речовин та енергії людини.

Назва етапу	Місце дії	Значення
І. Підготовчий.	Дихальна система, травна система, кровоносна система, лімфатична система	Речовини їжі (жири, білки, вуглеводи, мінеральні речовини, вода, вітаміни, пектини) та енергія їх хімічних зв'язків надходять в організм людини через травну систему для початкового розщеплення їжі. Кисень надходить через дихальну систему судин і транспортується кровоносною системою до всіх клітин організму. Органічні речовини їжі розщеплюються на прості складові (біл­ки на амінокислоти, жири на жирні кислоти й спирти, вуглеводи на моносахариди). У травному каналі амінокислоти та моносахариди усмоктуються в кров, гліцерин та жирні кислоти в лімфу, потім в кров. Низькомолекулярні речовини проходять через печінку, яка грає роль у підтриманні рівня глюкози в гомеостазі, побудові нових клітин, та  переносяться до клітин кровоносною та лімфатичною системами. Розщеплення складних  органічних речовини їжі на прості поживні речовини супроводжується вивільненням невеликої кількості енергії у вигляді тепла.
ІІ. Основний	клітини організму	Хімічні реакції синтезу (асиміляція) власних білків, жирів, вуглеводів й інших органічних речовин для побудови органел, утворення ферментів, гормонів тощо. Хімічні реакції остаточного розпаду органічних речовин організму (дисиміляція) на простіші. Забезпечення організму  енергією, запас енергії  у молекулах АТФ.
ІІІ. Кінцевий.	кровоносна система, видільна система	Продукти обміну речовин виділяються в тканинну рідину і далі в кров та лімфу, які й транспортують їх до певних органів (печінка, легені, нирки, шкіра, травний канал) для видалення з організму. При цьому продукти розпаду також зазнають певних змін, наприклад, С02 в крові транспортується до легень у вигляді гідрокарбонатів, амоніак у печінці перетворюється у сечовину та ін. Видалення частини енергії з  теплотою рідин, що виводяться.

Етапи обміну речовин.

Підготовча стадія	Основна стадія	Кінцева стадія
Розпад речовин їжі на простіші складові: амінокислоти, гліцерин та жирні кислоти, моносахариди.	Синтез власних речовин організму. Розщеплення білків на складові: до вуглекислого газу, води, аміаку та інших речовин. Розщеплення жирів та вуглеводів на складові: вода, вуглекислий газ.	Видалення кінцевих продуктів розпаду з клітин: сеча, піт, вуглекислий газ.

ОБМІН РЕЧОВИН І ЕНЕРГІЇ В КЛІТИНІ.
Формула обміну речовин та енергії в клітинах:
метаболізм = катаболізм + анаболізм.
Хімічні реакції метаболізму в клітині:

Назва	Процес	Значення
Катаболізм, або  дисиміляція (з грецьк. скидання вниз)	Окиснення та безкисневе розщеплення (гниття, бродіння) органічних спо­лук організму (вуглеводів, білків і жирів) на більш прості речовини. Частина вивільненої енергії акумулюється в молекулах АТФ мітохондрій для використання в ре­акціях пластичного обміну під час синтезу в клітинах необхідних їм білків, жирів і вуглеводів. Інша частина хімічної енергії органічних сполук організму (вуглеводів, білків і жирів), що розщеплюється, перетворюється на теплову.	Забезпечення клітини енергією для створення нових речовин. Забезпечення підтримки постійної температури тіла. Функціонування спеціалізованих клітин (скорочення м'язових клітин, проведення нервових процесів тощо). Запасання речовин для додаткового вивільнення енергії (жири в підшкірній жировій клітковині, сальнику тощо; вуглеводи у вигляді глікогену – насамперед у клітинах печінки та м'язів).
анаболізм, асиміляція (з грец. «пластика» – «ліпка»)	Синтез складних молекул білків, жирів і вуглеводів організму з  простих молекул, що утворилися з речовин їжі на підготовчій стадії обміну речовин. Енергія витрачається.	Ріст клітин, поділ, розвиток клітин, відтворен­ня їхніх зруйнованих частин, створення міжклітинної речовини, вироблення клітинами певних речовин.

Порівняльна характеристика реакцій метаболізму.

Асиміляція (синтез)	Дисиміляція (розщеплення)
Синтез з простих речовин складних речовин організму для життєдіяльності. Синтез = утворення, відбудова, оновлення.	Окиснення та безкисневе розщеплення органічних сполук їжі на прості речовини. Розпад = окиснення, бродіння, гниття.
Витрачається енергія	Виділяється енергія, накопичується багато енергії в АТФ
Переважають у молодому віці організму, стані спокою.	Переважають у старому віці організму, при інтенсивній роботі.
Спільне
Є необхідними умовами для процесу обміну, забезпечують життєдіяльність організму.

Чинники інтенсивності обміну речовин та перетворення енергії (потреби організму та умови середовища). 

Чинник	Приклад
Вік	Інтенсивність обміну знижується на 7-10% кожні десять років, досягаючи в старості свого мінімуму
Фізичний стан організму	Простуда чи травми активізують обмінні процеси
Фізичне та розумове навантаження	Найбільший рівень обміну спостерігається в головному мозку, печінці та скелетних м'язах.
Добові та сезонні зміни в природі спричиняють ритмічність процесів обміну	Інтенсивність обміну речовин зростає, а знижується в нічний період, навесні та раннім літом обмін речо­вин підвищується
Споживання їжі	Під час прийому їжі інтенсивність обміну речовин зростає, що пов'язано з травною активністю клітин та органів (специфічний динамічний  вплив їжі у фізіології)
Температура навколишнього середовища	Зростання інтенсивності при зниженні температури