הוא יסוד לקיומם של גופי חלבון, ואופן קיום זה מורכב מחידוש עצמי של המרכיבים הכימיים של אורגניזמים חיים.
מהם החיים
על פיסות קלף שהוחשכו עם הזמן, על לוחות חרס ויריעות פפירוס, נמצאות מחשבות שכתבו חכמים קדומים על מהם החייםואיך זה הגיע.
גליונות פפירוס וקלף
סופרים ומשוררים הקדישו שורות רבות לתיאור והסבר החיים. מדענים חדרו בהתמדה ובעקביות אל סודותיה במשך מאות שנים.
מהגדרות של מה זה החיים לבד, אפשר לעשות ספר עבה. אמירות רבות של הקדמונים הכילו תצפיות נכונות המשקפות את מגוון גילויי החיים, אך לא היה דבר עיקרי - תכונה נפוצהמאפיין כל אחת מצורותיו.
סימן זה, הטבוע בכל האורגניזמים החיים - מהפשוטים ביותר חיידקיםעד מאוד ישויות מאורגנות מאודוהוא המטבוליזם באורגניזמים חיים, החידוש העצמי המתמיד של החלקים המרכיבים את הגוף של האורגניזם.
הישגים מודרניים בביוכימיה, פיזיולוגיה ומדעים אחרים אישרו לחלוטין את נכונות ההצהרה הזו. כל שאר תכונות החיים, למשל, עצבנות, כלומר, היכולת להגיב להשפעות סביבתיות, צמיחה, התפתחות, רבייה ואחרים, הם רק ביטויים שונים של חיים הנובעים מהרכוש העיקרי שלהם - חידוש עצמי.
חידוש עצמי של אורגניזמים חיים
חידוש עצמי של אורגניזמים חייםמורכב משני תהליכים המתרחשים בו זמנית בגוף - הרס קיים ויצירת חומר אורגני חדש.
החומרים של הגוף של כל אורגניזם מתפוררים ללא הרף, ובמקביל צצים בו חומרים חדשים, דומים לאלה שקרסו. שני ההיבטים הללו של חיי האורגניזם - הרסניים ויצירתיים - קשורים קשר בל יינתק ומהווים תהליך בודד של חיים.
הרס ויצירהנצפים בכל מקום ובטבע הדומם. זה נובע מהפעילות, הרוח,. לדוגמה, כתוצאה מהבליה, סלע גרניט הופך בהדרגה להריסות ואף לחול. מחומר זה, סלעים קשים חדשים יכולים להיווצר לאחר מכן, אך הם כבר לא יהיו אותו גרניט.
שונה לגמרי הוא ההרס באורגניזם חי. כאן הרס החומר הוא המקור להופעתו של חומר אורגני חדש, כלומר, מייצג את התנאי הבסיסי לשימור חייו של האורגניזם הזה. אם הריקבון ייפסק, היווצרות של חומר חי חדש תיפסק במקביל, ומוות יתרחש.
התפרקות והתבוללות
הרס וריקבון המתרחשים בגופו של אורגניזם חי נקראים התפזרות, והתהליך ההפוך - היווצרות של חומר חדש - נקרא הטמעה.
IN התפרקות והתבוללות, או כמו שאומרים, בחילוף החומרים ובאנרגיהוהוא מהות החיים. הגוף הרי תמיד מקבל משהו מהסביבה וכל הזמן נותן לה משהו. בכך, החי שונה מבחינה איכותית מהלא-חי, כי לאף גוף לא-חי יש מטבוליזם כזה.
הבה נבחן ביתר פירוט את הקשר בין שני הצדדים הללו של התהליך המהותי ביותר של החיים - התחדשות עצמית.
התפכחות- זהו בסופו של דבר השילוב של חומרים אורגניים המרכיבים גוף חי עם חמצן, כלומר חמצון, שכתוצאה מכך משתחררת האנרגיה הפוטנציאלית החבויה בהם.
לכן, לעתים משווים את ההתפלגות לבעירה. אבל זה לא אותו דבר. בעירה היא גם חמצון, אבל היא מתרחשת מהר יחסית, וכמעט כל האנרגיה הכימית של הגוף הבוער מהמצב הסמוי מומרת ישירות לחום.
האנרגיה המשתחררת במהלך ההתפזרות יכולה להתבטא בצורה אנרגיית תנועה, בשונה תגובה כימית, כתוצאה מכך הוא עובר מצורה אחת לאחרת, הוא יכול להצטבר "ברזרבה", אפילו להפוך לאנרגיה חשמלית. יחד עם זאת, חלק מהתהליכים מהירים יותר, אחרים איטיים יותר. ורק בסופו של דבר כל סוגי האנרגיה עוברים לאנרגיה תרמית (כאן, כמו במקומות אחרים, חוק שימור החומר, שגילה לומונוסוב, תקף).
הַטמָעָה, כלומר, הפיכת חומר המזון לגוף האורגניזם, מתרחשת עקב האנרגיה המשתחררת במהלך ההתפזרות. תקובה המהות של חידוש עצמי של הגוף.
היכן מתרחש תהליך זה?
חידוש עצמי מתבצע בכל אותם חלקי הגוף שבהם יש פּרוֹטוֹפּלָסמָהמורכב בעיקר מחלבונים. פרוטופלזמה טבועה בכל היצורים החיים. הוא חלק מכל תא חי, וכל תהליכי חילוף החומרים והאנרגיה מתבצעים בו ודרכו.
עם זאת, תהליכי חילוף החומרים באורגניזמים שונים מתרחשים בדרכים שונות. לדוגמה, ישנם הבדלים משמעותיים בחילוף החומרים של צמחים, בעלי חיים וחיידקים.
ישנם כמה הבדלים בתהליכים מטבוליים במינים קרובים, ויתרה מכך, אפילו בשני אורגניזמים מאותו מין. אבל ככל שהאורגניזמים קרובים יותר למקורם, כך התהליכים המטבוליים שלהם מתנהלים בצורה דומה יותר. יחד עם זאת, לחילוף החומרים, בכל מקום, יש תכונה נפוצה- עדכון עצמי.
שינויים בחילוף החומרים של יצורים חיים
IN תנאים שוניםהקיום, האורגניזם יכול לשנות את אופי חילוף החומרים שלו ואז לשנות את עצמו. לפיכך, כל שינוי בגוף מתבצע דרך שינוי בחילוף החומרים שלו.
עם זאת, ישנם אורגניזמים שבהם לתהליכי חילוף החומרים והאנרגיה יש תכונות משמעותיות. כאלה, למשל, הם ירוקים, כלומר כלורופיל, צמחים, שבהם מתרחשת הטמעה לא רק בגלל ריקבון של חומרים אורגניים והאנרגיה המשתחררת בתהליך, אלא בעיקר בגלל אנרגיית האור המגיעה מבחוץ.
נבט דגנים
כאן עברו זרעים בשדה, וטמנו גרגרי חיטה בשורות באדמה. הגרגרים היו רוויים בלחות, התחממו באדמה החמה, והחיים החבויים בעובריהם נכנסו לתנועה פעילה. חומרים מזינים תְבוּאָהללכת על אוכל נֶבֶט. עמילן, למשל, הפך לסוכר והפך למזון לתאים "התעוררו". תאי העובר החלו להתחלק במהירות.
מפריד את גושי האדמה, מתוחים למעלה, קרוב יותר לאור, נבט אלסטי; מפרק בעקשנות את עמוד השדרה.
עד שהנבט עשה את דרכו אל האור, הצמח הצעיר, כמו אדם ובעלי חיים, כמו צמחים לא-כלורופיל לא ירוקים, ניזון מחומרים אורגניים שמכינים צמח האם.
אבל אז עלה נבט של גרגיר חיטה אל פני השטח, לקראת אוֹר שֶׁמֶשׁ, פילח את גוש האדמה האחרון בקצה חד, ויחד עם נבטים דומים אחרים, עלו אל פני השטח. ומיד, בהתחלה, הוא קיבל צבע חום מעט, ואז גרגרי הכלורופיל הפכו לירוקים בתאיו עם אבני הברקת הקטנות ביותר.
גם שדה החיטה הפך לירוק. מעתה, האוכל של הצמח הירוק אינו מוכן עמילן, חלבון ושומןנדחה פנימה גרגר חיטה, א פחמן דו חמצנימופק מהאוויר על ידי עלים וחלקים ירוקים אחרים של צמחים המכילים כלורופיל, ו מים עם מלחים מינרלייםמופק מהאדמה בשורשים.
הצמח "עומד על רגליו". כיום היא מייצרת לא רק את החומרים הדרושים לפעילות החיונית של תאי גופו, אלא גם צוברת מאגרים גדולים של חלבונים, פחמימות, שומנים וחומרים אורגניים אחרים באמצעות שימוש באנרגיה סולארית.
ההרכב הכימי של גופים חיים
הכירו בקצרה ההרכב הכימי של יצורים חיים. רוֹב יסודות כימייםהטבלה המחזורית המצוי בגופם של אורגניזמים חיים. כולם כנראה מעורבים בתהליכי החיים, אבל תפקידם רחוק מלהיות זהה. לחלק מהמרכיבים הללו יש חשיבות עיקרית בבניית הגוף של אורגניזם, אחרים ממלאים תפקיד מסוים בנשימה, בתזונה, בהפרשתו ובתהליכי החיים האחרים שלו.
חלק מהאלמנטים נותנים מאפיינים מיוחדיםרקמות. זרחן, למשל, הוא חלק משלד המוח והעצם, יש גם סידן בעצמות, מגנזיום כלול בכלורופיל של צמחים ירוקים, אבל כלורופיל לא יכול להיווצר ללא השתתפות של ברזל.
לפעמים עבור חוקר, גילוי של יסוד כימי מסוים ברקמות הגוף הוא הפתעה מוחלטת.
לדוגמה, חלק מאצות הים צוברות כמות ניכרת של יוד בגופן, אם כי ב מי יםנמצאו רק עקבות של אלמנט זה? אַצָה- חומרי גלם תעשייתיים לייצור יוד.
אצות - חומר גלם תעשייתי לייצור יוד מדוע ריכוז הזהב ברקמות של חמנייה רגילה, או בריכוז הזהב, גדול בהרבה מאשר באדמה עליה הם גדלים?
מדענים אקדמאים V.I. Vernadsky ו-A.P. Vinogradov קבעו כי יותר מ-60 אחוז מהיסודות הכימיים קשורים קשר הדוק לחיים של אורגניזמים. לפעמים תוספת לא משמעותית למזון של תרכובות המכילות אלפיות ואפילו מיליוניות האחוז של יסודות כמו בורון, מנגן, נחושת, אבץ, ברום, ארסן, קובלט, סטרונציוםואחרים, מגביר את הפעילות החיונית של הגוף, משפר את חילוף החומרים.
זהו הבסיס לשיטה של מה שנקרא מיקרו-דישון קרקע המשמש להגדלת היבול של שדות, פרדסים ומטעים. כמות זניחה של חומרים המכילים יסודות מסוימים מוכנסת לאדמה, וזה משפר את תנאי התזונה של הצמחים.
זה בטוח לומר את זה כל היסודות הכימיים הקיימים על פני כדור הארץ מעורבים בתהליכי החיים. עם זאת, לא כל היסודות הכימיים מהווים את הבסיס של אורגניזם חי. מתוכם ניתן להבחין בין עשרה לשנים עשר, הממלאים תפקיד בולט יותר בתהליכי החיים; המקום הראשון בחשיבות שייך לארבעה בלבד: פחמן, מימן, חמצן וחנקן.
האלמנטים האלה אפילו קיבלו שם מיוחד - יסודות אורגניים. כל מגוון החומרים האורגניים המצויים בהרכב של גופים חיים נוצר בעיקר על ידי ארבעת היסודות הללו, הנכללים בשלוש הקבוצות העיקריות תרכובות אורגניות- חלבונים, שומנים ופחמימות.
אם כבר מדברים על ההרכב הכימי של חומרים אורגניים בסיסיים, יש לומר כמה מילים על התכונות של היסודות המרכיבים את החומרים הללו.
סנאים
סנאים, פחמימות, שומנים וחומרים אורגניים אחרים, כמו גם חומרים מינרליים מעורבים בחייהם של אורגניזמים, אבל חלבונים הם הבסיס לחיים.
הפרוטופלזמה של תאים היא בעיקר מגוון של חלבונים, אשר, עם זאת, אינם מייצגים הצטברות אקראית כלשהי, אלא הם מערכות מורכבותחלבונים וחומרים אחרים.
מערכות אלו נוצרו כתוצאה מתהליך ארוך מאוד של התפתחות של חומר חי. ומשלושת הקבוצות הללו חומר אורגנילחלבונים יש תפקיד חשוב בחיים.
כל גילויי החיים קשורים אליהם ותכונותיהם. החלק הפעיל של צמחים ירוקים הוא תאים חיים; מורכבת מפרוטופלזמה, שהיא גם שילוב של חלבונים שונים. כמובן שגם פחמימות, שומנים וחומרים אחרים מעורבים בתהליכי החיים, אבל התפקיד המוביל שייך לחלבונים.
חלבונים הם מגוונים ביותר. פרוטופלזמה של תאים, שרירים, גידים, רצועות, דפנות כלי דם, איברים פנימיים, קרניים, פרסות, טפרים, עור ושיער של בעלי חיים.
כל היצורים החיים מורכבים מחלבונים שונים. יש הרבה חלבון בחלב, בזרעים ובפירות של כמה צמחים וכו'.
עם זאת, למרות העובדה שבה מראה חיצוניוהמאפיינים של כל החלבונים הללו דומים מעט זה לזה, יש להם הרכב כימי אלמנטרי יחיד (מורכב מפחמן, מימן, חמצן וחנקן) ומבנה מולקולרי ספציפי, מאפיין רק לחלבונים. בנוסף לארבעת היסודות המפורטים, חלבונים כוללים לעתים קרובות כמה אחרים, כגון זרחן, ברזל, מגנזיום וכו'.
אפשר להבין את הגיוון והמורכבות של החיים רק על ידי התחקות אחר חוקי ההתפתחות של חומר חלבון. מדע הביוכימיה חוקר את הכימיה של החומרים של יצורים חיים.
חלבונים הם החומרים המורכבים ביותר שנמצאים בטבע. המורכבות של חומר נקבעת על פי מספר ומגוון האטומים המרכיבים את החלקיק של החומר הזה - מולקולה. ככל שיש יותר אטומים במולקולה, משקלה המולקולרי גדול יותר.
ניתן לשפוט את מורכבות המבנה של מולקולות חלבון לפי משקלן המולקולרי. אז, למשל, המשקל המולקולרי של מים הוא 18, רגיל מלח שולחן- 58.5, סוכר סלק - 342, וחלבון ביצה של תרנגולת- 43,000 יש חלבונים שהמשקל המולקולרי שלהם מגיע למאות אלפים ואפילו מיליונים! לכן, מולקולת חלבון, בהשוואה למולקולות של חומרים אחרים, נקראת מולקולת ענק.
נסיבות אלו, יחד עם התכונות של שרשרת הפחמן, המהווה את הבסיס למולקולת החלבון, קובעת במידה רבה את הניידות של החלבון, את היכולת להשתנות בהתאם לתנאי הסביבה. במולקולת חלבון יש תמיד קבוצות כאלה של אטומים שמחברים לעצמן בקלות קבוצות חדשות של אטומים מהסביבה, וכאלה; שהמולקולה נותנת לו סביבה. הניידות של חלבונים היא אחת הסיבות העיקריות למגוון הבלתי מוגבל שלהם בטבע.
מולקולת חלבון בתהליך הטמעה מתרבה ללא הרף - ליתר דיוק, משקמת את עצמה: האטומים של מולקולה זו נמצאים בה כל הזמן בצורה מסוימת. החלבון, מתפרק, יוצר שוב חלבון הדומה לעצמו. ריקבון החומר של אורגניזם חי מוביל בהתמדה להופעתו של חומר דומה. זהו התכונה העיקרית של חידוש עצמי של גופי חלבון.
האקדמאי A.I. Oparin כותב:
ארגון הפרוטופלזמה החיה נקבע על ידי רצף התהליכים הכימיים והתמורות המתרחשות בחילוף החומרים. כעת התברר שחומרי חלבון קובעים את המהירות, הכיוון והקשר של טרנספורמציות כימיות המתרחשות בתא חי.
לכן, העיקר בביוכימיה הוא לא שאלת ההתפכחות, ההתפרקות בתהליך חילוף החומרים, אשר נתחקה די עמוק, אלא תהליך ההטמעה, כלומר, תכונות הרבייה העצמית של חומרי חלבון, היווצרות של חלבון דומה לו על ידי כל חלבון.
למצוא את חוקי הרבייה העצמית של חלבונים - זו הדרך להבין את תהליכי החיים.
ההצלחות בתחום מחקרי החלבון שהשיגו מדענים נותנות סיבה להאמין שפתרון בעיית השליטה בתהליכים המתרחשים בחלבון חי הוא, אולי, עניין של עתיד לא רחוק.
פחמימות
ל פחמימותכוללים עמילן, סוכר וחומרים אורגניים אחרים. כל הפחמימות מורכבות ממימן, פחמן וחמצן.
שומנים
לאותו הרכב כימי יסודי יש מגוון של שומניםמקור צמחי ובעלי חיים, אך סוגי הבנייה של מולקולות של פחמימות ושומנים שונים.
פַּחמָן
פַּחמָןכאלמנט הידוע ברבים. הוא כמעט בפנים צורה טהורהנמצא בפחם ובפחם. פחמן טהור הוא גרפיט, שממנו עשויה עופרת של עיפרון רגיל וכור היתוך עקשן להמסת מתכות; לבסוף, היהלום עשוי מפחמן - החומר הקשה ביותר הידוע בטבע. אבל לא מעניין אותנו פחמן כחומר גלם תעשייתי או אבן יקרה. עלינו לברר את תפקידו כמשתתף בלתי משתנה בתרכובות המרכיבות אורגניזמים.
בספרו Entertaining Geochemistry, האקדמאי A.E. Fersman כתב,
דמיינו לרגע איך כדור הארץ היה נראה ללא פחמן. אחרי הכל, זה אומר שלא יהיה עלה ירוק אחד, לא עץ, לא דשא. גם לא יהיו חיות. רק צוקים חשופים של סלעים שונים יבלטו בין החולות החשופים חסרי החיים והמדבריות השקטים של כדור הארץ.
ואכן, כל החיים קשורים בהכרח עם פחמן. בין אם אנחנו משתמשים בעץ לבניינים או לצרכים אחרים, בין אם אנחנו מייצרים בגדים, נעליים, אוכל או שואפים ריח של פרחים, בכל מקום יש לנו עסק עם תרכובות פחמן. יערות ירוקים, כרי דשא, שדות - זה בעיקר פחמן.
בחומר היבש של צמח, כמחצית מהמשקל הוא פחמן (בממוצע 45 אחוז).
ידוע שכאשר עץ מחומם ללא גישה לאוויר, בסופו של דבר נשאר רק פחמן עם תערובת קטנה של אפר, כלומר, מינרלים. אבל אם שורפים פחם באוויר, נשאר רק אפר. פחמן הפחם, לאחר שהשתלב עם חמצן אטמוספרי במהלך הבעירה, יצר פחמן דו חמצני חסר צבע, שנמלט.
תמיד יש טומאה לא משמעותית באוויר פחמן דו חמצני- רק כ-0.03 אחוז בנפח. עם זאת, תערובת קטנה זו מהווה מקור לפחמן לצמחים, המשמש לבניית חלבונים, שומנים, פחמימות וחומרים אורגניים אחרים.
המגוון האינסופי של תרכובות הפחמן המגוונות ביותר המופיעות בטבע נובע בעיקר מתכונות הפחמן.
העובדה היא שאטומי פחמן נכנסים בקלות לתרכובות זה עם זה, ובכך יוצרים "שרשרות פחמן". הוכח כי כבר בשלב מוקדם של התקררות כוכבים, נוצר מה שנקרא ביקרבונט - חומר שהמולקולה שלו מורכבת משני אטומי פחמן.
ככל שהכוכבים ממשיכים להתקרר, נוצרות יותר ויותר תרכובות פחמן מורכבות. פחמן, המהווה, כביכול, את הבסיס, ה"שלד" של מולקולות אורגניות, מצמיד לעצמו אטומים וקבוצות אטומים המכילים מימן, חמצן וחנקן.
אם "שרשרות פחמן" מחברות לעצמן אטומי מימן וחמצן, אז מופיעות מולקולות של פחמימות, שומנים ותרכובות פחמן נטולות חנקן אחרות. אבל התרכובות המדהימות ביותר נוצרות כאשר "שרשרת הפחמן", בנוסף לקבוצות אטומים המכילות מימן וחמצן, מוסיפה קבוצות אטומיות המכילות חנקן.
נוצרים חומרים חנקניים כמו חלבונים, שכתוצאה מהמשך התפתחות וסיבוך יכולים להפוך לגופי חלבון שיש להם תכונת חיים כמו חילוף חומרים.
חַנקָן
חַנקָןבדרך שלהם תכונות כימיותשונה מאוד מפחמן. זהו יסוד כימי לא פעיל. זה נכנס לשילוב עם יסודות כימיים אחרים מאוד טמפרטורה גבוההאו לחץ גבוה.
יש הרבה חנקן בטבע. באטמוספירה של אוויר, למשל, חנקן הוא 75 אחוז במשקל. זה אומר שמעל כל אחד מטר מרובעשטח כדור הארץ הוא עמוד אוויר, המכיל כ-8 טונות של חנקן גזי. איזה מאגרים עשירים בהשוואה לתערובת לא משמעותית של פחמן דו חמצני!
עם זאת, אורגניזמים המשתמשים בחנקן ובפחמן לבניית גופם אינם סובלים בדרך כלל ממחסור בפחמן; לצמחים לרוב חסר חנקן. העובדה היא שהגוף אינו סופג חנקן גזי מהאוויר, אלא תרכובות חנקן, הוא צריך, כמו שאומרים, "חנקן קשור".
מימן וחמצן
צמחים לא חסרים מימן וחמצן.
מים וחמצן נמצאים בכל הצמחים. אבל תפקידם של יסודות אלה אינו מוגבל לעובדה שהם כלולים יחד עם פחמן וחנקן בהרכב של חלבונים, פחמימות וחומרים אורגניים אחרים.
מימן וחמצן יוצרים מים, ומים בתהליך של פעילות חיונית של אורגניזמים יש מאוד חֲשִׁיבוּת. היא חלק מהפרוטופלזמה של התאים, שדרכה מתרחשת האינטראקציה של חלבונים שונים וחומרים אחרים בגוף. מים גם מבטיחים את חילוף החומרים של יצורים חיים ואת האינטראקציה שלהם עם הסביבה.
מדעני הפנים מ. ו' וולקנשטיין הציע את ההגדרה הבאה של חיים: "גופים חיים הקיימים על פני כדור הארץ הם מערכות פתוחות, מווסתות את עצמן ומתרבות עצמיות הבנויות מביופולימרים - חלבונים וחומצות גרעין".
עם זאת, עדיין אין הגדרה מקובלת למושג "חיים". אבל אפשר להבדיל סימנים (מאפיינים) של חומר חי,להבחין בינו לבין לא-חי.
1.הרכב כימי מסוים.אורגניזמים חיים מורכבים מאותם יסודות כימיים כמו עצמים בעלי טבע דומם, אך היחס בין יסודות אלה שונה. היסודות העיקריים של יצורים חיים הם פחמן C, חמצן O, חנקן N ומימן H.
2.מבנה התא.לכל האורגניזמים החיים, למעט וירוסים, יש מבנה תאי.
3.מטבוליזם ותלות באנרגיה.אורגניזמים חיים הם מערכות פתוחות, הם תלויים בצריכה של סביבה חיצוניתחומרים ואנרגיה.
4.ויסות עצמי (הומאוסטזיס).לאורגניזמים חיים יש את היכולת לשמור על הומאוסטזיס - קביעות ההרכב הכימי שלהם ועוצמת התהליכים המטבוליים.
5.נִרגָנוּת.אורגניזמים חיים מראים עצבנות, כלומר, יכולת להגיב לחלקים מסוימים השפעות חיצוניותתגובות ספציפיות.
6.תוֹרָשָׁה.יצורים חיים מסוגלים להעביר סימנים ותכונות מדור לדור בעזרת נושאי מידע – מולקולות DNA ו-RNA.
7.הִשׁתַנוּת.אורגניזמים חיים מסוגלים לרכוש תכונות ותכונות חדשות.
8.רבייה עצמית (רפרודוקציה).יצורים חיים מסוגלים להתרבות - להתרבות מהסוג שלהם.
9.התפתחות אישית (אונטוגנזה).כל פרט מאופיין באונטוגניה - התפתחות אינדיבידואלית של האורגניזם מלידה ועד סוף החיים (מוות או חלוקה חדשה). ההתפתחות מלווה בצמיחה.
10.התפתחות אבולוציונית (פילוגנזה).חומר חי בכללותו מאופיין בפילוגנזה - התפתחות היסטוריתהחיים על פני כדור הארץ מראשיתם ועד היום.
11.התאמות.אורגניזמים חיים מסוגלים להסתגל, כלומר להסתגל לתנאי הסביבה.
12.קֶצֶב.אורגניזמים חיים מראים את קצב פעילות החיים (יומי, עונתי וכו').
13.יושרה ודיסקרטיות.מצד אחד, כל החומר החי הוא אינטגרלי, מאורגן בצורה מסוימת ומציית לחוקים כלליים; מצד שני, כל מערכת ביולוגית מורכבת מאלמנטים נפרדים, אם כי מחוברים זה לזה.
14.הִיֵרַרכִיָה.החל מביופולימרים (חלבונים וחומצות גרעין) וכלה בביוספרה כולה, כל היצורים החיים נמצאים בכפיפות מסוימת. תִפקוּד מערכות ביולוגיותברמה פחות מורכבת מאפשרת את קיומה של רמה מורכבת יותר.
| חומרים קודמים: |
שלום חברים, שבו. מי נעדר בתפקיד?
מהשיעור של היום, אנו מתחילים ללמוד את חילוף החומרים והאנרגיה.
בשיעור נכיר את המושג מטבוליזם, נלמד כיצד מטבוליזם מורכב מתהליכים. קחו בחשבון את שלבי חילוף החומרים, וחילופי חלבונים, שומנים, פחמימות, מינרלים ומים.
פתחו את המחברות ורשמו את התאריך של היום ואת נושא השיעור.
העולם החי סביבנו מגוון, אך כל היצורים החיים מובחנים מהטבע הדומם על ידי נוכחותם של סימנים מיוחדים.
זכור את התכונות העיקריות של אורגניזמים חיים. (תזונה, נשימה, הפרשה - חילוף חומרים, עצבנות, ניידות, רבייה, גדילה והתפתחות.)
מדוע תזונה, נשימה, הפרשת חומרי פסולת בולטים בין שאר סימני החיים? (תהליכים אלו קשורים זה בזה ומייצגים יחד מטבוליזם שלם בודד)
זכרו מה שנקרא תזונה, נשימה, הפרשה. (תזונה היא תהליך קבלת חומרי הזנה מהסביבה. נשימה היא תהליך ספיגת חמצן תוך שחרור אנרגיה. הפרשה היא סילוק מהגוף של חומרים מסוכנים מיותרים שנוצרו במהלך החיים).
האם חומרים שנכנסים לגוף מהסביבה החיצונית נשארים ללא שינוי? אם הם משתנים, אילו שינויים הם עוברים?
(חומרים עוברים שינויים, הם מתפרקים לפשוטים יותר ונספגים בדם, ואז חלק מהם הופך ל חומר בנייהעבור הגוף וחלקם משמשים לאנרגיה.)
אז, חילוף החומרים והאנרגיה הם אחד המאפיינים העיקריים של יצורים חיים, חילופי חומרים ואנרגיה עם הסביבה (מטבוליזם (מיוונית μεταβολή - "שינוי, שינוי") כולל תהליכי התזונה, הנשימה וההפרשה, הוא קבוצה של טרנספורמציות ביוכימיות של חומרים ואנרגיה המתרחשים באורגניזמים חיים.
ההבדל בין לחיות לבין טבע דומםהוא מורכב במבנה המיוחד של יצור חי ובתהליכים כימיים ספציפיים המתרחשים ללא הרף בין האורגניזם לסביבה החיצונית. מכלול התהליכים הללו הוא הבסיס לחיים - חילוף החומרים. כל אורגניזם חי, כולל בני אדם, מערכת פתוחהשצורך מהסביבה חומרים שוניםומשתמש בהם כחומר בניין או כ מקור אנרגיהשחרור פסולת ואנרגיה לסביבה. הודות ל חילוף חומריםממשיך פיצול וסינתזה של מולקולות המרכיבות תאים, הרס והתחדשות מבני תאיםוחומר בין תאי. חילוף החומרים הוא בלתי נפרד תהליכי המרת אנרגיה: האנרגיה של קשרים כימיים של מולקולות אורגניות מורכבות כתוצאה מתמורות כימיות מומרת לסוגים אחרים של אנרגיה המשמשת לסינתזה של תרכובות חדשות, לביצוע עבודה, להפקת חוםוכו.
חילוף החומרים מתחלק לשני תהליכים הקשורים זה בזה ובו-זמנית - מטבוליזם פלסטי ואנרגיה.
בממוצע, אדם משנה מחצית מכל חלבוני הרקמה כל 80 יום; אנזימי כבד (במיוחד מתרחשות בו תגובות אינטנסיביות) מתעדכנים לאחר 2-4 שעות, וחלקם - לאחר כמה עשרות דקות.תחשבו איך זה אפשרי, ואיך לדעתכם אפשר לקרוא למטבוליזם כזה פלסטיק או אנרגיה?(נִכנָס מזונות מזיניםללכת לבניית הגוף, החלפת פלסטיק)
החלפת פלסטיק- התהליך, שכתוצאה ממנו חומרי המזון הנכנסים לתא עוברים ל"בנייה" של החלקים האבודים, ליצירת תאים חדשים, צמיחה והתפתחות של לא רק תאים, אלא האורגניזם כולו.
רשום את ההגדרה. החלפת פלסטיק היא אוסף של תהליכים המובילים להטמעה של חומרים והצטברות אנרגיה.
אנרגיה נחוצה כדי שכל התהליכים יתרחשו. חלק מהחומרים האורגניים הנכנסים לגוף מתפרק עם שחרור האנרגיה, תהליך זה נקרא חילוף חומרים אנרגטי.
במהלך העבודה, תרשים מוצג על הלוח.
חילוף חומרים
אנרג'י פלסטיק
החלפה - דעיכה, החלפה - סינתזה
פירוק מורכב מורכב אורגני
חומרים אורגניים מפשוטים.
חומרים פשוטים
החלפת פלסטיק- זה תהליך הטמעה של חומרים בגוףשהוא מקבל מהסביבה. מכלול התגובות הביוסינתטיות המתרחשות בתאי הגוף נקרא הַטמָעָה.אבל תגובות ביוסינתזה בלתי אפשריות ללא האנרגיה שמשתחררת בתגובות חילוף חומרים אנרגטי, שבסיסו הוא התפזרות - קבוצה של תגובות של פירוק וחמצון של חומרים מולקולריים גבוהים המתרחשים עם שחרור אנרגיה. בתורו התפזרות בלתי אפשרית ללא אנזימים שנוצרו במהלך תהליכי הטמעה של מטבוליזם פלסטי. ברגעים שונים בחייו של אורגניזם, אחד מסוגי המטבוליזם עשוי לשלוט. לדוגמה, במהלך תקופת הצמיחה וההתפתחות של האורגניזם, נצפית עלייה משמעותית בשני התהליכים, אך עם עלייה בהטמעה.
הגוף של בעלי חיים ובני אדם מקבל חומרים אורגניים מוכנים עם מזון. אבל כדי שהקשרים הללו ייכללו בחילופין; יש לפצל אותם לחלקים יסודיים. תהליך זה מתבצע, כידוע, במערכת העיכול. עיכול, הובלת חומרים מזינים חמצן הוא רק שלב הכנה של חילוף החומרים. יצירת חומרים ומבנים ספציפיים לגוף, כמו גם חמצון ביולוגי של חומרים אורגניים המספקים לגוף אנרגיה, מתרחשת בתאי הגוף ומתבצעת על פי התוכנית שנקבעה במנגנון התורשתי שלהם.
בואו לגלות ביתר פירוט מאילו שלבים מורכב חילוף החומרים.
צייר תרשים על הלוח במחברת שלך.
תכנית "שלבי חילוף החומרים"
1 כניסה
חומרים מ
המרת Ambient 2
סביבת החומר והאנרגיה.
3 השתמש 4 הסר התקנה
חומרים ב
מַקִיף
יום רביעי
שלב 1. אספקת חומרי הזנה ואנרגיה מהסביבה החיצונית.מה הגוף מקבל מהסביבה החיצונית? מה נקראים חומרים מזינים? (הגוף מקבל מאוכל חומרים מזינים. חומרים מזינים הם חלבונים, שומנים, פחמימות, מלחים מינימליים, ויטמינים.)
שלב 2. טרנספורמציה של חומרים אלה ואנרגיה בתוך הגוף.
היכן מתחיל הפיצול, בהשפעת מה ובאיזו מידה מתפצלים חלבונים, שומנים ופחמימות?
שלב 3. שימוש על ידי הגוף במרכיבים החיוביים של טרנספורמציות אלה.
חומצות אמינו נספגות בדם ומועברות לכל האיברים. דרך ממברנות תאי האיברים חודרות לתוכם חומצות אמינו, ושם, בריבוזומים, נוצרים חלבונים האופייניים לתאים אלו מהשילוב הרצוי של חומצות אמינו: בשרירים - חלבוני שריר של גוף האדם, בנוירונים - חלבונים האופייניים לתאי עצב. היווצרות חלבונים מחומצות אמינו מתרחשת בריבוזומים.
חומצות שומן וגליצרול דרך הדם והלימפה נכנסות לתאים, שם מתרחשת היווצרות שומנים האופייניים לבני אדם. עודף שומן מיותר עבור תהליכים תאיים, מופקד במילואים באיברים שונים.
גלוקוז נספג בדם ועודף מופקד בכבד כגליקוגן. אם הדם מכיל כמות קטנה, הדבר תורם למעבר של גליקוגן לגלוקוז וכניסתו למצע כלי הדם.
שלב 4. פליטה מהגוף של מרכיבים מיותרים של טרנספורמציות לסביבה החיצונית.
התוצרים הסופיים של חילוף החומרים הם מים, פחמן דו חמצני, אמוניה, אשר מוסרים דרך העור, הכבד ואיברי הנשימה.
אז, למדנו, חילוף חומרים (מטבוליזם) תהליך קשההכוללת חילופי פלסטיק (הטמעה) ואנרגיה (התפזרות), כעת נגלה אילו חומרים (תזונתיים) מעורבים בחילוף החומרים ואיזו משמעות יש להם עבור גוף האדם.
להחליף רוב חומרים חשוביםבואו נסתכל על הטבלה הבאה:
"מַנגָנוֹן".
החבר'ה מחולקים ל-5 קבוצות. כל קבוצה תעבוד עם הטקסט ותדגיש את הפונקציות של רכיבי תזונה, מזונות המכילים רכיבים תזונתיים, הדרישה היומית, הבלוטות המווסתות את חילוף החומרים של רכיבים תזונתיים אלו והשלכות של הפרעות מטבוליות והכנסתם לטבלה. יש לך 5 דקות להשלים. לאחר השלמת המשימה יוצא דובר אחד מכל קבוצה שמכניס את הנתונים לטבלה שעל הלוח וביחד אנו ממלאים את הטבלה. מתחת לטבלה אתה צריך לכתוב את הפלט. בתום השיעור המחברות ייבדקו באופן אקראי ודירוג.
מסקנה לאחר הטבלה: חלבונים, שומנים, פחמימות, מלחים מינרלים ומים ממלאים תפקיד עצום בחילוף החומרים ומהווים מרכיבים חיוניים בתזונה. פחמימות ושומנים ממלאים תפקיד מיוחד במטבוליזם האנרגיה; יחד עם חומרים מזינים אחרים ומים, הם לוקחים חלק במטבוליזם הפלסטי. חילוף החומרים נשלט על ידי המערכת האנדוקרינית. הפרעות מטבוליות מובילות השלכות חמורותלבריאות טובה.
טקסטים לתלמידים.
טקסט №1 חילוף חומרים של חלבון
סנאים. בתחילת המאה הקודמת נודע כי מכל רקמות עולם החי והצומח ניתן לבודד חומרים הדומים מאוד בתכונותיהם לחלבון של ביצת תרנגולת. התברר שהם קרובים זה לזה ובהרכבם. לכן הם ניתנו שם נפוץ- חלבונים. אז הופיע המונח "חלבונים", מהמילה היוונית "פרוטוס" - "ראשון, הכי חשוב", המציינת את התפקיד העיקרי של החלבון. חלבונים הם תרכובות מקרומולקולריות מורכבות מאוד. מולקולת המים מורכבת משלושה אטומים בלבד: אטום חמצן אחד ושני אטומי מימן; מולקולת חלבון מורכבת מעשרות ומאות אלפי אטומים רבים. הוא מורכב מחנקן, פחמן, מימן, חמצן ועוד כמה יסודות. אם חלבון מחומם בנוכחות חומצה, הוא מתפרק לרכיבים פשוטים יותר הנקראים חומצות אמינו. בטבע יש כל כך הרבה חלבונים שונים וקשה למצוא שניים הדומים זה לזה. בינתיים, הם מורכבים ממספר קטן של חומצות אמינו - רק כ-20. חילוף חומרים של חלבוןבגוף מתרחשת כל הזמן ובמהירות רבה. ניתן לשפוט את שיעורו לפי החלפת חנקן. על ידי קביעת כמות החנקן המוכנסת למזון ומופרשת מהגוף, ניתן לקבוע את מאזן החנקן היומי. אם כמות החנקן המוכנסת ומשתחררת זהה, אז מדברים על שיווי משקל חנקן. כאשר מוכנס יותר חנקן מאשר מופרש, אז יש מאזן חנקן חיובי. זה קורה לעתים קרובות יותר אצל ילדים כשהגוף גדל, או אצל אנשים שמחלימים ממחלה קשה. אבל קורה שמופרש יותר חנקן ממה שמוכנס - זהו מאזן חנקן שלילי. מצב זה נצפה במהלך רעב או עם מחלות זיהומיות. בהתאם לקבוצת חומצות האמינו המרכיבות את מולקולות החלבון, חלבונים מחולקים לשלמות, המכילות את חומצות האמינו הדרושות, ונחותות, שאינן מכילות חלק מהן. חלבונים מלאים הם בעיקר ממקור מן החי (בשר, דגים), חלבונים נחותים הם ממקור צמחי, אם כי חלבוני הקטניות מכילים חלבון מלא; חלבונים הנכנסים לגוף עם המזון, בהשפעת אנזימי מערכת העיכול, מתפרקים לחומצות אמינו, הנספגות בדם ונישאות על ידו בכל הגוף. בתאי האיברים והרקמות מסונתזים מהם חלבונים האופייניים לבני אדם. החלק הלא בשימוש של החלבונים עובר ריקבון ומוסר מהגוף, והאנרגיה המשתחררת משמשת בתגובות אחרות (תפקוד אנרגטי של חלבונים). חלבונים נחוצים לא רק לבניית מבנים תאיים (פונקציית בנייה), אלא גם הם חלק בלתי נפרדאנזימים, הורמונים ועוד כמה חומרים. חלבונים הם חלק מאנזימים כזרזים לתגובות רבות (תפקוד קטליטי) ונוגדנים (תפקוד מגן). התוצרים הסופיים של פירוק חלבון בגוף הם מים, פחמן דו חמצני וחומרים המכילים חנקן (אמוניה, חומצת שתןוכו.). תוצרי פירוק חלבון מופרשים מהגוף דרך איברי ההפרשה. חלבונים בגוף אינם מופקדים במאגר (או כמעט אינם מופקדים). חלבונים מכילים בממוצע 16% חנקן, כלומר. משקל החלבונים הוא פי 6.25 ממשקל החנקן הקיים בהם (מחושב ל-100 גרם חלבון). כמות החנקן המתקבלת מוכפלת ב-6.25 ומתקבלת כמות החלבון בגרמים. דרישה יומיתבחלבונים - ממוצע של 100-118 גרם; זה תלוי בגיל, באופי המקצוע ובתנאים נוספים. מחסור ממושך בחלבון גורם הפרות חמורותבגוף: עצירת גדילה והתפתחות בילדים, שינויים במערכות האנזימטיות של הגוף, בבלוטות האנדוקריניות וכו'. מאזן חנקן חיובי אצל מבוגר יכול להיות עם צמיחת ניאופלזמה - גידול של תאים שאינם אופייניים של הגוף. אם תהליך זה מזוהה בזמן, אז טיפול בזמן אפשרי.
טקסט מס' 2 החלפת פחמימות
פחמימות הן חומרים המורכבים מפחמן, מימן וחמצן. הם מופצים באופן נרחב בממלכת הצמחים. זהו מקור האנרגיה העיקרי בגופנו (הם מספקים 75% מכל האנרגיה שאנו צריכים). פחמימות מתחלקות לפשוטות ומורכבות, את שתיהן אנו מקבלים באוכל, והפשוטות נספגות מיד בדם, וקודם כל יש לפרק את המורכבות. פחמימות מורכבות- אלו הם עמילן, קנה וסלק, פשוטים - סוכר ענבים, או גלוקוז, פרוקטוז וכו'. תרכובות פחמימות מולקולריות גבוהות - פוליסכרידים אינם נחותים במורכבותם מחלבונים. הם חלק מרקמת החיבור, העצמות והסחוס. בנוסף, לפוליסכרידים תפקיד חשוב מאוד במאבק הגוף במחלות זיהומיות. פוליסכרידים כוללים חומר המופץ באופן נרחב ברקמות החיות - הפרין, המגן על הדם מפני קרישה. פחמימות מורכבות שנכנסות לגוף עם האוכל מתפרקות מערכת עיכוללחד-סוכרים שנכנסים לזרם הדם, ולאחר מכן לכבד, שם מסונתז גליקוגן מגלוקוז. לפי הצורך, הוא הופך בחזרה לגלוקוז, הנישא בכל הגוף על ידי הדם. תכולת הגלוקוז בדם נשמרת באותה רמה (כ-0.1%). הכבד מווסת את רמת הסוכר בדם: הוא מכיל כ-300 גר' פחמימות בצורת גליקוגן. בעת אשפוז כמות משמעותיתסוכר או גלוקוז, (150-200 גרם) עם מזון, רמת הסוכר בדם עולה (היפרגליקמיה במזון). עודף סוכר מופרש בשתן, כלומר. גלוקוז מופיע בשתן - גלוקוזוריה מתרחשת. כאשר הפעילות התוך-הפרשתית של הלבלב מופרעת, מתרחשת מחלה הנקראת מחלת סוכר, או סוכרת: בסוכרת, רמת הסוכר בדם עולה ומתחילה הפרשה מוגברת של סוכר בשתן. גליקוגן מופקד לא רק בכבד, הוא יכול להצטבר בשרירים. בעת הצורך, גלוקוז נכנס למחזור הדם הן מגליקוגן והן מגליקוגן בשריר. גלוקוז הוא לא רק מרכיב מבניציטופלזמה של תאים, אבל גם מרכיב הכרחי בגדילתם (מקור אנרגיה), חשוב מאוד לתפקוד מערכת העצבים (גליקוגן מופקד ב תאי עצבים). אם ריכוז הסוכר בדם יורד ל-0.04%, אז מתחילים עוויתות, דליריום, איבוד הכרה וכו' - פעילות המרכזית. מערכת עצבים. מספיק לתת לחולה כזה לאכול סוכר רגיל או להכניס אותו אליו סוכר בדםככל שכל ההפרעות נעלמות. ירידה חדה וממושכת ברמת הסוכר בדם - היפוגליקמיה עלולה להוביל ליותר הפרות חמורותפעילות גופנית ולהוביל למוות; בצריכה לא מספקת של פחמימות מהמזון הן עלולות להיווצר מחלבונים ושומנים, פחמימות מתפרקות בקלות ומהוות מקור האנרגיה העיקרי בגוף, במיוחד בזמן מאמץ גופני. הצורך היומי של אדם בפחמימות עומד בממוצע על 450-500 גרם. המרכז לוויסות הסוכר בדם ממוקם במוח המדולה אובלונגטה ובמוח הבינוני (האזור היפוטוברי). מרכזים גבוהים יותר ממוקמים בקליפת המוח. אדרנלין - הורמון של מדוללת יותרת הכליה - מקדם את ההמרה של גליקוגן לגלוקוז ומשפר תהליכי חמצון בתאים. פעולתו הפוכה לאינסולין, המקדם את חדירת הגלוקוז לתאים ואת סינתזה של גליקוגן. ברגולציה חילוף חומרים של פחמימותהורמונים אחרים גם לקחת חלק: הורמונים של קליפת יותרת הכליה, בלוטת יותרת המוח הקדמית ו בלוטת התריס.
טקסט מס' 3 החלפת שומן
שומנים הם בעיקר חומר אנרגיה; כאשר שומנים מתחמצנים, הוא משתחרר תוך 2 שניות שוב פעםיותר אנרגיה מאשר כאשר מחמצנים את אותה כמות פחמימות וחלבונים: כאשר מחמצנים 1 גרם שומן משתחררים 9.3 קק"ל חום, 1 גרם פחמימות - 4.1 קק"ל, 1 גרם חלבון - 4.1 קק"ל. במערכת העיכול, השומן מתפרק לחומצות שומן וגליצרול. גליצרול הנוצר משומנים נספג בקלות, וחומצות שומן נספגות רק לאחר הסיבון. עוברים דרך רירית המעי ונספגים בדם, הם מתאחדים זה עם זה ויוצרים מאפיין חדש. אורגניזם נתוןשמן. שומן הוא חלק חיוני בתאים. בגוף הוא גם בצורת חומרים דמויי שומן - מלואידים, שהם חלק מהם רקמת עצבים, ממברנות תאים וכמה הורמונים. כמות השומן שלא תובע על ידי הגוף מופקדת במה שנקרא "מחסני שומן" - ב רקמה תת עורית, omentum, רקמה פרירנלית, באזור האגן. רקמת שומןמספק בידוד תרמי של הגוף שלנו ומשמש כבולם זעזועים. הדבר האחרון ניכר מדוגמה זו: איננו מבחינים בכבדות גופנו כאשר אנו עומדים. תפקיד חשוב בכך ממלאים רפידות שומן טבעיות, הממוקמות באזור קשתות כף הרגל ולוקחות, סופגות, את כל משקלנו. אתה יכול לראות זאת בקלות אם אתה כורעת ברך: מהר מאוד כובד הגוף ירגיש את עצמו עם כאבים עזים. רקמת שומן נמצאת רק בבעלי חיים בעלי דם חם. הוא מפותח במיוחד בכלבי ים, סוסי ים, דובי קוטב ולווייתנים. דם קר - צפרדעים, לדגים אין את זה. שקיעה משמעותית של שומן בגוף היא סימן להפרעה מטבולית. לאדם שמן יש חילוף חומרים איטי יותר מאשר לאדם רזה. אדם שמן מאבד מרץ ועליזות, הופך לרדום, חסר יוזמה. הרכב השומן בתזונה הוא הטרוגני, ולשומנים שונים יש ערכים ביולוגיים שונים. עבור אדם, תכולת השומן המתאימה ביותר במזון היא בין 1 ל-1.25 גרם לק"ג משקל גוף. המשמעות היא שאם אדם שוקל 70 ק"ג, אזי עליו לצרוך בין 70 ל-100 גרם שומן ביום, ומכיוון ששומן הוא חלק כמעט מכל מוצר מזון, נורמה זו כוללת את כמות השומן הכוללת שנכנסת לגוף בכל הסוגים. . מחצית מהשומנים הנצרכים צריכים להיות ממקור מן החי ומחצית ממקור צמחי. זה חשוב מכיוון שכפי שכבר אמרנו, כל השומנים, כשהם מתפרקים במערכת העיכול, מתפרקים לחומצות שומן וגליצרול. ישנם שני סוגים של חומצות שומן: רוויות ובלתי רוויות.
כל השומנים מכילים את שניהם, אבל בשומנים מהחי יש יותר רוויים, צמחיים, להיפך, יותר בלתי רוויים. חומצות שומן. מחקר שנים האחרונותהראו כי חומצות שומן בלתי רוויות חיוניות לגוף. הם מגבירים את עמידותו לזיהומים שונים, מפחיתים את הרגישות לקרינה רדיואקטיבית, נכנסים לתרכובת עם כולסטרול (חומר אורגני המסונתז בעיקר על ידי הגוף עצמו) ומונעים את שקיעתו בדפנות כלי הדם, מונעים מחלות כלי דם – טרשת עורקים. מחומצות השומן הבלתי רוויות, במיוחד חשיבות רבהיש שלושה: לינולאית, לינולנית וארכידונית. השניים הראשונים נמצאים בכמויות גדולות בשמן קנבוס, זרעי פשתן וחמניות, והשלישי (זה נקרא ויטמין F) - בעיקר בשומן מן החי - שׁוּמָןוחלמון ביצה. מכל שלוש חומצות השומן הבלתי רוויות, רק חומצה ארכידונית יכולה להיות מסונתזת על ידי הגוף בנוכחות חומצה לינולאית וויטמינים מקבוצת B. אם שומן אינו נכלל לחלוטין במזון, הגוף יסנתז אותו מחלבונים ופחמימות. בזמן הרעבה נוצרות פחמימות משומנים, המשמשים כמקור אנרגיה. ברגולציה חילוף חומרים של שומן: מערכת העצבים המרכזית משחקת תפקיד גדול, כמו גם בלוטות רבות הפרשה פנימית(איברי המין, יותרת המוח, בלוטת התריס, יותרת הכליה).
סיפור על החלפת חומרים מינרלים ומים.
מלח מינרלי. הגוף זקוק לא רק לחלבונים, שומנים ופחמימות, הוא גם צריך מלח מינרליומים. כמעט כל מערכת תקופתיתמנדלייב מיוצג בתאי הגוף שלנו, אך תפקידם ומשמעותם של אלמנטים מסוימים בחילוף החומרים עדיין אינם מובנים היטב. באשר למים ולמלחים מינרליים, נמצא שהם משתתפים חשובים בתהליך המטבולי בתא. מים ומלחים שונים הם חלק מהתא; בלעדיהם, חילוף החומרים בתא מופרע. אין רזרבות גדולות של מלחים בגוף, ולכן יש צורך להקפיד על צריכתם הסדירה. זה לא קשה לעשות זאת, שכן הרכב מוצרי המזון כולל את רוב המינרלים. יותר ממלחים אחרים, אנו משתמשים במלח שולחן. הוא מורכב מנתרן וכלור. נתרן מעורב בוויסות כמות המים בגוף, וכלור מתחבר עם מימן ויוצר חומצה הידרוכלורית. מיץ קיבהשזה מאוד חשוב לעיכול. צריכה לא מספקת של פולי סויה אוכל מובילה להפרשה מוגברת של מים מהגוף ולהיווצרות לא מספקת של של חומצה הידרוכלוריתמיץ קיבה. עם שימוש בכמות גדולה של מלח שולחן, מים נשמרים בגוף, ובצקות עשויות להופיע. אשלגן הוא אחד מהם אלמנטים הכרחייםהכלולים בתא. יש צורך לשמור על ריגוש נורמלי של העצבים ו רקמת שריר. יחד עם נתרן, הוא גם תורם לוויסות תכולת המים ברקמות. מלחי אשלגן נמצאים בתפוחי אדמה, קטניות, כרוב ושאר ירקות. יש צורך במלחי סידן וזרחן התפתחות תקינהרקמת עצם, זרחן חשוב מאוד לרקמות העצבים. סידן נמצא בכמויות גדולות בחלב, גבינת קוטג', גבינה ודגים. היחס בין מלחי אשלגן וסידן חשוב לתפקוד תקין של שריר הלב. בהיעדרם או במחסורם, פעילות הלב מואטת, ועד מהרה נפסקת לחלוטין. כל התאים זקוקים לצריכה קבועה של מלחי מגנזיום. אלמנט זה, שבגללו מתבצעת הולכה לאורך סיבי מערכת העצבים, מסדיר את לומן כלי הדם, כמו גם את עבודת המעיים. יש הרבה מלחי מגנזיום בכבד, שעועית, אפונה, סויה ו קמח שיבולת שועל, לחם שיפון. ברזל הוא חלק מהמוגלובין, חומר המוביל חמצן מהריאות לתאי הרקמות. בסך הכל, הגוף מכיל 3 גרם ברזל, מתוכם 2.5 גרם הם חלק מהמוגלובין. עם חוסר בברזל מתפתחת אנמיה. מ מוצרי מזוןהעשירים ביותר בברזל הם חלמון ביצה, בשר, פירות וירקות.
פלואור כלול ב אמייל השן, לכן, אנשים המתגוררים באותם אזורים שבהם מי שתייהזה לא מספיק, השיניים מתדרדרות לעתים קרובות יותר, מים הם מיקרו-אלמנט חיוני. הוא מעורב בסינתזה של הורמוני בלוטת התריס. עם מחסור ביוד, הפתולוגיה של בלוטת התריס מתפתחת בהדרגה (המכונה "זפק"). מספר גדול שליוד נמצא בפירות ים ממוצא מן החי והצומח כאחד. נחושת ומלחיה מעורבים בתהליכי ההמטופואזה. עם מחסור של אלמנט זה בגוף, ברזל אינו בשימוש לקוי למטרה שלו, וכתוצאה מכך מתפתחת אנמיה. אדם צריך עד 10 גרם מלח ליום, 1 גרם אשלגן, 0.3 גרם מגנזיום, 1.5 גרם זרחן, 0.8 גרם סידן, 0.012 גרם ברזל, 0.001 מ"ג נחושת, 0.0003 גרם מנגן, 0. 00003 גרם של יוד. המלחים מופצים פנימה תאים שוניםורקמות הגוף בצורה לא אחידה. אז, יש הרבה מלחי נתרן בפלזמה ובנוזל הבין-תאי; יש יותר מלחי אשלגן בתאים מאשר בנוזלי הגוף; עצמות מכילות הרבה סידן וזרחן; המוגלובין - נחושת וברזל, ותאי בלוטת התריס - יוד. מכיוון שמינרלים מופרשים כל הזמן מהגוף, יש למלא אותם בכמויות שוות עם צריכת מזון. המחסור במלח בתזונה יכול להוביל למוות מהר יותר מרעב מוחלט.
מים ומלחי מינרלים אינם מקורות אנרגיה וחומרי הזנה, אך תפקידם חשוב ביותר. מים מהווים עד 65% ממשקל הגוף, ובילדים - עד 80%. ללא מזון, אבל בנוכחות מים (צריכתם), אדם יכול לעשות 40-50 ימים, וללא מים, הוא ימות בעוד כמה ימים. מים מעורבים בכל התהליכים המטבוליים. כל חומרי המזון והמלחים יכולים להיספג בדם רק כשהם מומסים במים. וכל התהליכים הכימיים בתאים אפשריים רק בנוכחות מים. מים מעורבים בוויסות טמפרטורת הגוף: משתחררים בזיעה, הם מתאדים ומצננים את הגוף מגנים עליו מפני התחממות יתר. הצורך הממוצע במים הוא 2-2 * 5 ליטר ליום. צורך זה מסופק בערך כדלקמן: 1 ליטר בצורה של משקה, 1 ליטר כלול במזון ו-250-300 מ"ל נוצרים בגוף האדם כתוצאה מתמורות כימיות המתרחשות בכל התאים והרקמות. מים מופרשים מהגוף על ידי הכליות בלוטות זיעהואור. כמות המים ששותים ומוקצה היא בערך זהה. נכון, הצורך בו תלוי לרוב באיכות ובכמות המזון, בטמפרטורת הסביבה וכו'.
אדם צריך לצרוך כמה שיותר נוזלים כדי לכסות את כל צריכתו, אחרת תתרחש התייבשות, ויבוא הפרות חמורותפעילות חיונית. עם חוסר ממושך במים, מערכת העצבים סובלת, מופיעות הפרעות נפשיות. תקופות של אדישות מוחלטת ונמנום מוחלפות בוויזואל ו הזיות שמיעהועוויתות. הפר את הפעילות של מרכזי עצבים חיוניים - מערכת הנשימה והלב וכלי הדם. אם תופעות אלו מתגברות, עלול להתרחש מוות,
אדם בריא לא צריך להגביל את עצמו לשתייה, אבל כדאי לשתות מעט ולעתים קרובות. שתיית נוזלים מרובה בבת אחת מזיקה - הרי כל הנוזל נספג בדם, ועד שהעודף שלו מופרש על ידי הכליות הלב עובד בעומס מופרז.
היום התוודענו לנושאחילוף חומרים ואנרגיה. גלה כמה אתה מבין חומר חינוכי. אני קורא לך אמירה, ואתה תגיד אם זה נכון או לא, ותצדיק את נקודת המבט שלך.
1. חילוף חומריםממשיךבין הסביבה לאורגניזם. האם הגוף הוא מערכת סגורה? (לא, יש אינטראקציה עם הסביבה החיצונית, המערכת פתוחה)
2. התוצאה של חילוף חומרים פלסטי היא סינתזה של חומרים אורגניים מורכבים.
3. ריקבון של חומרים אורגניים מלווה בהצטברות אנרגיה. (לא)
4. גוף האדם מקבל אנרגיה מהמזון.
5. כתוצאה מחילוף חומרים אנרגטי מתרחשת הצטברות החומר. (לא)
6. בנוי בתאים אנושיים מחומצות אמינופחמימות? (לא, סנאים)
7. החשיבות העיקרית של מים לתאי הגוף היא תווך לתגובות ביוכימיות?
תודה לכולכם על ההשתתפות הפעילה בשיעור, ניתן ציונים ראויים.
המאפיין העיקרי של החיים הוא חילופי חומרים בין גוף האדם לסביבה החיצונית. לקיומו של אורגניזם חי יש צורך באספקת חמצן, מים ומגוון חומרי הזנה מהסביבה החיצונית.
אם התהליך הזה נפסק, אז החיים נעצרים. במסגרת ההחלפה להבין את כל תהליכי הטרנספורמציה של חומרים מזינים בגופנו, הטמעתם, עיבודם ושחרורם של מוצרים מטבוליים לסביבה החיצונית.
התבוללות והתפרקות
IN איברים אנושייםתסביך עיכול חומר אורגני(שומנים, חלבונים) מתפרקים, ככלל, לפשוטים יותר. החומרים הללו הם הנספגים בצורה של תמיסות וחודרים לתוך הלימפה והדם. דם, לימפה, נוזל רקמות מספקים את החומרים המזינים הדרושים לכל הרקמות. מהתרכובות האורגניות המגיעות במהלך הספיגה, נוצרים מורכבים, פחמימות, שומנים האופייניים לגוף האדם בתאי הרקמה. תהליך זה של טרנספורמציה והטמעה של חומרים שהם חלק ישיר מגוף האדם נקרא הטמעה. כתוצאה מכך, הגוף מועשר בחומרים מסוימים, כמו גם באנרגיה כימית סמויה.
יחד עם הטמעה ברקמות ובתאים של הגוף, מתמשכת ההתפזרות, כלומר תהליך התפוררות של חומרים מורכבים אורגניים לפשוטים. במקרה זה, אנרגיה משתחררת בהכרח, ושאריות של מוצרים מטבוליים מופרשים מהגוף.
תהליכי ההתפכחות וההתבוללות קשורים קשר בל יינתק ובדרך כלל ממשיכים באחדות. גם למרות היפוכו, עדיין ללא התבוללות לא תהיה התפרקות, כיון שלא יהיה מה להרוס. במהלך ההתפזרות משתחררת אנרגיה שהופכת לחום או ישירות לאנרגיה מכנית, המשמשת ישירות בעבודת גוף האדם.
חליפין בעל מאפייני גילכלומר, במהלך תקופת הצמיחה של האורגניזם האנושי, ההתבוללות גוברת על התפזרות, ובאופן משמעותי למדי. בבגרות, אלה כמעט באיזון. ובזקנה של אדם, תהליכי ההתפכחות כבר גוברים על ההתבוללות - יותר חומרים נהרסים מאשר נוצרים.
ככלל, חילוף החומרים מובחן על ידי חלבון, שומן, פחמימות, מים ו חילוף חומרים של מינרליםאשר קשורים זה לזה באופן הדוק. ראוי לציין כי הידע של כל אחד חשוב מאוד, כי אם זה או אחר מופר, יש להגיש בקשה שיטות מיוחדותיַחַס. חשוב מאוד גם לדעת שההפרה של אחד מהם משפיעה בצורה מאוד מאוד משמעותית על כל הגוף.
חילוף חומרים של חלבון
חלבונים הם הכי הרבה חומרים מורכביםאורגניזם ו הבסיס העיקריכל התאים. הם משחקים באופן בלעדי תפקיד חשובבתהליך חילוף החומרים. חלבונים הם חומר הבניין העיקרי בגוף. הם משמשים גם כחומר אנרגיה. חלבונים האופייניים לגוף האדם נוצרים מתוצרי פירוק של חלבוני מזון הנכנסים לדם מעי דקונישא על ידו לכל האיברים, הרקמות והתאים. התוצרים הסופיים של פירוק חלבון ברקמות ובתאים נכנסים לזרם הדם הכללי ומוסרים מהגוף דרך איברי ההפרשה יחד עם שתן וזיעה.
עם צריכה מספקת של שומנים ופחמימות, הנורמה של חלבונים למבוגר היא כ-1.5 גרם ליום לכל ק"ג משקל גוף. כאשר מתחמצן בגוף, 1 גרם חלבון מספק 4.1 קלוריות גדולות.
תזונת חלבון צריכה להיות מלאה, כלומר, מזון צריך להכיל הכל הנחוץ לגוףחלקים מרכיבים של חלבונים. תזונה מגוונת מספקת לגוף את כל המרכיבים הדרושים לבניית חלבונים אנושיים. הדרך הטובה ביותר לספק את צרכי החלבון של הגוף שלך היא מזון לבעלי חיים. עשיר בחלבונים: דגים (בעיקר בקלה), גבינה, נקניק, ביצים.
מ מוצרים צמחייםחלבונים רבים במיוחד מכילים סויה, אפונה, שעועית, שעועית. לא כל החלבונים מקור צמחילְהַכִיל הכרחי לאדםחלקים מרכיבים של חלבונים. לא ניתן להחליף חלבונים בפחמימות או בשומנים, מכיוון שהאחרונים אינם מכילים חנקן. בכבד ניתן לעבד חלבונים ולהמיר אותם לשומנים ופחמימות.
חילוף חומרים של פחמימות
פחמימות הן מקור האנרגיה העיקרי. כאשר מתחמצן בגוף, 1 גרם של פחמימות מספק 4.1 קלוריות גדולות. הודות לפחמימות, איברים ורקמות אנושיות מקבלים אנרגיה, שבזכותה מתבצעות תנועות שונות, נוצר חום.
הפחמימות כוללות: עמילן, סוכר, סיבים. עם עודף תזונת פחמימותניתן להמיר פחמימות לשומנים, ואם לא מספיק, הן יכולות להיווצר משומנים. עם צריכה מספקת של שומנים, הנורמה של פחמימות למבוגר היא 7-8 גרם לכל ק"ג משקל גוף ליום. הפעילות החיונית התקינה של האורגניזם מתבצעת בתנאי של תכולה קבועה פחות או יותר של סוכר בדם (0.1%). המוצרים העיקריים המכילים פחמימות הם סוכרים שונים, קמח, דגנים, לחם, ירקות ופירות.
IN כלי דם villi סופגים תמיסות מימיות סוכרים פשוטים, כגון גלוקוז, התוצרים הסופיים של פירוקם בגוף הם פחמן דו חמצני ומים.
גלוקוז הכרחי לתפקוד תקין של השרירים והתאים של מערכת העצבים המרכזית כמקור אנרגיה. הוא הופך לגליקוגן, שנאגר בכבד ובשרירים, ובמידת הצורך הופך שוב לגלוקוז. עם חוסר גלוקוז בדם, הביצועים של אדם יורדים. בְּ תשישות עצבניתאו חולשה לבבית, נעשה שימוש בעירוי תוך ורידי של גלוקוז.
חילוף חומרים של שומן
שומנים הם בעצם חומר אנרגיה. חמצון של 1 גרם שומן מספק 9.3 קלוריות גדולות. התוצרים הסופיים של חמצון ופירוק שומנים זהים לאלו של פחמימות.
שומן מושקע מתחת לעור חלל הבטן, ברופף רקמת חיבורהמקיף את האיברים. שקיעה מוגזמת של שומן מזיקה לגוף, שכן היא מסבכת את עבודת הלב והכליות. עם צריכה מספקת של חלבונים ופחמימות, הנורמה היומית של שומן היא מעט פחות מחלבון. באקלים קר, יש להגביר את צריכת השומן. עם צריכה לא מספקת של שומן בגוף, מתרחשת תשישות.
בדרכי שלי תרכובת כימיתשומנים מהחי קרובים יותר לשומנים בגוף שלנו מאשר שומנים מהצומח. שומנים קלים לעיכול הכלולים בהרכב (חמאה, שמנת, שמנת חמוצה) ושומנים חלמון. ממוצרי צמחים, שמנים שונים חשובים במיוחד לתזונה: זרעי פשתן, חמניות, תירס, קנבוס וכו'.
החלפת מים ומלחים מינרלים
מים מהווים כ-70% ממשקל הגוף הכולל. זה הכרחי כחלק בלתי נפרד מהגוף. במיוחד הרבה מים בדם, לימפה ו נוזל רקמה, מיצי עיכול. תעריף יומימים באקלים ממוזג 2-2.5 ליטר. הפרידו איבריםעשיר מאוד במים. בתאי המוח הוא מכיל 85%, בשרירים 75%. בחלק מהאיברים יש מעט מים, בעצמות כ-20%. תהליכי פיצול חלבונים, שומנים ופחמימות לחלקים המרכיבים אותם ויצירת תרכובות אורגניות מורכבות מהם מתבצעים במים.
הודות למים, מובטח הרכב קבוע של דם ולימפה. ללא מים, תהליכים מטבוליים בלתי אפשריים, מכיוון שכולם מתרחשים ב תמיסות מימיות. בְּ היעדרות מוחלטתמים במזון מוות מתרחש תוך 4-5 ימים. כאשר עובדים בחנויות חמות, כמו גם ב חַקלָאוּתבמזג אוויר חם בקיץ, מומלץ לשתות מים בתערובת של 0.2-0.5%. מים מומלחים מעט מפצים על אובדן המלחים בזמן הזעה, מפחיתים צמא והזעה, משפרים את הרווחה ומגבירים את התפוקה.
גם למלחים מינרלים שונים יש חשיבות רבה לגוף. הגוף זקוק למלחים של נתרן, אשלגן, סידן, מגנזיום, זרחן, גופרית, ברזל, יוד, ברום, אבץ ועוד כמה.
מלחים הם חלק מהתאים. במהלך חיי הגוף, הם מופרשים כל הזמן עם שתן, זיעה ומוצרי הפרשה אחרים, ולכן יש לבלוע אותם באופן קבוע. רוב המינרלים החיוניים כלולים. הכרחי לתפקוד תקין של הגוף נתרן כלורי, כלומר מלח שולחן. כדי לעשות זאת, אתה צריך לצרוך 10-12.5 גרם של מלח שולחן ליום עם האוכל. במקרה זה, הגוף מקבל לא רק נתרן, הדרוש להובלת חמצן ופחמן דו חמצני, אלא גם כלור, הדרוש ליצירת חומצה הידרוכלורית בבלוטות הקיבה.