§ 36. Обменные процессы в организме

Определения и обозначения

Обмен веществ и энергии — совокупность процессов поступления, превращения и использования веществ и энергии организмом. Организм не просто получает питательные вещества, но изменяет их и включает в работу клеток. Благодаря обмену он получает необходимые материалы и освобождается от ненужных продуктов.

Пластический обмен — образование сложных веществ из более простых с затратой энергии. Клетки используют поступившие вещества, чтобы создавать собственные соединения. Такой обмен нужен для роста, обновления и восстановления клеточных структур.

Энергетический обмен — расщепление сложных веществ до более простых, при котором высвобождается энергия. Она используется клетками для выполнения работы и поддержания жизненных процессов. Поэтому энергетический обмен снабжает организм энергией, но не создаёт её из ничего.

Ассимиляция и диссимиляция — соответственно процессы синтеза веществ и их распада. Ассимиляция соответствует пластическому обмену, а диссимиляция — энергетическому. Они идут одновременно и связаны между собой, поэтому вместе составляют обмен веществ.

Как это устроено

Организм получает из окружающей среды питательные вещества, воду и кислород, а ненужные продукты обмена удаляет. Это необходимо потому, что клетки не могут постоянно работать без поступления исходных материалов и удаления отходов. Пища переваривается, кислород поступает при дыхании, а продукты обмена выводятся соответствующими органами. Так обмен обеспечивает постоянную связь организма со средой, а не отдельный разовый процесс.

При пластическом обмене клетки превращают поступившие вещества в соединения, необходимые самому организму. Например, из простых составляющих они создают белки и другие вещества клеток. Синтез требует энергии: образование новых связей и построение сложных соединений не происходят бесплатно. Поэтому пластический обмен помогает расти и восстанавливать структуры, повреждённые или изношенные в ходе жизни.

При энергетическом обмене сложные органические вещества распадаются на более простые. Во время этого распада высвобождается энергия, которая была связана в веществах. Клетки используют её для своей работы, в том числе для поддержания жизненных процессов и синтеза собственных соединений. Значит, распад нужен не сам по себе: он обеспечивает энергией задачи организма.

Ассимиляция и диссимиляция идут одновременно, потому что клетке требуется и строить собственные вещества, и получать энергию. Продукты распада могут стать исходным материалом для нового синтеза, если подходят клетке. А синтезированные вещества позднее могут расщепляться, когда организму потребуется энергия. Поэтому пластический и энергетический обмен не изолированы, а поддерживают друг друга.

Интенсивность обмена зависит от потребностей организма и условий его жизни. При нагрузке клеткам требуется больше энергии, поэтому возрастает потребность в веществах и кислороде; после работы нужны также материалы для восстановления. Организм согласует поступление, использование и удаление веществ: пищеварение и дыхание обеспечивают поступление, клетки преобразуют вещества, а выделение помогает удалять продукты распада. Если потребности меняются, меняется и работа этих процессов, чтобы поддерживать жизнедеятельность.

Сравнение пластического и энергетического обмена

Сначала определите, что происходит с веществами: они соединяются или распадаются. Затем проверьте, затрачивается энергия или высвобождается. Эти признаки помогут отличить виды обмена и увидеть, как они дополняют друг друга.

Разбор задач

Образование белков клетки из аминокислот

Условие: нужно определить вид обмена, к которому относится образование белков клетки из аминокислот. Аминокислоты — более простые вещества, из которых клетка строит белки. Чтобы выбрать верный ответ, выясним направление изменения веществ и значение процесса.

1. Сравним исходные вещества и результат: исходными являются аминокислоты, а результатом — более сложные белковые молекулы.
2. Определим направление процесса: из простых веществ создаётся сложное, значит, происходит синтез, а не распад.
3. Сопоставим процесс с определением: синтез с затратой энергии относится к пластическому обмену и ассимиляции.

Ответ: образование белков из аминокислот относится к пластическому обмену, потому что клетка синтезирует сложное вещество из более простых.

Высвобождение энергии при расщеплении

Условие: при расщеплении питательных веществ высвобождается энергия; нужно определить вид обмена и назвать её применение. Здесь важно учитывать не только изменение энергии, но и то, что происходит с самими веществами. Затем свяжем высвобождение энергии с работой клеток.

1. Питательные вещества расщепляются, то есть сложные соединения распадаются на более простые.
2. Энергия при этом высвобождается, поэтому процесс соответствует энергетическому обмену, или диссимиляции.
3. Клетки используют высвободившуюся энергию для жизнедеятельности и выполнения работы, в том числе для процессов синтеза.

Ответ: это энергетический обмен. Полученная энергия помогает клеткам работать и поддерживать жизненные процессы.

Восстановление после физической нагрузки

Условие: после интенсивной нагрузки организму необходимы питательные вещества и кислород; нужно объяснить их связь с энергетическим обменом и восстановлением тканей. Рассмотрим сначала, зачем нужны эти поступления, а затем — как организм восстанавливается. Так можно проследить связь двух видов обмена, не смешивая их функции.

1. Питательные вещества служат материалом для обмена, а кислород нужен для процессов, в которых клетки получают энергию из органических веществ.
2. Расщепление веществ относится к энергетическому обмену; высвободившаяся энергия нужна клеткам для работы после нагрузки.
3. Для восстановления тканей клетки используют поступившие вещества, создавая необходимые соединения. Такой синтез относится к пластическому обмену и требует энергии.

Ответ: питательные вещества и кислород поддерживают энергетический обмен, а затем вещества и полученная энергия помогают клеткам восстанавливать ткани посредством пластического обмена.

Типичные ошибки

Ошибка — считать пластический обмен только ростом всего организма. Так думают, потому что рост заметен, а обновление отдельных клеток происходит незаметно. Но пластический обмен также заменяет изношенные структуры и помогает восстанавливать повреждённые. Проверьте себя вопросом: может ли синтез происходить у взрослого организма? Да, клетки продолжают обновляться.

Ошибка — говорить, что при энергетическом обмене энергия создаётся из ничего. Её высвобождение связывают с работой клеток и забывают, что источником служат органические вещества. Энергия при расщеплении высвобождается и преобразуется, а не возникает сама по себе. Чтобы проверить ответ, спросите, какое изменение веществ сопровождает её высвобождение.

Ошибка — представлять ассимиляцию и диссимиляцию как независимые процессы. Их путают, когда учат определения по отдельности, не связывая синтез и распад. В организме они идут одновременно: распад даёт энергию, а его продукты могут участвовать в синтезе. Проверьте себя, проследив, может ли один процесс обеспечить другой.

Ошибка — путать поступление питательных веществ с их использованием. Полученная с пищей молекула ещё не обязательно стала частью клетки: её нужно переварить и преобразовать. Организм включает вещества в обменные процессы, а ненужные продукты удаляет. Проверка проста: отдельно назовите, что поступило, во что это превратилось и что было использовано клеткой.

Связь с другими темами

Чтобы понять обмен веществ, нужно знать строение клетки и роль белков, жиров и углеводов: органические вещества могут служить материалом и источником энергии. Обмен связан с пищеварением, дыханием и выделением, поскольку эти системы обеспечивают поступление веществ и кислорода и удаление продуктов обмена. Эта тема помогает разбираться в питании, регуляции функций организма и влиянии физической нагрузки. Например, после нагрузки становится понятнее, почему организму нужны и энергия, и материалы для восстановления тканей.

Что запомнить

• Обмен веществ и энергии необходим для жизнедеятельности организма.
• Пластический обмен обеспечивает синтез веществ и обновление клеток.
• Энергетический обмен сопровождается расщеплением веществ и высвобождением энергии.
• Ассимиляция — синтез, диссимиляция — распад веществ.
• Пластический и энергетический обмен взаимосвязаны.
• Продукты обмена, ставшие ненужными или вредными, должны удаляться из организма.