1/22/2018

1

เมแทบอลซม (Metabolism)

เมแทบอลซม (Metabolism) หมายถงปฏกรยาเคมตาง ๆ ทเกดขนภายในเซลล โดยมเอนไซม (Enzyme) เปนตวเรง เพอทจะน าเอาพลงงานและสารประกอบคารบอนจากสงแวดลอมมาใชสงเคราะหสวนประกอบตาง ๆ ของเซลล เพอกอใหเกดการเตบโต การแบงเซลล ตลอดจนการเคลอนไหวและการขบถายของเสยออกจากเซลล

1/22/2018

2

คะตาบอลซมและอะนาบอลซม (Catabolism and Anabolism)

เมแทบอลซมอาจแบงไดเปนสองชนด คอ 1.แคแทบอลซม (Catabolism) เปนกระบวนการเปลยนแปลงโมเลกลของสารขนาดใหญใหเลกลง

2.แอแนบอลซม (Anabolism) เปนกระบวนการสงเคราะหโมเลกลทคอนขางใหญจากโมเลกลเลกๆ

ทงสองกระบวนการนประกอบดวยปฏกรยาเคมทมเอนไซมหลายชนดเปนตวเรงตอเนองกน แตทงสองปฏกรยาไมไดเกดขนโดยการทวนวถปฏกรยา (Reaction path) กนและกน

แคแทบอลซม เปนกลมวถเมแทบอลซมซงสลายโมเลกลเปนหนวยขนาดเลกและปลดปลอยพลงงาน ในแคแทบอลซม โมเลกลขนาดใหญ เชน พอลแซกคาไรด ลพด กรดนวคลอกและโปรตนถกสลายเปนหนวยขนาดเลกกวา เชน มอโนแซกคาไรด กรดไขมน นวคลโอไทดและกรดอะมโนตามล าดบ

1/22/2018

3

แอแนบอลซม เปนกลมวถเมแทบอลซมซงสรางโมเลกลขนจากหนวยขนาดเลก ปฏกรยาเหลานตองอาศยพลงงานขบวนการเหลานกอใหเกดการเจรญเตบโตและการเปลยนแปลงของเซลล ตลอดจนการเพมขนาดล าตว ซงเปนขบวนการทเกยวของกบการสงเคราะหโมเลกลทซบซอน

ภาพวฎจกรของกระบวนการเมแทบอลซมการสลายโมเลกลใหญโดยกระบวนการ แคแทบอลซมใหเปนโมเลกลเลก นนจะกอใหเกดพลงงาน และรดวซงอคววาเลนซ (reducing equivalence) ซงจะถกน าไปใชในการสงเคราะหโมเลกลเลกๆ โดยกระบวนการแอแนบอลซม

1/22/2018

4

Catabolism- Breaks down molecules into smaller ones.- Release energy or used in other anabolic reactions.- Provides the energy for physical activity.- Fuel for anabolic reactions.- If excess energy human body stores this excess energy in fat or glycogen.

1/22/2018

5

1. กระบวนการสงเคราะห ATPสารชวเคม ATP ถอวาเปนแหลงพลงงานทส าคญทสด และธรรมชาต

เองกมกระบวนการทสามารถสงเคราะห ATP จาก ADP ไดอยางมประสทธภาพ กระบวนการสงเคราะห ATP นเรยกวา phosphorylation ซงม 3 ประเภท คอ

1. ฟอสฟอรเลชนระดบซบสเตรท (Substrate-level phosphorylation) เปนการสราง ATP จากสารพลงงานสงอนๆ

1.1 Substrate-level phosphorylation

1.2 Oxidative phosphorylation

1.3 Photophosphorylation

1.1 Substrate phosphorylation

ATP ถกสรางโดยการถายทอด ~P จากสารทมพนธะเคมพลงงานสงกวามายง ADP โดยตรง โดยมenzyme กระตน

1/22/2018

6

ATP (Adenosine triphosphate)เปนสารเคมทมพลงงานสงพรอมทจะแตกตวปลอยให

พลงงานออกมาใชทใดทหนงได

1/22/2018

7

ภาพโครงสรางของสารพลงงาน ATPพลงงานทเกดจากคะตาบอลซมนน สวนใหญอยในรปของพลงงานเคมในสารประกอบ ATP อะดโนซนไทรฟอสเฟต (adenosine triphosphate หรอ ATP)

เมอ ~P สลายภายในเซลล พลงงานบางสวนจะสญเสยไปในรปของความรอน และบางสวนถกน าไปใชท างาน และเมอ ATPถายทอด ~P ใหกบโมเลกลของสารอน โมเลกลของสารนนจะไดพลงงานเพมขนดวย ท าใหเกดปฏกรยากบโมเลกลอนตอไป ดงนนพลงงานจาก ATP สามารถท าใหเกดปฏกรยาเคมภายในเซลลได

1/22/2018

8

ATP เมอถกใชแลวสามารถสรางกลบมาใหมได

1.2 ออกซเดทฟฟอสฟอรเลชน (Oxidative phosphorylation) เปนการสราง ATP จากสารน าอเลกตรอน (NADH และ FADH2) โดย NADH และ FADH2 สามารถถายอเลกตรอนใหแกออกซเจน โดยผานลกโซขนสงอเลกตรอน (electron transport chain) ในไมโทคอนเดรย (mitochondria) ท าใหเกดพลงงานทจะท าใหเกดปฏกรยาระหวาง ADP กบฟอสเฟตเปน ATP

1/22/2018

9

Oxidative phosphorylation

การสราง ATP จากการถายทอด e- ผานสารน า e- เชน NADH, FADH2 ใน e-

transport chain ท mitochondria และม O2 เปนตวรบ e- ตวสดทาย

1/22/2018

10

1.3 โฟโตฟอสโฟรเลชน (Photophosphorylation) เปนการสราง ATP จากพลงงานแสงส าหรบสงมชวตทสงเคราะหดวยแสงได โดยพลงงานแสงจะท าใหน าแตกตวใหออกซเจน โปรตอน และอเลกตรอน และอเลกตรอนจะถกขนสงไปตามลกโซขนสงอเลกตรอนของคลอโรพลาสตท าใหเกดพลงงานทจะท าใหเกดปฏกรยาระหวาง ADP กบฟอสเฟตเปน ATP

ซงในสวนของฟอสโฟรเลชนแบบทสองและสามจะเกยวของกบไฟฟาเคมคอนขางมาก

สารน าอเลกตรอนจะสามารถใหอเลกตรอนไดกตอเมออยในสภาพรดวซ (NADH, NADPH และ FADH2) และเมอถายอเลกตรอนไปแลวกจะเปลยนกลบมาอยในสภาพออกซไดซ (NAD+, NADP+ และ FAD) เหมอนเดม

Photophosphorylation

แสงท าให e- จากน า ถกถายทอดไปตาม e-

transport chain ใน chloroplast ไดพลงงานในรป ATP

1/22/2018

11

2.

1/22/2018

12

1/22/2018

13

Aerobic cellular respiration

1/22/2018

14

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

1/22/2018

15

โปรตนทอยทผวของ mitochondria จะขนสง pyruvateเขาไปใน mitochondria

2 Pyruvate 2 Acetyl CoA + 2NADH

2C2O ออกจากเซลลNet:

Krebs cycle เกดท matrix ของmitochondria

1/22/2018

16

ใน 2 Krebs cycle / 1 Glucose

2 Acetyl CoA 4CO2

+ 6 NADH2

+2 FADH2

+ 2 ATP (substrate level phosphorylation)

e- transport chain

The pathway of electron transport

➢ETC ประกอบดวยelectron carrier molecules (ตวรบ e-)ทอยใน inner mitochondrial

membrane

➢ตวรบ e- จะรบเฉพาะ e-

➢H+ จะถกปลอยออกมาและถกสงออกไปทintermembrane space

1/22/2018

17

➢O2 จะเปนตวรบ e- ตวสดทาย แลวรวมกบ H+ กลายเปน H2O

½ O2 + 2e- + 2H+ H20

สรปวา➢ETC ไมท าใหสราง ATP โดยตรง แตท าใหเกด H+

gradient ทผนงดานในของmitochondria ซงท าใหสะสมพลงงานมากพอทจะท าใหเกดphosphorylation

➢ATP synthase เปนprotein complex ท าหนาทสงเคราะห ATP ซงจะท างานไดโดยการไหลผานของ H+

➢การสราง ATP แบบนเรยกวา Chemiosmotic ATP synthesis

1/22/2018

18

Electron transport chain and oxidative phosphorylation

Review: how each molecules of glucose yields many ATP molecules during cellular respiration

1/22/2018

19

1/22/2018

20

1/22/2018

21

1/22/2018

22

1/22/2018

23

1/22/2018

24

1/22/2018

25

การหายใจแบบไมใชออกซเจน

เปนการเปลยนแปลงใหเกดพลงงาน โดยใชสารอนนทรยอน ๆ เปนตวรบอเลกตรอน หรออเลกตรอนตวสดทายแทนออกซเจน ไดแก NO3

-, NO2-, SO4

2-, fumarate เปนตน

1. การรดวซไนเตรต (Nitrate reduction) หรอดไนตรฟเคชน (denitrification)

2. การรดวซซลเฟต (sulfate reduction)

SO42- + 8e- + 8H+ H2S + 2H2O + 2OH-

3. การรดวซคารบอนไดออกไซด (CO2 reduction)

1/22/2018

26

Fermentation

(Backup ATP production)

Glycolysis Pyruvate Lactate (animal)

CO2 + alcohol (yeast)

หรอ อาจจะได product อนๆ ขนอยกบ enzyme ในสงมชวตนน

➢ผลของ fermentation จะได 2ATP

➢NADH ทไดจาก fermantation จะถกเปลยนเปน NAD+ เพอใชใน glycolysis ได

1/22/2018

27

Alcohol fermentation (yeast)

Lactic acid fermentation (animal cell)

1/22/2018

28

Pyruvate as a key junction in catabolism

ผลของ Glycolysis คอ pyruvate ซงจะถกเผาผลาญตอไปดวยfermentation หรอaerobic cellular respiration แลวแตวาจะอยในภาวะทม O2

หรอไม ส าหรบเซลลทสามารถเกดกระบวนการหายใจไดทง 2 แบบ

➢ถงแมวา fermentation 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

➢ในเซลลของยสต ถาม glucose จ านวนมาก ยสตจะสรางพลงงานโดยการfermentation ไดเปน alcohol เมอม alcohol เพมจ านวนมากขนจะท าใหยสตตายได

➢จากการทคนพบกระบวนการ fermentation จงน ามาใชประโยชนไดมากมาย

1/22/2018

29

1/22/2018

30

1/22/2018

31

1/22/2018

32

The catabolism of various food molecules

รางกายของเราไดพลงงานสวนใหญจาก fats, proteins, disaccharides และpolysaccharides ทกนเขาไป โมเลกลเหลานถกยอยใหเปนโมเลกลทเลกลงดวยenzymes ซงสามารถจะเขาไปในกระบวนการglycolysis หรอ Krebs cycle ได

3.

1/22/2018

33

4.

1/22/2018

34

Photosynthesis

แบงออกเปน 2 ขนตอน

1. Light reactions

2. Calvin cycle

1/22/2018

35

Light reactions:

➢เกดขนท thylakoid membranes

➢เปนกระบวนการทเปลยนพลงงานแสงไปเปนพลงงานเคมของ ATP และ NADPH

➢ให O2 ออกมาสบรรยากาศ

1/22/2018

36

Calvin cycle reactions:

➢เกดขนท stroma

➢เปนกระบวนการทใช CO2 สรางเปน sugar โดยใชพลงงานทไดจาก Light reaction (ATP, NADPH)

➢ให ADP, Pi, NADP+กลบไปใชใน light reaction