Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
กระบวนการเมแทบอลิซึม (Metabolism) - Coggle Diagram
กระบวนการเมแทบอลิซึม
(Metabolism)
พลังงานและกระบวนการเมแทบอลิซึม
กฎอุณหพลวัต
(อุณหพลศาสตร์)กล่าวว่าพลังงานมีการเปลี่ยนรูปจากรูปหนึ่งเป็นอีกรูปหนึ่งได้โดยที่
กฎการอนุรักษ์พลังงานคงที่
(law of conservation of energy))
การเปลี่ยนรูปพลังงานในสิ่งมีชีวิตมี 4 แบบ ดังนี้
โฟโตเคมิคัล
(photochemical)
เป็นการเปลี่ยนรูปพลังงานรังสีมาเป็นพลังงานเคมีเช่นเกิดขึ้นในกระบวนการสั่นด้วยแสง
เคมิคัล
(chemical)
เป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมี โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของอะตอมในโมเลกุลขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
เมคานิคัล
(mechamical)
คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานกล
เช่น การเคลื่อนไหวของพืชและสัตว์ การหดตัวของกล้ามเนื้อ
อิเล็กทรอเคมิคัล
(electrochemical)
เป็นการถ่ายพลังงานเคมีจากสารชนิดหนึ่งไปให้สารอีกชนิดหนึ่งโดยการถ่ายอิเล็กตรอน
-ปฏิกิริยาชีวเคมีในสิ่งมีชีวิตเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน
ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดว่า ปฏิกิริยานั้นจะเกิดขึ้นได้อย่างไร
-เอนไซม์จะเป็นตัวควบคุมเพื่อทำให้กระบวนการเมแทบอลิซึมเกิดขึ้นเป็นขั้นตอนตามลำดับอย่างมีระเบียบ
▪
1 แคลอรี (calorie, cal)
คือ จำนวนความร้อนที่ทำให้น้ำจำนวน 1 กรัม มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศาเซลเซียส
▪
1 กิโลแคลอรี (Kilocalorie, Kcal)
คือจำนวนความร้อนที่ทำให้น้ำจำนวน 1 กิโลกรัม มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศาเซลเซียส
❑ ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานที่มีหน่วยเป็นจูลและแคลอรี มีดังนี้
▪ 1 แคลอรี = 4.184 จูล
▪ 1 กิโลแคลอรี = 4.184 กิโลจูล = 4,184 จูล
❑ การเปลี่ยนพลังงานจากหน่วยกิโลแคลอรี เป็นหน่วยกิโลจูล
▪ พลังงาน 3,000 กิโลแคลอรี เท่ากับ 3,000 x 4.184 KJ = 12,550 กิโลจูล
การเปลี่ยนแปลงของพลังงาน
และปฏิกิริยาเคมี
เอนเดอร์โกนิก
(endergonic)
ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นมีการใช้พลังงาน
หรือดูดพลังงานเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดได้
มีพลังงานอิสระที่เกิดขึ้นมากกว่าพลังงานอิสระเริ่มต้น
หรือพลังงานอิสระที่เปลี่ยนไปจากเดิม มีค่าเป็นบวก (+G)
เช่น ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง
เอกเซอร์โกนิก
(exergonic)
ปฏิกิริยาเคมี มีการปล่อยพลังงานออกไป ในขณะที่เกิดปฏิกิริยาเคมี
มีพลังงานอิสระเหลือน้อย จะให้ค่าของพลังงานอิสระที่เปลี่ยนไปจากเดิมมีค่าเป็นลบ (-G)
ปฏิกิริยาการสลายน ้าตาลกูลโคสในการหายใจแบบใช้ออกซิเจนของสิ่งมีชีวิต
FAD & NAD
FAD (flavin adenine dinucleotide)
มีโครงสร้างและหน้าที่คล้ายๆกับ NAD (nicotinamide adenine dinucleotide)
สูตรโครงสร้างของ NAD ประกอบด้วย niacin (หรือ nicotinic acid ซึ่งคือ วิตามิน B
ทั้ง 2 ตัวทำหน้าที่เป็นโคเอนไซม์ในระบบถ่ายทอดอิเล็กตรอน ช่วยให้เอนไซม์ dehydrogenase ทำหน้าที่โยกย้ายไฮโดรเจนจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง
อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต
(adenosine triphosphate หรือ ATP)
ATP
สารที่มีพันธะเคมีพลังงานสูงทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการนำเอาพลังงานจากที่หนึ่งไปใช้อีกที่หนึ่ง
พันธะโควาเลนซ์ที่จับกับหมู่ฟอตเฟต เมื่อพันธะถูกทำลาย
จะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมาก เป็นพันธะที่มีพลังงานสูง
ฟอสโฟริเลชัน
(phosphorylation)
คือกระบวนการสังเคราะห์พันธะเคมีที่มีพลังงานสูงของ ATP เกิดขึ้นได้ 2 แบบ
ซับสเตรตฟอสโฟริเลชัน
(substrate phosphorylation)
การ
ถ่ายทอดกลุ่มฟอสเฟต
จากสารที่มีพันธะเคมีพลังงานสูงกว่ามาให้ ADP โดยตรง
ในเซลล์มีเอทีพีอยู่ไม่มาก เพราะถูกใช้และถูกสร้างขึ้นใหม่ตลอดเวลา
ในเซลล์มีสารประกอบหลายตัวที่มีหมู่ฟอสเฟต และมีพลังงานสูงกว่า ATP เช่น
phosphoenolpyruvate และ 1,3 -diphosphoglycerate สามารถถ่ายทอดหมู่ฟอสเฟตให้
การเปลี่ยน AMP หรือ ADP กลับมาเป็น ATP
ต้องรับหมู่ฟอสเฟตและใช้พลังงาน
ออกซิเดทีฟ ฟอสโฟริเลชัน
(oxidative phosphorylation)
การรวมตัวของ ADP กับฟอสเฟต
ในขณะที่เกิดการถ่ายทอดอิเล็กตรอนไปให้ออกซิเจนในกระบวนการหายใจในไมโทคอนเดรีย
เป็นการ
สร้าง ATP โดย NADH และ FADH
สามารถถ่ายอิเล็กตรอนให้แก่ออกซิเจน ผ่านลูกโซ่ขนส่งอิเล็กตรอน (electron transport chain) ในไมโทคอนเดรีย (mitochondria) ทำให้
เกิดพลังงานที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่าง ADP กับฟอสเฟตเป็น ATP
NADH 1 โมเลกุลจะปลดปล่อยพลังงานเพียงพอสำหรับการสังเคราะห์ ATP 2.5 โมเลกุล
ส่วน FADH ได้เพียง 1.5 ATP เท่านั้น
เมตาบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต
Carbohydrate metabolism
Aerobic respiration
Glycolysis pathway
คือวิถีเมตาบอลิซึมที่เ
ปลี่ยนกลูโคสไปเป็นไพรูเวท
และพลังงาน
เกิดในไซโตพลาสซึม
ของเซลล์ทุกเซลล์ประกอบด้วย 10 ปฏิกิริยา
ใน
สภาวะที่มีออกซิเจน
อิเล็คตรอนจะถ่ายทอดจาก NADH ไปให้ออกซิเจนผ่านลูกโซ่ขนส่งอิเล็กตรอน
ใน
สภาวะที่มีออกซิเจนไม่เพียงพอ
จะมีการสร้าง NAD+ กลับคืนมาโดยเอาอิเล็กตรอนจาก NADH ไปให้ไพรูเวทเพื่อสร้างกรดแล็คติก
ความเข้มข้นของ ATP เป็นตัวควบคุมวิถี
Link reaction
Link reaction: pyruvate เข้าไปในไมโตรคอนเดรีย แล้วเปลี่ยนเป็น
acetyl CoA
โดยเอนไซม์ pyruvate dehydrogenase complex ซึ่งประกอบด้วย 3 เอนไซม์ และต้องการ
coenzyme 5 ชนิด
คือ
TPP, lipoamide , NAD+, FAD, Coenzyme A,
ระบบลำเลียง
(Shutter system)
NADH ที่เกิดในไซโตพลาสซึมถูกนำเข้าไปในไมโตรคอนเดรียโดย
ผ่านระบบลำเลียง 2 ชนิด คือ
Malate-aspartate shuttle
• เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ ไต ตับ
1 NADH→1 NADH = 3 ATP / 2.5 ATP
Glycerophosphate shuttle
• เซลล์สมอง กล้ามเนื้อ
1 NADH →1 FADH = 2 ATP / 1.5 ATP
Anaerobic respiration
เกิดในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน ( Anaerobic Respiration)
ATP ที่ได้จะมาจากกระบวนการ substrate-level phosphorylation ขณะที่กลูโคสเปลี่ยนเป็นไพรูเวต
ผลผลิตสุดท้าย จากกระบวนการหมัก อาจจะเป็นแอลกอฮอล์ (ethanol) (ในยีสต์) หรือแลกเตต(lactate ) ( ในแบคทีเรียบางชนิด และ ในกล้ามเนื้อ)
ในกระบวนการหมักกรดแลกติก ผลผลิตสุดท้ายของไกลโคลิซีส คือ ไพรูเวต ทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนเพื่อจะออกซิไดซ์ NADH กลับไปเป็น NAD +
การควบคุมเมตาบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต
ฮอร์โมนอินซูลิน
– ส่งเสริมการสร้างไกลโคเจนในเซลล์ตับ
กล้ามเนื้อ และในเนื้อเยื่อไขมัน
ฮอร์โมนอะดรีนาลีน
– กระตุ้นการสลายไกลโคเจนในกล้ามเนื้อได้ Glucose – 1-Phosphate
เพื่อส่งเข้าสู่วิถีไกลโคไลซีส
ฮอร์โมนกลูคากอน
– กระตุ้นการสลายไกลโคเจนในตับได้เป็นกลูโคสส่งไปให้กล้ามเนื้อ และรักษาระดับน้ำตาลในเลือด