Обмен веществ и энергии. Процессы жизнедеятельности организмов
Обмен веществ и энергии или метаболизм представляет собой совокупность процессов превращения веществ и энергии, происходящих в живых организмах, а также обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.
Обмен веществ и энергии, наряду СС способностью к самовоспроизведению, является основой жизнедеятельности организмов и принадлежит к числу важнейших специфических признаков живой материи, отличающих живое от неживого. В неживой системе никакого обмена происходить не может.
ЖИЗНЬ = ОБМЕН ВЕЩЕСТВ + САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ
В процессе метаболизма поступившие в организм вещества превращаются в собственные вещества тканей и в конечные продукты обмена, выводящиеся из организма во внешнюю среду. При этих превращениях высвобождается и поглощается энергия, необходимая организму для жизнедеятельности.
Вспомните из курса анатомии, что такое белки, углеводы и жиры и какие функции эти группы веществ выполняют в организме. Заодно вспомните, что такое ферменты и витамины.
Процесс метаболизма можно разделить на три этапа. Разделение это условное, поскольку в организме метаболизм протекает очень сложным образом.
Первый этап метаболизма — расщепление белков, жиров и углеводов при помощи ферментов до растворимых в воде аминокислот, моно— и дисахаридов, глицерина, жирных кислот и других соединений и всасывание их в кровь и лимфу.
Первый этап — это пищеварение, переваривание пищи в желудочно-кишечном тракте. Возьмите учебник анатомии и освежите знания о пищеварительной системе. Или же просто рассмотрите рисунок и вспомните, что происходим в различных отделах желудочно-кишечного тракта и каковы функции каждого органа пищеварительной системы.
Пищеварение можно охарактеризовать как заготовку строительных материалов для организма. Сложные вещества, поступившие из внешней среды, разбираются на составные части, некие условные «кирпичики».
Что надо сделать после того, как строительные материалы заготовлены?
Развезти их по стройкам!
Второй этап метаболизма — транспорт питательных веществ кровью к тканям и клеточный метаболизм, происходящий в клетках, в результате которого (и снова при помощи ферментов) происходит их расщепление до конечных продуктов. Часть этих продуктов используется для синтеза биологически активных веществ и воспроизведения клеток (тканей). Расщепление веществ сопровождается выделением энергии, которая используется для обеспечения процесса жизнедеятельности организма.
Давайте скажем несколько слов о транспорте веществ в организме.
Транспорт веществ в многоклеточном организме представляет собой это процесс переноса необходимых веществ по организму к клеткам и внутрь клеток, а также удаление конечных продуктов метаболизма во внешнюю среду. У одноклеточных организмов транспорт веществ заключается в перемещении их внутри клетки и удалении конечных продуктов.
У одноклеточных организмов транспорт веществ осуществляется в основном в результате движения цитоплазмы.
У многоклеточных организмов в процессе эволюции сформировалась сосудистая система — жидкостная система транспорта веществ. Она называется «жидкостной», поскольку вещества перемещаются по сосудам с жидкостями: с растительным соком у растений, с кровью, лимфой и тканевой жидкостью у животных.
Освежите знания о кровеносной (сердечнососудистой) и лимфатической системах, полученных из курса зоологии и анатомии, а также вспомните из курса ботаники, как происходит транспорт веществ у растений.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! У многих мелких беспозвоночных животных (например, у медуз, гидры, коралловых полипов и плоских червей) сосудистая система отсутствует. Строение их тел крайне простое, и транспорт веществ внутри организма обеспечивается диффузией и потоками тканевых жидкостей, которые возникают при движении тела
Назовем основные структурные компоненты сосудистой системы у человека и животных.
Насос. Ни одна транспортная система не может существовать без сил, обеспечивающих движение внутри нее. Роль насоса в кровеносной системе выполняет сердце, которое обеспечивает ток крови по сосудам. Лимфатическая жидкость движется за счет сокращения мышц, окружающих лимфатические сосуды.
Крупные, средние и мелкие сосуды. Все сосуды, несущие кровь от сердца к тканям тела, называются артериями, а все сосуды, возвращающие кровь в сердце — венами. Артерии имеют более эластичные и более толстые стенки, чем вены. Давление крови в артериальной системе выше, чем в венозной. Сосуды, по которым в организме происходит отток лимфы из тканей и органов в венозную систему, называются просто лимфатическими сосудами.
Мельчайшие сосуды или капилляры есть и в кровеносной, и в лимфатической системах. В лимфатической системе капилляры собирают лимфу из тканей (вспомните, как образуется лимфа). В кровеносной системе капилляры соединяют между собой артерии и вены. Важность капилляров и их отличие от прочих сосудов состоит в том, что через их стенки осуществляется обмен с тканевой жидкостью, омывающей клетки организма. В стенках капилляров есть поры, через которые свободно проходят небольшие молекулы и ионы (происходит диффузия) — из крови переходят в тканевую жидкость кислород и питательные вещества, а обратно поступают углекислый газ (двуокись углерода) и другие конечные продукты метаболизма. Через поры лимфатических капилляров внутрь их поступает часть тканевой жидкости, содержащая лимфоциты, белки, соли, токсинов и некоторые конечные продукты метаболизма.
В отличие от прочих сосудов, выполняющих только транспортную функцию, капилляры также выполняют обменную функцию!
Жидкие ткани — кровь, лимфа и тканевая жидкость. Все они являются видами соединительной ткани.
Кровь, циркулирующая в кровеносной системе всех позвоночных и ряда беспозвоночных животных, состоит из форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов), погруженных в жидкое межклеточное вещество — плазму. Главная функция крови — транспорт кислорода и углекислого газа. Красный цвет крови придает железосодержащий пигмент (белок) гемоглобин, находящийся в эритроцитах.
У ряда беспозвоночных животных с незамкнутой системой кровообращения, таких, например, как членистоногие или моллюски, функции крови и лимфы выполняет гемолимфа, циркулирующая в сосудах и межклеточных полостях. Гемо-лимфа состоит из воды, неорганических солей и органических соединений Основным переносчиком кислорода в гемолимфе является молекула гемоцианина, аналогичному гемоглобину.
Жидкая часть крови позвоночных, называемая плазмой, состоит из воды и минеральных и органических веществ. В плазме содержатся специфические (или основные) белки крови — альбумины, глобулины и фибриноген. Альбумины за счет осмоса удерживают в плазме воду. Глобулины определяют иммунные свойства организма, связывая чужеродные для него вещества, а также участвуют в процессе свертывания крови и транспорте некоторых веществ. Фибриноген является основным фактором свертывания крови — защитной реакции, предохраняющей организм от кровопотерь при травмах.
Тканевая жидкость образуется из плазмы крови, проникающей через стенки кровеносных сосудов в межклеточное пространство, поэтому по химическому составу она практически идентична плазме.
Лимфа бесцветна, поскольку в ней нет гемоглобина и каких-либо иных пигментов. По химическому составу лимфа близка к плазме крови, но белков в ней содержится значительно меньше.
Третий этап метаболизма — выведение его конечных продуктов во внешнюю среду в составе мочи, кала, пота, а также через легкие. (Освежите знания о соответствующих системах и заодно вспомните, почему запыхавшаяся собака раскрывает рот и высовывает язык).