Обмін речовин та енергії — основа функціонування біологічних систем"

Чому обмін речовин та енергії є основою функціонування біологічних систем?

Біологічні системи є відкритими системами, які можуть існувати лише за умови постійного зовнішнього обміну речовинами, енергією та інформацією з навколишнім середовищем. Окрім того, всередині живих систем також відбувається інтенсивний внутрішній обмін речовин, енергії та інформації між окремими частинами біосистеми (органелами клітин, органами організму, організмами в екосистемі.

Обмін речовин(метаболізм) ‑ загальна властивість усіх живих організмів, суть якої полягає в тому, що живі організми вилучають з навколишнього середовища різні органічні й неорганічні речовини, використовують їх і виділяють у зовнішнє середовище кінцеві продукти обміну.

У загальному потоці речовин, енергії та інформації, що пронизує та об’єднує усі біологічні системи, можна виокремити три етапи:

1) надходження речовин та енергії у біосистеми;

2) внутрішньосистемні перетворення речовин та енергії;

3) видалення речовин та енергії із біосистеми.

Наприклад, у клітинах рослин сонячне світло потрапляє на хлорофіл, перетворюється в енергію хімічних зв’язків АТФ і глюкози, а кисень, що утворюється як кінцевий продукт, виділяється в атмосферу

Обмін речовин відбувається і в неживій природі, однак цей процес значно відрізняється від обміну в живих системах. Ця відмінність зумовлена насамперед тим, що ОБМІН РЕЧОВИН У БІОСИСТЕМАХ ЗАБЕЗПЕЧУЄ:

• ПОСТІЙНЕ САМООНОВЛЕННЯ,

• САМОРЕГУЛЯЦІЮ І САМОВІДТВОРЕННЯ

• ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ ЗАВДЯКИ ЗЛАГОДЖЕНІЙ ДІЇ ЧИСЛЕННИХ СТРУКТУР.

У результаті обміну речовин енергія в біосистемах може накопичуватися, зберігатися й використовуватися для процесів життєдіяльності. Окрім того, ознаками біологічного обміну речовин й перетворення енергії є поетапність перебігу, біокаталітичний характер і регульованість процесів внутрішньосистемного перетворення.

Отже, функціонування біологічних систем можливе лише за умови надходження, перетворення й видалення певних речовин, енергії та інформації.

2.     У чому полягає єдність процесів асиміляції та дисиміляції?

Обмін речовин та енергії (метаболізм) у клітинах 

Обмін речовин й перетворення енергії в організмі складається з фізіологічних (живлення, травлення, дихання, транспортування речовин, всмоктування, виділення), фізичних (дифузія, осмос, розчинення) й хімічних (окиснення, відновлення, гідроліз, бродіння) процесів. Цю сукупність перетворень розглядають як єдність двох протилежних і взаємопов'язаних процесів – асиміляції і дисиміляції

Баланс між реакціями синтезу й розпаду: на певну кількість утворених організмом хімічних сполук відповідно припадає кількість тих, що розклалися. Процеси асиміляції не завжди перебувають у рівновазі з процесами дисиміляції

Асиміляція (від лат. assimilatio – уподібнення, засвоєння), або анаболізм, – частина загального обміну речовин й енергії, що полягає в поглинанні, нагромадженні та перетворенні речовин, що надходять в організм. Завдяки цим енерговитратним процесам організм засвоює поживні речовини, утворює власні речовини, будує з них свої структури, забезпечує ріст і розвиток, оновлення складників та накопичення запасів для використання їх як джерела енергії.

Дисиміляція (від лат. dissimilatio – несхожий), або катаболізм, – це частина загального обміну, під час якого відбуваються розщеплення, руйнування складних органічних сполук (білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот) в організмі на простіші. Найпростішими кінцевими продуктами дисиміляції всіх організмів є вода, вуглекислий газ і амоніак. У процесі дисиміляції вивільняється енергія, яка перетворюється в інші форми та акумулюється в молекулах АТФ.

Отже, асиміляція й дисиміляція є взаємно протилежними і нерозривно пов'язаними потоками речовин та енергії.

        СИНТЕЗ РЕЧОВИН ПОТРЕБУЄ ЕНЕРГІЇ, ЩО ВИВІЛЬНЯЄТЬСЯ ПІД ЧАС РОЗЩЕПЛЕННЯ РЕЧОВИН.

Приклади відкритих систем

Амеба протей. Живлення

Завдання: Опишіть процес живлення амеби протей.

Поясніть значення живлення для підтримання гомеостазу зображеного організму.

Приклади відкритих систем.

Самородна сірка. Горіння

Завдання: Ознайомтеся з прикладом відкритої системи: «Палаючий шматок самородної сірки перебуває в стані обміну з навколишнім середовищем: горіння відбувається за участі О₂; унаслідок процесу виділяється SO₂ та енергія у вигляді тепла.»

Дайте відповідь на запитання:

«Чи зберігає шматок сірки свою первинну структуру?»

Взаємозв'язок між пластичним і енергетичним обміном.

Динамічна рівновага між реакціями синтезу й розпаду ‑ основа цілісності біосистеми.

Асиміляція та дисиміляція є протилежними складовими процесу обміну речовин і перетворення енергії. Однак вони нерозривно пов’язані між собою, що зумовлено значним запасом потенційної енергії саме в органічних молекулах. Реакції біосинтезу потребують поглинання енергії, що вивільняється в результаті реакцій енергетичного обміну. Для перебігу реакцій енергетичного обміну необхідний постійний біосинтез органічних речовин, які надалі будуть розщеплюватися. У процесі енергетичного обміну молекули АТФ утворюються, а в процесі пластичного обміну вони витрачаються, розщеплюються з виділенням енергії (рис. 69).

Взаємозв’язок асиміляції і дисиміляції доводять дослідження, які показали, що під час розмноження організму значно переважають реакції розщеплення. Це зумовлено різким збільшенням витрат енергії на процеси подальшого росту та розвитку. У будь-якому організмі реакції обміну речовин і перетворення енергії тісно взаємозв’язані між собою, що становить основу життєдіяльності та забезпечує цілісність організму.

Перегляньте презентацію:

1. Дайте означення поняття обмін речовин.

2. Чим відрізняється біологічна система від відкритої неживої системи?

3. Порівняйте асиміляцію та дисиміляцію.

4. Поясніть єдність процесів синтезу та розщеплення речовин в організмі.