energy and metabolism l.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
??????? ??????? ??????????????????????? ( Energy and Metabolism) PowerPoint Presentation
Download Presentation
??????? ??????? ??????????????????????? ( Energy and Metabolism)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 50

??????? ??????? ??????????????????????? ( Energy and Metabolism) - PowerPoint PPT Presentation


  • 346 Views
  • Uploaded on

พลังงาน เอนไซม์ และกระบวนการเมแทบอลิซึม ( Energy and Metabolism).

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about '??????? ??????? ??????????????????????? ( Energy and Metabolism)' - Leo


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
energy and metabolism

พลังงาน เอนไซม์ และกระบวนการเมแทบอลิซึม (Energy and Metabolism)

ปฏิกิริยาชีวเคมีในสิ่งมีชีวิตเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดว่า ปฏิกิริยานั้นจะเกิดขึ้นได้อย่างไร ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตควบคุมโดยเอนไซม์ เอนไซม์เป็นตัวควบคุมเพื่อ ทำให้กระบวนการเมแทบอลิซึมเกิดขึ้นเป็นขั้นตอนตามลำดับอย่างมีระเบียบ

slide2
พลังงาน

คือ ความสามารถที่จะทำงานได้ พลังงานมีอยู่ในสสารทุกชนิด สสารสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้ ตามทฤษฎีสัมพันธภาพของไอน์สไตน์ (Einstein’s theory of relativity)

slide3
1.1 รูปของพลังงาน
  • พลังงานจลน์ (Kinetic Energy) หมายถึง พลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของวัตถุ ถ้าวัตถุมีมวลมากจะมีพลังงานจลน์มาก
  • พลังงานศักย์ (Potential Energy) หมายถึง พลังงานที่เกิดจากตำแหน่งของวัตถุ เช่น วัตถุที่อยู่ในตำแหน่งสูงจากพื้นโลกมากจะมีพลังงานศักย์มากกว่า เช่นถ้ามนุษย์กระโดดจากดตึกสูงๆจะมีพลังงานศักย์มากจึงทำให้มนุษย์กระแทกพื้นอย่างแรงจนเสียชีวิต

พลังงานทั้งสองประเภท อยู่ในรูปพลังงานต่างๆ ดังนี้

slide4
พลังงานเคมี (chemical energy)เป็นพลังงานศักย์ที่แฝงอยู่ ในโครงสร้างของสสาร
  • พลังงานไฟฟ้า (electrical energy)เป็นพลังงานที่เกิดจาก การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
  • พลังงานกล (mechanical energy)เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้อง กับการเคลื่อนที่โดยตรง
  • พลังงานรังสี (radiant energy)เป็นพลังงานที่มาในรูปของ คลื่น
  • พลังงานปรมาณู (atomic energy)เป็นพลังงานที่ถูกปล่อยออกจากสารกัมมันตภาพรังสี ที่มีอยู่ในธรรมชาติหรือที่เกิดในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูหรือระเบิดปรมาณู
1 2 thermodynamic
1.2 การเปลี่ยนแปลงรูปของพลังงานและกฎอุณหพลวัต (thermodynamic)

พลังงานมีการเปลี่ยนรูปจากรูปหนึ่งเป็นอีกรูปหนึ่งได้โดยที่พลังงานไม่สูญหายไปและไม่เพิ่มขึ้นหรือที่เรียกว่า กฎอุณหพลวัตหรือกฎการคงอยู่ของพลังงาน (law of conservation of energy) การเปลี่ยนรูปพลังงานในสิ่งมีชีวิตมี 4 แบบ ดังนี้

slide6
โฟโตเคมิคัล (photochemical)เป็นการเปลี่ยนรูปพลังงานรังสีมาเป็นพลังงานเคมี เช่น เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
  • อิเล็กทรอเคมิคัล (electrochemical)เป็นการถ่ายพลังงานเคมีจากสารชนิดหนึ่งไปให้สารอีกชนิดหนึ่ง โดยการถ่ายอิเล็กตรอน
  • เคมิคัล (chemical)เป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมี โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของอะตอมในโมเลกุลขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
  • เมคานิคัล (mechamical)คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานกล เช่น การเคลื่อนไหวของพืชและสัตว์ การหดตัวของกล้ามเนื้อ
slide7
1.3 ทฤษฎีพลังงานจลน์ของสสาร
  • คือ ในสภาวะของอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดศูนย์สัมบูรณ์ (absolute zero หรือ - 273.16 องศาเซลเซียส) สสารจะมีพลังงานจลน์ประจำโมเลกุลอยู่จำนวนหนึ่งเสมอ โมเลกุลของสสารไม่อยู่นิ่งในสภาวะปกติ เช่น การได้กลิ่นน้ำหอมจากขวดที่เปิดวางไว้บนโต๊ะในห้องที่ลมสงบ และการหยดหมึกดำลงบนสไลด์ แล้วนำไปส่องดูโดยใช้กล้องจุลทรรศน์จะเห็นว่าอนุภาคของคาร์บอนหรือถ่านที่แขวนลอยอยู่ในหมึกดำ จะมีการเคลื่อนไหวแบบไม่มีทิศทางที่แน่นอนอยู่ตลอดเวลา ปรากฎการณ์เช่นนี้เรียกว่า บราวเนียนมูฟเมนต์ (brownion movement)
slide8
1.4 การเปลี่ยนแปลงของพลังงานและปฏิกิริยาเคมี
  • สิ่งมีชีวิตต้องมีการเจริญ มีการสร้างโมเลกุล และส่วนประกอบโครงสร้างใหม่ๆอยู่ตลอดเวลา ซึ่งจำเป็นต้องใช้พลังงาน ที่มาจากการสลายอาหารโดยใช้กระบวนการทางเคมี ทุกครั้งที่เกิดปฏิกิริยาเคมีจะต้องมีการแลกเปลี่ยนพลังงาน
  • ถ้าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นมีการใช้พลังงานภายนอก ปฏิกิริยาเคมีแบบนี้เรียกว่า เอนเดอร์โกนิก (endergonic)
  • ถ้ามีการปล่อยพลังงานออกไป ในขณะที่เกิดปฏิกิริยาเคมี เรียกปฏิกิริยานี้ว่า เอกเซอร์โกนิก (exergonic)
slide9
พลังงานที่อยู่ในสารเคมีที่ทำให้เกิดงาน เรียกว่า พลังงานอิสระของกิบส์ (Gibb’s free energy หรือ G)
  • ปฏิกิริยาเอกเซอร์โกนิก มีพลังงานอิสระเหลือน้อย จะให้ค่าของพลังงานอิสระที่เปลี่ยนไปจากเดิมมีค่าเป็นลบ (-G) ปฏิกิริยาเอกเซอร์โกนิก เช่น การรวมตัวของ H2 กับ O2 ได้น้ำ (H2O) และปฏิกิริยาการใช้น้ำตาลกูลโคสในการหายใจแบบใช้ออกซิเจนของสิ่งมีชีวิต
  • ปฏิกิริยาเอนเดอร์โกนิก มีพลังงานอิสระที่เกิดขึ้นมากกว่าพลังงานอิสระเริ่มต้น หรือพลังงานอิสระที่เปลี่ยนไปจากเดิม มีค่าเป็นบวก (+G) ปฏิกิริยาแบบเอนเดอร์โกนิก เช่น ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง โดยเปลี่ยน CO2 กับ H2O ให้เป็น C6H12O6 โดยอาศัยพลังงานแสงสว่างจากดวงอาทิตย์
  • พลังงานจลน์ต่ำสุดที่ใช้กระตุ้นสารให้อยู่ในสภาพที่สามารถทำปฏิกิริยาได้ (activated state) เรียกว่า พลังงานกระตุ้น (activated energy)
slide10
 1.5 หน่วยของพลังงาน

ใช้หน่วยของความร้อน หน่วยที่นิยมใช้1.5.1 แคลอรี หมายถึง ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 กรัม มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศาเซลเซียส1.5.2 บี.ที.ยู หมายถึง ปริมาณความร้อนที่ทำให้น้ำ 1 ปอนด์ มีอุณหภูมิสูงขึ้น 1 องศาฟาเรนไฮต์

slide11
1.6 ความต้องการพลังงานของร่างกาย

1.6.1 การทำงานของอวัยวะภายในร่างกาย รวมทั้งการรักษาระดับความร้อนภายในร่างกาย หรืออุณหภูมิของร่างกายให้คงที่

1.6.2 การใช้จ่ายสารอาหารในร่างกาย (specific dynamic action of food หรือ S.D.A.) อาหารแต่ละอย่างให้ S.D.A. ต่างกัน ถ้ากินอาหารโปรตีนล้วน ร่างกายจะผลิตความร้อน หรือ ต้องการพลังงานสูงกว่าเดิมร้อยละ 30 ถ้าเป็นคาร์โบไฮเดรตล้วนเพิ่มขึ้น ร้อยละ 8-10 ถ้าเป็นไขมันล้วนเพิ่มขึ้น ร้อยละ 4-6ความร้อนที่เกิดจาก S.D.A. นี้ ถ้าในเมืองหนาวจะมีประโยชน์ คือช่วยให้ร่างกายอบอุ่น แต่ในเมืองร้อนกลับไม่ช่วยอะไร นอกจากทำให้รู้สึกร้อน เหงื่อออก หรืออึดอัดหลังอาหาร

1.6.3 สภาพของร่างกาย เช่น เด็ก หญิงมีครรภ์ และหญิงแม่ลูกอ่อนจะต้องการพลังงานสูงกว่าคนปกติ

1.6.4 การออกกำลังกาย หรือการทำกิจกรรม

slide12
1.7 สมดุลพลังงาน
  • ร่างกายมีกลไกที่จะควบคุมให้พลังงานสมดุลกัน โดยจะควบคุมปริมาณอาหารที่รับประทาน (food intake) เพื่อให้แคลอรีที่ได้รับ (caloric intake) เท่ากับพลังงานที่ใช้ไป (energy output) ตามกฎ law of conservation of energy

energy intake = energy output + stored energy

    • พลังงานที่ได้รับ มาจากอาหารโปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรต
    • พลังงานที่ใช้ในรูปพลังทำงานเป็นส่วนน้อย ส่วนใหญ่จะสลายไปในรูปของความร้อน
    • พลังงานที่เก็บสะสม คือพลังงานที่เหลือใช้ ร่างกายเก็บไว้ในรูปของไขมัน ไกลโคเจน และโปรตีนที่เนื้อเยื่อรวมทั้ง เอทีพี และ ครีอาทิน ฟอสเฟต
slide13
1.8 กลไกควบคุมปริมาณอาหารที่รับประทาน
  • เพื่อรักษาดุลพลังงาน คือ การที่จะให้ปริมาณอาหารที่รับประทานอาหารสมดุลกับพลังงานที่ใช้ จะมีการควบคุมจากระบบประสาท โดยจะมีศูนย์ควบคุมอยู่ใน ไฮโพทาลามัส (hypothalamus) 2 ศูนย์ คือ

1.9.1 ศูนย์หิว (feeding center)อยู่ที่ด้านข้างของไฮโพทาลามัส จะทำหน้าที่เป็นตำแหน่งรวมของกิริยาสนอง (reflex) ต่างๆที่มาทางลิ้น หู ตา กลิ่นที่มาเกี่ยวข้องกับการรับประทานอาหาร รวมทั้งการเสาะแสวงหาอาหารด้วย

1.9.2 ศูนย์อิ่ม (satiety center)อยู่ที่ด้านล่างของไฮโพทาลามัส จะทำหน้าที่รับสัญญาณอิ่ม คือ สัญญาณที่ทำให้หยุดรับประทาน

1 9 atp
1.9 ATP สารที่มีพันธะเคมีพลังงานสูง
  • อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (adenosine triphosphate หรือ ATP) ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการ นำเอาพลังงานจากที่หนึ่งไปใช้อีกที่หนึ่ง เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสง เปลี่ยนพลังงานรังสีมาเป็นพลังงานเคมี
  • ATP เป็น nucleotide ที่ประกอบด้วย nitrogen ที่มี adenine น้ำตาลไรโบส (คาร์บอน 5 อะตอม) และหมู่ฟอสเฟตเกาะอยู่ 3 หมู่ และพันธะโควาเลนซ์ที่จับกับหมู่ฟอตเฟต เมื่อพันธะถูกทำลาย โดยทำปฏิกิริยากับน้ำจะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมาก เป็นพันธะที่มีพลังงานสูง
slide15
กระบวนการสังเคราะห์พันธะเคมีที่มีพลังงานสูงของ ATP เรียกว่า ฟอสโฟริเลชัน (phosphorylation) เกิดขึ้นได้ 3 แบบก. โดยการถ่ายทอดกลุ่มฟอสเฟตจากสารที่มีพันธะเคมีพลังงานสูงกว่ามาให้ ADP โดยตรง เรียกว่า ซับสเตรตฟอสโฟริเลชัน (substrate phosphorylation) ข. โดยได้รับพลังงานรังสีมาทำให้เกิดการรวมตัวของ ADP กับฟอสเฟตกลายเป็น ATP เช่น ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เรียกว่า โฟโตฟอสโฟริเลชัน ( photophosphorylation )ค. โดยการรวมตัวของ ADP กับฟอสเฟต ในขณะที่เกิดการถ่ายทอดอิเล็กตรอนไปให้ออกซิเจนในกระบวนการหายใจ ซึ่งเกิดในไมโทคอนเดรีย เรียกว่า ออกซิเดทีฟฟอสโฟริเลชัน (oxidative phosphorylation)
slide16
ในเซลล์มีเอทีพีอยู่ไม่มาก เพราะถูกใช้และถูกสร้างขึ้นใหม่ตลอดเวลา

เสียฟอสเฟตไป 1 ตัว เสียฟอสเฟต 2 ตัว

ATP--------------------------------ADP--------------------------------AMP

  • การเปลี่ยน AMP หรือ ADP กลับมาเป็น ATP ต้องได้รับ กลุ่มฟอสเฟตและต้องใช้พลังงาน
  • ในเซลล์มีสารประกอบหลายตัวที่มีกลุ่มฟอสเฟต และมีพลังงานสูงกว่า ATP เช่น ฟอสโฟอีนอลไพรูเวต (phosphoenolpyruvate), 1,3- ไดฟอสโฟกลีเซอเรต (1,3-diphoglycerate)

สารประกอบพวกนี้สามารถถ่ายทอดกลุ่มฟอสเฟตให้ ADP พร้อมกับพลังงานทำให้ได้ ATP กลับคืนมาโดยมีเอนไซม์เป็นตัวเร่ง

slide17

ศูนย์สัมบูรณ์ (absolute zero)

  • หมายถึง อุณหภูมิที่ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ นั่นคือ -273 องศาเซลเซียส -459 องศาฟาเรนไฮต์ หรือ 0 เคลวิน เป็นอุณหภูมิที่โมเลกุลของสสารไม่มีพลังงานจลน์
  • ในทางปฏิบัติยังไม่สามารถสร้างสภาพศูนย์สัมบูรณ์ขึ้นมาได้จริง ปัจจุบันได้นิยามศูนย์สัมบูรณ์ไว้ว่า เป็นอุณหภูมิที่อนุภาคทุกชนิดหยุดการเคลื่อนไหวอย่างสิ้นเชิงตามหลักกลศาสตร์ควอนตัม ดังนั้นศูนย์สัมบูรณ์จึงน่าจะเป็นอุณหภูมิที่โมเลกุลของสสารสั่นน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
slide18
มาตรฐานวัดหลัก ได้แก่

โดยมีสูตรการแปลงหน่วยดังนี้

    • °C = (°F-32) × (5/9)
    • °F = (9/5) × °C + 32
    • K = °C + 273.15
    • °R = 4/5 × °C
slide20
2. เอนไซม์

1.  คุณสมบัติทั่วไป

-เป็นโปรตีนชนิดละลายน้ำได้

-ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกริยา (catalyst)

-มีซับสเตรทเฉพาะตัว

-เอนไซม์บางตัวมีโลหะเป็นองค์ประกอบ เรียกว่า metalloenzyme

-เอนไซม์บางตัวมีสารอินทรีย์อื่นเป็นองค์ประกอบ เรียกว่า โคเอนไซม์

slide21

แหล่งพบเอนไซม์

  • ในช่องทางเดินอาหารตั้งแต่ปากจนถึงลำไส้ใหญ่มีชื่อเอนไซม์ที่รู้จักทั่วไป เช่นไทยาลิน (ptyalin) เป็น salivaryamylase เปปซิน (pepsin) 

เป็น protease เรนนิน (rennin)เป็นmilk coagulation ทริพซิน (trypsin) เป็น endopeptidase ไคโมทริพซิน (chymotrypsin) เป็น endopeptidase

  • ภายในออร์กาเนลล์ต่างๆของเซลล์พืชและสัตว์เช่น

- ในไมโตคอนเดรีย เกี่ยวกับการออกซิไดซ์ กรดไขมัน กรดอะมิโน

- ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม เกี่ยวกับการสังเคราะห์โปรตีน, สเตอรอยด์ เป็นต้น

- ในนิวเคลียส เกี่ยวกับ การสังเคราะห์ดีเอนเอ และอาร์เอนเอ

- ในไลโซโซม เกี่ยวกับการสลายของดีเอนเอ,อาร์เอนเอ,โปรตีนโปลีแซคคาไรด์ และไขมัน

- ในไซโตซอลเกี่ยวกับการสังเคราะห์กรดไขมันการสลายกลัยโคเจน

การเปลี่ยนน้ำตาลกลูโคสเป็นไพรูเวท เป็นต้น

  • พบได้ในเชื้อแบคทีเรีย เชื้อรา (fungi) และไวรัส
slide22

การเรียกชื่อเอนไซม์เรียกตามซับสเตรตที่ถูกแยกสลาย หรือเรียกตามกฏิกิริยาที่เร่ง โดยการเติม ase เข้าไป  ข้างท้าย เช่น

  • ลิเปส (Lipase) เป็นเอนไซม์ที่ย่อยไขมันที่ใช้กับซับสเตรตไขมัน (Lipid)
  • เฮกโซคิเนส (Hexokinase) เป็นเอนไซม์ที่ย่อยน้ำตาลที่ใช้กับซับสเตรตเฮกโซส (Hexose)
  • ดีคาร์บอนซิเลส (Decarboxylase) เป็นเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาดีคาร์บอนซิเดชัน (Decarboxydation)
  • อะไมเลส (Amylase) เป็นเอนไซม์ของปฏิกิริยาที่แป้งถูกไฮโดรไลซ์เป็นมอสโทส (Maltose)
  • ซักซินิก ดีโอโดรจีเนส (Succinic dehydrogenase) เป็นเอนไซม์เร่งปฏิกิริยาการดึงไฮโดรเจนออกจากซับสเตรตกรดซักซินิก (Succinicacid)

แต่เอนไซม์บางชนิดการเรียกชื่อไม่ได้เป็นไปตามเกณฑ์ดังกล่าว เช่น

  • ปาเปน (Papain) ในยางมะละกอเป็นเอนไซม์เร่งปฏิกิริยาการย่อยโปรตีน
  • เปปซิน (Pepsin) ในน้ำย่อยเป็นเอนไซม์ที่ย่อยโปรตีนให้มีขนาดโมเลกุลเล็กลง
slide24
จำแนกชนิดของเอนไซม์

1. ออกซิโด – รีดักเตส (Oxido – reductase) เป็นเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาออกซิเดชัน รีดักชัน  ได้แก่ เอนไซม์ดีไฮโรจีเนส (Dehydrogenase) และออกซิเดส (Oxidase)

2. ทรานสเฟอเรส (Transferase) เป็นเอนไซม์ที่ทำปฏิกิริยาโดยโยกย้ายส่วนหนึ่งของซับสเตรตอีกตัวหนึ่ง เช่น   ทรานสคีโตเลส (Transketolase) และเมทิลทรานสเฟอเรส (Methyltransferase)

3. ไฮโดรเลส (Hydrolase) เป็นเอนไซม์ที่ทำปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (Hydrolysis) เช่น ฟอสเฟเตส (Phosphatase) ไล- เปส (Lipase)

4. ไลเอส (Lyase) เป็นเอนไซม์ดีคาร์บอกซิเลส (Decarboxylase) ฟูมาเรดไฮเดรเตส (Fumaratehydratase) ฯลฯ

slide25
5. ไอโซเมอเรส (Isomerase) เป็นเอนไซม์ที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนไอโซเมอร์ (Isomer) เช่น เอนไซม์ฟอสโฟกลีเซอโรมิวเตส (Phosphoglyceromutase) จะเปลี่ยน 3 – ฟอสโฟกลีเซอเรต (3-Phosphoglycerate) เป็น 2 – ฟอสโฟกลี  เซอเรต (2-Phosphoglycerate)

6. ซินเทเตส (Synthetase)หรือไลเกส (Ligase) เป็นเอนไซม์ที่เกี่ยวกับการสร้างพันธะเคมีโดยใช้พลังงาน (ATP = Adenosinetriphosphate) เช่น ไพลูเวต คาร์บอกซิเลส (Pyruvatecarboxylase) เปลี่ยนกรดไพรูวิก (Pyruvicacid) ให้เป็นกรดออกซาโลอะซิติก (Oxaloacetic acid)

cofactor coenzyme
โคแฟคเตอร์ (Cofactor)และโคเอนไซม์  (Coenzyme) 

หมายถึง โลหะอิออนที่เป็นส่วนประกอบในโมเลกุลของเอนไซม์และอิออนอิสระของโลหะที่ช่วยเร่งการทำงานของเอนไซม์ เช่น เอนไซม์ acetyl - Co A  synthase  มีอิออนของแมกนีเซียม (Mg2+) และโปแตสเซียม (K+) เป็นโคแฟคเตอร์แต่ถ้าเติมโซเดียมอิออน

(Na+) ลงไปการทำงานของเอนไซม์จะถูกยับยั้งทันที

  • โคแฟคเตอร์มักจะทนต่อความร้อนได้ ในขณะที่เอนไซม์จะหมดสภาพเมื่อได้รับความร้อน
  • เอนไซม์ที่มีโคแฟคเตอร์เป็นอิออนของโลหะนั้นอาจจะเรียกว่า เมทัลโลเอนไซม์ (Metalloenzyme) 
slide27
โคเอนไซม์  (Coenzyme)

เป็นสารอินทรีย์ที่ช่วยในการทำงานของเอนไซม์โดยทั่วไปโคเอนไซม์เป็นอนุพันธ์ของวิตามินที่ละลายน้ำได้

  • โคเอนไซม์ทำหน้าที่ในปฏิกิริยาที่มีการโยกย้ายของหมู่เคมีอะตอม หรืออิเลคตรอนโดยทำปฏิกิริยากับสับสเตรท
  • ถ้าโคเอนไซม์ติดอยู่กับเอนไซม์แน่นมากจะเรียกว่า กลุ่มพรอสธีติค โดยจะเกาะอยู่กับเอนไซม์แบบแขนโควาเลนท์ (Covalent bond)
isoenzymes
ไอโซเอนไซม์ (Isoenzymes) หรือไอโซไซม์

คือ กลุ่มเอ็นไซม์ที่ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาเดียวกัน แต่ตัวเอ็นไซม์มีคุณสมบัติทางฟิสิกซ์และเคมีแตกต่างกัน

  • เป็นเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาเดียวกัน มีน้ำหนักโมเลกุลเท่ากัน มีการเรียงตัวของกรดอะมิโนคล้ายคลึงกัน
  • แต่ มีการเรียงตัวของกรดอะมิโนต่างกันนี้ทำให้เมื่อแยกเอนไซม์โดยวิธีทาง อีเลคโตรโฟรีซิส (Electrophoresis)แล้วจะทำให้ไอโซ-ไซม์แยกออกจากกัน
  • อีเลคโตรโฟรีซิสสามารถแยกโปรตีนหรือโมเลกุลอื่นที่มีประจุในสนามไฟฟ้า โดยใช้ส่วนผสมของเอนไซม์หลายชนิดไว้ในตัวกลางที่เฉื่อย
slide29
กลไกในการทำงานของเอนไซม์กลไกในการทำงานของเอนไซม์
  • สารเริ่มต้นต้องเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ ซึ่งการเปลี่ยนนี้จะต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่งเรียกว่า Energy of Activation
  • การเพิ่มอุณหภูมิจะเพิ่มจำนวนโมเลกุลที่มีพลังงานสูงขึ้น ทำให้โมเลกุลอยู่ในสภาพที่เรียกว่า Transition state
  • อัตราเร่งปฏิกิริยาทางเคมีจะเพิ่มขึ้นได้สองทาง   ได้แก่   การเพิ่มอุณหภูมิ และ การเพิ่มอัตราเร่งของปฏิกิริยา
slide30

ลักษณะการทำงานของเอนไซม์ลักษณะการทำงานของเอนไซม์

denaturation
การเสื่อมสภาพของเอนไซม์ (Denaturation)
  • เมื่อโครงสร้างของเอนไซม์เปลี่ยนไปสารเริ่มต้นรวมกับเอนไซม์ที่ Active Site ไม่ได้ ทำให้คุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์หมดไป
  • กรณีที่เอนไซม์เกิดการเสื่อมสภาพไปแล้ว ไม่สามารถจะกลับคืนมาสู่สภาพที่ทำงานได้อีก คือ ได้รับอุณหภูมิสูง ดังนั้น ในการสกัดเอนไซม์ออกจากพืช หรือการทำให้เอนไซม์บริสุทธิ์ ทำในที่มีอุณหภูมิต่ำ
  • ออกซิเจน และสารที่เป็นสารออกซิไดซ์สามารถทำให้เอนไซม์หลายชนิดเสื่อมสภาพได้
  • ในสภาพที่แห้ง เอนไซม์จะมีความคงทนต่ออุณหภูมิสูงดีกว่าในสภาพที่มีน้ำมาก
slide32
ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์
  • ความเข้มข้นของเอนไซม์และสารเริ่มต้น
  • ความเป็นกรดด่าง (pH)
  • อุณหภูมิ เอนไซม์ทำงานได้ที่ T 30-50 องศาฯ และจะมีอุณหภูมิเหมาะสมที่สุดเรียก "Optimum temperature"
  • ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น (Reaction product)  
slide33
สารระงับการทำงานของเอนไซม์ (Inhibitors)

- Competitive Inhibitor  สามารถรวมตัวกับโมเลกุลของเอ็นไซม์ตรงตำแหน่ง active  site โดยการแย่งที่สับสเตรท

- Non competitive Inhibitor  เป็นสารยับยั้งที่รวมกับเอ็นไซม์หรือ ES-complex ก็ได้ จะได้เป็น EI และ ESI เมื่อเพิ่มความเข้มข้นของสับสเตรทให้มากขึ้นก็ไม่มีผลต่อปฏิกิริยา

- Uncompetitive  Inhibitor  เป็นสารยับยั้งที่จะไม่รวมกับโมเลกุลของเอ็นไซม์หรือไปแย่งที่ active site ของสับสเตรท แต่จะไปรวมกับ  ES-complex  เป็น ESI ทำให้ปฏิกิริยาไม่สามารถดำเนินต่อไปเป็นผลิตภัณฑ์ได้

competitive inhibitor
Competitive Inhibitor

http://www.juliantrubin.com/encyclopedia/biochemistry/enzyme_files/400px-Comp_inhib.png

non competitive inhibitor
Non competitive Inhibitor

http://content.answers.com/main/content/wp/en/thumb/3/34/400px-Non-competitive_inhibition.jpg

uncompetitive inhibitor
Uncompetitive  Inhibitor

http://www.chm.davidson.edu/erstevens/Lineweaver/scheme_4.gif

3 metabolism
3. กระบวนการเมแทบอลิซึม (Metabolism)
  • เมแทบอลิซึม เป็นกิจกรรมทางเคมีที่เกิดขึ้นเฉพาะสิ่งมีชีวิตเท่านั้นเช่น การสร้างพลังงาน การเจริญเติบโต การซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอ การคิด การรู้สึก รวมทั้งการกำจัดของเสียขบวนการเมแทบอลิซึมแบ่งออกได้เป็น 2 ขั้น ดังนี้
  • Catabolism หมายถึง ปฏิกิริยาที่ย่อยสลายสารประกอบขนาดใหญ่ให้เป็นสารโมเลกุลขนาดเล็ก และปล่อยพลังงานเคมีที่อยู่ในพันธะโมเลกุลนั้นๆ เรียกว่า Exergonic เช่น

การย่อยแป้ง น้ำตาล กลูโคส

slide38
2. Aanabolismหมายถึง ปฏิกิริยาที่สร้าง หรือรวมตัวเอาโมเลกุลขนาดเล็กให้เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งต้องการพลังงาน เรียกว่า Endergonic เช่น เกิดการรวมตัวของกลูโคสหลายโมเลกุล เกิดเป็นแป้ง , ไกลโคเจน

นอกจากการเสียหรือรับพลังงานแล้ว ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตจะมีการถ่ายทอดอิเลคตรอน เรียกว่า ปฏิกิริยา oxidation และ reduction

oxidation คือ ปฏิกิริยาที่โมเลกุลเกิดการสูญเสียอิเลคตรอน

reduction คือ ปฏิกิริยาที่โมเลกุลได้รับอิเลคตรอน

slide39
การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชสีเขียว เป็นปฏิกิริยาขั้นแอนาบอลิซึม โดยพืชสังเคราะห์กลูโคส จากคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำโดยมีคลอโรฟิลล์ เป็นสารที่จับพลังงานแสงสว่าง จากดวงอาทิตย์ มาใช้ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังสมการ

(แสงสว่าง)

6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O + พลังงาน (คลอโรฟิลล์)

  • การหายใจของพืชสีเขียว และสัตว์ที่ต้องการออกซิเจน จัดเป็นปฏิกิริยาขั้นแคทาบอลิซึม ดังสมการ

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + พลังงาน

slide40

6  CO2  +  6 H2OC6H12O6  +  6 O2

คลอโรฟิลล์

4. การสังเคราะห์ด้วยแสง
  • การสังเคราะห์ด้วยแสง คือ การใช้พลังงานรังสีเปลี่ยนคาร์บอนได ออกไซด์ และไฮโดรเจนที่มาจากน้ำหรือจากแหล่งให้ไฮโดรเจนอื่นๆ ให้เป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรต โดยเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีรงควัตถุที่สามารถดูดพลังงานจากแสงได้ เช่น พืชสีเขียว แบคทีเรียบางชนิด
slide41
รงควัตถุที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสงรงควัตถุที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสง
  • คลอโรฟิลล์
    • ต้นกำเนิดของคลอโรฟิลล์ คือ โพรโทคลอโรฟิลล์ (protochlorophyll) เป็นสารที่ไม่มีสี พบในพืชที่อยู่ในที่มืด เมื่อถูกแสงสว่าง จะถูกรีดิวซ์และเปลี่ยนเป็นคลอโรฟิลล์ ทำหน้าที่ดูดพลังงานของแสงอาทิตย์
    • คลอโรฟิลล์จำแนกออกได้ 4 ชนิด คือคือ คลอโรฟิลล์เอ คลอโรฟิลล์บี คลอโรฟิลล์ซี และคลอโรฟิลล์ดี
    • คลอโรฟิลล์ชนิดต่างๆ ดูดแสงในช่วงคลื่นแถบสีน้ำเงินและสีแดงได้ดีกว่าช่วงความยาวคลื่นอื่นๆ ช่วงคลื่นสีเขียว คลอโรฟิลล์ดูดได้น้อยที่สุด จึงทำให้เรามองเห็นสีคลอโรฟิลล์เป็นสีเขียว คลอโรฟิลล์เอจะมีสีเขียวปนน้ำเงิน ส่วนคลอโรฟิลล์บีมีสีเขียวอมเหลือง
slide42

แคโรทีนอยด์

  • แคโรทีนอยด์ เป็นสารประกอบจำพวกไขมัน ประกอบด้วย แคโรทีน เป็นรงควัตถุสีแดง และสีส้ม อีกชนิดหนึ่งคือ แซนโทฟิลล์ เป็นรงควัตถุสีเหลืองหรือสีน้ำตาล
  • ไฟโคบิลิน
  • ไฟโคบิลิน เป็นรงควัตถุที่มีอยู่เฉพาะสาหร่ายสีแดงและสี เขียวแกมน้ำเงินประกอบด้วยรงควัตถุ 2 ชนิดคือ
  • - ไฟโคอีรีทริน (Phycoerythrin) เป็นรงควัตถุสีแดง
  • - ไฟโคไซยานิน (Phycocyanin) เป็นรงควัตถุสีน้ำเงิน
slide46
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง มี 2 ปฏิกิริยา คือ
  • ปฏิกิริยาที่ใช้แสง (light reaction)เป็นปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นได้ต้องมีแสงจากดวงอาทิตย์ หรือแสงประดิษฐ์ก็ได้

รงควัตถุที่ทำหน้าที่สังเคราะห์ด้วยแสงรวมเป็นหน่วยย่อย เรียกว่า หน่วยสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthetic unit) หรือควอนทาโซม (quantasome) บนไทลาคอยด์ (thylakoid) รวมกันประมาณ 400-600 โมเลกุล และมีคลอโรฟิลล์เอรูปพิเศษ เป็นศูนย์กลางรับพลังงานจากรงควัตถุอื่น แล้วทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีรังสี หน่วยสังเคราะห์ด้วยแสงแต่ละหน่วยประกอบด้วย photosystem 2 ระบบ คือ photosystem I หรือ P700 ซึ่งมี pigment system I เป็นตัวรับแสง และ photosystem II หรือ P680 ซึ่งมี pigment system II เป็นตัวรับแสง แต่ละระบบจะมี คลอโรฟิลล์ประมาณ 200-300 โมเลกุล

slide47
การถ่ายทอดอิเล็กตรอน ใน PS I และ PS II เกิดได้เป็น 2 แบบดังนี้

ก. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร (cyclic electron transfer)การถ่ายทอดแบบนี้จะเกี่ยวข้องเฉพาะ PS I เท่านั้นโดยอิเล็กตรอนที่ออกมาจากคลอโรฟิลล์ P 700 จะมีตัวมารับและถ่ายทอดไปเป็นทอดๆ แล้วจะกลับมาสู่คลอโรฟิลล์ P 700 เดิม ในระหว่างที่ถ่ายทอดไปนั้น พลังงานจากอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาซึ่งเซลล์จะนำไปสร้างสารประกอบ ATP จากสารประกอบ ADPอิเล็กตรอนจากคลอโรฟิลล์ P 700 ใน PS I ที่มีพลังงานสูงขึ้นจะมี Z ซึ่งเป็นสารที่ยังไม่ทราบแน่ชัดว่าเป็นชนิดใดแน่ แต่มีผู้ให้ความเห็นว่าเป็น เฟร์ริดอกซิน รีดิวซิง ซับสแตนซ์ ( ferredoxin-reducing substrance ) มารับการถ่ายทอดต่อไปให้เฟร์ริดอกซินไซโทโครม พลาสโทไซแอนินและกลับมาสู่คลอโรฟิลล์ P 700 และได้พลังงานจากการถ่ายทอดแบบนี้ 1 ATP ต่ออิเล็กตรอน 1 คู่

slide48

ข. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร (non-cyclic electron transfer) การถ่ายทอดแบบนี้จะเกี่ยวข้องทั้ง PS I และ PS II และมีน้ำมาเกี่ยวข้องด้วย โดยพลังงานรังสีที่คลอโรฟิลล์ดูดไว้จะถูกนำมาใช้แยกน้ำด้วยกระบวนการโฟโตลิซิส (photolysis) โรบิน ฮิลล์ (Robin Hill) เป็นผู้ค้นพบกระบวนการนี้ ค.ศ. 1937 จึงมีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ปฏิกิริยาฮิลล์ (Hill’s reaction) การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบนี้ นอกจากจะสร้าง ATP แล้ว ยังจะสร้าง NADPH + H+ จาก NADP+ การถ่ายทอดอิเล็กตรอนทั้งสองแบบนี้จะเกิดขึ้นได้ตลอดเวลาเมื่อมีแสง ซึ่งพืชจะสามารถนำพลังงานแสงมาสร้างเป็น ATP และ NADPH + H+ ในปฏิกิริยาที่ใช้แสงนี้ และถูกนำไปใช้ในปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสงต่อไป

2 dark reaction
2. ปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสง (dark reaction)
  • ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องมีแสง เป็นกระบวนการต่อเนื่องจากปฏิกิริยาที่ใช้แสงในการที่จะเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ โดยใช้ผลผลิตที่ได้จากปฏิกิริยาที่ใช้แสง คือ NADPH + H+ และ ATP ให้ไปเป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรต ปฏิกิริยานี้ยังมีชื่อเรียกอีก 2 ชื่อ คือ คาร์บอนไดออกไซด์ ฟิกเซชัน (carbondioxide fixatio ) และวัฏจักรเคลวิน-เบนสัน (Calvin-Benson cycle) เคลวินและเบนสัน (ค้นพบในปี ค.ศ. 1949) พบว่าสารที่มาเป็นตัวรับ CO2 คือ RDP (ribulose diphosphate) และ PGA (phosphoglyceric acid) เป็นสารชนิดแรกที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาไม่ใช้แสง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในวัฏจักรนี้แสดงไว้จะเกิดขึ้น 3 ครั้ง สังเกตเลข 3 ที่อยู่หน้า CO2 และ RDP
slide50
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง
  • ความเข้มแสง - ถ้าความเข้มของแสงมาก อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้น
  • ความเข้มของ CO2 - อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นตามความเข้ม CO2 จนถึงระดับหนึ่ง แม้ความเข้ม CO2 จะเพิ่มขึ้นแต่ อัตราการสังเคราะห์แสงจะลดต่ำลง
  • อุณหภูมิ – อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ถ้าอุณหภูมิสูงเกิน 40 oC เอนไซม์จะเสื่อมสภาพ การทำงานเอนไซม์ชะงักลงอัตราการสังเคราะห์แสงจะลดลงตามระยะเวลาที่เพิ่มขึ้น
  • ออกซิเจน - ปริมาณออกซิเจนลดลงอัตราการสังเคราะห์แสงเพิ่มขึ้น
  • น้ำ - ช่วยกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์
  • เกลือแร่ - ถ้าพืชขาดธาตุแมกนีเซียมและไนโตรเจน เหล็ก พืชก็จะขาดคลอโรฟิลล์ การสังเคราะห์แสงก็จะลดลง