§ 36. Обмен веществ и энергии — основное свойство всех живых существ

Определения и обозначения

Обмен веществ и энергии — это поступление веществ в организм, их превращение и использование, а также выделение продуктов обмена. Иначе говоря, организм получает необходимые материалы, перерабатывает их и удаляет то, что ему не нужно. Этот процесс обеспечивает клетки веществами и энергией для работы.

Ассимиляция, или пластический обмен, — образование сложных веществ, нужных организму, из более простых. Для такого синтеза клетка обычно затрачивает энергию. Ассимиляция необходима, чтобы создавать собственные вещества организма, расти и заменять изношенные части клеток.

Диссимиляция, или энергетический обмен, — расщепление сложных веществ до более простых с высвобождением энергии. Например, клетка получает энергию при превращениях органических веществ. Она нужна для процессов, которые не могут идти без затрат энергии.

АТФ — молекула, в которой энергия временно запасается и от которой передаётся для процессов жизнедеятельности. Клетка использует её как промежуточного переносчика энергии. Благодаря этому энергия, высвободившаяся при расщеплении веществ, становится доступной для других клеточных процессов.

Как это устроено

Вещества поступают в организм из окружающей среды с пищей, водой и воздухом. Затем пища переваривается, а необходимые вещества всасываются и попадают к клеткам. Клетки используют поступившее как материал для построения собственных веществ или преобразуют его в ходе энергетических реакций. Ненужные и образовавшиеся продукты организм выводит, чтобы они не накапливались и не мешали работе клеток.

Ассимиляция и диссимиляция идут одновременно, потому что клеткам нужно и создавать новые вещества, и получать энергию для работы. Синтез белков, жиров и других сложных молекул требует затрат энергии. Диссимиляция высвобождает её при расщеплении органических веществ, поэтому поддерживает ассимиляцию. В свою очередь, продукты обмена могут стать исходными веществами для новых превращений.

Энергия пищи высвобождается не просто при её нахождении в организме, а при химических превращениях органических веществ в клетках. Важную роль в этих превращениях играет окисление, то есть реакции с участием кислорода. Высвободившаяся энергия не вся сразу используется клеткой: часть временно запасается в молекулах АТФ. Так клетка получает возможность передавать энергию туда, где она требуется.

Пища нужна не только для получения энергии. Белки, жиры и другие вещества могут служить строительным материалом для клеток и тканей. Организм использует их для роста, обновления и восстановления повреждённых частей. Поэтому часть поступивших веществ включается в состав собственных структур, а другая часть расщепляется в энергетическом обмене.

Обмен веществ непрерывно поддерживает работу клеток и органов, потому что потребность организма в веществах и энергии не прекращается. Даже когда человек отдыхает, клетки продолжают выполнять свои функции, а ткани обновляются. Поступление веществ, их превращение и выведение связаны между собой и не могут полностью заменять друг друга. Поэтому обмен веществ и энергии является общим свойством живых организмов.

Сравнение ассимиляции и диссимиляции

В таблице сравниваются два направления обмена веществ. Чтобы определить, к какому процессу относится превращение, посмотри, синтезируются ли сложные вещества или, наоборот, расщепляются. Затем проверь, затрачивается или высвобождается энергия и какое значение имеет процесс для организма.

Разбор задач

Задача 1. Назовите, какой процесс преобладает, когда клетка строит белок из аминокислот. Нужно определить, какое превращение происходит с веществами. Аминокислоты служат более простыми исходными веществами, из которых клетка собирает белок.

1. Установим направление превращения: отдельные аминокислоты соединяются в сложное вещество.
2. Сопоставим это с определениями: образование сложных веществ из более простых — ассимиляция.
3. Учтём, что для сборки белка клетке требуется энергия.

Ответ: преобладает ассимиляция, потому что клетка синтезирует белок из аминокислот. На этот процесс затрачивается энергия.

Задача 2. При расщеплении глюкозы в клетке высвобождается энергия. Укажите процесс и объясните, куда может быть передана эта энергия. В условии прямо сказано о расщеплении вещества, поэтому сначала определим направление обмена. Затем выясним, как клетка может использовать высвободившуюся энергию.

1. Глюкоза — органическое вещество, которое при расщеплении превращается в более простые вещества.
2. Расщепление сложных веществ с высвобождением энергии относится к диссимиляции.
3. Часть высвободившейся энергии запасается в АТФ, а затем передаётся процессам жизнедеятельности клетки.

Ответ: происходит диссимиляция. Энергия может временно запасаться в АТФ и передаваться, например, для синтеза веществ.

Задача 3. Организм получает с пищей вещества, часть которых использует для построения собственных клеток, а часть расщепляет для получения энергии. Объясните, как эти процессы связаны. Здесь описаны два направления использования поступивших веществ. Нужно назвать каждое и показать, почему они не существуют отдельно друг от друга.

1. Вещества, которые становятся материалом для клеток, участвуют в синтезе сложных соединений. Это ассимиляция.
2. Вещества, которые расщепляются с выделением энергии, участвуют в диссимиляции.
3. Энергия диссимиляции нужна для синтеза новых веществ, поэтому она помогает ассимиляции. Оба процесса совместно обеспечивают рост, обновление и работу организма.

Ответ: построение клеток относится к ассимиляции, а получение энергии при расщеплении — к диссимиляции. Высвобождённая энергия используется, в частности, для синтеза веществ, поэтому процессы взаимосвязаны.

Типичные ошибки

Ошибка — считать ассимиляцию и диссимиляцию независимыми процессами. Так может показаться, потому что один процесс строит вещества, а другой их расщепляет. Но для синтеза требуется энергия, которую даёт диссимиляция, а продукты превращений участвуют в общем обмене. Проверь себя: если называешь процесс, спроси, откуда берётся энергия для другого направления обмена.

Ошибка — думать, что при ассимиляции энергия высвобождается. Обычно она, наоборот, затрачивается на образование сложных молекул, поэтому путаница возникает из-за смешения синтеза и расщепления. Чтобы проверить ответ, проследи, становятся ли вещества сложнее: при их построении энергия требуется, а при расщеплении высвобождается.

Ошибка — считать диссимиляцией только полное расщепление пищи в пищеварительной системе. Пищеварение подготавливает вещества к всасыванию, а энергетические превращения продолжаются внутри клеток. Проверь себя вопросом: где именно высвобождается энергия, используемая клеткой? Если речь о клеточных превращениях, это диссимиляция.

Ошибка — смешивать энергию пищи и АТФ, будто это одно и то же. Энергия высвобождается при превращениях веществ, а АТФ временно запасает её и передаёт клеточным процессам. Путаница возникает потому, что АТФ участвует в передаче энергии. Чтобы проверить себя, различай источник энергии и её переносчик.

Связь с другими темами

Перед изучением обмена полезно вспомнить, какие вещества входят в состав пищи и каковы роли белков, жиров и углеводов. Знание строения клетки помогает понять, где используются вещества и энергия. Эта тема связана с пищеварением, дыханием и выделением: пищеварение обеспечивает поступление веществ, дыхание участвует в высвобождении энергии, а выделение удаляет продукты обмена. Она также помогает понять, как организм поддерживает постоянство внутренней среды.

Что запомнить

• Обмен веществ и энергии необходим для жизни организма.
• Обмен включает поступление веществ, их превращение и удаление продуктов обмена.
• Ассимиляция — синтез сложных веществ из более простых.
• Диссимиляция — расщепление сложных веществ с высвобождением энергии.
• Ассимиляция и диссимиляция взаимосвязаны и протекают в организме одновременно.
• АТФ временно запасает и передаёт энергию для клеточных процессов.