Біологія. Повторне видання. 8 клас. Матяш

Тема 3

Обмін речовин та перетворення енергії в організмі людини

У чому полягає роль обміну речовин і перетворення енергії як основної властивості живого? Яке значення компонентів харчових продуктів? Як змінюються харчові та енергетичні потреби організму людини залежно від виду її діяльності?

§ 12. Обмін речовин та перетворення енергії в організмі людини - основа забезпечення його нормального функціонування

Пригадайте, які організми належать до гетеротрофів. Які вуглеводи запасаються в клітинах грибів, рослин і тварин? Що таке гомеостаз?

Основу існування нашого організму забезпечують процеси обміну речовин і перетворення енергії.

Що таке обмін речовин? Організм людини, як й інші біологічні системи, є відкритою системою (мал. 52). Тому неодмінною умовою існування нашого організму є надходження ззовні поживних речовин, що містять у собі енергію (пригадайте: організм рослин здатний вловлювати й використовувати енергію світла). Отримані ззовні речовини та енергія зазнають значних перетворень у нашому організмі. Поживні речовини засвоюються і енергія, що в них накопичена, використовується. Продукти обміну виводяться назовні (мал. 53). Обмін речовин ще називають метаболізмом.

У процесах обміну речовин нашого організму беруть участь різні типи сполук - як органічні (білки, жири, вуглеводи тощо), так і неорганічні (неорганічні кислоти, солі, кисень, вуглекислий газ, вода та ін.). Процеси метаболізму забезпечують ріст і розвиток організму, дають змогу реагувати на подразники зовнішнього та внутрішнього середовища. Завдяки обміну речовин структури організму постійно оновлюються, підтримується динамічна сталість його внутрішнього середовища - гомеостаз.

Мал. 52. Схема, що ілюструє клітину як відкриту систему

Мал. 53. Схема обміну речовин в організмі людини. Завдання. Поясніть, які саме речовини людина отримує з навколишнього середовища безпосередньо, а які - з харчовими продуктами; які речовини організм людини виділяє в навколишнє середовище

Обмін речовин, або метаболізм, — складний ланцюг перетворень різноманітних сполук в організмі, починаючи з моменту потрапляння їх із зовнішнього середовища й закінчуючи видаленням кінцевих продуктів, що виникли в процесі таких перетворень.

Основу обміну речовин становлять комплекси взаємопов’язаних біохімічних реакцій, які підтримують існування організму. Будь-яка біохімічна реакція не може здійснюватись без участі ферментів.

Що таке ферменти? Ферменти, або ензими, - це біологічно активні речовини, здебільшого білкової природи, здатні впливати на швидкість перебігу хімічної реакції. Уявіть: біохімічні реакції за участі ферментів відбуваються у 106-1012 разів швидше, ніж за їхньої відсутності. За кілька секунд чи навіть частки секунди в організмі відбувається складна послідовність реакцій, кожна з яких потребує участі свого специфічного ферменту. Одні з них прискорюють розщеплення складних органічних сполук на простіші, інші - забезпечують утворення власних речовин організму. Ланцюги взаємопов’язаних ферментативних реакцій загалом забезпечують обмін речовин і перетворення енергії в окремих клітинах та організмі в цілому. Жодна біохімічна реакція в організмах неможлива без участі ферментів.

Мал. 54. Механізм дії ферментів: 1 - зближення ферменту й складної речовини; 2 - взаємодія ферменту та речовини; 3 - складна речовина за участі ферменту розклалася на простіші

Однією з головних особливостей ферментів є те, що їхня просторова структура відповідає просторовій структурі речовин, які вступають у реакцію, подібно до того, як відповідають ключ і замок (мал. 54). Тому ферментам притаманна специфічність: певний фермент може забезпечувати один або декілька типів подібних реакцій.

Яке значення для організму мають поживні речовини? Процеси обміну речовин складаються з реакцій двох типів: розщеплення складних органічних сполук до простіших - процеси дисиміляції, й одночасного утворення складніших сполук з простих - процеси асиміляції. Зазвичай ці два процеси в організмі людини збалансовані. Але в організмі, що росте й розвивається, процеси асиміляції повинні переважати над процесами дисиміляції (поміркуйте чому).

Під час перебігу реакцій дисиміляції звільняється потрібна організму енергія. Реакції асиміляції натомість відбуваються з витратами енергії. Тому запаси енергії в організмі мають постійно відновлюватись.

Організм людини здатний запасати певні речовини і відповідно й накопичену в них енергію. Певна кількість жирів запасається в підшкірній жировій клітковині, сальнику тощо, а вуглеводів (у вигляді глікогену) - насамперед у клітинах печінки та м’язів. За потреби ця енергія може бути використана організмом.

Таблиця 1

ФУНКЦІОНАЛЬНЕ ЗНАЧЕННЯ ДЛЯ ОРГАНІЗМУ БІЛКІВ, ЖИРІВ І ВУГЛЕВОДІВ

Поживні речовини

Енергетична функція в організмі людини

Інші функції органічних речовин в організмі людини

Основне джерело речовин (продукти харчування)

Білки

Під час окиснення 1 г білка вивільняється 17,2 кДж, або 72 ккал енергії

Будівельна (клітини та тканини тіла людини), регуляторна (гормони), транспортна (гемоглобін), захисна (антитіла, інтерферони)

Рослинні: бобові рослини (квасоля, боби, горох, соя).

Тваринні: яйця, ікра, молоко, м’ясо, риба

Вуглеводи

Під час розщеплення 1 г вуглеводів вивільняється 17,6 кДж, або 72 ккал енергії

Запасаюча (глікоген), будівельна (наприклад, входить до складу глікокаліксу)

Рослинні: зернові (хлібо-макаронні вироби), рис, картопля, овочі, фрукти

Жири

Під час окиснення 1 г жирів вивільняється 38,9 кДж, або 164 ккал енергії

Запасаюча (жирові депо), теплоізоляційна, захисна (захищають шкіру від висихання і набрякання), будівельна (входять до складу клітинних мембран)

Рослинні: олії (соняшникова, оливкова, кукурудзяна тощо). Тваринні: масло, сало

Необхідна організмові енергія вивільняється внаслідок окиснення (білки, жири, вуглеводи) чи безкисневого розщеплення (вуглеводи) органічних сполук (див. таблицю 1).

У результаті біохімічних перетворень білки і вуглеводи можуть перетворитися на жири, а жири - на вуглеводи. Проте вуглеводи і жири ніколи не перетворюються на білки.

Для повноцінної життєдіяльності організму людини потрібно енергії приблизно 10 500 кДж на добу.

Обмін речовин і перетворення енергії в організмі людини регулюють нервова та ендокринна (за допомогою біологічно активних речовин, насамперед гормонів) системи.

Ключові терміни і поняття: метаболізм, дисиміляція, асиміляція, ферменти.

ПЕРЕВІРТЕ ТА ЗАСТОСУЙТЕ ЗДОБУТІ ЗНАННЯ

Дайте відповідь на запитання

1. Що таке обмін речовин? 2. З яких процесів складається обмін речовин? 3. Для чого потрібні запаси енергії в організмі людини? 4. Що таке ферменти? Яка їхня роль в обміні речовин? 5. Що собою становлять процеси дисиміляції? 6. Яка роль процесів асиміляції в забезпеченні метаболізму?

Виберіть одну правильну відповідь

1. Зазначте, де в організмі людини переважно може відкладатись глікоген: а) у підшкірній жировій клітковині; б) у сальнику; в) у клітинах печінки; г) у кістках.

2. Укажіть назву процесів розщеплення органічних сполук в організмі людини: а) фотосинтез; б) асиміляція; в) екскреція; г) дисиміляція.

Поміркуйте. Що спільного й відмінного у процесах асиміляції та дисиміляції? Який зв’язок існує між ними?

З допомогою дорослих виконайте дослідницький практикум.

Самоспостереження за співвідношенням маси тіла і зросту

Обладнання та матеріали: підлогові ваги, сантиметрова стрічка.

1. Станьте рівно біля стіни без взуття так, щоб торкатися стіни трьома точками: на рівні п’ят, сідничних м’язів і лопаток. Голову слід тримати прямо. За допомогою сантиметрової стрічки виміряйте свій зріст із точністю до 0,5 см. Дані запишіть у таблицю.

2. Зважтеся на підлогових вагах. Дані занесіть у таблицю.

3. Визначте свій масо-ростовий індекс. Для цього показник маси тіла поділіть на показник зросту. Кожному сантиметрові зросту має відповідати 350-400 г маси у хлопчиків і 375-425 г - у дівчаток. Якщо цифри менші, то можна говорити про недостатню масу, якщо більші - про надлишкову. Проаналізуйте, чому збільшилася маса тіла: через жирові відкладення чи внаслідок розвитку м’язів.

4. Визначте свій росто-масовий показник (у кг), віднімаючи від показника зросту цифру 100, якщо зріст дорівнює 155-164 см, або цифру 110, якщо зріст дорівнює 165-185 см.

Відхилення від середніх величин росто-масового показника свідчить про збільшення чи зменшення маси тіла через зміну маси м’язів або жирових відкладень.