การหายใจระดบเซลลCellular respiration

การหายใจระดบเซลล

• การผลตพลงงานจากสารอาหารทเซลลไดรบ พลงงานทไดจะสะสมอยใน รปของพลงงานพนธะ

• เมอเซลลตองการใชพลงงาน กจะสลายพนธะดงกลาวเพอปลดปลอยพลงงานออกมา ใชในกจกรรมตาง ๆ ของเซลล เชน การน าสารบางชนดเขาสเซลล, การเคลอนท เปนตน

• break down food such as sugar and release the energy they contain in a cell. This happens in both plant and animal cells.

• Mitochondria, found in both plant and animal cells, are responsible for cellular respiration.

• Photosynthesis: Use energy from the sun to make food.

• Cellular Respiration: Change food into energy the cell and body can use.

• สารอนทรยทส าคญมากทสดทใชใน การสะสมพลงงานในสงมชวตคอ ATP (ADENOSINETRIPHOSPHATE)

• การสลายพนธะระหวางหมฟอสเฟตจะเปน การปลอดปลอยพลงงานทสะสมอยในพนธะออกมา ในทางกลบกนการสรางพนธะเหลานกตองอาศย พลงงานเชนกน

Addition of a phosphate to ADP to make ATP is known as “substrate-level phosphorylation”

NAD+ และ FAD

• นอกจากนยงมสารอนทรยอกพวกหนง สามารถเกบสะสมพลงงานจากสารอาหารในรปของอเลกตรอน ซงจะสามารถปลอยพลงงานทสะสมไวออกมา เมอมการถายเทอเลกตรอนไปยงตวรบอเลกตรอนอน ๆ พลงงานเหลานจะถกน าไปใชสงเคราะห ATP เพอสะสมพลงงานไวใชตอไป

• ในการรบอเลกตรอนของ NAD+ และ FAD นนมกมการรบโปรตอน (H+) มาดวย ท าใหโมเลกลของสารทงสองตวทรบอเลกตรอนมาแลวอยในรปของ NADH และ FADH2

โครงสรางใดท าหนาทผลตพลงงาน ?

Cellular respiration

• Aerobic cellular respiration

• Fermentation (Anaerobic)

Aerobic respiration

การหายใจแบบใชออกซเจน(Aerobic respiration)

• เปนกระบวนการสราง ATP จากโมเลกลของกลโคสไดมากทสดถง 36 -38 โมเลกล ตอกลโคส 1 โมเลกล

• เปนการสลายสารอาหารโดยใชออกซเจนเขารวมประกอบดวย 4 ขนตอน คอ

1. ไกลโคไลซส (Glycolysis)

2. การสรางอะซทลโคเอนไซม เอ (Acetyl Co A)

3. วฏจกรเครบส (Krebs cycle)

4. การถายทอดอเลกตรอน (Electron transport system)

• สารอาหารทจะถกเปลยนใหเปนพลงงานหรอ ATP นน ไมจ าเปนทจะตองเรมจากกลโคสเพยงอยางเดยว สารอาหารอน เชน ไขมนเมอสลายตวใหกรดไขมนกจะเปลยนเปนแอซตล โคเอไดมากมาย ซงจะใหพลงงานผานวฏจกรเครบสไดโดยตรง โดยไมตองผานวถไกลโคลซส สารอาหารอน เชนโปรตน กเชนกน เมอสลายตวใหเปนกรดอะมโน กสามารถเปลยนเปนสารตวกลางทเขาวฏจกรเครบสได

1. ไกลโคไลซส (Glycolysis)

• กระบวนการสลายน าตาลกลโคส (C6H12O6) ซงมคารบอน 6 อะตอมไปเปนกรดไพรวก (C3H4O3) ซงมคารบอน 3 อะตอม จ านวน 2 โมเลกล

• เกดทไซโทพลาสซมของเซลลทเรยกวา ไซโทซอล (Cytosol)

2. การสราง Acetyl coA

• สารทมคณสมบตคลายวตามน ละลายในไขมน มอยตามธรรมชาตในรางกายและรางกายสามารถผลตไดเอง พบในเซลลทกเซลลทมชวตโดยจะอยทสวนเยอหมของไมโตคอนเดรย (Mitochondrial) และมความจ าเปนตอรางกาย

• เชอมระหวางไกลโคไลซสกบวฏจกรเครบส• มกรดไพรวกเปนสารตงตน ผานเขาสไมโทคอนเดรยและท าปฏกรยากบโคเอนไซมเอ (coenzyme A) ไดเปนแอซตลโคเอนไซม เอ (acetyl CoA) ซงมคารบอน 2 อะตอม

• ในปฏกรยานมการปลอยแกสคารบอนไดออกไซด 2 โมเลกลและเปลยน NAD+ เปน NADH + H+ โดยมเอนไซมไพรเวตดไฮโดรจเนสคอมเพลกซ (pyruvate dehydrogenase complex) เปนตวเรงปฏกรยา

3. วฏจกรเครบส (Krebs cycle)

• เรมตนดวยการรวมตวกนของแอซตลโคเอนไซมเอกบกรดออกซาโลแอซตก (oxaloacetic acid) ซงมคารบอน 4 อะตอมไดกรดซตรก(citric acid) ซงมคารบอน 6 อะตอม และจะมการเปลยนแปลงไปอกหลายขนตอนและมเอนไซมหลายชนดเปนตวเรงปฏกรยา

• มการดงแกสคารบอนไดออกไซดออกจากกรดซตรกท าใหคารบอนอะตอมของกรดซตรกลดลงจาก 6 คารบอนอะตอมเปน 5 และ 4 คารบอนอะตอมตามล าดบ ซงเมอไดสารทมคารบอนอะตอม 4 อะตอมคอกรดออกซาโลแอซตกกสามารถรวมตวกบแอซตลโคเอนไซมเอเปนกรดซตรกไดอก และเกดการหมนเวยนเปนวฏจกร

• แตละรอบของวฏจกรเครบสนอกจากจะมการดงแกสคารบอนไดออกไซดออกแลวยงมการสราง NADH + H+, FADH2 และ GTP

การถายทอดอเลกตรอน(Electron transport system)

การถายทอดอเลกตรอน (electron transport system)

• NADH กบ FADH2 จากKreb’s Cycle จะเขาสขนตอนทเรยกวา การถายทอดอเลกตรอน

• NADH กบ FADH2 จะมอเลกตรอนพลงงานสง อเลกตรอนนจะถกสงไปยงตวสงผานอเลกตรอนทเยอหมไมโทรคอนเดรย (Inner membrane) ระหวางนนอเลกตรอนกจะปลดปลอยพลงงานออกมาเรอยๆ โดยมตวรบอเลกตรอนตวสดทายคอ ออกซเจน

• ดงนนหนาทของออกซเจนคอเปนตวรบอเลกตรอน (เพราะถาไมรบอเลกตรอนกจะไมถกถายทอดพลงงานกจะไมเกด)

• ระหวางทเกดการสงตออเลกตรอนนเองกจะมกระบวนการหลายอยางเพอสราง ATP ขนมา และเมอออกซเจนรบอเลกตรอน กจะกลายเปนน า

• ระหวางการถายทอดอเลกตรอนเปนชวงๆ จะเกดพลงงานอสรทเรยกวาออกซเดทฟ ะซงจะน าไปใชในการสราง ATP ดวยกระบวนการฟอสโฟรเลชน (oxidative phosphorylation)

• การสราง ATP ในกระบวนการน ไมใชการสราง ATP โดยตรงแบบ substrate-level phosphorylation เหมอนทสรางจากวถไกลโคลซสและวฏจกรเครบส แตจะเปนการสรางแบบทตองมการเชอมโยงกบการออกซเดชนในระบบถายทอดอเลกตรอนซงท าใหเกดการปมของโปรตอนผานเยอหมชนในของไมโทคอนเดรย

แหลงพลงงานทใชสราง ATP มาจากความแตกตางของโปรตอนระหวาง 2 ดาน

ของเยอหมชนในของไมโทคอนเดรย