"Биология. Человек и его здоровье", Никишов А.И., Богданов Н.А.
Обмен веществ — непрерывное поступление, преобразование и использование веществ в организме. Благодаря ему клетки получают энергию, строят новые структуры, растут и восстанавливаются. В обмене веществ взаимосвязаны два процесса: пластический обмен создаёт сложные соединения, а энергетический расщепляет органические вещества и высвобождает энергию. Её часть запасается в АТФ и затем используется для работы клеток, мышц и органов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Обмен веществ — совокупность химических реакций поступления, превращения и использования веществ в организме. Проще говоря, организм получает сырьё из пищи, перерабатывает его и удаляет ненужные продукты. Благодаря этому клетки получают строительный материал и энергию для жизни.
Пластический обмен — синтез сложных органических веществ из более простых с затратой энергии. Например, из аминокислот клетка собирает белки. Этот процесс нужен для роста, обновления и восстановления клеточных структур.
Энергетический обмен — расщепление органических веществ с высвобождением энергии. При распаде глюкозы, жиров и некоторых продуктов белкового обмена энергия становится доступной клетке. Она используется сразу или передаётся в особой форме.
АТФ — универсальное энергетическое соединение клетки, в котором запасается и переносится энергия. Молекула АТФ может быстро отдать энергию для нужной реакции, а затем снова образоваться. Поэтому АТФ связывает получение энергии с её использованием.
С пищей в организм поступают белки, жиры, углеводы, вода, минеральные соли и витамины. Белки, жиры и сложные углеводы имеют крупные молекулы, которые не могут сразу проникнуть в клетки и включиться в реакции. Поэтому пищеварение расщепляет их на аминокислоты, жирные кислоты, глицерин и простые сахара: такие соединения легче всасываются и могут использоваться как строительный материал или топливо.
Пластический и энергетический обмен направлены противоположно: первый собирает сложные вещества, а второй разрушает их. При синтезе требуется энергия, которую поставляет энергетический обмен; при расщеплении, наоборот, энергия высвобождается. Эти процессы нельзя разделить, потому что продукты распада дают материал для новых соединений, а АТФ от энергетических реакций обеспечивает их сборку.
При расщеплении глюкозы химическая энергия, заключённая в её связях, высвобождается не одним мгновенным шагом, а постепенно. Если бы вся она сразу превращалась в тепло, клетка не смогла бы эффективно направить её на полезную работу. Поэтому большая часть энергии временно запасается в АТФ, а затем небольшими порциями используется для синтеза веществ и других клеточных процессов.
Энергетический обмен начинается с подготовительного этапа: крупные молекулы распадаются на более простые, и выделяется немного тепла. Затем на бескислородном этапе глюкоза расщепляется в клетке без участия кислорода, образуя небольшое количество АТФ. На кислородном этапе продукты предыдущего распада окисляются в митохондриях до углекислого газа и воды, а энергии образуется значительно больше.
Энергия АТФ нужна не только для построения молекул. Она обеспечивает сокращение мышц и другие виды движения, рост и восстановление тканей, работу нервных клеток и внутренних органов. Часть энергии рассеивается в виде тепла, помогая поддерживать температуру тела.
| Признак | Пластический обмен | Энергетический обмен |
|---|---|---|
| Исходные вещества | Простые органические соединения | Сложные органические вещества |
| Основные реакции | Синтез, соединение молекул | Расщепление, окисление |
| Направление превращений | От простого к сложному | От сложного к простому |
| Изменение энергии | Энергия затрачивается | Энергия высвобождается |
| Основные продукты | Белки, жиры, углеводы и другие вещества клеток | АТФ, углекислый газ, вода, тепло |
| Биологическое значение | Рост, обновление и восстановление | Обеспечение клеток энергией |
| Связь с АТФ | АТФ расходуется | АТФ образуется |
Таблица помогает сравнить процессы по одному и тому же признаку. Если вещество собирается из простых частей и энергия тратится, речь идёт о пластическом обмене. Если сложное соединение распадается и энергия переходит в АТФ, это энергетический обмен.
Распределим синтез белка, расщепление глюкозы, образование жира из избытка питательных веществ и использование энергии АТФ при сокращении мышц. Сначала определим, создаётся вещество или разрушается. Затем учтём, образуется энергия или расходуется.
Ответ: синтез белка и образование жира относятся к пластическому обмену, а расщепление глюкозы — к энергетическому. Сокращение мышц не создаёт новое вещество, но использует АТФ, образованную в энергетическом обмене.
Организм получил 80 г углеводов, 60 г белков и 20 г жиров. Для углеводов и белков используем 17,6 кДж на 1 г, для жиров — 38,9 кДж на 1 г. Сначала найдём вклад каждого вещества, затем сложим результаты.
Ответ: организм получил примерно 3242 кДж энергии. Жиры дали меньше энергии в этой порции из-за небольшой массы, хотя один грамм жира энергетически ценнее грамма белка или углевода.
За сутки с пищей поступило 10 500 кДж. Расход составил 7000 + 2000 + 500 кДж, то есть нужно сравнить 10 500 кДж с общей затратой. Разность покажет, есть ли избыток или недостаток энергии.
Ответ: баланс положительный и равен 1000 кДж. Если такая ситуация повторяется, часть энергии запасается преимущественно в виде жира, и масса тела может увеличиваться.
Ошибка — считать пластический обмен только ростом организма. Так думают, потому что рост заметнее других результатов, но к пластическому обмену относятся также обновление и восстановление клеток. Проверка: спросите себя, создаётся ли новое вещество для клетки.
Ошибка — говорить, что энергия образуется из ничего. На самом деле она высвобождается при расщеплении органических веществ, полученных организмом. Проверка: найдите источник энергии и укажите, какое вещество распалось.
Ошибка — путать АТФ с запасным питательным веществом. АТФ переносит быстро используемую энергию, а жиры и углеводы служат более долгими энергетическими запасами. Проверка: если вещество хранится надолго, это не означает, что оно является АТФ.
Ошибка — считать, что весь энергетический обмен идёт только с кислородом. Бескислородный этап возможен без кислорода, хотя даёт меньше энергии. Проверка: вспомните, что энергетический обмен включает подготовительный, бескислородный и кислородный этапы.
Для понимания обмена веществ нужны знания о строении клетки, митохондриях, составе белков, жиров и углеводов, а также о дыхании. Эти сведения объясняют, где происходят реакции и какие вещества в них участвуют.
Тема связана с питанием, пищеварением, дыханием, выделением и терморегуляцией. Она помогает понять, как физическая нагрузка влияет на расход энергии и почему изменяется масса тела.
Знания об АТФ и энергетическом обмене особенно важны при изучении работы мышц. Любое движение и многие процессы жизнедеятельности клетки требуют энергии, которую АТФ доставляет к месту использования.
Зачем организму одновременно нужны пластический и энергетический обмен?
Пластический обмен создаёт белки, жиры, углеводы и другие вещества, необходимые для клеток. Энергетический обмен поставляет энергию для их синтеза, поэтому без него пластические процессы остановились бы.
Почему АТФ называют универсальным источником энергии клетки?
АТФ переносит энергию от реакций расщепления веществ к процессам, которым она нужна. Её молекулы быстро образуются и расходуются почти во всех клетках, поэтому АТФ называют универсальным переносчиком энергии.
Можно ли получить энергию из белков и жиров, а не только из углеводов?
Да, при недостатке углеводов организм может расщеплять жиры и белки. Жиры дают много энергии, а белки обычно используются как источник энергии в меньшей степени, поскольку прежде всего нужны для построения клеток.
Чем бескислородный этап энергетического обмена отличается от кислородного?
Бескислородный этап происходит без участия кислорода и даёт небольшое количество энергии. Кислородный этап идёт при наличии кислорода, главным образом в митохондриях, и обеспечивает значительно больший выход энергии.
Что происходит с организмом при избытке или недостатке энергии?
При избытке энергии её часть запасается, например в виде жира, и масса тела может увеличиваться. При недостатке организм расходует запасы, поэтому масса тела снижается, а при длительном дефиците ухудшается работа органов.
Обмен веществ и превращение энергии в организме
