Підручник з Біології і екології. 10 клас. Соболь - Нова програма

Біоенергетика і метаболізм клітин — «основна страва» динамічної біохімії.

А. Ленінджер

§ 28. ОБМІН РЕЧОВИН В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ

Основні поняття й ключові терміни: Обмін білків. Обмін ліпідів. Обмін вуглеводів.

Пригадайте! Що таке метаболізм?

Вступна вправа

Розгляньте схему «Етапи обміну речовин і перетворення енергії» та визначте значення обміну речовин й енергії.

ЗМІСТ

Які системи органів забезпечують обмін речовин в організмі людини?

Системний рівень організації утворений органами, поєднаними в системи виконанням спільної функції. В організмі людини виокремлюють травну, дихальну, кровоносну, видільну, опорно-рухову, нервову, ендокринну, покривну, сенсорні та інші системи. В обміні речовин, енергії та інформації беруть пряму або опосередковану участь усі системи органів, але найважливіша роль належить системам, що здійснюють надходження, поглинання, транспортування та видалення речовин й енергії (іл. 73).

Іл. 73. Обмін речовин й енергії у людини

Травна система забезпечує фізичне й хімічне розщеплення складних органічних речовин на прості з подальшим їхнім всмоктуванням у кров та лімфу й видалення неперетравлених решток. Ця фізіологічна система є наскрізною й складається з травного каналу й травних залоз. Дихальна система здійснює надходження кисню до клітин, газообмін та видалення з клітин вуглекислого газу як кінцевого продукту окиснення органічних речовин. Завдяки диханню вивільняється хімічна енергія поживних речовин. Кровоносна система транспортує по замкненій системі судин від травної системи й легень до клітин прості поживні речовини та кисень, а від клітин до органів виділення — продукти метаболізму. Транспортування речовин кровоносною системою відбувається за участі крові, що складається з плазми та формених елементів. Сечовидільна система є сукупністю органів, що здійснюють утворення та видалення сечі, в якій містяться сечовина, надлишок солей й води, сечова кислота, жовчні пігменти тощо. Шкіра в обміні речовин реалізує видільну й терморегуляторну функції. Потові залози видаляють надлишок води й солей, а через усю поверхню шкіри відбувається тепловіддача в зовнішнє середовище.

Отже, фізіологічні системи органів організму людини забезпечують зовнішній (загальний) обмін речовин й перетворення енергії у зв'язку з навколишнім середовищем.

Які особливості обміну білків, ліпідів та вуглеводів в організмі людини?

Динамічна біохімія — розділ біохімії, що вивчає обмін речовин в організмі від моменту надходження поживних речовин до утворення кінцевих продуктів обміну, механізми нейтралізації токсичних продуктів, виведення їх з організму і регулювання швидкості відповідних перетворень.

Для обміну білків в організмі людини характерні певні особливості: утворення сечовини як кінцевого продукту обміну, відсутність процесів депонування білків, однонапрямлене перетворення білків на жири й вуглеводи, необхідність для білкового синтезу незамінних і замінних амінокислот, синтез специфічних білків та ін. Особливості метаболізму білків пов'язані передусім з їх пластичною функцією в організмі. Їх участь у забезпеченні енергетичних витрат організму порівнянно з ліпідами й вуглеводами є набагато меншою. Вона не перевищує 15 % і складається з енергії, що виділяється під час розщеплення зношених білків. Розщеплення білків у травній системі відбувається у шлунку й тонкому кишечнику за участі ферментів-протеаз до амінокислот. Ці прості органічні молекули надходять у кров і транспортуються до клітин, де здійснюється внутрішньоклітинне перетворення амінокислот. У клітинах з амінокислот на рибосомах відбувається біосинтез білків, властивих лише даному виду організмів. Регуляція обміну білків відбувається за участі гіпоталамуса та гормонів тироксину, глюкокортикоїдів і соматотропіну.

Для обміну ліпідів характерні: утворення великої кількості енергії під час окиснення, наявність процесів депонування, можливість утворення з білків та перетворення на вуглеводи, необхідність для синтезу власних жирів незамінних та замінних жирних кислот та ін. Ці особливості пов'язані з тим, що жири виконують енергетичну й пластичну функції. Як джерело енергії жири у процесі окиснення виділяють удвічі більше енергії, ніж вуглеводи й білки. Розщеплення жирів відбувається переважно в тонкому кишечнику під дією травних ферментів-ліпаз. Необхідною умовою розщеплення жирів є їх подрібнення з утворенням емульсії, чому сприяють жовчні кислоти. У такому вигляді жири можуть розщеплюватися до жирних кислот й гліцеролу та безпосередньо всмоктуватися стінками кишок. Для відкладання про запас жири надходять до клітин підшкірної клітковини, сальника, бурої жирової тканини. Центр регуляції обміну жирів розміщується в гіпоталамусі, який впливає на перетворення жирів через гіпофіз, статеві, щитоподібну і підшлункову залози.

Для обміну вуглеводів характерні легке й швидке окиснення з утворенням значної кількості енергії, здатність постачати енергію в кисневих і безкисневих умовах, наявність процесів депонування в печінці та м'язах, можливість утворення з білків й жирів та ін. Особливості перетворень вуглеводів в організмі людини пов'язані передусім з їх основною енергетичною функцією. Розщеплення вуглеводів відбувається в ротовій порожнині, тонкому й товстому кишечниках. У травній системі дія ферментів-амілаз людини й мікроорганізмів мікрофлори сприяє утворенню моносахаридів. Ці малі молекули всмоктуються стінками кишечнику в кров і надходять до печінки, де утворюються глюкоза й глікоген. Частина глюкози перетворюється на жири й окиснюється в тканинах. Якщо в організмі спостерігається нестача вуглеводів, то вони синтезуються з білків і жирів. Центром регуляції вуглеводного обміну є гіпоталамус проміжного мозку. Інсулін — єдиний гормон, який знижує концентрацію глюкози в крові; гормони глюкагон та адреналін підвищують рівень глюкози в крові.

Отже, особливості метаболізму в організмі людини пов'язані з функціями поживних речовин у загальному обміні речовин і перетворенні енергії.

Яке значення всмоктування поживних речовин?

Всмоктування поживних речовин — активний фізіологічний процес транспортування поживних речовин крізь слизову оболонку травного тракту в рідини внутрішнього середовища. Цей процес відбувається після остаточного перетравлення складних поживних речовин до простих. Основною ділянкою травної системи, де відбувається всмоктування поживних речовин, є тонка кишка. Цьому сприяють її структурні особливості й велика площа загальної поверхні, що становить близько 200 м2. Основною структурно-функціональною одиницею всмоктування поживних речовин є ворсинка (іл. 74).

Іл. 74. Ворсинка тонкої кишки: 1 — ентероцити; 2 — мікроворсинки; 3 — артеріола; 4 — капіляри; 5 — лімфатична судина; 6 — нервові відростки; 7 — гладкі м'язи

Розрізняють пасивне всмоктування, що здійснюється завдяки дифузії, полегшеній дифузії й осмосу, та активне всмоктування за участі йонних насосів та ендоцитозу. Безпосередньо у кров через ентероцити шляхом активного транспортування або через проміжки між ними шляхом дифузії переходять розчинні у воді глюкоза, амінокислоти, нуклеотиди та нижчі жирні кислоти. Продукти розщеплення ліпідів надходять у кров або зазнають ресинтезу з утворенням жирів й фосфоліпідів, що відбувається в епітеліальних клітинах ворсинок (ентероцитах). Потім жири й фосфоліпіди поєднуються з білками й утворюють частинки (хіломікрони), які шляхом піноцитозу надходять у лімфу, а згодом потрапляють й у кров.

Велика роль у процесах всмоктування належить інтенсивності кровотоку. Якщо до приймання їжі крізь слизову оболонку тонкої кишки проходить близько 200 мл/хв крові, то під час всмоктування кровотік зростає до 500—600 мл/хв. Гладкі м'язи в стінці тонкої кишки забезпечують ритмічні скорочення ворсинок, що посилює відтік із кровоносних і лімфатичних капілярів.

Отже, всмоктування забезпечує надходження поживних речовин у рідини внутрішнього середовища і далі до клітин.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Практична робота 1

Складання схем обміну вуглеводів, ліпідів та білків в організмі людини

Мета: розвивати уміння застосовувати знання для пояснення процесів власного організму; формувати переконання про єдність та взаємозалежність процесів обміну речовин.

Хід роботи

1. Розгляньте загальну схему обміну поживних речовин в організмі людини. Назвіть три етапи обміну речовин.

Схема. ОБМІН РЕЧОВИН В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ

2. За допомогою схеми та запропонованих запитань складіть окремі схеми обміну вуглеводів, ліпідів та білків в організмі людини.

Запитання для конкретизації змісту схеми

1. Які поживні речовини є у складі їжі?

2. Які травні ферменти розщеплюють складні поживні речовини їжі?

3. У якому вигляді всмоктуються поживні речовини?

4. Які види транспортування забезпечують надходження речовин у клітини?

5. Які процеси обміну забезпечують перетворення поживних речовин?

6. Які кінцеві продукти обміну видаляються з клітин у кров?

7. У якому вигляді транспортуються кінцеві продукти обміну?

8. Які органи беруть участь у видаленні продуктів обміну?

Підсумок роботи. У чому полягають єдність та взаємозалежність процесів обміну речовин в організмі людини?

СТАВЛЕННЯ

Завдання «Метаболізм головного мозку»

Маса головного мозку у людини становить близько 2 % маси тіла. Проте потреби в речовинах та енергії надзвичайно великі. Так, потреби в кисні у дорослої людини в умовах спокою становлять 29—25 % від загальних потреб, а в дітей до 4 років — до 50 %. Які особливості метаболізму головного мозку в людини?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1—6

1. Які системи органів беруть участь у обміні речовин у людини? 2. Яке значення фізіологічних систем органів у забезпеченні обміну речовин? 3. Назвіть особливості обміну білків. 4. Назвіть особливості обміну жирів та вуглеводів. 5. Що таке всмоктування поживних речовин? 6. Чи залежить метаболізм клітин від всмоктування?

7—9

7. Які системи органів забезпечують обмін речовин в організмі людини? 8. Які особливості обміну білків, ліпідів і вуглеводів в організмі людини? 9. Яке значення всмоктування поживних речовин?

10—12

10. Чим зумовлені особливості обміну речовин і перетворення енергії у людини?