Схема фотосинтеза у растений

Обменом веществ называют сложную цепь превращений веществ в организме, начиная с момента их поступления из внешней среды и заканчивая удалением продуктов распада.

Обмен веществ начинается с поступления в организм воды и пищевых продуктов. В пищеварительном канале часть веществ с помощью ферментов расщепляется до более простых, которые всасываются в кишечнике и переходят в кровь (и с кровью вещества переносятся к клеткам тела). В клетках происходят процессы их химических превращений (клеточный метаболизм), в ходе которых организм получает энергию и материалы, необходимые ему для построения собственных клеток и тканей.

Не использованные в результате превращений веществ остатки и продукты жизнедеятельности (продукты распада) выводятся из организма (с мочой, калом, потом и выдыхаемым воздухом).

 

Пластический и энергетический обмен

Обмен веществ в организме — это не просто постоянный ток веществ через его основные структуры, а совокупность всех химических реакций, происходящих в организме. Все реакции, связанные с превращением веществ, можно отнести к двум процессам: пластическому и энергетическому обмену.

 

 

Пластический обмен (ассимиляция, или анаболизм) — совокупность реакций синтеза органических веществ в клетке с использованием (затратой) энергии.

В процессах энергетического обмена (диссимиляции, или катаболизма, илибиологического окисления) происходит разрушение (распад) полученных с пищей питательных веществ до простых соединений с высвобождением энергии, запасённой в химических связях органических молекул пищи.

В здоровом организме оба процесса строго сбалансированы (хотя в период быстрого роста ассимиляция может временно преобладать над диссимиляцией).

 

 

Совокупность всех реакций, связанных с обменом веществ (ферментативных химических реакций) в организме называется обмен веществ (метаболизм).

Основными видами обмена веществ являются белковый, углеводный, жировой и водно-солевой обмены.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ.

Обмен веществ (метаболизм) — совокупность всех химических реакций, протекающих в организме (совокупность реакций ассимиляции и диссимиляции).

Выделяют две составные части метаболизма — ассимиляция и диссимиляция.

► Диссимиляция(катаболизм, энергетический обмен) — совокупность реакций распада сложных веществ на более простые с выделением энергии (часть простых веществ используется для биосинтеза, а другая часть распадается до конечных продуктов CO₂, H₂O,NH₃ с образованием АТФ).

► Ассимиляция (анаболизм, пластический обмен) — совокупность реакций синтеза сложных веществ из более простых с затратами энергии.

В период роста организма ассимиляция преобладает над диссимиляцией и приводит к накоплению массы. В старческом возрасте ассимиляция отстает от диссимиляции.

Обмен белков.

Белки – это сложные высокомолекулярные соединения, содержащие азот.

Они состоят из разного количества и сочетания 20 аминокислот.

Аминокислоты белков, подразделяют на заменимые и незаменимые.

Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в организме из других аминокислот и допускают замену другими аминокислотами (серии, глицин, тирозин).

Незаменимые аминокислоты не могут быть синтезированы в организме (валин, лизин, лейцин, аргинин, триптофан и др.10 штук). Они поступают в организм только с пищей.

Белки, содержащие все необходимые организму аминокислоты называют ▪ полноценными (белки животного происхождения: яйцо, молоко, мясо).

Белки, в которых отсутствует или находится в недостаточном количестве та или иная незаменимая аминокислота, называют ▪ неполноценными (белки растительного происхождения: кукуруза, соя, бобы, фасоль).

Функции белков в организме:

● являются основным пластическим материалом

● входят в состав ферментов и гормонов

● гемоглобин переносит О ₂ и СО₂

● фибриноген участвует в свёртывании крови

● энергетическая (при окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж)

● сократительная (актин и миозин)

В среднем белки организма человека обновляются за 80 суток.

Суточная потребность человека в белках составляет около 80-150 и зависит от интенсивности физической нагрузки. Ни жиры, ни углеводы не могут компенсировать нехватку в пище белков.

Поступившие в организм белки расщепляются до аминокислот. Аминокислоты доставляются клеткам тела, где из них синтезируются белки свойственные человеческому организму. В то же время белки могут быть использованы в качестве источника энергии. При окислении 1 г белка выделяется 17,6 кДж. Конечные продукты распада белков — углекислый газ, вода, мочевина, мочевая кислота.

В регуляции белкового обмена участвуют гормоны ▪ щитовидной железы (тироксин), ▪ гипофиза (соматотропный) и ▪ коры надпочечников (гидрокортизон, кортикостерон).

Обмен углеводов.

Углеводы делятся на простые и сложные. В пище содержатся главным образом сложные углеводы: крахмал, гликоген, молочный, свекловичный сахар и др.

Поступившие в организм человека углеводы расщепляются до простых сахаров – моносахаридов (глюкозы, фруктозы и галактозы) и поступает в кровь. Далее через воротную вену они поступают в клетки печени. Здесь фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу, часть которой откладывается в мышцах и печени в виде гликогена. Запас гликогена в организме составляет 150-200 г. Распад гликогена в мышцах служит основным источником мышечных сокращений. Избыток углеводов откладывается также в жировых депо в виде жира. Другая часть глюкозы окисляется до воды и углекислого газа.

Углеводы — основной источник энергии в организме. Мозг почти исключительно питается глюкозой. При расщеплении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии. Суточное потребление углеводов должно составлять около 500 г. В организм углеводы поступают главным образом с растительной пищей (хлеб, овощи, крупы, фрукты). При избытке в пище углеводы могут превращаться в жиры, а при недостатке они могут образовываться из белков и жиров.

Образование гликогена идёт под влиянием инсулина, а расщепление под влиянием глюкагона и адреналина. В крови, в норме, уровень глюкозы 4,44-6,66 ммоль/л. Состояние, когда уровень глюкозы в крови становится меньше 4,44 ммоль/л называется гипогликемией, повышение выше 6,66 ммоль/л называется гипергликемией.

Функции углеводов:

1. Энергетическая – основной источник энергии в организме.

2. Структурная – входят в состав клеточных мембран в виде гликопротеидов, используются для синтеза гликолипидов, липополисахаридов, гликопептидов.

Центры углеводного обмена находятся в продолговатом и промежуточном мозге. В регуляции углеводного обмена также принимают участие гормоны щитовидной железы, гипофиза, коры надпочечников.

Обмен жиров.

К липидам относятся ▪ нейтральные жиры, состоящие из глицерина и жирных кислот и ▪ липоиды (лецитин, холестерин) в состав которых входят многоатомные спирты, фосфорные кислоты и азотистые соединения.

Жиры расщепляются до глицерина и жирных кислот. Конечными продуктами распада жиров, как и углеводов, являются углекислый газ и вода.

Жиры содержат наибольшие запасы энергии. При распаде 1 г выделяется 38,9 кДж энергии. Суточная потребность в жирах составляет 80-100 г. Из них 20-25 г. должны составлять растительные масла.

Роль липидов в организме:

1. Являются основными компонентами клеточных мембран (фосфолипиды)

2. Являются источником синтеза стероидных гормонов (прогестерон, тестостерон)

3. Являются источником энергии (1 г жира – 38,9 кДж энергии).

4. Гликолипиды образуют миелиновые оболочки нервов.

5. Являются источником образования эндогенной воды (при расщеплении 100 г. жира образуется 107 г. воды).

6. Триглицериды откладываются в запас в жировых депо – подкожной клетчатке, сальнике.

В регуляции жирового обмена принимает участие центральная нервная система гормоны половых желёз, надпочечников, гипофиза и щитовидной железы.

Процессы превращения жиров, углеводов и белков взаимосвязаны между собой. При распаде этих веществ образуются общие промежуточные продукты, из которых вопределённых условиях могут образовываться либо аминокислоты, либо углеводы, либо жирные кислоты.

Водно-солевой обмен.

● Вода составляет около 70% массы тела (2/3). Содержание воды в разных тканях не одинаково:

• в жировой ткани – 10% • в костях – 20% • в головном мозге – 85% • в крови – 90%

Суточная потребность в воде для взрослого организма около 2,5 л. Воду, используемую организмом, разделяют на экзогенную и эндогенную.

Экзогенная вода поступает в организм человека извне в виде питья (1500 мл) и в составе пищи (1000-1200 мл).

Эндогенная вода образуется в организме при окислении белков, жиров и углеводов(около 300 мл).

В зависимости от места нахождения в организме воду делят на внутриклеточную и внеклеточную. ▪ Внутриклеточная вода содержится в протоплазме клеток (72%).

▪ Внеклеточная вода входит в состав крови, лимфы, спинномозговой жидкости (28%).

► Выделяется вода из организма:

• почками (1200—1500 мл), • кожей (500мл), • лёгкими в виде водяного пара (500 мл), через • кишечник с калом (100-150 мл).

Поступление воды контролируется потребностью в ней, проявляющейся в чувстве жажды. Это чувство возникает при возбуждении питьевого центра в гипоталамусе.

● Минеральные вещества.

Потребность в минеральных солях различная.В основную группу входят 7 так называемых макроэлементов: Nа, К, Са, Сl, S, Р, Fе. Организму необходимы ещё 15 элементов общее количество которых составляет менее 0,01% массы тела. Это микроэлементы: натрий, железо, медь, цинк, кобальт, марганец, молибден, кремний, фтор, йод, никель, ванадий, олово, мышьяк, селен. В большинстве случаев микроэлементы – это составная часть ферментов, гормонов и витаминов.

Витамины.

Витамины — группа биологически активных органических соединений различной химической природы, поступающих в организм с пищей, необходимые для нормального протекания обмена веществ в организме.

Витамины входят в состав многих ферментов. Отсутствие витаминов приводит к нарушению биохимических реакций и к расстройству обмена веществ. Большинство витаминов не образуется в организме человека. Недостаток того или иного витамина называется ▪ гиповитаминоз, его полное отсутствие – ▪ авитаминоз. К нарушению метаболизма приводит и избыток витаминов в организме – ▪ гипервитаминоз.

Авитаминоз и гиповитаминоз возникают при отсутствии витаминов или их предшественников в пище, при нарушении их всасывания, при подавлении антибиотиками микрофлоры кишечника. Авитаминоз имеет свои характерные симптомы. Он быстро излечивается при даче соответствующего витамина.

Известно около 50 витаминов. Их делят на ▪ водорастворимые (В₁ В₂, В₆, В₁₂, РР, С и др.) и ▪ жирорастворимые (A, D, Е, К).

                                 Фотосинтез

В растениях фотосинтез является анаболизмом, а дыхание – катаболизмом. В процессе фотосинтеза образуется глюкоза, которая запасается в качестве энергии и расходуется на построение организма. Дыхание или окисление способствует высвобождению энергии путём расщепления глюкозы до воды и углекислого газа, которые в дальнейшем используются в процессе фотосинтеза.

 

 

Схема фотосинтеза у растений

 

Основные события световой фазы фотосинтеза:

1. Возбуждение электронов хлорофилла световой энергией
2. Расходование энергии «возбужденных» электронов на синтез АТФ и других сложных органических молекул – носителей энергии.
3. Фотолиз молекул воды (расщепление их под действием света, в конечном итоге – до катионов водорода и молекул кислорода). Кислород покидает клетки растений и уходит в атмосферу.
4. Катионы водорода (протоны) соединяются с молекулами переносчиками водорода – НАДФ. После захвата водорода НАДФ превращается в НАДФ.Н

Основные события темновой фазы фотосинтеза:

1. Осуществляется связывание углекислого газа, водорода и энергии запасенной в молекулах АТФ, в органические соединения (например, углеводы).

          Тест по теме «Обмен веществ»

 

1. Установите соответствие между характеристикой и этапом обмена веществ, которому она соответствует.

Характеристика этапа обмена веществ	Этапы обмена
А) энергия выделяется Б) энергия запасается В) вещества синтезируются (образуются) Г) вещества окисляются Д) в процессе участвуют митохондрии Е) в процессе участвуют рибосомы	1) энергетический 2) пластический

 

2. В хлоропластах растительной клетки происходят следующие процессы:

2. 1) гидролиз полисахаридов

3. 2) расщепление пировиноградной кислоты

4. 3) фотолиз воды

5. 4) расщепление жиров до жирных кислот и глицерина

6. 5) синтез углеводов

7. 6) синтез АТФ

 

3.  Установите соответствие между биологическим процессом и его характеристикой.

Характеристика	Процесс
А) синтез органических веществ из неорганических Б) выделение кислорода В) выделение углекислого газа Г) поглощение кислорода Д) окисление органических соединений Е) поглощение углекислого газа	1) Дыхание 2) Фотосинтез

 

4. Фотосинтез происходит:

а) в хлоропластах; б) в лейкопластах; в) в хромопластах; г) в митохондриях.

 

5. Для какого из названных организмов анаэробный гликолиз единственный источник АТФ?

а) медведь; б) почвенные бактерии; в) пчела; г) карп.

 

6. Свободный кислород образуется:

а) в темновой стадии; б) постоянно; в) при окислении углеводов; г) в световой стадии.

 

7. Энергия света при фотосинтезе используется на:

а) синтез АТФ и фотолиз воды; б) разложение молекул АТФ;

в) синтез белков;                          г) окисление глюкозы.

 

8. Сколько молекул глюкозы необходимо расщепить без участия кислорода, чтобы получить 18 молекул АТФ?

а) 18; б) 36; в) 9; г) 27.

 

9. Какие из перечисленных организмов способны к фотосинтезу?

а) дрожжи и холерный вибрион; б) ольха и цианобактерии;

в) инфузория и белая планария; г) эвглена зеленая и вольвокс.

 

10. В результате какого процесса органические вещества образуются из неорганических?

 а) биосинтез белка; б) фотосинтез; в) синтез АТФ; г) гликолиз.