§ 40. Обмен веществ. Пластический и энергетический обмен

Определения и обозначения

Обмен веществ — поступление веществ в организм, их преобразование и использование, а также удаление продуктов обмена. Это общее название для процессов, благодаря которым клетки получают материал для работы и избавляются от ненужного. Без обмена веществ организм не мог бы поддерживать свою жизнедеятельность.

Пластический обмен, или ассимиляция, — образование сложных веществ из более простых с затратой энергии. Так клетка создаёт собственные компоненты и восстанавливает повреждённые структуры. Этот процесс нужен не только для роста организма, но и для постоянного обновления клеток.

Энергетический обмен, или диссимиляция, — расщепление сложных веществ до более простых с выделением энергии. Высвободившаяся энергия позволяет клетке выполнять работу, например поддерживать жизненные процессы. Поэтому энергетический обмен обеспечивает клетку ресурсом для её деятельности.

АТФ — вещество, в котором клетка запасает и переносит энергию. Когда клетке требуется энергия, она может использовать её из АТФ для процессов, связанных с затратами. АТФ помогает связать высвобождение энергии при расщеплении веществ с её использованием при синтезе.

Как это устроено

С пищей организм получает вещества, которые могут служить строительным материалом или источником энергии. В клетках они преобразуются: одни соединения включаются в состав клеточных структур, другие используются в процессах расщепления. То, что организму не подходит или образовалось как ненужный продукт, удаляется. Такое преобразование необходимо, потому что клетке нужны и материалы для обновления, и энергия для работы.

При пластическом обмене клетка соединяет простые вещества в более сложные. Например, из аминокислот образуются белки, которые входят в состав клеток и выполняют в организме разные функции. Для образования новых связей и построения молекул нужна энергия. Поэтому синтез веществ возможен благодаря энергии, получаемой клеткой, в том числе при использовании АТФ.

При энергетическом обмене органические вещества расщепляются до более простых. Обычно в этих процессах участвует кислород, поступающий в организм при дыхании. Расщепление высвобождает энергию, потому что клетка переводит энергию, заключённую в веществах, в форму, доступную для её работы. Часть энергии запасается в АТФ, а часть рассеивается в виде тепла.

Пластический и энергетический обмен не существуют независимо друг от друга. Энергетический обмен снабжает клетку энергией, которая нужна для построения сложных веществ. В свою очередь, созданные в ходе пластического обмена вещества могут позднее использоваться клеткой при расщеплении. Поэтому обмен веществ включает одновременно процессы построения и распада.

Обмен веществ в клетках идёт непрерывно и связан с работой всего организма. Питание обеспечивает поступление веществ, дыхание — поступление кислорода, а выделение помогает удалять продукты обмена. Вместе эти процессы поддерживают постоянство внутренней среды — условия, необходимые для нормальной работы клеток. Если поступление, преобразование или удаление веществ нарушается, клеткам становится труднее выполнять свои функции.

Сравнение пластического и энергетического обмена

Чтобы определить вид обмена, сначала выясните, что происходит с веществами: они строятся или расщепляются. Затем проверьте, тратится энергия или высвобождается. Не путайте результат процесса с его направлением: синтез требует энергии, а расщепление её высвобождает.

Разбор задач

Задача 1. Клетка синтезирует белок из аминокислот. Определите вид обмена и объясните, что происходит с энергией. Сначала рассмотрим, как меняются вещества, а затем установим энергетическую сторону процесса.

1. Белок — сложное вещество, а аминокислоты служат более простыми составляющими.
2. Из аминокислот клетка строит белок, значит, происходит синтез, а не расщепление.
3. На соединение аминокислот и образование белка нужна энергия; клетка может использовать энергию, переносимую АТФ.

Ответ. Это пластический обмен, потому что из простых веществ образуется сложное. При синтезе белка энергия затрачивается. Такой процесс помогает клетке создавать и обновлять свои компоненты.

Задача 2. При расщеплении глюкозы в клетке выделяется энергия. Определите вид обмена и объясните, как клетка использует высвободившуюся энергию. Для этого важно отличить расщепление от построения и вспомнить роль АТФ.

1. Глюкоза — органическое вещество, которое в клетке расщепляется на более простые продукты.
2. Расщепление сложного вещества с высвобождением энергии относится к энергетическому обмену.
3. Часть энергии клетка запасает в АТФ, чтобы затем использовать её для процессов, требующих затрат.

Ответ. Расщепление глюкозы — пример энергетического обмена. Часть выделившейся энергии переносится АТФ и используется клеткой для жизнедеятельности. Не вся энергия запасается: часть рассеивается в виде тепла.

Задача 3. После физической нагрузки организму нужно восстановить запасы питательных веществ и обновить ткани. Объясните, как в этом участвуют оба вида обмена. Нужно связать получение энергии с построением и восстановлением клеточных структур.

1. Восстановление тканей включает образование и обновление клеточных компонентов, то есть пластический обмен.
2. Для синтеза этих компонентов нужна энергия, которую клетка получает, в частности, при энергетическом обмене.
3. Питательные вещества могут служить материалом для построения или расщепляться, обеспечивая клетку энергией.

Ответ. Энергетический обмен высвобождает энергию и помогает обеспечить ею восстановительные процессы. Пластический обмен использует эту энергию, чтобы строить и обновлять вещества клеток. Значит, после нагрузки оба процесса работают согласованно.

Типичные ошибки

Ошибка: считать пластический обмен только ростом организма. Так думают, потому что рост особенно заметен, но пластический обмен также обновляет и восстанавливает клеточные структуры. Проверьте себя вопросом: образуются ли новые вещества для замены старых или повреждённых? Если да, это тоже пластический обмен.

Ошибка: считать, что вся энергия расщепления запасается в АТФ. Это упрощение возникает, если запомнить только роль АТФ и забыть о потерях энергии. Часть высвобождённой энергии рассеивается в виде тепла. Чтобы проверить ответ, спросите себя, указано ли в нём и запасание энергии, и её рассеивание.

Ошибка: менять местами синтез и расщепление. Иногда слова «пластический» и «энергетический» запоминают без понимания направления процессов. При пластическом обмене сложные вещества создаются, а при энергетическом — расщепляются. Проверьте себя: если образуется сложное вещество, энергия тратится; если оно расщепляется, энергия высвобождается.

Ошибка: рассматривать два вида обмена отдельно. Такое впечатление может возникнуть потому, что синтез и расщепление описывают как разные процессы. Но энергетический обмен обеспечивает энергией синтез, а вещества, созданные клеткой, могут позднее расщепляться. Проверяйте, учитываете ли вы связь и по веществам, и по энергии.

Связь с другими темами

Чтобы понять обмен веществ, нужно знать строение клетки и роль белков, жиров и углеводов: из органических веществ клетка строит свои компоненты или получает энергию. Тема связана с питанием, дыханием и выделением, потому что эти процессы обеспечивают поступление нужных веществ и удаление продуктов обмена. Понимание обмена пригодится при изучении пищеварения, роста и развития организма. Так процессы на уровне клетки связываются с работой всего организма.

Что запомнить

• Обмен веществ включает поступление, преобразование и удаление веществ.
• Пластический обмен создаёт сложные вещества из простых.
• На пластический обмен затрачивается энергия.
• Энергетический обмен расщепляет сложные вещества.
• При энергетическом обмене высвобождается энергия.
• АТФ переносит энергию, необходимую клетке.
• Пластический и энергетический обмен взаимосвязаны.