บทที่ 5 ระบบย่อยอาหารและ การสลายสารอาหารเพื่อให้ได้พลังงาน

1. บทที่ 5 ระบบย่อยอาหารและการสลายสารอาหารเพื่อให้ได้พลังงาน Biology (30242)

2. บทที่ 5 ระบบย่อยอาหารและการสลายสารอาหารเพื่อให้ได้พลังงาน . 5.1 อาหารและการย่อยอาหาร . 5.1.1 การย่อยอาหารของจุลินทรีย์ . 5.1.2 การย่อยอาหารของสัตว์ . 5.1.3 การย่อยอาหารของคน . 5.2 การสลายสารอาหารระดับเซลล์ การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจน .

3. การสลายสารอาหารระดับเซลล์(Cellular respiration) .

4. 5.2 การสลายสารอาหารระดับเซลล์ (Cellular respiration) . 5.2.1 การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน (Aerobic respiration) ไกลโคลิซีส (glycolytic pathway). .แอซิทิลโคเอนไซม์ เอ (acetyl coenzyme A) . วัฏจักรเครบส์ (Krebs cycle) . . ระบบถ่ายทอดอิเล็กตรอน (electron transport system)

5. . 5.2.2 การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic respiration) .

6. การสลายสารอาหารระดับเซลล์ Cellular respiration. . สิ่งมีชีวิตต้องเปลี่ยนแปลงสารอาหารเพื่อให้ได้พลังงานสำหรับกระบวนการต่างๆ ของชีวิต . กระบวนการดังกล่าวถ้าเกิดขึ้นโดยมีการใช้ออกซิเจนในเซลล์ เรียกว่า การหายใจระดับเซลล์ (cellular respiration) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ให้พลังงานมากกว่า . แบบที่ไม่ใช้ออกซิเจน หรือที่เรียกว่า การหมัก (fermentation) .

7. . การหายใจระดับเซลล์ เป็นกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับ 3 ขั้นตอนที่ต่อเนื่องกัน ได้แก่ . ไกลโคลิซีส (glycolytic pathway) . วัฏจักรเครบส์ (Krebs cycle) . ระบบถ่ายทอดอิเล็กตรอน (electron transport system) . ขั้นตอนแรกเกิดใน cytosol . 2 ขั้นตอนหลังเกิดขึ้นใน mitochondria . .แอซิทิลโคเอนไซม์ เอ (acetyl coenzyme A)

8. . ในแง่ของ metabolism 2 กระบวนการแรก คือ . glycolytic pathway และ Krebs cycle เป็นการสลาย glucose และสารอาหารอื่นๆ ให้ได้สารพลังงานสูง .คือ ATP, NADH และ FADH2 ซึ่งสะสมพลังงานเคมีไว้ในตัว . ส่วน electron transport system คือ .

9. การที่ NADH และ FADH2 ส่งอิเล็กตรอนให้ระบบถ่ายทอดอิเล็กตรอนซึ่งจะมีการถ่ายทอดอิเล็กตรอนให้ตัวรับเป็นช่วงๆ ต่อๆ กันไปที่ปลายสุดของระบบ อิเล็กตรอนจะรวมกับ H+ และ O2 เกิดเป็น H2O . พลังงานที่ปล่อยจากแต่ละขั้นตอนสามารถนำไปสร้าง ATP โดยวิธีการที่เรียกว่า oxidative phosphorylation คือ การที่มีออกซิเดชันพร้อมกับการเติมหมู่ฟอสเฟตให้ ADP .

10. . Mitochondria . http://io.uwinnipeg.ca/~simmons/1115/cm1503/mitochondria.htm

11. 3 ขั้นตอนของการหายใจระดับเซลล์ กลูโกส ไกลโคลิซิส การถ่ายทอดอิเล็กตรอน . http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

12. . โครงสร้างของ ATP ๑.เบส ๒.น้ำตาลไรโบส ๓.หมู่ฟอสเฟต . http://www.ustboniface.mb.ca/cusb/abernier/Biologie/Module1/metabolisme1.htm

13. ฟอสโฟรีเลชัน Phosphorylation เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้น โดยการเติมหมู่ฟอสเฟตให้แก่สารประกอบ..ทำให้สารนี้เป็นสารที่มีพลังงานพันธะสูง เช่นกระบวนการสร้าง ATP จาก ADPและหมู่ฟอสเฟต ปล่อยพลังงาน 7.3kcal/mol. ATP ADP + Pi พลังงานจากกระบวนการเมเทบอลิซึม . http://www.piercenet.com/Proteomics/browse.cfm?fldID=A97B184C-21CD-46BD-90DC-9A7ECA4CEB64

14. . Phosphorylation . http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter05notesLewis.htm

15. ปล่อยพลังงาน 7.3kcal/mol. 7.3kcal/mol.

16. Glycolysis. .

18. มี C = 3 อะตอม ( 2 โมเลกุล) กลูโคส C 6อะตอม สลาย C=6 อะตอม ได้ 2ATP กรดไพรูวิก (pyruvic acid) 2ADP มี C = 3 อะตอม ( 2 โมเลกุล) 2PGALฟอสโฟกลีเซอรัลดีไฮด์ ใช้ ATP 2 โมเลกุล C 3 อะตอม 2ADP+2Pi 2NAD++4H+4e- เกิดที่ไซโทซอล(ในไซโทพลาสซึม) ไกลโคลิซิส 2(NADH+H +) 2ATP กรดไดฟอสโฟกลีเซอริก(2PGA) 2ADP+2Pi ปลดปล่อย ATP 4 โมเลกุล 2ATP กรดไพรูวิก 2 โมเลกุล . รวมปลดปล่อย 4 ATP นำไปใปใช้ 2 เหลือ 2ATP

19. สรุปปฏิกิริยาช่วงไกลโคลิซิสสรุปปฏิกิริยาช่วงไกลโคลิซิส ๑. เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ไซโทพลาสซึมของเซลล์ ๒. ถ้าเริ่มจาก C6H12O6 =1โมเลกุล จะได้ผลลัพธ์คือ เกิดกรดไพรูวิก( C3H4O3) 2 โมเลกุล เกิดพลังงานออกมา 4 ATP แต่มีการใช้พลังงานร่วมกระบวนการ 2 ATP ดังนั้น จึงได้พลังงานสุทธิเพียง 2 ATP เกิด 2 NADH2 = 6 ATP ( 1 NADH2 = 3 ATP) . สรุปปฏิกิริยาช่วงไกลโคลิซิสจะได้พลังงาน 8 ATP

20. . http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

22. .กรดไพรูวิกจะเคลื่อนที่เข้าสู่ไมโทคอนเดรีย . http://www.il.mahidol.ac.th/course/respiration/Lesson2_menu.html

23. การสร้างแอซิตีล โคเอนไซม์ เอ Acytyle Co Enzyme A

24. เกิดที่เยื่อชั้นในของไมโทคอนเดรีย . ขั้นนี้กรดไพรูวิก 1 โมเลกุล กลายเป็นกรดอะซิติกซึ่งเป็นสารที่มี C = 2 กรดแอซิติกจะรวมตัวกับ โคเอนไซม์เอซึ่งมีอยู่แล้วภายในเซลล์กลายเป็น . แอซิติลโคเอนไซม์เอเรียกย่อๆว่าแอซีติลโคเอ .

25. ปลดปล่อยคาร์บอนไดออกไซม์ (CO2) 1 โมเลกุลและไฮโดรเจน 2 อะตอม โดยมี NAD+มารับ และเปลี่ยนเป็น NADH+1 โมเลกุล แล้วเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

26. .สรุป การสลายกลูโคส 1 โมเลกุล ได้ กรดไพรูวิก 2 โมเกลุ .กรดไพรูวิก 2 โมเลกุล ได้แอซิติลโคเอนไซม์ เอ 2 โมเลกุล ได้ CO2 2 โมเลกุล . และได้ไฮโดรเจน 4 อะตอม จึงได้ 2 NADH2 สมการ AcetylCoA คือ 2Co A 2pyruvate   2Acetyl Co A+2CO2+ 4H. 2 NADH2 2 NAD+ .

27. วัฏจักรเครบส์ Kreb's Cycle .

28. “วัฏจักรเครบส์” บางทีเรียกว่า “วัฏจักรของกรดซิตริก” เกิดขึ้นที่บริเวณเมทริกซ์ซึ่งเป็นของเหลวในไมโทคอนเดรีย ที่มีการสลายแอซิตีลโคเอนไซม์ เอ ให้ได้เป็น CO2และเก็บพลังงานในรูปของ NADH FADH2และ ATP มีการให้ไฮโดรเจนอิสระออกมาซึ่งจะถ่ายทอดไปยังตัวรับคือ FAD+และ NAD+ เกิดเป็น FADH2และ NADH + H+ .

29. วัฏจักรเครบส์ เริ่มด้วยแอซีตีลโคเอนไซม์ เอ ซึ่งมีคาร์บอน 2 อะตอม รวมกับสารประกอบกรดออกซาโลแอซิติกซึ่งมีคาร์บอน 4 อะตอม ได้เป็นสารที่มีคาร์บอน 6 อะตอม คือ กรดซิตริก[ citric acid ] และปล่อยCo A(โคเอนไซม์ เอ เป็นอิสระ) กรดซิตริกนี้จะถูกเปลี่ยนแปลงต่อไปอีกหลายขั้นโดยใช้เอนไซม์หลายชนิด .

30. ได้สารที่มี C = 4 อะตอม คือ กรด ออกซาโลแอซิติก ในขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงจะมีการปลดปล่อย Cในรูป CO2และพลังงานในรูป ATP, NADH , FADH2 . เรียกปฏิกิริยาช่วงนี้จึงถูกเรียกว่า “ วัฏจักรเครบส์” .

31. แอซิทิลโคเอนไซม์ เอ มี C 2 อะตอม Co A กรดออกซาโลแอซิติก +CCCC CCCCCC CCCC กรดซิตริก (C=6) NADH กรดออกซาโลแอซิติก NAD+ H2O CO2 FADH2 H2O FAD NAD+ NAD+ NADH CCCC กรดซักซินิก NADH CCCCC ATP กรดคีโทกลูทาริก ADP+Pi CO2 .FAD(flavin adenine dinucleotide) รับโปรตรอนและอิเล็กตรอนได้FADH2 (FAD+2H+ + 2e-FADH2 .

32. ภาพแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายในวัฏจักรเครบส์ภาพแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายในวัฏจักรเครบส์ .

33. . สรุปปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นภายในวัฏจักรเครบส์ 1. ปฏิกิริยานี้จะเกิดขึ้นภายในส่วนของของเหลวที่อยู่ใน ไมโทคอนเดรียที่เรียกว่า เมตริกซ์ [ matrix] . 2. เป็นปฏิกิริยาที่ทำให้เกิด H อิสระมากที่สุดคือ ใน หนึ่งรอบของวัฏจักรเครบส์จะมี H เกิดขึ้น 8 อะตอม . 3. เป็นปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนอินทรีย์ C ให้เป็น อนินทรีย์คาร์บอนได้อย่างสมบูรณ์ และในปฏิกิริยานี้ทำให้เกิด CO2มากที่สุดด้วย .

34. 4. มีพลังงานที่เกิดขึ้นในรูปของ GTP เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำจะให้พลังงานสูงเช่นเดียวกับ ATP 5. ปฏิกิริยาในวัฏจักรเครบส์ 1 รอบจะได้ NADH+H+ 3 โมเลกุล FADH2 1 โมเลกุล GTP 1 โมเลกุลและ CO2อีก 2 โมเลกุล. 6. ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นภายในวัฏจักรนี้มีทั้งหมด 16 อะตอมซึ่งก็จะถูกนำไปใช้ในกระบวนการถ่ายทอด อิเล็คตรอนร่วมกับอิเล็คตรอนตัวอื่นๆ ต่อไป .

35. กระบวนการถ่ายทอดอิเล็คตรอนกระบวนการถ่ายทอดอิเล็คตรอน Electron Transfer .

36. กระบวนการถ่ายทอดอิเล็คตรอน [ Electron Transport Chain]กระบวนการนี้เกิดจากไฮโดรเจนอิสระทั้งหมดที่เกิดขึ้นในช่วงต่างๆ ทั้งไกลโคไลซิส การสร้างแอซิตีลโคเอนไซม์ เอ และวัฏจักรเครบส์จะถูกตัวรับไฮโดรเจนนำเข้าสู่ระบบถ่ายทอด อิเล็คตรอน จะมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นหลายขั้นตอนจนในที่สุดก็จะมีการรวมตัวกับออกซิเจนที่เราหายใจเข้าไปกลายเป็นน้ำ และมีการคายพลังงานออกมาเป็นจำนวนมากซึ่งเกิดประโยชน์มากมายต่อเซลล์ คือทำให้เซลล์สามารถไปสร้าง ATP ได้ และ ทำให้การรวมตัวของไอโดรเจนกับออกซิเจนไม่เกิด พลังงานมากจนถึงขั้นที่ทำอันตรายต่อเซลล์ได้ . .

37. . ในการสังเคราะห์ ATP อิเล็คตรอนที่หลุดออกจากโมเลกุล ของสารอาหารไม่ได้เคลื่อนที่ไปยัง ATP แล้วคายพลังงาน เพื่อให้ ADP เอาไปสร้าง ATP โดยตรง แต่มันจะมีสารมารับ อิเล็คตรอนอื่นๆ ซึ่งเรียกว่า “ ตัวรับอิเล็คตรอน” [electron carrier] แล้วถ่ายทดไปยังตัวนำอิเล็คตรอนอื่นๆ ขณะที่มีการ ถ่ายทอดอิเล็คตรอนจะมีพลังงานปล่อยออกมาจากอิเล็คตรอน พลังงานเหล่านี้ก็จะเอาไปสังเคราะห์ ATP กระบวนการดังกล่าวนี้จึงเกี่ยวข้องกับสาร 2 ประเภท คือสารที่เป็นตัวนำอิเล็คตรอนและตัวรับพลังงานจากอิเล็คตรอน [electron receptor] ในที่นี้ สารที่ เป็นตัวรับอิเล็คตรอนก็ได้แก่ พวกไซโทโครมชนิด ต่างๆ เช่น cyt.a cyt.b cyt.q เป็นต้น . .

38. .

39. สรุปลักษณะสำคัญของกระบวนการถ่ายทอดอิเล็คตรอนสรุปลักษณะสำคัญของกระบวนการถ่ายทอดอิเล็คตรอน 1. กระบวนถ่ายทอดอิเล็คตรอนนั้นจะเกิดขึ้นภายในส่วนที่เป็นรอยยัก ที่ยื่นเข้ามาภายในไมโทคอนเดรียที่เรียกว่า “คริสตี้” [CHISTAE] 2. ตัวกลางที่ทำหน้าที่รับ-ส่ง ไอโดรเจนและอิเล็คตรอนมี ตามลำดับดังนี้ cyt.q FAD+หรือFMN NAD+ cyt.a3 cyt.a cyt.b .

40. 3. ทุกๆ 2 อะตอมของไฮโดรเจนที่ผ่านกระบวนการจะทำ ให้เกิดน้ำ 1 โมเลกุล 4. พลังงานส่วนใหญ่ที่ได้จากการหายใจเกิดขึ้นใกระบวนการถ่ายทอดอิเล็คตรอน สามารถเก็บเอาไว้ได้ถึง 34 ATP 5. ในการกลูโคส 1 โมเลกุล ถ้าหากว่าตัวรับอิเล็คตรอนที่เข้ามารับเป็น FAD+ จะทำให้ได้พลังงาน ATP ทั้งหมด 34 ATP แต่ถ้า NAD+ มารับจะทำให้ได้พลังงานทั้งหมด 36 ATP 6. ออกซิเจนถือเป็นตัวรับตัวสุดท้ายในระบบการถ่ายทอด อิเล็คตรอนนี้ ดังนั้นออกซิเจนที่เราหายใจเข้ามา ก็เพื่อ เอามาใช้ในกระบวนการนี้ .

41. การสลายโมเลกุลของสารอาหารการสลายโมเลกุลของสารอาหาร แบบไม่ใช้ออกซิเจน . แก๊สออกซิเจน เป็นสิ่งจำเป็นต่อการดำรงชีวิต ของสิ่งมีชีวิต แต่ยังมีสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กบางชนิดหรือเนื้อเยื่อบางอย่างถึงแม้จะไม่มีแก๊สออกซิเจนก็ยังสามารถดำรงอยู่ได้ โดยได้พลังงานจากการสลายสารอาหารแบบ ไม่ใช้ออกซิเจน สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้แก่ ยีสต์ แบคทีเรีย บางชนิด เมล็ดพืช เป็นต้น ส่วนกล้ามเนื้อลายของสัตว์ ชั้นสูงก็สามารถสลายสารอาหารโดยไม่ใช้ออกซิเจนได้เช่นกัน .

42. การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน Anaerobic Respiration .

43. กระบวนการหมักแอลกอฮอล์กระบวนการหมักแอลกอฮอล์ . เป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากการสลายกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจน เริ่มต้นด้วยไกลโคไลซิสเช่นเดียวกับการสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจนคือโมเลกุลของกลูโคสสลายได้กรดไพรูวิก 2 โมเลกุล แล้วปล่อย ATP 2 โมเลกุลกับไฮโดรเจน 4 อะตอม แต่ NADH + H+ จะถ่ายทอดอะตอมของไฮโดรเจน แอซิตัลดีไฮด์(acetaldehyde) ซึ่งเป็นสารที่มีคาร์บอน 2 อะตอม จึงไม่สามารถนำเอา พลังงานจากอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในอะตอมของ ไฮโดรเจนมาสร้าง ATP ได้อีก. .

44. สรุป…การเกิดกระบวนการหมักแอลกอฮอล์สรุป…การเกิดกระบวนการหมักแอลกอฮอล์ . ดังนั้น ในการสลายกลูโคส 1 โมเลกุล จึงได้ ATP เพียง 2 โมเลกุลเท่านั้น เอทิลแอลกอฮอล์ที่ได้จากการสลายกูลโคส ถ้ามีปริมาณมากจะเป็นอันตรายแก่เซลล์ ผลผลิตของกระบวนการหมักแบบนี้ที่สำคัญ คือ เบียร์ สุรา ไวน์ ต่างๆ ในปัจจุบันมีผู้นำความรู้นี้ไป ผลิแอลกอฮอล์จากวัสดุเหลือทิ้ง เช่น การผลิตแอลกอฮอล์จากกากน้ำตาล. .

45. กระบวนการหมักกรดแลกติกกระบวนการหมักกรดแลกติก ( Lactic acid fermentation ) . ในเนื้อเยื่อของสัตว์ซึ่งสามารถสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน ในบางกรณีเนื้อเยื่อต้องการ ATP เป็นจำนวนมากในระยะเวลาอันสั้น เช่น เนื้อเยื่อกล้ามเนื้อในขณะ ออกกำลังกาย แต่เนื่องจากเลือดลำเลียงออกซิเจนให้ไม่ทัน ทำให้ปริมาณ ATP ในเซลล์ลดลงอย่างรวดเร็วเซลล์จะสลายสารอาหารโดยกระบวนการหมักกรดแลกติก ซึ่งคล้ายกับ การหมักแอลกอฮอล์ แต่ NADH + H+ จะถ่ายทอดอะตอมของไฮโดรเจนให้แก่กรดไพรูวิก.

46. สรุป…กระบวนการหมักกรดแลกติกสรุป…กระบวนการหมักกรดแลกติก . กรดแลกติกเป็นสารที่ร่างกายไม่ต้องการ เมื่อสะสมมากขึ้นกล้ามเนื้อจะล้าจนกระทั่งทำงานไม่ได้ จะต้องได้รับออกซิเจนมาชดเชยเพื่อสลายกรดแลกติก ต่อไปจนได้คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ซึ่งร่างกายจะกำจัดออกสู่ภายนอกได้ แบคทีเรียบางชนิดได้พลังงานจากการสลายสารอาหารโดยไม่ใช้ออกซิเจนทำให้เกิด กรดแลกติกเช่นกัน.

47. การสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจนการสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจน . การสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจนทั้ง 2 แบบดังกล่าวเป็นการสลายสารอาหารที่ไม่สมบูรณ์เพราะเอทิลแอลกอฮอล์และกรดแลกติกที่เป็นผลิตภัณฑ์นั้นยังมีพลังงานแฝงอยู่จำนวนมากและATP ที่เกิดจากการหมักเหล่านี้ ไม่ได้สังเคราะห์จากการถ่ายทอดอิเล็กตรอน แบคทีเรียบางชนิดหลังจากกระบวนการไกลโคไลซิสแล้ว จะใช้สารอนินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจน.