Pphy05 respiration
-
Upload
kanogpornwongchaleekul -
Category
Documents
-
view
381 -
download
1
Transcript of Pphy05 respiration
ในเซลลทมชวตนน มการหายใจตลอดเวลาโดยการใชออกซเจนแลว
ปลอยคารบอนไดออกไซดออกมาในปรมาตรเทาๆ กน แตอยางไรกตามการ
หายใจไมใชเปนเพยงการแลกเปลยนกาซเทานน กระบวนการทงหมดเปน
กระบวนการออกซเดชน-รดกชน ซงอาหารจะถกออกซไดซไปเปน
คารบอนไดออกไซด สวนออกซเจนทเซลลไดรบจะถกรดวซไปเปนน า
อาหารทเปนสารเรมตนของกระบวนการหายใจไดแก แปง ฟรคโตแซน
(Fructosan) ซโครส นาตาลชนดอน ๆ ไขมน กรดอนทรย และใน
บางกรณโปรตนกสามารถเปนสารเรมตนได
สมการอยางงายของกระบวนการหายใจ คอ
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + พลงงาน
1. พลงงานทไดออกมาจานวนมากจะหายไปในรปของความรอน
2. พลงงานทสาคญทเกดจากการหายใจทสาคญอยในรปของ
สารประกอบทใหพลงงานสงคอ ATP และ NADH
Respiratory Quotient (R.Q.)Respiratory Quotient เปนคาอตราสวนของคารบอนไดออกไซดท
เกดขนจากกระบวนการหายใจตอปรมาณของออกซเจนทใช
1. การใชคารโบไฮเดรตเปนสารเรมตน คา R.Q. จะเทากบ 1
2. การหายใจโดยใชไขมนเปนสารเรมตน จะมคา R.Q. ตากวา 1
ดงสมการ
C18H3402 + 25.5 02 18CO2 + 17H2O
18R.Q. = 25.5 = 0.7
3. การหายใจทใชกรดอนทรยเปนสารเรมตน คา R.Q. จะ
มากกวา
พชจะสะสมแปงไวในพลาสตดของเซลลในรปทไมละลายนา
เปนเมดแปงซงประกอบดวยอะไมโลส (Amylose) และอะไมโลเพคตน
(Amylopectin)
ขนตอนในการสลายแปงใหเปนกลโคส
สามารถคะตะไลทโดยเอนไซม 3 ชนด และตองการ
เอนไซมชนดอน ๆ เพอใชในกระบวนการเสรจ
สมบรณ เอนไซม 3 ชนด
เอนไซม 3 ชนดแรกทใชคอ แอลฟาอะไมเลส (α - amylase)
เบตาอะไมเลส (β - amylase) และ Starch Phosphorylase
1. แอลฟาอะไมเลสจะสลายแปงทม แขน 1, 4 ของอะไมโลส
และอะไมโลเพคตน
2 เบตาอะไมเลสจะสลายแปงใหกลายเปน เบตามอลโตส (β -
กจกรรมของเอนไซมอะไมเลสทง 2 ชนด จะเกยวของกบโมเลกลของนาจง
เรยกวา ไฮโดรไลตค เอนไซม (Hydrolytic Enzymes) ซงเปนการเกดปฏกรยา
ชนดไมผนกลบ
3. เอนไซม Starch Phosphorylase เปนเอนไซม ฟอสโฟโรไลตค
(Phosphorolytic Enzymes) เพราะเกยวของกบกลมฟอสเฟต
แปง + H2PO4- กลโคส - 1 – ฟอสเฟต
การเกด กลโคส - 1 - ฟอสเฟต น ทาให เซลลไมตองใช ATP 1
โมเลกล ในการเปลยนกลโคส การแตกสาขาของโมเลกลแปงทาใหเกดอะไมโลเพคตนนน แยกออกไปดวยแขน 1, 6 ซงเอนไซมทง 3 ชนดดงกลาวเขา
ทาลายแขนชนดนไมได แขนดงกลาวจะถกทาลายดวยเอนไซม Debranching Enzyme หรอ R enzyme และ เดกซตรเนส
(Dextrinases)
มอลโตสทไดออกมานน จะถกเปลยนเปน กลโคสโดยเอนไซม แอลฟา
อะไมเลส ไฮโดรไลซอยางชาๆ เกดเปนกลโคส หรอโดยเอนไซม มอลเตส
(Maltase) ซงจะสลายมอลโตสเปนกลโคสอยางรวดเรว
Maltose + H2O 2-D-glucose
อณหภมมผลกระทบตออตราสวนของนาตาลตอแปงในเนอเยอแตละ
ชนด ในหวมนฝรงการเกบรกษาทอณหภมทใกลจดเยอกแขง จะกอใหเกด
การสะสมกลโคส ฟรคโตส และซโครส และสญเสยแปงไปประมาณ 1-5
เปอรเซนต
พชในตระกล Compositae ไมสะสมแปง แตสะสมฟรคโตแซนส
ซงมโมเลกลขนาดเลก คอ ประกอบดวยฟรคโตส ประมาณ 12-35 โมเลกล
และกลโคสทปลายลกโซ การสลายฟรคโตแซนส จงไดฟรคโตสและ
ซโครส และซโครสจะถกเปลยนเปนกลโคสและฟรคโตสโดยเอนไซมอน
เวอเทส (Invertases)
ไกลโคไลสซ และการหมก (Glycolysis และ Fermentation)
ไกลโคไลสซเปนกลมของปฏกรยาซงกลโคส หรอกลโคส -1-
ฟอสเฟต หรอ ฟรคโตส จะถกเปลยนไปตามลาดบของปฏกรยาและได
ผลตภณฑสดทายเปนกรดไพรวค เปนกระบวนการทเกดในไซโตพลาสต
(Cytoplasm) กระบวนการนไมเกยวของกบการใชออกซเจน และสามารถ
เกดไดในสภาพทขาดออกซเจน กระบวนการนเปนกระบวนการหลกของ
การใชแปงทนาตาลมคารบอน 6 อะตอม สลายตวเปนกรดไพรวค 2 โมเลกล
จานวนของ ATP ทเกดขนจากกระบวนการไกลโคไลซสจะได
ดงน กระบวนการนใหกรดไพรวค 2 โมเลกล NADH 2 โมเลกลและ
ATP 4 โมเลกล ซงเกดจาก Substrate-level NADH ภายใต
สภาพหายใจทมออกซเจนตามปกตจะถกออกซไดซในเยอหมชนในของไม
โตคอนเดรย โดยเอนไซม NADH dehydrogenase ได ATP 2 โมเลกล ตอ NADH 1 โมเลกล ดงนนกระบวนการไกลโคไลซสจงให
ATP ออกมาทงหมด 8 ATP แตในการเกดกระบวนการไกลโคไลซสน
ตองใช ATP ไป 2 โมเลกล ดงนน ATP ทไดจรง ๆ จงม 6 โมเลกล หรอ
ถาเปนกรณทใช กลโคส-1-ฟอสเฟตหรอกลโคส-6-ฟอสเฟต แทนน าตาล
กลโคสจะได ATP จรง ๆ 7 โมเลกล
หนาทของกระบวนการไกลโคไลสซ
1. สรางโมเลกลของสารประกอบหลายชนด ซงสามารถออกไปจาก
กระบวนการเพอใชสงเคราะหสวนประกอบอนๆ ของพช
2. สราง ATP
3. สราง NADH ซงสงเคราะหขนมาโดยการรดวซ NAD+ ในระหวาง
การออกซไดซ 3-phosphoglyceraldehyde เปน 1,3-diphosphoglyceric acid
ถาหากเซลลขาดออกซเจน NADH จะไมถกออกซไดซโดยการไหล
ของอเลคตรอน ดงนนในเซลลทขาดออกซเจนจะม NAD+ อยนอย แตม
NADH มาก และกรดไพรวคจะถกรดวซไปเปน เอทธลอลกอฮอล (Ethanol)
และ CO2 หรอกรดแลคตค (Lactic Acid) การเกดเอทธลอลกอฮอลนนจะตอง
สญเสย CO2 (decarboxylated) จากกรดไพรวคแลวถกรดวซตอไปเปน
อะซตลดไฮดโดย NADH และโดยเอนไซม Pyruvate decarboxylase แลวจง
ถกเอนไซม Alcohol dehydrogenase เขาเรงปฏกรยาเกดเปนเอทธานอล
ตอไป กระบวนการหมกนนสามารถเกดไดกบเซลลของพชชนสง เมอเซลล
ขาดออกซเจน เชน ในดนทมน าขงเปนตน ซงจะสงผลใหมการเจรญเตบโต
ชา
รากของพชทขนในทนาขงมกจะมรากตนเพอ
หลกเลยงปญหาการขาดออกซเจน ในเมลดนน
ออกซเจนอาจจะซมเขาไปยาก เพราะเปลอกหมเมลด
จงตองทาใหออกซเจนซมเขาไปไดงายขน
กรดแลคตค พบในพชชนสงนอยกวาเอทธานอล พบบางในสาหราย
และเชอราทเจรญในสภาพทขาดออกซเจน
กรดไพรวค ทเกดขนจะเคลอนทเขาสไมโตคอนเดรย แลวถก
ออกซไดซเปน CO2 ในวงจรเครบส
กระบวนการไกลโคไลสซจดเปนกระบวนการซงเกดขนอยาง
กวางขวางในพช ทว ๆ ไป และเปนกระบวนการซงมความสาคญตอการ
Phosphofructokinase Phosphohexose isomerase และ Hexokinase
เปนตน
ปฏกรยาทจดเปน Rate-limiting ของกระบวนการไกล
โคไลสซ คอ ปฏกรยาทใชเอนไซม
Phosphofructokinase โดยมสารทชะงกกจกรรมของ
เอนไซมนได คอ กรดซตรก ATP, Phosphoenol
pyruvate และ 3 Phospho-
glyceric acid ปฏกรยาในชวงนไมผนกลบม ADP และ AMP
วงจรเครบส (Krebs Cycle)
วงจรนมชอหลายชอ เชน Citric Acid Cycle หรอ
Tricarboxylic Acid Cycle หรอ TCA วงจรเครบสเกดขนในไม
โตคอนเดรย เรมตนจากการสญเสย CO2 จากกรดไพร
วค ทาให เ กดอะซเตท ซงรวมกบโคเอนไซม เอ
(Coenzyme A) หรอ CoA เกดเปน อะซตลโคเอ (Acetyl CoA)
CoA นเปนสารประกอบทมกามะถนเปนองคประกอบ
ปฏกรยา Pyruvate decarboxylation เกยวของ
กบไธอะมนหรอ วตามน B1 (Thiamine หรอ Vitamin B1)
หนาทของวงจรเครบส
1. สราง NADH และ FADH2 ซงตอมาจะถก
ออกซไดซแลวให ATP 3 และ 2 โมเลกลตามลาดบ
กลโคส 1 โมเลกลให NADH 8 โมเลกลและ FADH2 2
โมเลกล
Electron Transport และ Oxidative Phosphorylation
เมอ NADH และ FADH2 ถกสงเคราะหขนในวงจรเครบสแลว สาร
ทง 2 จะถกออกซไดซทาใหเกด ATP ขนมา เปนกระบวนการทเกยวของกบ
การใชออกซเจนทาใหเกดน าขนมา แตทง NADH และ FADH2 ไมสามารถ
รวมไดโดยตรงกบออกซเจนเพอสรางน า แตจะตองมการไหลของอเลคตรอน
ผานตวกลางอนๆ อกหลายชนด รวมเรยกวาเปน Electron Transport System
หรอ Cytochrome System ของไมโตคอนเดรย การเคลอนทของอเลคตรอน
จะเรมจากสารทม Reduction Potential ตา ไปสสารทม Reduction Potential
สง หรอจากสารทรบอเลคตรอนยาก ไปสสารทรบอเลคตรอนงาย ซง
ออกซเจน คอ สารทรบอเลคตรอนงายทสดจงเปนตวรบอเลคตรอน ตว
สดทาย การรบอเลคตรอนของสารนนจะรบจากสารทอยเรยงกนเทานน
ซงสารเหลานจะเรยงตวกนอยบน Cristae ของไมโตคอนเดรย ในไมโตคอน-
เดรยหนง ๆ จะม Cytochrome System หลายพนระบบ สารทเปนตวรบ
อ เ ลคตรอนในระบบการไหลของ อ เ ลคตรอน ค อ ไซโตโครม ส
(Cytochromes) ซงประกอบดวยไซโตโครมส บ 3 ชนด และ ไซโตโครมส ซ
อก 2 ชนด ซง ไซโตโครมสเปนโปรตนทมเหลกและกามะถน นอกจากนน
มสารประกอบควโนนซงเรยกวา ยบควโนน (Ubiquinone) และมตวรบ
อเลคตรอนทเปนฟลาโวโปรตนกอนสงไปใหออกซเจน คอ ไซโตโครมส
ออกซเดส (Cytochrome Oxidase) ซงเปนโปรตนทมเหลกเปนองคประกอบ
Rotenone antimycin A
NADH Ubiquinone Cyt. B Cyt. C1 Cyt C.
Cyt. a + a3
(Cyt. oxidase)
Azide, CN -,CO
O2
Oxidative Phosphorylation คอการสงเคราะห ATP ท
เกดขนใน ไมโตคอนเดรยซงเปนผลอนเนองมาจาก
การไหลของอเลคตรอนผานตวรบ อเลคตรอนตาง ๆ
ไปสออกซเจน โดย ATP ทเกดขนจะเกดจาก ADP และ
H2PO-4 ซง ATP เปนสารทใหพลงงานสงของเซลล และ
พบมากใน เซลลซงตองใชพลงงานสง ATP 2 โมเลกล
จะเกดขนเมอมการไหลของอเลคตรอนจาก FADH2 ไปส
ออกซเจน และ ATP 3 โมเลกลจะเกดขนเมออเลคตรอน
เคลอนทจาก NADH ทเกดขนในกระบวนการเครบส
เมอพจารณาจากสมการขางตน DG สาหรบ
ATP 1 โมเลกล เทากบ -7,600 แคลอร/โมเลกล ท pH
7 ดงนน 36 โมเลกลของ ATP จะใหพลงงาน -273,600
แคลอร ดงนนประสทธภาพของการหายใจจงเทากบ
ประมาณ -273 ,600 / -686 ,000 หรอ เ ท ากบ 40
เปอรเซนต อก 60 เปอรเซนตนน สญเสยไปในรป
ของความรอน Coupling ของการไหลของอเลคตรอน
และ Oxidative Phosphorylation กระบวนการซงม
ความสมพนธกนทตองเกดขนพรอม ๆ กนเสมอ
ATP ในการหายใจ สามารถเกดขนไดโดย 2 วธการ
คอ วธ Substrate Level Phosphorylation ซง ATP จะเกดจากสาร
ทใชในการหายใจถกออกซไดซ และ ATP อาจจะเกด
จากการไหลของอเลคตรอนไปสออกซเจน
Chemiosmotic Hypothesis
Mitchell เสนอวาเยอหมของไมโตคอนเดรย ม
ความจาเปนสาหรบการสราง ATP ในเซลล โดยม
เอนไซมทใชในการสงเคราะห ATP จาก ADP
Pentose Phosphate Pathway
Martin Gibbs Bernard Axelrod และ Harry Beevers พบ
กระบวนการอกกระบวนการซงเกยวของกบการหายใจ
เปนกระบวนการทเกดสารทมน าตาลทมคารบอน 5
อะตอมขน จงเรยกวา Pentose Phosphate Pathway หรอ PPP
PPP จะคลายคลงกบไกลโคไลสซ เพราะมสาร
เรมตนชนดเดยวกน และตางกเกดขนในไซโตพลาสต
ความแตกตางของไกลโคไลสซและ PPP อยท PPP นนม
สารรบอเลคตรอนเปน NADP ขณะทไกลโคไลสซม NAD
ป ไ
เปน 6-phosphogluconic acid ซงเปนการออกซไดซ อลดไฮด
ไปเปนกรด และ NADP เปนตวรบอเลคตรอน
กระบวนการตอไปคอ 6-phosphogluconate ถกดงเอา
ไฮโดรเจนและ CO2 ออกไป โดย 6-phosphogluconic acid
dehydrogenase ใหน าตาลทมคารบอน 5 อะตอม
คอ Ribulose-5-Phosphate NADPH และ CO2 กระบวนการท
กลาวแลวท งสองนเปนกระบวนการทไมผ นกลบ
ปฏกรยาทจะเกดตอไปเปนวงจรทจะเปลยน Ribulose-5-
ใ ป ป ป
PPP มความสาคญ คอ เปนกลไกในการสลายกลโคส และให
NADPH เพอใชในกระบวนการอน ๆ และยงสงเคราะห Ribulose-5-
Phosphate ซงเปนโครงสรางพนฐานของกรดนวคลอค และยง
สงเคราะห Erythrose-4-Phosphate ซงจาเปนตอการสงเคราะหลกนน และ
สารประกอบฟโนลค
หนาทของ Pentose phosphate Pathway
1. สราง NADPH ซงใชเปนสารใหพลงงานสง และ Reductant ใน
การสงเคราะหสารอนๆ
2. สราง Ribulose-5-Phosphate ซงจาเปนตอการสงเคราะหกรด
นวคลอค
3. สราง Erythrose-4-Phosphate ซงจาเปนตอ
วถ Shikimic acid ซงใชสรางสารทม Aromatic ring
ทาใหกระบวนการไกลโคไลสซเกดโดยไมมออกซเจนนน คอ เกด
การสะสมเอทธานอล การระงบ ไกลโคไลสซของออกซเจนเกดจาก
เอนไซม Phosphofructokinase ซงจะมกจกรรมมากขนเมอเซลลขาด
ออกซเจน
3. อณหภม พชสวนใหญม Q10 ของการหายใจระหวางอณหภม 5-25
องศาเซลเซยส ประมาณ 2-2.5
4. ชนดและอายของพช เนองจากพชมลกษณะทางสณฐานวทยา
แตกตางกนมาก จงมกระบวนการเมตาบอลสมทตางกนดวย ตนออนทงอก
จากเมลดใหม ๆ หรอผลออนทเพงตดจะมอตราการหายใจสงกวาสวนของพช
ทเจรญเตมทแลว