§ 37. Обменные процессы в организме

Определения и обозначения

Обмен веществ и энергии (метаболизм) — совокупность процессов поступления, превращения и использования веществ и энергии в организме. Он связывает питание с работой каждой клетки. Благодаря метаболизму организм получает нужные материалы и может поддерживать жизненные процессы.

Пластический обмен (ассимиляция) — образование веществ, необходимых клеткам и организму, из более простых веществ. Для такого построения требуется энергия. Этот процесс нужен, чтобы создавать клеточные структуры и поддерживать ткани.

Энергетический обмен (диссимиляция) — расщепление сложных органических веществ до более простых с высвобождением энергии. Энергия становится доступной клетке для её работы. Поэтому этот процесс обеспечивает энергией жизнедеятельность организма.

АТФ — вещество, в котором запасается и переносится энергия, используемая клеткой для жизненных процессов. Клетка получает запас энергии при энергетическом обмене и может расходовать его при необходимости. АТФ служит связующим звеном между получением энергии и её использованием.

Как это устроено

Для обмена клеткам нужны вещества, поступающие с пищей, водой и воздухом. Пища сначала переваривается, а её компоненты всасываются и попадают во внутреннюю среду организма. Только после этого многие из них становятся доступны клеткам. Так организм доставляет исходный материал к местам, где идут обменные процессы.

При пластическом обмене клетка использует исходные вещества, чтобы создавать собственные структуры. Например, из аминокислот она может образовывать белки, необходимые для клеточных частей и тканей. Созданные вещества заменяют изношенные компоненты, поэтому организм может обновлять ткани. По этой же причине пластический обмен участвует не только в росте, но и в восстановлении после повреждений.

При энергетическом обмене сложные органические вещества расщепляются на более простые. При этом энергия, заключённая в этих веществах, высвобождается и частично запасается в АТФ. Клетка не использует всю энергию сразу: запас в АТФ позволяет передать её туда, где она нужна. Так обеспечивается работа клеточных процессов, которым требуется энергия.

Пластический и энергетический обмены идут одновременно, потому что потребности клетки не разделяются на отдельные периоды. Для синтеза новых веществ нужна энергия, которую клетка получает благодаря энергетическому обмену. В свою очередь, созданные вещества могут поддерживать работу клеток и становиться исходным материалом для других превращений. Поэтому процессы связаны: один создаёт необходимые структуры, другой помогает обеспечить их энергией.

В ходе обмена появляются продукты, которые организм не использует или которые могут ему навредить. Их необходимо вывести, иначе они будут накапливаться и мешать нормальной работе клеток. Удаление таких продуктов помогает сохранять относительно постоянный состав внутренней среды. Значит, обмен включает не только поступление и превращение веществ, но и избавление от ненужного.

Сравнение пластического и энергетического обмена

Сравнивая процессы, сначала посмотрите, что происходит с веществами: они создаются или расщепляются. Затем определите, затрачивается энергия или высвобождается. Эти признаки помогают не перепутать два вида обмена даже в незнакомом примере.

Разбор задач

Аминокислоты превращаются в белки

Условие: клетка использовала аминокислоты для образования собственных белков. Нужно определить вид обмена. Чтобы решить задачу, проследим, что произошло с исходными веществами. Важно не ориентироваться только на то, что процесс идёт внутри клетки: решающим является направление превращения.

1. Аминокислоты — исходные, более простые вещества. Клетка использует их как строительный материал. Значит, они не расщепляются, а соединяются в более сложные молекулы.
2. Белки сложнее аминокислот и относятся к веществам, которые клетка создаёт для себя. Такое образование сложного из более простого является синтезом. Синтез относится к пластическому обмену.

Ответ: образование белков из аминокислот — пластический обмен. Он помогает клетке строить собственные структуры и обновлять их. На синтез требуется энергия, поэтому процесс связан с энергетическим обменом.

Расщепление вещества и запасание энергии

Условие: при расщеплении органического вещества высвободилась энергия, часть которой запаслась в АТФ. Нужно назвать происходящий процесс и объяснить, как используется результат. Для этого отдельно рассмотрим превращение вещества и судьбу энергии. Такая последовательность помогает не смешивать сам процесс и его результат.

1. Органическое вещество расщепляется, то есть из сложного образуются более простые вещества. Это признак энергетического обмена. Одновременно при расщеплении высвобождается энергия.
2. Часть высвобожденной энергии запасается в АТФ. Затем клетка может использовать её для процессов, которым нужна энергия, например для синтеза веществ. Значит, АТФ переносит энергию от места её получения к месту использования.

Ответ: происходил энергетический обмен. Высвободившаяся энергия частично запаслась в АТФ и может быть израсходована клеткой на её работу. Энергия не исчезла, а стала доступной в переносимой форме.

Работа мышц и восстановление клеток

Условие: после интенсивной физической работы организму нужны энергия и восстановление мышечных клеток. Требуется объяснить, какие виды обмена обеспечивают эти потребности и как они связаны. Здесь в условии указаны две разные задачи организма. Поэтому нужно подобрать отдельный процесс для каждой, а затем установить связь между ними.

1. Для работы клеткам нужна энергия, поэтому органические вещества расщепляются в ходе энергетического обмена. При этом энергия высвобождается и может запасаться в АТФ. Клетка использует её для своих процессов.
2. Восстановление мышечных клеток требует построения и обновления их структур. Это обеспечивает пластический обмен, при котором из более простых веществ создаются необходимые клетке вещества. Для синтеза также нужна энергия.
3. Энергетический обмен даёт энергию, необходимую пластическому обмену. Поэтому эти процессы работают совместно, а не заменяют друг друга. Организму нужны и доступная энергия, и материал для восстановления.

Ответ: энергетический обмен обеспечивает получение энергии, а пластический — восстановление структур мышечных клеток. Энергия, высвобождаемая при расщеплении веществ и запасаемая в АТФ, используется при синтезе. Так оба вида обмена вместе помогают организму справляться с нагрузкой и восстанавливаться.

Типичные ошибки

Ошибка — считать пластический обмен только ростом организма. Так думают, потому что рост хорошо заметен, тогда как обновление клеток обычно не видно. Но пластический обмен нужен также для замены изношенных структур и восстановления тканей. Проверьте себя: если в примере клетка строит или обновляет свои части, речь идёт о пластическом обмене.

Ошибка — полагать, что при энергетическом обмене энергия исчезает. Такое впечатление может возникнуть, если представить расщепление как простое разрушение вещества. На деле энергия высвобождается, а часть её запасается в АТФ. Чтобы проверить ответ, спросите себя, куда переходит энергия и может ли клетка её использовать.

Ошибка — смешивать два вида обмена и считать их одинаковыми процессами. Их легко перепутать, потому что оба идут в клетках и связаны с превращениями веществ. Но при пластическом обмене вещества синтезируются, а при энергетическом — расщепляются. Проверяйте направление: сложное создаётся или, наоборот, становится более простым?

Ошибка — думать, что пластический и энергетический обмены идут независимо друг от друга. Их можно описывать раздельно, поэтому иногда кажется, что связь между ними необязательна. Однако синтез требует энергии, которую клетка получает при расщеплении веществ. Проверьте себя: если клетке нужно строить вещества, откуда она возьмёт энергию для этой работы?

Связь с другими темами

Для понимания обмена нужно знать, как пища переваривается и как питательные вещества всасываются и поступают к клеткам. Тема связана с клеточным строением организма: именно в клетках происходят обменные процессы, обеспечивающие их работу. Эти знания пригодятся при изучении питания, дыхания и выделения, поскольку все они участвуют в поступлении веществ, получении энергии или удалении продуктов обмена. Вместе эти процессы помогают поддерживать постоянство внутренней среды организма.

Что запомнить

• Обмен веществ и энергии включает поступление, превращение и использование веществ.
• Пластический обмен создаёт вещества и структуры организма.
• Энергетический обмен расщепляет органические вещества.
• При энергетическом обмене высвобождается энергия.
• АТФ запасает и переносит энергию для клеточных процессов.
• Пластический и энергетический обмены взаимосвязаны.