Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Задорожний - Нова програма

§ 15. Обмін речовин та енергії в біологічних системах

Що таке система? Що таке замкнена система? Що таке незамкнена система? Чи існують незамкнені неорганічні системи? Чи всі органічні системи є незамкненими? Які речовини організми отримують з навколишнього середовища та виділяють у нього?

Обмін речовин та енергії

Живі організми загалом і їхні клітини зокрема є біологічними системами, елементи яких об’єднані спільним обміном речовин і перетворенням енергії. Обмін речовин — це сукупність хімічних реакцій, які відбуваються в організмах та їхніх клітинах і потрібні для підтримання їхньої життєдіяльності.

Обмін речовин можна умовно поділити на два етапи — обмін із навколишнім середовищем і внутрішній обмін. З обміном речовин тісно пов’язаний і обмін енергії. Під час реакцій обміну речовин енергія може витрачатися або запасатися організмом для наступного використання. Запасається вона у вигляді різних хімічних сполук, наприклад АТФ, глікогену, крохмалю, ліпідів тощо. Частина енергії не використовується організмом і виділяється у навколишнє середовище у вигляді тепла.

Метаболізм

Метаболізм визначають як закономірний порядок перетворення речовин та енергії в окремій клітині та організмі загалом, спрямований на ріст, життєдіяльність та самовідтворення як окремих клітин, так і всього організму в цілому. Метаболізм складається з двох типів обміну, або взаємопов’язаних комплексів реакцій. Це реакції пластичного (анаболізм) та енергетичного (катаболізм) обміну.

У результаті реакцій пластичного обміну утворюються складні органічні сполуки (білки, вуглеводи, ліпіди тощо). Вони синтезуються організмом з більш простих сполук (білки з амінокислот, вуглеводи з моносахаридів тощо). Для здійснення цих реакцій клітини організму витрачають енергію.

Під час реакцій енергетичного обміну складні органічні речовини перетворюються на прості органічні або неорганічні речовини. Наприклад, глюкоза спочатку перетворюється на піруват, а піруват у наступних процесах — на воду й вуглекислий газ. У результаті цих реакцій клітини організму запасають енергію у вигляді певних хімічних сполук (АТФ, глікоген, крохмаль тощо). Саме ця енергія використовується для здійснення реакцій пластичного обміну. Частина енергії реакцій не запасається, а виділяється у вигляді тепла. Це тепло є побічним продуктом реакцій метаболізму, але воно також може використовуватися живими організмами у своїй життєдіяльності.

Інтенсивність метаболізму

Метаболізм відбувається в усіх живих організмах. Але його інтенсивність може змінюватися за певних умов. У деяких випадках вона може збільшуватися, а в деяких — зменшуватися.

Основними причинами збільшення чи зменшення інтенсивності метаболізму є підвищення чи зниження температури середовища, поява або зникнення небезпеки, захворювання, дія певних факторів зовнішнього середовища тощо.

Висока інтенсивність метаболізму є причиною збільшення виділення тепла (як побічного продукту реакцій обміну). Цей ефект використовують, наприклад, бджоли, які активною роботою м’язів крил можуть зігріватися в холодну пору року. Озноб у людини, що виникає в разі замерзання, теж є проявом цього явища. У цьому випадку м’язи тіла часто скорочуються й розслабляються, сприяючи виробленню додаткового тепла.

Зниження інтенсивності метаболізму дозволяє живим організмам суттєво «економити» свої ресурси. У такий спосіб вони можуть переживати несприятливі умови, які періодично виникають в екосистемі. Прикладом цього є, наприклад, явище сплячки тварин та перебування взимку насінин рослин у стані спокою.

Отже, тепер ви знаєте

1. Що таке обмін речовин? 2. Що таке метаболізм? 3. Які є типи обміну? 4. Які процеси відбуваються в ході анаболізму та катаболізму? 5. До якого типу обміну належать реакції гліколізу? 6. Під час реакцій фотосинтезу з неорганічних речовин утворюється глюкоза, але цей процес вважають частиною енергетичного обміну. Чому?

Запитання та завдання

7. Який біохімічний цикл і чому можна вважати центральною ланкою метаболізму клітини еукаріотів? 8*. Багато видів тварин впадає у сплячку взимку, коли мало їжі й холодно. Але деякі тварини можуть впадати у сплячку влітку. Чому?