МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ Харківський машинобудівний коледж Циклова комісія фізики, хімії та природничих дисциплін

БІОЛОГІЯ

Тема 2. ОБМІН РЕЧОВИН І ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ

ЕЛЕКТРОННИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК

для самостійної роботи студентів 1 курсу всіх спеціальностей

Рекомендовано методичною Радою коледжу протокол № ___ від ___.___.2020 р. 

Погоджено цикловою комісією фізики, хімії та природничих дисциплін  протокол № ___ від ___.___.2020 р. Голова циклової комісії ______________ /Ольховська С.О./

Укладач: Євсеєв Р.С. –  викладач вищої категорії

Харків – 2020

         ББК 28.080я73

         УДК 574(075.8)

          Б – 63

Біологія. Тема 2. Обмін речовин і перетворення енергії. Електронний навчальний посібник для самостійної роботи студентів 1 курсу всіх

спеціальностей. 

         Укладач: Євсеєв Р.С., викладач вищої категорії.

          Рекомендовано методичною Радою Харківського машинобудівного коледжу, протокол № ___ від ___.___.2020 р.

Рецензент: Ісаєнко Ю.В., голова методичного об’єднання викладачів хімії та біології вищих навчальних закладів І-ІІ рівня акредитації, кандидат хімічних наук, викладач-методист Коледжу Національного фармацевтичного університету 

© Харківський машинобудівний коледж

ЗМІСТ

Передмова .............................................................................................. 4

Вступ ...................................................................................................... 5

Розділ 1. Білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди .................................... 6

Розділ 2. Обмін речовин та енергії – основа функціонування біологічних систем ..................................................................................................... 17

Розділ 3. Енергетичне забезпечення процесів метаболізму.............................. 34

Розділ 4. Вітаміни. Порушення обміну речовин ........................................................ 44

Розділ 5. Значення якості питної води. Раціональне харчування .................... 52

Розділ 6. Негативний вплив на метаболізм токсичних речовин ...................... 63

Розділ 7. Нейрогуморальна регуляція процесів метаболізму ........................... 69

Джерела у всесвітній мережі інтернет ................................................ 75

Список рекомендованої літератури .................................................... 77

Додаток 1. Хімічний склад та калорійність деяких харчових продуктів ........ 78

Додаток 2. Добова потреба у вітамінах та мінеральних елементах ................. 80 ПЕРЕДМОВА

Шановні студенти!

Електронний навчальний посібник для самостійної роботи з теми «Обмін речовин і перетворення енергії» дисципліни «Біологія» призначений для використання студентами 1 курсу всіх спеціальностей під час підготовки до виконання завдань поточного оцінювання, практичних занять, а також підготовки до тематичної контрольної роботи.

Посібник охоплює теоретичний матеріал з розділів:

‒ «Білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди»;

‒ «Обмін речовин та енергії – основа функціонування біологічних систем»;

‒ «Енергетичне забезпечення процесів метаболізму»;

‒ «Вітаміни. Порушення обміну речовин»;

‒ «Значення якості питної води. Раціональне харчування»;  ‒ «Негативний вплив на метаболізм токсичних речовин»; ‒«Нейрогуморальна регуляція процесів метаболізму». 

Завдання для самостійної роботи, що розміщені як в основній частині, так і наприкінці розділів,  стимулюють до критичного мислення та нестандартного розв’язання навчальних задач (позначки «поміркуйте» та «для допитливих»).

Електронний посібник містить в тексті посилання у вигляді QR-кодів на відео українських освітніх YouTube-каналів, мобільні додатки та сайти, які допоможуть вам краще зрозуміти процеси, що відбуваються в живих організмах. А також взяти участь у навчальних дослідженнях. Скористатися посиланнями можна за допомогою смартфону, що підключений до інтернету, та відповідної програми. 

Численні ілюстрації, посилання на освітні ресурси, довідкова інформація у додатках та перелік рекомендованої літератури нададуть змогу більш глибоко засвоїти навчальний матеріал.

Посібник дозволить вам організувати самостійну роботу у зручному для вас режимі, вірно виконати завдання поточного оцінювання та підготуватись до тематичної атестації.

Бажаємо вам успіху!

ВСТУП

Обмін речовин, або метаболізм – це сукупність хімічних реакцій, що відбуваються всередині кожної клітини живого організму і забезпечують енергією життєво важливі процеси та синтез нового органічного матеріалу.  Живі організми унікальні тим, що можуть видобувати енергію зі свого середовища та використовувати її для здійснення таких процесів як рух, розмноження, ріст та розвиток. Але як живі організми (або їхні клітини) видобувають енергію із свого середовища? І як клітини використовують цю енергію для синтезу та збирання компонентів, з яких вони самі утворені?

         Про це ви дізнаєтесь, опанувавши тему. 

Відповіді на ці запитання полягають у керованих ферментами хімічних реакціях, що відбуваються в живій речовині. Сотні координованих багатоступеневих перетворень, що живляться енергією, отриманою з їжі або сонячного світла, в підсумку перетворюють легко доступні речовини в молекули, необхідні для росту та життєдіяльності. 

 Вивчення матеріалу починається з огляду будови і біологічної ролі основних біомолекул: білків, вуглеводів, ліпідів та нуклеїнових кислот. Далі ви дізнаєтесь про різницю в обміні речовин автотрофних і гетеротрофних організмів. Зазвичай це зелені рослини з одного боку та бактерії, гриби та тварини – з іншого. 

 Пригадавши будову бактеріальної, грибної, рослинної і тваринної клітин, ви зможете з’ясувати роль кожного клітинного компонента в обміні речовин. А також роль ферментів, гормонів і інших біологічно активних речовин в цих процесах. Ви отримаєте відповіді на питання: надлишок або нестача мікро-, мікроелементів та вітамінів – завдають більше шкоди чи користі вашому тілу? 

 Під час вивчення теми та виконання завдань для самостійної роботи, ви зможете скласти оптимальне меню у відповідності до принципів раціонального харчування. Навчитеся обирати якісну питну воду. А також дізнаєтесь про негативний вплив на організм токсичних речовин та способи їх знешкодження. Завершує розділ розгляд способів нейрогуморальної регуляції процесів в організмі. 

 Всі ці набути знання ви зможете застосовувати не тільки на заняттях, а й у своєму щоденному житті для поліпшення і збереження власного здоров’я. 

Отже, перегорніть сторінку і почнемо вивчення. 

Тема 2. ОБМІН РЕЧОВИН І ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ

Розділ 1. БІЛКИ, НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ, ВУГЛЕВОДИ, ЛІПІДИ 

Програмні питання:

1.     Білки: огляд будови й біологічної ролі.

2.     Нуклеїнові кислоти: огляд будови й біологічної ролі.

3.     Вуглеводи: огляд будови й біологічної ролі.

4.     Ліпіди: огляд будови й біологічної ролі.

Вивчивши тему, ви будете знати: 

‒сутність поняття «білки», «нуклеїнові кислоти», «вуглеводи», «ліпіди»;

‒ особливості їхньої будови;

‒ біологічну роль цих речовин в організмі.

Зможете:

‒ наводити приклади білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів;

‒пояснювати роль білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів, ліпідів в обміні речовин;

‒складати схеми обміну вуглеводів, ліпідів та білків в організмі людини.

Інформація для опрацювання

1. Білки: огляд будови й біологічної ролі

 Білки є високомолекулярними біологічними полімерами, мономерами яких є амінокислоти. Більшість білків має наступний склад: C – 50-55%, H – 6,6-7,3%, O – 21-23%, N – 15-17% та S – 0,3-2,5%. Деякі білки містять до 0,8 % Р та дуже невелику кількість Fe, Cu та Mn. 

До складу більшості білків входить до 25 різних -амінокислот. При цьому 20 з них присутні в кожній білковій молекулі. Загальною формулою -амінокислот є:

З їжею ми отримуємо 8 незамінних -амінокислот: лейцин, ізолейцин, лізин, фенілаланін, валін, триптофан, треонін та метіонін. Незамінними вони є тому, що не можуть бути синтезовані організмом людини. Їх відсутність призводить до затримки росту, втраті ваги та врешті решт загибелі. 

Білкові молекули мають чотири рівні структурної організації (мал. 1): 

–        первинна – послідовність амінокислот, з’єднаних між собою поліпептидним зв’язком;

–        вторинна – впорядковане розташування окремих ділянок поліпептидного ланцюга у вигляді спіралей або складок;

–        третинна – скручування молекули вторинної структури у клубок;

–        четвертинна – формується кількома молекулами третинної структури, утворюючи стійкий комплекс. 

Мал. 1. Рівні структурної організації молекул білка:

1 – первинна; 2 – вторинна; 3 – третинна;, 4 – четвертинна 

Мал. 2. Білки можна уявити у вигляді намиста, а амінокислоти у вигляді окремих намистинок Біологічними функціями білків є:

1.     Структурна – білки входять до складу клітинних мембран, а також є основою цитоскелету, міжклітинного матриксу та деяких спеціалізованих тканин.

2.     Каталітична, або ферментативна – усі ферменти за своєю хімічною природою є білками або комплексами білків з низькомолекулярними небілковими сполуками, які прискорюють біохімічні процеси, що відбуваються в живих організмах.

3.     Транспортна – білки зв’язують та здійснюють внутрішньоклітинний та міжклітинний транспорт молекул.  

4.     Захисна – виконують функції імунного захисту завдяки здатності зв’язувати бактерії, токсини та віруси, протидіють кровотечі та тромбоутворенню, а також є захисним механічним бар’єром. 

5.     Скорочувальна – білки приймають участь в скороченні і розслабленні м’язів,  роботі серця, легенів, шлунку та інших внутрішніх органів.

6.     Рецепторна – мембранні рецептори клітин, що відповідають за функції вибіркового впізнавання та приєднання окремих речовин мають білкову природу.

7.     Регуляторна – гормони, медіатори та модулятори ендокринної, імунної та нервової систем є білками.

8.     Запасна та травна функції – білки є найважливішими компонентами їжі, а також є резервними, запасними речовинами.

Приклади білків за виконуваними функціями:

Мал. 3. Гормон соматотропін стимулює ріст та розвиток організму

2. Нуклеїнові кислоти: будова і біологічна роль

Нуклеїнові кислоти – складні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Кожен нуклеотид складається з нітратної основи, п’ятикарбонового вуглеводу (пентози) та залишку ортофосфатної кислоти. До складу нуклеотиду може входити одна з п’яти нітратних основ: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц), тимін (Т) або урацил (У). Залежно від пентози у складі нуклеотидів розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (ДНК) та рибонуклеїнову (РНК). 

Нітратна основа тимін міститься лише у ДНК, а урацил – лише в РНК. Таким чином, до складу ДНК можуть входити Г, Ц, А та Т; до складу РНК – Г, Ц, А та У (мал. 4). 

Молекула ДНК складається з двох ланцюгів, сполучених між собою водневими зв’язками: між А та Т виникають два водневих зв’язки, між Г та Ц – три. Нуклеотиди утворюють пари (принцип комплементарності). Кількість Г = Ц, А  = Т, А + Г = Т + Ц. 

Мал. 4. Будова молекул нуклеїнових кислот

ДНК міститься в ядрі клітини, мітохондріях, пластидах. Функція ДНК – збереження спадкової інформації та передача її нащадкам. 

Молекули РНК є одноланцюговими, однак можуть утворювати водневі зв’язки всередині молекули. Вони значно коротші за ДНК. Існує кілька видів РНК, що різняться за розмірами, структурі та функціям:

–        рибосомні РНК (рРНК) – 80%, входять до складу рибосом, беруть участь у  трансляції;

–        транспортні РНК (тРНК) – 16-18%, транспортують певні амінокислоти до рибосоми та включають їх в утворення поліпептидного ланцюгу; молекула за формою нагадує листок конюшини; 

–        інформаційні, або матричні РНК (іРНК, мРНК) – 2-4%, синтезуються в ядрі клітини на матриці одного з ланцюгів ДНК, тобто є комплементарними певному її фрагменту; далі РНК транспортується у цитоплазму і сама стає матрицею для синтезу білків.

РНК міститься в ядрі, цитоплазмі, рибосомах, мітохондріях, пластидах.

Отже, ДНК зберігає інформацію про структуру всіх білків, а РНК забезпечують зчитування і застосування цієї інформації під час синтезу білка в рибосомах. 

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео з YouTube-каналу

«Цікава наука». Дайте відповіді на питання:

Що таке ДНК і як вона працює? Що означають поняття «транскрипція» та «трансляція»?

Як білки формуються в клітині з інформації, що міститься в ДНК?

Що відбувається, коли ДНК пошкоджується?

3. Вуглеводи: огляд будови й біологічної ролі 

Вуглеводи – це органічні речовини, що містять одну карбонільну групу та кілька карбоксильних. В природі вуглеводи утворюються рослинами та деякими мікроорганізмами в процесі фотосинтезу. Вміст вуглеводів у рослинах складає приблизно 80 % від сухої маси, у тваринах – в середньому 12 %. 

В організмах рослин та тварин вуглеводи задіяні в багатьох процесах і виконують важливі функції: 

За структурою молекул вуглеводи поділяють на прості (моносахариди) та складні (оліго- та полісахариди). 

         Значення і природні джерела моносахаридів: 

–        рибоза входить до складу ДНК, ряду коферментів, глікозидів та антибіотиків;

–        галактоза входить до складу дисахариду лактози – молочного цукру;

–        глюкоза, декстроза, або винний цукор – один з найпоширеніших у природі моносахаридів: у вільному стані він міститься у фруктах, рослинних соках, лімфі, крові та ін.; є основним джерелом енергії для більшості організмів;

–        фруктоза, левульоза, або плодовий, фруктовий цукор міститься у фруктах, меді, входить до складу олігосахаридів (сахароза, рафіноза) та полісахаридів (інулін); в три рази солодша за глюкозу. 

Значення і природні джерела олігосахаридів: 

–        мальтоза, або солодовий цукор складається з двох залишків глюкози; міститься у невеликих кількостях в деяких рослинах, а також у зернинах, що проростають;

–        лактоза, або молочний цукор, складається з залишків галактози та глюкози; міститься в молоці (до 5%); 

–        сахароза, тростинний або буряковий цукор – складається з залишків глюкози та фруктози; міститься в стеблах. коренях, бульбах та плодах рослин: 12-20 % в цукровому буряку, 14-26 % у цукровій тростині, а також у соку клену цукрового, цукрової пальми, кукурудзі, кавунах, динях.

Значення і природні джерела полісахаридів: 

–        крохмаль – є продуктом фотосинтезу зелених рослин; утворюється у вигляді специфічних за розміром, формою та структурою для різних видів рослин крохмальних зернин у листках, зелених стеблах, плодах та зернинах (кукурудза, пшениця), а також відкладається в коренях, бульбах (картопля) та насінні;

–        глікоген – одне з найважливіших джерел енергії для тваринних організмів; найбільша кількість глікогену в організмі тварин міститься

в печінці (2-7 %) та скелетних м’язах (0,5-2 %) – зазвичай він утворює внутрішньоклітинні гранули;

–        целюлоза, або клітковина – є основним компонентом оболонки рослинних клітин, надає механічної міцності рослинним тканинам; 

–        агар – міститься у красних та бурих водоростях, навіть у невеликій кількості надає рідині властивості студню;

–        хітин – складова (приблизно 30 %) кутикулярного скелету, що є продуктом секреції епідермальних клітин членистоногих, а також входить до складу клітинної оболонки більшості грибів.

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео з YouTube-каналу

«Цікава наука». Знайдіть відповіді на питання:

Як цукор впливає на роботу мозку?

Як багато цукру ви споживаєте щодня? 

4. Ліпіди: огляд будови й біологічної ролі 

Ліпіди, або жироподібні речовини – це природні органічні сполуки, характерною ознакою яких є нерозчинність у воді та інших полярних розчинниках та здатність до розчинення в неполярних рідинах. 

За будовою ліпіди поділяються на прості та складні. Прості є переважно естерами різних спиртів та жирних кислот. До них належать: жири, стероїди та воски. Складані є етерами жирних кислот і спиртів. До них належать: фосфоліпіди, гліколіпіди та сульфаліпіди. 

Ліпіди містяться в усіх клітинах живих організмів і приймають участь в різних фізіологічних та біохімічних процесах.     Біологічними функціями ліпідів є:

Приклади сполук, що належать до ліпідів: тваринні жири (свинячий, коров’ячий, баранячий, риб’ячий жири, вершкове масло) та рослинні (соняшникова, горіхова, кукурудзяна, оливкова, пальмова) олії, тваринні та рослинні воски, стероїдні гормони.  

Завдання та запитання для самостійної роботи:

1.     Порівняйте хімічний склад білків, нуклеїнових кислот та неорганічних речовин. В чому вони схожі, а в чому різняться?

2.     Яку структуру мають білкові молекули? Поясніть зображене на мал. 1 та 2.

3.     Перелічіть функції білків в живих організмах і обґрунтуйте свою відповідь конкретними прикладами.    

4.     Встановіть відповідність між назвами білків і частинами тіла, в яких вони «працюють»:

5.     Охарактеризуйте біологічну роль нуклеїнових кислот. 

6.     Які різновиди нуклеїнових кислот вам відомі? 

7.     Нижче наведено фрагменти ділянок двох нуклеїнових кислот:

1)    АЦГ-ГГТ—АТГ-АГА—ТЦА 

2)    УГЦ—ЦЦА—УАЦ—УЦУ—АГУ

Який з них, на вашу думку, належить ДНК, а який – РНК? Чому ви так вважаєте?

8.     На які групи поділяються вуглеводи залежно від будови молекул?

9.     Які біологічні функції притаманні вуглеводам? 

10.Наведіть значення та природні джерела конкретних вуглеводів. 

11.Наведіть приклади сполук, що належать до різних груп ліпідів. 

12.Охарактеризуйте функції ліпідів в живих організмах.

13.Встановіть відповідність між назвами ліпідів та виконуваними ними функціями:

1)      фосфоліпіди        А) запасна

2)      вітаміни А, D, Е, К       Б) захисна

3)      внутрішній тваринний жир    В) регуляторна

4)      рослинні воски    Г) побудова клітинних мембран

5)      статеві гормони Д) попередники ферментів

14.Вкажіть місце утворення в організмі людини стероїдних гормонів:

А) печінка і нирки;

Б) тимус і гіпоталамус;

В) епіфіз і гіпофіз;

Г) шлунок і підшлункова залоза; Д) статеві залози і надниркові залози. 

15.У складі яких органічних речовин у вашому тілі (з вивчених в цій темі) можуть міститися атоми N, P, S, Fe, I, Co?

Поміркуйте: 

1)      Чому крохмаль, глікоген і целюлоза мають відмінні властивості, хоча обидві речовини належать до полісахаридів і складають з молекул глюкози? Як це пов’язано зі структурою їхніх молекул?

2)      Проаналізуйте за етикетками склад харчових продуктів з вашого раціону. Чого більше – білків, жирів чи вуглеводів – ви споживаєте щодня?  

3)      Чи можливо визначити: які з продуктів містять незамінні

амінокислоти, а які – ні? Підготуйте повідомлення про продукти які місять і не містять незамінні амінокислоти.

4)      І кит, і верблюд мають в своєму тілі значні запаси жиру. Але розподіляється він у цих тварин по-різному. Чим різниться розподіл жирових відкладень у тілах верблюда та кита? З чим це, на вашу думку, може бути пов’язане?

5)      Чому паразити внутрішніх органів тварин і людини часто запасають велику кількість глікогену, на відміну від тих, які мешкають на покривах хазяїна?

6)      В наш час набули поширення різноманітні вегетаріанські дієти. Поясніть, чому відсутність в їжі білків тваринного походження негативно впливає на життєдіяльність організму людини? 

7)      Чи безпечно, на вашу думку, споживати харчові добавки з великим вмістом протеїнів та амінокислот, як це роблять деякі відвідувачі фітнесцентрів? До яких негативних наслідків це може призвести? 

8)      Жовчні кислоти, що їх виділяє печінка, працюють за тим самим принципом, що й мийні засоби. Підтвердьте або спростуйте цю думку.

9)      Деякі виробники на пляшках з рослинною олією пишуть «Без холестеролу». Чи правдиву вони подають інформацію покупцям? Як правильно реагувати на таку рекламу?

10)  Чому добре розвинений восковий шар на листках деяких рослин надає їм змогу краще адаптуватися до умов загазованого повітря великих міст?

Розділ 2. ОБМІН РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ – ОСНОВА                  ФУНКЦІОНУВАННЯ БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ

Програмні питання:

1.     Обмін речовин та енергії – основа функціонування біологічних систем. 

2.     Особливості обміну речовин в автотрофних організмів

3.     Особливості обміну речовин у гетеротрофних організмів

Вивчивши тему, ви будете знати: 

–        сутність понять «обмін речовин», «метаболізм», «автотрофи», «гетеротрофи», «хемотрофи», «фоторотрофи»;

–        особливості енергетичного обміну клітин автотрофних та гетеротрофних організмів.

Зможете: 

–        наводити приклади автотрофних, гетеротрофних, хемотрофних та фототрофних організмів;

–        характеризувати особливості енергетичного обміну клітин автотрофних та гетеротрофних організмів;

–        пояснювати єдність процесів синтезу і розщеплення речовин в організмі; 

–        порівнювати енергетичне і пластичне значення різних речовин.

Інформація для опрацювання

1. Обмін речовин та енергії – основа функціонування біологічних

систем

 Будь-які процеси у живому організмі – рух, ріст, розвиток, розмноження, відповідь на подразник та інші – зумовлені перетворенням одних хімічних речовин на інші. Сукупність цих реакцій називається обміном речовин, або метаболізмом. Він складається з двох взаємно протилежних процесів: 

–       анаболізму (асиміляції, пластичного обміну) – сукупності реакцій біосинтезу високомолекулярних речовин (білків, нуклеїнових кислот, вуглеводів і ліпідів) з низькомолекулярних; потребують затрат енергії;

–       катаболізму (дисиміляції, енергетичного обміну) – сукупності реакцій ферментативного розщеплення складних речовин до низькомолекулярних продуктів; супроводжується вивільненням енергії. 

                                                      ↓                                                     ↓

Одночасно з утворенням продуктів дисиміляції відбувається вивільнення енергії хімічних зв’язків, яка частково розсіюється у вигляді тепла, частково – запасається у молекулах АТФ. 

 Основним джерелом енергії для живих організмів є сонячне світло (прямо чи опосередковано). Організми, що здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних, є автотрофами. Одні з них використовують для цих процесів енергію світла – це фототрофи (зелені рослини, ціанобактерії, деякі одноклітинні тварини та бактерії). Інші автотрофи для синтезу органічних сполук із неорганічних використовують енергію, яка звільняється під час хімічних реакцій. Це – хемотрофи. 

Гриби, більшість тварин і бактерій належать до гетеротрофів. Для них джерелом енергії є органічні сполуки, синтезовані іншими організмами, які вони одержують з їжею (живі організми, їхні рештки або продукти життєдіяльності).

                      ↓                                 ↓                              ↓                              ↓

Ось деякі процеси, для яких живим організмам потрібна енергія:

–        хімічні (синтез органічних сполук);

–        механічні (скорочення м'язів, рух джгутиків та війок одноклітинних організмів);

–        електричні (проходження нервового імпульсу по нервовому волокну);

–        теплові (підтримання сталої температури тіла);

–        світлові (перетворення енергії хімічних зв'язків органічних сполук в енергію свічення деяких мікроорганізмів, комах, глибоководних риб). 

Іншими прикладами є активний транспорт речовин до клітини і назовні проти градієнту дифузії: робота калій-натрієвого насосу, фагоцитоз, піноцитоз, екзоцитоз тощо.

         Загальні закономірності обміну речовин є такими:

–        надходження поживних речовин (білків, жирів, вуглеводів), вітамінів, мінеральних речовин, води до організму в складі продуктів харчування;

–        перетворення поживних речовин (білків, полісахаридів, жирів) у травному тракті до більш простих сполук (амінокислот, моносахаридів, жирних кислот, гліцерину), що здатні всмоктуватися епітелієм слизової оболонки шлунка та кишечника;

–        транспорт простих сполук кров’ю та лімфою, надходження їх крізь мембрани судин до органів і тканин (печінки, м’язів, головного мозку, нирок, жирової тканини тощо);

–        внутрішньоклітинний метаболізм (проміжний обмін);

–        виділення з організму кінцевих продуктів обміну речовин (вуглекислого газу, води, сечовини, амоніаку та ін.) через нирки, легені, шкіру, кишечник. 

Таким чином, енергетичний і пластичний обмін тісно пов’язані між собою потоками речовин та енергії.

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Що таке метаболізм?» з YouTube-каналу «Цікава наука». Дайте відповідь на запитання:

Як змінилося ваше уявлення про метаболізм та його значення для живих організмів? Чи має значення, яких речовин ви вживаєте більше: білків, жирів чи вуглеводів?

2. Особливості обміну речовин в автотрофних організмів

Автотрофи – організми, що синтезують необхідні для життя органічні речовини з неорганічних (води, СО₂, неорганічних сполук Нітрогену та деяких інших), використовуючи при цьому енергію світла або енергію, що вивільняється під час хімічних реакцій. 

Вони є першим ярусом у харчовій піраміді (першими ланками харчових ланцюгів), і забезпечують їжею гетеротрофів.  

 Іноді чіткої межі між автотрофами та гетеротрофами не існує: наприклад, евглена зелена (мал. 5) на світлі є автотрофом, а у темряві – гетеротрофом. 

Мал. 5. Евглена зелена (міксотроф)

 Автотрофні організми за джерелом енергії поділяють на хемо- та фотоавтотрофів.  

         2.1. Особливості обміну речовин у хемотрофів

 Хемотрофи – організми, що здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних за рахунок енергії, що вивільняється під час певних хімічних реакцій. До них належить деякі групи бактерій (мал. 6): нітрифікуючи, залізобактерії, безбарвні сіркобактерії та інші.

На відміну від фотосинтезу, хемосинтез:

–        здійснюється без участі світла;

–        відбувається з використанням кисню (тобто є аеробним процесом).

Значення хемотрофних організмів: 

–        продукують органічні речовини там, де фотосинтез неможливий, утворюючи «оази життя»;

–        беруть участь у процесах колообігу певних хімічних елементів в екосистемах (S, N, Fe);

–        утворюють гірські породи та корисні копалин (сполуки S, Fe, Mn та ін.);

–        споживаючі, знешкоджують отруйні речовини – NH₃ та H₂S;

–        нітробактерії збагачують ґрунт нітратами й нітритами;

–        водневі бактерії відіграють вадливу роль у процесах перетворення речовин у ґрунті;

–        сіркобактерії застосовуються для очищенні стічних вод;

–        деякі залізобактерії здатні витримувати високі концентрації важких металів, що дозволяє розробляти біотехнології для вилужування металів із певних порід.

Мал. 6. Бактерія (хемотроф)

         2.2. Особливості обміну речовин у фототрофів

Фототрофи – це організми, які здійснюють фотосинтез (синтез органічних сполук з вуглекислого газу та води з використанням енергії світла за участю фотосинтетичних пігментів – хлорофілів a, b, c, d та каротиноїдів) (мал. 7). При цьому відбувається виділення кисню як побічного продукту. 

                         Рівняння фотосинтезу має такий загальний вигляд:

6СО2 + 6Н2О ^світло_ С6Н12О6 + 6О2

 Хлорофіли поглинають червоне та світло-фіолетове світло, відбивають зелений – саме тому рослини виглядають зеленими. Фотосинтез складається з двох етапів: світлової та темнової фаз. 

Світлова відбувається лише за наявності світла, за допомогою пігментів, що містяться в хлоропластах. Для темнової фази світло не потрібно (може відбуватися і на світлі, і у темряві), процеси відбуваються у стромі хлоропластів. 

         Значення фототрофних організмів:

–        під час фотосинтезу відбувається утворення органічних речовин з неорганічних з використанням енергії сонячного світла, вона акумулюється в хімічних зв’язках;

–        накопичення кисню в атмосфері та підтримка життєдіяльності організмів, що дихають ним (на світлі фототрофами виробляється у 20 разів більше кисню, ніж поглинається);

–        утворення з кисню шару озону, який захищає живі організми Землі від ультрафіолетового сонячного випромінювання;

–        поглинання з атмосфери під час фотосинтезу великої кількісті СО₂;  

–        запасання сонячної енергії у вигляді кам’яного вугілля, нафти, газу, торфу;

–        є джерелом їжі для багатьох тварин, а також середовищем їхнього життя.  

Мал. 7. Гіацинти (фототрофи)

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Хлоропласти та фотосинтез» з YouTube-каналу «EdEra». Знайдіть відповідь на питання:

Як рослини «навчилися» виробляти органічні речовини та кисень?

3. Особливості обміну речовин у гетеротрофних організмів

 Гетеротрофи – організми, що не здатні синтезувати органічні речовини з неорганічних шляхом фотосинтезу або хемосинтезу (мал. 9). Для синтезу необхідних для їхньої життєдіяльності органічних речовин їм потрібні органічні речовини, створені іншими організмам. Гетеротрофами є майже всі тварини і гриби, більшість бактерій та деякі рослини. У рослингетеротрофів повністю (вовчок, рафлезія) або майже повністю (повитиці) відсутній хлорофіл, і вони живляться, проростаючи у тіло хазяїна. 

 Гетеротрофи отримують їжу різноманітними способами. Однак шляхи перетворення їжі у зручну для засвоєння форму у багатьох організмів схожі і складаються з таких процесів:

1)                перетравлення – розщеплення великих і складних молекул до більш простих і розчинних;

2)                всмоктування – перетворення розчинних молекул, утворених в результаті перетравлення, тканинами трагізму;

3)                асиміляція – використання поглинених молекул для різних цілей.  Для зручності розрізняють такі типи гетеротрофного живлення: голозойний, сапротрофний, мутуалізм та паразитизм. Хоча іноді важко провести чітку межу між ними. Розглянемо всі типи по черзі. 

Мал. 8. Болотяна черепаха (гетеротроф)

         3.1. Особливості голозойного типу живлення

 Голозойний тип живлення притаманний тваринам, що мають спеціалізований травний канал. Більшість тварин є голозойними (мал. 9). 

         Голозойне живлення включає такі етапи:

1)                Проковтування забезпечує захоплення їжі.

2)                Перетравлення – розщеплення великих органічних молекул на більш дрібні і такі, що краще розчиняються у воді. Перетравлення має два етапи: механічне перетравлення (механічне руйнування їжі, наприклад, зубами) та хімічне перетравлення (перетравлення за допомогою ферментів). Перетравлення може бути позаклітинним (відбувається поза межами клітини) та внутрішньоклітинним (відбувається всередині клітини). 

3)                Всмоктування – перенос розчинних молекул, отриманих під час розщеплення поживних речовин, крізь мембрану у відповідні тканини. Ці речовини можуть надходити або безпосередньо у клітини, або спочатку у кров, а вже потім розноситися у різні органи. 

4)                Засвоєння (асиміляція) – використання поглинених молекул для забезпечення енергією чи речовинами всіх тканин та органів.

5)                Виділення (екскреція) – евакуація з організму неперетравлених залишків їжі і виведення кінцевих продуктів обміну.

Мал 9. Слон африканський (голозойний тип живлення)

 Тварини, що живляться рослинами, мають назву рослиноїдні, ті, що живляться іншими тваринами – м’ясоїдні, а ті, що живляться змішанної їжею (і рослинною, і тваринною) – всеїдні.

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Огляд травної системи» з YouTube-каналу «EdEra». Знайдіть відповідь на запитання:

Що відбувається з речовинами під час живлення за голозойним типом?

         3.2. Особливості сапротрофного типу живлення

 Організми, що живляться мертвими органічними залишками або такими, що розкладаються, мають назву сапротрофи (мал. 10). 

Мал 10. Білий гриб (сапротрофний тип живлення)

Багато грибів та бактерій є сапрофітами – наприклад, мукор, пеніцил, дріжджі. Для перетравлення сапротрофи виділяють в їжу ферменти, а потім поглинають і засвоюють продукти позаклітинного травлення. Таким чином, сапротрофи знищують органічні залишки, розкладаючи їх.

Багато простих речовин, що утворюються під час такого травлення, не використовуються самими сапротрофами і залишаються для живлення рослин. Таким чином забезпечується зв’язок у колообігах речовин. 

         3.3. Особливості мутуалізму як типу живлення

 Мутуалізм – це тісні взаємозв’язки між двома або більше організмами різних видів, що приносить користь всім партнерам. Приклади:

–        актинія та рак-самітник (актинія живиться залишками їжі рака і подорожує з ним, одночасно захищає за допомогою жалких клітин та маскує рака);

–        травоїдні тварини та бактерії й інфузорії, що живуть у травній системі (домога у перетравленні целюлози);

–        бульбочкові бактерії і рослини (засвоєння атмосферного азоту);

–        гриби та вищі рослини (утворення мікоризи).

         3.4. Особливості паразитизму як типу живлення

 Паразитизм – тісна взаємодія між двома живими організмами різних видів, що є вигідним одному (паразиту) і є шкідливим для іншого (хазяїна). Від хазяїна паразит отримує не лише їжу, але є прилисток. Досконалий паразит здатний жити з хазяїном, не завдаючи йому великої шкоди. Іноді буває важко встановити ступень користі чи шкоди, що завдає така взаємодія.   Паразити, що живуть на зовнішній поверхні хазяїна, називають ектопаразитами (приклади: кліщі, блохи, п’явки). Вони можуть не постійно вести виключно паразитичний спосіб життя, а живитися хазяїном час від часу. Паразити, що живуть всередині хазяїна, мають назву ендопаразити (приклади: аскарида, малярійний плазмодій, свинячий ціп’як). Якщо паразит постійно веде паразитичний спосіб життя, його називають облігатним. До факультативних паразитів належать гриби, які поряд з паразитичним типом живлення, застосовують ще сапротрофний на мертвих залишках (приклади: кандіда – збудник молочниці, пітіум – спричиняє випрівання розсади). В деяких випадках факультативні паразити (наприклад, пітіум) вбивають своїх хазяїв, а потім живуть сапротрофно на мертвих залишках. 

Мал. 11.Ціп’як свинячий (паразит)

Зазвичай паразити є високоспеціалізованими організмами і мають численні адаптації до своїх хазяїв та їхнього способу життя (приклади: свинячий ціп’як (мал. 11), печінковий сисун, які мають спрощену будову тіла і спеціальні органи закріплення, відсутні у близьких до них вільноживучих форм).  

         Структурні особливості паразитів:

–        повна відсутність або часткова дегенерація травного каналу та органів руху (кишкові паразити печінковий сисун, свинячий ціп’як);

–        високоспеціалізовані ротові частини, як у тварин, що живляться рідкою їжею (блоха, папелиця);

–        розвиток гаусторіїв у деяких паразитів зелених рослин (повитиця);

–        пристосування для проникнення в стінку тіла хазяїна (паразитичні нематоди);

–        органи прикріплення – гачки та присоски (п’явки, свинячий ціп’як, печінковий сисун);

–        покриви тіла стійкі до дії ферментів (аскарида, свинячий ціп’як, печінковий сисун);

–        редукція органів чуття, пов’язана зі сталістю зовнішнього середовища паразита (аскарида) Фізіологічні особливості:

–        паразит виділяє назовні ферменти для перетравлення тканин хазяїна (гриби, малярійний плазмодій);

–        синтез антикоагулянтів паразитам, що живляться кров’ю (блохи, п’явки);

–        чутливість до хімічних речовин, що допомагають паразиту знаходити оптимальні умови в тілі хазяїна (малярійний плазмодій);

–        синтез травних ферментів, що сприяють проникненню паразита в тіло хазяїна (повитиця);

–        здатність до дихання в анаеробних умовах (паразити кишечнику).

Репродуктивні особливості:

–        гермафродити, в разі необхідності можливе самозапліднення (свинячий ціп’як, печінковий сисун);

–        утворення величезної кількості яєць, цист та спор (свинячий ціп’як, печінковий сисун);

–        стійкість яєць, цист та спор у навколишньому середовищі

(фітофтора);

–        наявність спеціалізований стадій у життєвому циклі (печінковий сисун);

–        наявність проміжних хазяїв, що виконують роль переносників (свинячий ціп’як, печінковий сисун, малярійний плазмодій).

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео з YouTube-каналу «Цікава наука». Знайдіть відповідь на питання:

Який вплив здатні спричиняти паразити на організми своїх хазяїв?

Завдання та запитання для самостійної роботи:

1.     Поясніть, яке значення для живих організмів має метаболізм і з яких процесів він складається. 

2.     Що відбуватиметься з організмом за переважання процесів асиміляції?

За переважання процесів дисиміляції?

3.     На які групи відносно джерел речовини та енергії поділяються живі організми? Наведіть приклади для кожної з груп. 

4.     Доведіть тісний взаємний зв’язок енергетичного та пластичного обміну.  

5.     Надайте коротку характеристику автотрофним організмам.

6.     Які особливості обміну речовин у хемотрофів? Наведіть приклади таких груп організмів. 

7.     Які особливості обміну речовин у фототрофів? Які процеси відбуваються у світлову та темнову фази фотосинтезу?

8.     Надайте коротку характеристику гетеротрофним організмам.

9.     Порівняйте різні типи гетеротрофного живлення. Наведіть спільні та відмінні риси. 

10.Наведіть приклади організмів різними типами гетеротрофного живлення, зазначивши їх фізіологічні особливості. Обґрунтуйте свій вибір. 

11.Встановіть відповідність між організмами та їхніми типами живлення:

12.Оберіть на мал. 12 зображення автотрофних організмів. Обґрунтуйте своє рішення:

                                                     1                                                       2

                                                     3                                                       4

                                                     5                                                       6

                                                     7                                                       8

                                                     9                                                      10

                                                    11                                                     12

                                                    13                                                     14

Мал. 12. Організми з різним типом живлення: 1 – синиця; 2 – білка; 3 – краб; 4 – морський окунь; 5 – папороть; 

6 – бліда поганка; 7 – сосна; 8 – яблуня; 9 – равлик; 10 – саламандра; 

11 – конвалія; 12 – шимпанзе; 13 – вільха; 14 – калина

13.Оберіть на мал. 13 зображення гетеротрофних організмів. Обґрунтуйте своє рішення:

                                                   1                                                              2

                                                   3                                                              4

                                                   5                                                              6

                                                   7                                                              8

9                                                                                                                                                         10

                                                  11                                                            12

                                                  13                                                            14

Мал. 13. Організми з різним типом живлення:

1 – ламінарія; 2 – строчок; 3 – морський огірок; 4 – лящ; 5 – ялина; 

6 – хламідомонас; 7 – опеньок осінній; 8 – банан; 9 – тюльпан; 

10                                                                                                                                                    – хризантема; 11 – морська зірка; 12 – восьминіг;13 – тритон; 14 – вухата сова

Поміркуйте: 

1.     Як, на вашу думку, еукаріотична клітина «здобула» хлоропласти?

2.     Чому основний пігмент фотосинтезу – хлорофіл – має зелений колір?

3.     Відомо, що водорості, що ростуть на деякій глибині від поверхні, мають бурий колір. А ті види, що ростуть ще глибше – червоний. Як ви думаєте, – чому? 

4.     Як ви вважаєте, яким шляхом пішла б еволюція, якби не виникли автотрофи? Як би виглядала в наш час

планета Земля, якби не виник кисневий фотосинтез?

5.     Уявіть, що NASA відібрала вас до першої наукової експедиції людства на Марс. Ваша місія – довести або спростувати наявність життя на Марсі. Які групи організмів за типом живлення і способом отримання енергії треба там шукати? Чому інші групи шукати не варто? 

6.     Хемоавтотрофні бактерій на дні океанів часто живуть біля вулканів. З чим це може бути пов’язано?

Мал. 14 Росичка – комахоїдна рослина

7.Рослини є автотрофами і їм не потрібні органічні речовини тварин. Але росичка (мал. 14) ловить і перетравлює комах. Навіщо їй це потрібно? 

          Розділ 3. ЕНЕРГЕТИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ                            ПРОЦЕСІВ МЕТАБОЛІЗМУ  

Програмні питання:

1.     Енергетичне забезпечення процесів метаболізму. 

2.     Роль процесів дихання в забезпеченні організмів енергією. 

3.     Структури клітин, які забезпечують процеси метаболізму. 

4.     Роль ферментів у забезпеченні процесів метаболізму клітини та цілісного організму

Вивчивши тему, ви будете знати: 

–        поняття «дихання», «ферменти»;

–        структури клітини, які забезпечують процеси метаболізму.

Зможете: 

–        пояснювати роль АТФ у забезпеченні процесів метаболізму; роль ферментів у забезпеченні процесів метаболізму

Інформація для опрацювання

1. Енергетичне забезпечення процесів метаболізму

1.1. Способи отримання енергії автотрофними та гетеротрофними організмами

Джерелом енергії на планеті Земля є сонячне світло. Енергія сонячного світла, досягаючи поверхні Землі, вловлюється зеленими рослинами, які запасають її у формі хімічних зв’язків між атомами певних сполук, що синтезуються рослинами (наприклад, глюкози). Це перший етап перетворення енергії – фотосинтез. Зелені рослини здійснюють його за допомогою фотосинтетичних ферментів (зокрема – хлорофілу). Фотосинтетичні системи рослин ступінчасто (порціями) поглинають кінетичну енергію електронів. Ця хімічна енергія використовується потім для синтезу вуглеводів та інших речовин з вуглекислого газу та води. 

 Передача енергії на наступний рівень відбувається при поїданні рослин тваринами або розкладанні їх бактеріями. При цьому енергія, що містилась у хімічних зв’язках вуглеводів та інших молекул, під час окиснення цих молекул перетворюється на енергію, що можуть використовувати живі організми.

 Кількість вивільненої енергії дорівнює кількості енергії, що витратилася на синтез цих речовин (перший закон термодинаміки). Однак частина цієї енергії перетворюється на тепло, що розсіюється, і таким чином не може бути використана у подальшому (другий закон термодинаміки).

Інша частина енергії запасається у формі макроенергетичних зв’язків аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ).

 Тварини отримують енергію з їжі. Частина їжі є рослинною. М’ясо є їжею тваринного походження. Однак тварини, що є джерелом м’яса, у свою чергу отримали енергію, поїдаючи рослини.  

 Таким чином, рослини отримують енергію у вигляді електромагнітного випромінювання Сонця, а тварини використовують енергію, що міститься у хімічних зв’язках органічних молекул, що надходять з їжею. 

1.2. Вивільнення енергії з поживних речовин

Проходить у три фази:

1)                 Перша фаза – підготовча. Необхідна для перетворення біополімерів, що надходять з їжею, у зручну для отримання енергії форму – мономери. Відбувається за допомогою гідролаз у кишечнику або всередині клітини. У цій фазі вивільняється лише 1% енергії, і вона розсіюється у формі теплоти. 

2)                 Друга фаза – частковий розпад мономерів до проміжних продуктів. В цій фазі вивільняється до 20% енергії, і це відбувається у анаеробних умовах. Частина цієї енергії акумулюється у зв’язках АТФ, а частина розсіюється у вигляді теплоти. Перетворення мономерів відбувається у гіалоплазмі, а завершальні реакції – в мітохондріях.

3)                 Третя фаза – остаточний розпад поживних речовин до СО₂ та Н₂О за участю кисню. Ця фаза відбувається з повним вивільненням енергії (приблизно 80% від всієї енергії хімічних зв’язків). Частина її виділяється у вигляді тепла. Всі реакції цієї фази відбуваються в мітохондріях. 

         1.3. Використання енергії живими організмами

Енергія, що вивільняється у катаболічних процесах, акумулюється у молекулах АТФ. Ця енергія використовується для здійснення більшості клітинних процесів, що відбуваються з затратою енергії.

Енергія, що отримує організм в процесі метаболізму, як ви вже знаєте, витрачається на здійснення біологічних процесів:

–        механічна енергія – рух тіл та здатність здійснювати механічну роботу;

–        електрична енергія – енергія взаємодії електрично заряджених часток, рух цих часток в електричному полі;

–        осмотична енергія – енергія для пересування молекул проти градієнту концентрації;

–        хімічна енергія – енергія взаємодії атомів і молекул.

При цьому значна частина отриманої енергії вивільняється організмом у вигляді тепла і розсіюється у навколишнє середовище. 

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Енергія АТФ» з YouTube-каналу «EdEra». Дайте відповідь на питання:

 Як використовується енергія в клітині?

2. Роль процесів дихання в забезпеченні організмів енергією

2.1. Газообмін і дихальні поверхні

                   Обмін СО₂ та О₂ з навколишнім середовищем носить назву

«газообмін», а поверхня, на якій це фактично відбувається – «дихальною поверхнею». Для того, щоб цей процес відбувався, дихальна поверхня має відповідати таким вигонам:

1)                 бути проникною, для того щоб гази могли проходити крізь неї;

2)                 шар, що її утворює, має бути тонким, оскільки дифузія є ефективною на відстані не більше 1 см;

3)                 вона має бути вологою, оскільки обидва гази – і О₂, і СО₂ – дифундують у  розчині;

4)                 дихальна поверхня має бути великою, для того щоб крізь неї могли обмінюватися достатні кількості газів відповідно до потреб організму.

 Організми отримують кисень або безпосередньо з атмосфери, або за води, в який він розчинений. Вміст кисню в одиниці об’єму повітря є набагато більшим, ніж у такому ж об’ємі води. Тому об’єм води, що мають пропускати над дихальними поверхнями водні організми для потреб метаболізму, набагато більший об’єму повітря, достатнього для наземних тварин.

2.2. Надходження газів у організмів тварин. Виникнення і еволюція дихальної системи. Різновиди органів дихання і принципів організації дихальних систем

 Одноклітинні: дифузія газів відбувається крізь усю клітинну мембрану.  Кишковопорожнинні: у кожній клітині газообмін відбувається крізь клітинну мембрану, що контактує з середовищем. 

         Плоскі черви: кисень потрапляє у організм через усю поверхню тіла. 

         Кільчасті черви: газообмін відбувається всією поверхнею тіла.

 Збільшена потреба у кисні призвела до виникнення в процесі еволюції спеціалізованих дихальних поверхонь на певних ділянках тіла: зябер, трахей, легенів та ін. 

 Членистоногі: у комах газообмін відбувається через систему трубочок – трахей. Завдяки їм кисень з повітря потрапляє прямо до тканин і необхідності транспортувати його кров’ю нема.  

 Хрящові риби: по обидва боки глотки зябра, що відриваються назовні зябровими щілинами. Бідна на кисень кров надходить з черевної аорти до кожної з зябер. Саме тут відбувається газообмін. Вентиляційні рухи, як насос, утворюють безперервний рух води крізь зябра.  

 Кісткові риби: зябра більш досконалої будови, ніж у хрящових; є рухливі зяброві кришки. Газообмін відбувається, коли вода проходить крізь зяброві порожнині.

 Земноводні. Газообмін може відбуватися трьома різними шляхами: через зволожену слизовими залозами шкіру; через епітелій, що вистилає ротову порожнину; і через легені простої будови.   

Плазуни: тіло вкрито роговим покривом, що є непроникним для газів, тому шкірне дихання відсутнє. Газообмін відбувається лише у легенях більш складної будови, ніж у земноводних. 

Птахи: легені невеликі, компактні, мають численні бронхи, що пронизані численними кровоносними судинами. Вентиляція наскрізна. З легенями пов’язані п’ять пар дихальних мішків, які є виростами бронхів. 

Ссавці: дихальна система створена добре розвинутими парними легенями, які розміщені в грудній порожнині, верхніми і нижніми дихальними шляхами. Газообмін відбувається в альвеолах.  

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Подорож кисню по вашому організму» з YouTube-каналу «EdEra». Дайте відповідь на питання:

 Який шлях проходить кисень в організмі людини?

2.3 Надходження газів до організмів рослин і грибів. Роль продихів. Всмоктування речовин з ґрунту

 Кожна клітина рослин та грибів обмінюється з повітрям киснем та вуглекислим газом шляхом дифузії. Інтенсивність газообміну у рослин та грибів зазвичай нижча, ніж у тварин, оскільки вони витрачають менше енергії. Будь-які спеціальні вентиляційні механізми у рослин і грибів відсутні, але у рослин є спеціальні пристосування: продихи на листках, сочевички на корі дерев, міжклітинники з повітрям.

 Кисень легко дифундує з повітря у проміжки між дрібними частками ґрунту, у плівку води, що їх оточує. Потім – у гіфи грибів або кореневі волоски рослин, а далі – в клітини кори і клітини центрального циліндру. Вуглекислий газ, що утворюється під час дихання, дифундує у зворотному напрямку і виходить з кореня назовні через кореневі волоски. Крім того, гази легко дифундують і через сочевички на коренях та стовбурах старих дерев і кущів. В листках газообмін здійснюється крізь продихи з градієнтом концентрації. 

Більше кисню потребують ті частини рослин і грибів, які ростуть. Газообмін насінин відбувається дуже повільно. Газообміну в коренях може заважати ущільнений ґрунт.   

3. Структури клітин, які забезпечують процеси метаболізму 

Мал. 15. Схема будови тваринної клітини:

1 – пероксисома; 2 – клітинний центр; 3 – центріолі;  4 – лізосома; 5 – рибосоми; 6 – війка; 7 – клітинна мембрана; 

8 – гладенька ендоплазматична сітка; 9 – ядерна пора; 10 – ядерце; 

11 – нуклеоплазма; 12 – ядерна мембрана; 13 – ядро; 

14 – зерниста ендоплазматична сітка; 15 – мітохондрія; 16 – цитоплазма; 17 – секреторні пухирці; 18 – апарат Гольджі.

 Всі частини клітини пов’язані між собою структурно і функціонально і спільно здійснюють різні етапи процесів метаболізму. 

         Плазматична мембрана: 

–        забезпечує розподіл речовин між внутрішньоклітинним та позаклітинним середовищем;

–        здійснює вибіркове надходження молекул до клітини та з клітини (глюкози, амінокислот, жирних кислот йонів та ін.) за допомогою дифузії, активного транспорту, екзо- та ендоцитозу й осмосу;

–        реалізує контакт сусідніх клітин між собою та з позаклітинною речовиною. 

Клітинна стінка:

–        через неї відбувається рух води та мінеральних солей;

–        поєднує вміст сусідніх клітин в єдину неперервну систему – симпласт, за яким відбувається транспорт речовин між клітинами.

Мал. 16. Схема будови рослинної клітини: 1 – вакуоль; 2 – мітохондрія; 3 – лізосома; 4 – цитоплазма; 

5 – хлоропласт; 6 – рибосома; 7 – зерниста ендоплазматична сітка; 

8 – гладенька ендоплазматична сітка; 9 – нуклеоплазма; 10 – ядерце;  11 – ядерна оболонка; 12 – ядерна пора; 13 – ядро; 14 – клітинна стінка;  15 – плазмодесма; 16 – клітинна мембранна; 17 – апарат Гольджі;  18 – везикули; 19 – пероксисома.

Цитоплазма: 

–        забезпечує взаємодію ядра і органел;

–        є середовищем для хімічних реакцій; – регулює швидкість біохімічних процесів; – виконує транспортну функцію. 

Ендоплазматична сітка:

–        здійснює реакції, які пов’язані з синтезом білків, вуглеводів, жирів;

–        сприяє переносу та циркуляції поживних речовин у клітині;

–        транспортує макромолекули у різні ділянки клітини (лізосоми, апарат Гольджі);

–        зерниста ЕПС синтезує білки;

–        гладенька ЕПС – ліпіди, стероїди й деякі внутрішньоклітинні полісахариди.

         Ядро:

–        керує процесами у клітині;

–        зберігає спадкову інформацію і передає її під час поділу клітини; – в ядерці утворюються рибосоми.

Рибосоми: 

–        здійснюють синтез білкових молекул (збирання з амінокислот).

         Мітохондрії:

–        окислюють органічні речовини (в матриксі працюють ферменти, що беруть участь у циклі Кребса і у окисненні жирних кислот);

–        забезпечують клітину енергією (в кристах відбувається окисне фосфорилювання та перенос електронів; енергія вивільняється при розщепленні АТФ, синтез АТФ здійснюється ферментами на мембранах мітохондрій); – синтезують білки мітохондрій.

Хлоропласти: 

–        здійснюють фотосинтез – синтезують органічні речовини з неорганічних, використовуючи світлову енергію сонця; – синтезують білки хлоропластів. 

Хромопласти: 

–        накопичують пігменти.

Лейкопласти: 

–        запасають поживні речовини – крохмаль, білки, жири.

Комплекс Гольджі: 

–        здійснює транспорт і хімічне перетворення клітинних полімерів;

–        з ЕПС до комплексу Гольджі транспортуються речовини, призначені для секреції (виводяться з пухирцями шляхом екзоцитозу);

–        бере участь у транспорті ліпідів;

–        синтезує глікопротеїни;

–        депонує речовини і перерозподіляє між різними ділянками клітини;

–        формує лізосоми, в яких неактивні ферменти перетворюються на активні. 

Лізосоми:

–        здійснюють розщеплення білків, вуглеводів, нуклеїнових кислот, ліпідів на амінокислоти, моносахариди, нуклеотиди, гліцерин і жирні кислоти;

–        перетравлюють вміст вакуолі, а непетравлені залишки виводять шляхом екзоцитозу; – видаляють відмерлі органели; – знищують антигени. 

Мікротільця:

–        містять фермент каталазу, який каталізує розщеплення гідроген пероксиду;

–        здійснюють окиснювальні реакції.

Вакуолі:

–        накопичують і зберігають продукти життєдіяльності клітини.

Запасні поживні речовини, що використовуються в процесі життєдіяльності клітини, утворюють включення. 

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Будова клітини» з YouTube-каналу «Цікава наука». Знайдіть відповідь на питання:

Як пов’язана будова клітини з функціями, що виконують її частини?

4. Роль ферментів у забезпеченні процесів метаболізму клітини та цілісного організму

Ферменти – це біологічні каталізатори, які мають білкову природу та синтезуються в клітинах живих організмів. Ферменти координують і прискорюють біохімічні реакції, які регулюють обмін речовин. 

У молекулі ферменту міститься група особливо активних амінокислот, які утворюють активний центр ферменту, здатний діяти лише з відповідною речовиною – субстратом. При цьому субстрат є специфічним для певного ферменту  і відповідає за своєю структурою і фізико-хімічними властивостями активного центру як ключ до замка. Тому перебіг реакції субстрату з ферментом відбувається миттєво. Після реакції такий утворений комплекс розкладається з утворенням нових продуктів. Речовини, що утворилися, відразу ж відокремлюються від ферменту, який відновлює свою функції і стає здатним здійснювати ту саму реакцію.  

Властивості ферментів: 

–        каталізують тільки енергетично можливі реакції; 

–        прискорюють пряму і зворотну реакцію, не зміщуючи напрямку хімічної рівноваги; 

–        у ході реакції залишаються незмінними і до складу кінцевого продукту не входять; 

–        мають високу специфічність дії (зазвичай один фермент каталізує одну реакцію); 

–        діють у м’яких умовах (фізіологічні значення рН, температура тіла, нормальний атмосферний тиск); 

–        є каталізаторами, активність яких може регулюватися, тобто збільшуватися або зменшуватися. 

Функції ферментів: 

–        сприяють перетворенню одних речовин – субстратів на продукти;

–        виступають в ролі каталізаторів в усіх біохімічних реакціях; – скеровують та регулюють обмін речовин організму;

–        знижують енергію активації хімічних процесів в організмі.

Завдання та запитання для самостійної роботи:

1.     Порівняйте способи      отримання енергії        автотрофними      та гетеротрофними організмами. 

2.     Як відбувається вивільнення енергії з поживних речовин? Як живі організми використовують різні види енергії? Чи вся вивільнена енергія використовується при цьому? 

3.     Якими способами відбувається надходження газів для дихання у організми різних груп тварин? Наведіть приклади. 

4.     Як відбувається надходження газів до організмів рослин і грибів?

5.     Як частини клітини пов’язані між собою за структурою та функціями? 

6.     Які процеси метаболізму забезпечують одномембранні органели клітини? Ядро та двомембранні органели?

7.     Яка участь у процесах метаболізму немебранних органел та цитоплазматичної мембрани? 

8.     Які властивості ферментів допомагають їм виконувати їх функції? 

Поміркуйте: 

1.     Як, на вашу думку, еукаріотична клітина «здобула» хлоропласти?

2.     Чому основний пігмент фотосинтезу – хлорофіл – має зелений колір?

3.     Відомо, що водорості, що ростуть на деякій глибині від поверхні, мають бурий колір. А ті види, що ростуть ще глибше – червоний. Як ви думаєте, – чому? 

4.     Як ви вважаєте, яким шляхом пішла б еволюція, якби не виникли автотрофи? Як би виглядала в наш час

планета Земля, якби не виник кисневий фотосинтез?

5.     Як ви вважаєте, від чого залежить швидкість ферментативних реакцій? Чи впливають ці чинники на перебіг реакцій з неорганічними  каталізаторами? 

6.     Чому трахейна дихальна система поширена серед дрібних тварин (таких як комахи та павукоподібні) і не трапляється у великих тварин?

7.     У повітрі міститься значно більше кисню, ніж у воді. Чому ж більшість риб не можуть дихати на суходолі?

8.     Який тип живлення притаманний людині? Чи використовуємо ми симбіотрофне живлення?

9.     Чому додавання ферментів у пральні порошки покращує їх роботу?

Розділ 4. ВІТАМІНИ, ЇХ РОЛЬ В ОБМІНІ РЕЧОВИН.  

               ПОРУШЕННЯ ОБМІНУ РЕЧОВИН

Програмні питання:

1.     Вітаміни, їх роль в обміні речовин. 

2.     Порушення обміну речовин (метаболізму), пов’язані з нестачею чи надлишком надходження певних хімічних елементів, речовин 

Вивчивши тему, ви будете знати:  – поняття «вітамін», «авітаміноз», «гіповітаміноз», «гіпервітаміноз».

Зможете: 

– наводити приклади  хвороб, пов’язаних з нестачею чи надлишком надходження певних хімічних елементів, речовин; – пояснювати роль окремих хімічних елементів, речовин в метаболізмі.

Інформація для опрацювання

1. Вітаміни, їх роль в обміні речовин

 Вітаміни – це біологічно активні речовини різної хімічної природи, необхідні в невеликих кількостях для нормального обміну речовин і життєдіяльності живих організмів. На сьогодні відомо близько 25 вітамінів, кожен з яких має літерне позначення та хімічні назву.

 В організмі людини деякі вітаміни не синтезуються взагалі, тому вони повинні обов'язково надходити в складі їжі. Інші вітаміни синтезуються кишковою мікрофлорою і всмоктуються в кров, тому навіть за відсутності таких вітамінів в їжі організм може не відчувати в них потреби. У харчових продуктах можуть міститися не тільки самі вітаміни, але і речовини, які є їх попередниками, – провітаміни, які тільки після ряду біохімічних реакцій в організмі перетворюються на вітаміни.

 По мірі відкриття окремих вітамінів їх позначали буквами латинського алфавіту (А, В, С та ін.). Згодом з’ясувалося, що деякі з цих вітамінів є комплексом речовин, тому до літер почали додавати цифрові індекси (В₁, В₂, В₆, К₁, К₂ та ін.). Після того, як для вітамінів визначили хімічну структуру, їх назви доповнили хімічними і на сьогодні використовують саме хімічні позначення і рідше – літерні.

 За фізико-хімічними властивостями вітаміни поділяють на дві групи: жиророзчинні (А, Д, Е, К) і водорозчинні (вітаміни групи В, вітаміни С, Н, Р).

Мал. 17.Джерела вітамінів в продуктах харчування 

         За фізіологічною дією вітаміни поділяють на кілька груп: 

–        вітаміни, що підвищують загальну реактивність організму (B₁, В₂, РР, А, С); 

–        антигеморагічні (С, К) (з кровоспинними властивостями);  – антианемічні (В₁₂, С);  – антиінфекційні (С, А).

Хоча концентрація вітамінів в тканинах і добова потреба в них невеликі, але вже при недостатньому надходженні вітамінів в організм протягом деякого часу наступають характерні і небезпечні патологічні зміни. За задоволенням потреби організму у вітамінах існують три патологічні стани: 

–        авітаміноз – тривала повна або майже повна відсутність одного з вітамінів (поліавітаміноз – нестача одразу кількох вітамінів);

–        гіповітаміноз – часткова, але та, що вже проявилася специфічним чином, недостатність вітаміну;

–        гіпервітаміноз – тривале надлишкове введення в організм будьякого вітаміну. 

Порушення, що виникають внаслідок цих станів, ми розглянемо в наступній частині цього розділу. 

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Як діють вітаміни» з YouTube-каналу «Цікава наука». Дайте відповідь на питання:

 Які функції вітамінів в організмі людини?

2. Порушення обміну речовин (метаболізму), пов’язані з нестачею чи надлишком надходження певних хімічних елементів, речовин

Прояви надлишку та нестачі хімічних елементів та вітамінів в організмі людини наведені у порівняльній таблиці:

Мал. 18.Джерела макро- та мікроелементів в їжі  

Добова потреба у деяких вітамінах та мікроелементах наведена у додатку 1. 

Завдання та запитання для самостійної роботи:

1.     На які групи поділяються вітаміни відповідно до своїх властивостей? 

2.     Складіть таблицю «Біологічна дія вітамінів».

3.     Зазначте добову потреби в них відповідно до свого віку.

4.     Наведіть симптоми нестачі та надлишку в організмі людини певних мікроелементів. 

5.     Опишіть симптоми нестачі та надлишку в організмі людини певних макроелементів. 

6.     За якими симптомами можна виявити нестачу або надлишок певних водо- та жиророзчинних вітамінів в організмі людини?

7.     Встановіть відповідність між властивостями вітамінів та правилами зберігання та обробки харчових продуктів:

1.     Чому необхідно вживати різноманітні їжу?

2.     Чому вітаміни отримали такі чисельні та літерні назви?

3.     Нестача вітамінів є небезпечною для організму. А надлишок? Чому деякі вітаміни стають отруйними, якщо їх приймати у великих кількостях?

4.     Чи однаковим буде набір вітамінів, потрібний для забезпечення життєдіяльності собаки і людини? Чому?

5.     Які проблеми можуть виникнути у людини, яка споживатиме надто багато консервів з печінки тріски? 

Розділ 5. ЗНАЧЕННЯ ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ. 

                РАЦІОНАЛЬНЕ ХАРЧУВАННЯ

Програмні питання:

1.     Значення якості питної води для збереження здоров’я людини. 

2.     Раціональне харчування – основа нормального обміну речовин.

Вивчивши тему, ви будете знати:  – поняття «якість питної води», «раціональне харчування».

Зможете: 

–        називати показники якості питної води;

–        оцінювати важливість якості питної води  та раціонального харчування для збереження здоров’я.

Інформація для опрацювання

1. Значення якості питної води для збереження здоров’я людини

         1.1. Вміст води в організмі і потреба в ній

Тіло дорослої людини складається з води приблизно на 60-65%, з віком її вміст зменшується (у зародку – 97%, у новонародженого – 77%, у 50річному віці – 60%, у старої людини – 50%). Вода – універсальний розчинник, середовище всіх біохімічних і фізіологічних реакцій в організмі. Основна маса води (70 %) зосереджена в середині клітин, а 30 % – це позаклітинна вода. Вона розподілена в організмі нерівномірно: менша кількість (близько 7 %) – це кров і лімфа, більша – омиває клітини. У різних органах і тканинах вміст води не однаковий: скелет містить 20 %, м’язова тканина – 76%, сполучна тканина – 80%, плазма крові – 92%, скловидне тіло ока – 99 % води.

Вода є розчинником різних речовин. Травлення, всмоктування, засвоєння і виділення відбуваються у водному середовищі. Без їжі, але з водою людина здатна жити близько 2 місяців, без води – лише 7-9 днів. Втрата 1-5% води призводить до спраги, нездужання, втраті апетиту, сонливості, втрата 6-8% – до суттєвого порушення обміну речовин, втрата 10% – до незворотних патологічних змін в організмі, 21% – до смерті.

Добова потреба людини у воді складає в середньому 2,5-3 л. Вода в організм надходить з питтям і їжею. З питною водою поступає багато солей, в тому числі макро- і мікроелементи: Ca, Mg, Na, К, I, F та ін. Частина води утворюється в самому організмі внаслідок окислення харчових продуктів. Так, при повному окисленні 100 г жирів утворюється 107 г води, 100 г вуглеводів – 55,5 г, 100 г білків – 41 г води. Це так звана ендогенна вода. 

Крім цього у шлунок людини протягом доби надходить ще 6-7 л води: 3 л слини, 3 л шлункового та кишкового соку і біля 0,5 л жовчі.

Іншим значенням води є гігієнічне. Воно полягає у використанні води для підтримки чистоти тіла, приготування їжі і миття посуду, прання білизни, прибирання житла і громадських приміщень, видалення нечистот через каналізаційну мережу, а також поливу вулиць і зелених насаджень. 

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Як вода потрапила на Землю» з YouTube-каналу «Цікава наука». Дайте відповідь на питання:

 Що є первинним джерелом води на планеті Земля?

1.2. Вимоги до чистоти води

Вода, яку ми споживаємо, має бути неодмінно чистою. Захворювання, що поширюються через забруднену воду можуть погіршити здоров’я, призвести до інвалідності або навіть смерті. 

                Якість питної води також залежить від наявності в ній домішок.

Основними показниками якості питної води є:

–        органолептичні показники (присмак, запах, колір, мутність).

–        токсикологічні показники (наявність сполук Al, Pb, As, фенолів, пестицидів).

–        показники, що впливають на органолептичні властивості води (рН, йони Mg²⁺, загальна твердість води, нафтопродукти, сполуки Fe, Mg, нітрати, сульфіди, перманганатна окиснюваність). 

–        хімічні речовини, що утворюються під час обробки води (залишковий хлор, хлороформ та ін.)

Вода, що використовується для пиття і господарсько-побутових цілей, повинна відповідати певним гігієнічним вимогам, викладеним в Державних санітарних правилах і нормах (ДСанПіН) України 1996 року «Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання». Згідно вимог: 

–        бути безпечною в епідемічному відношенні (не повинна містити патогенних мікробів, вірусів та інших біологічних включень, небезпечних для здоров’я людини); 

–        придатною за хімічним складом (найсприятливіший з фізіологічної точки зору); шкідливі речовини не повинні наносити шкоду людині, обмежувати використання води в побуті. 

–        безпечною в радіаційному відношенні; 

–        мати добрі органолептичні властивості (бути прозорою, без кольору, не мати будь-якого присмаку або запаху).

1.3. Вплив хімічного складу води на здоров’я

  Хімічний склад води може впливати на виникнення і перебіг ряду захворювань, викликаних надходженням в організм людини хімічних елементів. З водою в організм потрапляють такі мікроелементи: F, I, Cu, Zn, Se, Ni та ін., що мають велике значення в обміні речовин. Вони в природі розподілені нерівномірно. Люди можуть одержувати їх з їжею і водою в недостатній або в надлишковій кількості. 

За недостатній кількості Йоду (I) у воді і їжі порушуються нормальний розвиток і функція щитовидної залози, виникає ендемічний зоб. Для попередження цієї хвороби в ендемічних по зобу регіонах, люди повинні вживати сіль, в яку добавлений калій йодиду KI (йодована сіль).

Вміст Флуору (F) у кількості від 0,7 до 1 мг/л сприяє нормальному розвитку і мінералізації кісток і зубів. Надходження в організм збільшеної кількості Флуору (понад 1,5 мг/л) викликає захворювання флюороз – ураження емалі зубів у вигляді пігментованих жовтих і коричневих плям. За вмісту Флуору у воді більше 5 мг/дм³ відбувається ураження не тільки зубів, але кісток і суглобів. Недостатня кількість Флуору у воді (менше 0,7 мг/л) призводить до розвитку іншого захворювання зубів – карієсу (гнилі зуби). З метою профілактики карієсу зубів на головних спорудах деяких великих водогонах проводять збагачування води фтором. 

За вживання води зі збільшеним вмістом нітратів (солей нітратної кислоти) розвивається токсичний ціаноз. Найчастіше токсичним ціанозом хворіють діти, яким молочні суміші готують на воді, в якій вміст нітратів перевищує 45 мг/л. Нітрати в травному каналі дітей за допомогою мікрофлори відновлюються до нітритів, які, всмоктуючись в кров і сполучаючись з гемоглобіном, утворюють метгемоглобін, не здатний переносити кисень. Таким чином, знижується вміст кисню в крові і наступає кисневе голодування. Все це проявляється ціанозом слизових оболонок очей, губ і шкіри.

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «11 цікавих фактів про воду: проблема забруднення та нестача питної води» з YouTube-каналу «DataCube.TV: цікаве та наукові факти». Дайте відповідь на питання:

Які факти ви вже знали, а які були новими? Що це змінило у вашому ставленні до питної води?

1.4. Забруднення води: хімічне та біологічне

Токсичні речовини, розчинені у воді, є причиною виникнення серцевосудинних захворювань, розладів травлення, злоякісних новоутворень. За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ), до 2 млрд. людей мають хронічні захворювання через вживання забрудненої води. Щорічно від цього помирає близько 5 млн. людей.

За даними ООН, у світі виробляється до 100 тисяч хімічних сполук, 15 тисяч з яких є потенційно отруйними. До 80% всіх хімічних сполук, що надходять у зовнішнє середовище, з часом потрапляють в водойми та джерела. 

У водойми скидаються технічні промислові відходи, що містять нафтопродукти, феноли, легко окислювальні органічні речовини, анілін, формальдегід, солі багатьох важких металів (Cd, Pb, Al, Ni, Mn, Zn та ін.). Підземні води також забруднюються нафтопродуктами, важкими металами, пестицидами, які надходять зі стічними водами у водоносні горизонти. А також детергентами (складними хімічними сполуками, що входять до складу синтетичних миючих засобів). 

Окрім хімічного, існує біологічне забруднення води. За даними ВООЗ близько 80% всіх інфекційних хвороб у світі пов'язано з незадовільною якістю питної води та порушеннями санітарно-гігієнічних норм водопостачання. До захворювань, що поширюється водним шляхом, належать: холера, бактеріальна дизентерія, черевний тиф, сальмонельози, туляремія, вірусний ентерит, вірусний гепатит А, віруси поліомієліту, різні адено- і ентеровіруси. 

Вода може стати також джерелом зараження людини внутрішніми паразитами – гельмінтами. З забрудненої випорожненями водою до людини можуть потрапити цисти лямблій, яйця аскарид і волосоголовців, личинки анкілостом, церкарії печінкового сисуна, а також мікрофілярії ришти і церкарії шистосом, які в організмі перетворюються на дорослих паразитів. Інфекційна захворюваність населення, пов’язана з водою, сягає 500 мільйонів випадків на рік.

1.5. Правила попередження інфекцій 

Основні правила попередження поширення інфекцій водним шляхом є  такими:

–        купання у спеціально призначених для цього місцях; 

–        не купатися на ділянках річок, що розташовані нижче розташування тваринницьких ферм та викидів стічних вод;

–        з відкритих водойм воду для пиття використовувати тільки після кип'ятіння;

–        благоустрій шахтних колодязів (наявність глиняного замка, даху,

навісу, відра);

–        правильна експлуатація водоочисних споруд; – лабораторний контроль за джерелами питної води.

На водопровідних станціях застосовується технічна схема очищення води: водозабір, хлорування, флокуляция (осадження зважених домішок на осаді алюміній гідроксиду), фільтрація. 

Способи очищення води є такими: 

–        фізичні   (кип’ятіння,          відстоювання,      фільтрування,      обробка ультрафіолетом);

–        хімічні (нейтралізація, процеси окиснення і відновлення – хлорування, фторування, озонування та ін.);

–        фізико-хімічні (флотація, сорбція, екстракція, іонний обмін, зворотний осмос, електроліз, іонізація сріблом);

–        біологічні (за допомогою мікроорганізмів).

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Що трапиться, якщо не пити воду» з YouTube-каналу «Цікава наука». Знайдіть відповідь на питання:

Які зміни відбуваються в організмі людини за нестачі питної води?

2. Раціональне харчування – основа нормального обміну речовин

2.1. Поняття та основні принципи раціонального харчування

 Раціональне харчування (від. ratio – розумний) – це достатнє в кількісному й повноцінне в якісному відношенні харчування; фізіологічно повноцінне харчування здорових людей із врахуванням їх віку, статі, характеру праці та інших факторів. 

 Раціональне харчування сприяє збереженню здоров'я, опірності шкідливим факторам навколишнього середовища, високій фізичній й розумовій працездатності, а також активному довголіттю. Вимоги до раціонального харчування складаються із вимог до: 

–        харчового раціону (що їсти?);

–        режиму харчування (коли їсти?); –умов прийому їжі (як їсти?).

         Основними принципами раціонального харчування є:

–        енергетична цінність раціону повинна покривати енергозатрати організму;

–        належний хімічний склад – оптимальна кількість збалансованих між собою поживних речовин;

–        добра засвоюваність їжі, яка залежить від її складу i способу приготування;

–        високі органолептичні властивості їжі (зовнішній вигляд, консистенція, смак, запах, колір, температура);

–        різноманітність їжі за рахунок широкого асортименту продуктів i різних прийомів їх кулінарної обробки;

–        здатність їжі (за складом, об'ємом, кулінарною обробкою) створювати відчуття насичення; – санітарно-епідемічна безпечність.

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Як їжа впливає на ваш кишківник» з YouTube-каналу «Цікава наука». Знайдіть відповідь на питання:

Як мікроорганізми всередині нашого тіла допомагають нам перетравлювати їжу?

Основні правила раціонального харчування:

1)                 Добовий раціон має містити достатню кількість білків, жирів та вуглеводів, вітамінів, мінеральних речовин. Кількість білків має відповідати фізіологічній нормі – 1-1,5 г / 1 кг ваги тіла. Тваринний білок має складати не менш 60 % добової кількості білку. В раціоні обов’язково мають бути пісне м'ясо, риба, яйця, молоко і кисломолочні продукти. 

2)                 Оптимальна кількість жирів – 0,8-1,0 г / 1 кг ваги тіла на добу. Жири довше затримуються в шлунку, зменшують збудливість головного мозку, усуваючи відчуття голоду. Рослинні жири підвищують активність ферментів, що стимулюють процес розпаду жиру в організмі. У раціоні від загальної кількості жирів повинно бути 30-35% рослинних масел для приготування їжі і додавання в салати.

3)                 Бажано обмежити кількість вуглеводів до 3-3,5 г / 1 кг ваги тіла на добу, перш за все за рахунок простих вуглеводів: цукор, солодощі. 

4)                 Кількість прийомів їжі протягом дня має бути не менше 4-5 (3 основних та 2 додаткові, із свіжих фруктів і овочів, краще в сирому вигляді). Інтервали між прийомами їжі не повинні перевищувати 3,5-4 години.

5)                 Кількість вільної рідини не менше 1-1,5 л на добу (при відсутності протипоказань). Для пиття можна використовувати мінеральну негазовану воду з найменшим ступенем мінералізації, свіже вижаті соки, чай, каву. 

Мал. 19.Тарілка здорового харчування  

6)                 Вранці натщесерце бажано випити склянку рідини кімнатної температури. Інтервал між останнім прийомом рідини і їжею повинен бути 20-30 хвилин, між їжею і подальшим прийомом рідини не менше 30 хвилин. Оптимальне співвідношення між твердою і рідкою частинами їжі під час одного прийому повинно бути не менше 2 : 1. Останній прийом рідини – за 11,5 години до сну. Останній прийом їжі – за 2,5-3 години до сну.

7)                 Їжте не поспішаючи, ретельно пережовуючи їжу.

8)                 Бажано обмежити споживання солі до 5-7 г на добу.

9)                 Харчування має бути максимально різноманітним (мал. 19). У шлунково-кишковому тракті людини присутня достатня кількість ферментів, здатних розщепити різні продукти. Водночас уникайте багатокомпонентних страв. За один прийом не змішуйте більше 3-4 видів продуктів (за винятком спецій і рослинної олії). Особливо корисні овочі, що містять пектин і клітковину – капуста, кабачок, редис, томати, огірки, гарбуз, листова зелень. Вони створюють відчуття насичення, регулюють функцію кишечника. Овочі можна вживати сирими, тушкованими, вареними, приготованими на пару і на грилі. Свіжі овочі краще вживати з рослинною олією (соняшниковою, оливковою, лляною).

10)            М'ясо, птицю, рибу можна запікати, готувати на пару, грилі. Вживати ці продукти краще з рослинним гарніром. 

11)            Хліб обов'язково повинен бути присутнім в раціоні, найкраще зерновий, з висівками, білковий.

Пам’ятайте, що для профілактики появи надлишкової маси і ожиріння крім харчування велике значення має фізична активність.

Для допитливих: відвідайте за посиланням сайт національної інформаційної платформи «ПроЗдорове» http://www.prozdorove.com.ua, покликаної наблизити кожного українця до здорового та збалансованого раціону. Перегляньте розділи: «Рекомендації», «Тарілка харчування», «Блог експертів» та «Рецепти». Дайте відповідь на питання:

Якими мають бути правила безпечного і здорового харчування? Яким є оптимальне тижневе меню?

2.2. Аналіз свого добового раціону і його відповідність критеріям раціонального харчування

1.     Складіть свій добовий раціон за зразком:

2.     Визначте енергетичну цінність спожитої їжі, скориставшись додатком 2 або джерелами в інтернет.

Для цього за таблицею калорійності і хімічного складу харчових продуктів визначте калорійність різних видів їжі. Знайдені в таблиці дані на 100 г продукту помножте на масу кожного виду їжі і дістаньте калорійність свого добового харчового раціону.

3.     Проаналізуйте свій харчовий раціон. Наскільки він відповідає критеріям раціонального харчування? Пам’ятайте, що критеріями раціонального харчування є: 

‒ енергетична (калорійна) цінність продуктів харчування; ‒ склад їжі (кількість та співвідношення компонентів); ‒ режим прийняття їжі.

Обчисливши кількість білків, жирів і вуглеводів у кожній страві і для кожного приймання їжі, визначте калорійність сніданку, обіду, вечері і всього добового раціону в цілому. Порівнюючи калорійність добового раціону з нормами калорійності харчових раціонів, зробіть висновок про баланс в обміні енергії, про рівновагу між витратою і надходженням енергії.

Зауважте, що енергетична цінність раціону має перевищувати затрати енергії приблизно на 20%. Енергетична цінність 1 г білків складає 4,207 ккал (17,6 кДж); 1 г вуглеводів – також 4,207 ккал (17,6 кДж); 1 г жирів – 9,345 ккал

(39,1 кДж).

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Що таке калорія» з YouTube-каналу «Цікава наука». Дайте відповідь на питання:

Що відбуватиметься за надлишку калорій у щоденному харчуванні? За нестачі калорій?

 Виміряйте власні витрати калорій за допомогою фітнес-браслету або відповідного додатку до смартфону (наприклад, Google Fit або іншого):

Порівняйте їх з довідковими даними для людини вашої ваги та віку. Пам’ятайте, що більшість приладів не обчислюють витрачання калорій вашого тіла у стані спокою або незначних рухів, але вони все одно витрачаються на базові потреби організму.

Для складання раціону, контролювання його калорійності, відстеження змін власної ваги та іншого також можна скористатись численними додатками для смарфону. Наприклад, FatSecret, Yazio, Lifesum та ін. 

Завдання та запитання для самостійної роботи:

1.     Яким є вміст води в організмі людини і добова потреба в ній?

2.     Які існують вимоги до чистоти питної води? 

3.     Які види забруднення води вам відомі? Як хімічні домішки, що містяться у питній воді, впливають на стан здоров’я?

4.     Які існують способи очищення та знезараження води? 

5.     Чи можна споживати виключно дистильовану воду? Відповідь обґрунтуйте.  

6.     Чому потрібно дотримуватись режиму раціонального харчування? Які його основні принципи?

7.     Які захворювання і чому саме є результатом незбалансованого харчування?.

8.     Визначте, чому є шкідливими:

–                    нерегулярне харчування;

–                    харчування «в сухом’ятку»;

–                    вживання їжі швидко, без належного пережовування;

–                    вживання надто гарячої та гострої їжі;

–                    надмірна їжа на ніч;

–                    вживання несвіжих продуктів та сирої води з відкритих водойм;

–                    їжа з брудного посуду, в неохайних умовах;

–                    вживання погано провареного чи просмаженого м’яса та риби; – їжа з немитими руками; – вживання алкоголю.

9.     Проаналізуйте етикетки продуктів харчування, що ви зазвичай вживаєте, на вміст поживних речовин та енергетичну цінність за зразком:

10. Запропонуйте   рекомендації         щодо покращення          якості      харчування студентів.

Поміркуйте: 

1.     Як ви вважаєте, чому пастеризоване молоко або соки в закритій упаковці можуть зберігатися по півроку за кімнатної температури, але після викривання пакування – лише декілька днів і в холодильнику? 

2.     Чому продукти у вакуумному пакуванні мають довші терміни придатності?

3.     З якими труднощами стикаються люди, які переходять на вегетаріанство? Чи зажди є повноцінним їхній раціон? 4. Які способи очищення води застосовують на міських

підприємствах? За необхідності відвідайте сайт відповідної міської організації.

5.     Розрахуйте власний індекс маси тіла (ІМТ). Чи варто вам змінювати раціон з огляду на цей показник? Якщо так – то в який спосіб? 

6.     Чому у жителів полярних регіонів часто виникає дефіцит вітамінів C та D?

7.     Доведіть шкоду харчування переважно: А) гамбургерами; Б) чипсами; В) солодкими газованими напоями та батончиками. А також: Г) з переїданням; Д) з неоптимальним прийомом їжі впродовж доби (наприклад, основний прийом – увечері). 

Розділ 6. НЕГАТИВНИЙ ВПЛИВ НА МЕТАБОЛІЗМ                         ТОКСИЧНИХ РЕЧОВИН

Програмні питання:

1.     Негативний вплив на організм токсичних речовин. 

2.     Знешкодження токсичних сполук в організмі людини. 

Вивчивши тему, ви будете знати: 

–        поняття «токсичні речовини».

Зможете: 

–        висловлювати судження щодо впливу на здоров’я людини різних речовин (корисних та шкідливих)

–        характеризувати особливості знешкодження токсичних сполук в організмі людини;

–        пояснювати необхідність знешкодження токсичних сполук в організмі людини.

1. Негативний вплив на організм токсичних речовин

         1.1. Поняття токсичних речовин та їх види

 Токсичні хімічні речовини – це речовини, які викликають отруєння усього організму або впливають на окремі системи (кровотворення, центральну нервову систему, травлення тощо). Ці речовини можуть викликати патологічні зміни певних органів: мозку, нирок, печінки та ін. До таких речовин належать:

1)                 Промислові отруйні речовини, що використовуються на виробництві: розчинники (дихлоретан, бензен, толуен, ксилоли і т.д.), паливо (метан, пропан, бутан, бензини, солярові масла і т.д.), барвники (анілін тощо), хімічні реагенти (метанол, H₂S, сполуки Hg, As і т.д.) та ін.

2)                 Отрутохімікати (пестициди), що застосовуються для боротьби з бур'янами та шкідниками сільськогосподарських культур: хлорорганічні пестициди (гексахлоран, поліхлорпінен і т.д.), фосфороргані інсектициди (карбофос, хлорофос, фосфамід, хлорметафос, метілмеркаптофос і т.д.), похідні карбамінової кислоти (севин та ін.), меркурійорганічних речовини (гранозан тощо) і ін.

3)                 Лікарські засоби, що за певної дози мають токсичну дію.

4)                 Побутові хімічні засоби: харчові добавки (оцтова кислота та ін.); засоби санітарії, особистої гігієни та косметики; засоби догляду за одягом, меблями, автомобілем і т.д.

5)                 Рослинні і тваринні отрути, які містяться в різних рослинах і грибах (аконіт, цикута, мухомор та ін.), живих організмах (змії, бджоли, скорпіони тощо) і викликають отруєння при потраплянні в організм людини і тварин.

6)                 Бойові отруйні речовини, які застосовуються в якості хімічної зброї для масового знищення людей (зарин, зоман, іприт та ін.).

 За фізіологічним впливом на організм людини токсичні речовини поділяються на групи: 

–        подразнюючі: вражають шляхи дихання, очі, шкіру, слизові оболонки (NH₃, кислоти, сполуки S);

–        задушливі: викликають токсичний набряк легень (H₂S, CO₂, N₂. CH₄, інертні гази)

–        наркотичні: спричиняють наркотичний вплив і впливають на центральну нервову систему (ацетон, бензин, леткі вуглеводні сполуки);

–        загальної дії: соматичні захворювання основних систем органів людини (As, Hg, Pb);

–        канцерогенні речовини: впливають на виникнення злоякісних новоутворень (аміни, азбест, Ni, Cr)

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Чому отруйні тварини не отруюють самих себе» з YouTube-каналу «Цікава наука». Дайте відповідь на питання:

Яким чином отруйні тварини зазвичай не вражаються власною отрутою?

         1.2. Основні шляхи потрапляння токсичних речовин в організм людини

 Токсичні речовини здатні проникати в організм людини через органи дихання, органи травлення, а також шкіру та слизові оболонки, спричиняючи негативну дію на імунну систему та окремі органи людського організму. З часом вплив токсичних речовин призводить до виникнення найрізноманітніших захворювань.

 Якщо через дихальні шляхи в організм людини потрапляють шкідливі пари, газо- та пилоподібні токсичні хімічні речовини, вони насамперед вражають не тільки дихальні шляхи, але і викликають токсичний набряк легеневої тканини, спричиняють негативний вплив на центральну нервову систему. 

Якщо рідкі шкідливі токсичні хімічні речовини потрапляють на шкіру людини, вони можуть викликати подразнення, виразки, опіки тощо. 

Часто рідкі шкідливі хімічні токсичні речовини потрапляють в організм безпосередньо через ротову порожнину. Це викликає серйозну загрозу для здоров’я, а нерідко навіть життя людини.

Основним шляхом потрапляння шкідливих токсичних хімічних речовин в організм людини є їхнє надходження через дихальні шляхи. Велика (понад 90 м²) внутрішня поверхня альвеол легенів створює сприятливі умови для потрапляння шкідливих речовин безпосередньо у кров. За неодноразових впливів це викликає гострі чи хронічні отруєння організму загалом.

       1.3. Поняття «токсичність» та основні характеристики токсичних речовин

         Токсичність речовини визначається: 

–                    фізичними і хімічними властивостями токсичної речовини; 

–                    дозою; 

–                    концентрацією; 

–                    шляхом та швидкістю проникнення токсичної речовини в організм; 

–                    віком, статтю, масою тіла, реактивністю організму; 

–                    харчовим режимом;  –наявністю захворювань.

Ступінь токсичності хімічних речовин та спричинені ними патологічні відхилення в організмі людини залежать від таких факторів: 

1)                 хімічної структури речовини (чим вища дисперсність, тим глибше і швидше вони проникають у дихальні шляхи); 

2)                 розчинності в організмі людини (чим вища розчинність, тим більша токсичність хімічної речовини); 

3)                 концентрації у повітрі (чим вища концентрація хімічних речовин, тим швидше настає отруєння);  4) тривалості дії хімічних речовин.

1.4. Дія токсичних речовин на організм людини

 Токсичність хімічних речовин для дітей вища, ніж для дорослих. Наприклад, барбітурати більш токсичні для дітей за рахунок пропорційно більшого розміру головного і спинного мозку, ніж тіла. Жінки менш стійкі до хімічної агресії. Їх чутливість до токсичних речовин ще вища під час вагітності, годування молоком. 

Токсичні речовини спричиняють зростання захворюваності, смертності, кількості вроджених вад розвитку, зменшення народжуваності, порушення демографічних характеристик популяції, зниження середньої тривалості життя.

         2. Знешкодження та виведення токсичних сполук 

         Знешкодження через метаболізм відбувається двома шляхами:

–        реакції розпаду (окислення, відновлення, гідрроліз);

–        реакції синтезу (сполучення з білками, амінокислотами, глюкуроновою та сульфатною кислотою).

У результаті цих реакцій виникають нетоксичні водорозчинні сполуки, які краще, ніж початкова речовина, можуть виводитися з організму i застосовуватись в інших метаболічних перетвореннях з наступним виведенням з організму.

Метаболізм токсинів відбувається в шлунково-кишковому тракті, легенях, нирках, але головним чином у клітинах печінки на мембранах ендоплазматичної сітки з наступним виведенням.

При виведенні токсичних речовин в навколишнє середовище організм використовує ті ж механізми, що і при поглинанні.

Через легені з повітрям, що видихається, виділяються леткі токсичні речовини і леткі продукти перетворення нелетких токсичних речовин – шляхом дифузії через альвеоли. Виділення починається відразу після припинення надходження речовини в організм. Через легені з організму виводяться леткі неелектроліти (органічні розчинники, СО, СО₂, HCN). 

Найважливіший орган виведення токсичних речовин з організму – нирки. Це здійснюється двома механізми: пасивною фільтрацією і активним транспортом. Через нирки виводяться продукти обміну речовин, багато токсинів і продукти їх метаболізму. Завдяки інтенсивному кровопостачанню речовини, що знаходяться в крові і підлягають виведенню, швидко переходять в нирку, а потім виділяються з сечею.

Печінка одночасно є і органом виведення токсинів, що потрапили в кров (шляхом простої дифузії та активного транспорту), і органом їх метаболізму. Печінка виділяє токсичні хімічні речовини в жовч. 

Виділення токсинів та їх метаболітів через шлунково-кишковий тракт відбувається в результаті:

–   неповного всмоктування;

–   виділення слизовою оболонкою.

Леткі неелектроліти (вуглеводні, спирти, етери та естери тощо) практично не виводяться через травний тракт. Натомість виводяться погано розчинні або нерозчиннi у воді токсичні речовини, які при надходженні через ротову порожнину не всмоктуються в кров, а також речовини, що виділяються з печінки разом з жовчю та ті, що надійшли в кишечник через його стінку (солі важких металів).

Виведення токсинів та їх метаболітів може здійснюватися й іншими шляхами, наприклад з молоком жінок та секретом потових, сальних, слинних залоз. Це відбувається шляхом простої дифузії. З грудним молоком, наприклад, виділяються деякі неелектроліти, інсектициди, метали, які потім можуть надійти в організм дитини. Через шкіру, в основному з потом, виділяються неелектроліти (етиловий спирт, ацетон, фенол, хлорпохідні вуглеводнів та ін.) 

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Як падальникам вдається не захворіти» з YouTube-каналу «Цікава наука». Дайте відповідь на питання:

Яким чином отруйні тварини, що живляться іншими вже померлими тваринами, вдається протистояти токсинам?

Завдання та запитання для самостійної роботи:

1.     Які речовини є токсичними для організму людини? Які групи токсичних речовин існують?

2.     Які основні шляхи потрапляння токсичних речовин в організм людини? 

3.     Чим визначається токсичність речовини?

4.     Яку дію спричиняють токсичні речовини на організм людини?

5.     Як відбувається знешкодження та виведення токсичних сполук? 

Поміркуйте: 

1.     Яка роль печінки у знешкодженні токсичних сполук?

2.     Вивчіть інструкції кількох медичних препаратів. Як знешкоджуються побічні ефекти діючих речовин цих ліків у вашому організмі?

3.     За легких форм отруєння важка фізична робота може інколи допомогти людині покращити стан свого організму. Як ви вважаєте, з чим це може бути пов’язано?

4.     Чому молоко часто (але не завжди) може допомагати при

потраплянні в організм токсичних речовин, зменшуючи їх дію?

5.     Створіть рейтинг з 10 найбільш небезпечних отрут для людини. В чому причини високої смертності від них?

6.     Складіть список отруйних організмів нашого регіону: А) тварин; Б) рослин; В) грибів. Яку пам’ятку поводження з такими організмами слід скласти, щоб убезпечити себе? 

7.     Складіть перелік речей і речовин, що містять токсини, які людина створила для задоволення своїх потреб. Якими більш безпечними речами та речовинами їх можна було б замінити?

Розділ 7. НЕЙРОГУМОРАЛЬНА РЕГУЛЯЦІЯ                  ПРОЦЕСІВ МЕТАБОЛІЗМУ

Програмні питання:

1.     Особливості гуморальної регуляції. 

2.     Особливості нервової регуляції.

3.     Взаємодія нервової та гуморальної регуляції

Вивчивши тему, ви будете знати: 

–        поняття «нервова регуляція», «гуморальна регуляція», «нейрогуморальна регуляція».

Зможете: 

–        характеризувати нейрогуморальну регуляцію метаболізму в організмі.

Інформація для опрацювання

1. Особливості гуморальної регуляції

У нашому організмі для постійної регуляції фізіологічних процесів використовується два механізми: нервовий і гуморальний.

 Гуморальна регуляція – найдавніша форма взаємодії між клітинами багатоклітинного організму. Для передачі інформації застосовуються рідкі середовища організму (кров, лімфа, рідина спинного мозку та ін.). Сигнали передаються за допомогою хімічних речовин: гормонів, медіаторів, біологічно активних речовин, електролітів та ін.

         Гуморальна регуляція має такі особливості:

–        немає точного адресата – з током біологічних рідин речовини можуть потрапляти до будь-яких клітин організму;

–        швидкість доставки інформації невелика – визначається швидкістю току біологічних рідин (0,5-5 м/с);

–        тривалість дії.

Дія деяких гормонів на організм

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Гуморальна регуляція» з YouTube-каналу «EdEra». Дайте відповідь на питання:

Які органи гуморальної регуляції містяться в тілі людини? Яка їх дія?

2. Особливості нервової регуляції

Нервова регуляція здійснюється за допомогою центральної та периферичної нервової системи. Сигнали передаються за допомогою імпульсів.

Особливості нервової регуляції:

–        має точного адресата – сигнали доставляються до цілком визначених органам та тканинам;

–        висока швидкість доставки інформації – швидкість передачі нервово імпульсу до 120 м/с; – короткочасність дії.

Для нормальної регуляції організму потрібна взаємодія нервової та гуморальної регуляції. Нейрогуморальна регуляція об’єднує всі функції організму для досягнення мети, при цьому організм функціонує як єдине ціле. 

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Нервова регуляція» з YouTube-каналу «EdEra». Дайте відповідь на питання:

Які органи здійснюють нервову регуляцію в тілі людини? Яка їх дія?

3. Взаємодія нервової та гуморальної регуляції

Як приклад давайте згадаємо регуляцію рівня глюкози в крові. За надлишку цукру в крові нервова система стимулює функцію внутришньосекреторної частини підшлункової залози. Внаслідок цього в кров надходить більше гормону інсуліну, і зайва глюкоза під його впливом відкладається в печінці і в м'язах у вигляді глікогену. При посиленій м'язовій роботі, коли підвищується споживання глюкози і в крові її стає недостатньо, посилюється діяльність надниркових залоз.

 Гормон надниркових залоз адреналін сприяє перетворенню глікогену в глюкозу.

Інший приклад – зміна осмотичного тиску крові при спразі. Цей тип тиску збільшується через дефіцит вологи всередині організму. Це призводить до подразнень осмотичних рецепторів. Збудження, що з’явилося, через нерви передається в ЦНС. З неї численні імпульси потрапляють до гіпофізу, відбувається стимуляція з виділенням антидіуретичного гормону гіпофізу. З кров’ю гормон потрапляє до звивистих ниркових каналів, відбувається посилення зворотного всмоктування вологи з первинної сечі у кров. Наслідок цього – зменшення виведення води з сечею, відбувається відновлення показників нормального осмотичного тиску організму. 

 Так нервова система, впливаючи на залози внутрішньої секреції, стимулює або гальмує відділення ними біологічно активних речовин.

 Вплив нервової системи здійснюється через секреторні нерви. Нерви підходять до кровоносних судинах ендокринних залоз. Змінюючи просвіт судин, вони впливають на діяльність цих залоз.

 В ендокринних залозах розташовуються чутливі закінчення доцентрових нервів, які сигналізують в центральну нервову систему про стан ендокринних залоз. Головними центрами координації та інтеграції функцій двох регуляторних систем є гіпоталамус і гіпофіз.

Гіпоталамус розташований в проміжному відділі головного мозку, відіграє провідну роль у зборі інформації від інших ділянок головного мозку і від власних кровоносних судин. Він здатний реєструвати зміст різних речовин і гормонів в крові. Гіпоталамус є одночасно і нервовим центром, і своєрідною залозою внутрішньої секреції. Він утворений нервовими клітинами, але не зовсім звичайними: вони здатні виробляти особливі речовини – нейрогормони. Такі клітини називаються нейросекреторними. Ці біологічно активні речовини надходять в кров, що тече від гіпоталамуса до гіпофіза.

 Гіпофіз, в свою чергу, шляхом секреції гормонів прямо або побічно впливає на інші залози внутрішньої секреції.

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Як стрес впливає на ваше тіло» з YouTube-каналу «Цікава наука». Дайте відповідь на питання:

Які прояви нервової та гуморальної регуляції ви помітили впродовж відео?

         4. Прямий та зворотній зв’язок

Між гіпоталамусом, гіпофізом і периферичними ендокринними залозами існує прямий і зворотній зв'язок. Наприклад, гіпофіз виробляє тиреотропний гормон, який стимулює діяльність щитовидної залози. Під впливом дії тиреотропного гормону гіпофіза щитовидна залоза виробляє свій гормон – тироксин, який впливає на органи і тканини організму.

 Тироксин впливає і на сам гіпофіз, інформуючи його про результати діяльності: чим більше гіпофіз виділяє тиреотропного гормону, тим більше щитовидна залоза виробляє тироксину, – це прямий зв'язок. Навпаки, тироксин гальмує діяльність гіпофіза, зменшуючи вироблення тиреотропного гормону, – це зворотний зв'язок.

 Механізм прямого і зворотного зв'язку має дуже важливе значення в діяльності ендокринної системи, тому що завдяки йому робота всіх залоз не виходить за межі фізіологічної норми.

 Нейроскреторні ядра гіпоталамуса є одночасно і нервовими утвореннями, і ендокринною частиною головного мозку. Сюди стікається великий потік інформації від органів чуття і внутрішніх органів людини. Це досягається або генерацією нервових імпульсів, або виділенням спеціальних гормонів. Частина цих гормонів регулює функції передньої долі гіпофіза, де виробляються гормони, які контролюють інші залози внутрішньої секреції, такі як щитовидна залоза, надниркові залози і статеві залози.

Отже, кожен з двох основних механізмів в організмі – нервовий і гуморальний – тісно взаємодіють. Обидва разом, доповнюючи один одного, забезпечують найважливішу особливість нашого організму – саморегуляцію.

Для допитливих: перегляньте за посиланням відео «Чому наші м’язи втомлюються» з YouTube-каналу «Цікава наука». Дайте відповідь на питання:

Які прояви прямого та зворотного зв’язки наведені на відео?

Завдання та запитання для самостійної роботи:

1.     Які особливості гуморальної регуляції? Наведіть назви гормонів та їхню дію.

2.     Які особливості нервової регуляції?

3.     Як відбувається взаємодія нервової та гуморальної регуляції в організмі людини? Який це має біологічний сенс? 

Поміркуйте: 

1.     Навіщо людям (і більшості тварин) дві системи регуляції?

2.     Чи може організм людини вижити, якщо в ньому буде порушена одна – нервова або гуморальна система регуляції? Обґрунтуйте свою відповідь.

3.     Чому роздратованій людині не сидиться на місці – у неї виникає бажання рухатися, їсти, говорити тощо? Про що це свідчить?

4.     Чому гормональні медичні препарати слід застосовувати

обережно і тільки за призначенням лікаря?

5.     Чому імпульси проходять по нервовій системі з різною швидкістю? Яке це має значення?

6.     Чому, на вашу думку, гіпофіз називають «диригентом залоз внутрішньої секреції»?

7.     Проведіть невеличке дослідження: простежте за змінами стану свого організму протягом 2-3 днів. Звертайте увагу на частоту пульсу (який є показником частоти серцевих скорочень), на частоту дихання, на збільшення або зменшення потовиділення, на термін, протягом якого показники діяльності внутрішніх органів повертаються до вихідних значень, а також на обставини, які спричинили зміни в роботі внутрішніх органів. Опишіть результати спостереження. Якими є пояснення того, що з вами відбувалося? Якими були механізми регуляції стану організму? 

ДЖЕРЕЛА У ВСЕСВІТНІЙ МЕРІЖІ ІНТЕРНЕТ

БІЛКИ, НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ, ВУГЛЕВОДИ, ЛІПІДИ

YouTube: Що таке ДНК та як вона працює (Цікава наука) https://youtu.be/Iv9t1wmDE9k   

YouTube: Від ДНК до білків (Цікава наука) https://youtu.be/9zUAWNqaT6g   

YouTube: Що відбувається, коли ДНК пошкоджується (Цікава наука) https://youtu.be/azaoYZ59c9c   

YouTube: Як цукор впливає на мозок (Цікава наука) https://youtu.be/DgZOEwF_o44    

YouTube: Правда про цукор (Керманічі) https://youtu.be/azaoYZ59c9c   

ОБМІН РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ – ОСНОВА ФУНКЦІОНУВАННЯ

БІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ

YouTube: Що таке метаболізм (Цікава наука) https://youtu.be/-JSzkmgsqLA    

YouTube: Хлоропласти та фотосинтез (EdEra) https://youtu.be/CFH3ry4z9X0     

YouTube: Огляд травної системи (EdEra) https://youtu.be/rt7oqZtfPdg      

YouTube: Як паразити змінюють поведінку своїх хазяїв (Цікава наука) https://youtu.be/s2AzREbvo7M     

ЕНЕРГЕТИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРОЦЕСІВ МЕТАБОЛІЗМУ

YouTube: Енергія АТФ (EdEra) https://youtu.be/y-T3vLuJ8V4       

YouTube: Подорож кисню по вашому організму (Цікава наука) https://youtu.be/O6R9D9mJKzI        

YouTube: Будова клітини (Цікава наука) https://youtu.be/bBymW0PtVT0         

ВІТАМІНИ. ПОРУШЕННЯ ОБМІНУ РЕЧОВИН

YouTube: Як діють вітаміни (Цікава наука) https://youtu.be/HPXOun9yZD4        ЗНАЧЕННЯ ЯКОСТІ ПИТНОЇ ВОДИ. РАЦІОНАЛЬНЕ ХАРЧУВАННЯ

YouTube: Як вода потрапила на Землю (Цікава наука) https://youtu.be/HPXOun9yZD4        

YouTube: 11 цікавих фактів про воду: проблема забруднення та нестача питної води (DataCube.TV)

https://youtu.be/Y_7pzk9vXeA         

YouTube: Що трапиться, якщо не пити воду (Цікава наука) https://youtu.be/dK6Zg-0YAPE  

YouTube: Як їжа впливає на ваш кишківник (Цікава наука) https://youtu.be/F_hPulV-qHc  Національна платформа «ПроЗдорове»      http://www.prozdorove.com.ua

YouTube: Що таке калорія (Цікава наука) https://youtu.be/SkUsUtVc9GY  

НЕГАТИВНИЙ ВПЛИВ НА МЕТАБОЛІЗМ ТОКСИЧНИХ РЕЧОВИН

YouTube: Чому отруйні тварини не отруюють самих себе (Цікава наука)

         https://youtu.be/ZDqjFBqzFYg  

YouTube: Як падальникам вдається не захворіти (Цікава наука)

         https://youtu.be/nVOeOtNzX5A  

НЕЙРОГУМОРАЛЬНА РЕГУЛЯЦІЯ ПРОЦЕСІВ МЕТАБОЛІЗМУ

YouTube: Гуморальна регуляція (EdEra) https://youtu.be/3uGyDU8DK98 YouTube: Нервова регуляція (EdEra)          https://youtu.be/bfRswQjdFN0  

YouTube: Як стрес впливає на ваше тіло (Цікава наука) https://youtu.be/nRDnchiP7AM

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Базова 1.Андерсон О.А. та ін. Біологія і екологія: підруч. для 10 кл. закладів загальної середньої освіти: рівень стандарту / О.А.Андерсон, М.А.Вихренко, А.О.Чернінський. – К.: Школяр, 2018. – 216 с.

2.     Біологія і екологія: підручник для 10 класу закладів загальної середньої освіти ІР. В. Шаламов, Г. А. Носов, М. С. Каліберда, А. В. Коміссаров — Харків: Соняшник, 2018. — 312 с. 

3.     Задорожний К.М. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. загал, серед, освіти / К. М. Задорожний. — Харків : Вид-во «Ранок», 2018. — 208 с.: іл.

4.     Остапченко Л.І. Біологія та екологія (рівень стандарту): підруч. для 10-го кл. закл. заг. серед. освіти / Л.І.Остапченко, П.Г.Балана, Т.А.Компанець, С.Р.Рушковський. – Київ: Генеза, 2018. – 192 с.

5.     Соболь В.І. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. заг. серед. освіти / В.І.Соболь. – Кам’янець-Подільський: Абетка, 2018. – 272 с.

Допоміжна 1. Барна І. Біологія: довідник школяра та абітурієнта: загальна біологія, ботаніка, зоологія, біологія людини / І.В.Барна, ред. В.Хіхловський.– Тернопіль: Підручники і посібники, 2016. – 768 с.

2.     Задорожний К.М. Біологія і екологія (профільний рівень): підруч. для 10 кл. закл. загал. серед. освіти / К. М. Задорожний, О. М. Утєвська. — Харків : Вид-во «Ранок», 2018. — 240 с.

3.     Іонцева А.Ю. Біологія: навч. посіб. / А.Ю.Іонцева. – К.: Український центр підготовки абітурієнтів, 2014. – 296 с.

4.     Резніченко В.П. Біологія у порівняльних таблицях / В.П.Резніченко. – Кам'янець-Подільський: Аксіома, 2007. – 172 c.

5.     Соболь В.І. Повний курс біології. Структурований довідник для підготовки до ЗНО та ДПА / Валерій Соболь. – Кам’янець-Подільський: ФОП Сисин О.В., 2019. – 416 с.

6.     Шаламов Р.В. Біологія: Комплексний довідник / Р.В. Шаламов, Ю.Д. Дмитрієв, В.І.Підгорний. – Х.: Веста: Вид-во «Ранок», 2006. – 624 с.

7.     Біологія: Ботаніка. Зоологія. Біологія людини. Загальна біологія: довідник для абітурієнтів та школярів: тестові завдання / Л. І. Прокопенко (кер. авт. кол.), О. А. Біда, С. І. Дерій та ін. – К.: Літера ЛТД, 2015. – 654 с.

ДОДАТОК 1

ДОБОВА ПОТРЕБА У ВІТАМІНАХ ТА МІНЕРАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТАХ

ДОДАТОК 2

ХІМІЧНИЙ СКЛАД ТА КАЛОРІЙНІСТЬ ДЕЯКИХ ХАРЧОВИХ ПРОДУКТІВ (на 100 г)