Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
กระบวนการเมแทบอลิซึม (Metabolism) - Coggle Diagram
กระบวนการเมแทบอลิซึม (Metabolism)
พลังงานและกระบวนการเมแทบอลซึม
(Energy and Metabolism)
กฎอุณหพลวัต (thermodynamic) กล่าวว่า พลังงานมีการเปลี่ยนรูปจากรูปหนึ่งเป็นอีกรูปหนึ่งได้โดยที่พลังงานไม่สูญหายไปและไม่เพิ่มขึ้น หรือที่เรียกว่า กฎการคงอยู่ของพลังงาน (law of conservation of energy)
การเปลี่ยนรูปพลังงานในสิ่งมีชีวิตมี 4 แบบ ดังนี้
1.โฟโตเคมิคัล (photochemical)
เป็นการเปลี่ยนรูปพลังงานรังสีมาเป็นพลังงานเคมี เช่น เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
2.อิเล็กทรอเคมิคัล (electrochemical)
เป็นการถ่ายพลังงานเคมีจากสารชนิดหนึ่งไปให้สารอีกชนิดหนึ่ง โดยการถ่ายอิเล็กตรอน
3.เคมิคัล (chemical)
เป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมี โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของอะตอมในโมเลกุลขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
4.เมดานิคัล (mechanical)
คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานกล เช่น การเคลื่อนไหวของพืชและสัตว์ การหดตัวของกล้ามเนื้อ
ข้อมูลทั่วไป
ปฏิกิริยาชีวเคมีในสิ่งมีชีวิตเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดว่า ปฏิกิริยานั้นจะเกิดขึ้นได้อย่างไร
เอนไซม์จะเป็นตัวควบคุมเพื่อทำให้กระบวนการเมแทบอลิซึมเกิดขึ้นเป็นขั้นตอนตามลำดับอย่างมีระเบียบ
พลังงานที่ได้จากกระบวนการแคทาบอลิซึมของสารอาหารในร่างกายจะอยู่ในรูปของพลังงานความร้อน มีหน่วยเป็นแคลอรี
1 แคลอรี (calorie, cal) คือ จำนวนความร้อนที่ทำให้น้ำจำนวน 1 กรัม มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น1 องศาเซลเซียส เช่น น้ำ 1 กรัม จาก 25 เป็น 26 องศาเซลเซียส
1 กิโลแคลอรี (Kilocalorie, Kcal) คือจำนวนความร้อนที่ทำให้น้ำจำนวน 1 กิโลกรัม มีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 องศาเซลเซียส เช่น น้ำ 1 กิโลกรัม จาก 25 เป็น 26 องศาเซลเซียส
การเปลี่ยนพลังงานจากหน่วยกิโลแคลอรี เป็นหน่วยกิโลจูล
พลังงาน 3,000 กิโลแคลอรี เท่ากับ 3,00 x4.184 KJ = 12,550 กิโลจูล
ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานที่มีหน่วยเป็นจูลและแคลอรี มีดังนี้
1 แคลอรี = 4.184 จูล
1 กิโลแคลอรี = 4.184 กิโลจูล = 4,184 จูล
พลังงาน เป็นหน่วยจูล (Joule)
ปริมาณความร้อน 1จูล (1 J) คือ ปริมาณความร้อนที่มีขนาดเท่ากับงานที่เกิดจากแรง 1นิวตัน (N) กระทำต่อวัตถุแล้วมีผลให้วัตถุนั้นเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของแรงกระทำเป็นระยะทาง 1 เมตร (m)
หรือความร้อนที่เกิดขึ้นจากการที่กระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ วิ่งผ่านความต้านทาน 1 โอห์ม ในเวลา 1 วินาที
ฟอสโฟริเลชัน (phosphorylation)
คือกระบวนการสังเคราะห์พันธะเคมีที่มีพลังงานสูงของ ATP เกิดขึ้นได้ 2 แบบ
โดยการถ่ายทอดกลุ่มฟอสเฟตจากสารที่มีพันธะเคมีพลังงานสูงกว่ามาให้ ADP โดยตรง เรียกว่า
ซับสเตรตฟอสโฟริเลชัน (substrate phosphorylation)
เป็นปฏิกิริยาถ่ายทอดกลุ่มฟอสเฟตจากสารที่มีพันธะเคมีพลังงานสูงกว่ามาให้ ADP โดยตรง
โดยการรวมตัวของ ADP กับฟอสเฟต ในขณะที่เกิดการถ่ายทอดอิเล็กตรอนไปให้ออกซิเจนในกระบวนการหายใจ ในไมโทคอนเดรีย เรียกว่า
ออกซิเคทีฟฟอสโฟริเลชัน (oxidative phosphorylation)
เป็นการสร้าง ATP โดย NADH และ FADH2 สามารถถ่ายอิเล็กตรอนให้แก่ออกซิเจน ผ่านลูกโซ่ขนส่งอิเล็กตรอน (electron transport chain) ในไมโทคอนเดรีย (mitochondria) ทำให้เกิดพลังงานที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาระหว่าง ADP กับฟอสเฟตเป็น ATP
NADH 1 โมเลกุลจะปลดปล่อยพลังงานเพียงพอสำหรับการสังเคราะห์ ATP 2.5 โมเลกุล ส่วน FADH2 ได้เพียง 1.5 ATP เท่านั้น
การเปลี่ยนแปลงของพลังงานและปฏิกิริยาเคมี
ข้อมูลทั่วไป
สิ่งมีชีวิตต้องมีการเจริญ มีการสร้างโมเลกุล และโครงสร้างใหม่ๆ อยู่ตลอดเวลา ซึ่งจำเป็นต้องใช้พลังงาน ที่มาจากการสลายสารอาหารโดยใช้กระบวนการทางเคมี
ถ้าปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นมีการใช้พลังงาน หรือดูดพลังงานเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดได้ ปฏิกิริยาเคมีแบบนี้เรียกว่า เอนเดอร์โกนิก (endergonic)
ถ้าปฏิกิริยาเคมี มีการปล่อยพลังงานออกไป ในขณะที่เกิดปฏิกิริยาเคมี เรียกปฏิกิริยานี้ว่า เอกเซอร์โกนิก (exergonic)
พลังงานที่อยู่ในสารเคมี เรียกว่า พลังงานอิสระของกิบส์ (Gibb's free energy หรือ G)
ปฏิกิริยาเอนเดอร์โกนิก
มีพลังงานอิสระที่เกิดขึ้นมากกว่าพลังงานอิสระเริ่มต้นหรือพลังงานอิสระที่เปลี่ยนไปจากเดิม มีค่าเป็นบวก (+G)
เช่น ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง โดยเปลี่ยน CO2 กับ H2O ให้เป็น C6H12O6 โดยอาศัยพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์
ปฏิกิริยาเอกเซอร์โกนิก
มีพลังงานอิสระเหลือน้อยจะให้ค่าของพลังงานอิสระที่เปลี่ยนไปจากเดิมมีค่าเป็นลบ (-G) เช่น
ปฏิกิริยาการรวมตัวของ H2 กับ O2 ได้ H2O
ปฏิกิริยาการสลายน้ำตาลกลูโคสในการหายใจแบบใช้ออกซิเจนของสิ่งมีชีวิต
FAD & NAD
FAD (flavin adenine dinucleotide) มีโครงสร้างและหน้าที่คล้ายๆกับ NAD (nicotinamide adenine dinucleotide)
สูตรโครงสร้างของ NAD ประกอบด้วย niacin (หรือ nicotinic acid ซึ่งคือ วิตามิน B3)
FAD ประกอบด้วย riboflavin (วิตามิน B2)
ทั้ง 2 ตัวทำหน้าที่เป็นโคเอนไซม์ในระบบถ่ายทอดอิเล็กตรอน ช่วยให้เอนไซม์ dehydrogenase ทำหน้าที่โยกย้ายไฮโดรเจนจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง
เมตาบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต
Carbohydrate metabolism
การสังเคราะห์ไกลโคเจน
Glucogenosis
เป็นการสลายไกลโคเจนให้เป็นกลูโคส แลคแตท ตามความต้องการของร่างกาย เช่น ในตับจะสลายไกลโคเจนเป็นกลูโคส ส่วนในกล้ามเนื้อจะสลายเป็นไพรลูเวท
คาร์โบไฮเดรต
การย่อยของคาร์โบไฮเดรต
การย่อยอาหารในปาก
เป็นการย่อยเชิงกลโดยการบดเคี้ยวของฟัน (ย่อยครั้งแรก)
การย่อยอาหารในลำไส้
เป็นการย่อยเชิงเคมี (ย่อยครั้งที่2)
ประเภทของคาร์โบไฮเดรต
คาร์โบไฮเดรตเชิงเดี่ยว
น้ำตาลโมเลกุลคู่ Disaccharide
ซูโคส Sucrose
มอลโตส Maltose
แลกโตส lactose
โพลีแซคคาไรด์ Polysaccharide
แป้ง Starch
เซลล์ลูโลส Cellulose
ไกลโคเจน Glycogen
น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว Monosaccharide
กาแลกโตส Galactose
ฟรุกโตส Fructose
กลูโคส Glucose
คาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน
นิวคลีโอไทด์ Nucleotide
ไกลโคโปรตีน Glycoprotein
ไกลโคลิพิด Glycolipid
การสังเคราห์กลูโคส
Gluconeogenesis
เป็นวิถีเมแทบอลิซึมที่เป็นการสร้างกลูโคสจากสารคาร์บอนที่มิใช่คาร์โบไฮเดรต
Glucogenolysis
เกิดในช่วงการอดอาหาร การอดอยาก การกินอาหารคาร์โบไฮเดรตต่ำ หรือการออกกำลังกายหักโหม
เป็นแบบดูดพลังงานอย่างมากกระทั่ง ATP หรือ GTP ถูกนำมาใช้ทำให้ขบวนการดังกล่าวเป็นแบบคายพลังงาน
การสลายกลูโคสเป็นพลังงาน
Krebs Cycle
วัฏจักรกรดซิตริกหรือวัฏจักรเครบส์ หรือวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก เป็นวัฏจักรกลางในการผลิต ATP รวมทั้ง NADH+H+ และ FADH2 ที่จะเข้าสู่ปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นเพื่อสร้าง ATP ต่อไป
เกิดขึ้นบริเวณเมทริกซ์ซึ่งเป็นของเหลวในไมโทคอนเดรีย โดยมีการสลายแอซิทิลโคเอนไซม์ เอ ซึ่งจะเกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และเก็บพลังงานจากปฏิกิริยาดังกล่าวไว้ในรูปของ NADH FADH2 และ ATP
การย่อยสลายสารอาหารใดๆให้สมบูรณ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำต้องเข้าวัฏจักรนี้เสมอ เป็นขั้นตอนการสร้างคาร์บอนไดออกไซด์มากที่สุดในการหายใจระดับเซลล์
Pentose Phosphate
วิถีเพนโตสฟอสเฟต หรือเฮกโซสมอโนฟอสเฟตชันต์ เป็นขบวนการซึ่งสร้าง NADPH และน้ำตาลเพนโตส หรือน้ำตาล 5 คาร์บอน
ประกอบด้วย 2 ระยะ
ระยะแรกเรียกว่า ระยะใช้ออกชิเจน (oxidative phase) ซึ่งมีการสร้าง NADPH
ระยะที่สองเป็นการสังเคราะห์น้ำตาล 5 คาร์บอนโดยไม่ใช้ออกชิเจน (non-oxidative)
Glycolysis
Glycolysis คือ กระบวนการย่อยสลายกลูโคสที่เกิดขึ้นภายในเซลล์เพื่อทำให้กลายเป็นพลังงาน
ผลลัพธ์ที่ได้จากกระบวนการ Glycolysis คือ หนึ่งพลังงานที่เซลล์ต้องการ และสองกรดไพรูวิค (pyruvic acid)
การควบคุมเมตาบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต
ฮอร์โมนอินซูลิน
ส่งเสริมการสร้างไกลโคเจนในเซลล์ตับ กล้ามเนื้อ และในเนื้อเยื่อไขมัน
ฮอร์โมนอะดรีนาลีน
กระตุ้นการสลายไกลโคเจนในกล้ามเนื้อได้ Glucose - 1-Phosphate เพื่อส่งเข้าสู่วิถีไกลโคไลซีส
ฮอร์โมนกลูคากอน
กระตุ้นการสลายไกลโคเจนในตับได้เป็นกลูโคสส่งไปให้กล้ามเนื้อ และรักษาระดับน้ำตาลในเลือด