Поміркуйте й обговоріть ситуацію (сторінка 36)
У вас є три предмети: ідеальний термос, пляшки зі щільною кришкою та без неї. В усі ємності додано 100 мл води температурою 80 °С. Що може відбутися в кожному разі з показниками об’єму та температури води? Які спільні та відмінні ознаки в описаних вами явищах?
Ідеальний термос: Об’єм води не зміниться, а температура буде знижуватися дуже повільно, бо термос майже не віддає тепло.
Пляшка зі щільною кришкою: Об’єм води також не зміниться, бо кришка не дає їй випаруватися. Але температура знизиться швидше, ніж у термосі, через теплообмін зі стінками.
Пляшка без кришки: Температура буде падати найшвидше, а об’єм води зменшуватиметься через випаровування.
Спільне: У всіх трьох випадках вода буде остигати, обмінюючись теплом з навколишнім середовищем.
Відмінне: Головні відмінності — це швидкість охолодження та зміна об’єму. Відкрита пляшка обмінюється і теплом, і речовиною (водою), а закрита — переважно тільки теплом.
Відкритий мікрофон (сторінка 37)
Пригадаймо, як різні організми (рослини, тварини, гриби, бактерії) отримують органічні речовини. Як вони отримують енергію? Кого з них і чому називають автотрофами, гетеротрофами, фототрофами, хемотрофами? Навіщо потрібне живлення (харчування) людині?
Рослини самі створюють для себе органічні речовини, тому їх називають автотрофами. Тварини, гриби, людина та більшість бактерій беруть готові органічні речовини з їжі, тому вони є гетеротрофами. Щодо енергії, то тварини та людина отримують її, окиснюючи органічні речовини в клітинах. Їх також називають хемотрофами, бо вони отримують енергію з хімічних реакцій. Харчування потрібне людині, щоб отримувати матеріал для побудови тіла та енергію для життя.
Досліджуємо ферменти (сторінка 38)
У клітинах більшості організмів міститься фермент каталаза, який прискорює реакцію розкладу гідроген пероксиду: $2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$.
Спостереження:
- У першій (контрольній) пробірці з перекисом водню нічого не відбувається.
- У другій пробірці, куди додали сире м’ясо, починається бурхлива реакція з виділенням піни та газу.
- У третій пробірці, з сирою картоплею, відбувається те саме, що і з м’ясом — активне виділення газу.
- Коли до першої пробірки додати $MnO_2$, там також починається реакція з виділенням газу, схожа на реакції в пробірках з м’ясом і картоплею.
Порівняння та висновок:
Реакція розкладу перекису водню прискорюється як у присутності живих тканин (м’ясо, картопля), так і неорганічного каталізатора ($MnO_2$). Це доводить, що в клітинах живих організмів є спеціальні речовини — ферменти (в цьому випадку — каталаза), які діють як біологічні каталізатори й прискорюють хімічні реакції.
Навіщо рани обробляють перекисом водню?
Коли перекис водню потрапляє на рану, фермент каталаза, який є в нашій крові та тканинах, миттєво розкладає його з виділенням кисню. Кисень, що виділяється, вбиває шкідливі мікроби (особливо ті, що не можуть жити в кисневому середовищі) і допомагає механічно очистити рану від бруду завдяки утворенню піни.
Робота в групі (сторінка 39)
Як речовини надходять в організм?
Речовини надходять в організм з їжею (білки, жири, вуглеводи, вітаміни, вода, солі) і під час дихання (кисень).
Завдяки чому з білків, вуглеводів і жирів утворюються малі молекули: амінокислоти, глюкоза, гліцерин та жирні кислоти?
Великі молекули поживних речовин розщеплюються на менші за допомогою спеціальних білків-каталізаторів — ферментів.
Завдяки чому речовини транспортуються до / від кожної клітини організму?
Речовини транспортуються по організму до кожної клітини й назад за допомогою кровоносної системи.
Як речовини та тепло виділяються з організму?
Продукти обміну та тепло виводяться з організму кількома шляхами: вуглекислий газ — через легені, сечовина, солі й вода — із сечею та потом, а неперетравлені рештки — з калом. Також тепло постійно виділяється тілом у навколишнє середовище.
Завдання (аналіз вмісту білка) (сторінка 39)
1) Відмінність за вмістом білка в продуктах тваринного й рослинного походження:
Продукти тваринного походження (телятина, курка, сир, риба) містять значно більше білка, ніж продукти рослинного походження (морква, буряк, огірок).
2) Відмінність за вмістом білка в рибних і м’ясних продуктах:
Згідно з наведеними даними, м’ясні продукти містять трохи більше білка (телятина — 30 г, курка — 25 г на 200 г) порівняно з рибними (тріска, кальмар, камбала — 17–18 г на 200 г).
3) Відсотковий вміст білків у 100 г продуктів харчування:
| Продукт | Вміст білка у 100 г |
|---|---|
| Телятина | 15% |
| Курка відварена | 12.5% |
| Кролик | 12% |
| Сир кисломолочний | 9% |
| Камбала | 9% |
| Кальмар | 9% |
| Тріска | 8.5% |
| Буряк столовий | 0.9% |
| Морква | 0.65% |
| Огірок | 0.35% |
Завдання (енергетичний баланс) (сторінка 40)
Використовуючи мал. 7.5, поясніть, скільки треба споживати їжі (кілокалорій), щоб вага тіла людини залишалася постійною, збільшувалася чи зменшувалася. Як можна пришвидшити втрату ваги?
- Щоб вага була стабільною, потрібно споживати стільки ж калорій, скільки витрачаєш. Це називається енергетичним балансом.
- Щоб вага збільшувалася, треба їсти більше, ніж витрачаєш енергії.
- Щоб вага зменшувалася, треба їсти менше, ніж витрачаєш, або більше рухатись.
- Пришвидшити втрату ваги можна, збільшивши фізичну активність, щоб організм витрачав більше енергії.
Робота в групі (задача) (сторінка 40)
Людина здійснює відтискання, виконуючи роботу потужністю у 208 Вт упродовж 2 хвилини. ККД організму під час виконання цієї роботи складає 50%. Яку кількість калорій «спалить» людина, виконавши ці вправи?
Спочатку розрахуємо корисну роботу, яку виконала людина:
$A = P \times t$, де $t = 2 \text{ хв} = 120 \text{ с}$.
$A = 208 \text{ Вт} \times 120 \text{ с} = 24960$ Дж.
Це корисна робота. Оскільки ККД організму 50%, то загальні енерговитрати були вдвічі більшими:
$A_{повна} = A / \text{ККД} = 24960 / 0.5 = 49920$ Дж.
Тепер переведемо джоулі в калорії, знаючи, що $1 \text{ ккал} = 4200$ Дж, а $1 \text{ калорія} = 4.2$ Дж.
Кількість калорій = $49920 \text{ Дж} / 4.2 \text{ Дж/кал} \approx 11895$ калорій (або приблизно 11.9 ккал).
Отже, людина «спалить» близько 11 895 калорій (або 11.9 ккал).
Запитання і завдання
1. У чому особливості хімічного складу організму тварин і людини? Які біологічні функції виконує в організмі людини вода?
Тіло тварин і людини складається з неорганічних та органічних речовин.
За масою найбільше в організмі Оксигену (кисень) (65%), Карбону (вуглець) (18,5%) та Гідрогену (водень) (9,5%).
Основні органічні речовини — це білки, жири, вуглеводи та нуклеїнові кислоти, а найпоширеніша неорганічна речовина — вода.
Вода є середовищем для розчинення неорганічних солей, які надходять з їжею, і її потрібно постійно поповнювати, оскільки організм її постійно втрачає. Крім того, вода це середовище для виділення; засіб для контролю температури; мастило для суглобів;
2. Як пов’язаний катаболізм з анаболізмом?
Катаболізм та анаболізм — це дві сторони обміну речовин (метаболізму). Під час катаболізму складні органічні речовини розщеплюються, і при цьому вивільняється енергія. Ця енергія, запасена в молекулах АТФ, потім використовується під час анаболізму для синтезу (утворення) нових, потрібних організму речовин.
3. Які речовини є незамінними для організму людини? Чому?
Незамінними для організму людини є деякі амінокислоти (валін, лейцин), жирні кислоти (лінолева, ліноленова) та вітаміни (А, В₁, В₂, В₆). Їх називають незамінними, тому що організм людини, як і інших гетеротрофів, у процесі еволюції втратив здатність синтезувати їх самостійно. Тому ці речовини обов’язково мають надходити разом з їжею.
4. Які особливості обміну речовин характерні для гетеротрофів?
Основна особливість обміну речовин у гетеротрофів, до яких належать тварини й людина, полягає в тому, що вони отримують усі необхідні органічні речовини вже готовими — з їжею. Ці речовини використовуються і як будівельний матеріал для тіла, і як джерело енергії. Також для гетеротрофів характерна потреба в отриманні з їжею незамінних речовин, які їхній організм не може утворити сам.
5. Запропонуйте прості рекомендації щодо харчування людини, щоб задовольнити як енергетичні, так і поживні (незамінні речовини, вітаміни) потреби організму.
Для задоволення потреб організму важливо збалансовано харчуватися. По-перше, кількість спожитої їжі має відповідати енергетичним витратам на активність та підтримку життєдіяльності, щоб підтримувати сталу вагу. По-друге, харчування має бути якісним та різноманітним, щоб забезпечити надходження всіх необхідних речовин, особливо незамінних амінокислот (з білкових продуктів), жирних кислот (з рослинних олій) та вітамінів.