ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์...
DESCRIPTION
ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular respiration ศึกษาเนื้อหาอื่นๆได้ที่ facebook SUK KEE BIOTRANSCRIPT
Energy transformation
การเปลยนรปพลงงานและการหมนเวยนสารเคมในระบบนเวศ
Chloroplast และ mitochondria เปน organelles
ทเปลยนพลงงานรปหนงไปอกรปหนง
ในChloroplast เกดกระบวนการ photosynthesis ซงพลงงานแสงถกเปลยนเปนพลงงานสะสมในคารโบไฮเดรต
ท mitochondria เกดกระบวนการ cellular respiration
พลงงานทเกบไวในคารโบไฮเดรตจะถกเปลยนเปนพลงงานในรป ATP ซงสงมชวตจะน าไปใชในเซลลตอไป
มพลงงานบางสวนสญเสยไปกบความรอน
ATP (Adenosine triphosphate)
เปนสารเคมทมพลงงานสงพรอมทจะแตกตวปลอยใหพลงงานออกมาใชทใดทหนงได
เมอ ~P สลายภายในเซลล พลงงานบางสวนจะสญเสยไปในรปของความรอน และบางสวนถกน าไปใชท างาน และเมอ ATP ถายทอด ~P ใหกบโมเลกลของสารอน โมเลกลของสารนนจะไดพลงงานเพมขนดวย ท าใหเกดปฏกรยากบโมเลกลอนตอไป ดงนนพลงงานจาก ATP สามารถท าใหเกดปฏกรยาเคมภายในเซลลได
ATP เมอถกใชแลวสามารถสรางกลบมาใหมได
พลงงานในรป ATP ถกน าไปใชท างานตางๆภายในเซลล
ATP สรางขนอยางไร
เรยกกระบวนการสราง ATP วา Phosphorylation มวธการสรางหลายแบบ
1. Oxidative phosphorylation
2. Substrate phosphorylation
3. Photophosphorylation
Oxidative phosphorylation
การสราง ATP จากการถายทอด e- ผานสารน า e- เชน NADH,
FADH2 ใน e-
transport chain ท mitochondria และม O2 เปนตวรบ e- ตวสดทาย
Substrate phosphorylation
ATP ถกสรางโดยการถายทอด ~P จากสารทมพนธะเคมพลงงานสงกวามายง ADP
โดยตรง โดยม enzyme กระตน
Photophosphorylation
แสงท าให e- จากน า ถกถายทอดไปตาม e-
transport chain ใน chloroplast ไดพลงงานในรป ATP
Metabolic pathway กระบวนการ metabolism เปนผลของปฏกรยาเคมทเกดขนในเซลล
เรมตนจาก
A B C D E
E1 E2 E3 E4
ในแตละขนตอนจะอาศย enzymes เปนตวเรงใหเกดปฏกรยา
Enzyme ชวยเรงใหเกดปฏกรยาโดยตวเองไมเปลยนแปลงเปนสารอน
เรงปฏกรยาเฉพาะ
การท างานตองการ optimum factors
The induced fit between an enzyme
and its substrate
The catalytic cycle of an enzyme
อตราการเรงปฏกรยาเคมโดย enzyme ขนกบ
Temperture
pH
Inhibition (noncompetitive inhibition, Competitive inhibition)
Environmental factors affecting enzyme activity
Temperature
pH
A substrate can normally
bind to the active site of an
enzyme
Competitive
inhibitor
Noncompetitive
inhibitor
Inhibiton of enzyme activity
Cofactor : Helpers of enzymes
enzymes หลายชนดตองการ cofactor ทไมใชโปรตนชวยในการท างาน ตวอยางเชน ions ไดแก Mg ++, K+, Ca ++
cofactors อนๆ เชน organic molecules เมอรวมกบ enzymes แลวจะเปนเหมอน carrier ส าหรบ chemical
group หรอ e-
Coenzymes หลายชนดมขนาดใหญ รางกายไมสามารถสรางได นอกจากการกน vitamine เขาไป ซง vitamine หลายชนด เชน niacin, thamin (vit B1), riboflavin, folate และ biotin เปนสวนส าคญสวนหนงของ coenzymes
ตวอยางเชน NAD+, NADP+, FAD
NAD+ = nicotinamide adenine dinucleotide
NAD+
พบในเซลล
ท างานรวมกบ enzyme โดยเปนตวรบ e- ในปฏกรยา oxidation-reduction
Oxidation
R C R’ + NAD+ R C R’’ + NADH + H+
H
OH O
Dehydrogenase
Reduction
NAD+ = oxidized coenzyme
NADH = reduced coenzyme
Cellular respiration
รวมหมายถง 2 กระบวนการ คอ
Aerobic cellular respiration
Fermentation
Aerobic cellular respiration
เปนกระบวนการยอยสารอาหาร เพอใหได ATP และม O2 เปนตวรบ e- ตวสดทาย
Organic
compounds
(food)
+ Oxygen CO2 + H2O + energy
แตโดยทวไป cellular respiration จะอธบายถง Oxidation ของ glucose
6C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energy
Fermentation
เปนกระบวนการยอยสารอาหาร เพอใหได ATP โดยม organic compounds เปนตวรบ e-
เปน anaerobic process
เปนการยอยสลาย glucose เพยงบางสวน ผลได lactate (animal cell) หรอ CO2 + alcohol
(yeast)
ได 2 ATP
Aerobic cellular respiration ประกอบดวย
Glycolysis
Krebs cycle
Electron transport chain (ETC) and
oxidative phosphorylation
Aerobic cellular respiration
เมอรางกายของเราเกดการเผาผลาญ glucose ในเซลลแลว ได product
รางกายท าอยางไร
คนเราหายใน O2 เขาไปในปอด และรบประทานอาหาร glucose ซง O2
และ glucose เขาไปในกระแสเลอด แลวเขาไปในเซลล
Glycolysis เกดขนท cytoplasm ได pyruvate
Pyruvate เขาไปใน mitochondria และถกเผาผลาญตอไป จนได
CO2 + H2O + พลงงานในรป ATP
CO2 , H2O และ ATP แพรออกจาก mitochondria ไปยง cytoplasm
ATP ถกน าไปใชประโยชนภายในเซลล CO2 แพรออกจากเซลล เขาไปในกระแสเลอด และหายใจออกไป สวน H2O จะถกน าไปใชในเซลล
Glycolysis
โปรตนทอยทผวของ mitochondria จะขนสง pyruvate
เขาไปใน mitochondria
2 Pyruvate 2 Acetyl CoA + 2NADH
2C2O ออกจากเซลล
Net:
Krebs cycle เกดท mitochondria matrix
ใน 2 Krebs cycle / 1 Glucose
2 Acetyl CoA 4CO2
+ 6NADH2
+2 FADH2
+ 2 ATP (substrate level phosphorylation)
e- transport chain
The pathway of
electron transport
ETC ประกอบดวย
electron carrier molecules (ตวรบ e-)ทอยใน inner mitochondrial
membrane
ตวรบ e- จะรบเฉพาะ e-
H+ จะถกปลอยออกมาและถกสงออกไปท intermembrane space
O2 จะเปนตวรบ e- ตวสดทาย
แลวรวมกบ H+ กลายเปน H2O
½ O2 + 2e- + 2H+ H20
สรปวา
ETC ไมท าใหสราง ATP
โดยตรง แตท าใหเกด H+
gradient ทผนงดานในของ mitochondria ซงท าใหสะสมพลงงานมากพอทจะท าใหเกด
phosphorylation
ATP synthase เปน
protein cmplex ท าหนาทสงเคราะห ATP ซงจะท างานไดโดยการไหลผานของ H+
การสราง ATP แบบนเรยกวา Chemiosmotic ATP synthesis
Electron transport chain and oxidative phosphorylation
Review: how each molecules of glucose yields many
ATP molecules during cellular respiration
Fermentation
(Backup ATP production)
Glycolysis Pyruvate Lactate (animal)
CO2 + alcohol (yeast)
หรอ อาจจะได product อนๆ ขนอย กบ enzyme ในสงมชวตนน
ผลของ fermentation จะได 2ATP
NADH ทไดจาก fermantation จะถกเปลยนเปน NAD+ เพอใชใน glycolysis ได
Alcohol fermentation (yeast)
Lactic acid fermentation (animal cell)
Pyruvate as a key junction in catabolism
ผลของ Glycolysis
คอ pyruvate ซงจะถกเผาผลาญตอไปดวย
fermentation หรอ
aerobic cellular respiration แลวแตวาจะอยในภาวะทม O2
หรอไม ส าหรบเซลลทสามารถเกดกระบวนการหายใจไดทง 2 แบบ
ถงแมวา fermantation จะไดพลงงานนอย แตกส าคญเพราะวาท าใหได
ATP อยางรวดเรว ในรางกายของเรา muscle cell จะเกด
fermentation มากในขณะทรางกายท างานหนกในระยะเวลาสน เชน วง fermentation เปนกระบวนการใหเกด ATP และ lactate ใน
muscle cell ในตอนแรก เมอมจ านวนมากขนท าใหเกดอาการเมอยลา เนองจากมสภาพเปนกรดมาก เมอหยดวงรางกายหายใจแรงเปนการน าเอา O2 มาใชเพมมากขน lactate จะถกสงไปทตบ และถกเปลยนเปน
pyruvate
ในเซลลของยส ถาม glucose จ านวนมาก ยสจะหายใจแบบ
anaerobic ไดเปน alcohol เมอม alcohol เพมจ านวนมากขนจะท าใหยสตายได
จากการทคนพบกระบวนการ fermentation จงน ามาใชประโยชนไดมากมาย
The catabolism of
various food molecules
รางกายของเราไดพลงงานสวนใหญจาก fats, proteins,
disaccharides และ polysaccharides ทกนเขาไป โมเลกลเหลานถกยอยใหเปนโมเลกลทเลกลงดวย
enzymes ซงสามารถจะเขาไปในกระบวนการ glycolysis หรอ Krebs
cycle ได
The control of
cellular respiration
กลไกทควบคมกระบวนการยอยสารอาหารใหไดพลงงาน หรอการสงเคราะหในรางกาย สวนใหญเปน
feedback inhibition
กระบวนการ Glycolysis และ Krebs cycle ควบคมโดย
Phosphofructokinase
ปรมาณ ATP, ADP และ AMP มผลตอการท างานของ Phosphofructokinase
ADP, AMP เปน allosteric activators ถามมากจะเรงการท างานของ enzyme ใหมาก มผลให Glycolysis
และ Krebs cycle เกดมากขน ดงนน ATP จะมปรมาณมากขน
Citrate และ ATP เปน allosteric inhibitors ถามมาก enzyme ตวนจะท างานนอย ดงนน glycolysis เกดนอย acetyl Co A จะมปรมาณนอยดวย
Photosynthesis
แบงออกเปน 2 ขนตอน
1. Light reactions
2. Calvin cycle
Light reactions:
เกดขนท thylakoid membranes
เปนกระบวนการทเปลยนพลงงานแสงไปเปนพลงงานเคมของ ATP และ NADPH
ให O2 ออกมาสบรรยากาศ
Calvin cycle reactions:
เกดขนท stroma
เปนกระบวนการทใช CO2 สรางเปน sugur โดยใชพลงงานทไดจาก Light reaction (ATP, NADPH)
ให ADP, Pi, NADP+กลบไปใชใน light reaction
Comparison of aerobic cellular respiration
and photosynthesis
Differences:
Energy + 6CO2 + 6H2O C6H12O6 +6O2
Photosynthesis
Aerobic cellular respiration