Біологія. Повторне видання. 8 клас. Соболь (2025)

Тема 4. Обмін речовин та енергії. Харчування

§ 4.1. Обмін речовин та енергії

Клітини потребують постійного надходження енергії для створення та підтримки біологічного порядку, який підтримує їх життя.

Брюс Альбертс (1938) — американський біохімік

Метикуємо! Годинник зроблений із декількох десятків деталей, автомобіль — з декількох сотень, сучасний комп’ютер — з декількох десятків тисяч. А людина? Важко повірити, але це факт: новонароджена дитина — це близько 2 трильйонів клітин, а організм дорослої людини складається більше ніж із 60-100 трильйонів клітин. Яка основна властивість організму людини забезпечує їх життєдіяльність?

ЗМІСТ

У чому суть обміну речовин та енергії в організмі людини?

Обмін речовин та енергії в організмі здійснюється завдяки сукупності фізіологічних функцій — взаємопов’язаних процесів дихання, травлення, виділення, транспортування речовин тощо. З обміном речовин та енергії пов’язані й усі інші властивості організму, якими є подразливість, ріст, розвиток, адаптивність тощо.

Основа будь-якої фізіологічної функції — перетворення речовин та енергії в клітинах. Поживні речовини що надходять в організм, потрапляють до клітин і вступають у хімічні реакції розпаду й синтезу. Ці хімічні перетворення речовин супроводжуються фізичними процесами перетворення енергії. Хімічна енергія сполук після їх розпаду може перетворюватися в механічну енергію скорочення м’язів, електричну енергію імпульсів для діяльності нервової системи, променеву енергію теплового випромінювання. Частина звільненої енергії використовується клітинами для утворення власних речовин, необхідних для розмноження, росту, оновлення органел, регенерації тканин тощо. Інша частина енергії перетворюється в тепло, яке організм віддає в навколишнє середовище.

Під час обміну речовин та перетворення енергії в організмі людини здійснюється низка функцій, а саме: 1) пластична (забезпечення потреб організму в речовинах); 2) енергетична (забезпечення потреб організму в енергії); 3) інформаційна (речовини та енергія можуть бути джерелом зовнішньої інформації).

Дитяче питання • Чому білі ведмеді не мерзнуть?

Які етапи обміну речовин й енергії виокремлюють в організмі?

Хімічні речовини та енергію хімічних зв’язків організм людини отримує завдяки травній системі. Прості сполуки та малі за розмірами молекули всмоктуються та одразу потрапляють в кров. А складні органічні речовини зазнають фізичних і хімічних перетворень, у результаті яких розпадаються на прості сполуки: білки розщеплюються на амінокислоти, жири — на жирні кислоти та спирти, вуглеводи — на моносахариди. Ці речовини всмоктуються в кров чи лімфу та переносяться до клітин.

Усередині клітин відбувається другий етап обміну речовин та енергії — внутрішньоклітинний, або проміжний. Основою цього етапу є дві групи процесів: синтез — утворення складних органічних сполук із простих, на які витрачається енергія (асиміляція); розпад — перетворення складних органічних сполук на прості, під час яких енергія виділяється (дисиміляція). Асиміляція і дисиміляція відбуваються одночасно і взаємопов’язано. У результаті розщеплення речовин звільняється енергія, яка затрачається на синтез сполук.

Процеси синтезу не завжди врівноважені з процесами розпаду. Так, в організмі, що росте, переважають процеси синтезу, завдяки чому забезпечується ріст організму. Під час інтенсивної фізичної роботи та в старості переважають процеси розпаду.

Продукти обміну речовин виділяються в тканинну рідину, далі — у кров та лімфу, які й транспортують їх до певних органів (печінка, легені, нирки, шкіра, травний канал) для видалення з організму.

Які чинники впливають на обмін речовин та енергії?

Обмін речовин та енергії в організмі людини відбуваються не завжди однаково. У здорової людини це пов’язано з віком, фізичним станом організму, статтю, масою тіла тощо. Так, з віком інтенсивність обміну знижується на 7-10 % кожні десять років, досягаючи в старості свого мінімуму, а простуда чи травми активізують обмінні процеси. Інтенсивність обміну речовин в організмі людини визначається харчовими та енергетичними потребами, що залежать від низки чинників:

1. Добові та сезонні зміни в природі, що зумовлюють ритмічність процесів обміну. Так, уранці інтенсивність обміну речовин зростає, а вночі знижується, навесні та на початку літа обмін речовин активізується, а пізньої осені й узимку — сповільнюється.

2. Фізичне та розумове навантаження. Інтенсивність обміну речовин і перетворення енергії зростають в умовах навантаження тому, що змінюється активність і кількість клітин, які реагують на ці зміни. Найвищий рівень обміну спостерігається в головному мозку, печінці та скелетних м’язах.

3. Споживання їжі. Під час приймання їжі інтенсивність обміну речовин зростає, що пов’язано з травною активністю клітин та органів. Цей ефект у фізіології називають специфічним динамічним впливом їжі.

4. Температура навколишнього середовища. Інтенсивність обміну речовин і перетворення енергії зростає у разі відхилень від температурної норми. Помітнішим є зростання інтенсивності зі зниженням температури.

Біологія + Мій організм • Одним, із показників, що використовується для характеристики обміну речовин та енергії в організмі людини є маса тіла. Використовуючи запропоновані відсотки (м’язи ≈ 43 %, скелет ≈ 10 %, шкіра ≈ 8,7 %, кров ≈ 7,7 %, серце ≈ 0,43 %, головний мозок ≈ 1,8 %), визначаю масу окремих органів чи частин свого організму.

Коротко про головне

• ОБМІН РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ — сукупність фізіологічних, хімічних і фізичних перетворень речовин та енергії в організмі від часу їх надходження з навколишнього середовища до виведення продуктів розпаду й тепла.

• В організмі людини виділяють три основні етапи обміну речовин та перетворення енергії: 1) надходження в організм; 2) внутрішньоклітинний обмін; 3) видалення з організму.

• Обмін речовин та енергії в різних клітинах, тканинах, органах та організмах може відбуватися з різною інтенсивністю, що визначається потребами організму й умовами середовища.

Діяльність

Рівень «ЗАПАМ’ЯТОВУЄМО»

Навчальне завдання. У чому суть обміну речовин та енергії? Фрейм. «Три кольори». ОБМІН РЕЧОВИН та ЕНЕРГІЇ.

Розвивальне завдання. Чому дослідження обміну речовин і перетворення енергії з використанням індексу маси тіла рекомендується здійснювати в дорослих? Практична вправа. Самоспостереження за співвідношенням маси тіла і зросту.

Ціннісне завдання. Чому знання про обмін речовин та енергії є необхідною складовою безпеки? Вправа для визначення. Що таке безпека?

Результат

Очікувані результати навчання (Учень / учениця...)

• визначає: основне поняття ОБМІН РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ

• усвідомлює пізнавальну ситуацію: для ДОСЛІДЖЕННЯ обміну речовин та енергії людини з використанням індексу маси тіла

• визначає суть ціннісної категорії: БЕЗПЕКА ЛЮДИНИ

Саморозвиток

Самоорганізація. Креативне завдання. Вибираю тему для створення та презентації (захисту) навчального продукту на підсумковому уроці (див. додаток до підручника).

Самонавчання. Особистісне завдання «Властивості характеру». Тест на тривожність («Шкала тривожності» Дж. Тейлора).

Самооцінювання. Прогнозувальне завдання. Обмін речовин та енергії у тварин.