Transcript บทที่ 5 ระบบย่อยอาหารและ การสลายสารอาหารเพื่อให้

บทที่ 5
ระบบย่ อยอาหารและ
การสลายสารอาหารเพือ่ ให้ ได้
พลังงาน
Biology (30242)
บทที่ 5 ระบบย่อยอาหารและการ
สลายสารอาหารเพือ่ ให้ได้พลังงาน
. 5.1 อาหารและการย่อยอาหาร
. 5.1.1 การย่อยอาหารของจุลินทรีย ์
. 5.1.2 การย่อยอาหารของสัตว์
.
5.1.3
การย่
อ
ยอาหารของคน
. 5.2 การสลายสารอาหารระดับเซลล์
การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน
การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจน
.
การสลายสารอาหารระดับเซลล์
(Cellular respiration)
.
5.2 การสลายสารอาหารระดับเซลล์
(Cellular respiration)
. 5.2.1 การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบใช้
ออกซิเจน (Aerobic respiration)
ไกลโคลิซีส (glycolytic pathway).
.แอซิทิลโคเอนไซม์ เอ (acetyl coenzyme A)
. วัฏจักรเครบส์ (Krebs cycle)
.
. ระบบถ่ายทอดอิเล็กตรอน (electron transport system)
. 5.2.2 การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบ
ไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic respiration)
.
การสลายสารอาหารระดับเซลล์ Cellular respiration.
. สิ่งมีชีวิตต้ องเปลี่ยนแปลงสารอาหารเพื่อให้ ได้
พลังงานสาหรับกระบวนการต่างๆ ของชีวิต
. กระบวนการดังกล่าวถ้ าเกิดขึ้นโดยมีการใช้ ออกซิเจน
ในเซลล์ เรียกว่า การหายใจระดับเซลล์ (cellular
respiration) ซึ่งเป็ นกระบวนการที่ให้ พลังงานมากกว่า
. แบบที่ไม่ใช้ ออกซิเจน หรือที่เรียกว่า การหมัก
.
(fermentation)
. การหายใจระดับเซลล์ เป็ นกระบวนการที่เกีย่ วข้อง
กับ 3 ขั้นตอนที่ต่อเนือ่ งกัน
. ไกลโคลิซีส (glycolytic pathway)
. วัฏจักรเครบส์ (Krebs cycle)
. ระบบถ่ายทอดอิเล็กตรอน (electron transport
. ขั้นตอนแรกเกิดใน cytosol
system)
. 2 ขั้นตอนหลังเกิดขึ้ นใน mitochondria
.
.แอซิทิลโคเอนไซม์ เอ (acetyl coenzyme A)
. ในแง่ของ metabolism 2 กระบวนการแรก
. glycolytic pathway และ Krebs cycle
เป็ นการสลาย glucose และสารอาหารอื่นๆ ให้ได้
สารพลังงานสูง
ATP, NADH และ FADH2 ซึ่งสะสมพลังงานเคมีไว้
ในตัว
. ส่วน electron transport system คือ
.
การที่ NADH และ FADH2 ส่งอิเล็กตรอนให้ระบบ
ถ่ายทอดอิเล็กตรอนซึ่งจะมีการถ่ายทอดอิเล็กตรอน
ให้ตวั รับเป็ นช่วงๆ ต่อๆ กันไปที่ปลายสุดของระบบ
อิเล็กตรอนจะรวมกับ H+ และ O2 เกิดเป็ น H2O
. พลังงานที่ปล่อยจากแต่ละขั้นตอนสามารถนาไป
สร้าง ATP โดยวิธีการที่เรียกว่า oxidative
phosphorylation คือ การที่มีออกซิเดชันพร้อมกับ.
การเติมหมู่ฟอสเฟตให้ ADP
. Mitochondria
.
http://io.uwinnipeg.ca/~simmons/1115/cm1503/mitochondria.htm
3 ขั้นตอนของการหายใจระดับเซลล์
กลูโกส
ไกลโคลิซิส
การถ่ายทอดอิเล็กตรอน
.
http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html
. โครงสร้างของ ATP
๑.เบส
๓.หมู่ฟอสเฟต
๒.น้ าตาลไรโบส
.
http://www.ustboniface.mb.ca/cusb/abernier/Biologie/Module1/metabolisme1.htm
ฟอสโฟรีเลชัน Phosphorylation
เป็ นกระบวนการที่เกิดขึ้ น โดยการเติมหมู่ฟอสเฟต
ให้แก่สารประกอบ..ทาให้สารนี้ เป็ นสารที่มีพลังงาน
พันธะสูง เช่นกระบวนการสร้าง ATP จาก ADPและ
หมู่ฟอสเฟต
ปล่อยพลังงาน 7.3 kcal/mol.
ATP
ADP + Pi
พลังงานจากกระบวนการเมเทบอลิซึม
http://www.piercenet.com/Proteomics/browse.cfm?fldID=A97B184C-21CD-46BD-90DC-9A7ECA4CEB64
.
. Phosphorylation
.
http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter05notesLewis.htm
ปล่อยพลังงาน 7.3 kcal/mol. 7.3 kcal/mol.
Glycolysis.
.
กลูโคส C 6อะตอม
2ATP
2ADP
2PGALฟอสโฟกลีเซอรัลดีไฮด์
C
3
อะตอม
2NAD++4H+4e2ADP+2Pi
2(NADH+H +)
สลาย C=6 อะตอม ได้
กรดไพรูวิก (pyruvic acid)
มี C = 3 อะตอม ( 2 โมเลกุล)
ใช้ ATP 2 โมเลกุล
เกิดทีไ่ ซโทซอล
ไกลโคลิซิส (ในไซโทพลาสซึม)
2ATP
กรดไดฟอสโฟกลี
เซอริก(2PGA) 2ADP+2P
i
2ATP
กรดไพรูวิก 2 โมเลกุล
ปลดปล่อย ATP 4 โมเลกุล
รวมปลดปล่อย 4 ATP นาไปใปใช้ 2 เหลือ 2ATP
.
สรุปปฏิกิริยาช่วงไกลโคลิซิส
๑. เป็ นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้ นที่ไซโทพลาสซึมของเซลล์
๒. ถ้าเริม่ จาก C6H12O6 =1โมเลกุล จะได้ผลลัพธ์คือ
เกิดกรดไพรูวิก( C3H4O3) 2 โมเลกุล
เกิดพลังงานออกมา 4 ATP แต่มีการใช้
พลังงานร่วมกระบวนการ 2 ATP ดังนั้น จึ งได้
พลังงานสุทธิเพียง 2 ATP
เกิด 2 NADH2 = 6 ATP ( 1 NADH2 = 3 ATP)
.
สรุปปฏิกิริยาช่วงไกลโคลิซิสจะได้พลังงาน 8 ATP
http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html
.
.กรดไพรูวิกจะเคลือ่ นที่เข้าสู่ไมโทคอนเดรีย
http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html
.
เกิดที่เยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรีย
. ขั้นนี้ กรดไพรูวิก 1 โมเลกุล กลายเป็ นกรดอะ
ซิติกซึ่งเป็ นสารที่มี C = 2
กรดแอซิติกจะรวมตัวกับ โคเอนไซม์เอ ซึ่งมีอยู่
แล้วภายในเซลล์ กลายเป็ น
. แอซิติลโคเอนไซม์เอ เรียกย่อ ๆ ว่า แอซีติลโคเอ
.
ปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซม์ (CO2) 1 โมเลกุล
+
และไฮโดรเจน 2 อะตอม โดยมี NAD มารับ และ
+
เปลีย่ นเป็ น NADH 1 โมเลกุล แล้วเข้าสู่
กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน
.สรุป
การสลายกลูโคส 1 โมเลกุล ได้ กรดไพรูวิก 2 โมเกลุ
.กรดไพรูวิก 2 โมเลกุล ได้แอซิติลโคเอนไซม์ เอ 2
โมเลกุล ได้ CO2 2 โมเลกุล
. และได้ไฮโดรเจน 4 อะตอม จึ งได้ 2 NADH2
สมการ AcetylCoA คือ
2Co A
2pyruvate  2Acetyl Co A+2CO2+ 4H.
+
2 NAD 2 NADH2
.
.
“วัฏจักรเครบส์” บางทีเรียกว่า “วัฏจักรของ
กรดซิตริก” เกิดขึ้ นที่บริเวณเมทริกซ์ซึ่งเป็ นของเหลว
ในไมโทคอนเดรีย
ที่มีการสลายแอซิตีลโคเอนไซม์ เอ ให้ได้เป็ น CO2
และเก็บพลังงานในรูปของ NADH FADH2 และ ATP
มีการให้ไฮโดรเจนอิสระออกมาซึ่งจะถ่ายทอด
+
+
ไปยังตัวรับคือ FAD และ NAD เกิดเป็ น
+
FADH2และ NADH + H
.
วัฏจักรเครบส์ เริม่ ด้วยแอซีตีลโคเอนไซม์ เอ
ซึ่งมีคาร์บอน 2 อะตอม
รวมกับสารประกอบกรดออกซาโลแอซิติกซึ่งมี
คาร์บอน 4 อะตอม ได้เป็ นสารที่มีคาร์บอน 6
อะตอม คือ กรดซิตริก[ citric acid ] และปล่อย
Co A(โคเอนไซม์ เอ เป็ นอิสระ)
กรดซิตริกนี้ จะถูกเปลีย่ นแปลงต่อไปอีกหลายขั้น
โดยใช้เอนไซม์หลายชนิด
.
ได้สารที่มี C = 4 อะตอม คือ กรด ออกซาโลแอซิติก
ในขณะที่มีการเปลีย่ นแปลงจะมีการปลดปล่อย C
ในรูป CO2 และพลังงานในรูป ATP, NADH , FADH2
. เรียกปฏิกิริยาช่วงนี้ จึ งถูกเรียกว่า
“ วัฏจักรเครบส์”
.
แอซิทิลโคเอนไซม์ เอ
มี C 2 อะตอม
Co A
+CCCC
กรดออกซาโลแอซิติก
CCCCCC
กรดซิตริก (C=6)
NADH CCCC
กรดออกซาโลแอซิติก
NAD+
H
O
CO
2
2
FADH
2
H2O
FAD
+
+
NAD
NAD
NADH
กรดซักซินิก CCCC
NADH
CCCCCกรดคีโทกลู
ATP
ทาริก
ADP+Pi
CO2
.FAD(flavin adenine dinucleotide) รับโปรตรอนและอิเล็กตรอนได้
.
+
FADH (FAD+2H + 2e FADH
ภาพแสดงปฏิกริ ิยาทีเ่ กิดขึน้ ภายในวัฏจักรเรรบส
.
. สรุปปฏิกิริยาที่เกิดขึ้ นภายในวัฏจักรเครบส์
1. ปฏิกิริยานี้ จะเกิดขึ้ นภายในส่วนของของเหลวที่อยู่ใน
ไมโทคอนเดรียที่เรียกว่า เมตริกซ์ [ matrix]
. 2. เป็ นปฏิกิริยาที่ทาให้เกิด H อิสระมากที่สุดคือ ใน
หนึง่ รอบของวัฏจักรเครบส์จะมี H เกิดขึ้ น 8 อะตอม
. 3. เป็ นปฏิกิริยาที่มีการเปลีย่ นอินทรีย ์ C ให้เป็ น
อนินทรียค์ าร์บอนได้อย่างสมบูรณ์ และในปฏิกิริยา
นี้ ทาให้เกิด CO2 มากที่สุดด้วย
.
4. มีพลังงานที่เกิดขึ้ นในรูปของ GTP เมือ่ ทาปฏิกิริยา
กับน้ าจะให้พลังงานสูงเช่นเดียวกับ ATP
5. ปฏิกิริยาในวัฏจักรเครบส์ 1 รอบจะได้ NADH+H+
3 โมเลกุล FADH2 1 โมเลกุล GTP 1 โมเลกุลและ
CO2 อีก 2 โมเลกุล.
6. ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้ นภายในวัฏจักรนี้ มีท้ งั หมด
16 อะตอมซึ่งก็จะถูกนาไปใช้ในกระบวนการถ่ายทอด
อิเล็คตรอนร่วมกับอิเล็คตรอนตัวอื่นๆ ต่อไป
.
.
กระบวนการถ่ายทอดอิเล็คตรอน [ Electron Transport Chain]
กระบวนการนี้ เกิดจากไฮโดรเจนอิสระทั้งหมดทีเ่ กิดขึ้ นในช่วง
ต่างๆ ทั้งไกลโคไลซิส การสร้างแอซิตีลโคเอนไซม์ เอ
และวัฏจักรเครบส์จะถูกตัวรับไฮโดรเจนนาเข้าสู่ระบบถ่ายทอด
อิเล็คตรอน จะมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้ นหลายขั้นตอนจนในทีส่ ุดก็
จะมีการรวมตัวกับออกซิเจนทีเ่ ราหายใจเข้าไปกลายเป็ นน้ า
และมีการคายพลังงานออกมาเป็ นจานวนมากซึ่งเกิดประโยชน์
มากมายต่อเซลล์ คือทาให้เซลล์สามารถไปสร้าง ATP ได้
และ
ทาให้การรวมตัวของไอโดรเจนกับออกซิเจนไม่เกิด
พลังงานมากจนถึงขั้นทีท่ าอันตรายต่อเซลล์ได้
.
.
. ในการสังเคราะห์ ATP อิเล็คตรอนทีห่ ลุดออกจากโมเลกุล
ของสารอาหารไม่ได้เคลือ่ นทีไ่ ปยัง ATP แล้วคายพลังงาน
เพือ่ ให้ ADP เอาไปสร้าง ATP โดยตรง แต่มนั จะมีสารมารับ
อิเล็คตรอนอื่นๆ ซึ่งเรียกว่า “ ตัวรับอิเล็คตรอน” [electron
carrier] แล้วถ่ายทดไปยังตัวนาอิเล็คตรอนอื่นๆ ขณะที่มีการ
ถ่ายทอดอิเล็คตรอนจะมีพลังงานปล่อยออกมาจากอิเล็คตรอน
พลังงานเหล่านี้ ก็จะเอาไปสังเคราะห์ ATP กระบวนการ
ดังกล่าวนี้ จึ งเกีย่ วข้องกับสาร 2 ประเภท คือสารที่เป็ นตัวนา
อิเล็คตรอนและตัวรับพลังงานจากอิเล็คตรอน [electron .
receptor] ในทีน่ ี้
สารที่ เป็ นตัวรับอิเล็คตรอนก็ได้แก่
.
พวกไซโทโครมชนิด
ต่างๆ เช่น cyt.a cyt.b cyt.q เป็ นต้น
.
สรุปลักษณะสารัญของกระบวนการถ่ ายทอดอิเล็รตรอน
1. กระบวนถ่ ายทอดอิเล็รตรอนนั้นจะเกิดขึน้ ภายในส่ วนทีเ่ ป็ น
รอยยัก ทีย่ นื่ เข้ ามาภายในไมโทรอนเดรียที่เรียกว่ า “รริสตี”้
[CHISTAE]
2. ตัวกลางทีท่ าหน้ าทีร่ ับ-ส่ ง ไอโดรเจนและอิเล็รตรอนมี
ตามลาดับดังนี้
cyt.q
FAD+หรือFMN
NAD+
cyt.b
cyt.a
cyt.a3
.
3. ทุกๆ 2 อะตอมของไฮโดรเจนทีผ่ ่ านกระบวนการจะทา
ให้ เกิดนา้ 1 โมเลกุล
4. พลังงานส่ วนใหญ่ ทไี่ ด้ จากการหายใจเกิดขึน้ ใกระบวนการ
ถ่ ายทอดอิเล็รตรอน สามารถเก็บเอาไว้ ได้ ถึง 34 ATP
5. ในการกลูโรส 1 โมเลกุล ถ้ าหากว่ าตัวรับอิเล็รตรอนทีเ่ ข้ า
มารับเป็ น FAD+ จะทาให้ ได้ พลังงาน ATP ทั้งหมด 34 ATP
แต่ ถ้า NAD+ มารับจะทาให้ ได้ พลังงานทั้งหมด 36 ATP
6. ออกซิเจนถือเป็ นตัวรับตัวสุ ดท้ ายในระบบการถ่ ายทอด
อิเล็รตรอนนี้ ดังนั้นออกซิเจนทีเ่ ราหายใจเข้ ามา
ก็เพือ่ เอามาใช้ ในกระบวนการนี้
.
. แก๊สออกซิเจน เป็ นสิง่ จาเป็ นต่อการดารงชีวิต
ของ
สิง่ มีชีวิต แต่ยงั มีสงิ่ มีชีวิตขนาดเล็กบางชนิดหรือเนื้ อเยือ่
บางอย่างถึงแม้จะไม่มีแก๊สออกซิเจนก็ยงั สามารถดารงอยู่
ได้ โดยได้พลังงานจากการสลายสารอาหารแบบ ไม่ใช้
ออกซิเจน สิง่ มีชีวิตเหล่านี้ ได้แก่ ยีสต์ แบคทีเรีย บาง
ชนิด เมล็ดพืช เป็ นต้น ส่วนกล้ามเนื้ อลายของสัตว์ ชั้นสูงก็
สามารถสลายสารอาหารโดยไม่ใช้ออกซิเจนได้เช่นกัน
.
.
. เป็ นปฏิกิริยาทีเ่ กิดจากการสลายกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจน
เริม่ ต้นด้วยไกลโคไลซิสเช่นเดียวกับการสลายสารอาหารแบบ
ใช้ออกซิเจนคือโมเลกุลของกลูโคสสลายได้กรดไพรูวิก 2
โมเลกุล แล้วปล่อย ATP 2 โมเลกุลกับไฮโดรเจน 4
อะตอม แต่ NADH + H+ จะถ่ายทอดอะตอมของไฮโดรเจน
แอซิตลั ดีไฮด์(acetaldehyde) ซึ่งเป็ นสารทีม่ ีคาร์บอน 2
อะตอม จึ งไม่สามารถนาเอา พลังงานจากอิเล็กตรอนทีม่ ีอยู่
ในอะตอมของ
ไฮโดรเจนมาสร้าง ATP ได้อีก.
.
สรุ ป…การเกิดกระบวนการหมักแอลกอฮอล
. ดังนั้น ในการสลายกลูโคส 1 โมเลกุล จึ งได้ ATP เพียง
2 โมเลกุลเท่านั้น เอทิลแอลกอฮอล์ทีไ่ ด้จากการสลายกูล
โคส ถ้ามีปริมาณมากจะเป็ นอันตรายแก่เซลล์
ผลผลิตของกระบวนการหมักแบบนี้ ทีส่ าคัญ คือ
เบียร์ สุรา ไวน์ ต่างๆ ในปั จจุบนั มีผูน้ าความรูน้ ไป
ี้ ผลิ
แอลกอฮอล์จากวัสดุเหลือทิ้ ง เช่น การผลิตแอลกอฮอล์จาก
กากน้ าตาล.
.
( Lactic acid fermentation )
. ในเนื้ อเยือ่ ของสัตว์ซึ่งสามารถสลายสารอาหารแบบใช้
ออกซิเจน ในบางกรณีเนื้ อเยือ่ ต้องการ ATP เป็ นจานวนมาก
ในระยะเวลาอันสั้น เช่น เนื้ อเยือ่ กล้ามเนื้ อในขณะ ออกกาลัง
กาย แต่เนือ่ งจากเลือดลาเลียงออกซิเจนให้ไม่ทนั ทาให้
ปริมาณ ATP ในเซลล์ลดลงอย่างรวดเร็วเซลล์จะสลาย
สารอาหารโดยกระบวนการหมักกรดแลกติก ซึ่งคล้ายกับ การ
หมักแอลกอฮอล์ แต่ NADH + H+ จะถ่ายทอดอะตอมของ
ไฮโดรเจนให้แก่กรดไพรูวิก.
สรุกปเป็…กระบวนการหมั
กกรดแลกติ
ก
. กรดแลกติ
นสารทีร่ ่างกายไม่ตอ้ งการ
เมือ่ สะสมมากขึ้
น
กล้ามเนื้ อจะล้าจนกระทัง่ ทางานไม่ได้ จะต้องได้รบั
ออกซิเจนมาชดเชยเพือ่ สลายกรดแลกติก ต่อไปจนได้
คาร์บอนไดออกไซด์และน้ า ซึ่งร่างกายจะกาจัดออกสู่ภายนอก
ได้ แบคทีเรียบางชนิดได้พลังงานจากการสลายสารอาหาร
โดยไม่ใช้ออกซิเจนทาให้เกิด กรดแลกติกเช่นกัน.
. การสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจนทั้ง 2 แบบดังกล่าว
เป็ นการสลายสารอาหารทีไ่ ม่สมบูรณ์เพราะเอทิลแอลกอฮอล์
และกรดแลกติกทีเ่ ป็ นผลิตภัณฑ์น้นั ยังมีพลังงานแฝงอยู่จานวน
มากและATP ทีเ่ กิดจากการหมักเหล่านี้ ไม่ได้สงั เคราะห์จาก
การถ่ายทอดอิเล็กตรอน แบคทีเรียบางชนิดหลังจาก
กระบวนการไกลโคไลซิสแล้ว จะใช้สารอนินทรียท์ ีไ่ ม่ใช้
ออกซิเจน.
.
http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter07notesLewis.htm
.
http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter07notesLewis.htm