Пластический и энергетический обмен

Обмен углеводов

В организм углеводы поступают в виде различных соединений: крахмал, гликоген, сахароза или фруктоза и др. Всасываются углеводы в виде глюкозы ворсинками тонкого кишечника и попадают в кровь. При большом количестве углеводов в пище их избыток превращается в полисахарид гликоген и откладывается «про запас». Например, в печени человека может откладываться до 300 г гликогена. Продукты распада углеводов выводятся из организма через почки (вода) и лёгкие (углекислый газ).

Углеводы являются главным источником энергии в организме. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,2 кДж (4,1 ккал) энергии. Глюкоза особенно необходима для нормальной работы мозга. Снижение содержания глюкозы в плазме крови с 0,1 до 0,05% приводит к быстрой потере сознания, судорогам и гибели.

Взрослому человеку необходимо получать с пищей не менее 150 г углеводов в сутки. Следовательно, запаса гликогена в печени может хватить не более чем на двое суток или даже на меньший срок, так как при активной деятельности углеводов нужно гораздо больше — до 500 г в сутки.

Процесс обмена

Взаимосвязь между средой и живым организмом осуществляется посредством метаболизма или обмена веществ. Для жизнедеятельности необходимо, чтобы внутрь организма с пищей и воздухом поступали органические и неорганические вещества – белки, жиры, углеводы, соли, кислород, витамины. Все эти вещества участвуют в ряде химических реакций. В таблице энергетического и пластического обмена описаны особенности двух процессов.

Обмен	Характеристика
Энергетический обмен (окисление, диссимиляция, катаболизм, клеточное дыхание)	Направлен на расщепление органических веществ, поступивших из внешней среды или образованных в ходе пластического обмена, до простых соединений. В ходе расщепления выделяется энергия в виде молекулы АТФ (аденозинтрифосфата), необходимый для синтеза веществ
Пластический обмен (биосинтез, ассимиляция, анаболизм)	Заключается в синтезе специфических органических веществ с затратой энергии АТФ. Образованные вещества участвуют в процессах, происходящих в организме, являются резервным запасом энергии и строительным материалом

Рис. 1. Пластический и энергетический обмен.

Кратко общий процесс метаболизма можно разделить на три этапа:

• ферментативный (подготовительный) – при участии ферментов расщепляются поступившие из внешней среды белки, жиры, углеводы до более простых соединений;
• метаболический (основной) – расщеплённые вещества переносятся током крови к каждой клетке организма, где происходит образование энергии в виде молекул АТФ и синтез веществ (клеточный метаболизм);
• выделительный (заключительный) – продукты распада (углекислый газ, вода, аммиак) выводятся из организма посредством крови через выделительные органы и лёгкие.

Рис. 2. Процесс метаболизма.

Показателем здоровья является баланс между пластическим и энергетическим обменом. В период интенсивного роста (например, подростковый период) может наблюдаться преобладание анаболизма над катаболизмом.

«Обмен веществ»

Обмен веществ — совокупность реакций пластического и энергетического обменов.

Пластический и энергетический обмен, их взаимосвязь.

Пластический обмен (ассимиляция) — совокупность реакций синтеза сложных органических веществ (белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот) из более простых. Энергетический обмен (диссимиляция) — совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией, в ходе которых происходит расщепление и окисление сложных органических веществ.

 Этапы обмена веществ:

• поступление веществ в организм;
• изменение веществ в ходе ассимиляции и диссимиляции;
• выведение конечных продуктов обмена.

Водно-минеральный обмен в организме.

Суточная потребность организма в воде в среднем составляет 2-2,5 л. Вода поступает в организм при питье (около 1 л), с пищей (около 1 л), небольшое количество (300— 350 мл) ее образуется в результате окисления органических веществ. Вода всасывается в кишечнике (тонком и толстом), ротовой полости и желудке. Из организма вода выводится с мочой (1,2-1,5 л), с потом (500-700 мл), выдыхаемым воздухом (350-800 мл), калом (100-150 мл).

Минеральные соли в организме могут быть в твердом состоянии в виде кристаллов — Са₃(Р0₄)₂ и СаСО₃ в костной ткани; в диссоциированном состоянии в виде катионов и анионов. Анионы создают фосфатную буферную систему, поддерживающую внутри клеток слабокислую среду (pH 6,9), и бикарбонатную буферную систему, поддерживающую слабощелочную реакцию внеклеточной среды (pH 7,4). Общее количество минеральных солей около 4,5%. Потребности организма в них удовлетворяются продуктами питания. Железа много в яблоках, йода — в морской капусте, кальция — в молочных продуктах. Человеку необходимо постоянное поступление натрия и хлора (до 10 г поваренной соли в сутки). Всасывание солей происходит вместе с водой в толстом кишечнике. Попавшие в кровь минеральные соли доставляются клеткам. Излишки минеральных солей выводятся с мочой, потом и калом.

Обмен белков.

Суточная потребность организма в белках составляет 72-92 г. Источником белков являются преимущественно продукты животного происхождения. По содержанию аминокислоты белки делятся на полноценные (белки молока, мяса, рыбы и др.) и неполноценные, которые не содержат ни одной из незаменимых аминокислот. Особенно важны десять незаменимых аминокислот, не синтезируемых в организме (лизин, валин, лейцин, изолейцин, треонин, фенилаланин, триптофан, метионин, аргинин, гистидин).

Протеолитические ферменты расщепляют белки до полипептидов и аминокислот. Аминокислоты всасываются в кровеносные капилляры ворсинок тонкого кишечника и разносятся кровью по организму. В клетках из них образуются белки, свойственные организму. При избытке белки преобразуются в углеводы и жиры. Часть аминокислот, не использованных в синтезе белка, окисляется с освобождением энергии (17,6 кДж на 1 г вещества) и образованием воды, диоксида углерода, аммиака и др. Аммиак в печени превращается в мочевину. Продукты диссимиляции белков выводятся с мочой, потом и частично с выдыхаемым воздухом.

Обмен жиров.

Суточная потребность организма в жирах составляет 81-110 г. Животные жиры поступают в организм в виде сливочного масла, сыра, сметаны, свиного сала; растительные — в виде растительного масла. Липолитические ферменты расщепляют жиры до глицерола и жирных кислот. Жиры всасываются в лимфу, затем поступают в кровь и разносятся по всем клеткам. Часть жира, попавшего в клетки, является строительным материалом. Большая же его часть откладывается в подкожной клетчатке. При окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии. Жиры могут синтезироваться из углеводов и белков. Конечные продукты окисления жиров — диоксид углерода и вода, удаляются с выдыхаемым воздухом, мочой, потом.

Обмен углеводов.

В сутки человек должен получать 358—484 г углеводов. Основной их источник — продукты растительного происхождения (картофель, хлеб). Углеводы в организме могут образовываться из белков и жиров. Амилолитические ферменты расщепляют углеводы до дисахаридов и моносахаридов. Моносахариды всасываются в кровеносные капилляры ворсинок кишечника и разносятся кровью по организму. Избыток глюкозы превращается в печени в гликоген. При чрезмерном поступлении углеводов они превращаются в жиры. В клетках глюкоза окисляется до диоксида углерода и воды, которые удаляются с выдыхаемым воздухом, мочой, потом, при этом выделяется энергия (17,6 кДж на 1 г глюкозы).

Это конспект по биологии в 8 классе по теме «Обмен веществ». Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к следующему конспекту: Витамины и их роль в обмене веществ.
• Вернуться к списку конспектов по Биологии.
• Проверить знания по Биологии.

Моя лаборатория

Обмен веществ в клетке. Совокупность всех реакций, связанных с обменом веществ (обычно на уровне клетки), называют метаболизмом. При этом совокупность реакций биосинтеза необходимых организму веществ, сопровождающихся затратами энергии, называют ассимиляцией или анаболизмом, а совокупность реакций распада веществ, главным образом пищевого происхождения, сопровождающихся получением и запасанием энергии, — диссимиляцией или катаболизмом.

Очевидно, что диссимиляция без ассимиляции и наоборот невозможны. В здоровом организме оба процесса строго сбалансированы, хотя в период быстрого роста ассимиляция может временно преобладать над диссимиляцией. Подсчитано, что взрослому человеку для нормальной жизнедеятельности необходимо не менее 1500—1700 ккал в сутки. Из этого количества энергии на собственные нужды организма уходит 15—35%, а остальное затрачивается на тепло.

Новые понятия

Пластический обмен. Энергетический обмен. Биологическое окисление. Калория

Ответьте на вопросы

1. Что такое обмен веществ?
2. Что представляют собой пластический и энергетический обмен и где они происходят? 3. Какое значение для обмена веществ имеет АТФ? 4. Какие единицы используют для обозначения энергии, запасённой в питательных веществах, и каковы особенности их взаимного пересчёта? 5. Охарактеризуйте особенности обмена основных веществ в организме человека.

ПОДУМАЙТЕ!

Как можно доказать, что энергия в организме человека видоизменяется?

Обмен воды и минеральных солей

Вода наиболее распространённое вещество в нашем организме. Взрослый человек состоит из воды приблизительно на 65%, а человеческий зародыш содержит около 90% воды. В сутки организм человека теряет около 2,0—2,5 л воды. Столько же он получает в сумме с питьём (1 л) и пищей (1 л). Вода и растворённые в ней минеральные соли всасываются по всему желудочно-кишечному тракту, но больше всего через ворсинки тонкого кишечника. Обезвоживание организма приводит к быстрой гибели. Человек без воды может прожить не более 5— 6 дней, тогда как без пищи он может обходиться более 50 дней.

Организм, помимо воды, нуждается в постоянном поступлении минеральных солей. И хотя они составляют не более 4% от массы тела, набор их очень разнообразен. В сутки в организм человека должно поступать с пищей и питьём не менее 4,4 г натрия, 5 г хлора, 2 г калия, 1 г кальция, 1 г фосфора, 0,2 г железа. Эти вещества называют макроэлементами.

Химические элементы, содержащиеся в организме в низких концентрациях (долях миллиграмма), но необходимые для его нормальной жизнедеятельности, называют микроэлементами. Они влияют на рост, размножение, кроветворение и другие процессы. К микроэлементам относят медь, иод, цинк, фтор, магний и многие другие вещества. Можно сказать, что в организме человека обнаружена большая часть элементов таблицы Д. И. Менделеева.

Обмен воды и минеральных солей

Вода наиболее распространённое вещество в нашем организме. Взрослый человек состоит из воды приблизительно на 65%, а человеческий зародыш содержит около 90% воды. В сутки организм человека теряет около 2,0—2,5 л воды. Столько же он получает в сумме с питьём (1 л) и пищей (1 л). Вода и растворённые в ней минеральные соли всасываются по всему желудочно-кишечному тракту, но больше всего через ворсинки тонкого кишечника. Обезвоживание организма приводит к быстрой гибели. Человек без воды может прожить не более 5— 6 дней, тогда как без пищи он может обходиться более 50 дней.

Организм, помимо воды, нуждается в постоянном поступлении минеральных солей. И хотя они составляют не более 4% от массы тела, набор их очень разнообразен. В сутки в организм человека должно поступать с пищей и питьём не менее 4,4 г натрия, 5 г хлора, 2 г калия, 1 г кальция, 1 г фосфора, 0,2 г железа. Эти вещества называют макроэлементами.

Химические элементы, содержащиеся в организме в низких концентрациях (долях миллиграмма), но необходимые для его нормальной жизнедеятельности, называют микроэлементами. Они влияют на рост, размножение, кроветворение и другие процессы. К микроэлементам относят медь, иод, цинк, фтор, магний и многие другие вещества. Можно сказать, что в организме человека обнаружена большая часть элементов таблицы Д. И. Менделеева.

§ 29. Пластический и энергетический обмен

ВСПОМНИТЕ 1. Что такое обмен веществ? 2. Каковы особенности обмена веществ у растений и животных? 3. Какие белки являются неполноценными?

Между организмом и окружающей его средой непрерывно происходит обмен веществами и энергией. Обмен веществ начинается с поступления в организм воды и пищевых продуктов. В процессе переработки этих веществ организм получает энергию и материалы, которые необходимы ему для построения собственных клеток и тканей. Не использованные в результате превращений веществ остатки, а также некоторые продукты жизнедеятельности выводятся из организма.

Таким образом, обмен веществ в организме представляет собой не просто постоянный ток веществ через его основные структуры, а совокупность всех химических реакций, происходящих в нём. При этом реакции, связанные с превращением веществ, можно отнести к двум процессам: пластическому и энергетическому обмену.

Пластический обмен — это процессы, при которых происходит построение собственных молекул и органоидов (биосинтез), деление клеток, рост организма, замена повреждённых молекул и клеток. Иными словами, пластический обмен — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием энергии.

В процессах энергетического обмена происходит разрушение (распад) полученных с пищей питательных веществ до простых соединений. Эти процессы, названные биологическим окислением, протекают довольно медленно и приводят к высвобождению энергии, запасённой в химических связях органических молекул пищи. Высвобождающаяся энергия частично рассеивается в виде тепла, но значительная её часть затрачивается на синтез АТФ (см. § 11, 20).

Если в клетках возникает потребность в энергии, то АТФ распадается. При этом выделяется энергия, за счёт которой и протекают различные процессы жизнедеятельности. Организм человека потребляет очень много энергии, так как работа мышц, почек, мозга и любых других систем требует постоянных её затрат. Различные питательные вещества при окислении выделяют разное количество энергии, единицей измерения которой является джоуль (Дж).

Раньше количество теплоты определяли по изменению температуры 1 г воды на 1 °С. Эта единица получила название калория (кал). 1 калория примерно равна 4,19 Дж. Специалисты, занимающиеся проблемами питания человека, часто употребляют ещё одну единицу — Калория (пишется с прописной буквы). На самом деле она является килокалорией (1 ккал), равной 1000 калорий. Все перечисленные единицы измерения используют при расчётах энергетической ценности продуктов и энергозатрат организма при различных видах нагрузки.

ОТВЕТЫ К ЗАДАНИЯМ

§24. Вспомните.

Задание №1

Из чего состоят белки?

Ответ:

Белки — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа−аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью.

Задание №2

Что такое аминокислота?

Ответ:

Аминокислоты — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Подумайте.

Задание №1

Что произойдёт в клетке с синтезом белка, если один из нуклеотидов антикодона тРНК изменить?

Ответ:

С изменением нуклеотида антикодона тРНК изменится и комплементарная этому кодону аминокислота. Если аминокислота присоединится к полипептидной цепи, то это приведет к изменению строения белка и его функций.

Тренируемся.

Задание №1

Что такое ген?

Ответ:

Часть молекулы ДНК, последовательность нуклеотидов в которой определяет последовательность аминокислот в данном белке, называют геном.

Задание №2

Какой процесс называют транскрипцией?

Ответ:

Синтез иРНК осуществляется в ядре с помощью фермента, называемого ДНК−зависимой РНК−полимеразой. Вновь синтезированная иРНК имеет нуклеотидный состав, комплементарный таковому участка молекулы ДНК, который выступает в роли матрицы. Таким образом, информация, имеющаяся в гене, переписывается на иРНК. Этот процесс называют транскрипцией.

Задание №3

Где и как происходит биосинтез белка?

Ответ:

Биосинтез белка состоит из двух этапов: транскрипция (образование информационной РНК по матрице ДНК, протекает в ядре клетки) и трансляция (эта стадия проходит в цитоплазме клетки на рибосомах).

Задание №4

Что такое стоп−кодон?

Ответ:

Стоп−кодон или кодон терминации — тройка нуклеотидных остатков в мРНК, кодирующая прекращение (терминацию) синтеза полипептидной цепи (трансляции). Стандартные стоп−кодоны — УАА, УАГ и УГА.

Задание №5

Сколько видов тРНК участвует в синтезе белков в клетке?

Ответ:

В синтезе белков в клетке участвуют 61 вид тРНК.

Задание №6

Из чего состоит полисома?

Ответ:

Полирибосома (или полисома, или эргосома) − это группа рибосом, связанных с молекулой мРНК подобно “бусинкам” на “нити”. Он состоит из комплекса молекулы мРНК и двух или более рибосом, которые действуют для трансляции инструкций мРНК в полипептиды.

Задание №7

Почему в различных клетках какого−либо организма работает только часть генов?

Ответ:

Различные клетки одного организма выполняют совершенно разные функции. Функции клетки реализовывают белки, информация про которые находится в генах. Соответсвенно, каждая клетка будет реализовывать только часть генов.

Задание №8

Может ли существовать клетка, не способная к самостоятельному синтезу веществ?

Ответ:

Такая клетка не может существовать, так как синтезированные вещества нужны для роста и развития клетки, а так же для обмена веществ, в результате клетка погибает.

Совершенствуемся.

Задание №1

Установите последовательность аминокислот, которая зашифрована такой последовательностью нуклеотидов в иРНК:
—А—У—Г—Ц—А—У—У—Г—У—Ц—Г—А—Г—

Ответ:

В последовательности нуклеотидов АУГ−ЦАУ−УГУ−ЦГА зашифрована последовательность аминокислот Метионин− Гистидин−Цистеин−Аргинин.

Задание №2

Используя ключевые слова параграфа, постройте основу схемы (ментальной карты), показывающей суть регуляции транскрипции и трансляции.

Ответ:

← Предыдущее
Следующее →

Обмен жиров

Жиры являются соединениями, включающими в себя жирные кислоты и глицерин. Под действием ферментов поджелудочной железы и тонкого кишечника, а также при участии желчи жиры перевариваются и всасываются в лимфатические капилляры ворсинок тонкого кишечника и далее с током лимфы попадают в кровь.

В организм человека жиры поступают как с животной, так и с растительной пищей. Избыток жира откладывается в подкожной жировой клетчатке, причём могут образовываться жировые депо, покрывающие затраты жира в течение многих суток. Как и углеводы, жиры распадаются до углекислого газа и воды и выводятся тем же путём.

Жиры являются важнейшим источником энергии для организма человека. Окисление 1 г жиров приводит к высвобождению 38,9 кДж (9,3 ккал) энергии. Потребность в жирах определяется энергетическими потребностями организма в целом и составляет в среднем 80—100 г в сутки. Значительная часть энергетических потребностей печени, мышц, почек (но не мозга) покрывается за счёт окисления жиров.