42. Виды обмена веществ

Определения и обозначения

Обмен веществ — совокупность химических превращений в организме, обеспечивающих его рост, обновление и получение энергии. Иными словами, организм постоянно перерабатывает вещества, а не просто получает их из пищи. Без этого клетки не смогли бы строить свои части и выполнять работу.

Пластический обмен — образование сложных органических веществ из более простых с затратой энергии. Например, клетка может собирать белки из аминокислот. Такой синтез нужен для создания новых клеточных структур и замены изношенных.

Энергетический обмен — распад органических веществ с освобождением энергии и накоплением её части в АТФ. АТФ — молекула, в которой клетка может запасать и переносить энергию. Благодаря этому энергия распада становится доступной для процессов, которым она необходима.

Ассимиляция и диссимиляция — соответственно процессы синтеза веществ и их расщепления; они взаимосвязаны и постоянно происходят в клетках. Ассимиляция соответствует пластическому, а диссимиляция — энергетическому обмену. Такое разделение помогает понять, откуда клетка получает материалы и энергию для своей работы.

Как это устроено

С пищей в организм поступают белки, жиры и углеводы, но многие из этих молекул слишком велики, чтобы сразу использовать их для построения клеток. Во время пищеварения они расщепляются до более простых соединений, например белки — до аминокислот. Простые вещества всасываются и с кровью или другими жидкостями доставляются к клеткам. Там они могут быть использованы как строительный материал или включиться в дальнейшие превращения.

Клеткам постоянно нужно строить собственные вещества: например, белки для работы и части клеточных структур. Для этого простые соединения соединяются в более сложные молекулы, а порядок их соединения задаётся потребностями организма и клетки. Синтез требует энергии, поэтому пластический обмен не может идти без энергетического. Он нужен не только во время роста: ткани и клетки постоянно изнашиваются и должны обновляться.

При энергетическом обмене органические вещества расщепляются и окисляются, то есть участвуют в реакциях, связанных с использованием кислорода. При таких превращениях связи между атомами перестраиваются, а часть запасённой в веществах энергии освобождается. Клетка не тратит всю её сразу: часть передаётся молекулам АТФ, а часть рассеивается в виде тепла. АТФ затем служит удобным источником энергии для процессов, в том числе для синтеза новых веществ.

Пластический и энергетический обмен нельзя отделить друг от друга, потому что каждый даёт другому необходимое. Энергетический обмен обеспечивает энергией синтез, а пластический создаёт вещества, которые могут использоваться клеткой для построения или позднее расщепляться. Например, полученная из пищи глюкоза может участвовать в клеточном дыхании, а продукты пищеварения — служить основой для собственных молекул организма. Направление их использования зависит от потребностей клеток.

После реакций обмена часть веществ включается в новые молекулы или используется для дальнейшей работы организма. Другие продукты оказываются ненужными или вредными при накоплении, поэтому организм выводит их во внешнюю среду. Удаление таких продуктов происходит разными путями, в том числе через почки, лёгкие и кожу. Значит, обмен включает не только поступление и превращение веществ, но и удаление того, что организму не требуется.

Сравнение пластического и энергетического обмена

Сначала определите, что происходит с веществом: из простых компонентов собирается сложное или сложное расщепляется. Затем проследите, тратится энергия или освобождается. Если описание включает оба процесса, их следует связать, а не выбирать только один.

Разбор задач

Задача 1. Определите, к какому виду обмена относится образование белка из аминокислот. Здесь важно установить направление превращения, а не только назвать вещества. Аминокислоты — простые исходные соединения, белок — более сложная молекула.

1. Определяем, что происходит: отдельные аминокислоты соединяются друг с другом.
2. Устанавливаем результат: образуется сложное органическое вещество — белок.
3. Сопоставляем процесс с определениями: синтез сложного вещества из простых относится к пластическому обмену и требует затрат энергии.

Ответ: образование белка из аминокислот относится к пластическому обмену, или ассимиляции. Для этого процесса клетке нужна энергия.

Задача 2. Объясните, почему при расщеплении глюкозы клетка получает энергию, но одновременно образуется АТФ. Нужно различить освобождение энергии и её запасание. Это не два противоречащих друг другу результата, а части одного процесса.

1. При расщеплении и окислении глюкозы её химические вещества превращаются в более простые продукты.
2. В ходе этих превращений освобождается энергия, ранее заключённая в органическом веществе.
3. Часть освобождённой энергии передаётся молекулам АТФ, а оставшаяся часть рассеивается, в том числе как тепло.

Ответ: клетка получает энергию при распаде глюкозы, а АТФ образуется потому, что часть этой энергии запасается в её молекулах. АТФ затем передаёт энергию другим процессам клетки.

Задача 3. После физической нагрузки организм восстанавливает повреждённые мышечные волокна. Какие виды обмена участвуют в этом процессе? Чтобы ответить, нужно отдельно выяснить, откуда берётся энергия и как восстанавливаются ткани. Организм должен и обеспечить работу клеток, и создать материал для восстановления.

1. Расщепление органических веществ освобождает энергию, часть которой запасается в АТФ.
2. Энергия АТФ используется клетками для процессов, необходимых при восстановлении после нагрузки.
3. Из простых соединений синтезируются собственные вещества клеток, участвующие в обновлении мышечных волокон.

Ответ: участвуют оба вида обмена. Энергетический обмен поставляет энергию, а пластический обеспечивает синтез веществ, необходимых для восстановления тканей.

Типичные ошибки

Считать пластический обмен только ростом организма. Так думают, потому что рост заметен и напрямую связан с созданием новых клеток. Но синтез веществ идёт и после завершения роста, ведь клетки и ткани нужно постоянно обновлять. Проверьте себя: если организм заменяет повреждённые или изношенные структуры, это тоже пластический обмен.

Путать энергетический обмен с поступлением энергии. Пища действительно содержит органические вещества, но клетка не получает энергию просто от факта их поступления. Энергия освобождается при расщеплении и окислении веществ. Чтобы проверить себя, спросите: описано ли превращение вещества или только его попадание в организм?

Утверждать, что вся энергия сразу расходуется. Такое представление возникает, если не учитывать перенос энергии между процессами. Часть освобождённой энергии запасается в АТФ, а часть рассеивается. Проверка проста: вспомните, что АТФ служит для клетки переносчиком и кратковременным запасом энергии.

Считать ассимиляцию и диссимиляцию независимыми. Их легко перепутать с отдельными путями, потому что один процесс строит вещества, а другой расщепляет их. На деле энергия энергетического обмена используется при синтезе, а созданные вещества могут стать источниками энергии. Проверьте связь, указав, что именно один процесс передаёт другому: энергию или вещества.

Связь с другими темами

Чтобы понять обмен веществ, нужно знать, как устроена клетка, какие роли выполняют белки, жиры и углеводы, как пища переваривается и как вещества переносятся по организму. Дыхание связано с получением энергии при окислении органических соединений. Эти знания пригодятся при изучении клеточного дыхания, АТФ, питания, физической нагрузки и регуляции температуры тела. Обмен веществ также помогает объяснить утомление, рост и последствия нарушений питания.

Что запомнить

• Обмен веществ поддерживает жизнедеятельность организма.
• Пластический обмен называют ассимиляцией.
• Энергетический обмен называют диссимиляцией.
• При пластическом обмене синтезируются сложные вещества из простых.
• При энергетическом обмене органические вещества расщепляются и окисляются.
• Энергия энергетического обмена частично запасается в АТФ.
• Пластический и энергетический обмен протекают одновременно и связаны между собой.