Метаболизм энергетический и пластический обмен их взаимосвязь. Пластический обмен: характеристика, функции, этапы

26.04.2024

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме. Биологи разделяют его на пластический (анаболизм ) и энергетический обмены (катаболизм ), которые связаны между собой. Все синтетические процессы нуждаются в веществах и энергии, поставляемых процессами расщепления. Процессы расщепления катализируются ферментами, синтезирующимися в ходе пластического обмена, с использованием продуктов и энергии энергетического обмена.

Для отдельных процессов, происходящих в организмах, используются следующие термины:

Анаболизм (ассимиляция ) – синтез более сложных мономеров из более простых с поглощением и накоплением энергии в виде химических связей в синтезированных веществах.

Катаболизм (диссимиляция ) – распад более сложных мономеров на более простые с освобождением энергии и ее запасанием в виде макроэргических связей АТФ.

Живые существа для своей жизнедеятельности используют световую и химическую энергию. Зеленые растения – автотрофы , – синтезируют органические соединения в процессе фотосинтеза, используя энергию солнечного света. Источником углерода для них является углекислый газ. Многие автотрофные прокариоты добывают энергию в процессе хемосинтеза – окисления неорганических соединений. Для них источником энергии могут быть соединения серы, азота, углерода. Гетеротрофы используют органические источники углерода, т.е. питаются готовыми органическими веществами. Среди растений могут встречаться те, которые питаются смешанным способом (миксотрофно ) – росянка, венерина мухоловка или даже гетеротроф– но – раффлезия. Из представителей одноклеточных животных миксотрофами считаются эвглены зеленые.

Ферменты, их химическая природа, роль в метаболизме . Ферменты – это всегда специфические белки – катализаторы. Термин «специфические» означает, что объект, по отношению к которому этот термин употребляется, имеет неповторимые особенности, свойства, характеристики. Каждый фермент обладает такими особенностями, потому что, как правило, катализирует определенный вид реакций. Ни одна биохимическая реакция в организме не происходит без участия ферментов. Особенности специфичности молекулы фермента объясняются ее строением и свойствами. В молекуле фермента есть активный центр, пространственная конфигурация которого соответствует пространственной конфигурации веществ, с которыми фермент взаимодействует. Узнав свой субстрат, фермент взаимодействует с ним и ускоряет его превращение.

Ферментами катализируются все биохимические реакции. Без их участия скорость этих реакций уменьшилась бы в сотни тысяч раз. В качестве примеров можно привести такие реакции, как участие РНК – полимеразы в синтезе – и-РНК на ДНК, действие уреазы на мочевину, роль АТФ – синтетазы в синтезе АТФ и другие. Обратите внимание на то, что названия многих ферментов оканчиваются на «аза».

Активность ферментов зависит от температуры, кислотности среды, количества субстрата, с которым он взаимодействует. При повышении температуры активность ферментов увеличивается. Однако происходит это до определенных пределов, т.к. при достаточно высоких температурах белок денатурируется. Среда, в которой могут функционировать ферменты, для каждой группы различна. Есть ферменты, которые активны в кислой или слабокислой среде или в щелочной или слабощелочной среде. В кислой среде активны ферменты желудочного сока у млекопитающих. В слабощелочной среде активны ферменты кишечного сока. Пищеварительный фермент поджелудочной железы активен в щелочной среде. Большинство же ферментов активны в нейтральной среде.

Энергетический обмен в клетке (диссимиляция)

Энергетический обмен – это совокупность химических реакций постепенного распада органических соединений, сопровождающихся высвобождением энергии, часть которой расходуется на синтез АТФ. Процессы расщепления органических соединений у аэробных организмов происходят в три этапа, каждый из которых сопровождается несколькими ферментативными реакциями.

Первый этап – подготовительный . В желудочно-кишечном тракте многоклеточных организмов он осуществляется пищеварительными ферментами. У одноклеточных – ферментами лизосом. На первом этапе происходит расщепление белков до аминокислот, жиров до глицерина и жирных кислот, полисахаридов до моносахаридов, нуклеиновых кислот до нуклеотидов. Этот процесс называется пищеварением.

Второй этап – бескислородный (гликолиз ). Его биологический смысл заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде 2 молекул АТФ. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток. Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) и две молекулы АТФ, в виде которой запасается часть энергии, выделившейся при гликолизе: С6Н12O6 + 2АДФ + 2Ф → 2С3Н4O3 + 2АТФ. Остальная энергия рассеивается в виде тепла.

В клетках дрожжей и растений (при недостатке кислорода ) пируват распадается на этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением .

Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С3Н6O3), которая накапливается в виде лактата. Появляется боль в мышцах. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.

Третий этап – кислородный , состоящий из двух последовательных процессов – цикла Кребса, названного по имени Нобелевского лауреата Ганса Кребса, и окислительного фосфорилирования. Его смысл заключается в том, что при кислородном дыхании пируват окисляется до окончательных продуктов – углекислого газа и воды, а энергия, выделяющаяся при окислении, запасается в виде 36 молекул АТФ. (34 молекулы в цикле Кребса и 2 молекулы в ходе окислительного фосфорилирования). Эта энергия распада органических соединений обеспечивает реакции их синтеза в пластическом обмене. Кислородный этап возник после накопления в атмосфере достаточного количества молекулярного кислорода и появления аэробных организмов.

Окислительное фосфорилирование или клеточное дыхание происходит, на внутренних мембранах митохондрий, в которые встроены молекулы-переносчики электронов. В ходе этой стадии освобождается большая часть метаболической энергии. Молекулы-переносчики транспортируют электроны к молекулярному кислороду. Часть энергии рассеивается в виде тепла, а часть расходуется на образование АТФ.

Суммарная реакция энергетического обмена:

С6Н12O6 + 6O2 → 6СO2 + 6Н2O + 38АТФ.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть А

А1. Способ питания хищных животных называется

1) автотрофным 3) гетеротрофным

2) миксотрофным 4) хемотрофным

А2. Совокупность реакций обмена веществ называется:

1) анаболизм 3) диссимиляция

2) ассимиляция 4) метаболизм

А3. На подготовительном этапе энергетического обмена происходит образование:

1) 2 молекул АТФ и глюкозы

2) 36 молекул АТФ и молочной кислоты

3) аминокислот, глюкозы, жирных кислот

4) уксусной кислоты и спирта

А4. Вещества, катализирующие биохимические реакции в организме, – это:

1) белки 3) липиды

2) нуклеиновые кислоты 4) углеводы

А5. Процесс синтеза АТФ в ходе окислительного фосфорилирования происходит в:

1) цитоплазме 3) митохондриях

2) рибосомах 4) аппарате Гольджи

А6. Энергия АТФ, запасенная в процессе энергетического обмена, частично используется для реакций:

1) подготовительного этапа

2) гликолиза

3) кислородного этапа

4) синтеза органических соединений

А7. Продуктами гликолиза являются:

1) глюкоза и АТФ

2) углекислый газ и вода

3) пировиноградная кислота и АТФ

4) белки, жиры, углеводы

Часть В

В1. Выберите события, происходящие на подготовительном этапе энергетического обмена у человека

1) белки распадаются до аминокислот

2) глюкоза расщепляется до углекислого газа и воды

3) синтезируются 2 молекулы АТФ

4) гликоген расщепляется до глюкозы

5) образуется молочная кислота

6) липиды расщепляются до глицерина и жирных кислот

В2. Соотнесите процессы, происходящие при энергетическом обмене с этапами, на которых они происходят

ВЗ. Определите последовательность превращений куска сырого картофеля в процессе энергетического обмена в организме свиньи:

А) образование пирувата

Б) образование глюкозы

В) всасывание глюкозы в кровь

Г) образование углекислого газа и воды

Д) окислительное фосфорилирование и образование Н2О

Е) цикл Кребса и образование СО2

Часть С

С1. Объясните причины утомляемости спортсменов-марафонцев на дистанциях, и как она преодолевается?

Фотосинтез и хемосинтез

Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. Питаясь, они используют энергию, запасенную, прежде всего, в органических соединениях – белках, жирах, углеводах. Гетеротрофные организмы, как уже говорилось, используют пищу растительного и животного происхождения, уже содержащую органические соединения. Растения же создают органические вещества в процессе фотосинтеза. Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно. Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями. Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной. Исследования продолжались, и в настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (СО2) и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.

Хлоропласты и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент – хлорофилл . Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света и отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни. Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются переносчиками электронов (НАДФ+ – никотинамиддифосфат ). При этом энергия, накопленная ими ранее, частично расходуется на образование АТФ. Продолжая сравнение с подброшенным мячом, можно сказать, что мяч, падая, нагревает окружающее пространство, а часть энергии падающих электронов запасается в виде АТФ. Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода. Их называют световой и темновой фазами.

«Световая фаза» – это этап, на котором энергия света, поглощенная хлорофиллом, преобразуется в электрохимическую энергию в цепи переноса электронов. Осуществляется на свету, в мембранах гран при участии белков – переносчиков и АТФ-синтетазы.

Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:

1) возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;

2) восстановление акцепторов электронов – НАДФ+ до НАДФ Н

2Н+ + 4е- + НАДФ+ → НАДФ Н;

3) фотолиз воды , происходящий при участии квантов света: 2Н2О → 4Н+ + 4е- + О2.

Данный процесс происходит внутри тилакоидов – складках внутренней мембраны хлоропластов. Из тилакоидов формируются граны – стопки мембран.

Так как в экзаменационных работах спрашивают не о механизмах фотосинтеза, а о результатах этого процесса, то мы и перейдем к ним.

Результатами световых реакций являются: фотолиз воды с образованием свободного кислорода, синтез АТФ, восстановление НАДФ+ до НАДФ Н. Таким образом свет нужен только для синтеза АТФ и НАДФ-Н.

«Темновая фаза» – процесс преобразования СО2 в глюкозу в строме (пространстве между гранами) хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФ Н.

Результатом темновых реакций являются превращения углекислого газа в глюкозу, а затем в крахмал. Помимо молекул глюкозы в строме происходит образование, аминокислот, нуклеотидов, спиртов.

Суммарное уравнение фотосинтеза -

Значение фотосинтеза . В процессе фотосинтеза образуется свободный кислород, который необходим для дыхания организмов:

кислородом образован защитный озоновый экран, предохраняющий организмы от вредного воздействия ультрафиолетового излучения;

фотосинтез обеспечивает производство исходных органических веществ, а следовательно, пищу для всех живых существ;

фотосинтез способствует снижению концентрации диоксида углерода в атмосфере.

Хемосинтез – образование органических соединений из неорганических за счет энергии окислительно-восстановительных реакций соединений азота, железа, серы. Существует несколько видов хемосинтетических реакций:

1) окисление аммиака до азотистой и азотной кислоты нитрифицирующими бактериями:

NH3 → HNQ2 → HNO3 + Q;

2)превращение двухвалентного железа в трехвалентное железобактериями:

Fe2+ → Fe3+ + Q;

3)окисление сероводорода до серы или серной кислоты серобактериями

H2S + O2 = 2H2O + 2S + Q,

H2S + O2 = 2H2SO4 + Q.

Выделяемая энергия используется для синтеза органических веществ.

Роль хемосинтеза. Бактерии – хемосинтетики, разрушают горные породы, очищают сточные воды, участвуют в образовании полезных ископаемых.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть А

А1. Фотосинтез – это процесс, происходящий в зеленых растениях. Он связан с:

1) расщеплением органических веществ до неорганических

2) созданием органических веществ из неорганических

3) химическим превращения глюкозы в крахмал

4) образованием целлюлозы

А2. Исходным материалом для фотосинтеза служат

1) белки и углеводы 3) кислород и АТФ

2) углекислый газ и вода 4) глюкоза и кислород

А3. Световая фаза фотосинтеза происходит

1) в гранах хлоропластов 3) в строме хлоропластов

2) в лейкопластах 4) в митохондриях

А4. Энергия возбужденных электронов в световой стадии используется для:

1) синтеза АТФ 3) синтеза белков

2) синтеза глюкозы 4) расщепления углеводов

А5. В результате фотосинтеза в хлоропластах образуются:

1) углекислый газ и кислород

2) глюкоза, АТФ и кислород

3) белки, жиры, углеводы

4) углекислый газ, АТФ и вода

А6. К хемотрофным организмам относятся

1) возбудители туберкулеза

2) молочнокислые бактерии

3) серобактерии

Часть В

В1. Выберите процессы, происходящие в световой фазе фотосинтеза

1) фотолиз воды

2) образование глюкозы

3) синтез АТФ и НАДФ Н

4) использование СО2

5) образование свободного кислорода

6) использование энергии АТФ

В2. Выберите вещества, участвующие в процессе фотосинтеза

целлюлоза 4) углекислый газ

гликоген 5) вода

хлорофилл 6) нуклеиновые кислоты

Часть С

С1. Какие условия необходимы для начала процесса фотосинтеза?

С2. Как строение листа обеспечивает его фотосинтезирующие функции?

Конспект урока биологии в 8 классе «Обмен веществ. Пластический и энергетический обмен»

Цель урока:

1. Сформировать теоретические знания о пластическом и энергетическом обменах, проследить их взаимосвязь, раскрыть особенности обмена воды, минеральных солей, белков, жиров и углеводов.

2. Содействовать развитию навыков научного мышления, умение анализировать, синтезировать знания, ставить перед собой цели и добиваться их реализации.

3. Воспитывать интерес к урокам биологии, через применение мультимедийного оборудования; уважение к учителю, одноклассникам, их труду (работа в парах); ответственное отношение к собственной работе.

Тип урока: изучение нового материала

Методы : словесный, наглядный.

Оборудование : мультимедийное оборудование (проектор, экран, компьютер)

Ход урока:

Организационный момент (проверка готовности к уроку)

Здравствуйте, ребята! На этом уроке нас ждут интересные и познавательные моменты.

Сообщение темы урока.

На прошлом уроке мы завершили изучение сложной, но в свою очередь интересной темы «Внутренняя среда организма». Для того чтобы определить тему этого урока, необходимо разгадать кроссворд, а за одно и повторим изученный материал:

Вопросы:

Особый вид соединительной ткани
Сгусток крови
Прозрачная жидкость, в которой много лимфоцитов
Белок, разносчик кослорода
Препарат, приготовленный из культур ослабленных микроорганизмов
Сосуды, несущие кровь к сердцу
Главный орган кровообращения
Движение крови в кровеносной системе
Сосуды, по которым кровь течет от сердца
Иммунитет, вырабатываемый в результате перенесенных болезней
Невосприимчивость организма к инфекционным заболеваниям
Препарат, получаемый из крови животного

Сообщение цели урока.

На этом уроке мы рассмотрим пластический и энергетический обмены, проследим их взаимосвязь, раскроем особенности обмена воды, минеральных солей, белков, жиров и углеводов.

IV. Актуализация знаний необходимых для усвоения нового материала

Учитель: Вспомните основные признаки живых организмов. Почему питание, дыхание, выделение продуктов жизнедеятельности выделены среди других признаков живого?

Вспомните, что называется питанием, дыханием, выделением. Остаются ли неизменными вещества, поступившие из внешней среды в организм?

Таким образом, обобщив и упорядочив все выше сказанное, сформулируйте определение обмен веществ.

Изучение новой темы

Обмен веществ в клетке (метаболизм)

Пластический обмен Ассимиляция

Энергетический обмен Диссимиляция

Анаболизм Биосинтез

Катаболизм Распад

А теперь рассмотрим эти процессы поэтапно. Запишите в тетрадях.

Пластический обмен. Вещества, необходимые для данного этапа поступают в клетку вместе с кровью и образуются в процессе пищеварения. Итак, давайте вспомним процесс пищеварения.

Актуализация знаний по пройденной теме:

Что такое пищеварение?

Где расщепляются углеводы и до чего?

Где расщепляются белки и до чего?

Где расщепляются жиры и до чего?

Итак, высокомолекулярные соединения превратились в низкомолекулярные для того, чтобы кровь могла доставить их в клетку. В клетке же из этих низкомолекулярных соединений происходит повторный синтез высокомолекулярных соединений.

Строительным материалом является клетка. Вещества, образовавшиеся в процессе пластического обмена, в первую очередь идут на построение новых клеток. За счет чего мы растем и восстанавливаем клетки, которые погибают в процессе жизнедеятельности. Но для жизнедеятельности организма необходима и энергия. Эту энергию мы получаем в процессе энергетического обмена. В процессе данного этапа часть высокомолекулярных соединений расщепляется. Этот процесс протекает сам поэтапно. Сначала они вновь расщепляются до тех же соединений, которые образуются в процессе пищеварения, давайте вспомним и запишем, (вопросы и ответы)

Углеводы – глюкоза

Белки – аминокислоты

Жиры – глицерин и 3 молекулы жирных кислот

Глюкоза – СO2 , H 2O +энергия

Аминокислоты – СO2 , H 2O +энергия + соединения азота, его соли Глицерин+3 молекулы жирных кислот – СO2 , H 2O +энергия.

В организме человека постоянно идут сложные процессы превращения энергии. В результате одних организм пополняется энергией, в результате других теряет ее. Например, при распаде органических соединений энергия (химическая) освобождается и превращается в электрическую и механическую. Электроэнергия обеспечивает передачу нервных импульсов по нервным волокнам, а механическая – сокращение мышц. В конечном итоге вся энергия переходит в тепловую. Тепло поддерживает температуру тела, избыток удаляется в окружающую среду. Таким образом, организм подчиняется закону сохранения энергии.

При изучении какого предмета вы познакомились с этим законом?

Кто из вас помнит этот закон?

Как он формулируется?

Учитывая то, что в конечном итоге энергия превращается в тепловую, ученым экспериментальным путем удалось определить количество энергии, расходуемой организмом человека. Для этого испытуемого помещают в специальную камеру с двойными стеклами из теплоизоляционного материала, устроенного по принципу калориметра (актуализация знаний по физике, принцип устройства калориметра).

Чтобы человек в камере мог нормально дышать, в нее подают воздух, а углекислый газ улавливают специальными поглотителями. В верхней части камеры находится система извитых труб, через которые протекает вода. Температура воды, поступающей в эту систему и вытекающая из нее, измеряется термометрами. Зная общее количество воды, прошедшей через трубы в течение суток, и разность температуры, поступившей и удалившийся из них воды, нетрудно определить суточный расход энергии. Известно, что у детей вашего возраста за сутки расходуется приблизительно 10500 кДж энергии. Молодой организм растет, клетки его размножаются. Для образования новых клеток необходимы питательные вещества. Ученик, расходующий примерно 10500 кДж в сутки, должен получать с пищей 12200 – 12500 кДж. энергии.

Учитывая те знания, которые вы получили при изучении темы: " Гигиена питания”, можно вычислить какое количество энергии вы получаете в течение дня, а далее уметь эту энергию правильно расходовать. Нормы приема пищи:

Завтрак – 25%

Обед -50%

Полдник -15%

Ужин -10%

А теперь применим ваши знания по математике и химии, составим пропорции. Если принять общее количество затраченной энергии за 100%, то сколько энергии вы получаете за завтраком.

Но для определения норм питания недостаточно знать суточный расход энергии. Ведь эта цифра лишь показывает, сколько кДж в сутки должен человек получать с пищей. При составлении пищевого рациона учитывают, что организм нуждается в питательных веществах всех трех групп. Особенно важно, чтобы в пище было достаточное количество белков, ведь они являются основным источником, из которого образуется вещество клеток. Жиры содержат наибольшие запасы энергии и необходимы для построения клеток, поэтому их присутствие тоже необходимо. Углеводы – это основной энергетический материал организма. Узнав, сколько энергии вы получаете в течение суток, и зная, сколько энергии вы должны израсходовать, можно для себя вычислить, какая сторона обмена у вас должна преобладать. Если вы будете использовать пищу только лишь для построения клеток, то вас ожидает ожирение, а если будете вести активный образ жизни: заниматься спортом, следить за гигиеной, нормой питания, то вы будете здоровыми и долгоңителями. Профессор Мясников А. П. произвел учет изменений, происходящих за сутки в организме человека массой 70 кг. Перечень этих изменений:

Расщепляется: белков-120г.; жиров-70г.; углеводов-450г.

Выделяется: энергии-12,6 Дж.

Поглощается: кислорода-460 л.

Выделяется: углекислого газа-430 л.

Гибнет и заменяется: - эритроцитов-450 млрд.; лейкоцитов-22до30 млрд.; тромбоцитов- 270 до 430 млрд.

Гибнет и восстанавливается: клетки желудка и кишечника-50%; костных клеток скелета – 1/75; покровных клеток- 1/20.

А также:

Сердце проталкивает от 10 до 70 000 л. крови;

Предсердие и желудочки 86 400 раз;

Из желудка и кишечника всасывается 7-9 л. жидкости;

Совершается 23040 раз вдох и выдох;

Образуется и выводится из организма 1,5 л. мочи;

Образуется 20 г. кожного сала;

Испаряется через легкие 0,4 л. воды, а с потом выводится 0.5 л.

За 70 лет жизни человек употребляет:

Воды- 50 т.

Белков- 2,5 т.

Жиров- 2 т.

Углеводов- 10 т.

Поваренной соли- 0,2-0,3 т.

Раскроем особенности обмена воды, минеральных солей, белков, жиров и углеводов:

Обмен белков

Пищевые белки в процессе подготовительной стадии обмена веществ расщепляются изначально в желудке пепсином, а потом в двенадцатиперстной кишке – трипепсином, ферментом поджелудочной железы, до аминокислот. Аминокислоты через кровеносные капилляры ворсинок идут в печень. Тут избыточные аминокислоты теряют свой азот и преобразуются в углеводы и жиры. В клетках из аминокислот строятся белки тела. Белки входят в состав мембран, цитоплазмы, ядер клеток. Они являются ферментами, а также входят в состав антител. Белки принимают участие в транспортировке газов и в свертывание крови. Белки входят и в состав костей.

Обмен жиров

В органах пищеварения в период подготовительной фазы обмена жиры распадаются на жирные кислоты и глицерин. В эпителии кишечника синтезируется жир, который характерен для организма, и через лимфатическую систему идет в жировое депо и клетки, тут он применяется как строительный материал и запасное вещество.

Жиры выполняют в организме множество функций. В них растворяются некоторые витамины, они входят в состав клеточных мембран. Из жиров образуются биологически активные вещества и некоторые гормоны. В организме человека выполняют роль защиты.

Обмен углеводов

Сложные углеводы свой распад начинают в ротовой полости под воздействием ферментов слюны - амилазы. В двенадцатиперстной кишке под воздействием ферментов, которые выделяются поджелудочной железой, они расщепляются до глюкозы и иных простых углеводов. В тонкой кишке продукты распада кишечными ворсинками всасываются в кровь и идут в печень. Тут излишки сахаров задерживаются и преобразуются в гликоген и иные соединения, а оставшаяся часть глюкозы в нужном количестве идет в кровь и распределяется между клетками тела.

В организме, прежде всего, глюкоза есть источником энергии.

Как вы поняли, то печень далеко не последний орган принимающий участие в процессе обмена веществ, давайте посмотрим видео, в котором рассказывается, каким образом очистить ее от шлаков

Обмен воды

Вода - это универсальный растворитель. Все биохимические реакции, жизненные процессы происходят в водной среде. Внутренняя человеческая среда содержит до 90% воды. В организме вода либо химически связана с иными соединениями, либо содержит в себе органические вещества или растворенные минеральные соли.

Пищеварительные соки содержат воду. В жидкой среде осуществляется транспорт кислорода и питательных веществ. Продукты распада также выносятся водой. Таким образом, в организме поддерживается необходимый баланс между выделяемой и поступающей водой.

Обмен минеральных солей

Ни минеральные соли, ни вода, не есть источниками энергии, однако они нужны для осуществления основных функций организма. Минеральные соли содержатся в цитоплазме и клеточных ядрах, в жидкостях, которая образует внутреннюю среду, в пищеварительных соках и иных биологических жидкостях.

Обмен веществ зависит из многих условий и факторов: это правильное питание, занятие спортом, правильное распределение умственного и физического труда; от вредных для организма веществ: алкоголя, никотина, содержания в пище минеральных солей и витаминов. Об этом мы будем говорить на следующих уроках.

VI. Повторение изученной темы.

Сейчас мы с вами проведем небольшое исследование. Проверьте сами себя – поняли ли вы тот материал, о котором говорили сегодня на уроке.

Решите задачу.

На весы кладут мышь под металлическую сетку и весы уравновешивают. Животное активно передвигается по чашке, карабкается по сетке. Приблизительно по прошествии 30 минут после начала эксперимента чашка с мышью приподнялась вверх. По какой причине?

Правильный ответ: за счет выдыхания паров воды и углекислого газа теряется масса тела, которые образуются для получения энергии при расщеплении веществ пищи.

Объясните, по какой причине голодающий человек бывает слабым и худым?

Теперь же давайте закрепим наши знания:

Что такое обмен веществ?

Какой обмен называется пластическим?

Какие процессы здесь протекают?

Что такое энергетический обмен?

Какие вещества при этом образуются, и как они будут удаляться из организма? Какие системы будут участвовать при этом?

VII. Итог урока . Домашнее задание изучить параграф учебника, закончить задания в тетради.

Теперь, ребята, наш урок подходит к концу, и мне бы хотелось подвести итоги. Ещё раз вспомните, какие цели вы ставили перед собой на сегодняшний урок и проанализируйте, достигли ли вы этих целей. Итак, вопрос: каковы мои главные результаты, что я понял, чему научился на уроке.

Хотелось бы закончить наш урок словами: «Великие люди всегда были воздержанными в еде». Оноре де Бальзак

Спасибо всем за урок.

Обмен веществ краткая теория.

Обмен веществ (метаболизм)
Пластический обмен (анаболизм, ассимиляция)	Энергетический обмен (катаболизм, диссимиляция)
При пластическом обмене из простых веществ образуются (синтезируются) более сложные. При фотосинтезе из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза. В клетках человека из простых органических веществ синтезируются сложные органические вещества, например, из аминокислот – белки, из глюкозы – гликоген.	Энергетический обмен (распад, дыхание) – это когда сложные вещества распадаются (окисляются) до более простых, и при этом выделяется энергия , необходимая для жизнедеятельности
Пластический обмен обеспечивает клетку сложными органическими веществами (белками, жирами, углеводами, нуклеиновыми кислотами), в том числе белками-ферментами для энергетического обмена.	Энергетический обмен обеспечивает клетку энергией. При выполнении работы (умственной, мышечной и т.п.) энергетический обмен усиливается.
АТФ – универсальное энергетическое вещество клетки (универсальный аккумулятор энергии). Образуется в процессе энергетического обмена (окисления органических веществ).
При пластическом обмене все вещества синтезируются, а АТФ – распадается. При этом расходуется энергия АТФ (энергия АТФ переходит в энергию химических связей сложных веществ, запасается в этих веществах).	При энергетическом обмене все вещества распадаются или окисляются, а АТФ – синтезируется. При этом энергия химических связей распавшихся сложных веществ переходит в энергию АТФ , энергия запасается в АТФ .

Этапы энергетического обмена.

Подготовительный этап.
В пищеварительной системе (в лизосомах у одноклеточных животных) сложные органические вещества распадаются до более простых (белки до аминокислот, крахмал до глюкозы, жиры до глицерина и жирных кислот и т.п.). При этом выделяется энергия, которая рассеивается в форме тепла.
Бескислородный этап (гликолиз – бескислородное окисление глюкозы)
Происходит в цитоплазме , без участия кислорода (анаэробно). Глюкоза окисляется до двух молекул пировиноградной кислоты, при этом 60% энергии рассеивается в виде тепла, а 40% энергии расходуется на синтез 2 молекул АТФ.
Кислородный этап.
Происходит в митохондриях. ПВК окисляется кислородом до углекислого газа, также образуется вода и вся выделяющаяся энергия идет на синтез 36 молекул АТФ.
Брожение и кислородное дыхание
Брожение состоит из гликолиза (2 АТФ) и превращения ПВК в молочную кислоту или спирт + углекислый газ (0 АТФ). Итого 2 АТФ.
Кислородное дыхание состоит из гликолиза (2 АТФ) и окисления ПВК в митохондриях (36 АТФ). Итого 38 АТФ.

Тренировочные тесты

Обмен веществ и энергии. Стадии энергетического обмена.

А) более сложные углеводы синтезируются из менее сложных
Б) жиры превращаются в глицерин и жирные кислоты

А) ферментами
Б) молекулами белка
В) молекулами АТФ
Г) кислородом

3. Значение энергетического обмена в клеточном метаболизме состоит в том , что он обеспечивает реакции синтеза
А) ферментами
Б) витаминами
В) молекулами АТФ
Г) нуклеиновыми кислотами

В)расщепление глюкозы до ПВК и синтез 2 молекул АТФ;

Г)поступление ПВК в митохондрии;

Д)окисление ПВК и синтез 36 молекул АТФ

13.Установите соответствие между характеристикой и этапом энергетического обмена

Изменив немного тренировочные тесты можно легко составить проверочную работу.

Обмен веществ и энергии. Стадии энергетического обмена. 1 вариант.

1. В процессе пластического обмена
А) более сложные углеводы синтезируются из менее сложных
Б) жиры превращаются в глицерин и жирные кислоты
В) белки окисляются с образованием углекислого газа, воды, азотсодержащих веществ
Г) происходит освобождение энергии и синтез АТФ

2. Пластический обмен в клетках животных не может происходить без энергетического, так как энергетический обмен обеспечивает клетку
А) ферментами
Б) молекулами белка
В) молекулами АТФ
Г) кислородом

3. Значение энергетического обмена в клеточном метаболизме состоит в том, что он обеспечивает реакции синтеза
А) ферментами
Б) витаминами
В) молекулами АТФ
Г) нуклеиновыми кислотами

4. В процессе энергетического обмена, в отличие от пластического, происходит
А) расходование энергии, заключенной в молекулах АТФ
Б) запасание энергии в макроэргических связях молекул АТФ
В) обеспечение клеток белками и липидами
Г) обеспечение клеток углеводами и нуклеиновыми кислотами

5. При умственной работе в клетках мозга человека усиливается
А) образование гликогена
Б) накопление инсулина
В) энергетический обмен
Г) пластический обмен

6. Найдите соответствие

7. Каково значение пластического обмена в жизни живых организмов? Приведите примеры процессов.

Обмен веществ и энергии. Стадии энергетического обмена. 2 вариант.
1. Пластический обмен в клетке характеризуется
А) распадом органических веществ с освобождением энергии
Б) образованием органических веществ с накоплением в них энергии
В) всасыванием питательных веществ в кровь
Г) перевариванием пищи с образованием растворимых веществ

2. В результате кислородного этапа энергетического обмена в клетках синтезируются молекулы
А) белков
Б) глюкозы
В) АТФ
Г) ферментов

3. В процессе пластического обмена в клетках синтезируются молекулы
А) белков
Б) воды
В) АТФ
Г) неорганических веществ

4. В чем проявляется взаимосвязь пластического и энергетического обмена
А) пластический обмен поставляет органические вещества для энергетического
Б) энергетический обмен поставляет кислород для пластического
В) пластический обмен поставляет минеральные вещества для энергетического
Г) пластический обмен поставляет молекулы АТФ для энергетического

5. Какие реакции обмена веществ в клетке сопровождаются затратами энергии?
А) подготовительного этапа энергетического обмена
Б) молочнокислого брожения
В) окисления органических веществ
Г) пластического обмена

6.Установите соответствие между характеристикой и этапом энергетического обмена

7. Какое значение имеет энергетический обмен для пластического? Почему энергетический обмен протекает в 3 этапа?

Работа всех систем в организме непрерывна. В нём постоянно протекают сложные химические реакции, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность. Одним из самых важных процессов является обмен веществ и энергии, то есть метаболизм.

Именно благодаря ему, клетки сохраняют постоянство состава, растут, функционируют, а также обновляются. Процесс этот непростой и состоит из двух видов обмена - пластического и энергетического, которые, в свою очередь, имеют несколько стадий.

Вконтакте

Одноклассники

В организме непрерывно происходит как расщепление сложных веществ на более простые, так и синтез необходимых соединений из различных элементов. В результате первого типа реакций, который называется энергетическим обменом, или катаболизмом, тело человека получает необходимую для нормального функционирования энергию. Но её часть расходуется на создание новых соединений, которые нужны для жизнедеятельности. Такой процесс носит название пластического обмена, или анаболизма.

Энергетический обмен

Катаболизм , называемый также диссимиляцией , происходит вплоть до того момента, пока все питательные вещества, поступившие в организм, не расщепятся до углекислого газа, воды или других простых соединений, которые уже нельзя использовать.

Этот процесс аналогичен горению, ведь в его результате выделяются те же вещества. Но он происходит с куда большей скоростью и не нуждается в высоких температурах. Кроме того, важным отличием является то, что энергия не переходит в тепловую, чтобы безвозвратно рассеяться, а запасается для дальнейших нужд организма. Это делает процесс невероятно эффективным и уникальным.

Распад веществ для получения организмом энергии - это то, что характеризует энергетический обмен в клетке. Происходит он в несколько стадий:

подготовительная;
неполная (анаэробное дыхание);
аэробное дыхание.

Каждая из этих стадий имеет свои особенности и играет важную роль в метаболизме в целом. Далее будет более подробно рассказано про каждую из них.

Подготовительный этап

Единственная из стадий, которая протекает в желудочно-кишечном тракте. Она заключается в пищеварении, то есть распаде сложных органических соединений на простые. Распад у сложных организмов осуществляется под действием пищеварительных ферментов, а у одноклеточных - с помощью лизосом. При этом белки распадаются на аминокислоты, жиры - на алифатические карбоновые кислоты и глицерин, углеводы - на сахариды, нуклеиновые кислоты - на нуклеотиды .

При всех этих процессах дополнительно выделяется энергия в виде тепла, но не в самых больших количествах. Далее процессы происходят на клеточном уровне.

Анаэробное дыхание

Эта стадия называется также гликолизом применительно к царству животных, или брожением , если имеются в виду растения и микроорганизмы. Весь процесс происходит в цитоплазме клеток за счёт работы ферментов.

Он продолжает предыдущую стадию тем, что из моносахарида, коим является глюкоза, выделяются ещё более простые вещества - спирт и углекислый газ, а также кислоты.

Этот вид обмена универсален для всех организмов и используется даже в повседневной жизни. Поскольку он протекает и в бактериях, его широко применяют в пищевой промышленности: дрожжи производят этиловый спирт, кисломолочные бактерии - молочную кислоту, а животные клетки - пировиноградную. В некоторых микроорганизмах выделяется ацетон и этановая кислота.

При этом также выделяется энергия, часть которой запасается в двух молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), и некоторое количество рассеивается с выделением тепла. Но двух молекул АТФ недостаточно для полноценной работы организма, поэтому за анаэробным этапом последует кислородное расщепление.

Аэробное дыхание

Другие названия этого этапа - клеточное дыхание , или кислородное расщепление . Как видно из названия, процесс невозможен без кислорода, который выступает в роли окислителя продуктов распада глюкозы. Помимо кислорода, в работе участвует фосфорная кислота и аденозиндифосфат (АДФ). Под действием ферментов они без повышения температуры моментально сжигают органические вещества до углекислого газа и воды.

Благодаря окислению из одной молекулы вещества (образовавшиеся на предыдущем этапе молочная, пировиноградная кислоты и так далее) клетка получает 18 АТФ, каждая из которых служит мощным источником энергии. Этот этап происходит в митохондриях клетки и является самым важным во всём энергетическом обмене, так как обеспечивает клетку большим количеством АТФ.

Пластический обмен

Пластический обмен ещё называется анаболизмом, ассимиляцией и биосинтезом. Он является не менее важной составляющей метаболизма, ведь именно пластический обмен в клетке характеризуется синтезом новых веществ, что обеспечивает образование ферментов, гормонов, а также белков, липидов и других веществ, участвующих в построении клеток, межклеточного пространства и других составляющих организма. Так же, как и энергетический обмен, он является сложным и протекает во многих организмах. Далее будут приведены примеры и процессы пластического обмена.

, который свойственен растениям, а также некоторым бактериям. Они называются автотрофами, поскольку способны самостоятельно синтезировать необходимые для жизни органические вещества из неорганических соединений.
Хемосинтез протекает у бактерий, называемых хемотрофами. И они также могут обеспечивать себя необходимыми органическими соединениями. Для их жизнедеятельности не нужен кислород, они используют диоксид углерода.
Биосинтез белков осуществляется в живых организмах. К ним относятся и гетеротрофы, которые, в отличие от двух предыдущих упоминаемых форм, неспособны самостоятельно обеспечивать себя органическими веществами, а поэтому получают их с помощью других организмов.

Остановимся на этих процессах более подробно.

Процесс, без которого не была бы возможна жизнь на Земле. Многим формам жизни для дыхания нужен кислород взамен выдыхаемого ими в воздух углекислого газа. Этим важным веществом нас обеспечивают растения, в зелёных листьях которых содержатся хлоропласты. Их окружает пара мембран, поскольку внутри хлоропласта в цитоплазме содержатся ценные граны с собственными защитными оболочками. В этих стопках тилакоидов, в свою очередь, присутствует хлорофилл, отвечающий за цвет растения, но главное - делающий процесс фотосинтеза возможным.

Осуществляется он посредством соединения шести молекул углекислого газа с водой, в результате чего образуется глюкоза. Побочным продуктом реакции является жизненно необходимый кислород. Процесс возможен только на свету, при использовании солнечной энергии.

Хемосинтез

Хемосинтез протекает у микроорганизмов, также способных к самостоятельному преобразованию неорганических соединений в органические. К ним относятся:

Окисление углекислого газа происходит без участия кислорода, с использованием запасённой ранее энергии. Из диоксида углерода синтезируются органические вещества, необходимые для жизнедеятельности.

Биосинтез белков

Сложный процесс, направленный на разложение попадающих в организм белков на составляющие, из которых впоследствии синтезируются собственные уникальные белки. Состоит из двух стадий.

Транскрипция - процесс, состоящий из трёх этапов (образование транскрипта, процессинг, сплайсинг), которые происходят в ядре клетки. Они направлены на создание информационной РНК (иРНК) из ДНК. В результате новый полимер полностью копирует небольшой участок нити ДНК с той разницей, что тимину в нём эквивалентен урацил.

Трансляция - перенос информации с синтезированной на предыдущем этапе молекулы РНК на строящийся полипептид с указаниями о его будущей структуре. Процесс происходит на рибосомах, расположенных в цитоплазме клетки. Они имеют овальную форму и состоят из частей, которые могут соединяться только при наличии иРНК. Сам перенос информации осуществляется в несколько этапов.

Итак, все вещества, поступающие в живой организм, распределяются в нём так, чтобы приносить ему пользу. Сложные распадаются с выделением энергии, необходимой для дальнейшей жизнедеятельности (например, выполнение физической или умственной работы человеком), запасаемой в АТФ. А из простых веществ организм синтезирует новые соединения с использованием энергии, накопившейся в универсальном источнике - молекуле той самой АТФ. При этом энергия не расходуется безвозвратно - она запасается в новых соединениях.

Диссимиляция и ассимиляция в корне отличаются друг от друга, но при этом они неразрывно связаны. Ведь именно катаболизм даёт энергию, без которой невозможен анаболизм, то есть синтез необходимых организму веществ. Вот почему эти два процесса являются очень важными.

Обмен веществ (метаболизм) – это совокупность взаимосвязанных процессов синтеза и расщепления химических веществ, происходящих в организме. Биологи разделяют его

Слайд 19

на пластический (анаболизм ) и энергетический обмены (катаболизм ), которые связаны между собой. Все синтетические процессы нуждаются в веществах и энергии, поставляемых процессами расщепления. Процессы расщепления катализируются ферментами, синтезирующимися в ходе пластического обмена, с использованием продуктов и энергии энергетического обмена.

Для отдельных процессов, происходящих в организмах, используются следующие термины:

Слайд 20

Живые существа для своей жизнедеятельности используют световую и химическую энергию. Зеленые растения – автотрофы ,– синтезируют органические соединения в процессе фотосинтеза, используя энергию солнечного света. Источником углерода для них является углекислый газ. Многие автотрофные прокариоты добывают энергию в процессе хемосинтеза – окисления неорганических соединений. Для них источником энергии могут быть соединения серы, азота, углерода. Гетеротрофы используют органические источники углерода, т.е. питаются готовыми органическими веществами. Среди растений могут встречаться те, которые питаются смешанным способом (миксотрофно ) – росянка, венерина мухоловка или даже гетеротроф– но – раффлезия. Из представителей одноклеточных животных миксотрофами считаются эвглены зеленые.

Слайд 21

Ферменты, их химическая природа, роль в метаболизме .

Ферменты – это всегда специфические белки – катализаторы. Термин «специфические» означает, что объект, по отношению к которому этот термин употребляется, имеет неповторимые особенности, свойства, характеристики. Каждый фермент обладает такими особенностями, потому что, как правило, катализирует определенный вид реакций. Ни одна биохимическая реакция в организме не происходит без участия ферментов. Особенности специфичности молекулы фермента объясняются ее строением и свойствами. В молекуле фермента есть активный центр, пространственная конфигурация которого соответствует пространственной конфигурации веществ, с которыми фермент взаимодействует. Узнав свой субстрат, фермент взаимодействует с ним и ускоряет его превращение.

Слайд 22

Энергетический обмен в клетке (диссимиляция)

Слайд 23

Второй этап – бескислородный (гликолиз ). Его биологический смысл заключается в начале постепенного расщепления и окисления глюкозы с накоплением энергии в виде 2 молекул АТФ. Гликолиз происходит в цитоплазме клеток. Он состоит из нескольких последовательных реакций превращения молекулы глюкозы в две молекулы пировиноградной кислоты (пирувата) и две молекулы АТФ, в виде которой запасается часть энергии, выделившейся при гликолизе: С 6 Н 12 O 6 + 2АДФ + 2Ф > 2С 3 Н 4 O 3 + 2АТФ. Остальная энергия рассеивается в виде тепла.

Энергии, накопленной при гликолизе, слишком мало для организмов, использующих кислород для своего дыхания. Вот почему в мышцах животных, в том числе и у человека, при больших нагрузках и нехватке кислорода образуется молочная кислота (С 3 Н 6 O 3), которая накапливается в виде лактата. Появляется боль в мышцах. У нетренированных людей это происходит быстрее, чем у людей тренированных.

Слайд 24

Суммарная реакция энергетического обмена:

С 6 Н 12 O 6 + 6O 2 > 6СO 2 + 6Н 2 O + 38АТФ.

Слайд 25

Фотосинтез и хемосинтез

Все живые существа нуждаются в пище и питательных веществах. Питаясь, они используют энергию, запасенную, прежде всего, в органических соединениях – белках, жирах, углеводах. Гетеротрофные организмы, как уже говорилось, используют пищу растительного и животного происхождения, уже содержащую органические соединения. Растения же создают органические вещества в процессе фотосинтеза. Исследования в области фотосинтеза начались в 1630 г. экспериментами голландца ван Гельмонта. Он доказал, что растения получают органические вещества не из почвы, а создают их самостоятельно. Джозеф Пристли в 1771 г. доказал «исправление» воздуха растениями. Помещенные под стеклянный колпак они поглощали углекислый газ, выделяемый тлеющей лучиной. Исследования продолжались, и в настоящее время установлено, что фотосинтез – это процесс образования органических соединений из диоксида углерода (СО 2) и воды с использованием энергии света и проходящий в хлоропластах зеленых растений и зеленых пигментах некоторых фотосинтезирующих бактерий.

Хлоропласты и складки цитоплазматической мембраны прокариот содержат зеленый пигмент – хлорофилл .

Молекула хлорофилла способна возбуждаться под действием солнечного света и отдавать свои электроны и перемещать их на более высокие энергетические уровни. Этот процесс можно сравнить с подброшенным вверх мячом. Поднимаясь, мяч запасается потенциальной энергией; падая, он теряет ее. Электроны не падают обратно, а подхватываются переносчиками электронов (НАДФ + – никотинамиддифосфат ). При этом энергия, накопленная ими ранее, частично расходуется на образование АТФ. Продолжая сравнение с подброшенным мячом, можно сказать, что мяч, падая, нагревает окружающее пространство, а часть энергии падающих электронов запасается в виде АТФ.

Слайд 26

Процесс фотосинтеза подразделяется на реакции, вызываемые светом, и реакции, связанные с фиксацией углерода. Их называют световой и темновой фазами.

Слайд 27

Реакции, вызываемые светом, происходят на фотосинтетических мембранах гран хлоропластов:

1) возбуждение электронов хлорофилла квантами света и их переход на более высокий энергетический уровень;

2) восстановление акцепторов электронов – НАДФ + до НАДФ Н

2Н + + 4е - + НАДФ + > НАДФ Н;

3) фотолиз воды , происходящий при участии квантов света: 2Н 2 О > 4Н + + 4е - + О 2 .

Слайд 28

«Темновая фаза» – процесс преобразования СО 2 в глюкозу в строме (пространстве между гранами) хлоропластов с использованием энергии АТФ и НАДФ Н.

Слайд 29

Суммарное уравнение фотосинтеза -

Слайд 30

Значение фотосинтеза .