ГДЗ до підручника «Біологія і екологія» В.І. Соболь. 10 клас

Тема 2. Обмін речовин і перетворення енергії

§ 18. Обмін речовин і перетворення енергії – основа функціонування біосистем

Пригадайте!

Що таке біологічна система?

Біологічна система — це складна мережа взаємопов’язаних і взаємозалежних компонентів, які працюють разом, щоб підтримувати стабільність і функціональність організму. Він включає фізичні структури, процеси та механізми, які взаємодіють, щоб дозволити організму рости, відтворюватися та реагувати на навколишнє середовище. Приклади біологічних систем включають нервову систему, систему кровообігу та систему травлення.

Поміркуйте!

Система – це множина ієрархічно організованих взаємодіючих елементів. Системи можуть бути закритими (у них можливий лише обмін енергією) й відкритими (наявний обмін речовин й енергії), простими й складними, неживими й живими. За формами руху матерії розрізняють фізичні, хімічні, біологічні, соціальні системи. В чому ж головна відмінність між неживою (сніжинка) й живою (радіолярія Acanthometra tetracopa) системами?

Основна відмінність неживих систем від живих полягає в наявності метаболізму в живих системах. Метаболізм - це набір біохімічних реакцій, які перетворюють енергію з однієї форми в іншу всередині системи. Неживі системи, такі як сніжинки, не мають метаболізму, оскільки їм не потрібно перетворювати енергію для свого виживання. З іншого боку, живі системи, такі як Radiolaria Acanthometra tetracopa, мають дуже складний метаболізм, який необхідний для їх росту та розмноження.

ДІЯЛЬНІСТЬ

За допомогою таблиці в робочому зошиті порівняйте етапи обміну речовин та перетворення енергії у запропонованих організмів. Чому обмін речовин та перетворення енергії є основою функціонування цих організмів? Що є спільного й відмінного в обміні речовин та енергії цих організмів?

Як правило, метаболізм і перетворення енергії в обох організмах включає розщеплення органічних сполук, таких як білки, вуглеводи та ліпіди, для виробництва енергії у формі АТФ і НАДН. В обох організмах ця енергія використовується для руху клітинних процесів, включаючи ріст і розмноження. Спільність між двома організмами полягає в тому, що обидва покладаються на розщеплення органічних сполук для отримання енергії. Відмінності полягають в специфіці обмінних процесів. Наприклад, метаболізм сніжинки включає розщеплення вуглеводів і білків, тоді як метаболізм радіолярії Acanthometra tetracopa включає розщеплення ліпідів. Крім того, сніжинка покладається на анаеробне дихання, тоді як радіолярія Acanthometra tetracopa покладається на аеробне дихання. Загалом метаболізм і перетворення енергії є основою функціонування цих організмів, оскільки вони забезпечують енергію, необхідну для росту та розмноження.

«Чорна скринька» – це термін, який використовують у техніці й кібернетиці для позначення об'єкта чи системи, про принципи дії яких нічого невідомо, крім того, що певному вхідному сигналу відповідає певний вихідний сигнал. «Чорна скринька» є важливим елементом також у плануванні експерименту та в науці загалом. Використовуючи дане поняття, науковці отримують змогу використовувати той рівень знань при дослідженні об'єкта, що необхідний для досягнення оптимального результату планування. Наведіть приклади застосування методу «чорної скриньки» в біології.

Метод чорного ящика часто використовується в біології для вивчення поведінки організмів у навколишньому середовищі. Наприклад, вчений може використовувати метод чорної скриньки, щоб дослідити, як вид птахів взаємодіє з навколишнім середовищем, вивчаючи поведінку птахів у відповідь на сигнали навколишнього середовища. Іншим прикладом застосування методу чорного ящика в біології є вивчення експресії генів. Вчені можуть використовувати метод чорної скриньки для вивчення того, як гени експресуються в різних організмах, спостерігаючи за результатами експресії генів у відповідь на різні умови середовища. Крім того, метод чорної скриньки можна використовувати для вивчення впливу ліків на біологічні системи шляхом вивчення реакції системи на різні дози ліків.

СТАВЛЕННЯ

Репродуктивна поведінка людини формується під впливом політичних, економічних, етнокультурних, етичних чинників і виявляється як реакція людей на зовнішні й внутрішні стимули до продовження роду і планування майбутньої родини. А чи має репродуктивна поведінка зворотний вплив? Наведіть приклади, що доводять взаємовпливи репродуктивної поведінки та обміну речовин й перетворення енергії в організмі людини.

Репродуктивна поведінка може призвести до негативних наслідків для здоров’я через фізичний і психологічний стрес, пов’язаний з репродуктивною діяльністю, такою як вагітність і пологи. Приклади взаємного впливу репродуктивної поведінки та обміну речовин і перетворення енергії в організмі людини включають: 1) Під час вагітності організм жінки повинен виробляти більше енергії, щоб підтримувати зростаючий плід. Ця підвищена потреба в енергії може призвести до втоми та виснаження. 2) Гормональні зміни під час вагітності можуть вплинути на метаболізм жінки, що призведе до збільшення накопичення жиру, що може призвести до збільшення ваги. 3) Пологи можуть бути фізично та емоційно виснажливими, а також можуть спричинити фізичний та психологічний стрес, який може призвести до перепадів настрою та депресії. 4) Грудне вигодовування вимагає значних енергетичних витрат, оскільки мати повинна виробляти молоко для немовляти. Це може призвести до втоми та виснаження. 5) Зміни рівня гормонів під час і після вагітності можуть вплинути на швидкість метаболізму жінки, що призведе до збільшення ваги.

Наведіть приклади, що доводять взаємовпливи репродуктивної поведінки та обміну речовин й перетворення енергії в організмі людини.

Є докази того, що репродуктивна поведінка, метаболізм і перетворення енергії в організмі людини взаємовпливають. Наприклад, гормони, що регулюють репродуктивну систему, також можуть впливати на обмінні процеси. Було показано, що естрогени, які є основними гормонами, що беруть участь у репродуктивній системі, відіграють важливу роль у метаболічних функціях, таких як метаболізм глюкози, використання та зберігання жиру та метаболізм кісток. Крім того, такі гормони, як лептин, які регулюють апетит і витрати енергії, також беруть участь у регуляції репродуктивної системи. Нарешті, гормони, задіяні в репродуктивній системі, можуть впливати на енергетичний баланс і енергетичний гомеостаз. Наприклад, тестостерон пов’язаний зі збільшенням витрат енергії, а прогестерон може призвести до збільшення накопичення жиру. Отже, зрозуміло, що репродуктивна поведінка, метаболізм і перетворення енергії в організмі людини взаємно впливають.

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що таке обмін речовин і перетворення енергії?

Метаболізм і перетворення енергії відноситься до процесів, за допомогою яких організм перетворює їжу в енергію, яку можна використовувати для різних біологічних процесів. Метаболізм — це складний процес, який включає кілька різних хімічних реакцій, які розщеплюють вуглеводи, білки та жири на багаті енергією молекули, такі як АТФ (аденозинтрифосфат) і NADH (нікотинамідаденіндинуклеотид). Потім ці молекули використовуються для живлення клітин організму, щоб вони могли виконувати основні функції, такі як скорочення м’язів, вироблення гормонів і зростання. Процес перетворення енергії також включає виробництво тепла, яке використовується для підтримки постійної температури тіла.

2. Назвіть основні етапи загального обміну речовин та енергії.

Основні етапи загального обміну речовин і енергії пов’язані з розпадом складних молекул на простіші, синтезом складних молекул із простіших і перенесенням енергії від однієї форми до іншої. Розпад складних молекул, таких як вуглеводи, білки та жири, називається катаболізмом. Синтез складних молекул з більш простих компонентів, таких як амінокислоти та жирні кислоти, називається анаболізмом. Перехід енергії з однієї форми в іншу, наприклад перетворення хімічної енергії в механічну, називають енергетичним обміном.

3. Що таке асиміляція?

Асиміляція - це процес, за допомогою якого організми поглинають і включають матеріали з навколишнього середовища в тканини свого тіла. Цей процес необхідний для росту, розвитку та підтримки структури тіла та функцій організму. Асиміляція може включати в себе поглинання таких матеріалів, як вода, їжа та кисень, а також синтез складних молекул із простіших компонентів. У рослинах асиміляція також включає перетворення світлової енергії в хімічну за допомогою процесу фотосинтезу.

4. Що таке дисиміляція?

Дисиміляція — це метаболічний процес, за допомогою якого складні молекули розщеплюються на простіші компоненти. Цей процес відбувається як у рослин, так і у тварин і є протилежністю асиміляції, яка є процесом побудови складних молекул із простіших компонентів. Дисиміляція є важливою частиною метаболізму, оскільки вона допомагає розщеплювати молекули їжі для виробництва енергії та для синтезу інших молекул. Приклади дисиміляції включають розщеплення вуглеводів до простих цукрів, білків до амінокислот і жирів до жирних кислот і гліцерину.

5. Що таке потік речовин, енергії та інформації?

Потік речовини, енергії та інформації — це цикл, у якому речовина, енергія та інформація обмінюються між середовищем і організмом. Цикл починається, коли організм використовує енергію з навколишнього середовища для отримання матерії. Матерія потім використовується для створення енергії та інформації, якими обмінюється з навколишнім середовищем у процесі спілкування. Потім енергія та матерія використовуються для створення нової матерії та енергії, якими потім обмінюються з навколишнім середовищем у процесі відтворення. Нарешті, цикл завершується, коли нова матерія та енергія використовуються для отримання нової енергії та інформації з навколишнього середовища.

6. Які групи речовин, види енергії та інформації мають місце в біосистемах?

У біосистемах основними групами речовин є вуглеводи, білки, жири, вітаміни, мінеральні речовини, вода. Типи енергії, якими обмінюються, включають хімічну енергію, механічну енергію, електричну енергію, енергію світла та теплову енергію. Обмін інформацією відбувається через процеси зв’язку та сигналізації.

7. Чому обмін речовин та енергії є основою функціонування біологічних систем?

Обмін речовин і енергії є основою функціонування біологічних систем, оскільки біологічні системи потребують енергії для підтримки життя та виконання своїх функцій. Обмін речовин, таких як вода, їжа, повітря та інші речовини, також необхідний для росту та розвитку живих організмів. Обмін енергією необхідний для живлення метаболічних процесів, таких як дихання, травлення та фотосинтез. Без цього обміну енергією та речовинами біологічні системи не змогли б вижити та функціонувати.

8. У чому полягає єдність процесів асиміляції й дисиміляції?

Єдність процесів асиміляції і дисиміляції полягає в тому, що обидва вони є процесами обміну речовин, які передбачають обмін речовин і енергії в організмі. Під час асиміляції складні молекули створюються з простіших компонентів, тоді як під час дисиміляції складні молекули розкладаються на простіші компоненти. Обидва процеси необхідні для росту, розвитку та підтримки клітинної структури та функції. Продукти асиміляції використовуються для виробництва енергії, тоді як продукти дисиміляції використовуються для побудови нових молекул, білків та інших необхідних компонентів клітини.

9. Яке значення речовин, енергії та інформації для біосистем?

Для функціонування біосистем необхідний обмін речовинами, енергією та інформацією. Речовини необхідні для росту та розвитку, енергія необхідна для живлення метаболічних процесів, а інформація необхідна для комунікаційних і сигнальних процесів. Без обміну цими трьома компонентами біосистеми не змогли б вижити і функціонувати.

10. Що є спільного й відмінного в обміні речовин та енергії різних організмів?

У різних організмів різні процеси обміну речовин, але обмін речовин і енергії є спільною рисою всіх організмів. Загалом, організми отримують речовину та енергію з навколишнього середовища, використовують ці речовини для створення нових речовин та енергії, а потім обмінюються ними з навколишнім середовищем. Процеси, що беруть участь, відрізняються залежно від організму, але загальний обмін речовини та енергії подібний. Наприклад, рослини використовують фотосинтез для отримання енергії від сонця, тоді як тварини отримують енергію з їжі. Усі організми використовують енергію для забезпечення своїх метаболічних процесів, таких як дихання та травлення.