§ 5. Обмін речовин та перетворення енергії в організмі людини - основна властивість живого

Обмін речовин — основна властивість живих організмів. Обмін речовин і енергії між організмом і середовищем є властивістю будь-якого живого організму. Саме завдяки обміну забезпечується функціонування організмів, їхній ріст, розвиток, розмноження.

Рослини-автотрофи отримують ззовні неорганічні речовини, з яких вони синтезують органічні. З води й вуглекислого газу під дією світла в їхніх клітинах утворюється кисень і органічна речовина глюкоза. Саме в її хімічних зв’язках акумулюється енергія Сонця. У подальшому' за участі глюкози в клітинах рослин розпочинаються численні реакції синтезу інших органічних речовин і їх розщеплення.

Назовні рослини видаляють неорганічні речовини (воду, кисень, вуглекислий газ). Усі ці процеси є обміном речовин у рослин, завдяки якому відбувається їхня життєдіяльність.

На відміну від рослин, тварини, і людина зокрема, є гетеротро-фами. Вони отримують речовини, потрібні для життя — і органічні, і неорганічні — ззовні. Проте всі інші перетворення відбуваються в організмах тварин за тим самим загальним планом, що й у рослин. З речовин, які надійшли з навколишнього середовища, утворюються власні речовини тваринного організму: його власні білки, жири, вуглеводи тощо.

Отже, в будь-якому організмі весь час відбуваються процеси перетворення речовин, отриманих ззовні, на ті, що характерні саме для певного організму. Цю сукупність хімічних перетворень і називають обміном речовин, або метаболізмом. Завдяки метаболізму утворюються структурні складові клітин і тканин, забезпечуються енергетичні потреби організму.

В організмі людини можна вирізнити три його стадії (мал. 5.1).

Підготовча стадія здійснюється у травному тракті, де їжа перетравлюється — її білки, жири й вуглеводи розпадаються на простіші (низькомолекулярні) складові. Білки — на амінокислоти, жири — на гліцерин і жирні кислоти, складні вуглеводи — на глюкозу й інші прості вуглеводи.

Низькомолекулярні речовини всмоктуються в кишечнику, надходять до кровоносних судин і транспортуються до всіх клітин організму. Так саме переміщується з легенів і кисень. До крові з клітин потрапляють й речовини, які мають бути видалені з організму (кінцеві продукти розпаду речовин). Так починається кінцева стадія обміну речовин, яка завершується в органах видільної системи.

Основною стадією метаболізму є ті хімічні реакції, що відбуваються в клітинах організму.

Саме в них синтезуються його власні білки, жири, вуглеводи й інші органічні речовини, проходять реакції, які забезпечують організм енергією.

Обмін речовин у клітинах організму. Метаболізм складається з тих хімічних перетворень, у яких органічні речовини синтезуються, і тих, де вони руйнуються. Перші називають анаболізмом, асиміляцією, або пластичним обміном, інші — катаболізмом, дисиміляцією, або енергетичним обміном (мал. 5.2).

Завданням процесів пластичного обміну є оновлення клітин, відтворення їхніх зруйнованих частин, створення міжклітинної речовини і нових клітин, вироблення клітинами певних речовин. Назва цієї складової метаболізму не є випадковою: у перекладі з грецької мови слово «пластика» означає «ліпка».

Що є матеріалом для такої «ліпки»? Це низькомолекулярні речовини, прості молекули, що утворилися з речовин їжі на підготовчій стадії обміну речовин. З них відбудовуються молекули білків, жирів і вуглеводів, притаманні клітинам певної тканини, певного органу.

Завдяки процесам пластичного обміну відбувається ріст, поділ, розвиток клітин, їх функціонування відповідно до спеціалізації та, як наслідок, життєдіяльність організму в цілому.

Енергетичний обмін — це сукупність процесів, що забезпечують клітини (а отже, і весь організм!) енергією.

Чим обумовлені енергетичні потреби клітини? Створення нових речовин, підтримка постійної температури тіла, функціонування спеціалізованих клітин (скорочення м’язових клітин, проведення нервових процесів тощо) — усі ці процеси супроводжуються витратами енергії.

На відміну від рослин, які «вміють» використовувати енергію Сонця для вирішення завдань синтезу органічної речовини, у тварин, і людини зокрема, такої здатності немає. Джерелом енергії для них є органічні речовини, що містять у своїх молекулах значний запас потенціальної енергії хімічних зв’язків.

Так, частина вуглеводу глюкози, що надходить до організму людини у складі їжі, у його клітинах разом з Оксигеном бере участь у реакціях розщеплення (біологічного окиснення), які супроводжуються вивільненням енергії. Кінцевими продуктами таких хімічних перетворень є вода й вуглекислий газ. У реакціях розщеплення можуть брати участь не лише вуглеводи, а й жири, і білки. Саме під час розщеплення речовин утворюються кінцеві продукти метаболізму, які видаляються з організму.

Частина енергії, що вивільнюється у процесах енергетичного обміну, акумулюється в молекулах АТФ. Вона використовується в реакціях пластичного обміну під час синтезу в клітинах необхідних їм білків, жирів і вуглеводів. Інша частина хімічної енергії вуглеводів, білків і жирів, що розщеплюється, перетворюється на теплову.

Усі реакції метаболізму здійснюються за допомогою ферментів, речовин, що прискорюють (каталізують) ці перетворення інших речовин у клітинах. Водночас у клітині можуть проходити сотні різних реакцій, у яких працюють тисячі різних ферментів. Без них реакції метаболізму тривали б дуже довго й відбувалися лише за особливих умов (наприклад, під дією високої температури або тиску).

Що більше зусиль потребує виконання певної роботи, то більше енергії витрачає людина, а отже, більше органічних речовин розпадається в її клітинах. Саме тому під час великих навантажень ми потребуємо більшої кількості їжі. І дихаємо інтенсивніше, оскільки в цей час у реакціях розщеплення витрачається більше Оксигену.

1. Розгляньте мал. 5.1. Знайдіть у тексті параграфа відомості про ті процеси, які відбуваються на кожній стадії обміну речовин. Доповніть ними таблицю.

2. З'ясуйте, звіряючись із текстом, які з тверджень є правильними. Обговоріть свою роботу з товаришем.

•    Речовини їжі (білки, жири й вуглеводи) надходять у клітини організму.

•    Речовини їжі (білки, жири й вуглеводи) розщеплюються на простіші складові, які надходять до клітин організму.

•    3 білків, жирів і вуглеводів їжі, що надійшли у клітини організму, утворюються органели й речовини, необхідні для його життєдіяльності.

•    3 простих молекул, що утворились унаслідок розщеплення речовин їжі, синтезуються власні білки, жири й вуглеводи організму. З них будуються органели й речовини, необхідні для його життєдіяльності.

•    Головними в метаболізмі є реакції пластичного обміну, енергетичний обмін відіграє допоміжну роль.

•    Пластичний і енергетичний обмін є рівноправними складовими метаболізму.

1. У чому головна відмінність обміну речовин у рослин-автотрофів і тварин-гетеротрофів? 2. Доповніть речення: «На підготовчій стадії обміну речовини їжі..., на основній стадії з речовин, що..., на кінцевій стадії кінцеві продукти...» 3. У чому відмінність між пластичним і енергетичним обміном? Яким є зв’язок між ними? 4. У якій речовині акумулюється енергія, що вивільнюється у реакціях енергетичного обміну? 5. Яку роль відіграють ферменти в обміні речовин? 6*. «Перетворення» у перекладі грецькою — метаболе. Поясніть товаришеві, як значення терміна метаболізм пов'язане з його походженням. 7*. Наведіть приклад органел клітини, де відбуваються реакції плазматичного обміну, енергетичного обміну.

Це матеріал з підручника Біологія 8 клас Базанова