Контрольная работа - Обмен веществ
Подождите немного. Документ загружается.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение. 3
Жизнь как молекулярный процесс. 5
Живое и неживое. -
Анаболизм и катаболизм. Этапы обмена веществ. 10
Сущность энергетического обмена. 13
Энергетический обмен и единицы измерения. -
Вещества, служащие источником энергии. -
Понятие основного обмена. 16
Этапы энергетического обмена. 18
Интенсивность энергетического обмена и размеры тела. 20
Термодинамический анализ обменных процессов в живой
материи. 21
Теплообмен. -
Центральный механизм терморегуляции. 24
Обмен веществ основа воспроизведения живого в
последующих поколениях. 27
Обмен белков. -
Обмен углеводов и липидов. 34
Взаимосвязь различных видов пищевых продуктов и энергии. 40
Возрастные особенности различных обменных процессов. 43
Особенности белкового, жирового и углеводного обмена в
детском возрасте. -
Водно-солевой обмен. Значение воды и минеральных солей в
процессе роста и развития ребенка. 44
Энергетическое обеспечение мышечной деятельности у детей
1
и подростков. 47
Заключение. 48
Список терминов, используемых в работе. 50
Список литературы. 53
Введение
2
На протяжении столетий люди пытались обнаружить какую-то жизненную
силу, которая могла бы вдохнуть в неодушевленное безжизненное вещество
те удивительные «волшебные» свойства, которыми живые вещества
отличаются от окружающей их среды.
В наше время ясно, что жизненная сила («жизненный порыв», душа, архей)
или другой жизненный нематериальный фактор в такой же мере иллюзорны и
не поддаются конкретному изучению, как и философский камень.
Современные научные подходы к изучению процессов жизнедеятельности
вытекают из принципов, сформулированных натурфилософами в XIX-XX
столетиях:
1) «… живое тело состоит из таких же веществ, которые мы находим в
неживой природе, эти вещества не только не имеют иных свойств или
возможностей в живом организме, но они даже не утрачивают ни одного из
своих свойств»;
2) «… масса живой протоплазмы представляет собой фактически
молекулярную машину исключительной сложности, общие результаты
которой, или процессы жизнедеятельности, зависят, с одной стороны, от ее
устройства, а с другой стороны-от поступающей к ней энергии ».
Бурное развитие биохимии во второй половине XX века укрепило позиции
этой науки для развития многих направлений в биологии. Поэтому, в главе,
посвященной сравнению живого и неживого, а также в главах о пластическом
и энергетическом обмене я использовала именно «Основы биохимии»
Ю.Б.Филиппович и «Биохимию» И.К.Проскуриной. Эти книги очень хорошо
освещают химический состав клеток живого, а также обмен жиров, белков и
углеводов.
В первой главе я постаралась достаточно подробно освятить молекулярный
состав живого организма. Также я воспользовалась книгой «Окислительно-
восстановительные реакции» Хомченко Г.П. и Севастьяновой К.И., «Основы
физиологи обмена веществ и эндокринной системы» Држвецкой И.А. и Мак-
3
Мюррей У. «Обмен веществ: основы учения о взаимосвязи биохимии с
физиологией».
Вторая глава посвящено энергетическому обмену. В ней я раскрыла
сущность энергетического обмена, этапы, указала вещества, которые
участвуют в обеспечении энергией клетки, также рассмотрела понятие
основного обмена. Литература та же, но добавилась книга «Биология» Вилли
К.
В третьей главе я рассматривала теплообмен, температурную адаптацию
организмов и терморегуляцию. Основная книга-это «Общий курс физиологии
человека и животных» том 2, а также «Основы анатомии, физиологии и
гигиены детей и подростков» Обреимовой Н.И. и Петрухина А.С.
В четвертой главе речь идет собственно об обмене белков, жиров, углеводов.
Их взаимосвязи между собой и взаимосвязи различных пищевых продуктов и
энергии. О литературе я сообщила выше.
Пятая глава посвящена возрастным особенностям обмена веществ и энергии,
а также энергетическому обеспечению мышечной деятельности у детей и
подростков. Основной литературой здесь является «Возрастная физиология и
школьная гигиена» А.Г.Хрипковой и других авторов.
Словарь терминов показывает дополнительный материал.
Список литературы называет книги, использованные в контрольной работе.
Жизнь как молекулярный процесс.
4
Живое и неживое.
В составе живой клетки, как и любого другого объекта материального
мира, нет ничего, кроме атомов и молекул. Органический и неорганический
мир по набору химических элементов отличаются незначительно, поскольку
неживая природа поставляет исходный материал для построения молекул
живого организма. В организме человека обнаружено около 70 элементов
таблицы Д.И.Менделеева. Такие элементы, как кислород, углерод, водород,
азот, кальций, фосфор, калий, сера, хлор, натрий, магний, цинк, железо, медь,
йод, молибден, кобальт, селен, постоянно содержатся в организме человека,
входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и являются незаменимыми.
Однако количественное содержание химических элементов в организме не
одинаково.
По современным данным, биомасса единовременно живущих на Земле
организмов составляет 1,8×10
12
-2,4×10
12
т в пересчете на сухое вещество,
причем ежегодно ими продуцируется около 10
11
т сухого вещества.
По количественному содержанию в организме все элементы можно
разделить 4 группы. Первая группа-макробиогенные элементы (главные):
кислород, углерод, азот, водород; их содержание в организме составляет 1% и
выше. Вторая группа-олигобиогенные элементы, доля которых от 0,01 до
1%; к ним относят кальций, фосфор, калий, хлор, сера, железо, магний.
Третья группа-микробиогенные элементы, содержание которых ниже 0,1%
(цинк, марганец, кобальт, медь, бром, йод, молибден и др.). Четвертая группа-
ультрамикробиогенные элементы, концентрация в организме элементов
этой группы не превышает 0,000001%; к ним относятся литий, кремний,
олово, кадмий, селен, титан, ванадий, хром, никель, ртуть, золото и многие
другие. Для некоторых ультрамикробиогенных элементов установлено
биологическое значение в жизнедеятельности организма, для других-нет.
Вероятно, загрязнение окружающей среды этими элементами приводит к
аккумуляции их в живой природе, в том числе и в организме человека. Из
5
макроэлементов в наибольшем количестве в биомассе содержатся О, С, Н, N
и Са. Из них только О и Са широко представлены в земной коре. Многие
элементы, содержаться в литосфере в значительном количестве (Si, Al, Fe и
др.), в органическом мире встречаются сравнительно в невысоких
концентрациях. Аналогичная картина свойственна, по данным академика
А.Д.Виноградова, количественным соотношениям элементов в гидросфере и
живых существах, ее населяющих, хотя качественный состав первой и
вторых почти совпадает. Таким образом, прямой зависимости между
распространением химических элементов в неорганической и органической
природе нет, однако это не означает, что между первой и второй отсутствует
какая-либо связь. Наоборот, установлено, что между организмом и средой
существует тонкая взаимозависимость. Те элемент, которые легко образуют
растворимые и газообразные соединения, составляют основную массу
биосферы (С, N, P, S), хотя в земной коре их содержание относительно
невелико. Элементы, которые не дают водорастворимых соединений, широко
распространены в неорганической природе, а в составе организмов
встречаются в ничтожных количествах (Si, Fe, Al). Таким образом,
доступность элементов для биосферы играет решающую роль в построении
живого вещества.
Отмечена определенная зависимость между биологической ролью
элементов и их положением периодической системе Менделеева.
Органический мир построен главным образом из легких элементов. В
подавляющем большинстве случаев при переходе от легких к тяжелым
элементам в пределах одной и той же подгруппы возрастает токсичность
элементов и параллельно этому падает содержание их в биомассе. Элементы
некоторых подгрупп взаимозаменяют друг друга в биологических объектах
(Са, Ва, Sr). Функциональное значение элементов ряда подгрупп
своеобразно: элементы восьмой подгруппы (Fe, Co, Ni) являются
преимущественно компонентами биоактивных соединений.
6
Полагают, что Н, О, С, Р и N, составляющие вместе более 99% живого
вещества, играют выдающуюся роль в явлениях жизни благодаря наличию у
них комплекса особых качеств. Первое из них состоит в способности
образовывать кратные связи. Вследствие этого С превосходит Si в
отношении числа и разнообразия возможных соединений, обладающих
уникальными свойствами. Второе качество заключается в то, что атомы
упомянутых элементов, отличаясь малыми размерами, образуют
относительно плотные молекулы с минимальными межмолекулярными
расстояниями. Такие молекулы более устойчивы к действию тех или иных
химических агентов. И, наконец, третье качество присуще в основном Р и S и
лишь в небольшой мере N. Оно сводится к возникновению на базе указанных
элементов некоторых специфических соединений, при расщеплении которых
выделяется повышенное количество энергии, используемой для процессов
жизнедеятельности. Молекулы газов О
2
и СО
2
участвуют в окислительных
процессах, протекающих в клетке. Растворимые соли, особенно соли К
+
и
Na
+,
определяют возбудимость и электрические свойства клеток.
Нерастворимые соли, главным образом фосфаты кальция, придают
устойчивость и прочность таким структурам, как кость. И, наконец,
универсальный растворитель-вода-является той общей средой, в которой
растворены все компоненты происходящих в клетке химических реакций, и
при участии которой в клетку поступают питательные вещества и выводятся
конечные продукты.
Химический состав клетки живого организма отражает такой важный
признак живой материи, как высокий уровень структурной организации. Если
все биологические вещества, функционирующие в клетке, расположить по
сложности их строения, то получатся определенные уровни организации
клетки.
Первый уровень занимают низкомолекулярные предшественники
клеточных компонентов, к которым относятся вода (Н
2
О), углекислый газ
(СО
2
), Молекулярные кислород (О
2
) и азот (N
2
), неорганические ионы, ряд
7
химических элементов. На втором уровне стоят промежуточные химические
соединения, такие как аммиак (NН
3
), органические кислоты и их
производные, карбамилфосфат, рибоза. Из соединений первого и второго
уровней в ходе жизнедеятельности клеток образуются биологические
мономеры, которые являются строительным материалом для биополимеров,
имеющих большую молекулярную массу и отличающихся огромным
разнообразие. Промежуточное положение между биомономерами и
биополимерами занимают витамины и коферменты, которые по
молекулярной массе ближе к мономерам, но не являются строительным
материалом для биополимеров. Биополимеры способны ковалентно
соединяться друг с другом, образуя сложные макромолекулы:
липопротеины, нуклеопротеины, гликопротеины, гликолипиды и т.д.
Взаимодействием простых и сложных макромолекул создаются
надмолекулярные структуры (мультиэнзимы). Следующий уровень
организации клетки-клеточные органеллы: митохондрии, ядра, рибосомы,
лизосомы и др. Система органелл образует клетку. Рассмотрим, что же
представляют собой биополимеры.
Вторым по количественному содержанию в биологических объектах (после
воды), но, несомненно, первым и главным по значению классом соединений
являются белки. В среднем можно принять, что в сухом веществе организмов
содержится 40-50% белка. Почти столетие назад Ф.Энгельс сформулировал
положение о выдающейся роли белка в осуществлении жизненных функций.
Обладая рядом специфических качеств, которые подробно будут рассмотрены
ниже, белковые тела являются субстратом жизни, ибо сама жизнь
представляет, в конечном счете, не что иное, как «способ существования
белковых тел, и этот способ существования состоит в постоянном
самообновлении химических составных частей этих тел». Следует только
иметь в виду, что речь здесь идет не об отдельно взятом изолированном
белке, а о живой системе, принципиальной составной частью являются
белковые тела. Остальные 50% сухого вещества организмов составлены
8
соединениями других классов: нуклеиновые кислоты, жиры, углеводы и
минеральные вещества. Кроме перечисленных выше веществ в составе
организма найдены в незначительных количествах углеводороды, спирты,
альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, кетокислоты, аминокислоты,
эфиры, амины и др. Многие из упомянутых соединений обладают мощным
физиологическим действием и выполняют роль ускорителей или
замедлителей жизненных процессов. Их иногда объединяют под названием
биологически активных соединений, хотя химически они очень разнообразны.
Это-витамины, гормоны, ростовые вещества, биостимуляторы, коэнзимы,
антибиотики, фитонциды и т.п. Сюда же относят вещества, возникающие в
качестве промежуточных продуктов при тех или иных химических реакциях
в организме. Эти соединения называются метаболитами. Среди соединений,
входящих в состав организмов, принято выделять пластические и
энергетические вещества. К пластическим веществам относят белки,
углеводы, нуклеиновые кислоты, некоторые виды липидов,
высокомолекулярные углеводы. К энергетическим веществам относят
низкомолекулярные и некоторые высокомолекулярные углеводы, отдельные
виды липидов.
Процессы выработки энергии зависят от катализируемых ферментами
окислительных реакций. Отдельные органы и типы клеток существенно
различаются по окислительному потенциалу, но во всех случаях абсолютно
необходим молекулярный кислород. Среди огромного разнообразия
дегидрогеназ и переносчиков электронов не следует терять из виду основной
факт, касающийся биолого-окислительных процессов. А именно то
обстоятельство, что их значение в первую очередь заключается в выработке
энергии для работы клетки либо непосредственно путем предоставления
подвижных водородных ионов для восстановительных синтезов глюкозы,
жирных кислот, стероидов и т.д. Либо косвенно, путем соединения этих
водородных атомов с кислородом в процессе образования воды, в ходе
сопряженного образования АТФ при окислительном фосфолировании.
9
В неживой природе окислительно-восстановительные реакции
чрезвычайно распространены. Так, «жизнь вулкана» сопровождается
окислительнно-восстановительными процессами. В районах действия
вулканов и на дне кратерных озер можно наблюдать отложение самородной
серы, которая образуется в результате следующих процессов:
2Н
2
S+О
2
→
2Н
2
О+2S
Н
2
S+2SО
2
→Н
2
S+2S
Во время грозовых разрядов происходит связывание атмосферного азота:
N
2
+O
2
→2NO
2NO+O
2
→2NO
2
2NO
2
+H
2
O→HNO
3
+HNO
2
Образовавшиеся кислоты попадают с атмосферными осадками в почву, где и
превращаются в нитриты и нитраты. Таким путем в почву попадает от 4 до 15
кг азота на гектар в год. Весь окружающий нас мир можно рассматривать как
гигантскую химическую лабораторию, в которой ежесекундно протекают
химические реакции, преимущественно окислительно-восстановительные.
ОВР играют большую роль в биохимических процессах: дыхании, обмене
веществ, нервной деятельности человека. Проявление различных жизненных
функций организма связано с затратой энергии, которую наш организм
получает из пищи в результате ОВР.
Анаболизм и катаболизм. Этапы обмена веществ.
Суть обмена, веществ или метаболизма, заключается в поступлении в
организм из внешней среды различных веществ, усвоении и использовании
их в процессе жизнедеятельности и выделение образовавшихся продуктов
обмена во внешнюю среду. Принято различать две стороны обмена веществ:
диссимиляцию (энергетический обмен, катаболизм) и ассимиляцию
(пластический обмен, анаболизм). Процессы ассимиляции и диссимиляции
10