Біологія. 8 клас. Тагліна
Тема 3. Обмін речовин і перетворення енергії як властивість живого. Транспорт речовин в організмі людини
§ 7. Обмін речовин та перетворення енергії як властивості живого. Особливості обміну речовин у тварин і людини
Поміркуйте й обговоріть ситуацію
Філософи всіх часів намагаються пізнати сутність явищ. Спробуйте й ви знайти відповідь, розв'язавши це завдання.
У вас є три предмети: ідеальний термос, пляшки зі щільною кришкою та без неї. В усі ємності додано 100 мл води температурою 80 °С. Що може відбутися в кожному разі з показниками об'єму та температури води? Які спільні та відмінні ознаки в описаних вами явищах?
Найбільше за масою в організмі становить вода, яку він постійно втрачає через випаровування або виділення. Тож для поновлення її кількості в організмі ми маємо пити воду.
Хімічний склад організму тварин та людини, органічні й неорганічні речовини
Тіло тварин і людини побудовано з клітин і міжклітинної речовини, що містять у своєму складі неорганічні й органічні речовини. Водночас ці речовини побудовані з атомів хімічних елементів, відсотковий вміст (за масою) яких показано на мал. 7.1.
Мал. 7.1. Хімічний склад організму людини за вмістом хімічних елементів (згідно з Bega, Elena (2018))
Більшість неорганічних солей наявні в їжі чи воді в розчиненому стані, тобто у вигляді катіонів: Na+, К+, Са2+, Мg2+, Fe2+ та аніонів: Сl-, НСО3-, НРО42-, SO42-, I-, F- тощо.
З водою та їжею ми отримуємо необхідні неорганічні речовини переважно у вигляді солей. Наприклад, солей NaCl, СаСl2, К2НРО4, MgSO4 потрібно багато, тому їх називають макросолі. Тоді як солі FeSO4, KI, NaF та багато інших потрібні організму в дуже малих кількостях, тож їх називають мікросолі.
Головними компонентами живого є органічні речовини, молекули яких утворені атомами Карбону, Гідрогену, а також Оксигену, Нітрогену та Фосфору (мал. 7.2).
Основними органічними речовинами живих організмів є білки, вуглеводи, жири та нуклеїнові кислоти. До органічних речовин також належать вітаміни, гормони та багато інших біологічно активних речовин.
Мал. 7.2. Будова органічної речовини — гормону адреналіну, молекули якого мають склад C9H13NO3. В основі будови молекул органічних речовин — ланцюжки атомів Карбону (позначені зеленим)
Відкритий мікрофон
Пригадаймо, як різні організми (рослини, тварини, гриби, бактерії) отримують органічні речовини. Як вони отримують енергію? Кого з них і чому називають автотрофами, гетеротрофами, фототрофами, хемотрофами? Навіщо потрібне живлення (харчування) людині?
Обмін речовин та енергії
Живі організми можна умовно порівняти з відкоркованою пляшкою води.
Обмін речовин — це сукупність процесів надходження та перетворення речовин у клітинах організму з подальшим виділенням кінцевих продуктів обміну.
По-перше, ви знаєте, що вода може витекти з пляшки, якщо її перевернути, випаруватися із часом або ж її можна туди долити (мал. 7.3). Це обмін речовин між пляшкою та зовнішнім середовищем.
По-друге, ви знаєте: якщо пляшка холодна, то ваші руки зроблять її теплішою. Це теплообмін або обмін енергії між водою в пляшці та навколишнім середовищем (іншим тілом).
Мал. 7.3. Відкоркована пляшка з водою — це відкрита система
Для росту й підтримання сталості тіла організму тварини або людини необхідні ті речовини, з яких воно побудоване. Проте органічні речовини їжі є не лише матеріалом для побудови тіла, але й джерелом енергії.
У мітохондріях кожної клітини органічні речовини окиснюються. Водночас вивільняється енергія й утворюються вуглекислий газ і вода. Частина цієї енергії запасається в хімічних зв’язках молекул АТФ. Цей процес називається клітинним диханням (мал. 7.4).
Мал. 7.4. Клітина — відкрита система, що здійснює обмін речовин та енергії (на прикладі клітинного дихання)
Коли молекули АТФ розщеплюються, то запасена енергія вивільняється й використовується на виконання корисної роботи. Частина енергії розсіюється у вигляді тепла, що нагріває тіло.
Метаболізм — сукупність усіх хімічних реакцій у клітинах організму, які забезпечують перетворення речовин та енергії.
Анаболізм — сукупність реакцій утворення (синтезу) необхідних організму речовин, які відбуваються з поглинанням енергії.
Анімація «Робота фермента»
rnk.com.ua/107971
Усі хімічні реакції в клітинах організму мають відбуватися швидко. Саме тому необхідні речовини, що їх прискорюють, — каталізатори. У клітинах каталізаторами є ферменти — білки, що прискорюють хімічні реакції.
Катаболізм — сукупність хімічних реакцій розщеплення й окиснення органічних речовин, що йдуть із вивільненням енергії (яка запасається в молекулах АТФ).
Досліджуємо ферменти
У клітинах більшості організмів міститься фермент каталаза, який прискорює реакцію розкладу гідроген пероксиду: 2Н2О2 = 2Н2О + О2↑.
1. У три пробірки налийте по 3 мл 3%-го розчину гідроген пероксиду. Перша пробірка — контрольна, до другої додайте шматочок розтертого сирого м'яса, у третю — шматочок розтертої сирої картоплі. Спостерігайте, що відбувається.
2. До контрольної пробірки додайте невеличку кількість МnО2 — каталізатора, що прискорює розкладання перекису водню.
3. Порівняйте результати. Зробіть висновок. Навіщо рани обробляють перекисом водню?
Робота в групі
Розгляньте схему й опишіть обмін речовин і енергії в організмі людини, надавши відповіді на запитання.
• Як речовини надходять в організм?
• Завдяки чому з білків, вуглеводів і жирів утворюються малі молекули: амінокислоти, глюкоза, гліцерин та жирні кислоти?
• Завдяки чому речовини транспортуються до / від кожної клітини організму?
• Як речовини та тепло виділяються з організму?
Анімація «Енергетичний баланс»
rnk.com.ua/110372
Особливості обміну речовин у тварин і людини
Тварини та людина — це гетеротрофи, які отримують усі необхідні для життєдіяльності органічні речовини з компонентами їжі. У клітинах організму ці речовини перетворюються та використовуються як матеріал для побудови компонентів клітин і міжклітинної речовини. Більша ж частина речовин повністю окиснюється для отримання енергії.
Організм тварини та людини постійно витрачає енергію на внутрішні процеси самообслуговування (основний обмін речовин) і здійснення різних видів активності. Чим більше фізичної активності здійснює людина та чим більше тепла потрібно на обігрів її тіла, тим швидше відбувається клітинне дихання. Для поповнення енерговитрат необхідно споживати достатню кількість їжі (мал. 7.5, с. 40).
Мал. 7.5. Енергетичний баланс організму або співвідношення енергії, що надходить до організму, та енергії, що ним витрачається
Завдання
Розгляньте дані щодо вмісту білка в різних продуктах харчування в 200 г продукту. Морква — 1,3 г; курка відварена — 25 г; сир кисломолочний — 18 г; тріска — 17 г; кролик — 24 г; буряк столовий — 1,8 г; кальмар — 18 г; огірок — 0,7 г; камбала — 18 г; телятина — 30 г.
Проведіть аналіз, обробку та презентуйте дані так, аби наочно продемонструвати:
1) відмінність за вмістом білка в продуктах тваринного й рослинного походження;
2) відмінність за вмістом білка в рибних і м'ясних продуктах;
3) відсотковий вміст білків у 100 г продуктів харчування.
Завдання
Використовуючи мал. 7.5, поясніть, скільки треба споживати їжі (кілокалорій), щоб вага тіла людини залишалася постійною, збільшувалася чи зменшувалася. Як можна пришвидшити втрату ваги?
Оскільки гетеротрофи отримують необхідні речовини з компонентами їжі, у процесі еволюції вони втратили здатність синтезувати деякі складні сполуки. Тому такі речовини мають обов’язково надходити разом із їжею. Ці речовини називають незамінними, або есенціальними (від англ. essential — необхідний, невід’ємний). До них належать незамінні амінокислоти (валін, лейцин, фенілаланін, лізин, метіонін та інші), що надходять із білків їжі; есенціальні жирні кислоти (лінолева та ліноленова кислоти), що переважно містяться в рослинних оліях; а також вітаміни: В1 (тіамін), В2 (рибофлавін), В3 (піридоксин), А (ретинол) та інші.
Для тварин і людини важливі як кількість їжі, що має задовольняти енергетичні потреби організму, так і її якісний склад. Адже їжа повинна забезпечити надходження всіх необхідних речовин, зокрема незамінних амінокислот та вітамінів.
Робота в групі
Кількість тепла (Q), яка необхідна на нагрівання 1 кг води на 1 градус, приблизно становить 4200 Дж (4,2 кДж), або 1000 калорій (1 ккал).
Людина здійснює відтискання, як показано на світлині, виконуючи роботу потужністю у 208 Вт упродовж 2 хвилини. ККД організму під час виконання цієї роботи складає 50 %. Яку кількість калорій «спалить» людина, виконавши ці вправи?
Формули, що вам знадобляться для обчислення: P = A/t, де Р — потужність (Вт), А — робота (Дж), t — час (с).
Опорні точки
Обмін речовини — властивість живого, що забезпечує його функціонування. У клітинах організму відбуваються хімічні реакції метаболізму. Вони забезпечують його енергією й речовинами для побудови тіла. Тварини та людина є хемотрофами й гетеротрофами.
Запитання і завдання
- 1. У чому особливості хімічного складу організму тварин і людини? Які біологічні функції виконує в організмі людини вода?
- 2. Як пов’язаний катаболізм з анаболізмом?
- 3. Які речовини є незамінними для організму людини? Чому?
- 4. Які особливості обміну речовин характерні для гетеротрофів?
- 5. Запропонуйте прості рекомендації щодо харчування людини, щоб задовольнити як енергетичні, так і поживні (незамінні речовини, вітаміни) потреби організму.
