Lecture 11. Cellular repiration

By. Tutor J.pop

B. Sc. (Biology) Faculty of Science Burapha University.

Couse : G – student at RAC

ATP

ท ำหนำ้ท่ีเป็นสำรเกบ็พลงังำนท่ีส ำคญัในส่ิงมีชีวิต ประกอบดว้ย 1. Ribose 2. Adenine 3. Phosphate group

กำรสร้ำง ATP เรียกวำ่ Phosphorylation 1. Substrate level Phosphorylation เกิดกำรใหฟ้อสเฟต เกิดใน Cytosol , Matrix 2. Oxidative Phosphorylation เกิดข้ึนท่ี inner membrane mitochondria อำศยักำรป๊ัมโปรตอนแพร่ตำม ควำมเขม้ขน้มำกไปนอ้ย ผำ่นทำง ATP synthase เรียกกำรแพร่ของโปรตอนน้ี วำ่ Chemiosmosis 3. Photo Phosphorylation เกิดข้ึนท่ี Thylakoid คลำ้ย Oxidative Phosphorylation แต่ดูดพลงังำนแสง

กำรหำยใจระดบัเซลล ์แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ 1. กำรหำยใจแบบใชอ้อกซิเจน (Aerobic respiration) 2. กำรหำยใจแบบไม่ใชอ้อกซิเจน (Anaerobic respiration)

Mitochondria

กำรหำยใจระดบัเซลล ์แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ 1. การหายใจแบบใช้ออกซิเจน (Aerobic respiration) 2. กำรหำยใจแบบไม่ใชอ้อกซิเจน (Anaerobic respiration)

กำรหำยใจแบบใชอ้อกซิเจน มี 4 ขั้นตอน

1.

2.

4. 3.

Stage1: Acetyl CoA production

Stage2: Acetyl-CoA oxidation

Stage3: e- transfer and oxidative phosphorylation

Overview of energy production

Carbohydrate metabolism

1. Glycolysis

• พบไดท้ั้งกำรหำยใจแบบใชอ้อกซิเจนและไม่ใชอ้อกซิเจน • พบไดท้ั้งเซลล ์prokaryote และ eukaryote • เกิดบริเวณ cytosol • แบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน คือ

1. Preparatory phase 2. Payoff phase

ใช้ 2 ATP

G – 3 -P

ได้ 2 NADH 4 ATP

the energy input and output glycolysis

Total energy 2 ATP 2 NADH

2. Acetyl Co A

• ถำ้เซลลอ์ยูใ่นสภำวะท่ีมีออกซิเจนท่ีเพียงพอ กรดไพรูวิกจะถกูเปล่ียนและสร้ำง Acelyl Co A

• เกิดข้ึนท่ี Matrix • มีกลุ่มเอนไซม ์pyruvate dehydrogenase complex เร่งปฎิกิริยำ

Pyruvate dehydrogenase (PDH) complex requires 5 coenzymes for catalysis 1. Thiamine pyrophosphate (TPP) – vitamin B1 derivative 2. Flavin adenindinucleotide (FAD) – vitamin B2 derivative 3. Coenzyme A (CoA) 4. Nicotinamide adeninedinucleotide (NAD) 5. Lipoate

Total product 1 Pyruvate = 1 NADH 1 Glucose = 2 NADH

3. Krebs cycle • ขั้นตอนน้ีเป็นขั้นตอนท่ีมีกำรเปล่ียนแปลงจ ำนวนคำร์บอนสูงสุด

1. Formation of Citrate - Condensation of Acetyl-CoA with OAA

c2

c4

c6

2. Formation of Isocitrate via cis-Aconitate

c6

c6

3. Oxidation of Isocitrate to -KG and CO2

c6 c5

- สลำย CO2 ออก 1 ตวั เปล่ียน C6 เป็น C5 - ผลิตภณัฑท่ี์ได ้NADH , CO2

4. Oxidation of -KG to Succinyl-CoA and CO2

- สลำย CO2 ออก 1 ตวั เปล่ียน C5 เป็น C4 - ผลิตภณัฑท่ี์ได ้NADH , CO2

c5

c4

5. Conversion of Succinyl-CoA to Succinate

c4 c4

- ผลิตภณัฑท่ี์ได ้GTP = ATP

- GTP is energetically equivalent to ATP

GTP + ADP GDP + ATP

G’o = 0 kJ/mol (equilibrium)

eq

o' ln K'RTG

eqK'o'G Reaction

1lno' RTG 0

0o' G

1[GTP][ADP]

[ATP][GDP]

[Reactant]

[Product]; eq K'

6. Oxidation of Succinate to Fumarate

- ผลติภัณฑ์ที่ได้ FADH2

c4 c4

7. Hydration of Fumarate to L-Malate

c4 c4

8. Oxidation of Malate to OAA

c4 c4

- ผลิตภณัฑท่ี์ได ้ NADH

Summary of Citric Acid Cycle 1 Acetyl-CoA incoming gives:

3 NADH 1 FADH2

1 GTP (ATP) 2 CO2

4. Electron transport chain : ETC • เปล่ียน NADH และ FADH2 ใหเ้ป็น ATP • ก๊ำซออกซิเจน เป็นตวัรับอิเลก็ตรอนตวัสุดทำ้ย • เกิดข้ึนท่ี Inner membrane • กำรสร้ำง ATP ผำ่นทั้งกำรสะสมโปรตอน เรียกวำ่ Chemiosmosis

• กำรสร้ำง ATP ในขั้นตอนกำรถ่ำยทอดอิเลก็ตรอน เรียกวำ่ Oxidative phosphorylation

• NADH จะเขำ้ complex 1,3,4 • FADH2 จะเขำ้ complex 2,3,4

Chemiosmosis http://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKY

http://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKYhttp://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKYhttp://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKYhttp://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKYhttp://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKYhttp://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKYhttp://www.youtube.com/watch?v=3y1dO4nNaKY

X 3 = 6 ATP

X 2 = 4 ATP

X 3 = 6 ATP X 3 = 18 ATP

X 2 = 4 ATP

กำรหำยใจระดบัเซลล ์แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ 1. กำรหำยใจแบบใชอ้อกซิเจน (Aerobic respiration) 2. กำรหำยใจแบบไม่ใชอ้อกซิเจน (Anaerobic respiration)

พบในการหมักเบียร์,ยีสต์

พบในกล้ามเนือ้ลาย

Lipid metabolism

Digestion and Absorption of Dietary Lipids

Hydrolysis of Triacylglycerol

Triacylglycerol Glycerol Fatty acid

Intestinal lipase

-Oxidation of Saturated Fatty Acids

FADH2, NADH

FADH2, NADH

FADH2, NADH

FADH2, NADH

FADH2, NADH

FADH2, NADH

Kreb cycle

Fate of Glycerol

การน ากรดไขมนัเข้าสู่ Mitochondria เสียพลงังานออกไป 1 ATP

จงค ำนวณพลงังำนท่ีไดจ้ำกกำรสลำยกรดไขมนัจ ำนวน 16 คำร์บอน

C C C C C C C C C C C C C C C C

1 2 4 5 6 7 3

7 NADH , 7 FADH2 , 8 Ach Co A - 8 Ach Co A เขำ้ kerb cycle - 1 cycle ได ้3 NADH , 1 FADH2 , 1 ATP 8 รอบ

Ach co A

24 NADH , 8 FADH2 , 8 ATP

24 + 7 NADH = 31 NADH 8 + 7 FADH2 = 15 FADH2

16 / 2 – 1 = 7

แต่น ำกรดไขมนัเขำ้สู่ Mitochondria เสียพลงังำนออกไป 1 ATP

1 NADH = 3 ATP 1 FADH2 = 2 ATP

31 NADH x 3 = 93 ATP 15 FADH2 x 2 = 30 ATP

8 ATP

= 131 ATP

131 – 1 = 130 ATP

Amino acid metabolism

Protein Digestion

Overview of Amino Acid Catabolism in Animals

http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23

http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23http://www.youtube.com/watch?v=xbJ0nbzt5Kw&feature=c4-overview-vl&list=PL44B161B3F290FC23