11. Транспорт веществ и энергии

Определения и обозначения

Обмен веществ — поступление веществ в организм, их превращение и использование, а также удаление ненужных продуктов. Иными словами, организм получает необходимые материалы, меняет их и избавляется от того, что больше не нужно. Благодаря этому клетки могут работать, а внутренние процессы не нарушаются.

Питание — поступление в организм веществ, необходимых для построения тела и получения энергии. Пища даёт организму материал для роста и обновления клеток. Кроме того, некоторые её вещества используются при высвобождении энергии.

Дыхание — процесс, при котором органические вещества расщепляются и высвобождается энергия; у большинства организмов для этого используется кислород. Это не только вдох и выдох, а превращения, происходящие в клетках. Полученная энергия нужна для движения, роста и других процессов.

Транспорт веществ — перемещение веществ внутри организма к клеткам и от клеток. Он нужен потому, что поступление вещества и его использование часто происходят в разных местах. Транспорт также помогает унести от клеток ненужные продукты обмена.

Как это устроено

Клеткам нужны вода, минеральные соли, органические вещества и кислород: они поступают в организм из окружающей среды или образуются в нём. Без этих веществ клетка не смогла бы строить свои части и поддерживать жизненные процессы. Например, у растений вода и соли поступают из почвы, а органические вещества образуются в листьях. У животных вещества поступают главным образом с пищей, а кислород — при дыхании.

Поступившие вещества перемещаются к клеткам, где используются для роста, обновления тела и других процессов. Причина такого перемещения проста: нужное вещество не всегда оказывается рядом с каждой клеткой. У растений путь помогают преодолевать проводящие ткани, соединяющие разные части организма. У животных вещества переносят специальные системы, поэтому клетки удалённых органов тоже получают необходимое.

В клетках органические вещества превращаются и расщепляются; при расщеплении высвобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности. Органические вещества содержат запасённую энергию, и клеточные превращения делают её доступной для работы организма. Поэтому доставка таких веществ и кислорода к клеткам связана с дыханием. Сама энергия не течёт по сосудам: перемещаются вещества, а энергия высвобождается в клетках.

Продукты обмена, которые организм не использует, перемещаются от клеток и удаляются. Если бы такие продукты оставались рядом с клетками, они могли бы мешать нормальному протеканию процессов. Транспорт переносит их к местам выведения, а удаление освобождает организм от ненужного. Так поддерживается его нормальная работа.

Транспорт веществ связывает питание, дыхание и выделение: вещества доставляются к клеткам, а продукты обмена уносятся от них. Питание даёт исходные материалы, транспорт распределяет их, а клеточные превращения позволяют использовать вещества. После работы клеток транспорт помогает направить ненужные продукты к месту удаления. Поэтому эти процессы действуют не отдельно, а как части общего обмена веществ.

Поступление, транспорт и использование веществ у растений и животных

Сравнивайте растения и животных по одной строке: так легче увидеть и общие задачи, и различия в способах их решения. Таблица показывает, что источники и пути перемещения веществ могут различаться, но клеткам всё равно нужны доставка и удаление продуктов обмена.

Разбор задач

Задача 1. Растение получает воду и минеральные соли корнями, а листья образуют органические вещества. Нужно объяснить, зачем вещества перемещаются между этими частями. Рассуждаем о том, где вещества поступают или образуются и какие части растения их используют.

1. Корни поглощают воду и минеральные соли из почвы, но эти вещества нужны не только корням. Они должны попасть и в другие части растения, в том числе к листьям.
2. В листьях образуются органические вещества, однако растут и работают также корни и другие органы. Значит, часть образованных веществ нужно доставить к клеткам этих частей.
3. Проводящие ткани обеспечивают перемещение веществ между органами. Это позволяет каждой части растения получать необходимое, даже если вещество поступило или образовалось в другом месте.

Ответ: вещества перемещаются между корнями, листьями и другими частями, чтобы вода, соли и органические вещества достигали всех нуждающихся в них клеток.

Задача 2. Животное поело, дышит и двигается. Укажите, какие вещества должны попасть к клеткам мышц и что происходит с ними при высвобождении энергии. Нужно связать поступление веществ с работой мышц, а не считать, что энергия просто переносится к ним.

1. С пищей животное получает органические вещества, а при дыхании в организм поступает кислород. Эти вещества должны быть доставлены к клеткам мышц, которым предстоит работать.
2. В клетках органические вещества расщепляются; у большинства организмов в этом процессе используется кислород. При расщеплении высвобождается энергия.
3. Энергия нужна клеткам для процессов, связанных с жизнедеятельностью и движением мышц. Переносится не сама энергия, а вещества, превращения которых её высвобождают.

Ответ: к клеткам мышц поступают органические вещества и кислород. При расщеплении органических веществ в клетках высвобождается энергия, необходимая для работы.

Задача 3. Клетки организма образуют продукты обмена. Нужно описать их путь до удаления и объяснить, почему продукты нельзя оставлять внутри. Важно проследить движение от клетки, где продукт возник, к месту его выведения.

1. Сначала продукты обмена оказываются в клетках, где они образовались. Если организм их не использует, их нужно унести от этих клеток.
2. Системы транспорта перемещают продукты обмена к местам, через которые организм может их вывести. Конкретный путь зависит от организма и от самого продукта.
3. Затем продукты выводятся наружу. Если ненужные продукты не удалять, они могут мешать нормальной работе клеток и всего организма.

Ответ: продукты перемещаются от клеток к местам выведения, а затем удаляются. Это необходимо, чтобы ненужные вещества не накапливались и не нарушали работу организма.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что энергия переносится по организму так же, как вода или питательные вещества. Так думают, потому что говорят о доставке энергии клеткам, но при этом смешивают энергию с веществами. Энергия высвобождается при превращениях органических веществ в клетках. Проверьте себя: спросите, что именно движется по организму — вещество или энергия.

Ошибка — путать дыхание с одним только вдохом и выдохом. Внешнее дыхание заметно, поэтому его легко принять за весь процесс, хотя расщепление органических веществ происходит в клетках. При клеточном дыхании высвобождается энергия, а у большинства организмов используется кислород. Чтобы проверить ответ, уточните, описываете ли вы движение воздуха или клеточные превращения.

Ошибка — думать, что растения не нуждаются в транспорте веществ. Иногда кажется, что раз растение само образует органические вещества, перемещать ему нечего. Но вода и минеральные соли поступают через корни, а органические вещества образуются в листьях и нужны другим частям. Проверьте себя: проследите, где вещество поступает или образуется и куда оно должно попасть.

Ошибка — считать, что все поступившие вещества сразу используются клетками. Это неверно, потому что вещества могут сначала превращаться, запасаться или направляться на другие процессы. Некоторые продукты обмена организм не использует и выводит. Чтобы проверить себя, разделите судьбу веществ на три варианта: использование, преобразование или запасание, удаление.

Связь с другими темами

Для понимания транспорта нужно знать, что организм состоит из клеток и что клеткам необходимы вещества для жизнедеятельности. Если представить клетки потребителями, становится понятно, зачем организму доставка необходимых веществ и удаление ненужных. Эти знания помогают увидеть общий смысл обмена веществ.

Тема опирается на знания о питании растений и животных, фотосинтезе и дыхании. Питание объясняет, откуда поступают вещества, фотосинтез — как у растений образуются органические вещества, а дыхание — как при их расщеплении высвобождается энергия. Транспорт связывает эти процессы с клетками разных частей организма.

Понимание транспорта пригодится при изучении строения органов и систем органов, а также обмена веществ. Оно помогает объяснить, почему органы выполняют разные задачи, но зависят друг от друга. Клеткам нужны поступление веществ и удаление продуктов, поэтому транспорт важен для работы всего организма.

Что запомнить

• Клеткам нужны вещества для построения тела и жизнедеятельности.
• Вещества поступают в организм из окружающей среды или образуются в нём.
• Транспорт доставляет вещества к клеткам и уносит продукты обмена.
• При расщеплении органических веществ в клетках высвобождается энергия.
• Растения и животные используют разные способы перемещения веществ.
• Продукты обмена необходимо удалять из организма.