Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
เมแทบอลิซึมของสารชีวโมเลกุล กลุ่มที่3, กระบวนการเมแทบอลิซึมเกิดขึ้นในตับ,…
เมแทบอลิซึมของสารชีวโมเลกุล กลุ่มที่3
โปรตีน
การสังเคราะห์กรดอะมิโน
สังเคราะห์จากสารตัวกลางในกระบวนการไกลโคไลซิส,วัฏจักรกรดซิตริก
วิถีเพนโทสฟอสเฟต ในคาร์โบไฮเดรต
Glutamate และ Glutamine เป็นตัวให้หมู่ไนโตรเจน
จัดได้ 6 กลุ่ม แบ่งตามสารตั้งต้นในการสังเคราะห์
1.Alpha-Ketoglutarate 5.Pyruvate
2.3-Phosphoglycerate 6.Ribose 5-phosphate
3.Phosphoenolpyruvate and Erythrose 4-phosphate
4.Oxaloacetate
การสังเคราะห์กรดอะมิโนเชื่อมโยงกับ
กระบวนการเมแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต
การสลายกรดอะมิโน
กรดอะมิโนมากเกินไปจะถูกสลาย ไม่สามารถสะสมไว้ได้
ระหว่างอดอาหาร คาร์โบไฮเดรตไม่เพียงพอจะสลายโปรตีน
นำไปใช้ให้พลังงานแก่ร่างกายแทน
สลายโดยการออกซิเดชันได้แอมโมเนียม,ยูเรีย,กรดยูริก,
กลูโคส,คีโตนบอดี
กรดอะมิโนเปลี่ยนเป็นกลูโคส
กรดอะมิโน 7 ตัว ได้แก่ phenylalanine, tyrosine, isoleucine,
leucine, tryptophan, Threonine และ lysine
ตัวกลาง คือ acetoacetyl Co A หรือ acetyl Co A
สามารถผลิตคีโตนบอด้ีในตับได้
กรดอะมิโนที่สลายแล้วให้ pyruvate,Beta-ketoglutarate,succinyl Co A, fumarate และ Oxaloacetate สามารถเปลี่ยนเป็นกลูโคสและไกลโคเจนได้
สภาวะที่เป็นโรคเบาหวานอย่างควบคุมไม่ได้ ตับจะผลิตตคีโตนบอด้ี
จากทั้งกรดอะมิโนและไขมัน
วัฎจักรยูเรีย
1.สร้าง citruline จาก ornithine และ carbamoyl phosphate
ซึ่งcitruline จะผ่านเข้าสู่ไซโทซอล
2.สร้าง argininosuccinateโดยมีสารตัวกลางคือ citrullyl-AMP
3.สร้าง arginine จาก argininosuccinate ปฏิกิริยาน้ีมีการปลดปล่อย fumarate ซึ่งจะเข้าสู่วัฏจักรกรดซิตริกต่อไป
4.สร้าง ureaโดยปฏิกิริยาขั้นตอนน้ีจะเป็นการสร้าง ornitine ข้ึนอีกครั้ง
ปฏิกิริยาที่ต้องการไนโตรเจน มี 2 ปฏิกิริยา
1.ปฏิกิริยาท่ีเร่งด้วยเอมไซม์ carbamoy lphosphate synthetase I ไนโตรเจนตัวแรกเข้ามา
ใช้หมู่ฟอสเฟตจากATP 2โมเลกลุ สังเคราะห์Carbamoyl phosphate
2.ปฏิกิริยาที่เร่งด้วยเอมไซม์ argininosuccinatesynthetase โดยไนโตรเจนตัวท่ีสองเข้ามาโดย aspartate
ซึ่งออกซิเจนตัวหน่ึงของ citruline ถูกกระตุ้นด้วยการเติมAMPและต่อมาเติม aspartate
แร่ธาตุและวิตามินที่เกี่ยวข้อง
แร่ธาตุที่ร่างกายต้องการในปริมาณน้อย
2.สังกะสี (Zinc) ยับยั้งการทํางานของโปรตีนนําส่งสัญญาณ
1.ธาตุเหล็ก(Iron) หากธาตุเหล็กมากเกินความต้องการของร่างกาย
ธาตุเหล็กจะจับกับโปรตีนอะโพเฟอร์ริทิน (apoferritin) ในเซลล์
กลายเป็นเฟอร์ริทิน (ferritin) เพื่อสะสมในเซลล์
วิตามิน (วิตามินที่ไม่ละลายน้ำ)
1.วิตามินC เมื่ออยู่ในรูปรีดิวซ์จะอยู่ในรูปกรดแอสคอร์บิก (ascorbic acid หรือ AA) มีหน้าที่ควบคุมการหลั่งคลอไรด์ผ่านช่องโปรตีน
2.วิตามินB7 สลายกรดอะมิโนบางชนิด
3.วิตามินB6 เป็นโคเอนไซม์ในเมแทบอลิซึม
4.วิตามินB2 สําคัญในเมแทบอลิซึมกรดอะมิโน
กรดนิวคลิอิก
การสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์
1.De novo pathway เป็นการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์จากสารตั้งต้นที่มีขนาดเล็ก
เช่นกรดอะมิโน, ribose-5-Phosphate, CO2, NH3
2.Salvage pathway เป็นการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์จากเบสอิสระ
กับ 5-phophoribosyl-1-pyrophosphate
ที่มาจากอาหารหรือการย่อยสลายกรดนิวคลีอิก
การสังเคราะห์ Deoxyribonucleotides
Deoxyribonucleotides ได้แก่ dATP,dGTP,dCTP และ dUDP จะถูกเปลี่ยนเป็น dTTP ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์ DNA โดยจะถูกสังเคราะห์จาก ribonucleoside diphosphates
โดยปฏิกิริยามีการรีดักชั่นที่ Cตำแหน่งที่สองหมู่ไฮดรอกซิล ของ ribose แล้วเกิดเป็น deoxyribose เร่งโดยเอนไซม์ ribonucleotide reductase และใช้อะตอมไฮโดรเจนจากNADPH
ใน DNA จะมีเบส Thymine โดย thymine นั้นสังเคราะห์มาจาก dUMP ซึ่งเร่งโดยเอนไซม์
Thymidylate synthase
การสังเคราะห์ Purine nucleotide
สังเคราะห์โดย de novo pathway มีสาร PRPP และ glutamine ซึ่งเป็นสารเริ่มต้นในกระบวนการสังเคราะห์ purine nucleotides
เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ glutamine-PRPP amidotransferase
5-phosphoribosylamine จะเกิดปฏิกิริยาต่อไปจนได้ผลผลิตคือ Inosinate หรือ IMP ซึ่งก็คือนิวคลีโอไทด์ตัวแรกที่ได้จากการสังเคราะห์
IMP จะถูกเปลี่ยนเป็น AMP โดยการเติมหมู่ -NH2 ที่ตำแหน่ง C6
และ IMP จะถูกเปลี่ยนเป็น GMP โดยการเติมหมู่ -NH2 ที่ตำแหน่ง C2โดยกรดอะมิโนกลูตามีนเป็นตัวให้อะตอม N และต้องการ ATP เป็นแหล่งพลังงาน
สังเคราะห์โดย Salvage pathway โดยมีความเกี่ยวข้องกับ 2 เอนไซม์คือ 1)เอนไซม์ APRT และ2)เอนไซม์ HGPRT
โดยทั้งสองเอนไซม์จะเร่งปฏิกิริยา phosphoribosyl transferaseและ กระตุ้นการถ่ายโอนของ 5-phosphate จาก PRPP ไปยังฐาน purine
และกระบวนการแบบ salvage pathway เป็นกระบวนการที่ใช้เบสและPRPP เพื่อผลิต purine nucleotides
PRPP + Base >>>Nucletide + PPi
การสลายกรดนิวคลีอิก
เกิดจากการสลาย mRNA ที่ไม่เสถียร หรือ mRNA ที่ไม่ถูกนำไปใช้ในการสังเคราะห์สาย polypeptide
เกิดจากการสลายระหว่างที่ DNA มีการซ่อมแซมภายในเซลล์
เกิดการสลายระหว่างที่ DNA มีการจำลองเข้าคู่ของเบสผิด
กรณีที่ที่เซลล์ตายหรือร่างกายย่อยสลายกรดนิวคลีอิกในอาหาร
การสลาย DNA และ RNA
เป็นการสลายที่เป็นการได้เบสและนำ้ตาล ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในกระบวนการสังเคราะห์ purine และ pyrimidine ต่อไป
การสลาย purine และ pyrimidine
Purine จะสลายออกมาในหลายรูปแบบขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิต เช่น uric acid ,Allantonic acid , urea และ NH3 กับ CO2
Pyrimidine เบส uracil สลายได้ Acetyl CoA เบส thymine สลายได้ Succinyl CoA ซึ่งจะเข้าสู่ Krebs cycle ต่อไป
บทบาทของกรดนิวคลีอิกต่อเมแทบอลิซึมแร่ธาตุและวิตามิน
ฟอสฟอรัส (phosphorus) โดยฟอสฟอรัสนั้นใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบพลังงานสูง เป็นองค์ประกอบของสารชีวโมเลกุล การสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกจึงจัดว่าเป็นองค์ประกอบสำคัญของกรดนิวคลิอิก
โฟเลตหรือวิตามินบี9 เป็นวิตามินที่ทำงานเป็นโคเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ
ไนอะซินหรือวิตามินบี3 เป็นสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์สารนิวคลีโอไทด์หลายชนิด เช่น nicotinamide adenine dinucleotide
ไขมัน
คีโตนบอด้ี (Ketone Body)
การสร้าง ketone body จาก acetyl Co A
สร้างคร้ังแรกที่ตับเกิดข้ึนในแมทริกซ์ของไมโทคอนเดรียจะผลิต ketonebodiesในระดับต่ำเมื่อมีการสะสมacetylCoA เอ็นไซม์ Thiolaseจะเร่งปฏิกิริยาการรวมตัวของ acetyl Co A 2 โมเลกลุ ได้เป็น acetoacetyl- Co Aเป็นสารประกอบหลังของ ketonebodies ทั้ง3ชนิด ต่อมารวมกับacetylCoAอีก1โมเลกลุ จะได้HMG-Co A โดยเมื่อทำให้ HMG- Co A แตกออก ก็จะทำให้ได้acetoacetate และ acetyl Co A ซึ่ง acetoacetate จะถูกใช้ในการสังเคราะห์ acetone และ
ดี-เบต้า-hydroxybutyrate
ดี-เบต้า-hydroxybutyrate
ดี-เบต้า-hydroxybutyrate ถูกออกซิไดส์ไปเป็น acetoacetate
ถูกกระตุ้นโดย coenzyme A ที่ไดมาจาก. Succinyl-Co A
AcetoacetylCoAที่ได้ถูกแยกเป็นacetylCoA เร่งโดยเอ็นไซม์ thiolase
การสร้างคีโตนบอดี้และการขนส่งจากตับ
สภาวะที่ส่งเสริมการเกิดกระบวนการ Gluconeogenesis และการชะลอวัฏจักรกรดซิตริก มีการดึง Oxaloacetate ไปใชสังเคราะห์กลูโคส และมีการนำ acetyl Co A สังเคราะห์ Ketone bodies ซึ่งการปลดปล่อย
Co A ก็จะทำให้เกิดการออกซิไดส์กรดไขมัน
การสลายกรดอะมิโนจะได้คีโตนบอดี้
กลไกการขนส่งกรดไขมัน
เกิดการออกซิเดชั่น
กรดไขมันสายยาวถูกออกซิไดส์ให้ acetyl เพื่อนำไปสร้าง acetyl Co A
กระบวนการน้ีเรียกว่า เบต้า-ออกซิเดชั่น
2.หมู่acetylถูกออกซิไดส์ในวัฏจักร กรดซิตริกให้คาร์บอนไดออกไซต์
3.อิเล็กตรอนจากขั้นที่1และ2จะถูก ส่งไปยังลูกโซ่ขนส่งโดยมีออกซิเจนเข้ามารับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายและเกิด การสังเคราะห์ ATP
การออกซิไดซ์กรดไขมัน
ถูกกระตุ้นเป็น Fatty acyl Co A ในไซโทซอล
ถูกสร้างขึ้นภายในไมโทคอนเดรีย
กลไกการออกซิไดซ์เกิดข้ึนภายใน แมทริกซ์ของไมโทคอนเดรีย ซึ่งไม่ยอมให้ Coenzyme A และ อนุพันธุ์ ผ่านได้
มีเอ็นไซม์ carnitine acyltransferase I ที่เยื่อหุ้มชั้นนอกของไมโทคอนเดรียเพื่อทำให้กรดไขมัน จับกลับ carnitine ชั่วคราว และจะเข้ามาท่ีช่องว่างคะหว่างเยื่อหุ้มชั้นนอกและใน และผ่านเข้าทางตัวขนส่ง acyl-carnitine/carnitine transporter
เอ็นไซม์ carnitine acyltransferase II จะย้ายหมู่ fatty acyl จาก carnitine ไปให้ coenzyme A ท่ีอยู่ในไมโทคอนเดรีย และปล่อย carnitine อิสระออกมา ก็จะถูกส่งออกมาทาง acyl-carnitine/carnitine transporter นำกลับมาใช้ใหม่
การสังเคราะห์กรดไขมัน
ลำดับการสังเคราะห์ 4 ขั้นตอน
ปฏิกิริยาการรวมตัว(condensation) ของหมู่ malonyl และ acetyl
ที่ถูกกระตุ้นโดยมีการกำจัดคาร์บอนไดออกไซต์ออกมาจากหมู่malonylเกิดหมู่ acylที่มีสายยาวเพิ่มอีก2คาร์บอนอะตอม
หมู่ เบต้า-keto ที่ได้ถูกรีดิวซ์ไปเป็นแอลกอฮอล์
3.เกิดการกำจัด(H2O) ได้เป็นพันธะคู่
พันธะคู่ถูกรีดิวซ์สร้างหมู่ fatty acyl ท่ีอิ่มตัว
ปฏิกิริยาโดยรวมทั้งหมดในการสังเคราะห์ palmitate จาก acetyl Co A
การสร้างโมเลกุล malonyl-CoA จำนวน 7 โมเลกลุ
เกิดปฏิกิริยาการรวมตัวและรีดักชั่นจำนวน 7 รอบ
การสังเคราะห์ Malonyl- Co A
biotin carrier protein
biotin carboxylase
Transcarboxylase
การสังเคราะห์กรดไขมันชนิดอื่น
Palmitate เป็นสารตั้นต้นในการสังเคราะห์ stearate และกรดไขมันอิ่มตัว สาย ยาวอื่นๆและกรดไขมันไม่อิ่มตัว
palmitoleateและ oleate สัตวเ์ลี้ยงลูกด้วยนม ไม่สามารถเปลี่ยน oleate ไปเป็น lionoleate หรือเบต้า-linolenate
NADPHใช้ในการสังเคราะห์กรดไขมัน
วิตามินที่ละลายในไขมัน
วิตามินเอหรือเรตินอล (retinol)
ได้จากผักและผลไม้
วิตามินดี (calciferol)
ได้รับจากอาหารจําพวกพืช ยีสต์ และเชื้อรา
วิตามินอี (tocopherol)
ถั่ว น้ํามันพืช ผลไม้ และผักใบเขียว
วิตามินเค (phylloquinone หรือ menaquinone)
ได้จากแบคทีเรียในลําไส้
คาร์โบไฮเดรต
ไกลโคไลซิส (Glycolysis)
แบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน
preparatory phase : ATP จะถูกใช้ในการเปลี่ยนกลูโคสไปเป็น fructose1,6-bisphosphate และพันธะC-3 และ C-4จะถูกสลายให้ triose phosphate 2 โมเลกุล
payoff phase : แต่ละโมเลกลุ ของ glyceraldehyde 3-phosphateจะถูกออกซิไดส์และใหพ้ลงังานสะสมในรูปATP และNADH
เป็นกระบวนการสลายกลูโคส โดยกลูโคสจะถูกออกซิไดส์ให้ ไพรูเวต 2 โมเลกุล และให้พลังงานในรูป ATP และ NADH
คาร์โบไฮเดรตอื่น ๆ สามารถเปลี่ยนไปเป็นสารตัวดลางอื่นในกระบวนการไกลโคไลซิสได้
เช่น Polysaccharide, glycogen, starch, disaccharide
การสลายไกลโคเจนในตับ
ได้พลังงานและน้ำตาลส่งเข้ากระแสเลือด เพื่อรักษาระดับน้ำตาลในเลือด
กลูโคสถูกตัดออกทางปลาย non reducing ของสายไกลโคเจน ด้วยเอนไซม์ glycogen phosphorylase ได้ Glucose 1- phosphate ซึ่งจะเข้าสู่กระบวนการไกลโคลิซิสต่อไป
ในยีสต์ละจุลชีพอื่นๆ สามารถสลายกลูโคสจนได้เอทานอลและ คาร์บอนไดออกไซต์
การสร้าง Acetyl Coenzyme A
ไพรูเวตที่ได้จะถูกส่งผ่านเข้าสู่ไมโทคอนเดรีย แล้วเปลี่ยนไปเป็น Acetyl Co A โดยการดึงหมู่คาร์บอกซิลออกได้เป็นคาร์บอนไดออกไซต์
ปฏิกิริยาน้ีอาศัยกลุ่ม เอ็นไซม์ Pyruvate dehydrogenase complex จากนั้น Acetyl Co A ที่เกิดข้ึน จะเข้าสู่ TCA cycleหรือวัฏจักรเครบส์
วัฏจักรเครบส์(Citric acid cycle)
Acetyl Co A จะเข้าสู่วัฏจักรกรดซิตริกในปฏิกิริยาแบบไม่ย้อนกลับ
โดยมีเอ็นไซม์ที่เก่ียวข้อง 3 ตัว
Isocitrate dehydrogenase
Citrate Synthase
Alpha - ketoglutarate dehydrogenase
ให้สารพลังงานสูงในรูปของ GTP จำนวน 1 โมเลกุล และ reducing equivalents ในรูปของ NADH จำนวน 3 โมเลกุล และ FADH2 จำนวน1โมเลกุล
มีความสำคัญ
เป็นทั้งกระบวนการสร้างและสลายโดยเป็นจุดศูนย์กลางของเมทาบอลิซึมต่างๆ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการสลายต่างๆ จะเข้าสู่วัฏ จักรเพื่อสังเคราะห์พลังงาน
Oxidative phosphorylation and electron transport chain
การขนส่งอิเล็กตรอน
การขนส่งอิเล็กตรอนจาก NADH และสารตั้งต้นอื่นๆ ท่ีถูกออกซิไดซ์ได้ไปยังตัวขนส่งต่างๆ ที่เรียงตัวในเยื่อหุ้มในของไมโทรคอนเดรีย
การไหลผ่านของอิเล็กตรอนจะเกิดควบคู่กับการผ่านโปรตอนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์
โดยแรงในการขับเคลื่อนโปรตอน จะเข้าสู่แมทริกซ์ทำให้เกิดพลังงานในการสังเคราะห์ ATP
Oxidative phosphorylation
การออกซิเดชั่นหรือการสลายกลูโคส 1โมเลกุลในสภาวะท่ีมีออกซิเจนจะให้ CO2 และ ATP จำนวน 30-32 โมเลกุล
วิถีเพนโตสฟอสเฟต ( Pentose phosphate pathway)
จะเกิดในเซลล์ที่มีอัตราการแบ่งเซลล์สูง เช่น Bone marrow, Skin ,Intestinal mucosa เพื่อใช้ pentose ในการสังเคราะห์ RNA, DNA, coenzymes
ได้ผลิตภัณฑ์ที่สำคัญ
NADPH เพื่อใช้ในการสังเคราะห์กรดไขมัน และ กรดอะมิโน
Ribose 5-phosphate สำหรับการสงัเคราะห์กรดนิวคลีอิก
กระบวนการสร้างคาร์โบไฮเดรต
เป็นการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตจากสารโมเลกุลเล็กๆ โดยใช้พลังงานท่ีได้จาก ATP และ รีดิวซิงอิควิวาเลนซ์ (NADPH และ NADH) ปฏิกิริยาที่เกิดข้ึนจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับกระบวนการสลาย บาง ปฏิกิริยาใช้ร่วมกัน คือสามารถเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ
แบ่งออกเป็น 2 กระบวนการ
Gluconeogenesis
เป็นกระบวนการสังเคราะห์กลูโคสจากสารที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรตได้แก่ กรดแลกติก ไพรูเวต
กลีเซอรอล และสารตัวกลางอื่นๆ
การสังเคราะห์กลูโคสจากไพรูเวตเกิดข้ึนโดยการทวนปฏิกิริยา ต่างๆ ของการสลายกลูโคส
Glycogenesis
การสลายไกลโคเจนในตับจะทำให้ได้พลังงานและน้ำตาลส่งเข้า กระแสเลือดเพื่อรักษาระดับน้ำตาลในเลือด
การสังเคราะห์ไกลโคเจน
เอากลูโคสมาเติมหมู่ฟอสเฟต ทำให้ได้ glucose 6-phosphateแล้วเปลี่ยนเป็น glucose 1-phosphate
glucose 1-phosphate จะทำปฏิกิริยากับ UTP โดยอาศัยเอ็นไซม์ UDP-glucose pyrophosphorylase ทำให้เกิดเป็น Uridine ซึ่ง UDP-glucose น้ีจะเข้าไปต่อกับโมเลกุลของไกลโคเจนที่มีอยู่แล้ว ด้วยพันธะ alpha 1,4 glycosidic โดยอาศัยเอ็นไซม์ glycogen synthase
กระบวนการเมแทบอลิซึมเกิดขึ้นในตับ
*สารตัวกลางที่สำคัญในวิถีการสังเคราะห์คือ PRPP