«Обмін речовин і енергії. Терморегуляція» і. Обмін енергії. Терморегуляція

1. Загальне поняття про обмін речовин та енергії

У живих організмах будь-який процес здійснюється з використанням енергії. Вона витрачається на створення клітинних структур, підтримку іонних градієнтів, забезпечення специфічної активності (скорочення, секрецію тощо), ріст, розмноження тощо.

Спеціальний розділ фізики, який вивчає властивості та перетворення енергії у різних системах, називається термодинамікою. Термодинамічні системи поділяють на ізольовані, закриті та відкриті. Ізольованими називають системи, енергія і маса яких не змінюється, тобто вони не обмінюються з довкіллям ні речовиною, ні енергією. Закриті системи обмінюються з довкіллям енергією, але не речовиною, тому їх маса залишається постійною. Відкритими системами називають системи, що обмінюються з довкіллям речовиною та енергією. З погляду термодинаміки живі організми відносяться до відкритих систем.

Згідно першого закону термодинаміки енергія не зникає нікуди та не виникає нізвідки, а лише переходить з однієї форми в іншу. Другий закон термодинаміки стверджує, що вся енергія в кінці кінців переходить у теплову. Під час обміну речовин також відбувається перетворення енергії. При окисленні харчових речовин енергія, яка в них міститься, вивільняється і перетворюється у теплову, механічну, електричну: механічна може перетворюватися у теплову, теплова — у механічну, електрична - у теплову тощо. Всі види енергії у кінцевому результаті переходять у довкілля переважно у вигляді тепла. Тому вся енергія, що утворюється в організмі, може визначатися в одиницях тепла - калоріях або джоулях (1 ккал = 4,19кДж).

Згідно законів термодинаміки, витрачені енергетичні ресурси організм має постійно відновлювати за рахунок їжі та виділяти у довкілля продукти обміну засвоєних і використаних у процесі життєдіяльності речовин. Білки, жири, вуглеводи та інші сполуки, що надходять з їжею, використовуються для: 1) відновлення структур організму; 2) поповнення енергетичних витрат. Ці процеси лежать в основі обміну речовин.

Отже, обмін речовин і енергії (метаболізм) - це сукупність фізичних, хімічних і фізіологічних процесів перетворення речовин і енергії у живих організмах, які забезпечують його зв’язок з довкіллям.

Прикладом значення обміну речовин може служити порівняння станів клінічної та біологічної смерті. Клінічна смерть – зворотній процес умирання, при якому відсутні дихання та серцебиття. Але завдяки існуванню в організмі мінімального обміну речовин людину ще можна оживити протягом 5-6 хвилин, доки не загинула кора головного мозку. Припинення обміну речовин означає для організму біологічну смерть, тобто необоротне вгасання життєвих функцій.

Анаболізм і катаболізм

Метаболізм можна розділити на два взаємопов'язаних, але різноспрямованих процеси: анаболізм (асиміляція) та катаболізм (дисиміляція).

Анаболізм - це сукупність процесів синтезу органічних речовин (ком-поненттів клітин і інших структур органів і тканин). Він забезпечує ріст, розвиток, оновлення біологічних структур, а також накопичення енергії.

Катаболізм - це сукупність процесів розщеплення складних молекул до простіших речовин з використанням частини з них для синтезу та розщеплення іншої частини до кінцевих продуктів метаболізму з утворенням енергії. До кінцевих продуктів метаболізму відносяться вода, СО₂, СО, сечовина, а також інші азотисті речовини. Катаболізм забезпечує використання хімічної енергії з молекул, що містяться в їжі, для виконання необхідних функцій. Наприклад, утворення амінокислот у результаті розщеплення білків їжі та подальше їх окислення у клітині з утворенням СО₂ і Н₂О, що супроводжується вивільненням енергії.

Процеси анаболізму та катаболізму знаходяться в організмі у стані динамічної рівноваги. Якщо анаболічні процеси переважають над катаболічними, то відбуває-ться збільшення маси тканини (у ростучому організмі, при загоєнні ран), а перева-жання катаболічних процесів веде до часткового руйнування тканинних структур (при голодуванні, раку). Стан рівноваги між анаболізмом та катаболізмом залежить від віку (у дитячому віці переважає анаболізм, у старечому віці – катаболізм, у до-рослих - рівновага), стану здоров'я, фізичного або психоемоційного навантаження.