Судьба пищи в организме - ДВИЖЕНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ - ТЕЛО ЧЕЛОВЕКА КАК САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ОРГАНИЗМ

Постановка проблемы урока

Факт 1. Организм человека, как и организм любого живого существа, - открытая система, он непрерывно обменивается с окружающей средой веществами и энергией.

Факт 2. Согласно законам физики, энергия не исчезает и не возникает вновь, а лишь переходит из одного вида в другой и в конце концов в конечную её форму - тепловую энергию.

Факт 3. Живые существа получают энергию из окружающей среды в виде пищи и возвращают обратно равное количество энергии в виде тепла. Другими словами, вся энергия, с трудом добытая организмом в процессе обмена веществ, в конечном счёте превращается в тепло и тратится на внешнюю работу, если не запасается в виде химических соединений.

• Что вас удивило? (Сравните энергию в веществе пищи и выделение тепловой энергии.) Какой вопрос возникает? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 333).

Повторение необходимых знаний

• Что такое обмен веществ? (5 класс)

• Какие системы органов принимают участие в обмене веществ и какую роль в нём играют? (§ 2)

Решение проблемы

Две стороны одного обмена

• Различается ли равновесие между энергетическим и пластическим обменом у младенца, подростка и взрослого?

Попробуем проанализировать, на что тратит организм получаемые с пищей вещества и что происходит при этом в организме.

Разложение сложных органических веществ на простые молекулярные блоки с выделением энергии называется энергетическим обменом. Выделившаяся энергия используется в процессах функционирования организма, его роста и развития. Избыток энергии запасается в молекулах АТФ.

Важнейшей стороной жизнедеятельности организма является синтез сложных органических соединений, который называется пластическим обменом. На первый взгляд кажется парадоксальным, что сложные соединения, получаемые с пищей, разлагаются организмом на простые для того, чтобы опять создать сложные. Но разлагаются “чужие” органические соединения пищи, а синтезируются свои “родные”, на основе собственной наследственной информации.

Очевидно, что пластический и энергетический обмен — две стороны одного процесса — обмена веществ (рис. 42.1). Они находятся в организме в состоянии динамического равновесия. Преобладание пластических, “созидательных” процессов приводит к росту, накоплению массы тканей, а преобладание энергетических, “разрушительных” — ведёт к частичному разрушению тканей. Состояние равновесного (или неравновесного) соотношения этих процессов зависит от физической и эмоциональной на грузки, возраста. В детстве организм растёт - и преобладает пластический обмен, у взрослых обычно соблюдается равновесие.

42.1. Обмен веществ: А - пластический; Б - энергетический

Что происходит с поглощёнными веществами

• Где происходит обмен веществ, полученных с пищей?

Обмен веществ начинается с момента поступления питательных веществ в желудочно-кишечный тракт и воздуха в лёгкие. В пищеварительном тракте эти вещества разбираются на простые молекулы. Они вместе с кислородом доставляются кровью к тканям, в клетках которых происходят сложные химические реакции. В результате этих реакций образуются энергия, строительные материалы и другие необходимые для клеток вещества. Продукты распада уносятся кровью и выделяются в окружающую среду почками, лёгкими, потовыми железами и кишечником.

Превращения углеводов, белков, жиров, минеральных веществ и воды происходят в тесном взаимодействии друг с другом. В обмене каждого вида веществ имеются свои особенности, а физиологическое значение их различно, поэтому обмен каждого из этих веществ принято рассматривать отдельно.

• С помощью текста и схем остальных рубрик объясните, что общего в обмене глюкозы, аминокислот и жиров?

Преобразования глюкозы

Простые сахара, всосавшиеся в кровь в пищеварительном тракте, поступают прямо в печень (рис. 42.2), которая играет одну из центральных ролей в обмене веществ. Её клетки преобразуют и распределяют вещества между другими органами.

42.2. Превращения глюкозы

Простые сахара поступают в печень по воротной вене. Это единственный кровеносный сосуд в организме, в котором содержание сахара может очень сильно колебаться. Углеводы участвуют и в пластическом, и в энергетическом обмене. Они входят в состав клеточных мембран, межклеточного вещества большинства тканей, особенно соединительных (хрящей, сухожилий, кожи), и служат источником “быстрой” энергии.

Основное вещество энергетического обмена — глюкоза — в клетках окисляется кислородом до углекислого газа и воды, в результате чего освобождается энергия, одна часть которой расходуется сразу, а другая - запасается в форме молекул АТФ. Углекислый газ выводится из организма лёгкими, а АТФ служит внутриклеточным переносчиком энергии от реакций энергетического обмена к процессам, связанным с потреблением энергии, - реакциям пластического обмена, движения, переноса веществ через мембрану. Вот почему в крови должен постоянно поддерживаться определённый уровень глюкозы — примерно 90 мг на 1 мл крови — и клетки печени препятствуют колебанию этого уровня, создавая “энергетический банк”. Это особенно важно для нервной системы, клетки которой не способны запасать углеводы. Все остальные клетки могут накапливать некоторое количество глюкозы в виде гликогена. Но особенно велики эти запасы в клетках мышц и печени. Мышечные клетки используют гликоген при интенсивной физической работе, когда кровеносная система не успевает снабжать мышцы глюкозой и кислородом. В этом случае разрушение глюкозы идёт без участия кислорода.

Клетки печени накапливают гликоген в значительных количествах для поддержания постоянного уровня глюкозы в крови. Образование гликогена стимулируется гормоном - инсулином. В случае падения уровня сахара в крови гликоген под действием глюкагона расщепляется до глюкозы и останавливает этот процесс. В момент опасности, скажем, при стрессе или в условиях холода, когда организму срочно необходима энергия, разложение гликогена может запускаться адреналином. Когда запасы гликогена в печени истощаются, глюкоза может синтезироваться из аминокислот и глицерина, а в случае значительного избытка углеводов они пре вращаются в жиры и хранятся в подкожной клетчатке и сальниках.

Но почему вся энергия не запасается в виде гораздо более калорийного жира? Энергетическая ценность запасов гликогена значительно ниже, чем жировых, а кроме того, гликоген откладывается в клетках со значительным количеством воды, что делает их примерно в 10 раз тяжелее жировых. Ответ прост: гликоген очень быстро мобилизуется для использования и может поставлять энергию в бескислородных условиях. А на долгий срок (про запас) энергия всё же запасается в виде более лёгкого и калорийного жира.

42.3. Превращения белков

Наличием двух видов запаса энергии можно объяснить загадочное явление, знакомое людям, пытавшимся похудеть с помощью диеты. В первые несколько дней человек быстро теряет в весе, а затем этот процесс сильно замедляется, и вес может даже снова возрасти. Дело в том, что в начальный период похудения происходит распад гликогена и выделяется избыток воды, а спустя несколько дней запасы гликогена восстанавливаются даже несмотря на то, что потребление пищи ниже энергетических расходов организма, и организм переходит на использование жира, но вес уже не снижается так быстро. Процесс похудения не такой уж быстрый, поэтому стремящимся похудеть надо быть терпеливыми!

Преобразования аминокислот

Аминокислоты также поступают в печень. Организм не способен запасать аминокислоты, и те из них, которые не могут быть использованы сразу для биосинтеза бел ка в клетках каких - либо органов, преобразуются в печени.

Когда человек растёт, белок непрерывно синтезируется и включается в структуры тела. Однако у взрослого организма его количество остаётся более или менее постоянным на протяжении всей жизни. В связи с этим может показаться, что после достижения организмом определённых размеров белок ему уже не нужен. Это не так: недостаток белка ведет к серьёзным расстройствам. Белки тела все время разрушаются и синтезируются вновь. В течение 10 дней в организме человека обновляется примерно половина всех белков крови. Этот процесс идёт так же быстро во всех тканях, где уровень обмена веществ высок, например, в печени и мышцах, а обновление белков соединительных тканей идёт гораздо медленнее. Всего у взрослого человека синтезируется и разрушается примерно 400 г белка в день, что значительно больше, чем суточная норма его потребления, которая составляет 100 — 150 г. Это значит, что наш экономный организм в процессе синтеза новых белков использует не только новые аминокислоты, но и те, которые образуются при распаде белка в организме.

Преобразования жиров

Жирные кислоты и глицерин поступают в эпителий ворсинок кишечника и вновь превращаются в жиры, которые направляются в лимфатические сосуды. Они обволакиваются специальными белками и в виде белково-жировых шариков вместе с лимфой через грудной лимфатический проток поступают в кровяное русло. Из крови жиры потребляются в основном клетками жировой ткани и печени. В жировой ткани они запасаются, а в печени их использование более разнообразно. Часть жиров служит основным источником энергии для клеток печени, а оставшиеся преобразуются в иные соединения, например, в строительный материал мембран — фосфолипиды — или в желчные кислоты.

42.4. Превращения жиров

Затраты энергии на метаболизм человека, находящегося в полном покое, включают дыхание, кровообращение, рост и регенерацию, производство половых продуктов, секреторную деятельность желёз, сохраняющуюся активность нервной системы, печени и т.д. При этом примерно половину энергетических затрат обусловливают печень и скелетная мускулатура. Напряжённая умственная работа почти не сказывается на метаболизме.

Формулирование вывода

Печень - центральный орган обмена веществ. Именно в ней все полученные с пищей вещества проходят предварительную обработку.

Применение знаний

1. Почему потребляемые с пищей сложные органические вещества организму необходимо разлагать на простые молекулярные блоки?

2. Как используются в организме углеводы, белки и жиры, полученные с пищей?

3. Какова роль печени в обмене веществ?

4. В теле- и радиорекламе различных биодобавок можно часто услышать, что предлагаемый препарат - натуральный продукт, принимающий участие в обмене веществ человека. Как вы считаете, означает ли это, что препарат безвреден?

5. Почему организм не может напрямую использовать сложные органические вещества, полученные с пищей, для строительства своих тканей?

6. Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них.