เรื่องที่ 6 การสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน
(Aerobic respiration) จุดประสงค์การเรียนรู้ 1.
อภิปราย
และสรุปปฏิกิริยาการสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน นักเรียนสงสัยหรือไม่ว่าเซลล์นำสารอาหารไปใช้ในการผลิตพลังงานให้แก่เซลล์ได้อย่างไร การสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน
(Aerobic respiration) การหายใจ(Respiration) คือกระบวนการสลายสารอาหาร
เช่น คาร์โบไฮเดรต ไขมันและโปรตีน โดยอาศัยการควบคุมของเอนไซม์ภายในเซลล์
การหายใจแบบใช้ออกซิเจน เป็นกระบวนการสร้าง
ATP จากโมเลกุลของกลูโคสได้มากที่สุดถึง 36 -38 โมเลกุล หรือมากกว่าต่อกลูโคส 1
โมเลกุล
การหายใจแบบใช้ออกซิเจน
(Aerobic respiration) เป็นการสลายสารอาหารโดยใช้ออกซิเจนเข้าร่วมปฏิกิริยา ประกอบด้วย 4
ขั้นตอน
คือ 1. ไกลโคลิซีส (Glycolysis) 2. การสร้างอะซิติลโคเอนไซม์ เอ หรือการออกซิเดชัน กรดไพรูวิก (Pyruvate oxidation หรือ pyruvate dehydrogenase complex pathway) 3.
วัฏจักรเครบส์ (Krebs
cycle) 4. การถ่ายทอดอิเล็กตรอน
(Electron transport system)
ภาพที่ 6.1 แสดงตำแหน่งที่เกิดขั้นตอนทั้ง
4 ขั้นตอนของการสลายสารอาหารระดับเซลล์
ที่มา
: www.dwm.ks.edu.tw 1.
ไกลโคลิซีส (Glycolysis) กระบวนการนี้มีชื่อเรียกอีกชื่อว่า EMP Pathway ซึ่งเรียกตามชื่อของผู้ริเริ่มศึกษา กระบวนการนี้ 3
คน คือ เริ่มต้นด้วยการเติมหมู่ฟอสเฟตให้กลูโคส ทำให้กลูโคสมีค่าพลังงานศักย์สูงขึ้น ในการฟอสโฟรีเลชันกลูโคส 1
โมเลกุล
ต้องใช้พลังงาน 2 ATP ฟอสโฟรีเลชัน หมายถึง การรวมตัวของหมู่ฟอสเฟต (Pi) กับสารแล้วทำให้สารนั้นมีค่าพลังงานศักย์สูงขึ้น เช่น ADP + Pi " ATP กลูโคส + Pi " กลูโคส-
Pi พลังงานที่ปล่อยออกมาจากการสลายกลูโคสไปเป็นกรดไพรูวิก สามารถสังเคราะห์ ATP ได้ 4
โมเลกุล
และไฮโดรเจนที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีค่าพลังงานศักย์สูงอีก 4
อะตอม
โดยมี
NAD มารับโปรตอนและอิเล็กตรอน เนื่องจากอะตอมของไนโตรเจนมีประจุบวก จึงเขียน NAD+ โดย 1
โมเลกุลของ NAD+ รับไฮโดรเจนได้ 2
อะตอม
และรับอิเล็กตรอนได้ 2
อะตอม ดังนี้ NAD+ + 2H+ + 2e- " NADH + H+ NADH +
H+ เป็นสารรีดิวซ์ เพราะได้รับอิเล็กตรอน ถ้าสูญเสียอิเล็กตรอนพร้อมไฮโดรเจน 2
อะตอมจะกลายเป็น NAD+ ภาพเคลื่อนที่ 6.1
แสดงขั้นตอนของไกลโคลิซีส
ภาพที่ 6.2 แสดงขั้นตอนการสลายน้ำตาลให้เป็นกรดไพรูวิก สมการรวบยอดในปฏิกิริยาไกลโคลิซีส C6H12O6 +
2 ADP + 2Pi +
2 NAD+ " 2 C3H4O3
+ 2ATP + 2NADH +
H+ สรุปลักษณะกระบวนการและผลลัพธ์สำคัญของไกลโคลิซีส 1.
ไกลโคลิซีสเป็นกระบวนการสลายกลูโคสให้กลายเป็นกรดไพรูวิก (Pyluvic acid: C3H4O3)
หรือไพรูเวต(Pyluvate) ซึ่งมีคาร์บอน 3 อะตอม 2
โมเลกุล 2.
เกิดขึ้นในไซโทพลาสซึมของเซลล์สิ่งมีชีวิตทุกชนิดทุกสภาวะไม่ว่าจะใช้
O2 หรือไม่ใช้ O2 หายใจก็ตาม 3. ถ้าเริ่มจากกลูโคส
( C6H12O6 ) 1 โมเลกุล จะได้ผลลัพธ์ที่สำคัญ คือ
3.1 ได้กรดไพรูวิก 2
โมเลกุล (2 C3H4O3
)
3.2 เกิด ATP จากกระบวนการ
4 ATP ใช้ในการฟอสโฟรีเลชันไป 2 ATP เพราะฉะนั้นจึงได้พลังงานสุทธิ 2
ATP 3.3 เกิดไฮโดรเจน (H)
4 อะตอม โดยมี NAD+ มารับ 2 NAD+
+ 4 H+ + 2e- " 2 NADH +
H+ 2. การสร้างอะซิติลโคเอนไซม์
เอ หรือการออกซิเดชันกรดไพรูวิก (Pyruvate oxidation หรือ Pyruvate dehydrogenase complex pathway)
ขั้นตอนนี้เป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างไกลโคลิซีสกับวัฎจักรเครบส์ มีกรดไพรูวิกเป็นสารตั้งต้นเกิดขึ้นที่ ของเหลวในไมโทคอนเดรีย โดยกรดไพรูวิกแต่ละโมเลกุลจะทำปฏิกิริยากับโคเอนไซม์ เอ
(Co-enzyme A)ได้เป็น อะซิติลโคเอนไซม์ เอ (Acetyl Co A) ซึ่งแต่ละโมเลกุลมีคาร์บอน
2 อะตอม และคาร์บอนไดออกไซด์ 1โมเลกุล
และมีการปล่อยไฮโดรเจน
2 อะตอม โดยมี NAD+ (ตัวนำอิเล็กตรอน) มารับและเปลี่ยนไปเป็น NADH +
H+ แล้วเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน ภาพเคลื่อนที่
6.2 แสดงขั้นตอนของการสร้างอะซิติลโคเอนไซม์
เอ ภาพที่ 6.3 แสดงขั้นตอนกรดไพรูวิกทำปฏิกิริยากับโคเอนไซม์เอได้เป็นแอซีติลโคเอนไซม์เอ
ที่มา :
http://www.micro.siu.edu/micr201/images/PyruvateDhase
สมการรวบยอดในปฏิกิริยาขั้นตอนนี้
2 C3H4O3 + 2 NAD+ +2 Coenzyme A " 2 C2H3O - S Co A + 2NADH +
H++ 2CO2
สรุปลักษณะกระบวนการและผลลัพธ์สำคัญในการสร้างอะซิติลโคเอนไซม์ เอ 1.
กรดไพรูวิกแต่ละโมเลกุลจะถูกเปลี่ยนเป็นอะซิติลโคเอนไซม์ เอ โดยกลุ่มของเอนไซม์ Pyruvate dehydrogenase complex 2.
ปฏิกิริยาการเปลี่ยนกรดไพรูวิกแต่ละโมเลกุล ไปเป็นอะซิติลโคเอนไซม์ เอ นี้ ได้ผลลัพธ์ที่สำคัญ คือ
2.1 เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ 1
โมเลกุล
จากแต่ละปฏิกิริยา กลูโคส 1
โมเลกุล
ทำให้ได้กรดไพรูวิก 2 โมเลกุล เพราะฉะนั้นจึงได้ผลลัพธ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์รวมทั้งสิ้น 2
โมเลกุล/
1 โมเลกุลของ
กลูโคส
2.2 เกิดไฮโดรเจน 2
อะตอม
จากแต่ละปฏิกิริยา ซึ่งรวมกับ NAD+ กลายเป็น NADH + H+ 1
โมเลกุล
เริ่มต้นจากกลูโคส 1
โมเลกุล
ได้กรดไพรูวิก 2
โมเลกุล เพราะฉะนั้นจึงได้ไฮโดรเจนทั้งสิ้น
4 อะตอม หรือ NADH + H+ 2 โมเลกุล 3.
วัฏจักรเครบส์
(Krebs cycle)
วัฏจักรเครบส์ (Krebs cycle) ตั้งตามชื่อของเซอร์ ฮันส์ เครบส์ (Sir Hans Krebs)
นักเคมีชาวอังกฤษเป็นผู้ค้นพบวัฏจักรนี้ในปี
ค.ศ. 1934 วัฏจักรนี้ยังมีชื่อเรียกอย่างอื่นอีก เช่น วัฏจักรของกรดซิตริก (Citric
acid cycle) หรือวัฏจักรของกรดไทรคาร์บอกซิลิก
(Tricarboxylic
acid cycle = TCA cycle) ปฏิกิริยาในช่วงนี้มีลักษณะเป็นวัฏจักรเกิดขึ้นบริเวณเมทริกซ์
(Matrix) ของไมโทคอนเดรีย ต้องอาศัยเอนไซม์และโคแฟกเตอร์หลายชนิด ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างสารพลังงานสูงให้กับเซลล์จำนวนมาก เริ่มวัฏจักรเครบส์ดังนี้อะซิติลโคเอนไซม์ เอ 1 โมเลกุล ทำปฏิกิริยากับ H2O แล้วโคเอนไซม์ เอ จะแยกเป็นอิสระ
จะเหลือสารที่มีคาร์บอน 2 อะตอม (C2H4O2) สารที่มีคาร์บอน 2 อะตอม จะทำปฏิกิริยากับสารที่มีคาร์บอน 4
อะตอม คือกรดออกซาโลอะซิติก (Oxaloacetic acid) ซึ่งมีอยู่แล้วภายในเซลล์ ได้เป็น กรดซิตริก ซึ่งมีคาร์บอน 6
อะตอม
ต่อมากรดซิตริกจะสลายตัวเป็นสารที่มีจำนวนคาร์บอน 5 อะตอมคือกรดแอลฟาคีโตกลูตาริก (α Ketoglultaric acid )
โดยให้ CO2 ออกมา 1 โมเลกุล และให้ไฮโดรเจน ออกมา 2 อะตอม โดยสารที่มารับ H+
อะตอม คือ NAD+ NAD+
+ 2H+ + 2e- " NADH +
H+
กรดแอลฟาคีโตกลูตาริกทำปฏิกิริยากับน้ำ แล้วสลายตัวให้สารที่มีคาร์บอน 4
อะตอมคือกรดซักซินิก (Succinic
acid) โดยให้
CO2 ออกมา 1 โมเลกุล และให้ไฮโดรเจน ออกมา 2 อะตอม โดยมี NAD+ มารับ กลายเป็น NADH +
H+ มีการปลดปล่อยพลังงานออกมาสร้าง GTP ได้ 1
โมเลกุล
(เทียบเท่ากับ ATP 1 โมเลกุล) กรดซักซินิก จะเปลี่ยนเป็นกรดฟูมาริก(Fumaric)
ให้ไฮโดรเจน ออกมา 2 อะตอม โดยมี FAD มารับ กลายเป็น FADH2 FAD +
2H+ + 2e- "
FADH2 กรดฟูมาริกทำปฏิกิริยากับน้ำ ได้สารที่มีคาร์บอน
4 อะตอม
คือ กรดมาลิก(Malic
acid) กรดมาลิกจะเปลี่ยนเป็นกรดออกซาโลอะซิติกโดยปล่อยไฮโดรเจน ออกมา 2 อะตอม และมี NAD+ มารับ กลายเป็น NADH +
H+ ดังวัฏจักรต่อไปนี้
ภาพที่ 6.4 วัฏจักรเครบส์ หรือวัฏจักรของกรดซิตริกแสดงขั้นตอนการเกิดสารต่าง ๆ
ที่มา :
http://www.micro.siu.edu/micr201/images/PyruvateDhase ภาพเคลื่อนที่
6.3 แสดงขั้นตอนของวัฏจักรเครบส์ สมการรวบยอดในวัฏจักรเครบส์ 2CH3COSCoA + 6 NAD++
2FAD + 2GDP + 2Pi + 6H2O " 4 CO2
+ 6NADH + 6H+ + 2FADH2
+ 2GTP + 2CoASH สรุปลักษณะกระบวนการและผลลัพธ์สำคัญของวัฏจักรเครบส์ 1. เกิดขึ้นที่ของเหลว
(Matrix) ในไมโทคอนเดรีย 2. ผลลัพธ์ที่สำคัญของปฏิกิริยามีดังนี้
(เริ่มต้นจากลูโคส 1โมเลกุลหรืออะซิติลโค
เอ 2 โมเลกุล) 2.1 เกิดพลังงานอิสระเก็บไว้ในรูปของGTP (Guanosine triphosphate) 2
โมเลกุล เมื่อถูก
ไฮโดรลิซีสแล้วจะให้พลังงานออกมาเท่ากับ 1 ATP จึงอาจถือว่าให้พลังงานเท่ากับ 2
ATP ได้ 2.2 เกิดไฮโดรเจน
16 อะตอม โดย H
12 อะตอม มี NAD+ มารับกลายเป็น
6 (NADH
+ H+) และ H 4 อะตอม มี FAD มารับกลายเป็น 2 FADH2
โมเลกุล NADH + H+
และ FADH2 ที่เกิดขึ้นทั้งหมดจะถูกส่งเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน เพื่อออกซิเดชันให้ได้ ATP ต่อไป 2.3 เกิด CO2 ทั้งสิ้น 4 โมเลกุล ตารางที่ 6.1 สรุปผลิตภัณฑ์ต่าง
ๆ ในแต่ละขั้นตอนของการสลายกลูโคส 1 โมเลกุล
4.
การถ่ายทอดอิเล็กตรอน
(Electron transport system หรือ ETS) การถ่ายทอดอิเล็กตรอน
หรือลูกโซ่การหายใจเกิดขึ้นที่เยื่อชั้นในของไมโทคอนเดรียหรือ คริสตี (Cristae) จะเกิดควบคู่กันไปทุกขั้นตอน คือถ้ามีไฮโดรเจนเกิดขึ้นในทุกกระบวนการ
ไฮโดรเจนจะถูกส่งเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนทันที ในการสังเคราะห์
ATP อิเล็กตรอนที่หลุดออกจากโมเลกุลของสารอาหารจะมีสารมารับอิเล็กตรอน เรียกว่า ตัวนำอิเล็กตรอน (Electron carrier) แล้วถ่ายทอดไปยังตัวนำอิเล็กตรอนตัวอื่นขณะที่มีการถ่ายทอดอิเล็กตรอน
จะมีพลังงานปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอน พลังงานเหล่านั้นนำไปสังเคราะห์ ATP กระบวนการนี้จึงเกี่ยวข้องกับสาร 2
ประเภท
คือ 1. สารที่เป็นตัวนำอิเล็กตรอน 2. สารที่เป็นตัวรับพลังงานจากการถ่ายทอดอิเล็กตรอน สารที่เป็นตัวนำอิเล็กตรอน ในการสลายโมเลกุลของสารอาหาร อิเล็กตรอนจะหลุดออกมาจากโมเลกุลของสารอาหารพร้อมด้วยโปรตอนในรูปอะตอมของไฮโดรเจน ตัวนำอิเล็กตรอนบางชนิดสามารถรับอิเล็กตรอนพร้อมด้วยโปรตอน แต่ตัวนำอิเล็กตรอนบางชนิดรับเฉพาะอิเล็กตรอน
ไม่ว่าจะเป็นการรับในรูปของอะตอมไฮโดรเจนหรือรับเฉพาะอิเล็กตรอนก็ตาม การรับอิเล็กตรอนทำให้ตัวอิเล็กตรอนถูกรีดิวซ์
เช่น สารที่เป็นตัวนำอิเล็กตรอน
คือ นิโคตินาไมด์ อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ (NAD+ )สามารถรับได้ทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอน ดังสมการ NAD+
+ 2H+ + 2e- " NADH +
H+ ฟลาวิน อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์ (FAD)
รับได้ทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอน ดังสมการ FAD +
2H+ + 2e- " FADH2 ระบบไซโตโครม (Cytochrome) ทั้งหมด รับได้เฉพาะอิเล็กตรอน โดยเฉพาะออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายแล้วเกิดเป็นน้ำขึ้น 2H+
+ 2e- + ตัวกลางรับและถ่ายทอดอิเล็กตรอนในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน เรียงตามลำดับ คือ NAD+ "FAD " Cytochrome
b " Cytochrome
c " Cytochrome
a " O2
ภาพที่ 6.5 แสดงขั้นตอนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน
หรือลูกโซ่การหายใจ
ที่มา :
http://www.classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio2 สารที่เป็นตัวรับพลังงานจากการถ่ายทอดอิเล็กตรอน สารที่เป็นตัวรับพลังงานจากการถ่ายทอดอิเล็กตรอน คือ ADP +Pi "ATP ระบบการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (Electron transport system :
ETS)
หรือลูกโซ่การหายใจ(Respiration chain) NADH +
H+ และ FADH2 ในสภาพรีดิวซ์ซึ่งเป็นตัวรับอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนจากการสลายกลูโคส ตั้งแต่ขั้นไกลโคลิซีสถึงวัฏจักรเครบส์ NADH +
H+ และ FADH2 จะถ่ายทอดอิเล็กตรอนของไฮโดรเจนไปยังตัวรับอิเล็กตรอนตัวอื่นๆ
คือโคเอนไซม์ Q (Co.Q) ไซโตโครม
b ไซโตโครม c ไซโตโครม a - a 3 และแก๊สออกซิเจนตามลำดับ ในขณะที่มีการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจะมีการปล่อยพลังงานออกมาด้วย ซึ่งพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาถ้าหากเกิน 7.3 กิโลแคลอรี/โมล ก็สามารถสังเคราะห์ ATP จาก ADP และ Pi
ได้ จากการศึกษาพบว่าการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจาก NADH +
H+ " FADH2 จะมีพลังงานออกมา 12.2 กิโลแคลอรี/โมล จึงสร้าง ATP ได้
เช่นเดียวกันการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจาก Cytochrome
b " Cytochrome
c มีการปลดปล่อยพลังงานออกมา 9.9 กิโลแคลอรี/โมล และจาก Cytochrome a " Cytochrome
a 3 ไปยังแก๊สออกซิเจนมีปล่อยพลังงานออกมาถึง 23.8 กิโลแคลอรี/โมล ดังนั้นจึงสามารถสังเคราะห์
ATP จาก ADP และ Pi ได้เช่นกัน พลังงานที่เหลือจากการสังเคราะห์ ATP ก็จะปลดปล่อยออกมาในรูปของพลังงานความร้อน ทำให้ร่างกายอบอุ่นอยู่ตลอดเวลา การถ่ายทอดอิเล็กตรอนเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชัน กล่าวคือมีทั้งการให้และการรับอิเล็กตรอนเกิดขึ้น ถ้าNAD+ เป็นสารตัวแรกที่มารับอิเล็กตรอน
เมื่อการถ่ายทอดอิเล็กตรอนสิ้นสุดลงจะสังเคราะห์ ATP ได้ 3 โมเลกุล ถ้า
FAD เป็นสารตัวแรกที่มารับอิเล็กตรอน
เมื่อการถ่ายทอดอิเล็กตรอนสิ้นสุดลงจะสังเคราะห์ ATP ได้ 2 โมเลกุล ภาพเคลื่อนที่
6.4 แสดงขั้นตอนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน สมการรวบยอดในการถ่ายทอดอิเล็กตรอน 24 H +
6 O2 + 34 ADP +
34Pi " 12 H2O +
34 ATP ภาพเคลื่อนที่
6.5
สรุปขั้นตอนการหายใจแบบใช้ออกซิเจน สรุปลักษณะกระบวนการและผลลัพธ์สำคัญของระบบการถ่ายทอดอิเล็กตรอน 1.
เกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรียหรือครีสตี โดยเกิดควบคู่กับปฏิกิริยา 3 ขั้นตอนแรก 2. O2 จะเป็นตัวรับโปรตอนและอิเล็กตรอนเกิดเป็นน้ำ
ทั้งสิ้น 12 โมเลกุล/1โมเลกุล ของกลูโคส 3. การถ่ายทอดอิเล็กตรอนของตัวนำอิเล็กตรอนไปตามลำดับ ดังนี้ NADH
+ H+ " FADH2 " Cytochrome
b " Cytochrome
c " Cytochrome
a " Cytochrome
a 3 " O2 4. ขั้นตอนที่มีพลังงานสูงในการสร้าง ATP คือ 4.1 NADH +
H+ " FADH2 4.2
Cytochrome b " Cytochrome
c 4.3 Cytochrome a3
" แก๊สออกซิเจน 5. จากปฏิกิริยาในขั้นตอนต่าง
ๆ จะได้อะตอมของไฮโดรเจนที่ผ่านเข้ามาในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน รวมทั้งสิ้น 24 อะตอม 5.1 จากไกลโคลิซีส
4 อะตอม 5.2 จากการสร้างอะซิทิลโคเอนไซม์ เอ 4 อะตอม 5.3 จากวัฏจักรเครบส์ 16 อะตอม ( จาก 6 NADH2 และ 2 FAD H2) 6. NADH +
H+ เมื่อผ่านกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจะได้พลังงาน = 3
ATP FADH2 เมื่อผ่านกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจะได้พลังงาน
= 2 ATP 7. เป็นขั้นตอนที่มีพลังงานเกิดขึ้นมากที่สุดในเซลล์ 7.1 จากไกลโคลิซีส 2
NADH + H+ = 2 × 3 = 6 ATP 7.2 จากการสร้างอะซิทิลโคเอนไซม์ เอ 2 NADH +
H+ = 2 ×3 = 6 ATP 7.3 จากวัฏจักรเครบส์ 6
NADH + H+ = 6 × 3 = 18 ATP 2 FAD H2
= 2 × 2 = 4 ATP รวมทั้งสิ้น
= 34 ATP รวมสมการการหายใจ (สลาย 1 กลูโคส) แบบใช้ออกซิเจน C6H12O6 +
6O 2 + 36 38
ADP + 36 38 Pi " 6CO2 + 6H2O + 36 - 38ATP ภาพที่ 6.6 แผนภาพสรุปการสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจนทั้ง 4 ขั้นตอน ที่มา : http://people-eku.edu./ritehisong/301notcsi. การหายใจทั้ง 4 ขั้นตอน
เกิดขึ้นที่บริเวณต่าง ๆ ดังนี้ 1.
ไกลโคลิซีส เกิดที่ไซโทพลาสซึมของเซลล์ 2.
การสร้างอะซิทิลโคเอนไซม์ เอ เกิดที่ของเหลวในไมโทคอนเดรีย 3.
วัฏจักรเครบส์
เกิดที่เมทริกซ์ของไมโทคอนเดรีย 4.
การถ่ายทอดอิเล็กตรอน เกิดที่เยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรีย(คริสตี) การสลายไขมันและโปรตีน การสลายไขมัน
ไขมัน(Fat)เป็นสารอาหารชนิดหนึ่งซึ่งสามารถให้พลังงานได้ ไขมันเมื่อรวมตัวกับน้ำดีแล้วจะถูกย่อยโดยเอนไซม์ลิเพสพร้อมด้วยไฮโดรไลซีสได้เป็นสารที่โมเลกุลเล็กลงคือ กรดไขมัน(Fatty acid) และกลีเซอรอล (Glycerol)
สารทั้งสองนี้จะมีการสลายตัวต่อไปอีก และเข้าสู่กระบวนการกลูโคสออกซิเดชันคนละทางกัน กลีเซอรอลเป็นสารประกอบประเภทแอลกอฮอล์
จะถูกเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารตัวกลางในกระบวนการไกลโคลิซีส กลายเป็นสารฟอสโฟกลีเซอรอลดีไฮด์ (Phosphoglyceraldehyde
หรือ PGAL) ซึ่งต้องใช้ ATP 1
โมเลกุล
และปล่อยไฮโดรเจนออกมา 2
อะตอม
โดยมี NAD+ เป็นตัวมารับดังสมการ NAD+ Ê NADH + H+
ATP Ì ADP PGAL ที่เกิดขึ้นจะถูกสลายเป็นกรดไพรูวิก ผ่านเข้าสู่วัฎจักรเครบส์ต่อไป ส่วน NADH + H+ จะนำอะตอมของไฮโดรเจนเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน จนกระทั่งเกิดปฏิกิริยาโดยสมบูรณ์ได้ CO2
และH2O
สำหรับกรดไขมัน เพื่อให้ได้พลังงานนั้น กรดไขมันที่อยู่ในไซโทพลาสซึมจะต้องถูกนำเข้าไปในไมโทคอนเดรียก่อน โดยกรดไขมันทำปฏิกิริยากับ
ATP และ Coenzyme A
แล้วเปลี่ยนเป็น Fatty acid Co.A และ Fatty
acid Co.A ถูกสลายโดยกระบวนการบีตา ออกซิเดชัน ต่อไป Triglycerides ----> Glycerol +
Fatty Acids:
การสลายโปรตีน โปรตีนที่นำเข้าสู่ร่างกายในรูปของอาหารจะถูกย่อยภายในกระเพาะอาหารและลำไส้เล็กให้เป็นกรดอะมิโนประมาณ 20 ชนิดก่อน กรดอะมิโนเหล่านี้เมื่ออยู่ในเซลล์ประมาณ ¾
จะถูกนำไปใช้ในการสลายเพื่อให้ได้พลังงาน กรดอะมิโน อาจถูกเปลี่ยนได้หลายแนวทางด้วยกันตามชนิดของกรดอะมิโน
เช่นบางชนิดเปลี่ยนเป็นกรดไพรูวิก บางชนิดเปลี่ยนเป็นอะซิทิลโคเอนไซม์ เอ บางชนิดเปลี่ยนเป็นสารตัวใดตัวหนึ่งในวัฎจักรเครบส์ แต่พบว่าทุกครั้งก่อนที่กรดอะมิโนจะเปลี่ยนเป็นสารประกอบตัวใดก็ตาม ที่กล่าวมาจะต้องมีการตัดหมู่อะมิโน (-NH2) ออกจากโมเลกุลของกรดอะมิโน
หมู่อะมิโนที่หลุดออกมานี้จะเปลี่ยนเป็นแอมโมเนีย
(NH3)จากนั้นตับจะเปลี่ยนให้เป็นยูเรียขับออกทางปัสสาวะ จะเห็นได้ว่าทั้งการสลายกลูโคส กรดไขมัน และกรดอะมิโนจะให้สารซึ่งเข้าสู่กระบวน
การหายใจระดับเซลล์ในขั้นตอนต่าง ๆ ได้ ก็จะมีผลในการสร้างพลังงานให้แก่เซลล์และสิ่งมีชีวิต ดังนั้นคาร์โบไฮเดรต ไขมัน
และโปรตีนจึงเป็นสารอาหารที่เป็นแหล่งพลังงานของเซลล์ร่างกายสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ภาพที่ 6.7 แผนภาพสรุปการสลายโมเลกุลสารอาหารคาร์โบไฮเดรต
โปรตีน และไขมัน
ที่มา :
www.elmhurst.edu/.../images/590metabolism.gif
ภาพเคลื่อนที่
6.6
แสดงการสลายโมเลกุลสารอาหารคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน |
|||||||||||||||||||||||||
............................................................................................ |