Обмен веществ: построение молекул, получение энергии, вода и соли
Разберём, как клетка строит вещества и получает АТФ, почему питание и дыхание связаны и как организм поддерживает водно-солевой баланс.
Федеральная программа · базовый уровень · 9 класс
Обмен веществ и превращение энергии
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Обмен веществ и превращение энергии
- Пластический обмен
- Энергетический обмен и клеточное дыхание
- Обмен белков, углеводов и жиров
- Обмен воды и минеральных солей
- Регуляция обмена нервными и гормональными механизмами
Как это устроено
Пищеварение расщепляет пищу до веществ, которые всасываются; кровообращение доставляет их тканям. В клетках эти вещества могут идти на синтез собственных белков, мембран и других структур или включаться в реакции получения энергии. Пластический и энергетический обмен связаны: синтез требует АТФ, а для получения АТФ нужны субстраты. Это не два независимых «режима» человека, между которыми он переключается целиком после еды.
При аэробном клеточном дыхании кислород помогает окислять органические вещества, а высвободившаяся энергия частично сохраняется в АТФ, частично рассеивается как тепло. Лёгкие доставляют кислород и удаляют углекислый газ, но сами химические реакции клеточного дыхания идут в клетках. АТФ используется для мышечной работы, транспорта через мембраны и синтеза веществ. Закон сохранения энергии не означает, что весь запас пищи без потерь превращается в механическую работу.
Аминокислоты после всасывания могут входить в собственные белки. Углеводы могут использоваться клетками или запасаться как гликоген; жиры после обработки служат источником липидных компонентов и энергии. Нельзя приписывать каждому пищевому веществу только одну судьбу: пути взаимосвязаны и зависят от состояния организма. При этом из этого факта не следует, что все питательные вещества полностью взаимозаменяемы: организму нужны незаменимые аминокислоты, жирные кислоты и другие компоненты.
Вода и ионы поступают с пищей и питьём, распределяются между жидкостями и выводятся почками, кожей, лёгкими и кишечником. Почки и гормоны участвуют в поддержании баланса; потребность в воде зависит от условий, активности и здоровья. Школьная работа не должна задавать каждому одинаковое количество воды или соли. Нарушения обмена и водно-солевого состава диагностируют по медицинским данным, а не по одному ощущению жажды.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Обмен веществ (метаболизм)
Совокупность химических превращений и переноса веществ в клетках и организме, обеспечивающих построение структур, получение доступной энергии и удаление продуктов.
Пример: Аминокислоты пищи могут использоваться для синтеза собственных белков или в других путях обмена.
- Пластический обмен
Реакции синтеза собственных молекул и клеточных структур из более простых компонентов, требующие вещества и часто затрат доступной энергии.
Пример: Клетка собирает свой белок из аминокислот по инструкции генетического материала.
- Энергетический обмен
Совокупность реакций, при которых химическая энергия органических веществ преобразуется в доступные клетке формы, прежде всего АТФ, и выделяется тепло.
Пример: Окисление глюкозы при участии кислорода позволяет получить АТФ для сокращения мышцы.
- АТФ
Аденозинтрифосфат — молекула, перенос изменений энергии между клеточными процессами, которую клетки непрерывно расходуют и вновь синтезируют.
Пример: При работе мышечных белков расходуется АТФ.
Важно: АТФ не является отдельной пищей и не хранится как неограниченный запас энергии на годы.
- Клеточное дыхание
Последовательность клеточных реакций получения АТФ из органических веществ, при аэробном варианте с использованием кислорода.
Пример: Митохондрии участвуют в получении значительной части АТФ при аэробном обмене.
- Аминокислота
Органическое соединение с аминогруппой и карбоксильной группой, из которого клетки строят белки и которое может участвовать в других путях обмена.
Пример: После переваривания белка аминокислоты всасываются и затем используются клетками.
- Глюкоза
Простой сахар, который клетки могут использовать в обмене веществ и концентрация которого в крови регулируется рядом механизмов.
Пример: После всасывания углеводов уровень глюкозы крови изменяется и регулируется гормонами.
- Гликоген
Запасной углевод животных и человека из многих звеньев глюкозы, который откладывается преимущественно в печени и скелетных мышцах.
Пример: Печень может отдавать глюкозу в кровь после распада своего гликогена.
- Жирная кислота
Компонент многих липидов, который используется клетками для построения молекул или как субстрат энергетического обмена.
Пример: Жирные кислоты поступают из пищи или освобождаются из запасов жировой ткани.
- Водно-солевой баланс
Динамическое поддержание количества воды и растворённых ионов в подходящих пределах за счёт поступления, распределения и выведения.
Пример: Почки меняют выведение воды и некоторых солей в зависимости от состояния организма.
- Минеральная соль
Неорганическое соединение, которое в растворе даёт ионы, важные для строения тканей, нервной работы и поддержания состава жидкостей.
Пример: Ионы натрия и калия участвуют в работе нервных и мышечных клеток.
- Гормональная регуляция обмена
Изменение скорости и направления обменных процессов сигналами гормонов через их действие на клетки-мишени.
Пример: Инсулин участвует в регуляции уровня глюкозы крови.
Важно: Одним гормоном нельзя объяснить весь метаболизм или поставить диагноз по одному ощущению.
Пример по шагам
После обеда аминокислота всосалась в тонкой кишке. Назовите два возможных направления её дальнейшей судьбы и связь с АТФ.
- Кровь перенесёт аминокислоту к тканям, где клетка может использовать её для синтеза собственного белка.
- При определённых условиях углеродный скелет аминокислоты может включаться в другие пути обмена, в том числе связанные с получением энергии.
- Сборка белка требует затрат АТФ, а доступная энергия для этого связана с реакциями энергетического обмена.
Вывод: Одна молекула пищи не имеет единственного неизменного назначения; пластический и энергетический обмен связаны.
Практическая работа
Схема веществ и энергии без опыта на человеке
- На карточках подпишите пищу, продукты переваривания, кровь, клеточный синтез, клеточное дыхание, АТФ, тепло и продукты выведения.
- Проведите стрелки вещества отдельно от стрелок преобразования энергии, отметив, где нужен кислород и где расходуется АТФ.
- На втором листе обозначьте поступление и выведение воды и объясните, почему одна цифра потребления воды не подходит всем.
Что можно заключить: Вещество переносится и превращается, а энергия меняет доступную форму и частично рассеивается как тепло.
Безопасность: Не ограничивайте питьё и питание ради учебной схемы и не измеряйте «скорость обмена» одноклассников по внешности.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.