การหายใจระดับเซลล์

การสลายสารอาหาร เพื่อให้ได้พลงั งาน Biology (40242)













โคเอนไซม์ (Coenzyme) • หมายถึง กลุ่มสารอินทรียท์ ี่มีวิตามิน B เป็ นองคป์ ระกอบ หน้าที่ ส า คั ญ คื อ เ ป็ น ตั ว รั บ แ ล ะ ถ่ า ย ท อ ด ไ ฮ โ ด ร เ จ น (H-accepter) ในกระบวนการหายใจ เช่น NAD+ , FAD และ Co.A

NAD+ + 2H+ + 2e- NADH + H+

FAD (flavin adenine dinucleotide) • เป็นตวั นาอิเลก็ ตรอน พร้อมดว้ ยโปรตรอน FAD 1 โมเลกุลรับ อิเลก็ ตรอนและโปรตรอนจะได้ FADH2 ดงั สมการ • FAD + 2H+ + 2e- ---------- > FADH2 FADH2 มีสมบตั ิเป็นตวั ใหอ้ ิเลก็ ตรอน เมื่อเขา้ สู่กระบวนการ ถ่ายทอดอิเลก็ ตรอนพลงั งานท่ีสะสมอยจู่ ะถูกนามาใชใ้ นการ สร้าง ATP FAD มวี ติ ามิน B (riblfavin) เปน็

(Coenzyme A : CoA) • เป็นตวั นาหมู่เอซิล เพ่อื สร้าง acetyl CoA มีวิตามินบีรวม กรด แพนโทเทนิก (Pantothenic acid) เป็นองคป์ ระกอบ

Coenzym ยอ่ มาจาก ส่วนประกอบ หน้าที่ e วิตามินบี 3 nicotinamide รับถ่ายทอดไฮโดรเจน (ขั้นท่ี 1. NAD+ adenine dinuc 1,2และ3) leotide 2.FAD flavin adenine วิตามนิ บี 2 รับถ่ายทอดไฮโดรเจน (ขนั้ ที่ dinucleotide 3) 3. Co.A Coenzyme A วติ ามนิ บรี วม กรดแพนโท เปน็ ตวั นาหมู่เอซลิ เพ่อื เทนกิ สรา้ ง (acetyl (Pantothenic CoA) (ข้นั ท่ี 2) acid)

ไซโตโครม (Cytochrome) • ไซโตโครม (Cytochrome) คือรงควตั ถุในรูปโปรตีน ซ่ึง มีธาตุเหลก็ (Fe)เป็นองคป์ ระกอบ มีหนา้ ที่สาคญั คือเป็นตวั รับ และถ่ายทอดอิเลก็ ตรอน ในกระบวนการหายใจ คือ Cytochrome b Cytochrome c Cytoc hrome a ตามลาดบั

Mitochondria





การสลายสารอาหาร ระดบั เซลล์ (Cellular respiration)

ปฏิกิริยาการสลายกลูโคส  การสลายสารอาหารระดบั เซลล์หรือการหายใจระดับเซลล์เป็ นกระบวนการ นาเอาสารอาหารได้เเก่ มอโนแซ็กคาไรด์ กรดอะมิโน กลีเซอรอล และกรด ไขมนั ที่ไดจ้ ากกระบวนการย่อยอาหารไปใชส้ ร้างเป็ นพลงั งาน โดยเก็บไวใ้ น รู ป ข อ ง ส า ร ท่ี มี พ ลั ง ง า น สู ง ที่ เ รี ย ก ว่ า อ ะ ดี โ น ซี น ไ ต ร ฟอสเฟต (adenosine triphosphate : ATP)

โครงสรา้ งของ ATP หมู่ฟอสเฟตแรกท่ีจบั กบั น้าตาลไรโบสมีพลงั งานพนั ธะต่า ส่วนพนั ธะที่เกิดข้ึนระหวา่ งหมู่ฟอสเฟตแรก กบั หมู่ที่ 2 และหมู่ที่ 2 กบั หมู่ที่ 3 มีพลงั งานพนั ธะสูง เม่ือสลายแลว้ จะใหพ้ ลงั งาน 7.3 กิโลแคลอรี/โมล ขณะท่ีสิ่งมีชีวติ ดารงอยู่ เซลลจ์ ะมีการสลาย ATP โดย ATP เพื่อใหไ้ ดพ้ ลงั งาน สาหรับใชใ้ นการทากิจกรรมต่างๆของร่างกายตลอดเวลา ดงั น้นั จึงตอ้ งมีการสร้าง ATP ใหม่ข้ึนมา ทดแทน กระบวนการสร้าง ATP จาก ADP และหมู่ฟอสเฟตน้ีเรียกวา่ กระบวนการ ฟอสโฟรเี ล ชัน (phosphorylation)

AMP 3.4 กโิ ลแค รอล/ี โมล Adenosin e

กิจกรรมทดสอบความเขา้ ใจ • เป็นการแลกเปล่ียนแก๊สท่ีถุงลมในปอด • เป็นการสลายสารอาหารภายในเซลลเ์ พอ่ื ใหไ้ ดพ้ ลงั งานในรูปของ ATP การหายใจระดบั เซลล์ (Cellular • เป็นrกeาsรpสลirาaยโtมioเลnกลุ)ของสารอาหาร 3 ชนิด ไดแ้ ก่ โปรตีน ลิพิด คาร์โบไฮ เดตร จะถูกเกบ็ พลงั งานไวใ้ นรูปของ ATP ซ่ึงเป็นสารพลงั งานสูง

ATP (Adenosine Triphosphate) ~ คือ พนั ธะที่มี พลงั งานสูง เมื่อสลาย พนั ธะแลว้ จะให้ พลงั งาน 7.3 Kcal.

การสร้าง AMP เป็น ATP ใชพ้ ลงั งาน 14.6 kcal AMP + Pi + 7.3 kcal  ADP ADP + Pi + 7.3 kcal  ATP การสลาย ADP เป็น Adenosine จะไดพ้ ลงั งานออกมา 10.7 kcal กระบวนการสร้าง ATP เรียกวา่ ฟอสโฟรเี ลชัน (phosphorylation) โดยจะสร้าง ATP จาก ADP + Pi + 7.3 kcal  ATP

กระบวนการสลาย สารอาหารระดบั เซลล ์ การสลายสารอาหารแบบ การสลายสารอาหารแบบไม่ ใช ้ O2 ใช ้ O2 (Aerobic respiration) (Anaerobic respiration) เป็ นกระบวนทมี่ ี 4 ขน้ั ตอน ที่ เป็ นกระบวนการหมกั เกดิ ตอ่ เนื่องกนั คอื (Fermentation) Glycolysis, Acetyl Co A, Krebs cycle, Electron transport chain

Glycolysis





ข้ันตอนของ glycolysis • glycolytic pathway โดยละเอียด แบ่งไดเ้ ป็น 10 ข้นั ตอน ดงั ต่อไปน้ี

ขั้นตอนท่ี 1 glucose เข้าไปในเซลล์ และถูกเติมหมฟู่ อสเฟต กลายเปน็ glucose- 6-phosphate โดยเอนไซม์ hexokinase ปฏกิ ิรยิ านใ้ี ช้ ATP เปน็ ตัวให้หมฟู่ อสเฟตแก่ glucose ทต่ี าแหนง่ C6 http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

ข้ันตอนที่ 2 glucose-6-phosphate เปลย่ี นแปลงรปู รา่ งไปเปน็ fructose-6-phosphate โดยเอนไซม์ phosphogluco isomerase ในข้ันนเ้ี ปน็ การเปลย่ี นจากนา้ ตาล aldose เปน็ นา้ ตาล ketose http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

ขน้ั ตอนที่ 3 ในขนั้ ตอนนี้เป็นการเตมิ หม่ฟู อสเฟตใหแ้ ก่ fructose-6-phosphate กลายไป เป็น fructose-1,6-bisphosphate ปฏิกิริยานเี้ รง่ โดยเอนไซม์ phosphofructo kinase โดยใช้ ATP เปน็ ตวั ใหห้ มู่ฟอสเฟตแก่ fructose-6-phosphate ที่ตาแหน่ง C1 http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

ขัน้ ตอนที่ 4 fructose-1,6-bisphosphate (มี 6 คารบ์ อนอะตอม) แตก ออกเป็น 2 โมเลกลุ ทมี่ ี 3 คารบ์ อนอะตอม คอื glyceraldehyde-3- phosphate และ dihydroxyacetone phosphate โดยใชเ้ อนไซม์ aldolase น้าตาล 2 โมเลกุลทเ่ี กิดขึ้นนเี้ ปน็ isomer ซงึ่ กนั และกนั http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

ขน้ั ตอนที่ 5 เปน็ ขน้ั ตอนทเี่ กิดขึ้นไปพรอ้ มกับขัน้ ท่ี 4 คือ dihydroxyacetone phosphate จะเปล่ียนรปู ร่างไปเป็น glyceraldehyde-3-phosphate โดยใชเ้ อนไซม์ triose phosphate isomerase นา้ ตาล 2 ตวั นีจ้ ะ เปลีย่ นแปลงรปู รา่ งไปมาได้ http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

ข้ันตอนท่ี 6 glyceraldehyde-3-phosphate เปลย่ี นไปเป็น 1,3- bisphosphoglycerate โดยเอนไซม์ glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase ในขนั้ นจ้ี ะได้ NADH 1 โมเลกลุ http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

ขั้นตอนที่ 7 1,3-bisphosphoglycerate ซึง่ เปน็ สารพลังงานสงู ท่สี ามารถให้หมู่ ฟอสเฟต (ท่จี บั อยู่กบั หมู่คาร์บอนลี ) ใหแ้ ก่ตัวรับ คอื ADP โดยเอนไซม์ phosphoglycerate kinase จะเร่งปฏกิ ิริยาการโยกย้ายหม่ฟู อสเฟตจาก 1,3- bisphosphoglycerate ไปให้ ADP ไดเ้ ป็น ATP และ 3- phosphoglycerate http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

ขั้นตอนท่ี 8 เปน็ การโยกยา้ ยตาแหน่งของหม่ฟู อสเฟตของ 3-phosphoglycerate โดยยา้ ยจากตาแหน่งที่ 3 ไปเปน็ ตาแหน่งที่ 2 ไดเ้ ปน็ 2-phosphoglycerate ปฏิกิรยิ านเ้ี รง่ โดยเอนไซม์ phosphoglycerate mutase http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

ขั้นตอนที่ 9 ในข้ันตอนนี้ 2-phosphoglycerate จะเสยี H2O ไป 1 โมเลกุล กลายเปน็ phosphoenolpyruvate ปฏิกริ ิยานี้เร่งโดยเอนไซม์ enolase http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

ข้ันตอนท่ี 10 ขัน้ ตอนนเี้ ปน็ ขน้ั สดุ ท้ายของ glycolytic pathway เปน็ การสร้าง ATP โดย phosphoenolpyruvate จะใหห้ มู่ฟอสเฟตแก่ ADP ได้เป็น ATP แลว้ ตวั เองเปลย่ี นไปเป็น pyruvate ปฏิกริ ิยาน้เี รง่ โดยเอนไซม์ pyruvate kinase http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter07notesLewis.htm

http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter07notesLewis.htm

1 Glucose 1 Fructos1,6 bisphosphate 2 PGAL 2 Pyruvic acid



สมการรวบยอดของไกลโคลซิ ิส ose + 2ADP + 2Pi ----> 2pyruvate + 2ATP + 2NADH +2 • ทดสอบความเข้าใจ 1.ขน้ั ไกลโคลิซสิ เกดิ ขึ้นทบ่ี รเิ วณใด ไซโทพลาสซึม หรือ ไซโทซอล 2.ถา้ เริ่มต้นจากกลโู คส 1 โมเลกุล จะไดผ้ ลลพั ธ์ดงั นีค้ ือ ไดก้ รดไพรูวกิ 2 โมเลกลุ ใช้พลังงาน 2 ATP และเกดิ พลังงาน 4 ATPไดพ้ ลังงานสทุ ธิ 2 ATP เกดิ H 4 อะตอม NAD+ มารบั กลายเป็น NADH 2 โมเลกุล

C6 Acetyl Co A 2(C 2(C 2) 3) เ กิ ด ข้ึ น ใ น ไ ซ โ ท ซ อ ล และแมทริ กซ์ในไมโทรคอนเดรี ย กรดไพรู วิกจะทาปฏิกิริ ยากับโค เอนไซม์เอ ได้เป็ น อะซิ ติลโค เอนไซมเ์ อ

สรุปสมการการสร้าง Acetyl Coenzyme A 2 pyruvate + 2NAD+ +2 Co A --> 2Acetyl Co A + 2C O2 + 2NADH • ทดสอบความเข้าใจ 1.เกิดขนึ้ ที่บริเวณใด เกดิ ข้นึ ในไซโทซอลและแมทริกซ์ในไมโทรคอนเดรยี 2.ผลลัพธท์ ี่ไดจ้ ากข้ันที่ 2 การสรา้ งอะซติ ิลโคเอ เกดิ คาร์บอนไดออกไซด์ 2 โมเลกลุ จากจากกลูโคส 1 โมเลกุล จะทาใหเ้ กิด NADH 2 โมเลกุล

Krebs cycle เกิดข้ึนในบริเวณเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรีย วฏั จกั รน้ีประกอบดว้ ยปฏิกิริยาหลาย ข้นั ตอนดว้ ยกนั แต่ละข้นั ตอนอาศยั การเร่งของเอนไซมท์ ี่จาเพาะสาหรับแต่ละปฏิกิริยา แอ ซิติล โค เอ ท่ีเข้าสู่วฏั จักรเครปส์จะรวมกับออกซาโลแอซิเตตเกิดเป็ นซิเตรตและทา ปฏิกิริยาต่อไปอีก 8 ข้นั ตอน จนไดอ้ อกซาโลแอซิเตตกลบั คืนมา สารท่ีเขา้ ทาปฏิกิริยาทุก ตวั รวมท้งั ผลิตผลของปฏิกิริยาทุกตวั ในวฏั จกั รเครปส์ลว้ นเป็นกรดดว้ ยกนั ท้งั น้นั ปฏิกิริยา ส่วนใหญ่ของวฏั จกั รเครปส์เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ทาใหไ้ ดส้ ารพลงั งานสูง NADH และ FADH2 ออกมา ซ่ึงจะถูกนาไปใชใ้ นการสร้าง ATP โดยวธิ ีออกซิเดทีฟฟอสโฟริเล ชันต่อไป วัฏจักรเครปส์เองสามารถสร้าง ATP โดยวิธี ฟอสโฟริ เลชันระดับ ซบั สเตรตไดเ้ ช่นเดียวกบั วถิ ีไกลโคลิซีส

Krebs cycle



เมทรกิ ซ์ของไมโทคอนเดรีย X 3 = 18 AXT2P= 4 4 ATP 2 6 2