Згадайте! Що таке біологічна система?

Цікаво знати

10 9 – мільярд (більйон)

1 000 000 000 000 000

1 000 000 000 000 000 000

1 000 000 000 000 000 000 000

1 000 000 000 000 000 000 000 000

1 000 000 000 000 000 000 000 000 000

1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

сто нулів після одиниці

Годинник виготовлений з кількох десятків деталей, автомобіль – з кількох сотень, сучасний комп'ютер – з кількох десятків тисяч. А людина? Важко повірити, але це факт: в організмі новонародженої дитини міститься близько 2 трильйонів клітин, а організм кожної дорослої людини складається з понад 60-100 трильйонів клітин. Яка основна властивість організму людини забезпечить їхню життєдіяльність?

ЗМІСТ

У чому полягає суть обміну речовин та перетворення енергії в організмі людини?

Організм людини є відкритою біологічною системою, оскільки між організмом та навколишнім середовищем постійно відбувається обмін речовин та енергії.

Обмін речовин та енергії в організмі здійснюється завдяки сукупності фізіологічних функцій – взаємопов'язаних процесів дихання, травлення, виділення, транспорту речовин. З обміном речовин та енергії пов'язані й інші властивості організму: дратівливість, зростання, розвиток, адаптивність та інших.

Основа будь-яких фізіологічних функцій – перетворення речовин та енергії, що відбуваються у клітинах. Поживні речовини, які у організм, потрапляють у клітини і входять у хімічні реакції розкладання, обміну, заміщення, сполуки, окислення, відновлення. Ці хімічні перетворення речовин супроводжуються фізичними процесами перетворення енергії.Хімічна енергія з'єднань після їх розкладання може перетворюватися на механічну енергію скорочення м'язів, електричну енергію для діяльності нервової системи, променеву енергію теплового випромінювання. Частина звільненої енергії використовується клітинами для утворення власних речовин, необхідних для розмноження, росту, регенерації тканин тощо. буд. Інша частина енергії перетворюється на теплоту, яку організм виділяє в довкілля.

При обміні речовин та перетворенні енергії в організмі людини здійснюється ряд функцій, а саме: 1) пластична (забезпечення потреб організму в речовинах); 2) енергетична (забезпечення потреб організму в енергії); 3) гомеостатична (підтримання сталості внутрішніх умов життєдіяльності організму).

Отже, обмін речовин і перетворення енергії – сукупність фізіологічних, хімічних і фізичних перетворень речовин і енергії в організмі від моменту їх надходження з навколишнього середовища до виділення продуктів розпаду і тепла.

Які етапи обміну речовин та енергії виділяють в організмі?

Хімічні речовини та енергія їх хімічних зв'язків потрапляють в організм людини через систему травлення. Прості сполуки та малі за розмірами молекули всмоктуються та одразу потрапляють у кров. А складні органічні речовини піддаються фізичним і хімічним перетворенням, у яких розпадаються прості сполуки: білки розщеплюються на амінокислоти, жири – на жирні кислоти і спирти, вуглеводи – на моносахариды. Ці речовини всмоктуються у кров чи лімфу та переносяться до клітин.

Усередині клітин відбувається другий етап обміну речовин та енергії – внутрішньоклітинний, або проміжний. Основа цього етапу – дві групи процесів:

• процеси синтезу – утворення складних органічних сполук із простих, на яке витрачається енергія (асиміляція)

• процеси розпаду – утворення простих органічних сполук із складних, при якому енергія виділяється (дисиміляція).

Асиміляція та дисиміляція відбуваються одночасно та взаємопов'язані між собою. Внаслідок розщеплення речовин звільняється енергія, що витрачається на синтез сполук.

Процеси синтезу який завжди врівноважені з процесами розпаду. Так, в організмі, що росте, переважають процеси синтезу, завдяки чому забезпечується зростання організму. При інтенсивній фізичній роботі та в старості переважають процеси розпаду.

Продукти обміну речовин виділяються в тканинну рідину і потім у кров і лімфу, які транспортують їх до певних органів для видалення з організму.

Отже, в організмі людини відбуваються три основні етапи обміну речовин та перетворення енергії: 1) надходження речовин та енергії в організм; 2) внутрішньоклітинний обмін; 3) виділення речовин та енергії з організму.

Від чого залежить інтенсивність обміну речовин та перетворення енергії?

Обмін речовин та перетворення енергії в організмі людини відбуваються не завжди однаково. У здорової людини це пов'язано з віком, фізичним станом організму, статтю, масою тіла і т. п. Так, з віком інтенсивність обміну знижується на 7 – 10% кожні десять років, досягаючи на старість свого мінімуму, а застуда або травми активізують обмінні процеси . Інтенсивність обміну речовин в організмі людини визначається харчовими та енергетичними потребами, які залежать від таких факторів.

1. Добові та сезонні зміни в природі, що зумовлюють ритмічність процесів обміну.Так, вранці інтенсивність обміну речовин зростає, а вночі знижується, навесні та раннім літом обмін речовин підвищується.

2. Фізична та розумова напруга. Інтенсивність обміну речовин та перетворення енергії зростають в умовах навантаження тому, що змінюються активність та кількість клітин, які реагують на ці зміни. Найбільший рівень обміну спостерігається в головному мозку, печінці та скелетних м'язах.

3. Споживання їжі. Під час прийому їжі інтенсивність обміну речовин зростає, що пов'язане із травною активністю клітин та органів. Цей ефект у фізіології називають специфічним динамічним впливом їжі.

4. Температура довкілля. Інтенсивність обміну речовин та перетворення енергії зростає у разі відхилень від температурної норми. Помітний зростання інтенсивності зі зниженням температури.

Отже, обмін речовин та перетворення енергії в різних клітинах, тканинах, органах та організмах може відбуватися з різною інтенсивністю, що визначається потребами організму та умовами середовища.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Вчимося пізнавати

Дослідницький практикум

САМОНАБЛЮДЕННЯ ЗА СПІВВІДНОШЕННЯМ МАСИ І ЗРОСТАННЯ ТІЛА

Ціль: дослідити відповідність між масою тіла та зростанням людини та вміти оцінювати ступінь цієї відповідності з використанням методу показників.

Обладнання: ваги, ростомір.

Хід роботи

I. Визначення росту та маси свого тіла. Виміряйте зростання та масу, порівняйте свої показники зі стандартними показниками таблиць для юнаків та дівчат.

ІІ. Визначення індексу маси тіла (ІМТ) (індекс Кетеле).

Визначаємо індекс: ІМТ = М (кг)/Р 2 (м) (рівний масі тіла в кілограмах, поділеній на зріст у квадраті в метрах).Ідеальна маса тіла дорослої людини коливається в межах ІМТ від 20 до 25 кг/м2. Якщо

показники менші, то можна говорити про недостатню масу, якщо більше – про надмірну масу.

Примітка. ІМТ для дорослих та дітей обчислюють по-різному. Додатковими параметрами щодо індексу стають вік і стать дитини. Нормальний ІМТ у дітей менше, ніж у дорослих – від 15 до 18,5 років залежно від віку. Це з різними пропорціями тіла в дітей віком і дорослих.

Біологія + Хімія

Закон збереження маси речовини Михайло Васильович Ломоносов (1711-1765) пов'язував із законом збереження енергії та розглядав їх як загальний закон природи – закон збереження маси та енергії. По суті це універсальний закон, але, як правило, його поділяють на дві частини. Хімія має справу із законом збереження маси, а фізика – законом збереження енергії. Як формулюються ці закони? Наведіть докази, що ці закони діють і в організмі людини.

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Запитання для самоконтролю

1. Що таке обмін речовин та перетворення енергії? 2. Яке значення мають обмін речовин та перетворення енергії? 3. Що таке асиміляція? 4. Що таке дисиміляція? 5. Наведіть приклади факторів, що впливають на обмін речовин та перетворення енергії. 6. Назвіть органи людини із найбільшою інтенсивністю обмінних процесів.

7. У чому полягає суть обміну речовин та перетворення енергії в організмі людини? 8. Назвіть етапи обміну речовин та енергії в організмі. 9. Від чого залежить інтенсивність обміну речовин та перетворення енергії?

10. Доведіть, що така властивість живого, як обмін речовин та перетворення енергії характерна і для організму людини.

Огляд будови та процесів життєдіяльності людини ми починаємо з обміну речовин та перетворення енергії, оскільки ці процеси забезпечують основу існування нашого організму.

Що таке обмін речовин? Організм людини, як та інші біологічні системи, є відкритою системою (рис. 31). Ви знаєте, що обмін речовин одна з основних властивостей живого. Тому обов'язковою умовою існування нашого організму є надходження ззовні поживних речовин, що містять у собі енергію (згадайте: організм рослин здатний вловлювати та використовувати енергію світла). Отримані із зовнішнього середовища речовини та енергія зазнають значних перетворень у нашому організмі. Поживні речовини засвоюються та енергія, накопичена в них, використовується. Продукти обміну виводяться назовні (рис. 32).

Мал. 31. Схема, що ілюструє клітину як відкриту систему

Мал. 32. Схема обміну речовин, у організмі людини. Завдання. Поясніть, які речовини людина отримує із навколишнього середовища безпосередньо, а які – із продуктів харчування; які речовини організм людини виділяє у довкілля

Обмін речовин називають метаболізмом. Це є основою функціонування будь-якого живого організму. У процесах обміну речовин нашого організму беруть участь різні типи сполук – як органічні (білки, жири, вуглеводи тощо), і неорганічні (неорганічні кислоти, солі, кисень, вуглекислий газ, вода та інших.). Процеси метаболізму забезпечують зростання та розвиток нашого організму, дозволяють реагувати на подразники зовнішнього та внутрішнього середовища, залишати потомство.Завдяки обміну речовин структури організму постійно оновлюються, підтримується сталість його внутрішнього середовища – гомеостаз.

ПАМ'ЯТАЙТЕ! Обмін речовин, або метаболізм, – складний ланцюг перетворень різноманітних сполук в організмі, починаючи з моменту попадання їх із зовнішнього середовища та закінчуючи виведенням продуктів розпаду (рис. 32).

Основу обміну речовин становлять комплекси взаємопов'язаних біохімічних реакцій, які можуть відбуватися без участі ферментів.

Що таке ферменти? Ферменти, або ензими, – це біологічно активні речовини, переважно білкової природи, здатні проводити швидкість протікання хімічної реакції. Уявіть собі: біохімічні реакції за участю ферментів відбуваються в 10 6 -10 12 разів швидше, ніж за їх відсутності. За кілька секунд або навіть часткою секунди в організмі відбувається складна послідовність реакцій, кожна з яких потребує участі свого специфічного ферменту. Одні їх прискорюють розщеплення складних органічних сполук більш прості, інші – забезпечують освіту власних речовин організму.

Однією з головних особливостей ферментів є те, що їхня просторова структура відповідає просторовій структурі речовин, що вступають у реакцію, подібно до того, як відповідає ключ до замку (рис. 33). Тому ферментам властива специфічність: певний фермент може забезпечувати чи кілька типів подібних реакцій.

Мал. 33. Механізм дії ферментів: 1 – зближення ферменту та складної речовини; 2 – взаємодія ферменту та речовини; 3 – складна речовина розпалася на прості

Яке значення для організму мають поживні речовини? Процеси обміну речовин складаються з реакцій двох типів: розщеплення складних органічних сполук більш прості – процеси дисиміляції та одночасне утворення складніших сполук із простих – процеси асиміляції. Зазвичай ці два процеси в організмі людини збалансовані. Але в організмі, що росте, процеси асиміляції повинні переважати над процесами дисиміляції (подумайте чому).

Під час перебігу реакцій дисиміляції звільняється необхідна організму енергія. Реакції асиміляції відбуваються із витрачанням енергії. Тому запаси енергії в організмі мають постійно поповнюватися.

Організм людини здатний запасати певні речовини та відповідно накопичену в них енергію. Деяка кількість жирів запасається в підшкірній жировій клітковині, сальнику тощо, а вуглеводів (у вигляді глікогену) – у клітинах печінки та м'язів. За потреби ця енергія може бути використана організмом.

Необхідна організму енергія вивільняється внаслідок окислення чи безкисневого розщеплення органічних сполук (білків, жирів, вуглеводів). Так, при розщепленні 1 г білків та вуглеводів виділяється понад 17 кДж енергії, а 1 г жирів – 38,9 кДж (див. таблицю 1).

Функціональне значення для організму білків, жирів та вуглеводів

Поживні речовини

Енергетична функція в організмі людини

Інші функції органічних речовин в організмі людини

Джерело речовин (продукти харчування)

При окисненні 1 г білка вивільняється 17 кДж, або 71,67 ккал енергії

Будівельна (клітини та тканини тіла людини), регуляторна (гормони), транспортна (гемоглобін), захисна (антитіла, інтерферон)

Рослинні: бобові рослини (квасоля, боби, горох, соя).

Тварини: яйця, ікра, молоко, м'ясо, риба

При окисненні 1 г вуглеводів вивільняється 17,6 кДж, або 73,33 ккал енергії

Запасаюча (глікоген), будівельна (входять до складу глікоколіксу)

Рослинні: зернові (хлібо-макаронні вироби), рис, картопля, овочі, фрукти

Продовження таблиці 1

Поживні речовини

Енергетична функція в організмі людини

Інші функції органічних речовин в організмі людини

Джерело речовин (продукти харчування)

При окисненні 1 г жирів вивільняється 38,9 кДж, або 162,08 ккал енергії

Запасаюча (жирові депо), теплоізоляційна, захисна (захищають шкіру від висихання та набухання), будівельна (входять до складу клітинних мембран)

Рослинні олії (соняшникова, оливкова, кукурудзяна тощо).

Здоров'я людини. Для повноцінної життєдіяльності організму людини необхідно енергії приблизно 10500 кДж на добу.

В результаті біохімічних реакцій білки та вуглеводи можуть перетворитися на жири, а жири – на вуглеводи. Однак вуглеводи та жири ніколи не перетворюються на білки.

Обмін речовин та перетворення енергії в організмі людини регулюють нервова та ендокринна (за допомогою біологічно активних речовин, в основному гормонів) системи. Докладніше про регуляцію обміну речовин ви дізнаєтесь у § 55.

Ключові терміни та поняття: метаболізм, дисиміляція, асиміляція, ферменти.

ЗАГАЛЬНІ ЗНАННЯ

• Однією з умов життєдіяльності організму людини є обмін речовин та перетворення енергії – метаболізм. Він складається з двох взаємопов'язаних процесів: дисиміляції (розщеплення складних органічних речовин на простіші з вивільненням енергії) та асиміляції (освіта необхідних організму органічних речовин з витратою енергії).

• Ферменти – біологічно активні речовини, здатні впливати на швидкість перебігу біохімічних реакцій.

ПЕРЕВІРТЕ І ЗАСТОСУВАЙТЕ ОТРИМАНІ ЗНАННЯ

Дайте відповідь на запитання

1. Що таке обмін речовин? 2. Із яких процесів складається обмін речовин? 3. Для чого потрібні запаси енергії в організмі людини? 4. Що таке ферменти? Яка їхня роль в обміні речовин? 5. Що таке процеси дисиміляції? 6. Яка роль процесів асиміляції у забезпеченні метаболізму?

Виберіть одну правильну відповідь

1. Де в організмі людини переважно може відкладатися глікоген: а) у підшкірній жировій клітковині; б) у сальнику; в) у клітинах печінки; г) у кістках?

2. Вкажіть процеси, з якими пов'язані утворення та розщеплення органічних сполук в організмі людини: а) фотосинтез та дихання; б) асиміляція та дисиміляція; в) дихання та виділення; г) дисиміляція та дихання.

Виберіть три правильні відповіді

Виберіть ознаки, характерні для асиміляції.

А перетворення речовин

Б енергетичні зміни

У місце, де відбувається процес

1 розщеплення речовин

2 відсутність перетворень

1 поглинання енергії

2 вивільнення енергії

3 відсутність енергетичних змін

2 міжклітинна рідина

ПОДУМАЙТЕ. Що спільного та відмінного в процесах асиміляції та дисиміляції? Який зв'язок існує між ними?

За допомогою дорослих виконайте дослідницький практикум.

Самоспостереження за співвідношенням маси тіла та зростання

Обладнання та матеріали: підлогова вага, сантиметрова стрічка.

1. Стати рівно біля стіни без взуття, торкаючись її трьома точками: на рівні п'ят, сідничних м'язів і лопаток. Голову тримайте прямо. За допомогою сантиметрової стрічки виміряйте своє зростання з точністю до 0,5 см. Дані запишіть у таблицю.

2. Зважте на підлогових вагах. Дані занесіть до таблиці.

3. Визначте свій масо-ростовий індекс. Для цього показник маси тіла (г) поділіть на показник зростання. Кожному сантиметру зростання має відповідати 350-400 г маси у хлопчиків та 375-425 г у дівчаток. Якщо показники менші, то можна говорити про недостатню масу, якщо більше – про надмірну. Проаналізуйте, чому збільшилася маса тіла: через жирові відкладення або в результаті розвитку м'язів.

4. Визначте свій росто-масовий показник (кг), віднімаючи з показника зростання цифру 100, якщо зростання дорівнює 155-164 см, або цифру 110, якщо зростання дорівнює 165-185 см.

Метаболізм, або обмін речовин, – це сукупність біохімічних процесів та процесів життєдіяльності клітини. Забезпечує існування живих організмів. Розрізняють процеси асиміляції (анаболізму) та дисиміляції (катаболізму). Ці процеси є різними сторонами єдиного процесу обміну речовин та перетворення енергії у живих організмах.

Асиміляція

Асиміляція – це процеси, пов'язані з поглинанням, засвоєнням та накопиченням хімічних речовин, які використовуються для синтезу необхідних для організму сполук.

Пластичний обмін

Пластичний обмін – це сукупність реакцій синтезу, які забезпечують відновлення хімічного складу, зростання клітин.

Дисиміляція

Дисиміляція – Це процеси, які пов'язані з розпадом речовин.

Енергетичний обмін

Енергетичний обмін – це сукупність реакцій розщеплення складних сполук із енергії. Організми з довкілля у процесі життєдіяльності у певних формах поглинають енергію.Потім вони повертають в іншій формі її еквівалентну кількість.

Не завжди процеси асиміляції врівноважені з процесами дисиміляції.

Процеси асиміляції та дисиміляції тісно пов'язані з типами живлення організмів. Основним джерелом енергії для живих організмів Землі є сонячне світло.

Автотрофи

Автотрофи (Від грец. аутос – сам і трофе – їжа, харчування) – це організми, здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних із використанням певного виду енергії. Розрізняють фототрофи та хемотрофи.

Фототрофи

Фототрофи (Від грец. фотос – Світло) – організми, які для процесів синтезу органічних сполук з неорганічних використовують енергію світла.

Хемотрофи

Хемотрофи (Від грец. хеміа – хімія) для синтезу органічних сполук з неорганічних використовують енергію хімічних реакцій.

Гетеротрофи

Гетеротрофи (Від грец. гетерос – Інший) – це організми, які синтезують власні органічні сполуки з готових органічних сполук, синтезованих іншими організмами. До них належать більшість прокаріотів, грибів, тварин.Для них джерелом енергії є органічні речовини, які вони одержують із їжею: живі організми, їх залишки чи продукти життєдіяльності. Основні процеси гетеротрофних організмів розпад речовин – ґрунтуються на процесах дисиміляції.

Енергія в біологічних системах використовується для забезпечення в організмі різних процесів: теплових, механічних, хімічних, електричних тощо. Частина енергії під час реакцій енергетичного обміну розсіюється у вигляді теплоти, частина її запасається в макроергічних хімічні зв'язки певних органічних сполук. Універсальною такою речовиною є аденозинтрифосфорна кислота АТФ. Вона є універсальним хімічним акумулятором енергії у клітині.

Під впливом ферменту відщеплюється один залишок фосфорної кислоти. Тоді АТФ перетворюється на аденозиндифосфат – АДФ. При цьому виділяється близько 42 кДж енергії. При відщепленні двох залишків фосфорної кислоти утворюється аденозинмонофосфат – АТФ (виділяється 84 кДж енергії). Може розщеплюватись молекула АМФ. Таким чином, під час розщеплення АТФ виділяється велика кількість енергії, яка використовується для синтезу необхідних організму сполук, підтримання певної температури тіла тощо.

Залишається остаточно не з'ясованою природа макроергічних зв'язків АТФ, хоча вони перевершують за енергоємністю звичні зв'язки у кілька разів.