程龙杰
贵州省毕节梁才学校
摘要：生物体作为一个系统，有着自身的物质和能量观，在进行代谢或者物质运输方面，遵循着“高效、有序、节约”的原则，实现物质和能量的充分、合理的利用。
关键词：物质和能量 高效 有序 节约
在生物的核心素养中，有一个“物质与能量观”，在对生物的研究中，我发现生物在物质和能量的利用方面，。以下是部分实例：
1.高效
1.1 酶促反应具有高效性。生物体内的酶具有高效性，使生物体内的化学反应能高效的进行，为生物的各项生命活动提供充足的物质和能量的供应。为保证酶的高效性，生物体为酶的反应创造了适宜的温度和PH。
1.2运输的高效性。当细胞通过生长，使其相对表面积减小，降低了物质运输效率时，细胞会通过分裂来减小体积，增大相对表面积，提高物质运输效率，保证物质运输的高效性。
1.3光合作用和细胞呼吸的高效性。光合作用和细胞呼吸都是酶促反应，除了酶催化反应的高效性，还有二者的场所在结构的特殊性上，也提高了反应的效率。其中光合作用的光反应是类囊体，在一个叶绿体中有很多个类囊体，大大增加膜的面积，可以提高对光的吸收速率，加快光反应的速度，从而提高光合作用的效率。而细胞呼吸的主要场所是线粒体，线粒体的内膜向内折叠成嵴，也增加了膜的面积，使附着在膜上的酶的数量增加，也提高了有氧呼吸的速率。
1.4神经递质传递的高效性。神经元的轴突末梢经过多次分支，最后每个小枝末端膨大，形成杯状或球状的突触小体，每个突触小体都与其他神经元的细胞体或树突相接触，通过释放神经递质传递信号。由于有多个突触小体，形成多个突触，可以提高兴奋的传递效率。
2.有序
2.1生物体内的酶具有专一性，即一种酶只能催化一种或者一类化学反应，这样的特性使生物体内的细胞代谢能有条不紊的进行。
2.2细胞内的生物膜把各种细胞器分隔开，如同一个个小的区室，这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会互相干扰，保证了细胞生命活动高效、有序地进行。
2.3在各类细胞的膜外表，有由糖蛋白构成的特异性受体，包括各种激素受体，神经递质受体等等，它们都具有特异性，即一种受体只能识别一种物质并与之结合，完成相应信息的传递。保证了生物体内神经、体液、免疫调节的有序性。
2.4人体消化道主要有口腔、胃、小肠三个部位，三个部位里面含有不同的消化酶，而我们的消化道可以使这些消化酶只在相应的部位发挥作用，互不干扰。具体是：口腔中唾液的PH为6.2—7.4，胃液的PH为0.9—1.5，小肠液的PH为7.6。胃液对唾液淀粉酶来说是过酸环境，而小肠液对胃蛋白酶来说是过碱环境。
所以唾液淀粉酶随食物进入胃液后会失活，而被胃蛋白酶消化分解，同样胃蛋白酶随食物进入小肠后会失活而被胰蛋白酶消化分解。这样就保证了消化道中各种消化酶作用的有序性。
3.节约
3.1结构的节约。生物体内每一种结构都具有特定的功能，没有多余的无用的结构，不浪费。各结构之间分工又合作，共同完成细胞的各项生理功能。
3.2物质和能量的节约。
3.2.1物质跨膜运输进出细胞，是需要动力的。这种动力要么是由细胞呼吸产生的ATP来提供，要么是由膜两侧的浓度差产生。细胞在顺浓度梯度运输物质时，其动力均来自浓度差，如自由扩散和协助扩散；只有逆浓度梯度运输物质，即主动运输时，才需要ATP。这种机制可以为细胞节约不少ATP。
3.2.2 DNA转录为RNA时，也体现了节约的原则，此时节约的是酶。我们知道DNA复制时，需要解旋酶和DNA聚合酶，这是因为其解旋和聚合在时间和空间上有差异，需要不同的酶来催化。而转录时只需RNA聚合酶一种酶。因为转录时解旋和聚合在时间和空间上是一致的，一种酶就可以完成解旋和聚合，这样就可以节约酶的数量。
3.2.3叶绿体中ATP的节约。不少中学老师和学生都在纠结一个问题，就是叶绿体进行DNA的复制时，所消耗的ATP来源于自身还是细胞呼吸。纠结的原因是认识叶绿体光反应产生的ATP全部用于暗反应了，没有ATP供应给其DNA的复制了，所以应该来自于细胞呼吸，但自身又产生了ATP，对于不供给与DNA的复制有点说不过去，矛盾由此产生。笔者觉得这个问题换一个角度思考，就迎刃而解。生物体内会遵循节约原则的，叶绿体内发生的DNA复制、转录、翻译等过程，所消耗的ATP都应该是由自身产生的。不需要有细胞呼吸来提供，以免造成ATP的浪费。至于担心是否影响暗反应，笔者认为没有必要，因为叶绿体中不是经常发生这些过程，所耗能不多，不会影响暗反应，而且NADPH也可以提供能量，保证暗反应的顺利进行。
3.2.4水和无机盐等的节约。人体内肾脏通过过滤作用形成的原尿中，含有大量的水分、无机盐和少量的葡萄糖，这些物质对人体是有作用的。如果直接将这些物质排出体外，会造成大量的浪费，而且人体也来不及补充。所以人体内形成了重吸收的机制，即将大量的水分，全部葡萄糖和部分无机盐通过长长的肾小管和集合管将之重新吸收到血液中，供人体再利用。而且还可以调节细胞外液的渗透压。
当然，生物体内还有很多体现高效、有序、节约的生理活动，也正因为有这些机制，生物体这个大机器才能高效、有序的运行，并且实现物质和能量的充分、合理的利用。
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