กระบวนการชีวิตขั้นพื้นฐาน §15 โภชนาการเฮเทอโรโทรฟิค แหล่งพลังงานใดบ้างที่ใช้ระหว่างการฝึก?

ที่มา: ศูนย์โภชนาการกีฬาโอลิมปิก

พลังงานไม่สามารถปรากฏจากที่ไหนเลยหรือหายไปจากที่ไหนก็ได้ แต่สามารถเปลี่ยนจากประเภทหนึ่งไปอีกประเภทหนึ่งเท่านั้น

พลังงานทั้งหมดบนโลกมาจากดวงอาทิตย์ พืชสามารถเปลี่ยนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีได้ (การสังเคราะห์ด้วยแสง)

มนุษย์ไม่สามารถใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์ได้โดยตรง แต่เราสามารถรับพลังงานจากพืชได้ เรากินทั้งพืชหรือเนื้อสัตว์ที่กินพืช บุคคลได้รับพลังงานทั้งหมดจากอาหารและเครื่องดื่ม

แหล่งอาหารของพลังงาน

บุคคลได้รับพลังงานทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับชีวิตผ่านอาหาร หน่วยวัดพลังงานคือแคลอรี่ หนึ่งแคลอรี่คือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้น้ำ 1 กิโลกรัมมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1°C เราได้รับพลังงานส่วนใหญ่จากสารอาหารต่อไปนี้:

คาร์โบไฮเดรต - 4kcal (17kJ) ต่อ 1 กรัม

โปรตีน (โปรตีน) - 4 กิโลแคลอรี (17 กิโลจูล) ต่อ 1 กรัม

ไขมัน - 9kcal (37kJ) ต่อ 1 กรัม

คาร์โบไฮเดรต (น้ำตาลและแป้ง) เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุด ซึ่งส่วนใหญ่พบในขนมปัง ข้าว และพาสต้า แหล่งโปรตีนที่ดี ได้แก่ เนื้อสัตว์ ปลา และไข่ เนย น้ำมันพืช และมาการีนประกอบด้วยกรดไขมันเกือบทั้งหมด อาหารที่มีกากใยเช่นเดียวกับแอลกอฮอล์ก็ให้พลังงานแก่ร่างกายเช่นกัน แต่ระดับการบริโภคจะแตกต่างกันไปมากในแต่ละคน

วิตามินและแร่ธาตุไม่ได้ให้พลังงานแก่ร่างกาย แต่มีส่วนร่วมในกระบวนการแลกเปลี่ยนพลังงานที่สำคัญที่สุดในร่างกาย

ค่าพลังงานของอาหารแต่ละชนิดแตกต่างกันอย่างมาก คนที่มีสุขภาพแข็งแรงสามารถรับประทานอาหารที่สมดุลได้โดยการบริโภคอาหารที่หลากหลาย แน่นอนว่ายิ่งบุคคลเป็นผู้นำมากขึ้นเท่าใด เขาก็ยิ่งต้องการอาหารมากขึ้นเท่านั้น หรือควรใช้พลังงานมากขึ้นเท่านั้น

แหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดสำหรับมนุษย์คือคาร์โบไฮเดรต อาหารที่สมดุลช่วยให้ร่างกายได้รับคาร์โบไฮเดรตประเภทต่างๆ แต่พลังงานส่วนใหญ่ควรมาจากแป้ง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ได้มีการให้ความสนใจอย่างมากในการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างองค์ประกอบของโภชนาการของมนุษย์และโรคต่างๆ นักวิจัยเห็นพ้องกันว่าผู้คนจำเป็นต้องลดการบริโภคอาหารที่มีไขมันและหันมารับประทานคาร์โบไฮเดรตแทน

เราจะได้รับพลังงานจากอาหารได้อย่างไร?

หลังจากกลืนอาหารเข้าไป มันก็จะค้างอยู่ในท้องเป็นระยะเวลาหนึ่ง ภายใต้อิทธิพลของน้ำย่อยการย่อยจะเริ่มขึ้น กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปในลำไส้เล็ก ทำให้ส่วนประกอบของอาหารถูกย่อยเป็นหน่วยเล็กๆ เพื่อให้สามารถดูดซึมผ่านผนังลำไส้เข้าสู่กระแสเลือดได้ จากนั้นร่างกายสามารถใช้สารอาหารเพื่อผลิตพลังงาน ซึ่งถูกผลิตและกักเก็บในรูปของอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP)

โมเลกุล ATP ทำจากอะดีโนซีนและกลุ่มฟอสเฟต 3 กลุ่มที่เชื่อมต่อกันเป็นแถว พลังงานสำรองมี "ความเข้มข้น" ในพันธะเคมีระหว่างกลุ่มฟอสเฟต หากต้องการปล่อยพลังงานศักย์นี้ จะต้องแยกกลุ่มฟอสเฟตออกหนึ่งกลุ่ม กล่าวคือ ATP สลายตัวเป็น ADP (อะดีโนซีน ไดฟอสเฟต) ปล่อยพลังงานออกมา

อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (คำย่อ ATP, English ATP) เป็นนิวคลีโอไทด์ที่มีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญพลังงานและสารในสิ่งมีชีวิต ประการแรก สารประกอบนี้เป็นที่รู้จักในฐานะแหล่งพลังงานสากลสำหรับกระบวนการทางชีวเคมีทั้งหมดที่เกิดขึ้นในระบบสิ่งมีชีวิต ATP เป็นตัวพาพลังงานหลักในเซลล์

แต่ละเซลล์มีจำนวน ATP ที่จำกัดมาก ซึ่งโดยปกติจะใช้หมดภายในเวลาไม่กี่วินาที การลด ADP เป็น ATP ต้องใช้พลังงาน ซึ่งได้มาจากการออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และกรดไขมันในเซลล์

พลังงานสำรองในร่างกาย

หลังจากที่สารอาหารถูกดูดซึมเข้าสู่ร่างกายแล้ว บางส่วนจะถูกเก็บไว้เป็นเชื้อเพลิงสำรองในรูปของไกลโคเจนหรือไขมัน

ไกลโคเจนยังอยู่ในกลุ่มคาร์โบไฮเดรตด้วย สารสำรองในร่างกายมีจำกัดและสะสมอยู่ในตับและเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ ในระหว่างการออกกำลังกาย ไกลโคเจนจะแตกตัวเป็นกลูโคส และร่วมกับไขมันและกลูโคสที่ไหลเวียนอยู่ในเลือด ไกลโคเจนจะให้พลังงานแก่กล้ามเนื้อที่ทำงาน สัดส่วนของสารอาหารที่บริโภคขึ้นอยู่กับประเภทและระยะเวลาของการออกกำลังกาย

ไกลโคเจนประกอบด้วยโมเลกุลกลูโคสที่เชื่อมต่อกันเป็นสายยาว หากปริมาณไกลโคเจนในร่างกายเป็นปกติ คาร์โบไฮเดรตส่วนเกินที่เข้าสู่ร่างกายจะถูกเปลี่ยนเป็นไขมัน

โดยทั่วไปโปรตีนและกรดอะมิโนมักไม่ได้ใช้เป็นแหล่งพลังงานของร่างกาย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการขาดสารอาหารควบคู่ไปกับการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้น กรดอะมิโนที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อจึงสามารถนำมาใช้เป็นพลังงานได้ โปรตีนที่ให้มาพร้อมกับอาหารสามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานและเปลี่ยนเป็นไขมันได้หากความต้องการดังกล่าวเป็นวัสดุก่อสร้างครบถ้วน

พลังงานถูกใช้ระหว่างออกกำลังกายอย่างไร?

เริ่มการฝึก

ในช่วงเริ่มต้นของการฝึก หรือเมื่อค่าใช้จ่ายด้านพลังงานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (การวิ่งระยะสั้น) ความต้องการพลังงานจะมากกว่าอัตราที่ ATP สังเคราะห์ขึ้นผ่านการออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต ขั้นแรกคาร์โบไฮเดรตจะถูก "เผาไหม้" แบบไม่ใช้ออกซิเจน (โดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของออกซิเจน) กระบวนการนี้จะมาพร้อมกับการปล่อยกรดแลคติค (แลคเตต) เป็นผลให้มีการปล่อย ATP จำนวนหนึ่ง - น้อยกว่าในระหว่างปฏิกิริยาแอโรบิก (โดยมีส่วนร่วมของออกซิเจน) แต่เร็วกว่า

แหล่งพลังงาน "รวดเร็ว" อีกแหล่งหนึ่งที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์ ATP คือครีเอทีนฟอสเฟต สารนี้พบได้ในเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อจำนวนเล็กน้อย การสลายครีเอทีนฟอสเฟตจะปล่อยพลังงานที่จำเป็นในการลด ADP เป็น ATP กระบวนการนี้ดำเนินไปอย่างรวดเร็วและการสำรองครีเอทีนฟอสเฟตในร่างกายก็เพียงพอสำหรับการทำงาน "ระเบิด" เพียง 10-15 วินาทีเช่น Creatine ฟอสเฟตเป็นบัฟเฟอร์ชนิดหนึ่งที่ครอบคลุมการขาด ATP ในระยะสั้น

ระยะเวลาการฝึกอบรมเบื้องต้น

ในเวลานี้การเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตแบบแอโรบิกเริ่มทำงานในร่างกาย การใช้ครีเอทีนฟอสเฟตและการก่อตัวของแลคเตต (กรดแลคติค) จะหยุดลง กรดไขมันสำรองจะถูกระดมและทำให้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับการทำงานของกล้ามเนื้อ ในขณะที่ระดับการลด ADP ไปเป็น ATP เนื่องจากการเกิดออกซิเดชันของไขมันจะเพิ่มขึ้น

ช่วงการฝึกอบรมหลัก

ระหว่างนาทีที่ห้าถึงสิบห้าหลังจากเริ่มการฝึก ความต้องการ ATP ในร่างกายที่เพิ่มขึ้นจะคงที่ ในระหว่างการออกกำลังกายที่มีความเข้มข้นค่อนข้างสม่ำเสมอเป็นเวลานาน การสังเคราะห์ ATP ได้รับการสนับสนุนจากการออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรต (ไกลโคเจนและกลูโคส) และกรดไขมัน ปริมาณสำรอง Creatine ฟอสเฟตจะค่อยๆ กลับคืนมาในเวลานี้

Creatine เป็นกรดอะมิโนที่สังเคราะห์ในตับจากอาร์จินีนและไกลซีน เป็นครีเอทีนที่ช่วยให้นักกีฬาทนต่อภาระสูงสุดได้อย่างง่ายดายยิ่งขึ้น เนื่องจากการกระทำดังกล่าว การปล่อยกรดแลคติคในกล้ามเนื้อของมนุษย์จึงล่าช้า ซึ่งทำให้เกิดอาการปวดกล้ามเนื้อจำนวนมาก ในทางกลับกัน ครีเอทีนช่วยให้คุณออกกำลังกายได้อย่างเต็มที่เนื่องจากมีการปลดปล่อยพลังงานจำนวนมากในร่างกาย

เมื่อภาระเพิ่มขึ้น (เช่น เมื่อวิ่งขึ้นเนิน) การบริโภค ATP จะเพิ่มขึ้น และหากการเพิ่มขึ้นนี้มีนัยสำคัญ ร่างกายจะเปลี่ยนไปสู่การเกิดออกซิเดชันแบบไม่ใช้ออกซิเจนของคาร์โบไฮเดรตอีกครั้งด้วยการก่อตัวของแลคเตตและการใช้ครีเอทีนฟอสเฟต หากร่างกายไม่มีเวลาฟื้นฟูระดับ ATP สภาวะความเหนื่อยล้าก็สามารถเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว

แหล่งพลังงานใดบ้างที่ใช้ระหว่างการฝึก?

คาร์โบไฮเดรตเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญและหายากที่สุดสำหรับการทำงานของกล้ามเนื้อ จำเป็นสำหรับการออกกำลังกายทุกประเภท ในร่างกายมนุษย์ คาร์โบไฮเดรตจะถูกเก็บไว้ในปริมาณเล็กน้อยในรูปของไกลโคเจนในตับและกล้ามเนื้อ ในระหว่างการออกกำลังกาย ไกลโคเจนจะถูกใช้ และใช้เป็นแหล่งพลังงานของกล้ามเนื้อร่วมกับกรดไขมันและกลูโคสที่ไหลเวียนอยู่ในเลือด อัตราส่วนของแหล่งพลังงานต่างๆ ที่ใช้ขึ้นอยู่กับประเภทและระยะเวลาของการออกกำลังกาย

แม้ว่าไขมันจะมีพลังงานมากกว่า แต่การใช้งานจะเกิดขึ้นช้ากว่า และการสังเคราะห์ ATP ผ่านการออกซิเดชันของกรดไขมันได้รับการสนับสนุนโดยการใช้คาร์โบไฮเดรตและครีเอทีนฟอสเฟต เมื่อปริมาณคาร์โบไฮเดรตสำรองหมดลง ร่างกายจะไม่สามารถทนต่อปริมาณคาร์โบไฮเดรตในปริมาณมากได้ ดังนั้นคาร์โบไฮเดรตจึงเป็นแหล่งพลังงานที่จำกัดระดับภาระระหว่างการฝึก

ปัจจัยที่จำกัดพลังงานสำรองของร่างกายระหว่างออกกำลังกาย

1. แหล่งพลังงานที่ใช้ในการออกกำลังกายประเภทต่างๆ

ความเข้มต่ำ (จ๊อกกิ้ง)

ระดับการฟื้นตัวของ ATP จาก ADP ที่ต้องการนั้นค่อนข้างต่ำ และทำได้โดยการออกซิเดชันของไขมัน กลูโคส และไกลโคเจน เมื่อปริมาณสำรองไกลโคเจนหมดลง บทบาทของไขมันในฐานะแหล่งพลังงานจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากกรดไขมันออกซิไดซ์ค่อนข้างช้าเพื่อเติมพลังงานที่ใช้ไป ความสามารถในการออกกำลังกายต่อไปเป็นเวลานานจึงขึ้นอยู่กับปริมาณไกลโคเจนในร่างกาย

ความเข้มปานกลาง (วิ่งเร็ว)

เมื่อการออกกำลังกายถึงระดับสูงสุดเพื่อให้กระบวนการออกซิเดชันแบบแอโรบิกดำเนินต่อไป ก็จำเป็นต้องฟื้นฟู ATP สำรองอย่างรวดเร็ว คาร์โบไฮเดรตกลายเป็นเชื้อเพลิงหลักของร่างกาย อย่างไรก็ตาม ระดับ ATP ที่ต้องการไม่สามารถรักษาได้ด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตเท่านั้น ดังนั้นการเกิดออกซิเดชันของไขมันและการก่อตัวของแลคเตตจึงเกิดขึ้นพร้อมกัน

ความเข้มสูงสุด (การวิ่ง)

การสังเคราะห์ ATP ได้รับการสนับสนุนเป็นหลักโดยการใช้ครีเอทีนฟอสเฟตและการก่อตัวของแลคเตต เนื่องจากไม่สามารถรักษาการเผาผลาญของคาร์โบไฮเดรตและออกซิเดชันของไขมันได้ในอัตราที่สูงเช่นนี้

2. ระยะเวลาการฝึกอบรม

ประเภทของแหล่งพลังงานขึ้นอยู่กับระยะเวลาของการออกกำลังกาย ขั้นแรก พลังงานจะถูกปล่อยออกมาโดยการใช้ครีเอทีนฟอสเฟต จากนั้นร่างกายจะเปลี่ยนไปใช้ไกลโคเจนเป็นหลัก ซึ่งให้พลังงานประมาณ 50-60% ของการสังเคราะห์ ATP ร่างกายได้รับพลังงานที่เหลือสำหรับการสังเคราะห์ ATP ผ่านการออกซิเดชันของกรดไขมันอิสระและกลูโคส เมื่อไกลโคเจนสะสมไว้หมดลง ไขมันจะกลายเป็นแหล่งพลังงานหลัก ในขณะที่กลูโคสเริ่มถูกใช้จากคาร์โบไฮเดรตมากขึ้น

3. ประเภทของการออกกำลังกาย

ในกีฬาเหล่านั้นที่แทนที่ช่วงที่มีภาระค่อนข้างต่ำด้วยกิจกรรมที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (ฟุตบอล ฮอกกี้ บาสเก็ตบอล) มีการสลับกันในการใช้ครีเอทีนฟอสเฟต (ในช่วงพีคโหลด) และไกลโคเจนเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับการสังเคราะห์ ATP . ในช่วง "เงียบ" ปริมาณครีเอทีนฟอสเฟตจะถูกฟื้นฟูในร่างกาย

4. สมรรถภาพของร่างกาย

ยิ่งบุคคลได้รับการฝึกฝนมากเท่าใด ความสามารถของร่างกายในการเผาผลาญออกซิเดชั่นก็จะยิ่งสูงขึ้น (ไกลโคเจนจะถูกเปลี่ยนเป็นแลคโตสน้อยลง) และพลังงานสำรองจะถูกนำไปใช้อย่างประหยัดมากขึ้น นั่นคือผู้ที่ได้รับการฝึกอบรมจะออกกำลังกายโดยใช้พลังงานน้อยกว่าผู้ที่ไม่ได้รับการฝึกอบรม

5. ไดเอท

ยิ่งระดับไกลโคเจนในร่างกายสูงขึ้นก่อนเริ่มการฝึก ความเหนื่อยล้าก็จะเข้ามาในภายหลัง ในการเพิ่มการสะสมไกลโคเจน คุณต้องเพิ่มปริมาณอาหารที่อุดมไปด้วยคาร์โบไฮเดรต ผู้เชี่ยวชาญด้านโภชนาการการกีฬาแนะนำให้รับประทานอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตมากถึง 70% ของมูลค่าพลังงาน

พาสต้า (พาสต้า)

ซีเรียล

ราก

ถั่วกระป๋อง45

ข้าวชุดใหญ่ 60

มันฝรั่งแจ็คเก็ตชิ้นใหญ่ 45

ขนมปังขาวสองแผ่น 30

สปาเก็ตตี้ชิ้นใหญ่ 90

เพิ่มคาร์โบไฮเดรตในแผนการรับประทานอาหารของคุณเพื่อรักษาพลังงานสำรองของร่างกาย

ก่อนออกกำลังกาย 1-4 ชั่วโมงให้กินคาร์โบไฮเดรต 75-100 กรัม

ในช่วงครึ่งชั่วโมงแรกของการฝึก เมื่อกล้ามเนื้อฟื้นตัวได้สูงสุด ให้กินคาร์โบไฮเดรต 50-100

หลังการฝึกจำเป็นต้องบริโภคคาร์โบไฮเดรตต่อไปเพื่อฟื้นฟูการสะสมไกลโคเจนอย่างรวดเร็ว

การดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตใดๆ เกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนวัสดุ พลังงาน และข้อมูลกับสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง พลังงานที่เข้าสู่ระบบถูกใช้ไปกับการสังเคราะห์สารประกอบพลังงานชีวภาพเพื่อรักษาศักยภาพทางเคมี โรคหอบหืด และไฟฟ้า รวมถึงการไล่ระดับสี ในกระบวนการของชีวิตมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานบางประเภทไปเป็นพลังงานอื่นอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องใช้อุณหพลศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษารูปแบบการเปลี่ยนแปลงพลังงานประเภทต่างๆ โดยทั่วไป

ระบบอุณหพลศาสตร์ เรียกว่าส่วนหนึ่งของอวกาศที่มีเนื้อหาเป็นวัตถุซึ่งถูกจำกัดด้วยเปลือกบางอัน สถานะของระบบมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์

ตัวเลือกที่กว้างขวาง ขึ้นอยู่กับปริมาณสารทั้งหมด (มวลหรือปริมาตรของระบบ)

พารามิเตอร์แบบเข้มข้น ไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณสารในระบบและมีแนวโน้มจะเท่ากัน (อุณหภูมิ ความดัน)

ระบบเทอร์โมไดนามิกส์ที่เป็นไปได้มี 3 ประเภท: แยกปิดและเปิด

โดดเดี่ยว ไม่สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานหรือสสารกับสิ่งแวดล้อมได้ เมื่อเวลาผ่านไป ระบบดังกล่าวจะเข้าสู่สภาวะสมดุลโดยที่พารามิเตอร์ทั้งหมดมีค่าเท่ากัน สถานะนี้สอดคล้องกับค่าต่ำสุดของศักย์ทางอุณหพลศาสตร์และค่าสูงสุดของเอนโทรปี

ระบบปิด สามารถแลกเปลี่ยนวัตถุและข้อมูลกับสิ่งแวดล้อมได้

ในระบบเปิด มีการแลกเปลี่ยนสสาร พลังงาน และข้อมูลกับสิ่งแวดล้อม เธออาจจะอยู่ในสภาพนิ่ง เรียกว่านิ่ง ระบุว่าพารามิเตอร์ของระบบใด

สามารถรับค่าที่แตกต่างกัน ณ จุดต่าง ๆ ในระบบที่ไม่เปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา การเปลี่ยนพารามิเตอร์ใดๆ จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงสถานะของระบบ การเปลี่ยนจากรัฐหนึ่งไปอีกรัฐหนึ่งเป็นกระบวนการ กระบวนการนี้เรียกว่าย้อนกลับได้ หากระบบกลับสู่สถานะเดิมผ่านสถานะเดียวกับในทิศทางไปข้างหน้า กระบวนการที่เรียกว่าจำเป็น ไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น สถานะของระบบมีลักษณะเฉพาะด้วยศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ พลังงานภายในเท่ากับผลรวมของพลังงานทุกประเภทของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นระบบ ยกเว้นพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของระบบโดยรวม พลังงานภายในเป็นหน้าที่ของสถานะและถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ของระบบ

พิจารณาปฏิสัมพันธ์ของระบบกับสิ่งแวดล้อม การแลกเปลี่ยนพลังงานสามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากปริมาณความร้อนและการปรับปรุงการทำงานของระบบ ปริมาณความร้อน - การแลกเปลี่ยนความร้อน

กระบวนการเปลี่ยนพลังงานขึ้นอยู่กับประเภทของกระบวนการ วิธีการทำงาน หรือการถ่ายเทความร้อน มีวิธีการทำงานดังต่อไปนี้:

1. งานเครื่องกลเมื่อเคลื่อนย้ายวัตถุ

2. งานเครื่องกลระหว่างการขยายก๊าซ

3.งานเกี่ยวกับการถ่ายโอนประจุไฟฟ้า

4. ทำงานกับปฏิกิริยาเคมี

สรุป:

หากมีแรงหลายแรงกระทำต่อระบบ ตามกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์:

งานเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานประเภทต่างๆ พลังงานหลายประเภทแบ่งตามความสามารถในการเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่น:

1. เอ - พลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ซึ่งรวมถึง: แรงโน้มถ่วง แสง นิวเคลียร์

2. B - พลังงานเคมีสามารถแปลงเป็นพลังงานความร้อนและไฟฟ้าได้

3. C - พลังงานความร้อน การสลายตัวของพลังงานรูปแบบสูงไปเป็นพลังงานระดับต่ำถือเป็นคุณสมบัติทางวิวัฒนาการหลักของระบบที่แยกเดี่ยว

พลังงานความร้อน - เป็นพลังงานชนิดพิเศษคุณภาพต่ำกว่าซึ่งไม่สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่นได้โดยไม่สูญเสียเพราะว่า พลังงานความร้อนสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่วุ่นวาย สิ่งมีชีวิตไม่ใช่แหล่งพลังงานใหม่ การเกิดออกซิเดชันของสารที่เข้าสู่สิ่งมีชีวิตทำให้เกิดการไหลเวียนของพลังงานที่เทียบเท่ากับรูปแบบทางเคมีหรือพลังงานประเภทอื่น คุณลักษณะที่สำคัญของระบบคือศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ มีศักยภาพอยู่ 4 ประการ คือ

ฟังก์ชั่นของรัฐการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้สามารถตรวจสอบประสิทธิภาพของงานที่มีประโยชน์และปริมาณความร้อนที่เข้าสู่ระบบระหว่างการแลกเปลี่ยนความร้อนตามเครื่องหมายและขนาดของศักยภาพสามารถตรวจสอบได้ในทิศทางของกระบวนการ เมื่อสมดุล เมื่อถึงจุดศักย์ทางอุณหพลศาสตร์มีแนวโน้มที่จะมีค่าน้อยที่สุด

1)
2)

3)

การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีคำนึงถึงผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมี

4) ศักยภาพทางอุณหพลศาสตร์กิ๊บส์

ที่. การเปลี่ยนแปลงศักยภาพจะกำหนดลักษณะการทำงานของแรงทุกประเภทในระบบอนุพันธ์และปริมาณความร้อนที่ระบบแลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อม การแลกเปลี่ยนความร้อนมี 4 วิธี:

1. การนำความร้อน เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนผ่านเนื้อเยื่อของร่างกายที่เกี่ยวข้องกับกฎฟูริเยร์:

2. การพาความร้อน ปริมาณความร้อนที่ถูกถ่ายโอนโดยการไหลของความหนาแน่นและอุณหภูมิต่างกัน .

3. การแผ่รังสี ปรากฏที่ขอบเขตของระบบในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า กฎ Stefan-Boltzmann:

Ti - อุณหภูมิของตัวเอง

Tc - อุณหภูมิปานกลาง

4. การระเหยมีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของสารจากสถานะของเหลวไปเป็นสถานะก๊าซ

เมื่อคำนึงถึงการถ่ายเทความร้อนทุกประเภท เราสามารถเขียนสมการสมดุลความร้อนได้:

กระบวนการถ่ายเทความร้อนสามารถเพิ่มหรือลดความร้อนของพลังงานได้ ยกเว้นพลังงานการระเหยซึ่งจะลดปริมาณความร้อนภายในระบบเสมอ เนื่องจากร่างกายเป็นระบบควบคุมอุณหภูมิ เพื่อรักษาอุณหภูมิภายในร่างกายให้คงที่จึงไม่ขึ้นอยู่กับสภาวะภายนอก ร่างกายจึงมีระบบการควบคุมมากมาย

กฎระเบียบทางเคมี เกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการออกซิเดชั่นภายในร่างกาย อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงของอัตราการเผาผลาญทำให้เกิดการหยุดชะงักอย่างรุนแรงต่อการทำงานของร่างกาย

การควบคุมอุณหภูมิทางกายภาพ ช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนความเข้มของการนำความร้อน การพาความร้อน และการระเหยได้ การควบคุมอุณหภูมิของอวัยวะภายในซึ่งส่วนใหญ่ปล่อยความร้อนออกมาจะดีขึ้นโดยอาศัยการไหลเวียนของเลือดซึ่งมีการนำความร้อนสูง ความเข้มข้นของกระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนถูกควบคุมโดยการเพิ่มหรือลดการไหลของเลือด และสัมพันธ์กับการขยายตัวหรือการหดตัวของหลอดเลือด และเป็นการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาวะภายนอก หากอุณหภูมิโดยรอบสูงกว่าอุณหภูมิของร่างกาย การควบคุมอุณหภูมิเพิ่มเติมสามารถทำได้โดยการเพิ่มการระเหยออกจากพื้นผิวของร่างกาย นอกเหนือจากการควบคุมอุณหภูมิตามธรรมชาติแล้ว การควบคุมอุณหภูมิแบบประดิษฐ์ยังมีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแยกร่างกายออกจากสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย สามารถตรวจสอบสมดุลความร้อนได้ในการทดลองเพื่อตรวจสอบพลังงานที่ร่างกายปล่อยออกมาและพลังงานของสารอาหารที่เข้าสู่ร่างกาย พลังงานที่ปล่อยออกมาจากร่างกายจะเทียบเท่ากับพลังงานที่กินเข้าไป ที่. กระบวนการชีวิตทั้งหมดสอดคล้องกับกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ที่ใช้กับระบบชีวภาพ:

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์บ่งบอกถึงความแตกต่างเชิงคุณภาพในรูปแบบของพลังงาน พลังงานความร้อนก่อตัวขึ้นในร่างกายและเป็นพลังงานที่ถูกผูกไว้รูปแบบหนึ่ง เช่น ในกระบวนการของกิจกรรมชีวิตมันไม่สามารถและไม่สามารถแปลงเป็นสายพันธุ์อื่นได้อย่างสมบูรณ์ แนวคิดเรื่องเอนโทรปีใช้เพื่ออธิบายพลังงานที่ถูกผูกไว้

เอนโทรปี เป็นฟังก์ชันของสถานะและถูกกำหนดให้เป็นค่าคงที่ตามอำเภอใจ สำหรับระบบที่แยกได้ เอนโทรปีจะไม่ลดลง เช่น เมื่อกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เกิดขึ้นภายในระบบ เอนโทรปีจะเพิ่มขึ้น แต่เมื่อย้อนกลับได้ก็จะไม่เปลี่ยนแปลง พวกเขาพูดถึงพลังงานสำรองในระบบสิ่งที่สำคัญที่สุดคือการรู้ว่าสามารถทำอะไรได้บ้างกับวัตถุภายนอกหรือภายในระบบเอง ด้วยเหตุนี้จึงใช้พลังงานอิสระหรือพลังงานกิ๊บส์ สำหรับระบบทางชีววิทยา กระบวนการเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่และความหนาแน่นและปริมาตรเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย ที่. สำหรับสภาวะปกติ พลังงานภายในส่วนหนึ่งของระบบจะถูกแปลงอย่างอิสระ เช่นเดียวกับในระบบกับพลังงานอิสระและพลังงานกิ๊บส์ ที่. ในการประเมินความสามารถในการดำเนินงานของสิ่งมีชีวิตจำเป็นต้องคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานอิสระหรือศักยภาพของกิ๊บส์ด้วย มีวิธีการคำนวณการเปลี่ยนแปลงศักย์กิ๊บส์สำหรับปฏิกิริยาเคมี

อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบทางชีววิทยา กฎการเพิ่มเอนโทรปีไม่ได้ถูกปฏิบัติตาม ซึ่งทำให้เกิดข้อสงสัยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ในการใช้กฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์กับระบบของสัตว์ ตามกฎหมายนี้ การเกิดใหม่ของเอนโทรปีจะเป็นตัวกำหนดทิศทางของกระบวนการทางธรรมชาติส่วนใหญ่ในธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม กฎการฟื้นฟูเอนโทรปีมีผลเฉพาะในระบบที่แยกออกมาเท่านั้น และไม่สามารถนำไปใช้กับสิ่งมีชีวิตโดยอ้างว่าเป็นระบบเปิด สำหรับระบบที่แยกเดี่ยวในสภาวะสมดุล เอนโทรปีจะเป็นค่าสูงสุด และศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ทั้งหมด รวมถึงพลังงานในตัวเองและพลังงานกิ๊บส์ จะกลายเป็นค่าที่น้อยที่สุด ในระบบเปิดในสถานะคงที่ การเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีอาจเป็นลบ และค่าของ F หรือ G อาจไม่เปลี่ยนแปลงเลย

สำหรับระบบแยก :

สำหรับระบบเปิด:

กฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์สำหรับระบบเปิดถูกกำหนดขึ้นครั้งแรกโดย Prigozhin

การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของระบบเปิดสามารถแสดงได้เป็นสองส่วน

เทอมแรกกำหนดการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีเนื่องจากกระบวนการภายนอก เทอมที่สองกำหนดการเปลี่ยนแปลงในเอนโทรปีเนื่องจากกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในระบบ

นี่เป็นเพราะกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ของกระบวนการสลายสารอาหารความเท่าเทียมกันของการไล่ระดับสีซึ่งมักจะมาพร้อมกับเอนโทรปีที่เพิ่มขึ้น ศักยภาพของกิ๊บส์สามารถแบ่งได้คล้ายกับเอนโทรปี

กระบวนการภายในจะมาพร้อมกับการบริโภคและการลดลงของศักยภาพของกิ๊บส์ซึ่งเนื่องจากการแลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อมสามารถเพิ่มหรือลดได้ ในกรณีทั่วไป สัญลักษณ์และขนาดของการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีจะเปลี่ยนไปในช่วงเวลาต่างๆ กัน ดังนั้นจึงสะดวกที่จะพิจารณาอัตราการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีในระบบเปิด

เพื่อรักษาหน้าที่ที่สำคัญ การจัดหาพลังงานอิสระอย่างต่อเนื่องจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่ร่างกายเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อชดเชยการสูญเสียพลังงานอิสระเนื่องจากกระบวนการภายใน การลดลงของเอนโทรปีในระบบของสัตว์ในระหว่างการบริโภคอาหารและพลังงานแสงอาทิตย์ไปพร้อมๆ กันทำให้พลังงานอิสระของระบบเพิ่มขึ้น เหล่านั้น. การไหลเข้าของพลังงานเชิงลบไม่เกี่ยวข้องกับการเรียงลำดับโครงสร้างสิ่งมีชีวิต การย่อยสลายสารอาหารนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานอิสระที่ร่างกายต้องการ การไหลของเอนโทรปีเชิงลบเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อชดเชยการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีและการลดลงของพลังงานอิสระที่เกิดขึ้นภายในเซลล์อันเป็นผลมาจากกระบวนการชีวิตที่เกิดขึ้นเอง ที่. ระบบเปิดเป็นกระบวนการหมุนเวียนและการเปลี่ยนแปลงพลังงานอิสระ ถ้าอุณหภูมิสมดุลภายในระบบเปิด กระบวนการแลกเปลี่ยนกับสิ่งแวดล้อมจะดำเนินไปอย่างสมดุล สถานะเสถียรของระบบเปิดคือสถานะคงที่ เงื่อนไขทางอุณหพลศาสตร์สำหรับการเกิดขึ้นของสถานะคงที่คือความเท่าเทียมกันระหว่างการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีภายในร่างกายและการไหลของเอนโทรปีออกสู่สิ่งแวดล้อม เหล่านั้น. สำหรับระบบเปิด เงื่อนไขของสภาวะคงตัวคือ:

ความคงตัวของเอนโทรปีไม่ได้หมายถึงความสมดุลทางอุณหพลศาสตร์กับสิ่งแวดล้อม ความสมดุลของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมหมายถึงความตายทางชีวภาพ สำหรับระบบเปิด ความคงตัวของเอนโทรปีจะสร้างสถานะคงที่ของระบบ และไม่ได้ระบุลักษณะเฉพาะของการไม่มีกระบวนการที่ย้อนกลับได้ เช่น ในกรณีของความสมดุลในสภาพแวดล้อมที่แยกจากกัน แต่เป็นปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมในรูปแบบที่เหมาะสมที่สุด ที่. กฎข้อที่ 2 ของอุณหพลศาสตร์สำหรับระบบเปิดช่วยระบุความเหมาะสมของสถานะคงที่ของระบบ หลักการนี้ถูกกำหนดครั้งแรกโดย Prigozhin ในรูปแบบของทฤษฎีบท:

ในสภาวะคงที่ การผลิตเอนโทรปีภายในระบบจะคงที่และเป็นอัตราที่ต่ำที่สุดที่เป็นไปได้ทั้งหมด

ทฤษฎีบทนี้บ่งชี้ว่าสถานะคงที่ทำให้สูญเสียพลังงานอิสระน้อยที่สุด ในสภาวะนี้ร่างกายจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่อาศัยอยู่บนโลกจากมุมมองของอุณหพลศาสตร์เป็นระบบเปิดที่สามารถจัดระเบียบการจัดหาพลังงานและสารจากภายนอกได้อย่างแข็งขัน พลังงานเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุกกระบวนการของชีวิต แต่ประการแรก สำหรับการสังเคราะห์ทางเคมีของสารที่ใช้ในการสร้างและฟื้นฟูโครงสร้างของเซลล์และร่างกาย สิ่งมีชีวิตได้รับพลังงานจากที่ไหน? สิ่งมีชีวิตสามารถใช้พลังงานได้เพียงสองประเภทเท่านั้น - แสงสว่าง(พลังงานรังสีแสงอาทิตย์) และ เคมี(พลังงานของพันธะของสารประกอบเคมี) - และบนพื้นฐานนี้พวกมันถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน กลุ่ม: โฟโตโทรฟและ เคมีบำบัด

ในการสังเคราะห์ส่วนประกอบต่างๆ ของร่างกาย จำเป็นต้องใช้องค์ประกอบทางเคมีจากภายนอกซึ่งใช้เป็นองค์ประกอบหลัก องค์ประกอบโครงสร้างหลักของโมเลกุลอินทรีย์คือคาร์บอน ขึ้นอยู่กับแหล่งคาร์บอน

ใครชอบ- โฟโต้โทรฟ(พืช) ใช้พลังงานจากรังสีดวงอาทิตย์ เฮเทอโรโทรฟ(เห็ด สัตว์) – พลังงานของพันธะเคมีของสารที่ให้มากับอาหาร พลังงานที่ได้จะถูกนำมาใช้เพิ่มเติมในการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ ซึ่งเป็นองค์ประกอบโครงสร้างหลักคือคาร์บอน สิ่งมีชีวิตแบ่งออกเป็นสองกลุ่มใหญ่ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของคาร์บอน: ออโตโทรฟและ เฮเทอโรโทรฟ. ออโตโทรฟเชี่ยวชาญในแหล่งคาร์บอนอนินทรีย์ (อากาศ) และเฮเทอโรโทรฟต้อง... กินอะไรบางอย่าง สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เป็นของ โฟโตออโตโทรฟหรือ เคมีบำบัด. อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตบางชนิด (กรีนยูกลีนา, คลาไมโดโมนาส) ประพฤติตนเป็นอัตโนมัติหรือเฮเทอโรโทรฟ ขึ้นอยู่กับสภาพความเป็นอยู่ และรวมตัวกันเป็นกลุ่มพิเศษ มิกซ์โซโทรฟิก(ออโตเฮเทอโรโทรฟิค)

กระบวนการบริโภคพลังงานและสสารเรียกว่า อาหาร. รู้จักพลังสองประเภท: โฮโลโซอิก – โดยการดักจับเศษอาหารภายในร่างกาย ก เปลือกตา– ไม่มีการดักจับโดยการดูดซึมของตัวถูกละลายผ่านโครงสร้างพื้นผิวของร่างกายสารอาหารที่เข้าสู่ร่างกายไม่ทางใดก็ทางหนึ่งยังเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญอีกด้วย

การเผาผลาญอาหาร หรือ การเผาผลาญ แสดงถึง ชุดของกระบวนการที่เชื่อมโยงและสมดุลรวมถึงการเปลี่ยนแปลงทางเคมีต่างๆของสารในร่างกายเงื่อนไขบังคับคือการเชื่อมโยงของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมภายนอก สิ่งมีชีวิตได้รับสารอาหารจากสภาพแวดล้อมภายนอก เช่น น้ำ ออกซิเจน ฯลฯ พวกมันจะปล่อยผลิตภัณฑ์จากกิจกรรมสำคัญออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอก การแลกเปลี่ยนดังกล่าวกำหนดชีวิตของสิ่งมีชีวิต: พวกมันเติบโตพัฒนาโครงสร้างและคุณสมบัติของพวกมันเปลี่ยนไป แต่คุณภาพหลักไม่เปลี่ยนแปลง - พวกมันยังมีชีวิตอยู่!

ร่างกายของธรรมชาติอนินทรีย์ยังสัมผัสกับอิทธิพลของสภาพแวดล้อมภายนอกและในเวลาเดียวกันก็สูญเสียคุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะได้รับสิ่งใหม่ ๆ และประสบการณ์การเปลี่ยนแปลง: เหล็กกลายเป็นสนิม หินกลายเป็นหินบด ทราย ฝุ่น; ออกไซด์กลายเป็นกรด ฯลฯ

ในโอกาสนี้ นักปรัชญา เอฟ. เองเกลส์ เขียนว่า “หินที่ถูกผุกร่อนแล้วไม่ใช่หินอีกต่อไป โลหะกลายเป็นสนิมอันเป็นผลจากการเกิดออกซิเดชัน แต่สิ่งที่เป็นสาเหตุของการทำลายล้างในร่างกายที่ไม่มีชีวิตกลับกลายมาเป็น เงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการดำรงอยู่».

การดูดซึมสารอาหารและการขับถ่ายของเสีย

การสังเคราะห์ การใช้ และการสลายโมเลกุลขนาดใหญ่

กระบวนการทางเคมีต่างๆ ทั้งหมดที่ประกอบเป็นกระบวนการเมแทบอลิซึมแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม - กระบวนการดูดซึมและกระบวนการสลาย

พื้นฐาน แอแนบอลิซึม (การดูดซึม, หรือ การแลกเปลี่ยนพลาสติก)ประกอบด้วยปฏิกิริยาการสังเคราะห์ที่เกิดขึ้นกับการใช้พลังงาน - การบริโภคและการเปลี่ยนแปลงของสารที่เข้าสู่ร่างกายเข้าสู่ร่างกายของตัวเอง (ส่วนประกอบของเซลล์และการสะสมของปริมาณสำรองเนื่องจากการสะสมพลังงานเกิดขึ้น) เมแทบอลิซึมในสิ่งมีชีวิตแบบอัตโนมัติและแบบเฮเทอโรโทรฟิคมีลักษณะเฉพาะโดยคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับวิธีการสร้างส่วนประกอบโครงสร้างของโมเลกุลอินทรีย์

สิ่งมีชีวิตออโตโทรฟิกสามารถสังเคราะห์สารอินทรีย์จากโมเลกุลอนินทรีย์ที่บริโภคจากสภาพแวดล้อมภายนอกได้อย่างอิสระอย่างสมบูรณ์:

สารอนินทรีย์ (CO 2, H 2 O) การสังเคราะห์ด้วยแสง การสังเคราะห์ทางชีววิทยา

สิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิคสร้างสารอินทรีย์ของตัวเองจากส่วนประกอบของอาหารออร์แกนิก:

สารอาหารอินทรีย์ (โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต) การย่อยโมเลกุลอินทรีย์อย่างง่าย (กรดอะมิโน กรดไขมัน โมโนแซ็กคาไรด์) การสังเคราะห์ทางชีววิทยาโมเลกุลขนาดใหญ่ของร่างกาย (โปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต)

พื้นฐาน แคแทบอลิซึม (การแพร่กระจาย, หรือ การเผาผลาญพลังงาน)ประกอบด้วยปฏิกิริยาการแยกออกพร้อมกับการปล่อยพลังงาน - กระบวนการรีดอกซ์ของการทำลายสารอินทรีย์และการเปลี่ยนเป็นสารประกอบที่เรียบง่ายกว่าเนื่องจากพลังงานที่สะสมก่อนหน้านี้ระหว่างการดูดซึมถูกปล่อยออกมาซึ่งจำเป็นสำหรับกิจกรรมของชีวิต (พลังงานส่วนหนึ่งกระจายไปใน รูปแบบของความร้อนและอีกส่วนหนึ่งสะสมอยู่ในพันธะมหภาคของ ATP) ในเวลาเดียวกัน ทรัพยากรของร่างกาย (เอนไซม์ ฯลฯ) จะถูกปล่อยออกมาเพื่อกระบวนการดูดซึม

กระบวนการแอแนบอลิซึมและแคแทบอลิซึมเชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก กระบวนการสังเคราะห์ทั้งหมดต้องการพลังงานที่ได้รับจากปฏิกิริยาการสลายตัว ปฏิกิริยาความแตกแยกนั้นเกิดขึ้นเฉพาะกับการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ที่สังเคราะห์ระหว่างกระบวนการดูดซึมเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ทั้งสองแง่มุมของเมแทบอลิซึมและพลังงานไม่ได้สมดุลเสมอไป: กระบวนการดูดซึมจะมีอิทธิพลเหนือกว่าในสิ่งมีชีวิตที่กำลังเติบโต และกระบวนการสลายจะมีอิทธิพลเหนือกว่าในระหว่างการออกกำลังกายอย่างหนักและในวัยชรา ดังนั้น เมแทบอลิซึมสามารถกำหนดได้ว่าเป็นการบริโภค การเปลี่ยนแปลง การใช้ การสะสมและการสูญเสียสารและพลังงานในสิ่งมีชีวิตตามลำดับในช่วงชีวิต ซึ่งกำหนดการสร้างใหม่ด้วยตนเอง การสืบพันธุ์และการควบคุมตนเอง การเจริญเติบโตและการพัฒนาในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา และยอมให้มีการปรับตัวในนั้น การเผาผลาญอาหารถูกควบคุมโดยกลไกของฮอร์โมนภายในเซลล์ที่ประสานงานโดยระบบประสาท

จำจากหนังสือเรียนเรื่อง "Man and His Health" ซึ่งและภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์คาร์โบไฮเดรตไขมันและโปรตีนที่ถูกทำลายในระหว่างการย่อยอาหาร ออกซิเดชัน การเผาไหม้ การหายใจ คืออะไร?

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการพลังงานในกระบวนการของชีวิต การเคลื่อนไหว การเจริญเติบโต การพัฒนา การสืบพันธุ์ - กระบวนการทั้งหมดนี้เกี่ยวข้องกับการใช้พลังงาน สิ่งมีชีวิตออโตโทรฟิคสามารถสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ได้และด้วยเหตุนี้จึงสังเคราะห์สารอินทรีย์ในร่างกายได้ สิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิคได้รับพลังงานอย่างไร

การย่อยอาหารและการแปลงพลังงานสิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิคได้รับสารอินทรีย์จากอาหาร การสลายสารในระยะเริ่มแรกจะเกิดขึ้นในระบบทางเดินอาหาร และการสลายครั้งสุดท้ายจะเกิดขึ้นในระดับเซลล์ สารอาหารอินทรีย์โมเลกุลสูงไม่สามารถดูดซึมเข้าสู่เซลล์และเนื้อเยื่อได้ทันที ก่อนอื่น ต้องแยกย่อยออกเป็นสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำซึ่งสามารถเข้าถึงได้มากขึ้นสำหรับการดูดซึมของเซลล์ อันเป็นผลมาจากกระบวนการกระจายหลายขั้นตอนที่ซับซ้อน พลังงานจะถูกปล่อยออกมาซึ่งบางส่วนถูกใช้ไปในรูปของความร้อน และถูกแปลงบางส่วนและเก็บไว้ในโมเลกุล ATP

ให้เราพิจารณาขั้นตอนหลักของกระบวนการเหล่านี้ในสัตว์และมนุษย์

ในขั้นตอนการเตรียมการหรือที่เรียกว่าการย่อยอาหาร การสลายสารอินทรีย์เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ในระบบทางเดินอาหาร ดังนั้นโปรตีนจะถูกย่อยสลายในกระเพาะอาหารและลำไส้เล็กภายใต้การกระทำของเอนไซม์ - เปปซิน, ทริปซินเป็นกรดอะมิโน การสลายโพลีแซ็กคาไรด์เริ่มต้นในช่องปากโดยมีเอนไซม์อะไมเลสทำน้ำลายและจากนั้นจะดำเนินต่อไปในลำไส้เล็กส่วนต้น ไขมันยังถูกสลายด้วยการกระทำของไลเปส ผลที่ได้คือสารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจะถูกดูดซึมเข้าสู่กระแสเลือดและส่งไปยังอวัยวะ เนื้อเยื่อ และเซลล์ทั้งหมดของร่างกาย

พลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในระหว่างขั้นตอนการเตรียมการจะกระจายไปในรูปของความร้อน

ขั้นตอนการเตรียมการ (โดยที่ Q คือพลังงานความร้อน): โปรตีน + H20 >> กรดอะมิโน + Q

ไขมัน + H2O >> กลีเซอรอล + (กรดไขมันสูง) + Q คาร์โบไฮเดรต + H2O >> กลูโคส + Q

การสลายกลูโคสขั้นต่อมาของการสลายสารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจะเกิดขึ้นในระดับเซลล์ ลองพิจารณาโดยใช้กลูโคสเป็นตัวอย่าง (รูปที่ 59) เป็นสารนี้ที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่

ข้าว. 59. รูปแบบทั่วไปของการสลายกลูโคส

กลูโคสในเซลล์สามารถสลายได้สองวิธี - แบบไม่ใช้ออกซิเจนและแบบแอโรบิก กระบวนการแตกแยกที่ปราศจากออกซิเจนเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์ ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และสิ่งมีชีวิต กรดไพรูวิก กรดแลกติก เอทิลแอลกอฮอล์ กรดอะซิติก หรือสารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำอื่นๆ สามารถเกิดขึ้นได้จากกลูโคส พลังงานที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้จะถูกเก็บไว้ในโมเลกุล ATP สองตัว และกระจายไปบางส่วนในรูปของความร้อน กระบวนการบางอย่างของการสลายกลูโคสโดยปราศจากออกซิเจนเรียกว่าการหมัก เป็นลักษณะของจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจน เช่น แบคทีเรียกรดแลคติคและยีสต์

การหมักกรดแลคติคยังพบได้ในสิ่งมีชีวิตแบบแอโรบิกที่ขาดออกซิเจนในเนื้อเยื่อ ตัวอย่างเช่น คนที่ไม่ได้รับการฝึกหลังจากออกกำลังกายอย่างหนักจะรู้สึกปวดกล้ามเนื้อ (รูปที่ 60) กรดแลคติคที่เกิดขึ้นจะทำให้ปลายประสาทเกิดการระคายเคือง หลังจากนั้นประมาณสองวัน อาการปวดจะลดลง และกรดแลคติคจะออกซิไดซ์ต่อไป

ข้าว. 60. เมื่อมีการออกกำลังกายอย่างหนักและขาดออกซิเจน กรดแลคติคจึงก่อตัวและสะสมในกล้ามเนื้อ

ในสิ่งมีชีวิตแบบแอโรบิก สารตัวกลางทั้งหมดที่เกิดจากกลูโคสในระหว่างการสลายโดยปราศจากออกซิเจนจะถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนในบรรยากาศเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ขั้นตอนสุดท้ายของการสลายตัวนี้เรียกว่าการเกิดออกซิเดชันทางชีวภาพหรือการหายใจของเซลล์ มันเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย ในปฏิกิริยาของการแยกออกซิเจนของกลูโคส พลังงานจะถูกปล่อยออกมามากขึ้น ซึ่งส่วนใหญ่จะถูกเก็บไว้ในโมเลกุล ATP 38 โมเลกุล

การสลายกลูโคสแบบแอโรบิกมีประโยชน์ด้านพลังงานมากกว่าการสลายกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจนถึง 19 เท่า ในกระบวนการนี้ จะเกิดเฉพาะสารอนินทรีย์ที่ไม่มีพลังงานต่ำเท่านั้น และเซลล์จะกักเก็บพลังงานในปริมาณสูงสุดในรูปของโมเลกุล ATP

ผลลัพธ์สุดท้ายของกระบวนการหายใจระดับเซลล์จะคล้ายกับกระบวนการเผาไหม้ ตัวอย่างเช่น หากคุณเผาผลาญน้ำตาล (รูปที่ 61) คุณก็จะได้รับคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำด้วย แต่กระบวนการเหล่านี้มีความแตกต่างกันอย่างมากในการประหยัดพลังงาน ในระหว่างการเผาไหม้ พลังงานทั้งหมดจะถูกแปลงเป็นแสงและความร้อน โดยไม่มีการกักเก็บอะไรเลย ในระหว่างการหายใจระดับเซลล์ พลังงานจะถูกเก็บไว้ในโมเลกุล ATP ซึ่งต่อมาจะถูกนำไปใช้ในทุกกระบวนการของชีวิต เช่น การสังเคราะห์สารอินทรีย์ การเจริญเติบโต การพัฒนา การเคลื่อนไหว ฯลฯ

มะเดื่อ 61. น้ำตาลไหม้

แบบฝึกหัดตามเนื้อหาที่ครอบคลุม

1. ปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงของโปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรตในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์มีอะไรเหมือนกัน? ปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่าอะไร?
2. ร่างกายใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างขั้นตอนเตรียมการสลายตัวอย่างไร?
3. คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเกิดขึ้นในร่างกายเป็นผลมาจากกระบวนการใด? ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นที่ไหนในเซลล์?
4. ออกซิเจนที่เข้าสู่ร่างกายระหว่างการหายใจถูกใช้ไปที่ไหนและอย่างไร?
5. ATP ถูกสังเคราะห์โดยไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ อธิบายความเหมือนและความแตกต่างระหว่างกระบวนการที่นำไปสู่การสังเคราะห์โมเลกุล ATP

สารพลังงานสำรองหลักของพืชคือแป้งซึ่งใช้พื้นที่ในอวัยวะมาก อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่อุปสรรคเนื่องจากพืชไม่เคลื่อนไหว ในทางกลับกัน สัตว์ส่วนใหญ่ถูกบังคับให้เคลื่อนไหวอย่างรวดเร็ว ซึ่งนำไปสู่การกักเก็บไขมัน ซึ่งมีปริมาตรเท่ากับคาร์โบไฮเดรต จะกักเก็บพลังงานได้มากกว่าสองเท่าครึ่ง

พืชก็เหมือนกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่หายใจตลอดเวลา (แอโรบิก) เพื่อสิ่งนี้พวกเขาต้องการออกซิเจน เป็นที่ต้องการของพืชทั้งเซลล์เดียวและหลายเซลล์ ออกซิเจนเกี่ยวข้องกับกระบวนการชีวิตของเซลล์พืช เนื้อเยื่อ และอวัยวะต่างๆ

พืชส่วนใหญ่ได้รับออกซิเจนจากอากาศผ่านทางปากใบและถั่วเลนทิล พืชน้ำใช้น้ำจากน้ำไปทั่วร่างกาย พืชบางชนิดที่เติบโตในพื้นที่ชุ่มน้ำมีรากทางเดินหายใจพิเศษที่ดูดซับออกซิเจนจากอากาศ

การหายใจเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ในระหว่างนี้การสลายสารอินทรีย์จะปล่อยพลังงานที่จำเป็นสำหรับกระบวนการสำคัญของร่างกาย สารอินทรีย์หลักที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการหายใจคือคาร์โบไฮเดรต ซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำตาล (โดยเฉพาะกลูโคส) ความเข้มของการหายใจในพืชขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์โบไฮเดรตที่สะสมโดยหน่อในแสง

กระบวนการหายใจทั้งหมดเกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตในพืช ประกอบด้วยสองขั้นตอน ในระหว่างที่สารอินทรีย์ที่ซับซ้อนจะถูกแบ่งออกเป็นสารอนินทรีย์ที่เรียบง่ายกว่า ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ในระยะแรกด้วยการมีส่วนร่วมของโปรตีนพิเศษที่เร่งกระบวนการ (เอนไซม์) การสลายโมเลกุลของกลูโคสจะเกิดขึ้น เป็นผลให้สารประกอบอินทรีย์ที่เรียบง่ายเกิดขึ้นจากกลูโคสและปล่อยพลังงานเพียงเล็กน้อย (2 ATP) ขั้นตอนของกระบวนการหายใจนี้เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม

ในขั้นตอนที่สอง สารอินทรีย์ธรรมดาที่เกิดขึ้นในระยะแรกซึ่งมีปฏิกิริยากับออกซิเจนจะถูกออกซิไดซ์ ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ สิ่งนี้จะปล่อยพลังงานจำนวนมาก (38 ATP) ขั้นตอนที่สองของกระบวนการหายใจเกิดขึ้นเฉพาะกับการมีส่วนร่วมของออกซิเจนในออร์แกเนลล์เซลล์พิเศษ - ไมโตคอนเดรีย

การหายใจเป็นกระบวนการสลายตัวของสารอาหารอินทรีย์ให้เป็นสารอนินทรีย์ (คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ) ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับออกซิเจนพร้อมกับการปล่อยพลังงานที่พืชใช้สำหรับกระบวนการสำคัญ

C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 = 6CO 2 + 6 H 2 O + พลังงาน (38 ATP)

การหายใจเป็นกระบวนการตรงกันข้ามของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสง	ลมหายใจ
1. การดูดซึมคาร์บอนไดออกไซด์ 2. การปล่อยออกซิเจน 3. การก่อตัวของสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน (ส่วนใหญ่เป็นน้ำตาล) จากสารอนินทรีย์อย่างง่าย 4. การดูดซึมน้ำ 5. การดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์โดยใช้คลอโรฟิลล์และการสะสมในอินทรียวัตถุ ข. เกิดขึ้นเฉพาะในแสงสว่างเท่านั้น 7. เกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ 8. เกิดขึ้นเฉพาะในส่วนสีเขียวของพืช ส่วนใหญ่อยู่ในใบ	1. การดูดซึมออกซิเจน 2. การปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 3. การสลายสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน (ส่วนใหญ่เป็นน้ำตาล) ให้เป็นสารอนินทรีย์อย่างง่าย 4. การปล่อยน้ำ 5. การปล่อยพลังงานเคมีระหว่างการออกซิเดชั่นของสารอินทรีย์ 6. เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในที่มีแสงและในที่มืด 7. เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมและไมโตคอนเดรีย 8. เกิดขึ้นในเซลล์ของอวัยวะพืชทั้งหมด (สีเขียว และไม่ใช่สีเขียว)

กระบวนการหายใจเกี่ยวข้องกับการใช้ออกซิเจนอย่างต่อเนื่องทั้งกลางวันและกลางคืน กระบวนการหายใจมีความเข้มข้นเป็นพิเศษในเนื้อเยื่ออ่อนและอวัยวะของพืช ความเข้มข้นของการหายใจถูกกำหนดโดยความต้องการของการเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืช จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนจำนวนมากในด้านการแบ่งตัวและการเจริญเติบโตของเซลล์ การก่อตัวของดอกไม้และผลไม้ตลอดจนความเสียหายและโดยเฉพาะอย่างยิ่งการฉีกขาดของอวัยวะจะมาพร้อมกับการหายใจที่เพิ่มขึ้นในพืช ในตอนท้ายของการเจริญเติบโตใบเหลืองและโดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูหนาวความเข้มของการหายใจลดลงอย่างเห็นได้ชัด แต่ไม่หยุด

การหายใจเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญและชีวิตของร่างกายเช่นเดียวกับโภชนาการ

Ø ค1. ในห้องขนาดเล็กที่มีต้นไม้ในร่มจำนวนมาก ความเข้มข้นของออกซิเจนจะลดลงในเวลากลางคืน อธิบายว่าทำไม. 1) ในเวลากลางคืนเมื่อหยุดการสังเคราะห์ด้วยแสงการปล่อยออกซิเจนจะหยุดลง 2) ในกระบวนการหายใจของพืช (หายใจตลอดเวลา) ความเข้มข้นของ O 2 ลดลงและความเข้มข้นของ CO 2 เพิ่มขึ้น

Ø ค1. เป็นที่ทราบกันว่าเป็นการยากที่จะทดลองตรวจจับการหายใจของพืชในที่มีแสง อธิบายว่าทำไม.

1) ในแสงในพืชพร้อมกับการหายใจการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นซึ่งใช้คาร์บอนไดออกไซด์ 2) จากการสังเคราะห์ด้วยแสง จึงมีการผลิตออกซิเจนมากกว่าการใช้หายใจของพืช

Ø ค1. เหตุใดพืชจึงไม่สามารถอยู่ได้โดยปราศจากการหายใจ? 1) ในกระบวนการหายใจ เซลล์พืชดูดซับออกซิเจนซึ่งสลายสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน (คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน) ให้กลายเป็นสารที่ซับซ้อนน้อยกว่า 2) สิ่งนี้จะปล่อยพลังงานซึ่งถูกเก็บไว้ใน ATP และใช้สำหรับกระบวนการสำคัญ: โภชนาการ, การเจริญเติบโต พัฒนาการ การสืบพันธุ์ และอื่นๆ

Ø ค4. องค์ประกอบของก๊าซในบรรยากาศได้รับการบำรุงรักษาในระดับที่ค่อนข้างคงที่ อธิบายว่าสิ่งมีชีวิตมีบทบาทอย่างไรในเรื่องนี้ 1) การสังเคราะห์ด้วยแสง การหายใจ การหมักจะควบคุมความเข้มข้นของ O2, CO2 2) การคายน้ำ เหงื่อออก การหายใจ ควบคุมความเข้มข้นของไอน้ำ 3) กิจกรรมของแบคทีเรียบางชนิดควบคุมปริมาณไนโตรเจนในบรรยากาศ

ความสำคัญของน้ำในชีวิตพืช

น้ำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับชีวิตของพืชทุกชนิด คิดเป็น 70-95% ของน้ำหนักตัวเปียกของพืช ในพืช กระบวนการชีวิตทั้งหมดเกิดขึ้นโดยใช้น้ำ

การเผาผลาญในร่างกายพืชเกิดขึ้นเมื่อมีน้ำในปริมาณที่เพียงพอเท่านั้น ด้วยน้ำเกลือแร่จากดินจะเข้าสู่พืช ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสารอาหารจะไหลผ่านระบบสื่อกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง หากไม่มีน้ำ เมล็ดพืชจะไม่สามารถงอกได้ และจะไม่มีการสังเคราะห์แสงในใบสีเขียว น้ำในรูปของสารละลายที่เติมเต็มเซลล์และเนื้อเยื่อของพืชช่วยให้มีความยืดหยุ่นและคงรูปร่างไว้ได้

• การดูดซึมน้ำจากสภาพแวดล้อมภายนอกเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตในพืช

พืชได้รับน้ำจากดินเป็นหลักผ่านทางขนของราก ส่วนเหนือพื้นดินของพืชซึ่งส่วนใหญ่เป็นใบจะระเหยน้ำปริมาณมากผ่านปากใบ การสูญเสียความชื้นเหล่านี้จะถูกเติมเต็มอย่างสม่ำเสมอเนื่องจากรากดูดซับน้ำอย่างต่อเนื่อง

มันเกิดขึ้นว่าในช่วงเวลาที่ร้อนที่สุดของวัน ปริมาณการใช้น้ำโดยการระเหยจะเกินปริมาณที่จ่ายไป จากนั้นใบของพืชก็เหี่ยวเฉาโดยเฉพาะใบล่าง ในช่วงเวลากลางคืน เมื่อรากยังคงดูดซับน้ำต่อไปและการระเหยของพืชลดลง ปริมาณน้ำในเซลล์จะกลับมาอีกครั้ง และเซลล์และอวัยวะของพืชจะมีสถานะยืดหยุ่นอีกครั้ง เมื่อย้ายกล้าไม้ ให้เอาใบล่างออกเพื่อลดการระเหยของน้ำ

วิธีหลักที่น้ำเข้าสู่เซลล์ของสิ่งมีชีวิตคือการดูดซับออสโมติก ออสโมซิส - นี่คือความสามารถของตัวทำละลาย (น้ำ) ในการเข้าสู่สารละลายระดับเซลล์ ในกรณีนี้ปริมาณน้ำจะทำให้ปริมาณของเหลวในเซลล์เพิ่มขึ้น แรงดูดกลืนออสโมติกซึ่งน้ำเข้าสู่เซลล์เรียกว่า แรงดูด .

การดูดซับน้ำจากดินและการสูญเสียน้ำจากการระเหยจะสร้างค่าคงที่ การแลกเปลี่ยนน้ำที่โรงงาน การแลกเปลี่ยนน้ำจะดำเนินการโดยการไหลของน้ำผ่านทุกอวัยวะของพืช

ประกอบด้วยสามขั้นตอน:

การดูดซึมน้ำทางราก

มันเคลื่อนที่ผ่านภาชนะไม้

· การระเหยของน้ำด้วยใบไม้

โดยปกติแล้ว ด้วยการแลกเปลี่ยนน้ำตามปกติ น้ำจะเข้าสู่พืชมากเท่าที่ระเหยไป

กระแสน้ำในโรงงานไหลขึ้นจากล่างขึ้นบน ขึ้นอยู่กับความแรงของการดูดซับน้ำโดยเซลล์ของขนรากด้านล่างและขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของการระเหยด้านบน

แรงดันรากเป็นตัวขับเคลื่อนการไหลของน้ำด้านล่าง

พลังดูดของใบไม้อยู่ที่ด้านบน

การไหลของน้ำอย่างต่อเนื่องจากระบบรากไปยังส่วนเหนือพื้นดินของพืชทำหน้าที่เป็นวิธีการขนส่งและสะสมแร่ธาตุและสารประกอบเคมีต่าง ๆ ที่มาจากรากในอวัยวะของร่างกาย มันรวมอวัยวะทั้งหมดของพืชให้เป็นหนึ่งเดียว นอกจากนี้การไหลขึ้นของน้ำในพืชยังจำเป็นสำหรับการจ่ายน้ำตามปกติไปยังทุกเซลล์ มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการสังเคราะห์แสงในใบ

ü ค1. พืชดูดซับน้ำปริมาณมากตลอดชีวิต กระบวนการหลักสองกระบวนการคืออะไร?

กิจกรรมในชีวิตใช้น้ำส่วนใหญ่ที่ใช้ไปหรือไม่? อธิบายคำตอบของคุณ. 1) การระเหยเพื่อให้มั่นใจถึงการเคลื่อนที่ของน้ำและสารที่ละลายและการป้องกันจากความร้อนสูงเกินไป 2) การสังเคราะห์ด้วยแสงในระหว่างที่เกิดสารอินทรีย์และปล่อยออกซิเจน

ความอุดมสมบูรณ์หรือการขาดความชื้นในเซลล์ส่งผลต่อกระบวนการที่สำคัญทั้งหมดของพืช

ในส่วนของน้ำ พืชจะแบ่งออกเป็น กลุ่มสิ่งแวดล้อม

Ø ไฮดาโตไฟต์(จากภาษากรีก ไฮดาโตส- "น้ำ", ไฟตัน- “พืช”) - สมุนไพรน้ำ (เอโลเดีย ดอกบัว ดอกบัว) Hydatophytes จมอยู่ในน้ำอย่างสมบูรณ์ ลำต้นแทบไม่มีเนื้อเยื่อกลและมีน้ำรองรับ เนื้อเยื่อพืชประกอบด้วยช่องว่างระหว่างเซลล์ขนาดใหญ่จำนวนมากที่เต็มไปด้วยอากาศ

Ø ไฮโดรไฟต์(จากภาษากรีก g รูปเคารพ- “น้ำ”) - พืชที่แช่อยู่ในน้ำบางส่วน (ใบลูกศร, กก, ธูปฤาษี, กก, ปลาหมึก) มักอาศัยอยู่ตามริมฝั่งแหล่งน้ำในทุ่งหญ้าชื้น

Ø ไฮโกรไฟต์(จากภาษากรีก กิกรา- “ความชื้น”) - พืชในสถานที่ชื้นที่มีความชื้นในอากาศสูง (ดาวเรือง, กก) 1) พืชในแหล่งที่อยู่อาศัยเปียก 2) ใบเปลือยขนาดใหญ่ 3) ปากใบไม่ปิด; 4) มีปากใบน้ำพิเศษ - ไฮโดโทด; 5) มีเรือน้อย

Ø เมโสไฟต์(จากภาษากรีก mesos - "เฉลี่ย") - พืชที่อาศัยอยู่ในสภาพที่มีความชื้นปานกลางและสารอาหารแร่ธาตุที่ดี (นิฟเบอร์รี่, ลิลลี่แห่งหุบเขา, สตรอเบอร์รี่, ต้นแอปเปิ้ล, ต้นสน, โอ๊ค) พวกมันเติบโตในป่า ทุ่งหญ้า และทุ่งนา พืชเกษตรส่วนใหญ่เป็นพืชมีโซไฟต์ พวกมันพัฒนาได้ดีขึ้นด้วยการรดน้ำเพิ่มเติม 1) พืชที่มีความชื้นเพียงพอ 2) เติบโตในทุ่งหญ้าและป่าไม้เป็นหลัก 3) ฤดูปลูกสั้นไม่เกิน 6 สัปดาห์ 4) พวกมันอยู่รอดได้ในยามแห้งแล้งในรูปของเมล็ดหรือหัว หัว หัว และเหง้า

Ø ซีโรไฟต์(จากภาษากรีก ซีรอส- "แห้ง") - พืชในแหล่งอาศัยแห้งซึ่งมีน้ำในดินน้อยและอากาศแห้ง (ว่านหางจระเข้, กระบองเพชร, แซกโซโฟน) ในบรรดาซีโรไฟต์นั้น มีความแตกต่างระหว่างแบบแห้งและแบบฉ่ำ ซีโรไฟต์ฉ่ำที่มีใบเนื้อ (ว่านหางจระเข้, crassula) หรือก้านเนื้อ (กระบองเพชร - ลูกแพร์เต็มไปด้วยหนาม) เรียกว่า ฉ่ำ. ซีโรไฟต์แห้ง - สเคลโรไฟต์(จากภาษากรีก scleros - "แข็ง") ได้รับการดัดแปลงเพื่ออนุรักษ์น้ำอย่างเคร่งครัดและลดการระเหย (หญ้าขน, แซ็กโซโฟน, หนามอูฐ) 1) พืชที่อยู่อาศัยแห้ง 2) สามารถทนต่อการขาดความชื้นได้ 3) พื้นผิวใบลดลง 4) มีขนอ่อนของใบมาก 5)มีระบบรากที่ลึก

การปรับเปลี่ยนใบ เกิดขึ้นในกระบวนการวิวัฒนาการเนื่องจากอิทธิพลของสิ่งแวดล้อม บางครั้งจึงดูไม่เหมือนใบไม้ธรรมดา

· กระดูกสันหลังในกระบองเพชร barberry ฯลฯ - การปรับตัวเพื่อลดพื้นที่การระเหยและการป้องกันจากการถูกสัตว์กิน

· หนวดในถั่วอันดับจะติดก้านปีนเขาไว้เพื่อรองรับ

· เกล็ดกระเปาะฉ่ำ,ใบกะหล่ำปลีกักเก็บสารอาหาร,

· ครอบคลุมเกล็ดตา- ดัดแปลงใบที่ป้องกันหน่อต้นอ่อน

ในพืชกินแมลง ( หยาดน้ำค้าง, bladderwortฯลฯ) ใบไม้ - อุปกรณ์ตกปลา. พืชกินแมลงเจริญเติบโตบนดินที่มีแร่ธาตุต่ำ โดยเฉพาะดินที่มีไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม และกำมะถันไม่เพียงพอ พืชเหล่านี้ได้รับสารอนินทรีย์จากร่างกายของแมลง

ใบไม้ร่วง- ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติและความจำเป็นทางสรีรวิทยา ต้องขอบคุณใบไม้ร่วงที่ทำให้พืชปกป้องตัวเองจากความตายในช่วงเวลาที่ไม่เอื้ออำนวยของปี - ฤดูหนาว - หรือช่วงที่แห้งในสภาพอากาศร้อน

ü การผลัดใบซึ่งมีพื้นผิวระเหยขนาดใหญ่ ต้นไม้ดูเหมือนจะสร้างสมดุลระหว่างการมาถึงที่เป็นไปได้และความจำเป็น ปริมาณการใช้น้ำตามระยะเวลาที่กำหนด

ü ใบพืชร่วงหล่น หลุดพ้นจากของเสียต่างๆที่สะสมอยู่ในนั้นอันเป็นผลมาจากการเผาผลาญ

ü การร่วงหล่นของใบไม้ช่วยปกป้องกิ่งก้านจากการแตกหักภายใต้แรงกดดันของก้อนหิมะ

แต่ไม้ดอกบางชนิดจะเก็บใบไว้ตลอดฤดูหนาว เหล่านี้เป็นไม้พุ่มที่เขียวชอุ่มตลอดปี: ลิงกอนเบอร์รี่, เฮเทอร์และแครนเบอร์รี่ ใบไม้หนาแน่นขนาดเล็กของพืชเหล่านี้ซึ่งระเหยน้ำได้เล็กน้อยจะถูกเก็บรักษาไว้ใต้หิมะ สมุนไพรหลายชนิด เช่น สตรอเบอร์รี่ โคลเวอร์ และเซลันดีน ก็มีใบไม้สีเขียวปกคลุมอยู่ทั่วไปในฤดูหนาวเช่นกัน

เมื่อเรียกพืชบางชนิดว่าเขียวชอุ่มตลอดปี เราต้องจำไว้ว่าใบของพืชเหล่านี้ไม่ได้เป็นนิรันดร์ พวกมันมีชีวิตอยู่หลายปีและค่อยๆ ร่วงหล่น แต่ใบใหม่จะเติบโตบนหน่อใหม่ของพืชเหล่านี้

การขยายพันธุ์พืชการสืบพันธุ์เป็นกระบวนการที่นำไปสู่การเพิ่มจำนวนบุคคล

ในไม้ดอกก็มี

Ø การสืบพันธุ์ของพืชซึ่งการก่อตัวของบุคคลใหม่เกิดขึ้นจากเซลล์ของอวัยวะพืช

Ø การสืบพันธุ์ของเมล็ด ซึ่งการก่อตัวของสิ่งมีชีวิตใหม่เกิดขึ้นจากไซโกตที่เกิดจากการหลอมรวมของเซลล์สืบพันธุ์ ซึ่งนำหน้าด้วยกระบวนการที่ซับซ้อนจำนวนหนึ่งซึ่งส่วนใหญ่เกิดขึ้นในดอกไม้

การสืบพันธุ์ของพืชโดยใช้อวัยวะพืชเรียกว่า พืชพรรณ

การขยายพันธุ์พืชดำเนินการโดยการแทรกแซงของมนุษย์เรียกว่าสิ่งประดิษฐ์ ในกรณีนี้มีการใช้การขยายพันธุ์พืชดอกประดิษฐ์

§ หากพืชไม่ผลิตเมล็ด

§ เร่งการออกดอกและติดผล

ภายใต้สภาพธรรมชาติและในวัฒนธรรม พืชมักจะสืบพันธุ์โดยใช้อวัยวะเดียวกัน การสืบพันธุ์มักเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของ เชเรน-คอฟการตัดเป็นส่วนหนึ่งของอวัยวะพืชที่สามารถฟื้นฟูอวัยวะที่หายไปได้ ยิงปล้องที่มีใบ 1-3 ใบซึ่งเรียกว่าซอกใบที่ซอกใบพัฒนา การตัดลำต้น . ภายใต้สภาพธรรมชาติต้นหลิวและป็อปลาร์สามารถแพร่กระจายได้ง่ายโดยการตัดเช่นนี้และในการเพาะปลูก - เจอเรเนียม, ลูกเกด...

การสืบพันธุ์ ออกจากเกิดขึ้นไม่บ่อยนัก แต่เกิดในพืช เช่น แกนกลางทุ่งหญ้า ในดินชื้น ดอกตูมที่แปลกประหลาดจะพัฒนาขึ้นที่โคนใบที่หักซึ่งเป็นต้นพืชใหม่ที่จะเติบโต อุซัมบาราไวโอเล็ต บีโกเนียบางชนิด และพืชอื่นๆ ขยายพันธุ์ด้วยใบ

ลักษณะของใบไบรโอฟิลลัม ตาของทารกซึ่งร่วงหล่นลงสู่ดินหยั่งรากแล้วเกิดพืชใหม่

หัวหอม, ลิลลี่, แดฟโฟดิล, ดอกทิวลิปหลายชนิดทวีคูณ หลอดไฟระบบรากที่มีเส้นใยเกิดขึ้นจากด้านล่างของหัว และหัวอ่อนที่เรียกว่าหัวจะพัฒนาจากตาบางดอก เด็ก ๆต้นอ่อนต้นใหม่จะเติบโตเมื่อเวลาผ่านไปจากหัวทารกแต่ละต้น หลอดไฟขนาดเล็กสามารถก่อตัวได้ไม่เพียง แต่อยู่ใต้ดินเท่านั้น แต่ยังอยู่ในซอกใบของดอกลิลลี่ด้วย เมื่อตกลงพื้นหลอดไฟทารกก็พัฒนาเป็นต้นไม้ใหม่

พืชแพร่กระจายได้ง่ายด้วยหน่อคืบคลานพิเศษ - หนวด(สตรอเบอร์รี่คืบคลานหวงแหน)

การสืบพันธุ์ตามแผนก:

§ พุ่มไม้(ม่วง) เมื่อพืชมีขนาดใหญ่สามารถแบ่งออกเป็นหลายส่วน

§ เหง้า(ไอริส) แต่ละปล้องที่จะขยายพันธุ์จะต้องมีตาที่ซอกใบหรือปลายยอด

§ หัว(มันฝรั่ง, เยรูซาเลมอาร์ติโชค) เมื่อมีจำนวนไม่เพียงพอสำหรับปลูกในบางพื้นที่โดยเฉพาะหากเป็นพันธุ์ที่มีคุณค่า การแบ่งหัวจะดำเนินการเพื่อให้แต่ละส่วนมีตาและเพื่อให้สารอาหารเพียงพอที่จะสร้างพืชใหม่

§ ราก(ราสเบอร์รี่ มะรุม) ซึ่งผลิตพืชใหม่ภายใต้สภาวะที่เอื้ออำนวย

§ โคนราก - รากหัวซึ่งแตกต่างจากรากที่แท้จริงตรงที่ไม่มีโหนดและปล้อง ดอกตูมจะอยู่ที่โคนคอหรือปลายก้านเท่านั้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมในดอกรักเร่และบีโกเนียหัวใต้ดิน คอรากจึงถูกแบ่งออกเป็นการก่อตัวของรากหัวใต้ดิน

การสืบพันธุ์โดยการแบ่งชั้นเมื่อขยายพันธุ์โดยการแบ่งชั้นหน่อที่ไม่ได้แยกออกจากต้นแม่จะถูกโค้งงอกับดินเปลือกใต้ตาจะถูกตัดและโรยด้วยดิน เมื่อรากปรากฏขึ้นบริเวณรอยบากและมีหน่อเหนือพื้นดินเกิดขึ้น ต้นอ่อนจะถูกแยกออกจากต้นแม่และปลูกใหม่ ลูกเกดมะยมและพืชอื่น ๆ สามารถแพร่กระจายได้โดยการฝังชั้น

รับสินบน วิธีการขยายพันธุ์พืชแบบพิเศษคือการตอนกิ่ง การปลูกถ่ายอวัยวะคือการย้ายส่วนหนึ่งของพืชที่มีชีวิตซึ่งมีหน่อไปยังพืชอื่นที่มีการผสมข้ามพันธุ์กับพืชชนิดแรก ต้นที่นำมาต่อกิ่งเรียกว่า ต้นตอ; พืชที่ต่อกิ่ง - ไซออน

ในพืชที่ต่อกิ่งนั้น กิ่งพันธุ์จะไม่สร้างรากและได้รับการบำรุงด้วยต้นตอ ในขณะที่ต้นตอจะได้รับจากสารอินทรีย์ของกิ่งที่สังเคราะห์ในใบของมัน การต่อกิ่งมักใช้ในการขยายพันธุ์ไม้ผล ซึ่งมีปัญหาในการสร้างรากที่ยากและไม่สามารถขยายพันธุ์ด้วยวิธีอื่นได้ การปลูกถ่ายอวัยวะสามารถทำได้โดยการย้ายลำต้นด้วยตาข้างเดียวใต้เปลือกกิ่ง ( กำลังเบ่งบาน ) และโดยการข้ามกิ่งและต้นตอที่มีความหนาเท่ากัน ( การมีเพศสัมพันธ์ ). เมื่อทำการต่อกิ่งจำเป็นต้องคำนึงถึงอายุและตำแหน่งของการตัดบนต้นแม่รวมถึงลักษณะของกิ่งด้วย ดังนั้น วิธีการขยายพันธุ์พืชที่แตกต่างกันแสดงให้เห็นว่าในพืชหลายชนิด สิ่งมีชีวิตทั้งหมดสามารถฟื้นฟูได้จากส่วนหนึ่งส่วนใด

การเชื่อมต่อระหว่างอวัยวะแม้ว่าอวัยวะพืชทั้งหมดจะมีโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์และทำหน้าที่เฉพาะเจาะจง ด้วยระบบนำไฟฟ้าที่เชื่อมโยงเข้าด้วยกัน และพืชทำหน้าที่เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีความซับซ้อน การละเมิดความสมบูรณ์ของอวัยวะใด ๆ จำเป็นต้องส่งผลกระทบต่อโครงสร้างและการพัฒนาของอวัยวะอื่น ๆ และอิทธิพลนี้สามารถเป็นได้ทั้งเชิงบวกและเชิงลบ ตัวอย่างเช่น การถอดส่วนบนของลำต้นและรากออกจะส่งเสริมการพัฒนาอย่างเข้มข้นของส่วนเหนือพื้นดินและใต้ดินของพืช ในขณะที่การเอาใบออกจะชะลอการเจริญเติบโตและการพัฒนาและอาจถึงขั้นเสียชีวิตได้ การละเมิดโครงสร้างของอวัยวะใด ๆ ถือเป็นการละเมิดหน้าที่ซึ่งส่งผลต่อการทำงานของโรงงานทั้งหมด