§ 37. Понятие об обмене веществ

Определения и обозначения

Обмен веществ, или метаболизм, — совокупность процессов поступления веществ в организм, их превращения и удаления продуктов обмена. Он нужен для постоянного обновления состава клеток и поддержания жизнедеятельности. Без обмена организм не получил бы ни строительного материала, ни энергии.

Ассимиляция, или пластический обмен, — образование сложных веществ организма из более простых. Например, из аминокислот клетка создаёт белок. Этот процесс обеспечивает рост организма, восстановление повреждений и обновление клеточных структур.

Диссимиляция, или энергетический обмен, — расщепление сложных веществ до более простых с высвобождением энергии. Так клетка получает энергию из питательных веществ. Она нужна для движения, синтеза веществ, передачи сигналов и других процессов.

АТФ — вещество, в котором клетка запасает и переносит энергию, высвобождающуюся при диссимиляции. Её можно сравнить с небольшим переносным аккумулятором клетки. При необходимости энергия АТФ расходуется на работу клеточных структур.

Как это устроено

Организм постоянно получает вещества из окружающей среды, потому что клетки расходуют их на построение своих частей и получение энергии. Питательные вещества поступают с пищей, кислород — при дыхании, а вода и минеральные соли также необходимы для химических реакций. Ненужные и вредные продукты нельзя накапливать, поэтому они удаляются через органы выделения, лёгкие и другие пути.

Обмен веществ включает не только перемещение веществ, но и их химические превращения. Одни соединения распадаются, другие образуются из простых компонентов, и при этом меняется запас энергии. Поэтому обмен веществ одновременно является обменом веществ и энергии между организмом и окружающей средой.

При ассимиляции простые вещества соединяются в более сложные: из аминокислот строятся белки, а из других компонентов образуются жиры, углеводы и вещества клеточных структур. Синтез идёт не сам по себе, потому что на создание новых связей требуется энергия. Полученные соединения расходуются на рост, восстановление клеток и образование веществ, необходимых для их работы.

При диссимиляции сложные вещества распадаются на более простые. При таком распаде высвобождается энергия, но клетка не использует её сразу целиком: часть энергии запасается в молекулах АТФ. Затем АТФ переносит её к процессам, которым нужна энергия, например к синтезу белка или сокращению мышц.

Ассимиляция и диссимиляция не существуют независимо друг от друга. Энергия диссимиляции обеспечивает синтез веществ при ассимиляции, а созданные при ассимиляции вещества могут стать строительным материалом или источником энергии. Благодаря этой взаимосвязи клетка одновременно обновляет себя и получает возможность выполнять работу.

Сравнение ассимиляции и диссимиляции

Сначала определите направление превращения: образование сложного вещества означает ассимиляцию, а его распад — диссимиляцию. Затем установите, что происходит с энергией и какую пользу процесс приносит организму. Так таблица помогает быстро разобрать любой пример обмена веществ.

Разбор задач

Задача 1

Ученик перечислил рост волос, расщепление пищи и удаление углекислого газа. Определите, какие явления относятся к обмену веществ. Нужно проверить каждый пример по трём признакам: поступление, превращение или выведение веществ.

1. Рост волос связан с образованием новых клеточных веществ, поэтому это процесс ассимиляции.
2. Расщепление пищи включает превращение сложных веществ в более простые и относится к обмену веществ.
3. Удаление углекислого газа является выведением продукта обмена из организма.

Ответ: все три явления относятся к обмену веществ, но отражают разные его стороны: синтез, расщепление и выведение веществ.

Задача 2

При образовании белка в клетке из аминокислот укажите, какой процесс происходит, и объясните почему. В условии названы простые исходные вещества и сложный продукт, поэтому направление превращения можно определить напрямую.

1. Аминокислоты являются составными частями, из которых строится белок.
2. Белок сложнее исходных аминокислот, значит, происходит синтез нового вещества.
3. Синтез требует энергии, поэтому клетка использует энергию АТФ.

Ответ: происходит ассимиляция, потому что из более простых аминокислот образуется сложное вещество — белок.

Задача 3

При недостатке пищи организм начинает использовать запасённые вещества. Объясните, какой процесс обеспечивает высвобождение энергии и как она становится доступной клетке. Нужно связать расход запасов с расщеплением веществ и ролью АТФ.

1. Запасённые жиры или углеводы являются сложными веществами, которые могут распадаться на более простые.
2. Их расщепление относится к диссимиляции, поэтому сопровождается высвобождением энергии.
3. Часть энергии запасается в АТФ, а затем переносится к клеточным процессам.

Ответ: энергию высвобождает диссимиляция, а доступной для клетки она становится после запасания и переноса в молекулах АТФ.

Типичные ошибки

Ошибка: считать ассимиляцию и диссимиляцию одним процессом. Так происходит из-за того, что оба процесса входят в обмен веществ. Проверьте направление: ассимиляция создаёт сложные вещества, а диссимиляция их расщепляет.

Ошибка: утверждать, что энергия при диссимиляции возникает из ничего. На самом деле она высвобождается при превращении веществ, а часть её запасается в АТФ. Для проверки спросите себя, из какого вещества получена энергия.

Ошибка: считать, что ассимиляция не требует энергии. Синтез новых сложных веществ невозможен без затрат энергии на образование связей. Если в примере идёт построение вещества, ищите источник энергии, обычно АТФ.

Ошибка: сводить обмен веществ только к пищеварению. Пищеварение помогает подготовить вещества к поступлению, но обмен продолжается в клетках. Учитывайте также синтез, расщепление и выведение продуктов обмена.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать, что клетки состоят из разных веществ и используют питательные вещества, поступающие в организм. Это помогает понять, зачем клеткам нужны строительные материалы и энергия.

Обмен веществ связан с темами питания, пищеварения и клеточного дыхания. Пищеварение подготавливает вещества, а клеточное дыхание помогает получать энергию при их расщеплении.

Знание обмена веществ объясняет рост и развитие организма, восстановление клеток и необходимость энергии для работы органов. Оно также помогает понять последствия недостатка пищи или кислорода.

Что запомнить

• Обмен веществ обеспечивает связь организма с окружающей средой.
• Обмен веществ включает превращения веществ и энергии.
• Ассимиляция — синтез сложных веществ из более простых.
• Диссимиляция — расщепление сложных веществ с высвобождением энергии.
• Энергия диссимиляции запасается в АТФ и используется клетками.
• Ассимиляция и диссимиляция взаимосвязаны и вместе составляют обмен веществ.