Обмін речовин та перетворення енергії в організмі людини – основна властивість живого

Тема. Обмін речовин та перетворення енергії в організмі людини – основна властивість живого.
Мета:
- розширити знання учнів про основні життєві функції організму;
- розкрити процеси пластичного та енергетичного обмінів на основі знань про процеси дихання, кровообігу, травлення, всмоктування;
- формувати знання про обмін речовин та енергії як сукупність життєвих функцій людського організму;
- закріпити поняття термінів “асиміляція, дисиміляція, анаболізм, катаболізм, метаболізм”;
- виявляти єдність двох взаємопротилежних сторін обміну;
- довести єдність елементарного хімічного складу живої і неживої природи; 
- розвивати пізнавальний інтерес учнів, використовуючи явища в навколишньому житті;
- розвивати уміння переносити знання в різні навчальні ситуації та життєву практику;
- розвивати уміння робити висновки та узагальнення;
- виховувати бережливе ставлення до свого організму та оточуючих людей;
- формувати причинно-наслідкові зв ́язки на основі значення обміну речовин та енергії для нормальної життєдіяльності організму
ХІД УРОКУ
І. Актуалізація опорних знань та чуттєвого досвіду учнів.
Показати дві живі рослини в горщиках: одна красива, а інша суха, жовта, яка декілька днів стояла в темному місці або два букети: один свіжий, а інший вже зів´ялий. Поставити запитання: 
а) чому ці рослини такі?; б) що їм необхідно для життєдіяльності?
А що необхідно тваринам і людині? Те ж саме, чи щось інше? (Учні повинні відповісти, що те ж саме, бо вони всі живі, але за характером живлення рослини – автотрофи, а тварини і люди – гетеротрофи.
А якщо взяти живу рослину і штучну – неживу, живого птаха і муляж. Які ж відмінності живого від неживого? (Записати на дошці ознаки живого: ріст, рух, живлення, дихання, розмноження...)
ІІ. Мотивація навчально-пізнавальної діяльності учнів.
То, що ж нам людям як живим організмам необхідно для того, щоб жити?
(Учні повинні відповісти: дихати, живитися, рухатися, ...)
Ми часто зичимо один одному здоров´я. Але самі не завжди дбаємо про нього. Ми намагаємося подобатися іншим та бути красивими, але не завжди впевнені у своїй зовнішності. Запорукою і здоров´я, і краси є вміння будувати розумний спосіб життя.
Як вам подобається думка: “щоб бути здоровим і красивим – необхідно цьому вчитися”. Таким чином метою нашого уроку сьогодні буде зрозуміти, що обмін речовин і енергії – це основа всього життя людини.
ІІІ. Сприймання та засвоєння учнями нового матеріалу.
Як досягти того, щоб зберегти життя і бути здоровими, активними, привабливими, енергійними...? Звичайно, необхідно отримувати із навколишнього середовища необхідні речовини. Вони надходять у наш організм з їжею, тому їх називають поживними. (Повідомлення учнів про 40 поживних речовин). Для доброго здоров´я людині потрібно близько 40 різних поживних речовин. Вони належать до 5 основних груп: 
1) м´ясо, риба, птиця, яйця;
2) зернові, хліб, крупи;
3) горох та інші бобові, постачальники рослинних білків;
4) молоко, сир, йогурт та інші молочні;
5) фрукти та овочі.
Всі живі організми повинні отримувати із довкіллям ці поживні речовини безперервно. А де ми їх беремо? Учні повинні сказати, що основні речовини організм одержує з харчовими продуктами, тобто вони є в продуктах, які ми вживаємо. Але жоден продукт не може забезпечити людину всіма основними поживними речовинами, тому нам необхідно вживати різноманітні продукти. Чим різноманітніший вибір продуктів, тим краще для здоров”я. Але організм не лише бере з довкілля потрібні поживні речовини, що є джерелом енергії, та кисень, а віддає непотрібні або навіть, шкідливі продукти переробки цих речовин. (Учні наводять приклади, які речовини вони одержують з довкілля, а які виділяють).
Згадайте, які складні перетворення відбуваються з харчовими продуктами, починаючи з ротової порожнини і закінчуючи товстим кишечником. (Прослухати повідомлення учнів про травлення). Нам стає зрозумілим, що під час травлення поживні речовини вивільняються з продуктів, які ми споживаємо і виконують свої функції для життєдіяльності. Тобто, речовини, які надходять з їжею, переварюються, розпадаються до простих молекул, які всмокчуються в кров, і вже звідти починається їхнє засвоєння організмом. Тобто, для того, щоб всмоктатися і засвоїтися в клітинах, складні органічні речовини мають розпастися на прості низькомолекулярні, які пройдуть через отвори в стінках капілярів. Ці поживні речовини є “цеглинками” для побудови тіла.
А які поживні речовини ви знаєте? Звичайно, це білки, жири, вуглеводи, вітаміни, мінеральні солі, мікроелементи... Всі вони мають своє функціональне призначення: є джерелом енергії, будівельним матеріалом для клітин організму, входять до складу гормонів, тобто є регуляторами життєдіяльності... На кожній упаковці, які ми купляємо в магазині, можемо прочитати: білків ...., вуглеводів ..., ... (Огляд упаковок продуктів).
То навіщо є ми їмо? (щоб жити, щоб рости, щоб підтримувати своє здоров”я, щоб добре себе почувати, щоб мати енергію для роботи і розваг...).
Речовини, що надходять до нашого організму, тваринного та рослинного походження. А нашому тілу потрібні речовини, властиві людському організму. З простих молекул – продуктів розкладання білків, жирів і вуглеводів у клітинах синтезуються складні сполуки, з яких побудовані тканини і органи людського організму. Для цих процесів необхідні ще вода, кисень, ферменти. Таким чином, ми добре бачимо взаємозв´язок всієї живої (рослин, тварин, людини) і неживої природи (води, атмосфери). Вони побудовані з одних і тих же хімічних елементів, які є в таблиці Д.Мендєлєєва. Вчений-біохімік Енгельгардт писав: “істотною відмінністю живого від неживого є те, що живий організм здатний створювати порядок із хаотичного теплового руху молекул”. З чужих молекул, що надійшли до організму з їжею та з довкілля, через низку складних перетворень організм утворює властиві йому речовини. 
Сукупність змін, що відбуваються з речовинами з моменту їхнього надходження до організму і до утворення кінцевих продуктів розпаду і виведення їх з організму називають обміном речовин.
Обмін речовин складається із двох взаємопротилежних процесів:
- асиміляція або анаболізм – синтез, утворення складних органічних сполук з простих молекул, що надійшли в клітини;
- дисиміляція або катаболізм – розщеплення, розкладання органічних речовин на простіші сполуки.
- асиміляція + дисиміляція (анаболізм+катаболізм) = метаболізм.
Процеси синтезу органічних речовин називають ще пластичним обміном, а процеси розщеплення – енергетичним обміном. Чому? Тому, що в ході асиміляції оновлюються органоїди клітини, а в клітинах утворюються речовини, необхідні самій клітині. Під час асиміляції накоплюється енергія. В ході дисиміляції навпаки, синтезовані речовини розпадаються на прості молекули і при цьому звільняється велика кількість енергії. Таким чином, асиміляція і дисиміляція, дві складові частини обміну речовин, які неможливо відділити; два взаємопротилежні процеси.
Обмін речовин можна розділити на кілька етапів:
Перший етап – травлення: розщеплення у шлунково-кишковому тракті складних молекул до простих під дією травних ферментів.
Другий етап – всмоктування в кишечнику та надходження у кров та лімфу поживних речовин, а також транспортування їх до клітин.
Третій етап – побудова клітинними структурами з простих речовин, що надійшли в клітини, складних молекул, потрібних для організму.
Четвертий етап – розщеплення синтезованих складних сполук, вивільнення при цьому енергії та утворення проміжних продуктів обміну.
П ́́ятий етап – використання енергії АТФ на виконання різноманітних функцій організму та виведення з нього кінцевих продуктів обміну.
Обмін речовин та енергії в організмі сприяє постійному оновленню всіх структур без змін, тобто збереженню гомеостазу і життя.
Але за різних умов життя обмін речовин має свої особливості.
- у стані спокою переважають процеси асиміляції;
- у стані фізичного та розумового навантаження – дисиміляція;
- у дітей обмін речовин інтенсивніший;
- у людей літнього віку обмін речовин повільніший.
Отже, організм витрачає енергію у двох напрямках: 
а) на забезпечення процесів життєдіяльності в умовах спокою; 
б) на виконання різних видів фізичної роботи.
Всі харчові продукти мають свою енергетичну цінність. Вони поділяються на висококалорійні, малокалорійні і некалорійні. На упаковках крім кількості білків, жирів, вуглеводів, мікроелементів... визначено енергетичну цінність 100 г даного продукту. Є спеціальні таблиці, де визначено енергетичну цінність майже всіх продуктів харчування.
Енергія, яка вивільняється, витрачається на здійснення всіх своїх потреб: скорочення м´язів, роботи серця, підтримання сталої температури тіла та забезпечення інших різноманітних функцій організму (мислення, мовлення, пам´яті).
Повідомлення учнів щодо процесів, які відбуваються в організмі (70 кг)
- поглинається 460 л кисню і виділяється 403 л вуглекислого газу;
- гине і замінюється 450 млрд.еритроцитів, до 30 млрд лейкоцитів, до 400 млрд тромбоцитів;
- гине і відновлюється 50% епітеліальних клітин шлунку та кишечнику;
- серце проштовхує від 10 до 70 тисяч л крові;
- передсердя і шлуночки скорочуються близько 90 000 разів;
- здійснюється близько 25 тисяч дихальних рухів;
- через легені проходить близько 12 000 л повітря;
- через травну систему всмоктується 7-9 л рідини;
- утворюється 1,5 л сечі;
- випаровується через легені близько 0,5 л води та потом стільки ж;
- розкладається 125 г білків, 70 г жирів, 450 г вуглеводів з вивільненням близько 13 000 кДж енергії.
Кінцевим результатом перетворення енергії в організмі є тепло. Кількість тепла, яке виділяється організмом, можна виміряти за допомогою спеціальних камер – калориметрів (пряма калориметрія). А також за допомогою вимірювання кількості поглинутого кисню і виділеного вуглекислого газу (непряма калориметрія).Одна калорія дорівнює кількості тепла, необхідного для нагрівання 1 л води на 1 градус.
Доросла людина у стані повного спокою за добу виділяє близько 2 000 ккал тепла. Це основний обмін. Ця величина досить постійна і є важливим показником інтенсивності обмінних процесів. Ми повинні знати, що при розщепленні і окисненні 1 г білків і 1 г вуглеводів в клітинах утворюється по 4,1 ккал тепла (17,2 кДж), а 1 г жиру - 9,3 ккал (39,1 кДж) енергії. Після святкових днів людина накоплює багато калорій, а зайві калорії перетворюються в жир, тому щоб, наприклад, витратити 1500 ккал, людині необхідно пройти 10 км, або 3 години проплавати, або 6 годин поїздити на велосипеді. Але хто це робить? Тому на свята не потрібно переїдати. Вчені підрахували, що людина вагою 70 кг витрачає ккал: прогулянкою – 220; швидкою ходою 390; бігаючи – 1500; на велосипеді – 320; займаючись гімнастикою – 280; ......
Під час дисиміляції утворюються непотрібні, і навіть, шкідливі для організму речовини, які необхідно видалити з організму. Наприклад, надлишок вуглекислого газу виводиться через легені, продукти перетворення білків, жирів, вуглеводів – через нирки із сечею, через шкіру – із потом...
За підрахунками вчених для підтримання життєдіяльності людини 20 років і вагою 70 кг необхідно 1700 ккал енергії на добу. Розглянемо таблицю “Добові витрати енергії у людей різних професій.” Згідно з даними таблиці видно, що чим важча фізична робота, яку виконує людина, тим більше енергії вона витрачає, тим більша потреба організму в поживних речовинах.
Енерговитрати організму залежать, звичайно, від кількості виконуваної
роботи, від стану організму. Наприклад, у людини, яка нервує, підвищується апетит або у людини, яка фізично попрацювала, виникає відчуття голоду. Чому? Під час нервування або емоційного напруження збуджується кора головного мозку, яка надсилає імпульси до гіпоталамуса, де знаходиться центр голоду і центр насичення. Те ж саме після фізичного навантаження переважають процеси дисиміляції і знижується рівень поживних речовин в організмі. Зниження рівня поживних речовин збуджує центр голоду в гіпоталамусі і це викликає відчуття голоду.
Але коли людина фізично не працює, не перевантажує себе розумовою діяльністю, а вживає велику кількість поживних речовин, що буде? Мабуть, ожиріння. Коли люди починають сідати на дієту, щоб схуднути, можуть виникнути необоротні процеси, тому, що організм перестає отримувати необхідні поживні речовини.(Навести приклади із журналу про негативний вплив різних дієт без догляду лікаря).
Обмін речовин порушується також внаслідок різних захворювань. Якщо у людини підвищилась температура, якщо відбулось отруєння, тобто з´явилась нудота, рвота – це також порушився обмін речовин. І його необхідно нормалізувати. Людина лікується і через деякий час все стає в нормі. Але обмін речовин може порушуватися і внаслідок вживання алкоголю, наркотичних речовин, куріння. (Показати теплофотографію руки людини до і після куріння). Чому людині постійно хочеться їх вживати? Тому, що протягом певного часу виникає звикання до цих речовин і вони входять у фізичну, хімічну і психічну залежність, а це не що інше як організмом ці отруйні речовини були введені в обмін речовин і включилися в ланцюжок живлення. Вони по-перше, впливають на процеси обміну речовин в ЦНС, викликаючи приступи ейфорії, а пізніше психічні розлади. У людини-алкоголіка на енергетичні потреби використовується алкоголь, а не глюкоза. (Показати теплофотографію руки людини до і після куріння). Спочатку вона перетворюється на жир. В результаті цього клітини печінки та деяких інших органів заміщаються жировою тканиною. По-друге, кількість вживання наркотичних речовин невпинно росте вгору, тобто організм потребує їх все більше. 
ІV. Осмислення об`єктивних зв`язків і взаємозалежностей у вивченому матеріалі.
Поки людина живе, процеси асиміляції і дисиміляції відбуваються безперервно і паралельно. Коли припиняється обмін – припиняється життя. Раніше про обмін речовин говорили так: “життя – це спосіб існування білкових тіл, істотним моментом якого є обмін речовин, при припиненні обміну, припиняється життя”. Звичайно, тут сказано лише про білки, а сьогодні ми знаємо, що для підтримання життя необхідні ще й інші речовини. (Повідомлення учнів про значення іменно білків).
Складання схеми. (Додаток І) Ця схема говорить про дві сторони обміну речовин та енергії.
Таким чином, людський організм підпорядкований закону збереження енергії: енергія не виникає і не зникає, вона лише видозмінюється. 
V. Узагальнення і систематизація знань.
Обмін речовин та енергії є регулятором гомеостазу і становить основу життя людини. Він складається з двох протилежних процесів – асиміляції і дисиміляції. Асиміляція – це засвоєння поживних речовин, полягає в тому, що прості молекули білків, жирів, вуглеводів..., які утворилися після перетравлювання їжі у кишечнику, в клітинах знов синтезуються у складні сполуки, властиві організму людини. Процес дисиміляції полягає у розкладанні цих новостворених сполук і вивільненні енергії АТФ, що забезпечує різні життєві процеси. Під час дисиміляції в організмі утворюються продукти обміну, які виділяються з потом, сечею, видихуванням повітря. У здорової людини обмін речовин легко пристосовується до змін довкілля. Його регуляція відбуваєтьсяі завдяки нервовим у гуморальним механізмам. За будь-якого захворювання обмін речовин порушується. Часто причиною цього стає сама людина, яка веде неправильний спосіб життя.
Рене Декарт, фр. філософ і математик писав: “Спостерігайте за своїм тілом, для того, щоб ваш розум працював правильно”. Можливо він це сказав іменно про обмін речовин, який є основою здоров”я і повноцінного життя.
VІ. Підведення підсумків уроку.
Учні відповідають на запитання.
- Чому обмін речовин та енергії – найголовніша властивість живого організму?
- Пояснити біологічне значення безперервності процесів асиміляції і дисиміляції в живому організмі.
VІІ. Надання і пояснення д/з.
1. Вивчити параграф. 
2. Подумати над тим, які функції різних систем органів в забезпеченні обміну речовин? (Дихальної, травної, кровоносної).
3. Із теплого приміщення людина зайшла в холодне і занесла, наприклад, жабу. Як зміниться у них обмін речовин?
(Учні повинні здогадатися, що у людини обмін речовин, особливо енергетичний, підвищиться, тому, що людина – теплокровна. У неї підвищиться розпад і окислення органічних речовин і збільшиться утворення тепла. У жаби обмін речовин понизиться, так як зниження температури середовища призведе до зниження температури тіла, в результаті цього активність ферментів, які здійснюють обмін речовин також знизиться.)
4. Який процес – асиміляції чи дисиміляції переважає у здорової дитини?