§ 27. Обмен веществ в животном организме

Определения и обозначения

Обмен веществ — поступление в организм веществ, их преобразование и использование, а также удаление ненужных веществ. Это не отдельный процесс, а целая последовательность, которая помогает клеткам получать необходимое и избавляться от того, что мешает их работе.

Питание — поступление в организм питательных веществ, необходимых для роста, обновления и получения энергии. Пища служит источником материалов, из которых организм строит своё тело, и веществ, которые клетки могут использовать в работе.

Дыхание — поступление кислорода и его использование организмом при расщеплении питательных веществ с выделением энергии; при этом образуются углекислый газ и вода. Дыхание необходимо не только для газообмена: благодаря кислороду клетки могут получать энергию из питательных веществ.

Выделение — удаление из организма продуктов обмена веществ и избытка некоторых веществ. Оно нужно, чтобы ненужные продукты не накапливались и не мешали нормальной жизнедеятельности клеток.

Как это устроено

Для обмена веществ животному нужны вещества из пищи и кислород из окружающей среды. Пища приносит питательные вещества, а дыхание обеспечивает организм кислородом, который участвует в клеточных процессах. Если одного из этих поступлений не хватает, клетки не могут полноценно использовать питательные вещества и получать энергию. Поэтому питание и дыхание работают не по отдельности, а дополняют друг друга.

Пища не может сразу попасть к клеткам в том виде, в каком животное её съело. Сначала она переваривается: сложные пищевые вещества становятся доступными для организма. Затем питательные вещества поступают во внутреннюю среду — жидкую среду, окружающую клетки и обеспечивающую связь между ними и органами. Так организм доставляет необходимые вещества туда, где они будут использованы.

Внутренняя среда помогает питательным веществам добраться до клеток, потому что клетки расположены по всему телу. Получив вещества, клетки используют их для построения и обновления частей организма. Часть питательных веществ нужна также для получения энергии. Без такого использования организм не мог бы расти, восстанавливать свои ткани и поддерживать работу органов.

Кислород участвует в процессах расщепления питательных веществ внутри клеток. При этом высвобождается энергия, необходимая для движения и других проявлений жизнедеятельности. Чем активнее работают клетки, тем больше энергии им требуется, а значит, возрастает потребность в кислороде и питательных веществах. В ходе этих процессов образуются углекислый газ и вода.

После работы клеток часть веществ становится ненужной, а некоторые вещества оказываются в организме в избытке. Их удаление необходимо, потому что накопление продуктов обмена мешало бы нормальной работе организма. Углекислый газ выводится при дыхании, а другие продукты удаляются через органы выделения. Таким образом, поступление, доставка, использование и удаление веществ составляют связанные части обмена.

Основные процессы обмена веществ у животных

Читайте таблицу слева направо: так видно, что происходит на каждом этапе и зачем он нужен. Затем проследите строки сверху вниз, чтобы увидеть обмен веществ как связанную последовательность. Обратите внимание, что удаление продуктов обмена происходит разными путями.

Разбор задач

Животное перестало получать пищу, но продолжает дышать. Какие процессы обмена веществ нарушатся и почему?

1. Определим, чего лишилось животное: пища больше не поступает, поэтому организм не получает новые питательные вещества.
2. Вспомним, что доставленные вещества нужны клеткам для обновления тела и получения энергии. Когда запас доступных питательных веществ уменьшается, клеткам становится труднее выполнять эти задачи.
3. Проверим роль дыхания: животное всё ещё получает кислород, но одного кислорода недостаточно, если нет питательных веществ, которые клетки могли бы использовать.

Ответ: нарушается поступление питательных веществ и их использование клетками для построения тела и получения энергии. Дыхание продолжается, но оно не заменяет питание, потому что кислород не является пищей.

Объясните, почему при работе мышц животному требуется больше кислорода и пищи.

1. Установим, что меняется при работе мышц: клетки мышц работают активнее, чем в состоянии покоя.
2. Активная работа требует больше энергии. Энергия выделяется при процессах, в которых участвуют кислород и питательные вещества, поэтому клеткам нужно больше того и другого.
3. Свяжем потребность клеток с организмом: кислород поступает при дыхании, а питательные вещества — с пищей. Эти вещества должны быть доставлены к работающим клеткам.

Ответ: при работе мышц возрастает потребность клеток в энергии, поэтому им требуется больше кислорода и питательных веществ. Они нужны для процессов, обеспечивающих работу мышц.

Проследите путь кислорода и питательных веществ от поступления в организм до использования клетками, а затем назовите пути удаления продуктов обмена.

1. Начнём с поступления: питательные вещества организм получает с пищей после её переваривания, а кислород поступает при дыхании.
2. Затем оба вида веществ должны добраться до клеток. Их переносит внутренняя среда организма, поэтому поступление связано с транспортом веществ.
3. В клетках питательные вещества используются для построения и обновления тела, а также расщепляются с участием кислорода. При этом выделяется энергия и образуются продукты обмена.
4. Назовём удаление: углекислый газ выводится при дыхании, а другие продукты обмена — через органы выделения.

Ответ: пища переваривается, кислород поступает при дыхании, а вещества доставляются к клеткам и там используются. Образовавшиеся продукты удаляются разными путями: углекислый газ — при дыхании, другие продукты — через органы выделения.

Типичные ошибки

Ошибка — считать обмен веществ только перевариванием пищи. Так думают, потому что пищеварение заметно связано с едой, однако за ним следуют доставка веществ к клеткам, их использование и удаление продуктов обмена. Проверь себя: можешь ли ты назвать все эти этапы, а не только переваривание?

Ошибка — путать дыхание с одним лишь вдохом и выдохом. Вдох и выдох помогают газообмену, но смысл дыхания для обмена веществ также в том, что кислород используется клетками. Чтобы проверить себя, объясни, зачем кислород нужен внутри организма, а не только назови движения воздуха.

Ошибка — считать, что пища нужна только для получения энергии. Это заблуждение возникает, если думать лишь о работе клеток, но питательные вещества также служат материалом для роста и обновления тела. Проверь себя вопросом: из чего организм строит и восстанавливает свои части?

Ошибка — полагать, что все продукты обмена удаляются одинаково. На деле углекислый газ выводится при дыхании, а другие продукты — через органы выделения. Чтобы проверить ответ, раздели продукты по путям удаления и не объединяй разные процессы в один.

Связь с другими темами

Для понимания обмена веществ нужно знать, что животные получают готовые органические вещества с пищей и имеют органы дыхания и выделения. Тема связывает работу пищеварительной системы, которая обеспечивает поступление питательных веществ, с дыхательной, кровеносной и выделительной системами. Эти знания пригодятся при изучении питания, роста и движения животных. Они также помогают понять, почему жизнедеятельность зависит от условий среды: организму нужны доступные пища и кислород.

Что запомнить

• Обмен веществ включает поступление, преобразование, использование и удаление веществ.
• Пища поставляет организму питательные вещества.
• Кислород необходим клеткам для процессов, при которых выделяется энергия.
• Питательные вещества нужны и для получения энергии, и для построения тела.
• Вещества доставляются к клеткам и удаляются из организма.
• Продукты обмена не должны накапливаться в организме.