Определение обмен веществ в биологии: Обмен веществ у растений — урок. Биология, Бактерии. Грибы. Растения (5–6 класс).

Питание. Состав пищи. Питательные вещества — урок. Биология, Человек (8 класс).

Для нормальной работы любого организма нужно, чтобы он постоянно получал органические вещества (белки, жиры, углеводы и витамины), а также воду и минеральные соли. Все перечисленные вещества содержатся в растительной и животной пище.

Полноценным является питание, которое полностью восполняет затраты энергии и обеспечивает клетки материалом для обновления органоидов. В сутки взрослому человеку требуется приблизительно \(100\)–\(150\) г белков,  \(400\)–\(500\) г углеводов и \(80\)–\(100\) г жиров.

В состав пищи обязательно должны входить белки. Они используются для построения клеток, участвуют во всех биохимических реакциях. Все белки состоят из \(20\) видов аминокислот. Некоторые аминокислоты не образуются в организме человека, их называют незаменимыми. Эти аминокислоты должны поступать с тем, что мы едим. Основными источниками белка служат мясные и молочные продукты, рыба, яйца, орехи, бобовые.

 

Весь набор аминокислот имеется в продуктах животного происхождения, а растительные белки не содержат всех необходимых аминокислот и не являются полноценными. Об этом нужно помнить людям, которые перешли на вегетарианскую пищу. Чтобы в организм попадали все аминокислоты, нужно правильно подбирать продукты. 

 

Жиры наш организм получает как с животными продуктами (мясо, сливочное масло), так и с растительными (разные растительные масла). В клетках жиры служат важным строительным материалом — из них образуются клеточные мембраны. Они также выполняют запасающую и энергетическую функции.

 

Нужно, чтобы пища содержала и животные и растительные жиры. Только в жидких жирах содержатся полезные ненасыщенные кислоты.

 

Углеводы (глюкозу, фруктозу, крахмал и другие) поступают из растительных продуктов: картофеля, хлеба, круп, ягод и фруктов. Углеводы — главный источник энергии.

 

 

Рис. \(1\). Содержание питательных веществ в продуктах 

 

Витамины нужны человеку в небольших количества, но при их нехватке нарушаются многие важные процессы. Эти вещества есть содержатся в разных продуктах.

 

 

Рис. \(2\). Витамины

 

Минеральные соли тоже необходимы для нормальной работы органов, так как участвуют в обменных процессах. Без некоторых солей невозможно функционирование нервной и мышечной тканей. Соли кальция влияют на свёртываемость крови. Большое количество солей содержится в костях и зубах.

 

Минеральные соли тоже поступают в наш организм с пищей.

 

 

Рис. \(3\). Минералы

 

Вода входит в состав каждой клетки. Она образует основную часть плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости, пищеварительных соков. Наше тело примерно на \(2/3\) состоит из воды. В норме поступление воды должно покрывать её расход. Мы получаем воду с пищей и с питьём.

Источники:

Рис. 1. Содержание питательных веществ в продуктах. © ЯКласс

Рис. 2. Витамины. https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/mineral-vitamin-supplement-icons-health-benefit-654510328

Рис. 3. Минералы. https://www.shutterstock.com/ru/image-vector/mineral-vitamin-supplement-icons-health-benefit-654510328

2. Обмен веществ. Пластический и энергетический обмен

Живой организм связан с окружающей средой постоянным обменом веществ и энергии.

Обмен веществ (метаболизм) — это все превращения веществ в организме, начинающиеся с их поступления извне и заканчивающиеся выведением образовавшихся ненужных и вредных продуктов.

В организм из окружающей среды поступает вода и пищевые продукты. Сложные органические соединения из продуктов питания расщепляются в органах пищеварения под действием ферментов до простых веществ, которые поступают в кровь и транспортируются ко всем тканям. В клетках вещества участвуют в химических реакциях, обеспечивающих организм энергией и строительным материалом для построения и обновления тканей и органов.  Непереваренные остатки пищи и продукты обмена выводятся из организма с мочой, калом, потом и выдыхаемым воздухом.

 

Рис. \(1\). Этапы обмена веществ

Пластический и энергетический обмен

Обмен веществ — это вся совокупность химических процессов, происходящих в организме для поддержания его существования. Все реакции, протекающие в живом организме, можно разделить на две группы и отнести к пластическому обмену или к энергетическому.

 

Рис. \(2\). Две стороны метаболизма

Пластический обмен (ассимиляция, или анаболизм) — реакции образования сложных органических веществ из простых, протекающие с использованием  энергии.

Энергетический обмен (диссимиляция, или катаболизм) — процессы расщепления и окисления сложных органических веществ до простых, идущие с высвобождением энергии, запасённой в веществах пищи.

В организме ассимиляция и диссимиляция уравновешены. 

 

Рис. \(3\). Взаимосвязь ассимиляции и диссимиляции

Обмен веществ (метаболизм) — это набор химических реакций, протекающих в живом организме.

Можно отдельно рассматривать водно-солевой обмен, а также обмены белков, углеводов и жиров.

Источники:

Рис. 1. Этапы обмена веществ. © ЯКласс

Рис. 2. Две стороны метаболизма. © ЯКласс

Рис. 3. Взаимосвязь ассимиляции и диссимиляции. © ЯКласс

3. Обмен органических соединений (белков, жиров и углеводов)

Рис. \(1\). Функции органических веществ

Белковый обмен

Белковый обмен — использование и преобразование аминокислот белков в организме человека.

В результате окисления \(1\) г белка происходит выделение \(17,2\) кДж (\(4,1\) ккал) энергии. Но в качестве источника энергии белки обычно не используются, так как они выполняют другие функции: строительную, защитную, каталитическую и т. д.

 

В процессе пищеварения белки пищи расщепляются под действием пищеварительных ферментов до аминокислот. Аминокислоты всасываются ворсинками тонкого кишечника и попадают в кровь, которая доставляет их к клеткам. В клетках из аминокислот синтезируются новые белки, свойственные организму человека.

 

Рис. \(2\). Обмен белков

 

В белковом обмене важную роль играет печень. Она управляет содержанием отдельных аминокислот в крови, осуществляет синтез белков плазмы крови. Одним из продуктов распада аминокислот является ядовитый аммиак. Клетки печени преобразуют аммиак в менее опасную мочевину, которая удаляется из организма с мочой и частично с потом.

 

Рис. \(3\). Расщепление белков

 

Из неиспользованных аминокислот образуется глюкоза, выполняющая в организме энергетическую функцию.

Углеводный обмен

Углеводный обмен — это химические реакции, протекающие с участием углеводов.

Основная функция углеводов в организме — энергетическая. \(1\) г углеводов при окислении даёт \(17,2\) кДж (\(4,1\) ккал) энергии.

 

С пищей в наш организм поступают разные углеводы. Чаще всего это крахмал (из растительных продуктов), гликоген (из животных продуктов), сахароза, лактоза и др. Эти соединения распадаются в органах пищеварения до глюкозы

, которая всасывается стенками тонкого кишечника и попадает в кровь.

 

Рис. \(4\). Обмен углеводов

 

Глюкоза — это главное энергетическое вещество организма. Она необходима для работы всех органов. 

 

Основная часть глюкозы окисляется в клетках до углекислого газа и воды и удаляются с выдыхаемым воздухом или с мочой. Неиспользованная глюкоза превращается в гликоген (животный крахмал) и накапливается в клетках печени и в мышцах.

 

В крови содержание глюкозы поддерживается на уровне \(0,10\)–\(0,15\) %. В регуляции уровня глюкозы участвуют гормоны поджелудочной железы инсулин и глюкагон. Инсулин ускоряет превращение глюкозы в гликоген, а также затормаживает его распад. Глюкагон обладает противоположным действием. Он, наоборот, способствует расщеплению гликогена и повышению уровня глюкозы в крови.

 

Если поджелудочная железа вырабатывает недостаточное количество инсулина, то содержание глюкозы в крови увеличивается и это может привести к тяжёлой болезни — сахарному диабету. 

 

Рис. \(5\). Расщепление углеводов

 

Если с пищей в организм поступает слишком много углеводов, они преобразуются в жиры и накапливаются в разных органах.

Обмен жиров

Обмен жиров — это химические реакции превращения жиров (липидов) в организме.

Окисление жиров в два раза эффективнее окисления углеводов или белков. \(1\) г жира даёт \(38,9\) кДж (\(9,3\) ккал) энергии.

 

Жиры — это вещества, образованные жирными кислотами и глицерином. В органах пищеварения жиры расщепляются на составные части под влиянием ферментов поджелудочной железы и тонкого кишечника. Образовавшиеся продукты поступают в лимфатические сосуды ворсинок тонкого кишечника, а затем вместе с лимфой попадают в кровеносную систему и доставляются к клеткам. 

 

Рис. \(6\). Обмен жиров

 

При окислении жиры превращаются в углекислый газ и воду и продукты обмена удаляются из организма.

 

Рис. \(7\). Расщепление жиров

 

Содержание жиров в организме регулируется гормонами желез внутренней секреции.

 

Значение жиров

• Окисление жиров обеспечивает энергией работу внутренних органов.
• Липиды образуют все клеточные мембраны, выполняют функции медиаторов и гормонов.
• Откладываются в запас в подкожной жировой клетчатке и сальнике, защищают органы от механических повреждений.
• Жиры плохо проводят тепло и защищают организм от перегревания и переохлаждения, способствуя поддержанию постоянной температуры тела.

Ежедневно рекомендуется употреблять \(80\)–\(100\) г разных жиров.

 Лишний жир запасается под кожей, но может откладываться также в печени и в кровеносных сосудах.

 

 

Рис. \(8\). Ожирение

  

Органические вещества могут взаимно превращаться. Из белков образуются жиры и углеводы. Углеводы превращаются в жиры, и наоборот, источником углеводов могут стать жиров. Но заменить белки другими веществами невозможно.

 

Рис. \(9\). Взаимопревращения веществ

 

Установлено, что взрослому человеку в сутки необходимо получить с пищей не менее \(1500\)–\(1700\) ккал. Причём на обеспечение процессов жизнедеятельности тратится \(15\)–\(35\) % полученной энергии, а остальная энергия тратится на поддержание постоянной температуры тела.

Конспект урока по биологии 6 класс «Обмен веществ и энергии»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя школа № 2 г. Навашино»

Конспект урока биологии по теме:

«Обмен веществ и энергии»

6 класс

Подготовила: учитель биологии Семенова Е. Н.

Навашино

2017

Место урока в разделе: “Жизнедеятельность организмов” 6 класс (авторская программа и учебник Н.И.Сонина):

Урок является завершающим в блоке, посвященном изучению процессов питания, дыхания, выделения и транспорта веществ, обеспечивающих обмен веществ в клетках живых организмов; материал урока позволяет систематизировать знания учащихся.

Цель урока: сформировать понятие «обмен веществ и энергии», показать взаимосвязь процессов жизнедеятельности: питание, дыхание, выделение, взаимосвязь живых организмов в процессе обмена веществ и энергии между организмами и окружающей средой.

Задачи:

Образовательные:

— обеспечить в ходе урока усвоение понятий «обмен веществ и энергии», «холоднокровные и теплокровные организмы», «пищевые цепи и сети»;

— обеспечить формирование умения работать в группе, вести дискуссию по теме;

— систематизировать знания по темам «Питание», «Дыхание» и «Выделение»;

— обеспечить обобщение изученного материала и закрепление знаний по теме.

Развивающие:

— развитие умения применять новые знания на практике;

— формирование умения анализировать, сопоставлять, и обобщать знания по теме.

Воспитательные:

— воспитание осознанной потребности в знаниях;

— совершенствовать умение выслушивать мнение каждого члена коллектива, делать самостоятельные выводы;

— совершенствование учебных умений, навыков, развитие любви к предмету и к науке.

Тип урока:

урок изучения нового материала, с элементами систематизации, полученных ранее знаний.

Метод:

комбинированный (словесно – наглядно – практический).

Оборудование:

• компьютер

• мультимедийный проектор

• интерактивная доска

• мультимедийная презентация “Обмен веществ и энергии”

• листы с заданиями для самостоятельной работы

Структура урока.

1. Организационный момент. Постановка задачи.

Слайд 1 (На фоне музыки) Мир живых существ нашей планеты очень разнообразен. Чтобы убедиться в этом, не надо совершать далёкие путешествия в тропические леса Африки или Южной Америки, достаточно выглянуть в окно, а ещё лучше пойти в парк, лес, на луг. Присмотритесь, прислушайтесь, и перед вами откроется удивительный мир живых существ.

Конечно, прежде всего, это различные растения, насекомые, птицы, млекопитающие. Их много, они хорошо заметны. Но и в капле воды из лужи, в каждом комочке почвы обитают живые существа. Все они очень разные по размерам, окраске, поведению и многим другим признакам.

Почему такие разные по форме, размерам, поведению, значению в природе их можно назвать живыми организмами? Чем живые организмы отличаются от объектов неживой природы?

Слайд 2

Питание

Дыхание

Подвижность

Выделение

Размножение

Рост и развитие

Раздражимость

Слайд 3

Слайд 4 Именно обмен веществ и энергии и есть тема сегодняшнего урока. Запись в тетрадь.

Слайд 5 Русский естествоиспытатель, Климент Аркадьевич Тимирязев, одну из лекций начал так: “Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка. …Ударяясь о него, луч потух, перестал быть светом, но не исчез… В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы… Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу”. Каким образом этот луч солнца попал в наш мозг? Цель нашего урока: узнать, как осуществляется обмен веществ между организмом и окружающей средой и между живыми организмами. На эти вопросы мы ответим с Вами в конце урока.

2. Изучение нового материала

Для того чтобы найти ответы предлагаю Вам отправиться в путешествие по живому организму. Помощниками в этом путешествии нам сегодня будут зайчик и яблоня. Слайд 6

У вас на столах лежат заготовки схем и комплекты карточек для их заполнения. Первый вариант будет составлять схему по организму растения, на примере яблони, второй – животного, на примере зайца. Итак, вы должны ответить на следующий вопрос: Какие вещества поглощают и выделяют живые организмы?

Заполняют схемы на листочках. (Музыка)

Слайд 7 Давайте проверим, что у вас получилось: Итак, в растительный организм поступают: кислород, углекислый газ, вода и минеральные вещества. Выделяется из растительного организма: пары воды, углекислый газ и кислород.

А в ходе каких процессов эти вещества поступают и выделяются из организма? (фотосинтез, почвенное питание, дыхание и выделение)

Слайд 8 Комментарии для первого варианта: Вещества, поступившие в растительный организм, не остаются неизменными. Что происходит с СО₂, Н₂О и солнечным светом? Они подвергаются различным превращениям – в результате фотосинтеза из них образуются сложные органические соединения, которые затем превращаются в вещества, необходимые растению. Они идут на построение новых клеток, расходуются в процессе дыхания или откладываются в семенах, плодах «про запас». При их разложении выделяется энергия, которая используется растением для жизнедеятельности.

Слайд 9 Очень хорошо, переходим ко второму варианту. Какие вещества поглощают и выделяют животные? Животные поглощают: жиры, белки, углеводы, воду, минеральные соли и кислород. Выделяют же они: воду, углекислый газ, непереваренные частицы пищи и продукты распада.

В ходе каких процессов эти вещества поглощаются и выделяются? (питание, дыхание и выделение)

Слайд 10 Комментарии для второго варианта: Животные получают питательные вещества в готовом виде – белки, жиры, углеводы – они имеют очень сложное строение и не могут непосредственно использоваться организмом. Только в результате пищеварения они переходят в более простые соединения, растворимые в воде, и уже в этом виде усваиваются организмом. Затем из них образуются другие сложные вещества, т. е. вещества тела животного.

Одновременно с образованием сложных веществ в организмах идет противоположный процесс – распад сложных соединений на более простые. Это сопровождается выделением энергии, которая расходуется на образование новых веществ, работу внутренних органов, поддержание температуры тела. Таким образом, в организме происходит обмен веществ. Как Вы думаете, что такое обмен веществ?

Запишем определение в тетрадь:

Слайд 11 Обмен веществ – это превращения, связанные с образованием сложных веществ из простых и, наоборот, распадом сложных соединений на простые с выделением энергии.

Обмен веществ – основа жизни. Многообразие живых организмов в природе, сложность их строения и поведения обусловили существование разных по сложности типов обмена веществ.

Слайд 12У одних организмов обмен веществ идет медленно, энергии в результате распада сложных соединений выделяется мало, поэтому температура тела зависит от окружающей среды. Таких животных называют холоднокровными. К этой же группе относятся рыбы, земноводные и пресмыкающиеся, температура их тела непостоянна и сильно колеблется в зависимости от температуры окружающей среды. Слайд 13

Слайд 12 Если же обмен веществ идет быстро, выделяется большое количество энергии, которая используется для согревания тела. Таких животных называют теплокровными. К ним относятся: птицы, млекопитающие. Температура тела этих животных не зависит от температуры окружающей среды. Поэтому они могут обитать и на берегу Северного Ледовитого океана, и высоко в горах. Слайд 14

Слайд 15 Как вы думаете, с чем связана интенсивность обмена веществ, и почему она различна у разных организмов? (Совершенствование кровеносной, дыхательной и нервной систем).

3. Закрепление знаний.

Слайд 16 Предлагаю Вам потренироваться, в этом задании необходимо распределить животных по группам: теплокровные и холоднокровные. (Работа ученика у доски с интерактивным заданием).

ФИЗКУЛЬТМИНУТКА.

Давайте немного отдохнем. Я предлагаю Вам вновь вернуться в лес и посмотреть, что там делают обитатели.

• Зайка проскакал (прыжки на носочках 8-10 раз).

• Посмотрим вверх на деревья. Птичка пролетела (руки отводим назад и помахали крылышками).

• Сова сидит на дереве — “ух, ух, ух” (на выдохе).

• Бабочка летит (руки в стороны и помахали крылышками).

• Зажмурить сильно глаза (1-2-3), затем открыть и помахать ресничками как бабочка. Повторить 2-3 раза.

• Пришли на болото. Цапля идет (ходьба с высоким подниманием колен). 

• Мы немного устали, отдохнем, сидя на пенечке и подышим. Развернули грудную клетку — вдох, наклонились вперед — выдох.
  
  

Слайд 17 Мы выяснили, как осуществляется обмен веществ внутри организма и между организмом и окружающей средой. А как вы думаете, организмы между собой обмениваются веществами и энергией?

Слайд 18 Что бы ответить на этот вопрос, давайте вернемся к высказыванию Климента Аркадьевича Тимирязева: “Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка. …Ударяясь о него, луч потух, перестал быть светом, но не исчез… В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы… Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу”.

Ученик у доски: Давайте попробуем составить схему происходящих при этом процессов: солнечный луч попадает на пшеницу, которая в процессе фотосинтеза образует органические вещества, когда пшеница созреет, из нее изготовят хлеб, человек съест его, и в процессе обмена веществ построит из органических веществ пшеницы свои органические вещества: новые клетки, ткани, органы. Возможно и клетки головного мозга. Вот таким образом, путем сложных превращений солнечный луч попадает в наш мозг! Спасибо, садись на место. Слайд 19,20

Слайд 21 Итак, подведем итог работы: Растениям для жизнедеятельности необходимо получать из окружающей среды кислород, углекислый газ, воду и минеральные вещества. При воздействии солнечной энергии, при фотосинтезе, эти вещества из неорганических, превращаются в органические, энергия из солнечной превращается в энергию химических связей. Таким образом, яблоня из углекислого газа, воды и минеральных элементов создает для нас вкусные сладкие плоды. Эти вкусные плоды и листья съедают животные и получают для себя питательные вещества. Эти органические вещества затем, используются как строительный материал и источник энергии. Так происходит постоянный обмен веществ между организмами и окружающей средой.

Слайд 22 К сегодняшнему уроку, я просила Вас прочитать сказку «Сова» Виталия Бианки. Поднимите руки, кто прочитал. Молодцы. Давайте кратко перескажем ее содержание. Давайте попробуем составить схему этой сказки. Ученик у доски. (сова – мышь – шмель – клевер – корова – молоко – старик)

Слайд 23 Итак, автор показывает нам, как важен каждый компонент живой природы, если сова не будет охотиться на мышей, то с луга пропадут шмели, значит, они не опылят клевер, коровам нечего будет кушать, и они не дадут молока. Конечно это только сказка, но ведь в природе существуют очень разнообразные связи между организмами. Слайд 24 И эти связи называются пищевые цепи — пищевые взаимоотношения между растениями и животными. (запись определения)

Слайд 25 В реальной природе клевер может съесть и лось, и заяц, а самого зайца лиса или волк, поэтому складываются не пищевые цепи, а пищевые сети.

Слайд 26 Таким образом, задачами обмена веществ в природе являются:

• передача вещества от одного организма другому;

• передача энергии от одного организма другому;

• регуляция численности животных или растений в популяции.

А сам обмен веществ способствует:

• передачи энергии от одного организма к другому, обеспечивая при этом круговорот энергии и вещества в природе.

• поддерживанию равновесия в природе.

Объяснить смысл поговорок:

Слайд 27 “Тощий живот ни в пляску, ни в работу”. — Для выполнения работы (или движения в пляске) необходима энергия. При недостатке питательных веществ в организме ее освобождается мало.

Слайд 28 “Хорошо поел – словно шубу надел”. – При расщеплении органических веществ, поступивших с пищей, выделяется энергия, часть которой рассеивается в виде тепла и обогревает тело.

Слайд 29

4. Домашнее задание

1. Параграф 14.

2. Прочитать сказку «Два Мороза», ответить на вопрос: почему Морозец не смог заморозить мужика?

«Обмен веществ. Метаболизм». 9-й класс

Цели урока:

• познакомить учащихся с понятием «обмен веществ в организме», показать, что ассимиляция и диссимиляция — это два взаимосвязанных процесса;
• обеспечить закрепление основных биологических понятий: пластический и энергетический обмен; анаболизм, катаболизм, метаболизм, фотосинтез, ассимиляция, диссимиляция, распад;
• формировать умение выделять сущность процесса в изучаемом материале; обобщать и сравнивать, делать выводы; работать с текстом, схемами, другими источниками;
• реализация творческого потенциала учащихся, развитие самостоятельности;
• понимать влияние обмена веществ на сохранение и укрепление здоровья.

Элементы содержания: ассимиляция, диссимиляция, анаболизм, катаболизм, пластический обмен, энергетический обмен, метаболизм, обмен веществ.

Тип урока: изучение нового материала.

Оборудование: таблицы «Обмен веществ в организме», «Биосинтез белка», «Гликолиз».

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

1) Биологический диктант (допишите незаконченное предложение)

Фронтальный опрос

1. По строению органоиды клетки делятся на __________ (мембранные и немембранные).
2. Лизосомы содержат ______ (пищеварительные ферменты).
3. Митохондрии являются _____________ (энергетическим центром клетки).
4. Рибосомы состоят из _______ (белка и РНК).
5. Выросты внутренней мембраны митохондрий называются ________ (кристами).
6. Пластиды характерны только для _______ (растительных клеток).
7. Лизосомы образуются в ________ (комплексе Гольджи).
8. ЭПС участвует во внутриклеточной _________ (транспортировке веществ).
9. Стопки мембран в пластидах, содержащие хлорофилл, называются ______ (гранами).
10. Синтез белка осуществляется при помощи ________ (рибосом).

III. Изучение нового материала

Актуализация знаний

Процесс тот имеет две стороны.
Обе они организму нужны:
За счет одного он рост прибавляет,
Энергию в клетках другой запасает.
(Обмен веществ = метаболизм;
пластический обмен = ассимиляция = анаболизм;
энергетический обмен = диссимиляция = катаболизм)
Реакции синтеза в клетках идут,
… тот вид обмена зовут.
(Пластическим)

Глюкоза спешит в гликоген превращаться,
А в жир — глицерин, ну куда им деваться?
Сцепились аминокислоты в белки.
Ты этот процесс мне назвать помоги.
(Анаболизм = ассимиляция)

Распада реакций — каскад в организме!
Важен этап этот для нашей жизни:
Энергию клеткам он нашим дает,
К развитию, росту он тканей ведет.
(Катаболизм = диссимиляция)

Задание: сравните два определения, найдите, есть ли в них отличие или они сходны. Чем вы это можете объяснить?

Метаболизм — ряд стадий, на каждой из которых молекула под действием ферментов слегка видоизменяется до тех пор, пока не образуется необходимое организму соединение.

Обмен веществ — последовательное потребление, превращение, использование, накопление и потеря веществ и энергии в живых организмах в процессе их жизни.

Объяснение учителя, показ презентации: Обмен веществ складывается из двух взаимосвязанных процессов — анаболизма и катаболизма.

Ассимиляция, или анаболизм (пластический обмен), — совокупность химических процессов, направленных на образование и обновление структурных частей клеток

1. В ходе ассимиляции происходит биосинтез сложных молекул из простых молекул-предшественников или из молекул веществ, поступивших из внешней среды.

2. Важнейшими процессами ассимиляции являются синтез белков и нуклеиновых кислот (свойственный всем организмам) и синтез углеводов (только у растений, некоторых бактерий и Цианобактерий).

3. В процессе ассимиляции при образовании сложных молекул идет накопление энергии, главным образом в виде химических связей.

Диссимиляция, или катаболизм (энергетический обмен), — совокупность реакций, в которых происходит распад органических веществ с высвобождением энергии

1. При разрыве химических связей в молекулах органических соединений энергия высвобождается и запасается в виде молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

2. Синтез АТФ у эукариот происходит в митохондриях и хлоропластах, а у прокариот — в цитоплазме, на мембранных структурах.

3. Диссимиляция обеспечивает все биохимические процессы в клетке энергией.

Самостоятельная работа по вариантам с биологическим текстом (работа в парах) Учащиеся каждого варианта работают с текстом, а затем формулируют ответ, дополняют его. Происходит обсуждение, в ходе которого формулируются и записываются ответы на проблемные вопросы.

1 вариант

Прочитайте текст

Пластический обмен.

Пластический обмен (ассимиляция) — это совокупность реакций анаболизма (биосинтеза), или создание сложных молекул из простых. Процессы анаболизма, происходящие в зелѐных растениях с использованием солнечной энергии, имеют планетарное значение, играя решающую роль в синтезе органических веществ из неорганических (фотосинтез). Очень интенсивно анаболизм происходит в периоды роста: у животных — в молодом возрасте, у растений — в течение вегетационного периода. В клетке постоянно синтезируются белки из аминокислот, жиры из глицерина и жирных кислот, углеводы из моносахаридов, нуклеотиды из азотистых оснований и сахаров. Все реакции биосинтеза идут с поглощением энергии, которая освобождается при расщеплении молекулы АТФ, образовавшейся в ходе энергетического обмена.

Ответьте на вопросы.

1. Какие ещё термины употребляются при данном типе обмена.
2. Что происходит с энергией?
3. Что происходит с АТФ?

Подготовьте общий ответ на поставленные вопросы.

2 вариант

Прочитайте текст

Энергетический обмен.

Энергетический обмен или катаболизм — это совокупность реакций распада сложных органических соединений до более простых молекул или окисления какого-либо вещества, обычно протекающего с высвобождением энергии. Катаболические реакции лежат в основе диссимиляции: утраты сложными веществами своей специфичности для данного организма в результате распада до более простых. Расщепление органических веществ осуществляется в цитоплазме и митохондриях с участием кислорода. Ряд процессов диссимиляции ‒ дыхание, брожение и гликолиз ‒ занимает центральное место в обмене веществ. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) и других высокоэнергетических соединений. АТФ — универсальный источник энергообеспечения КЛЕТКИ. Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования — присоединения неорганического фосфата к АДФ.

Ответьте на вопросы.

1. Какие ещё термины употребляются при данном типе обмена.
2. Что происходит с энергией?
3. Что происходит с АТФ?

IV. Рефлексия

Процессы	Ассимиляция	Диссимиляция
1. Что происходит с энергией?
2. Что происходит с веществами?
3. Начальные продукты процесса
4. Конечные продукты процесса
5. В каком виде используется или расходуется энергия?

V. Домашнее задание

§ 2.8, № 70, 71 в рабочей тетради.

Дополнительный материал к уроку

Особенности обмена веществ у различных организмов

• Для каждого живого организма характерен особый, генетически закрепленный тип обмена веществ, зависящий от условий ѐго существования и от отношения площади поверхности тела к его массе. Это отношение тем больше, чем меньше животное. Следовательно, у крупных животных интенсивность обмена веществ ниже, чем у мелких.
• Интенсивность обмена веществ у человека условно принята за единицу.
  • Слон — 0,33
  • Лошадь — 0,52
  • Овца — 1,05
  • Собака — 1,57
  • Землеройка — 35,24
• Если землеройка будет без пищи 7-9 часов, она погибнет!
• В организме человека и животных имеет место гормональная регуляция обмена веществ, координируемая центральной нервной системой.
• В растущем организме процессы ассимиляции преобладают над процессами диссимиляции, благодаря чему обеспечивается накопление веществ и роста организма. Это компенсируется усиленным питанием.
• При интенсивной физической работе и в старости преобладают процессы диссимиляции. При этом происходит постепенное истощение организма и в конечном итоге гибель организма.
• Во время фотосинтеза зеленые растения способны преобразовывать световую энергию Солнца в энергию химических связей органических веществ. В частности, из энергетически бедных веществ СО₂ и Н₂О они синтезируют богатые энергией углеводы и выделяют кислород.

Понятие об обмене веществ и энергии (кратко) | Биология. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Тема:

Метаболизм

Процессы жизнедеятель­ности организма (сокращение мышц, образование нервных импульсов, пи­щеварение, дыхание и т. п.) сопровождаются расщеплением молекул органи­ческих веществ. Например, за сутки разрушается весь кишечный эпителий. Длительность жизни отдельных органоидов клетки — от нескольких часов до нескольких суток. Понятно, что жизнь клетки, органа и целостного организма возможна только при условиях своевременного и полного их возобновления.

Процессы, в результате которых происходит образование органических соеди­нений, необходимых для роста, возобновления клеток и обеспечения их функ­ций, называют ассимиляцией, или анаболизмом. Расщепления органических веществ на более простые соединения называют диссимиляцией, или катабо­лизмом. Рост, возобновление структур и функциональная активность клеток осуществляются лишь с затратой энергии, которая образуется во время про­цессов диссимиляции. Оба процесса обмена веществ — ассимиляция и дисси­миляция — взаимосвязаны. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Обмен веществ (метаболизм) — это совокупность изменений, которые происходят с веществами от момента поступления их в организм из окружаю­щей среды до момента образования конечных продуктов распада и выведения их из организма.

На этой странице материал по темам:

• Орхактеризуйте роль обмена веществ и энергии для сохранении жизни и гомеостаза

• Письменно объяснить понятие обмен веществ и энергии кратко

• Понятие об обмене веществ его значение

• Обмен веществ и энергии лекция кратко

• Общие представления об обмене вещества и энергии.

  кратко

Вопросы по этому материалу:

• Охарактеризуйте роль обмена веществ и энергии для сохранения жизни и гомеостаза.

• Объясните биологическое значе­ние ассимиляции и диссимиляции.

• Какое биологическое значение не­прерывности процессов ассимиляции и диссимиляции в живом организме?

6: Обмен веществ — Биология LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Без заголовков

Клеточные процессы требуют постоянного источника энергии. Откуда и в какой форме исходит эта энергия? Как живые клетки получают энергию и как они ее используют? В этой главе будут обсуждаться различные формы энергии и физические законы, управляющие передачей энергии. В этой главе также будет описано, как клетки используют энергию и восполняют ее, и как химические реакции в клетке протекают с большой эффективностью.

• 6.0: Prelude to Metabolism

  Практически каждая задача, выполняемая живыми организмами, требует энергии. Энергия необходима для выполнения тяжелой работы и упражнений, но люди также расходуют много энергии во время размышлений и даже во время сна. Фактически, живые клетки каждого организма постоянно используют энергию. Питательные вещества и другие молекулы импортируются, метаболизируются (расщепляются) и, возможно, синтезируются в новые молекулы, при необходимости модифицируются, транспортируются по клетке и могут распространяться по всему организму.

• 6.1: Энергия и метаболизм

  Клеточные процессы, такие как построение и разрушение сложных молекул, происходят посредством ступенчатых химических реакций. Некоторые из этих химических реакций являются спонтанными и высвобождают энергию, тогда как другие требуют энергии для протекания. Точно так же, как живые существа должны постоянно потреблять пищу, чтобы восполнить то, что было использовано, клетки должны постоянно производить больше энергии, чтобы восполнить то, что используется многими химическими реакциями, требующими энергии, которые постоянно происходят.

• 6.2: Потенциальная, кинетическая, свободная энергия и энергия активации

  Энергия определяется как способность выполнять работу и существует в различных формах. Например, электрическая энергия, световая энергия и тепловая энергия — это разные виды энергии. Хотя это все знакомые типы энергии, которые можно увидеть или почувствовать, существует другой тип энергии, который гораздо менее ощутим. Чтобы понять, как энергия поступает в биологические системы и выходит из них, важно больше разбираться в различных типах энергии, существующих в физическом мире.

• 6.3: Законы термодинамики

  Биологические организмы — это открытые системы. Между ними и их окружением происходит обмен энергией, поскольку они потребляют молекулы, накапливающие энергию, и выделяют энергию в окружающую среду, выполняя работу. Как и все в физическом мире, энергия подчиняется законам физики. Законы термодинамики управляют передачей энергии внутри и между всеми системами во Вселенной.

• 6.4: АТФ: аденозинтрифосфат

  Даже экзергонические реакции с высвобождением энергии требуют небольшого количества энергии активации для протекания.Однако рассмотрим эндергонические реакции, которые требуют гораздо больше энергии, потому что их продукты имеют больше свободной энергии, чем их реагенты. Откуда в клетке энергия для таких реакций? Ответ кроется в молекуле, дающей энергию, под названием аденозинтрифосфат или АТФ.

• 6.5: Ферменты

  Вещество, которое способствует протеканию химической реакции, является катализатором, а особые молекулы, катализирующие биохимические реакции, называются ферментами. Почти все ферменты — это белки, состоящие из цепочек аминокислот, и они выполняют важную задачу по снижению энергии активации химических реакций внутри клетки. Ферменты делают это, связываясь с молекулами реагентов и удерживая их таким образом, чтобы облегчить процессы разрыва и образования связей.

• 6.E: Метаболизм (упражнения)

Эскиз: диаграмма, показывающая модель индуцированного соответствия ферментов (Public Domain; LadyofHats).

Что такое метаболический путь? — Определение и пример — Видео и стенограмма урока

Существует два основных типа метаболических путей: катаболический и анаболический. Катаболические пути выделяют энергию, расщепляя молекулы на более простые молекулы. Клеточное дыхание — один из примеров катаболического пути. Во время клеточного дыхания сахар поглощается клеткой и расщепляется, чтобы высвободить энергию, которая позволяет нам жить.

Другие типы катаболических путей включают лимонный цикл или цикл Кребса, где ацетат макроэлементов, таких как молекулы белков, жиров и углеводов, подвергается окислению.Конечным результатом является углекислый газ химического соединения. Гликолиз — это еще один тип катаболического пути, при котором организмы и растения накапливают и высвобождают глюкозу и другую энергию сахара для образования высокоэнергетической молекулы, известной как аденозинтрифосфат (АТФ). Биологи называют АТФ «энергетической валютой жизни», потому что он накапливает энергию, необходимую нам для повседневной работы. Процесс гликолиза используется для выработки энергии по катаболическому пути.

В то время как ферменты катаболических путей расщепляют молекулы и высвобождают энергию, ферменты анаболических путей или биосинтетических реакций нуждаются в энергии для изменения или преобразования молекул в более сложные молекулы или макромолекулы.Например, аминокислоты можно использовать для создания белков, углекислый газ можно использовать для производства сахара, а нуклеиновые кислоты можно использовать для создания новых цепей ДНК, которые можно найти почти в каждой из ваших клеток.

Возможно, вы слышали термин «анаболический» в более негативном значении по отношению к спорту или культуристам. Некоторые спортсмены или бодибилдеры принимают анаболические стероиды для создания более крупных и сильных мышц. Хотя использование анаболических стероидов связано с риском для здоровья и несправедливыми конкурентными преимуществами, оно служит примером того, как брать что-то меньшее и делать это больше и сложнее.

Следующий белок был создан анаболическим путем:

Все живые организмы имеют определенные метаболические пути, которые используются для расщепления или создания молекул. Без них мы не были бы живы. Некоторые из этих путей и процессов очень сложны и выходят за рамки цели и объема этого урока. Подумайте о них как о повседневных химических процессах и реакциях, происходящих в нашем теле, которые позволяют нам дышать, есть, двигаться и думать.

Резюме урока

Давайте рассмотрим:

• Метаболизм — это совокупность химических реакций, происходящих в нашем организме.
• Метаболические пути — это химические реакции, которые имеют место для создания и использования энергии.
• Ферменты в химических реакциях обладают способностью разрушать, накапливать или останавливать химические реакции.
• Катаболические пути включают расщепление молекул с высвобождением энергии (например,г., посредством клеточного дыхания).
• Анаболические пути включают создание молекул для создания более сложных молекул (например, путем создания белков).

Катаболический	Анаболический
* Высвобождение энергии за счет расщепления молекул на более простые формы * Включает цикл Кребса и гликолиз	* Биосинтетические реакции * Создание молекул для создания более сложных молекул * Примеры: аминокислоты создаются для производства белков, углекислый газ создается для производства сахара

Результаты обучения

Закончив этот урок, вы должны уметь:

• Объяснять, что такое метаболический путь и его значение для жизни
• Проведите различие между катаболическими и анаболическими путями метаболизма и приведите примеры каждого из них.

Определение метаболизма в биологии.

Примеры обмена веществ в следующих темах:

• Метаболические пути

  • Метаболический путь представляет собой последовательность последовательных взаимосвязанных биохимических реакций, которые преобразуют молекулу или молекулы субстрата через серию промежуточных продуктов метаболизма , в конечном итоге приводя к конечному продукту или продуктам.
  • Например, один метаболический путь для углеводов расщепляет большие молекулы до глюкозы.
  • Другой путь метаболизма может превращать глюкозу в большие молекулы углеводов для хранения.
  • Следовательно, метаболизм состоит из этих двух противоположных путей:
  • Химические реакции в метаболических и путях редко происходят спонтанно.

• Метаболические изменения

  • Белковый и углеводный метаболизм нарушается во время беременности, а инсулинорезистентность матери может привести к гестационному диабету.
  • Во время беременности нарушается метаболизм белков и углеводов.
  • Повышенный метаболизм печени также наблюдается с усилением глюконеогенеза, приводящим к повышению уровня глюкозы у матери.

• Метаболизм человека

  • Метаболизм у человека — это преобразование пищи в энергию, которая затем используется организмом для выполнения действий.
  • Тело метаболизирует всю пищу, которую мы потребляем.
  • Тело накапливает жир или метаболизирует его , только если потребление энергии изменяется в течение нескольких дней.
  • Организм регулирует свою базальную скорость метаболизма , чтобы компенсировать (частично) переедание или недоедание.
  • (а) Первый закон термодинамики применяется к метаболизму .

• Алкалоз

  • Алкалоз может относиться к респираторному алкалозу или метаболическому алкалозу .
  • Метаболический алкалоз — это состояние метаболического , при котором pH ткани превышает нормальный диапазон (7.35-7.45).
  • Метаболический алкалоз может быть вызван продолжительной рвотой, приводящей к потере соляной кислоты с содержимым желудка.
  • Компенсирующий механизм для метаболического алкалоза включает замедленное дыхание легких для увеличения содержания углекислого газа в сыворотке крови, состояние, склонное к респираторному ацидозу.
  • Поскольку респираторный ацидоз часто сопровождает компенсацию метаболического алкалоза, и наоборот, между этими двумя состояниями создается тонкий баланс.

• Метаболизм органических кислот

  • Микробы могут использовать энергию и углерод, полученные из органических кислот, с помощью ряда специальных ферментов для метаболизма .
  • Многие типы карбоновых кислот могут быть метаболизированы микробами, в том числе:
  • Формиат метаболизм важен для метилотрофных организмов.
  • Способность метаболизировать формиат также имеет решающее значение для бактериального анаэробного метаболизма , и в этом случае формиат также окисляется ферментом FDH, но электроны передаются цитохромам (белкам, участвующим в переносе электронов).
  • Приведите примеры типов метаболизма органических кислот , которые используются микроорганизмами в качестве единственного источника энергии

• Роль энергии и метаболизма

  • Всем организмам требуется энергия для выполнения задач; метаболизм — это набор химических реакций, которые высвобождают энергию для клеточных процессов.
  • Метаболизм — это набор поддерживающих жизнь химических процессов, которые позволяют организмам преобразовывать химическую энергию, хранящуюся в молекулах, в энергию, которая может использоваться для клеточных процессов.
  • Животные потребляют пищу для восполнения энергии; их метаболизм расщепляет углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты, обеспечивая химическую энергию для этих процессов.
  • Все химические реакции, которые происходят внутри клеток, включая те, которые используют энергию и те, которые высвобождают энергию, — это метаболизм клетки.
  • Многие клеточные процессы требуют постоянного снабжения энергией, обеспечиваемой метаболизмом клетки.

• Сигнализация клеток и клеточный метаболизм

  • Прилив адреналина, который приводит к увеличению доступности глюкозы, является примером увеличения метаболизма .
  • Поскольку среда обитания большинства организмов постоянно меняется, реакции метаболизма должны точно регулироваться, чтобы поддерживать постоянный набор условий внутри клеток.
  • Метаболическая регуляция также позволяет организмам реагировать на сигналы и активно взаимодействовать со своей средой.
  • Две тесно связанных концепции важны для понимания того, как контролируются метаболические пути и .
  • Результат одного такого сигнального пути влияет на мышечные клетки и является хорошим примером увеличения клеточного метаболизма .

• Химический состав кости

  • Кислотно-щелочной дисбаланс, включая метаболический, ацидоз и алкалоз, может вызывать тяжелые, даже опасные для жизни заболевания.
  • Метаболический алкалоз — это состояние метаболического , при котором pH ткани превышает нормальный диапазон (7,35-7,45).
  • Причины метаболического алкалоза можно разделить на две категории, в зависимости от уровня хлоридов в моче.
  • Избыточный натрий увеличивает внеклеточный объем, а потеря ионов водорода создает метаболический алкалоз .
  • Дифференцировать кислотно-основные нарушения: метаболический ацидоз, метаболический алкалоз, респираторный ацидоз и респираторный алкалоз

• Ацидоз

  • Метаболический ацидоз может быть результатом увеличения производства метаболических кислот или нарушения способности выводить кислоту через почки.
  • Метаболический ацидоз компенсируется в легких, так как увеличенное выдыхание углекислого газа быстро меняет уравнение буферизации, снижая уровень метаболической кислоты.
  • Количество накапливающейся метаболической кислоты также можно количественно оценить с помощью отклонения буферного основания, производной оценки метаболического в отличие от респираторного компонента.
  • Он также может возникать как компенсаторная реакция на хронический метаболический алкалоз.
  • Эти симптомы обычно сопровождают симптомы другого первичного дефекта (дыхательного или метаболического ).

• Требования к энергии

  • Ткань сердечной мышцы имеет одни из самых высоких энергетических потребностей в организме человека (наряду с мозгом) и имеет высокий уровень митохондрий и постоянное обильное кровоснабжение, поддерживающее его метаболическую активность .
  • Аэробный метаболизм является необходимым компонентом для поддержки метаболической функции сердца.
  • Коронарное кровообращение ответвляется от аорты вскоре после того, как она покидает сердце, и снабжает сердце питательными веществами и кислородом, необходимыми для поддержания аэробного метаболизма .
  • Миоглобин переносит кислород из крови в мышечную клетку, а также сохраняет резервный кислород для аэробной метаболической функции в мышечной клетке.
  • Лактат, полученный в результате ферментации молочной кислоты, составляет анаэробный компонент сердечного метаболизма .

Метаболизм

: определение и методы | Органические процессы | Организм

В этой статье мы обсудим: — 1. Введение в метаболизм 2. Определение метаболизма 3. Методы.

Введение в метаболизм :

Различные пищевые материалы (в основном сложные и непригодные для всасывания) превращаются в свою простую и растворимую форму путем переваривания до попадания из просвета кишечника в организм через его ворота (всасывание).

После попадания в организм они подвергаются ряду биохимических реакций в различных органах, катализируемых ферментами, коферментами, катализаторами и регулируемых гормонами и витаминами, для следующих целей:

я. Синтез многих специализированных веществ для организации этих веществ в типы характерной протоплазмы различных разновидностей клеток и тканей, образующих организм, что приводит к развитию, росту и поддержанию живого организма.Те реакции, которые включаются в процесс синтеза более крупных молекул протоплазмы из более низких для наращивания тканей, в совокупности известны как синтез или анаболизм.

ii. Производство энергии, необходимой для протоплазматического синтеза и других процессов тела, а именно поддержания температуры, движения и генерации электрических потенциалов, секреции и выделения жидкости и транспорта веществ против градиента концентрации. Те реакции, которые включены в процесс распада больших молекул протоплазмы на более мелкие для снабжения энергией, в совокупности называются анализом или катаболизмом.

Определение метаболизма:

Таким образом, термин метаболизм пищевого вещества означает серию определенных биохимических реакций, происходящих в живом организме с момента его включения в клетку или ткань до его выделения, из которых одни связаны с синтезом тканей, а другие — с тканями. нарушение того, что называется анаболизмом и катаболизмом соответственно. Хотя и анаболизм, и катаболизм являются обратимыми биохимическими реакциями, рост и потеря массы ткани (разрушение ткани) зависит от преобладания одной противоположной реакции над другой.

Методы исследования метаболизма :

Химические реакции ткани настолько многочисленны и быстры, что изучение этих реакций, отдельных или общих изображений этих реакций было встречено с большими трудностями из-за отсутствия подходящего оборудования и методов в прошлом.

Но недавний прогресс в исследованиях в области разработки различных техник и методов в наше время стал возможным сегодня в раскрытии общей картины метаболизма.

Общие принципы различных методов, используемых для изучения метаболизма, следующие:

и. Изучение метаболического процесса:

Некоторые этапы метаболизма могут быть известны из биохимического анализа жидкостей организма пациентов, страдающих от врожденных или приобретенных заболеваний, метаболические реакции которых проверяются, ингибируются или отклоняются ненормально без перехода к конечным конечным продуктам, например, сахарный диабет, кетоз. , алькаптонурия, дают некоторую информацию о метаболизме глюкозы, жиров и белков соответственно.Эти аномальные метаболические условия могут быть получены экспериментально у животных, и результаты могут быть подтверждены.

ii. Изучение метаболизма путем остановки нескольких метаболических шагов с помощью определенных метаболических ядов:

Это важный метод изучения разложения жирных кислот (например, окисление жирных кислот).

iii. Изучение метаболизма под влиянием эндокринов:

Это можно наблюдать при экстирпации железы и введении гормона, а результаты сравнивают и подтверждают с картиной, полученной при заболеваниях, страдающих гипоактивностью и гиперактивностью железы.

iv. Изучение различных органов для определения места реакции:

Например:

(a) Экстирпация печени (по Mann et al.), Селезенки или других внутренних органов с указанием последующего воздействия на общий метаболизм или метаболизм конкретного введенного вещества.

(b) Перфузия изолированных органов раствором исследуемого материала и запись изменений в нем.

(c) Инкубация исследуемого раствора с тонкими срезами органа или с измельченными тканями органа.

(d) Препараты для изготовления свищей с целью обхода органа, такого как свищ Экка, при котором устанавливается сообщение между воротной веной и нижней полой веной. Портальная кровь напрямую оттекает в нижнюю полую вену, а печень обходится. С помощью этого препарата можно изучить роль печени в метаболизме многих веществ.

(e) Эксперименты по ангиостомии. Введение канюль в подходящие кровеносные сосуды, через которые может быть забрана кровь, а также может быть легко введен тестовый раствор.Собаки с такими канюлями в печеночных, воротных и почечных венах нормально выживают в течение многих месяцев.

v. Эксперименты с кормлением:

(a) Это достигается путем изменения качества и количества пищевых продуктов, витаминов, минералов и т. Д. И наблюдения за соответствующими метаболическими изменениями.

(b) Введение всех теоретически возможных промежуточных соединений вещества животным и проверка того, метаболизируются ли такие соединения таким же образом, как и само исходное вещество.Таким образом можно определить промежуточные стадии метаболизма вещества.

vi. Биохимические изменения:

Изучение биохимических изменений крови, мочи, фекалий, тканей, органов и т. Д. Также имеет большое значение, особенно в сочетании с другими метаболическими экспериментами.

vii. Исследование скорости основного обмена (B.M.R.):

Исследование скорости основного обмена (B.M.R.), дыхательных коэффициентов (R.Q.), азотного равновесия, специфического динамического воздействия и т. Д.

viii. Применение изотопов:

Последним достижением в изучении метаболических процессов является применение природных и радиоактивных изотопов. Соединения, подлежащие изучению, маркируются или маркируются путем замены одного из элементов изотопом и вводятся. Изменения, которым подвергаются такие «меченые» соединения, их миграция с места на место и, наконец, их выведение из организма, наблюдаются с помощью подходящих инструментов и другими физико-химическими методами.

Поскольку изотопы обрабатываются тканями так же, как и их нормальные гомологи, этот процесс чрезвычайно важен для метаболических исследований, и все недостатки метаболических исследований могут быть преодолены с помощью изотопов. Природные изотопы остаются в виде смесей во всех природных источниках и могут быть выделены путем тщательного фракционирования. Радиоактивные изотопы можно оценить с помощью электроскопа или счетчика Гигера-Мюллера, то есть тех инструментов, которые могут обнаруживать излучения.

Стабильные или частично стабильные соединения были получены путем замены соответствующих атомов соответствующими природными или радиоактивными изотопами соответственно (по мере необходимости) и широко применялись при изучении абсорбции, метаболизма и выведения белков, жиров, углеводов, соли, вода и гормоны и т. д.

Новое биологическое определение жизни

Статья

В последние несколько десятилетий наблюдается интенсивное развитие молекулярной биологии и ее проникновение в различные области биологии и медицины. В этой среде важно иметь биологический закон, который может объединить функции всех живых одноклеточных и многоклеточных организмов, а также неживых носителей генетической информации в единую систему биологического определения жизни. Формулировка такого закона, основанная на определениях жизни и общих биологических функций жизни, позволит определить новые возможности для разработки лекарств и прогнозирования результатов генетических вмешательств.

Определение жизни важно для понимания развития и поддержания живых организмов и для ответа на вопросы о происхождении жизни. Было предложено несколько определений термина «жизнь» (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14). Хотя многие из них весьма противоречивы, они преимущественно основаны на важных биологических свойствах живых организмов, таких как воспроизводство, метаболизм, рост, адаптация, чувствительность к стимулам, наследование генетической информации, эволюция и дарвиновский подход (1, 2, 3, 4, 5, 15).

Как предположил лауреат Нобелевской премии физик Эрвин Шредингер в его влиятельном эссе Что такое жизнь? , цель жизни основана на создании энтропии, и поэтому живые существа определены как не просто «самовоспроизводящиеся» сущности, поскольку живые клетки включают в себя нечто большее, чем просто репликацию ДНК (10). Некоторые авторы предложили определение жизни, основанное преимущественно на факте воспроизводства, например «Жизнь — это метаболизирующая материальная информационная система со способностью к самовоспроизведению с вариациями», предложенная Трифоновым (14).Это определение близко, но является гораздо более минималистичным определением жизни по сравнению с определением Маклема и Сили — замкнутой, саморегулирующейся, самоорганизующейся, самовоспроизводящейся, взаимосвязанной, открытой термодинамической сети составных частей, которая выполняет работу, существуя в комплексе. режим, который сочетает в себе стабильность и приспособляемость при фазовом переходе между порядком и хаосом, как у растений, животных, грибов или микробов »(3).

Напротив, все определения, основанные на воспроизведении, ограничены событиями, которые происходят на Земле, но они должны быть применимы к другим возможным формам жизни во Вселенной (3).

Сочетание различных характеристик живых объектов, Ruiz-Mirazo et al. определили живые существа как «автономные системы с неограниченными возможностями эволюции, и что все такие системы должны иметь полупроницаемую активную границу (мембрану), устройство преобразования энергии (набор энергетических валют) и, по крайней мере, два типа функционально взаимозависимые макромолекулярные компоненты (катализаторы и рекорды) »(13).

Более того, на протяжении более 200 лет наиболее влиятельные биологи обсуждали определение и происхождение жизни без точных определений, только с феноменологическими описаниями и объяснениями (16).

Проблемы и неточности в существующих определениях «жизни» возникают из-за появления новых категорий, таких как искусственная жизнь (живая, синтетическая жизнь) и жизнь, созданная путем перепроектирования биологических компонентов, которые изучаются в области синтетических биология (17, 18, 19). Кроме того, определение жизни должно быть универсальным как для одноклеточных, так и для многоклеточных организмов (1, 20). Современные определения жизни соответствуют феномену жизни; но, на наш взгляд, они не отражают связь предложенной Везе трехдоменной системы архей, бактерий и эукариев в единую сеть сущности жизни и не отражают взаимодействия с неживыми объектами (21).

Здесь мы предлагаем новое определение жизни: «Жизнь — это организованная материя, обеспечивающая метаболизм генетической информации». Мы определили «метаболизм генетической информации» как процесс, ответственный за репликацию, метилирование, репарацию, мутации, транскрипцию, рекомбинацию, выживание и их распространение как в одноклеточных, так и в многоклеточных организмах, и вовлеченный в них. На основании вышеизложенного мы сформулировали общие биологические функции жизни в виде биологического закона Тец «Общая биологическая функция жизни заключается в обеспечении метаболизма генетической информации».

Мы также описываем общие биологические функции жизни как биологический закон Тец, основанный на концепции пангенома (22, 23). Концепция пангенома — это коллективная генетическая система всех живых организмов, которая включает в себя органические молекулы и их комплексы (ДНК- и РНК-содержащие вирусы, плазмиды, транспозоны и инсерционные последовательности), которые участвуют в хранении и передаче генетической информации (24). , 25, 26, 27). Концепция пангенома была предложена как общая платформа, объединяющая как живые, так и неживые части природы, и фокусируется на свойствах всех объектов, несущих генетическую информацию.Предполагается, что пангеном реагирует на изменения окружающей среды в целом, независимо от любого отдельного вида, путем разработки, поддержания и распространения модифицированных генов для использования множеством организмов, включая неродственные. Основываясь на концепции Пангенома, мы разделили всех носителей генетической информации, входящих в Пангеном, на категории «живых» и «неживых». Живые носители включают все одноклеточные и многоклеточные организмы, а неживые объекты, содержащие генетическую информацию, включая вирусы, плазмиды, транспозоны, внеклеточные ДНК и РНК.Здесь мы коллективно назвали все эти неживые объекты «неживыми генетическими элементами» (NLGE).

Определение вирусов как неживых существ согласуется с определением многих авторов; однако их определения основаны на других характеристиках, таких как отсутствие клеточного метаболизма и тот факт, что вирусы не воспроизводятся сами по себе (28). По мере развития вирусов определенные характеристики живых организмов, как предполагают некоторые авторы, могут передаваться вирусам, делая их живыми организмами, учитывая, что все биологические объекты, которые активно участвуют в процессе жизни, являются живыми (29, 30).

Согласно нашему определению жизни, вирусы считаются неживыми, поскольку они не обеспечивают «метаболизм генетической информации», который отличает их от живых объектов.

Живые организмы зависят от NLGE для распределения и распространения своей генетической информации во время горизонтального переноса генов (HGT; также известный как латеральный перенос генов) (31, 32). Один из наиболее распространенных механизмов приобретения устойчивости к антибиотикам связан с HGT, реализованным с плазмидами, бактериофагами, внеклеточной ДНК и другими NLGE (33, 34).Недавние исследования также продемонстрировали перенос генов между филогенетически разными организмами, например, между эукариотическими клетками и бактериями, и наоборот (35, 36, 37). Было продемонстрировано, что бактерии даже заимствовали генетический материал из генома человека (38). Более того, было обнаружено, что некоторые бактериофаги несут эукариотические гены (39). Основная цель NLGE в поддержании живых организмов подчеркивается их глобальным распространением. Общее количество NLGE в окружающей среде во много раз превышает количество одноклеточных и многоклеточных организмов.Действительно, по оценкам, в океане содержится> 10 ³¹ фаговых частиц, взрослый человек содержит> 10 ¹⁵ бактериофагов, а морские отложения, как полагают, содержат> 0,45 гигатонн внеклеточной ДНК и внеклеточной ДНК (еДНК). ) (40, 41). эДНК и эРНК высвобождаются и присутствуют в большинстве наземных и водных средах, в бактериальных и грибковых биопленках, а также в крови животных и человека, где они играют важную роль в распределении генов и часто приобретаются другими организмами (42, 43). , 44, 45, 46).Мы полагаем, что генерация и распространение модифицированных генов происходит в клетках живых носителей, а их распространение среди микробиома происходит при активном участии NLGE. Действительно, образование новых генов возможно только у живых организмов в результате различных изменений генома. Как живые, так и неживые организмы, содержащие генетическую информацию, участвуют в распространении модифицированных генов.

В контексте концепции пангенома, как сформулировано выше, конкретные функции живых организмов должны включать следующие четыре процесса (также показанные на рисунке 1):

Рисунок 1

Живые организмы отличаются от неживых объектов тем, что их роль и участие в генетическом информационном метаболизме.

(1) Поддержка функционирования существующих генов; (2) возможность модификации существующих генов и формирование новых генов; (3) Увеличение количества копий модифицированных и новых генов; и (4) распространение модифицированных и новых генов внутри пангенома, что необходимо для его улучшения.

Функционирование существующих генов, необходимых для поддержания жизни организма, включает множество процессов, связанных с репликацией, модификацией, репарацией, транскрипцией и трансляцией.

Образование модифицированных и новых генов в пангеноме относится к образованию модифицированных и новых генов в любых одноклеточных или многоклеточных организмах.

Увеличение числа копий модифицированных или новых генов — важный процесс введения новых фенотипических признаков в микробиом. Предполагается, что модифицированные гены часто размножаются, в то время как новые гены имеют высокую скорость исчезновения, что объясняет, почему общее количество генов в пангеноме остается относительно постоянным (47).

Однако было продемонстрировано, что новые гены иногда могут сохраняться и размножаться, что увеличивает вероятность их широкого распространения в Пангеноме (48).

Увеличение числа копий модифицированных и новых генов происходит в результате клеточного деления и амплификации генов как в структуре клеточного генома, так и при посредничестве NLGE. После захвата гена во время интегративной инфекции NLGE могут размножать его через свои последующие циклы геномной репликации.

Четвертый процесс живых организмов, как указано выше, — это распределение модифицированных или новых генов среди других организмов и / или NLGE.Распространение генов включает их передачу различным родственным и неродственным эукариотическим и прокариотическим организмам, в том числе географически удаленным и расположенным в различных экологических нишах. Существуют различные методы переноса генов, такие как миграция животных, распространение растений и семян, поток воды и воздуха. Гены могут транспортироваться внутри генома живых организмов или в виде молекул ДНК и РНК внутри NLGE. Среди методов передачи генов между организмами пищевые цепи играют жизненно важную роль, облегчая прямой контакт между макробиотой и микробиотой в роли хищника и жертвы.Имеющиеся данные предполагают, что микробиота может не только посылать гены другим микроорганизмам и получать гены от них, но также может приобретать гены своего хозяина и другую микробиоту, потребляемую хозяином в качестве пищи.

Возможно, что гены могут распространяться между многоклеточными организмами посредством их распределения среди одноклеточной микробиоты одного многоклеточного хозяина с последующим переносом генов в микробиоту второго хозяина, а затем и самому второму хозяину. Известно, что горизонтальный перенос генов сыграл важную роль в эволюции геномов прокариот и эукариот (49).Считается, что большая часть, но не все, функционально значимого HGT для эукариот опосредуется бактериями, отчасти случайно, но, вероятно, также потому, что бактерии обладают большим метаболическим разнообразием (50, 51).

В этом случае поведение поедания экскрементов, широко распространенное среди животных, можно рассматривать как быстрый способ распространения генетической информации между микробиотами генетически связанных и неродственных многоклеточных организмов. Существование такого пути HGT доказано данными, демонстрирующими перенос генов в разных направлениях между грибами, бактериями, клетками животных и клетками человека, что играет важную роль в повышении изменчивости и адаптации (50, 52, 53, 54, 55, 56) Транспортировка генов непосредственно в клетки происходит путем трансформации, трансдукции и конъюгации (57).

Как указано выше, метаболизм генетической информации включает репликацию генетической информации, модификацию функций генов путем метилирования, репарацию ДНК и РНК, изменение ДНК путем мутации и рекомбинации, транскрипцию, сохранение ДНК в живых объектах и ​​NLGE и распространение ДНК и РНК путем трансформации, трансдукции, конъюгации, секреции типа 6 и мембранных везикул (58, 59, 60, 61). Мы предполагаем, что с помощью этого определения живые организмы можно отличить от неживых объектов (в том числе несущих генетическую информацию) по их роли и участию во всех процессах метаболизма генетической информации.Живые организмы отличаются от неживых носителей генетической информации тем, что они участвуют во всех процессах метаболизма генетической информации, тогда как NLGE участвуют только в рекомбинации, мутации и распространении генетического материала (35, 54, 61, 62, 63, 64) .

Следовательно, общая биологическая функция идентична как для одноклеточных, так и для многоклеточных организмов и связывает живые организмы с NLGE, которые необходимы на определенных этапах метаболизма генетической информации. Такое определение общих биологических функций жизни позволит переоценить традиционные подходы перекрестного взаимодействия живых объектов с неживыми генетическими элементами.

Определение для изучающих английский язык из Словаря учащихся Merriam-Webster

метаболизм / məˈtæbəˌlɪzəm / имя существительное

множественное число метаболизм

/ məˈtæbəˌlɪzəm /

существительное

множественное число метаболизм

Определение метаболизма учащимся

биология

: химические процессы, с помощью которых растение или животное использует пищу, воду и т. д., чтобы расти и лечить и производить энергию

[считать]

• изучает метаболизм различных организмов

• Регулярные упражнения могут улучшить ваш метаболизм. .[= увеличить скорость, с которой ваше тело превращает пищу в энергию]

[noncount]

— метаболический

/ ˌMɛtəˈbɑːlɪk / прилагательное

• метаболизм скорость

• a нарушение обмена веществ нарушение обмена веществ

— метаболически

/ ˌMɛtəˈbɑːlɪkli / наречие

Химия для биологов

Химия для биологов ресурсов призваны помочь вам понять химию и химические принципы, лежащие в основе значительной части биологии.Эти ресурсы были размещены на веб-сайте «Химия для биологов», который был запущен в 2004 году и поддерживался Королевским химическим обществом и Биохимическим обществом. С 2019 года ресурсы по химии для биологов размещаются на веб-сайте Королевского биологического общества.

Ресурсы предназначены для студентов старше 16 лет, изучающих биологию (или родственные предметы) на уровне A, Scottish Higher или аналогичном уровне. Они также будут полезны студентам первого курса, изучающим биологию. Ресурсы предполагают, что вы изучали химию (либо отдельный предмет, либо как часть сбалансированного курса естественных наук до уровня GCSE или эквивалентного).Материал разделен на 17 тем, к которым можно подходить в любом порядке, хотя было бы неплохо сначала заняться Некоторые основы химии . К каждой главе прилагается небольшой тест с несколькими вариантами ответов, который вы можете пройти в любое время. Вы можете использовать эти тесты разными способами:

1. Перед тем, как взяться за каждую главу, это поможет вам решить, нужно ли вам прорабатывать главу или нет.

2. После изучения главы, чтобы проверить свое понимание; или
3. До и после изучения главы, чтобы увидеть, насколько вы улучшились

Большинство глав включают:

• Текст
• Диаграммы
• Ссылки на другие сайты

Изначально ресурсы представляли трехмерные вращаемые структуры, они больше не поддерживаются, но мы предложили вам изучить http: // molview.org / вместо этого. Просто будьте осторожны с множеством различных изомеров, которые вы найдете, убедитесь, что вы следуете биологически значимым примерам. Вращающиеся молекулы важны, потому что большая часть биохимии зависит от трехмерных форм молекул — например, от того, насколько субстраты подходят активным центрам ферментов, как молекулы лекарств подходят к рецепторам в клетках.

.