Глава VI. Обмен веществ и энергии

Под действием биологических катализаторов (ферментов) из соединений (компонентов пищи), поступающих в организм, образуются новые вещества, из которых строятся его клетки. Так осуществляется процесс ассимиляции (анаболизма) - усвоения необходимых для организма веществ и превращения их в соединения, аналогичные компонентам этого организма и необходимые для его жизнедеятельности.

Одновременно с процессом ассимиляции в организме происходит и процесс диссимиляции (катаболизма), при котором образованные и накопленные при ассимиляции сложные органические соединения также ферментативно разлагаются до более простых соединений или конечных продуктов с постепенным высвобождением энергии, чаще всего в виде АТФ, которая используется для разнообразных процессов жизнедеятельности, в том числе для синтеза новых соединений.

Ассимиляция и диссимиляция, хотя и противоположные по результатам процессы, в основе своей тесно взаимосвязаны и взаимообусловлены. Взаимосвязь их обнаруживается в расходовании на биосинтез веществ (ассимиляцию) той энергии, которая освобождается в процессе диссимиляции. Без этой энергии не могут образовываться и продукты распада белков, жиров и углеводов, необходимые для биосинтеза. С другой стороны, ассимиляция обусловливает накопление в организме соответствующего энергетического материала. Эти процессы являются важнейшими звеньями метаболизма - совокупности процессов биохимических превращений веществ и энергии в живых организмах, обмена веществ.

Ассимиляцию называют также обменом пластических, питательных веществ, а диссимиляцию - энергетическим обменом. Для ассимиляции у зеленых растений используется энергия поглощенных световых лучей, у микроорганизмов-хемосинтетиков - энергия, выделяемая при окислении ими разных неорганических веществ.

АТФ - универсальный источник энергии в клетке. В организме человека, животных, большинства, микроорганизмов необходимая энергия образуется в реакциях катаболизма при дыхании или брожении. Эта энергия, прежде чем превратиться в какую-нибудь другую форму (механическую, осмотическую), переходит в особую форму химической энергии - энергию макроэргических связей молекул аденозинтрифосфорной кислоты. У большинства организмов энергия, выделяемая во время одной ферментативной реакции, является звеном «каталитического конвейера» - каскадного процесса освобождения энергии. Аккумуляция и транспорт энергии осуществляются с помощью одного и универсального для всех организмов источника энергии функциональной деятельности клетки - АТФ.

Основные вещества, из которых клетка черпает энергию в АТФ, - широко распространенные моносахариды, в первую очередь глюкоза. Среди многих способов распада глюкозы важную роль играют два тесно связанных между собой процесса, базирующихся на анаэробном расщеплении субстрата, - гликолиз и разные типы брожения продуктов гликолиза.

Источник---

Богданова, Т.Л. Справочник по биологии/ Т.Л. Богданова [и д.р.]. – К.: Наукова думка, 1985.- 585 с.

Ассимиляция в биологии - это процесс, который играет важную роль в пищеварительной системе живого организма. Что же это такое? Допустим, вы сегодня съели еду, чтобы получить определенную энергию. Но вы когда-нибудь задумывались о том, как пища попадает из тарелки в клетки? После того как вы что-то съели, ваш организм начинает расщеплять пищу во время пищеварения, поглощает питательные вещества и распределяет их по клеткам во время ассимиляции, где они используются для роста и восстановления.

Что происходит после еды?

Чтобы понять, что такое усвоение пищи и ассимиляция в биологии, давайте сначала посмотрим, как мы перевариваем обычную еду. Возьмем такой пример, как чизбургер. Во время жевания происходит вымачивание, измельчение и превращение еды в болюс, который затем перемещается через пищевод в желудок, где уже сильные кислоты и ферменты разбивают его на части.

Углеводы и белки (булочка и мясо) начинают перевариваться раньше всех. Далее в тонком кишечнике жиры (сыр) начинают разрушаться до их отдельных компонентов, называемых жирными кислотами. На данный момент переваривание чизбургера завершено. Теперь пришло время, чтобы усвоить питательные вещества, поступившие в ваш организм.

Усвоение питательных веществ

Усвоение питательных веществ осуществляется в тонком кишечнике, который снабжен мелкими выступами, которые называются микроворсинками. Эти важные клетки принимают питательные вещества из кишечника и перекачивают его в кровь, которая доставляет их к телу. Чтобы понять этот процесс, давайте посмотрим на то, как конкретно усваиваются углеводы.

К тому времени, как углеводы, содержащиеся в булочке гамбургера, достигают тонкого кишечника, они разбиваются на сахар, известный как глюкоза. Микроворсинки содержат небольшие насосы, которые высасывают ее из просвета кишечника, и перемещают в его эпителиальные клетки. Однако, чтобы сахар поступил к остальной части тела, он должен войти в поток крови. Другая сторона кишечных эпителиальных клеток имеет еще один насос, который направляет глюкозу в кровеносные сосуды, которые окружают кишечник.

Слишком много глюкозы в крови может вызвать серьезные проблемы, поэтому часть ее доставляется в печень для хранения. Клетки этого жизненно важного органа хранят избыток сахара в виде гликогена. Оттуда глюкоза доставляется ко всем клеткам в организме, которые используют ее для создания клеточной энергии, или АТФ, необходимой для удовлетворения всех потребностей клеток и организма в целом. Питательные вещества - это не единственное, что необходимо для того, чтобы тело продолжало оставаться здоровым. Очень важным является достаточное употребление воды.

Ассимиляция в биологии - это что?

Биологическое усвоение представляет собой сочетание двух процессов, во время которых в клетки поставляются питательные вещества. Первый включает в себя поглощение витаминов, минералов и других химических веществ из пищи. В организме человека это делается с помощью физического (пероральное жевание и желудочное вспенивание) и химического распада (ферментов и кислот). Второй процесс, который называется биоассимиляцией, является химическим изменением веществ в крови, печени или клеточных выделениях.

Ассимиляция и диссимиляция в биологии

Диссимиляцией в биологии называют процесс распада органических соединений (белков, жиров, углеводов и т. д.) на простые вещества. Единство ассимиляции и диссимиляции обеспечивает обмен вещества и энергии, которая является краеугольным камнем жизнедеятельности и обеспечивает непрерывность обновления органического вещества в течение всего жизненного цикла организма.

Диссимиляция в растительных и животных организмах

Диссимиляция в растениях занимает центральное место в метаболизме целого ряда процессов, в том числе дыхания и гликолиза. Высвобождение энергии и используемый результат этих процессов необходим для существования жизненно важных признаков. Среди конечных продуктов диссимиляции лидирующие позиции занимают вода, газообразный диоксид углерода и аммиак.

Если у животных эти продукты в процессе накопления выделяются снаружи, то у растений углекислый газ (не в полной мере) и аммиак применяются для биосинтеза органики и являются исходным материалом для усвоения. Интенсивность процессов диссимиляции у растений изменяется в зависимости от стадии онтогенеза организма и зависит от некоторых других факторов.

Примеры биологической ассимиляции

Основным источником энергии для всего живого на планете является солнечное излучение. Все организмы, обитающие на Земле, могут быть разделены на автотрофные и гетеротрофные. Первая группа - это преимущественно зеленые растения, способные преобразовывать лучистую энергию от солнца и путем фотосинтеза получать органические соединения из неорганических веществ.

Остальные живые организмы, не считая некоторых микроорганизмов, способных получать энергию с помощью средств от химических реакций, усваивают уже сформированное органическое вещество и используют его в качестве источника энергии или в качестве структурного материала для создания органов. Время, когда происходит самая активная и интенсивная ассимиляция в биологии, - это молодой возраст у животных и вегетационный период у растений.

Метаболизм: единство двух процессов

Метаболизм представляет собой единство двух процессов: ассимиляции и диссимиляции. Усвоение является суммой всех процессов создания живой материи: поглощение клеткой веществ, поступающих в организм из окружающей среды, формирование более сложных химических соединений из более простых и так далее. Ассимиляция в биологии - это процесс, в котором клетки, использующие различные материалы, превращаются в живую материю. Диссимиляция - это разрушение живой материи, распад, расщепление веществ в клеточных структурах, в частности в белковых соединениях. Ассимиляция (примеры в природе - это фотосинтез, фиксация азота из почвы, поглощение питательных веществ при пищеварении) и диссимиляция неразрывно связаны между собой. Усвоение сопровождается увеличением процессов разрушения, которые, в свою очередь, подготавливают почву для ассимиляции.

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:

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.

Метаболизмом также называют совокупность всех химических реакций, которые протекают в организме. Ассимиляцией обозначают комплекс всех процессов, протекающих в клетках и во всем организме, при которых происходит накопление энергии. Диссимиляция - окислительные процессы, освобождающие энергию. Ассимиляция и диссимиляция, метаболизм проходят по определенным правилам.

Ассимиляция и диссимиляция, метаболизм: характеристика процессов

Это закономерный процесс превращения веществ и энергии в живых организмах, который направлен на их сохранение и самовоспроизведение.

Из внешней среды с пищей поступают в организм питательные вещества. Эти вещества подвергаются изменениям в организме, после чего часть из них превращается в вещества самого организма. В этом суть процесса ассимиляции. Тесно взаимодействует с процессом ассимиляции процесс диссимиляции, который является обратным ему. Вещества живого организма с различной скоростью расщепляются. При этом выделяется энергия. Продукты распада, возникшие при разложении, выводятся из организма. Их замещают ассимилированные соединения.

Эти процессы ассимиляции и диссимиляции и, соответственно, метаболизма образуют отлично отрегулированную систему. Она сложилась в результате долгого периода эволюции.

Проблемы метаболизма

Проблемы накопления и освобождения энергии, метаболизма приводят к заболеваниям разной сложности. В норме метаболизм находится в равновесии процессов ассимиляции и диссимиляции. Иногда это равновесие утрачивается. Когда в организме преобладают процессы ассимиляции, человек поправляется. При преобладании процессов диссимиляции - худеет. Существует много способов восстановления метаболизма организма.

1. небольшими порциями.
2. Употребление в пищу веществ, которые ускоряют обменные процессы. Это обезжиренные молочные продукты, рыба, обезжиренное мясо, каши, растительные жиры, фрукты, овощи, шоколад, кофе, чай. Важно употреблять достаточное количество воды.
3. Увеличение физических нагрузок.
4. Курсы профилактического массажа.
5. Посещение финской сауны, русской бани.
6. Контрастный душ утром и вечером.
7. Полноценный сон.
8. Продолжительное пребывание на свежем воздухе.
9. Избегание нервно-психических нагрузок, стрессов.

Метаболизм, включающий в себя ассимиляцию и диссимиляцию, играет очень важную роль в жизнедеятельности организма. При его нарушении возникают серьезные проблемы со здоровьем. Так, нормализовать вес тела часто невозможно без нормализации обмена веществ и урегулирования всех его процессов.

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).