Значение питательных веществ
Во всех живущих ныне организмах, от самых примитивных до самого сложного - человеческого организма, - обмен веществ и энергии - основа жизни.
В организме человека, в его органах, тканях, клетках идет непрерывный процесс созидания, образования сложных веществ. Одновременно с этим происходит распад, разрушение сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма.
Работа органов сопровождается непрерывным их обновлением: одни клетки погибают, другие их заменяют. У взрослого человека в течение суток гибнет и заменяется 1/20 кожного эпителия, половина всех клеток эпителия пищеварительного тракта, около 25 г крови и т. д.
Рост, обновление клеток организма возможны только в том случае, если в организм непрерывно поступают кислород и питательные вещества. Питательные вещества - тот строительный, пластический материал, из которого строится живое.
Для построения новых клеток организма, их непрерывного обновления, для работы таких органов, как сердце, желудочно-кишечный тракт, дыхательный аппарат, почки и т. д., а также для совершения человеком работы нужна энергия. Эту энергию организм получает при распаде веществ клеток в процессе обмена веществ.
Таким образом, питательные вещества, поступающие в организм, служат не только пластическим, строительным материалом, но и источником энергии, так необходимой для жизни.
Под обменом веществ понимают совокупность изменений, которые претерпевают вещества от момента их поступления в пищеварительный тракт до образования конечных продуктов распада, выделяемых из организма.
Ассимиляция и диссимиляция
Обмен веществ представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции. В результате процесса ассимиляции сравнительно простые продукты пищеварения, поступая в клетки, подвергаются химическим превращениям с участием ферментов и уподобляются необходимым организму веществам. Диссимиляция - распад сложных органических веществ, входящих в состав клеток организма. Часть продуктов распада вновь используется организмом, часть выводится из организма наружу.
Процесс диссимиляции также идет при участии ферментов. Во время диссимиляции высвобождается энергия. Именно за счет этой энергии строятся новые клетки, обновляются старые, функционирует сердце человека, совершается умственная и физическая работа.
Процессы ассимиляции и диссимиляции неотделимы друг от друга. При усилении процесса ассимиляции, особенно при росте молодого организма, усиливается и процесс диссимиляции.
Превращение веществ
Химические превращения пищевых веществ начинаются в пищеварительном тракте. Здесь сложные белки, жиры и углеводы расщепляются до более простых, способных всосаться через слизистую оболочку кишечника и стать строительным материалом в процессе ассимиляции. В пищеварительном тракте при переваривании высвобождается незначительное количество энергии. Вещества, поступившие в результате всасывания в кровь и лимфу, приносятся в клетки, где и претерпевают основные изменения. Образовавшиеся сложные органические вещества входят в состав клеток и принимают участие в осуществлении их функций. Энергия, освободившаяся при распаде веществ клеток, используется для жизнедеятельности организма. Не использованные организмом продукты обмена различных органов и тканей выделяются из него.
Роль ферментов во внутриклеточном обмене
Основные процессы превращения веществ совершаются внутри клеток нашего тела. Эти процессы лежат в основе внутриклеточного обмена. Решающая роль во внутриклеточном обмене принадлежит многочисленным ферментам клетки. Благодаря их деятельности с веществами клетки происходят сложные превращения, разрываются внутримолекулярные химические связи в них, что приводит к высвобождению энергии. Особое значение здесь приобретают реакции окисления и восстановления. Конечные продукты процессов окисления в клетке - углекислый газ и вода. При участии специальных ферментов осуществляются и другие типы химических реакций в клетке.
Освобождающаяся при этих реакциях энергия используется для построения новых веществ в клетке, для поддержания процессов жизнедеятельности организма. Основным аккумулятором и переносчиком энергии, используемой при многих синтетических процессах, является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ). В молекуле АТФ содержатся три остатка фосфорной кислоты. АТФ используется во всех реакциях обмена, требующих затраты энергии. В молекуле АТФ при этом разрывается химическая связь с одним или двумя остатками фосфорной кислоты, освобождая запасенную энергию (отщепление одного остатка фосфорной кислоты приводит к освобождению около 42 000 дж на 1 грамм-молекулу).
Научные теории происхождения жизни на Земле.
Согласно гипотезе панспермии, жизнь занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путём намеренного заселения планеты разумными пришельцами из других миров. Прямых свидетельств в пользу космического происхождения жизни нет. Космос, однако, наряду с вулканами мог быть источником низкомолекулярных органических соединений, раствор которых послужил средой для развития жизни.
Согласно второй гипотезе, жизнь возникла на Земле, когда сложилась благоприятная совокупность физических и химических условий, сделавших возможным абиогенное образование органических веществ из неорганических.
В середине прошлого столетия Л. Пастер окончательно доказал невозможность самозарождения жизни в теперешних условиях. Опарин и Холдейн предположили, что в условиях, имевших место на планете несколько миллиардов лет назад, образование живого вещества было возможно. К таким условиям они относили наличие атмосферы восстановительного типа, воды, источников энергии, приемлемой температуры, а также отсутствие других живых существ.
Научное определение сущности жизни. Свойства живого. Уровни организации живого.
Первое научное определение жизни дал Фридрих Энгельс «Диалектика природы» 1898г. Жизнь есть способ существования белковых молекул, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей средой. С прекращением обмена веществ прекращается жизнь.
Свойства живого.
Самовоспроизведение
Самообновление
Саморегуляция
Целостность и дискретность
Обмен веществ - это процессы ассимиляции и диссимиляции.
Наследственность-это свойство живых организмов передавать свои признаки потомкам.
Изменчивость-это свойство изменяться под влиянием окружающей среды.
Движение-свойство перемещаться в пространстве.
Раздражимость-свойство отвечать различными реакциями на воздействия окружающей среды.
Уровни организации живого:
Микробиосистема:(-молекулярный –субклеточный –клеточный)
Мезобиосистема:(-тканевой –органный –организменный)
Макробиосистема:(-популяционно-видовой –биогеоценотический –биосферный)
Обмен веществ. Понятие ассимиляции и диссимиляции. Виды обмена веществ.
Обмен веществ - это совокупность химических превращений, обеспечивающих рост, жизнедеятельность, воспроизведение в живых организмах.
Ассимиляция (пластический обмен или анаболизм) -это эндотермический процесс синтеза высокомолекулярных органических веществ, сопровождающийся поглощением энергии. Происходит в цитоплазме.
Диссимиляция (энергетический обмен или катаболизм) - выделяется энергия. Распад веществ в клетке до простых, неспецифичных соединений. Начинается в цитоплазме, а заканчивается в митохондриях.
Виды обмена веществ:
Белковый
Углеводный
Подобна сложнейшему комбинату. Для протекания химических процессов в ней необходим постоянный обмен веществами и энергией между клеткой и окружающей средой.
Через плазматическую мембрану внутрь клетки непрерывно поступают белки, жиры, углеводы, и микроэлементы. Получаемые извне питательные вещества расходуются на синтез соединений, нужных , и построение клеточных структур. Но для любого синтеза необходима энергия.
Весь набор реакций биосинтеза веществ в клетке получил пластического обмена (ассимиляции, ). Особенно интенсивно он в развивающихся, растущих клетках.
Фотосинтез и биосинтез белка – важнейшие примеры реакций ассимиляции.
Наряду с процессами синтеза в клетках постоянно происходит распад запасенных органических веществ. При участии ферментов молекулы этих веществ расщепляются до более простых соединений, и при этом высвобождается энергия. Наиболее часто она запасается в виде АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты, используемой далее для нужд клетки, и в том числе реакций биосинтеза.
Ассимиляция и диссимиляция – две стороны метаболизма
Процессы анаболизма и катаболизма тесно связаны между собой и не могут протекать друг без друга, ведь в первом случае происходит образование веществ с затратами энергии, а во втором – распад веществ с выделением и запасанием энергии. Если не синтезировать новые органические вещества, то и распадаться будет нечему, а в случае прекращения реакций распада и синтез станет невозможным из-за нехватки энергии. Поэтому реакции ассимиляции и диссимиляции – две единого процесса – метаболизма.
Реакции пластического и энергетического обмена всегда строго сбалансированы и скоординированы. Нарушение такого баланса приводит к заболеваниям как отдельных клеток, так и всего организма в целом.
При каких условиях протекают реакции метаболизма в клетке
Реакции метаболизма протекают при умеренных температурах, малых колебаниях . Вне живых организмов такие реакции были бы или вообще невозможны, или протекали бы очень медленно. Высокая скорость реакций в живых организмах обусловливается участием в них ферментов-катализаторов.
Благодаря высокой активности ферментов их требуется очень мало для обеспечения достаточной скорости метаболических процессов. Но поскольку они действуют избирательно, клетке требуется очень много различных видов ферментов.
Обмен веществ и его типы
Он обеспечивает постоянство внутренней среды организма в изменяющихся условиях существования – гомеостаз . Обмен веществ слагается из двух взаимосвязанных и взаимопротивоположных процессов. Это процессы диссимиляции , в которых происходит расщепление органических веществ и выделенная энергия используется для синтеза молекул АТФ, и процессы ассимиляции, в которых энергия АТФ используется для синтеза собственных, необходимых организму соединений.
Процессы диссимиляции называют, также, катаболизмом и энергетическим обменом . А процессы ассимиляции носят еще названия анаболизма и пластического обмена . Такое обилие синонимов одного и того же понятия возникло потому, что реакции обмена веществ изучали ученые различных специальностей:
- биохимики,
- физиологи,
- цитологии,
- генетики,
- молекулярные биологи.
Но все названия и термины прижились и активно используются учеными.
Формы поступления энергии в живые организмы
Для всех живых организмов Земли Солнце является основным источником энергии. Именно благодаря ему организмы удовлетворяют свои энергетические потребности.
Организмы, которые могут синтезировать органические соединения из неорганических, называются автотрофами. Они разделяются на две группы. Одни способны использовать энергию солнечного света. Это – фотосинтетики или фототрофы. В основном это - зеленые растения, цианобактерии (сине-зеленые водоросли).
Другая группа автотрофов использует энергию, которая освобождается во время химических реакций. Такие организмы называются хемотрофами или хемосинтетиками.
Грибы, большая часть животных и бактерий не могут сами синтезировать органические вещества. Такие организмы называются гетеротрофами. Для них источником энергии служат органические соединения, синтезированные автотрофами. Энергия используется живыми организмами для химических, механических, тепловых и электрических процессов.
Подготовительный этап энергетического обмена
Энергетический обмен принято условно разделять на три основных этапа. Первый этап назвали подготовительным. На этом этапе макромолекулы под воздействием ферментов расщепляются до мономеров. В ходе реакций происходит выделение довольно незначительного количества энергии, которое рассеивается в виде тепла.
Бескислородный этап энергетического обмена
Бескислородный (анаэробный) этап энергетического обмена происходит в клетках. Мономеры, которые образовались на предыдущем этапе (глюкоза, глицерин и т.п.), подвергаются дальнейшему многоступенчатому расщеплению без доступа кислорода. Главным на этом этапе является процесс расщепления молекулы глюкозы на молекулы пировиноградной или молочной кислоты с образованием двух молекул АТФ.
$C_6H_{12}O_6 + 2H_3PO_4 + 2АДФ → 2C_3H_6O_3 + 2АТФ + 2H_2O$
В ходе этой реакции (реакция гликолиза) выделяется около $200$ кДж энергии. Однако она не вся превращается в тепло. Часть ее используется для синтеза двух, богатых на энергию (макроэргических), фосфатных связей в молекулах АТФ. Глюкоза также расщепляется в ходе спиртового брожения.
$C_6H_{12}O_6 + 2H_3PO_4 + 2АДФ → 2C_2H_5OH + 2CO_2 + 2АТФ + 2H_2O$
Кроме спиртового существуют еще такие виды бескислородного брожения, как маслянокислое и молочнокислое.
Кислородный этап энергетического обмена
На этом этапе соединения, образованные на бескислородном этапе, окисляются до конечных продуктов реакции – углекислого газа и воды. Английский биохимик Адольф Кребс в $1937$ году открыл последовательность превращений органических кислот в матриксе митохондрий. В его честь совокупность этих реакций назвали циклом Кребса.
Замечание 1
Полное окисление молекул молочной или пировиноградной кислоты, образованных в ходе анаэробного процесса, до углекислого газа и воды сопровождается выделением $2800$ кДЖ энергии. Этого количества хватит на синтез $36$ молекул АТФ (в $18$ раз больше, чем на предыдущем этапе).
Суммарное уравнение кислородного этапа энергетического обмена выглядит так:
$2C_3H_6O_3 + 6O_2 + 36АДФ + 36H_3PO_4 → 6CO_2 + 42H_2O + 36АТФ$
Подводя общий итог, можно записать суммарное уравнение энергетического обмена:
$C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 38АДФ + 38H_3PO_4 → 6CO_2 + 44H_2O + 38АТФ$
На завершающей стадии происходит выведение продуктов метаболизма из организма.
ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА
Тема: Ассимиляция и диссимиляция. Метаболизм.
ФИО Муратова Гульназ Раушановна
Место работы МБОУ «Нижнебишевская СОШ»
Должность учитель биологии
Предмет биология
6. Базовый учебник Биология. Введение в общую биологию и экологию. 9 класс: учеб. для общеобразовательных учреждений / А.А. Каменский,Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник.- 11-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2010
Цель урока:
Познакомить учащихся с понятием «обмен веществ в организме», ассимиляция, диссимиляция, метаболизм.
Задачи урока:
Образовательные: конкретизировать знания об обмене веществ (метаболизме) как свойстве живых организмов, познакомить с двумя сторонами обмена, выявить общие закономерности метаболизма; установить связь пластического и энергетического обмена на разных уровнях организации живого и их связь с окружающей средой.
Развивающие:формировать умение выделять сущность процесса в изучаемом материале; обобщать и сравнивать, делать выводы; работать с текстом, схемами, другими источниками;
реализация творческого потенциала учащихся, развитие самостоятельности.
Воспитательные: используя приобретенные знания, понимать перспективы практического использования фотосинтез; понимать влияние обмена веществ на сохранение и укрепление здоровья.
Оборудование: компьютер, проектор, презентация.
Тип урока: изучение нового материала.
Формы работы учащихся: самостоятельная работа с учебником, индивидуальная работа у доски, фронтальная работа.
Ход урока
Организационный момент.
II . Повторение материала
Проверка правильности заполнения таблицы «Сравнение строения клеток эукариот и прокариот». (Ответ учащегося у доски.)
Фронтальная беседа по вопросам:
Какую роль выполняет спора у прокариот? Чем она отличается от спор эукариот?
Сравнивая строение и процессы жизнедеятельности эукариот и прокариот, выделите признаки, позволяющие предположить, какие клетки исторически более древние, а какие - более молодые.
Что такое ферменты? Какова их роль в организме?
Что такое обмен веществ? Приведите примеры обмена веществ в организме.
III. Изучение нового материала .
Задание: сравните два определения, найдите, есть ли в них отличие или они сходны. Чем вы это можете объяснить?
Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных процессов – анаболизма и катаболизма.
1. В ходе ассимиляции происходит биосинтез сложных молекул из простых молекул-предшественников или из молекул веществ, поступивших из внешней среды.
2. Важнейшими процессами ассимиляции являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойственный всем организмам) и синтез углеводов (только у растений, некоторых бактерий и цианобактерий).
3. В процессе ассимиляции при образовании сложных молекул идет накопление энергии, главным образом в виде химических связей.
1. При разрыве химических связей в молекулах органических соединений энергия высвобождается и запасается в виде АТФ.
2. Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, а у прокариот – в цитоплазме, на мембранных структурах.
3. Диссимиляция обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией.
Всем живым клеткам постоянно нужна энергия, необходимая для протекания в них различных биологических и химических реакций. Одни организмы для этих реакций используют энергию солнечного света (при фотосинтезе), другие – энергию химических связей органических веществ, поступающих с пищей. Извлечение энергии из пищевых веществ осуществляется в клетке путем их расщепления и окисления кислородом, поступающим в процессе дыхания. Поэтому этот процесс называют биологическим окислением , или клеточным дыханием .
Биологическое окисление с участием кислорода называют аэробным , без кислорода – анаэробным . Процесс биологического окисления идет многоступенчато. При этом в клетке происходит накопление энергии в виде молекул АТФ и других органических соединений.
IV. Закрепление изученного материала.
Что такое ассимиляция? Приведите примеры реакций синтеза в клетке.
Что такое диссимиляция? Приведите примеры реакций распада в клетке.
Докажите, что ассимиляция и диссимиляция - две стороны единого процесса обмена веществ и энергии - метаболизма.
Задание. Установите соответствие между процессами, протекающими в клетках организмов, и их принадлежностью к ассимиляции или диссимиляции:
| Процессы, протекающие в клетках | Обмен веществ |
|
| 1. Испарение воды 2. Дыхание 3. Расщепление жиров 4. Биосинтез белков 5. Фотосинтез 6. Расщепление белков | 7.Расщепление 8. Биосинтез жиров 9.Синтез 10. Хемосинтез | А – ассимиляция Б – диссимиляция |
Ответ: 1 – Б, 2 – Б, 3 – Б, 4 – А, 5 – А, 6 – Б, 7 – Б, 8 – А, 9 – А, 10 – А.
Домашнее задание: Изучить § 2.8 «Ассимиляция и диссимиляция. Метаболизм», ответить на вопросы в конце параграфа, повторить § 1.7.
