SlideShare una empresa de Scribd logo
1 de 54
Descargar para leer sin conexión
พลังงานในสิ่งมีชีวิต
        สิ่งมีชีวิตจะดํารงชีวิตอยูไดตองไดรบพลังงานและสสารจากสิ่งแวดลอม และแหลงพลังงานของสิ่งมีชีวิตในโลก
                                              ั
คือ ดวงอาทิตย
        สิ่งมีชีวิตที่ใชพลังงานแสงเพื่อการดํารงชีวิต เรียกวา โฟโตโทรฟ (Phototroph หรือ Phototrophic organism)
ไดแก พืช สาหราย และแบคทีเรียบางชนิด
        สิ่งมีชีวิตที่ใชพลังงานจากการรับสารเคมี (สารอินทรีย) ตางๆ จากสิงแวดลอม เรียกวา เคโมโทรฟ (Chemotroph
                                                                          ่
หรือ Chemotrophic organism) ไดแก สัตวตางๆ เห็ดรา และแบคทีเรียทั่วๆ ไป
ปฏิกิริยาเคมีในเซลลของสิ่งมีชีวิต
       สิ่งมีชีวิตทุกชนิดตองใชพลังงาน (Energy) ในการดํารงชีพ หรือทํากิจกรรมตางๆ ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งพลังงาน
สวนใหญที่สิ่งมีชีวิตใชไดมาจากการสลายสารอาหารดวยกระบวนการทางเคมีไมวาจะนําพลังงานนั้นๆ ไปใชทําอะไรใน
การดํารงชีพ เชน การหายใจ การเคลื่อนที-เคลื่อนไหว การขับถาย การเจริญเติบโต การลําเลียงสารเขาออกจากเซลล ฯลฯ
                                         ่
พลังงานทีไดจงเปนพลังงานเคมี ซึงพลังงานเคมีทเี่ กิดขึนไดนนก็จะตองไดมาจากปฏิกิริยาเคมี (Chemical reaction) ดวย
          ่ ึ                     ่                   ้ ั้




                                                       81
ชีววิทยา
Food + O 2                      CO2 + H 2 O

                                                    Respiration


                                ADP + Pi                                    ATP




                                Chemical Mechanical Electrical Transport
                                 work      work       work       work

                การถายทอดของพลังงานผาน ATP และการเปลี่ยนรูปของพลังงานในรูปแบบตางๆ
       อธิบายเพิ่มเติม
       - เซลลมีกลไกหลีกเลี่ยงพลังงานกระตุนซึงสูงเกินกวาความตานทานของเซลลได โดยการลดระดับความตองการ
                                               ่
ของพลังงานกระตุนใหนอยลง        ซึ่งวิธีการที่เซลลลดระดับความตองการพลังงานกระตุนนั้นโดยมีเอนไซมหลายชนิด
ชวยลดพลังงานกระตุน
       - เซลลมีกลไกหลีกเลี่ยงการปลอยพลังงานออกมาอยางรวดเร็วไวได โดยการควบคุมใหปฏิกิริยาการสลาย
อาหารมีหลายขั้นตอน เพื่อใหพลังงานถูกปลอยออกมาอยางชาๆ ทีละนอย
สิ่งที่มีผลตอการเกิดปฏิกิริยาเคมี
       คะตะลิสต (Catalyst) หมายถึง สารที่ทําหนาที่เปนตัวเรงปฏิกิริยาเคมี โดยหลังจากปฏิกิริยาสิ้นสุดแลว
โครงสรางของมันเองไมเปลี่ยนแปลง
       สิ่งมีชีวิตตองการคะตะลิสตหลายชนิด เพื่อใหปฏิกิริยาทางเคมีตางๆ ภายในรางกายเกิดขึ้นไดงายโดยไมตองใช
พลังงานกระตุนมากเกินกวาที่เซลลจะทนได
หมายเหตุ คะตะลิสตในสิ่งมีชีวิต (Biocatalyst หรือ Organic catalyst) คือ เอนไซม (Enzyme) นั่นเอง
โดยเอนไซมจะไปลดพลังงานกระตุนของสารทําใหเกิดปฏิกิริยาไดเร็วขึ้น แตพลังงานที่เกิดขึ้นยังเทาเดิม




                                                       82
                                                                                                        ชีววิทยา
ทฤษฎีอธิบายความจําเพาะ (Specificity) ของเอนไซม
           การที่เอนไซมมีความจําเพาะเจาะจงกับโครงสรางของสารตั้งตน (Substrate) สามารถอธิบายไดโดยอาศัยทฤษฎี
ตอไปนี้
       1. ทฤษฎีแมกญแจและลูกกุญแจ (Lock and key theory) เสนอโดย อีมล ฟชเชอร (Emil Fischer) อธิบายวา
                     ุ                                                       ิ
แตละโมเลกุลของเอนไซมจะมีบริเวณเรง (Active site) ทีเ่ ฉพาะเจาะจงกับสารตังตน (Substrate) ทําใหเขากันไดพอดี
                                                                          ้
เหมือนกับการที่ลูกกุญแจสวมเขาพอดีกับแมกุญแจ (ทฤษฎีนี้อธิบายถึงสภาพของบริเวณเรงของเอนไซม วามีรูปราง
แนนอน แข็งแกรง)


                        Enzyme       Substrate Enzyme-Substrate                    Product
                                                   complex

                                 สมการการทํางานของเอนไซม (E) กับสารตั้งตน (S)


      Substrate                              Products                      Substrates        Product
  Active site                                                Active site

      Enzyme Enzyme-Substrate complexEnzyme                    Enzyme Enzyme-Substrate complex Enzyme

   a. Degradative reaction                                   b. Synthetic reaction

                                 แผนภาพแสดงกลไกการทํางานของเอนไซมกับสาร
                                       a. กระบวนการสลายสาร
                                       b. กระบวนการสังเคราะหสาร
        2. ทฤษฎีชักนําใหเหมาะสม (Induced-fit theory) เสนอโดย คอชแลนด (Koshland) เมื่อสารตั้งตนเขาไป
จับบริเวณเรงของเอนไซมจะเหนี่ยวนําใหเอนไซมเปลี่ยนโครงรูปใหเหมาะสม ทําใหสามารถจับตัวกับสารตั้งตนไดดีขึ้น
ทําใหเอนไซมทําหนาที่เรงปฏิกิริยาไดสารผลิตภัณฑ (ทฤษฎีนี้อธิบายถึงความยืดหยุนและลักษณะไมแข็งของเอนไซม
บางชนิดทีบริเวณเรง (Active site) จึงสามารถเปลี่ยนโครงรูปใหเหมาะสมได)
          ่




                                                        83
ชีววิทยา
Substrates                                                  Substrates
           Enzyme           Enzyme-Substrate                         Enzyme            Enzyme-Substrate
                               complex                          (Note active site      complex (Enzyme
                                                             larger than substrate) changes shape)
            (a) Lock-and-key model                                           (b) Induced fit model
                                     ภาพแสดงการทํางานของเอนไซม
       (a) ภาพแสดงการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมตามทฤษฎีแมกุญแจและลูกกุญแจ (เอนไซมไมเปลี่ยนรูปราง)
       (b) ภาพแสดงการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมตามทฤษฎีชักนําใหเหมาะสม (เอนไซมสามารถเปลี่ยนรูปรางได
           เล็กนอยขณะทําปฏิกิริยา)
ตัวยับยั้งเอนไซม (Inhibitor)
          ตัวยับยั้งเอนไซม (Inhibitor) หมายถึง สารที่ทําใหปฏิกิริยาที่มีเอนไซมเปนตัวคะตะลิสตหยุดชะงักลงได เชน
ไซยาไนด คารบอนมอนอกไซด ฟลูออไรด ยาซัลฟา
          1. ตัวยับยั้งแบบแขงขัน (Competitive inhibitor) หมายถึง สารที่สามารถเขาไปแยงสารตั้งตน (Substrate)
จับที่บริเวณเรง (Active site) ของเอนไซม ทําใหการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมลดลง เชน กรดซักซินิก (Succinic acid)
กรดมาโลนิก (Malonic acid) กรดออกซาลิก (Oxalic acid) เชน ไซยาไนด (Cyanide) กาซคารบอนมอนอกไซด
          2. ตัวยับยั้งแบบไมแขงขัน (Noncompetitive inhibitor) หมายถึง สารที่สามารถเขาไปจับที่บริเวณอื่น
บนโมเลกุลของเอนไซมที่ไมใชบริเวณเรง (Active site)
                                       Competitive                       Substrate
                Substrate               inhibitor                Noncompetitive
                                                                    inhibitor


                            Enzyme                   Enzyme                             Enzyme
                               (a)                    (b)                                  (c)
                                  ภาพแสดงการทําปฏิกิริยาของตัวยับยั้งเอนไซม
             (a) การทําปฏิกิริยาระหวางเอนไซม-สารตั้งตนปกติ (ES complex)
             (b) การทําปฏิกิริยาระหวางเอนไซม-ตัวยับยั้งแบบแขงขัน (EI complex)
             (c) การทําปฏิกิริยาระหวางเอนไซม-ตัวยับยั้งแบบไมแขงขัน (ESI complex หรือ EI complex)



                                                        84
                                                                                                           ชีววิทยา
Energy Supplied




                                                                          Energy Supplied
                                                            Energy of
                           Energy of                        activation                        Energy of
                           reactant                                                           reactant                     Energy of
                                                                                                                           activation
      Energy Released




                                                                            Energy Released
                                                             Energy of                                                       Energy of
                                                             product                                                         product



                                       E a without Enzyme                                                 Ea with Enzyme
                                          ภาพแสดงผลของปฏิกิริยาเคมีเมื่อมีเอนไซมและไมมีเอนไซม
                                               (พบวาการใชพลังงานกระตุนลดลงอยางมาก)
พลังงานที่ใชในการสลายพันธะเคมี
       พลังงานที่ใชในการสลายพันธะเคมี เรียกวา พลังงานพันธะ (Bond energy) พลังงานที่เกิดขึ้นจากปฏิกรยาเคมี
                                                                                                    ิิ
มี 2 ประเภท คือ
       1. ปฏิกิริยาคายพลังงาน (Exergonic reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแลวจะปลอยพลังงานออกมา >
พลังงานกระตุนที่ใสเขาไป เชน การรวมกันของกาซไฮโดรเจน และกาซออกซิเจน หรือการสลายสารอินทรียตางๆ
(การหายใจ)
                                สรุป พลังงานสรางพันธะ > พลังงานสลายพันธะ
                        ตัวอยางปฏิกิริยาคายพลังงาน
                                     ATP + H2O                    ADP + Pi + 7.3 kcal/mol
                                  C6H12O6 + 6O2                   6CO2 + 6H2O + 36 ATP
                                       2H2 + O2                   2H2O + พลังงานสรางพันธะ
       2. ปฏิกิริยาดูดพลังงาน (Endergonic reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแลวจะปลอยพลังงานออกมา <
พลังงานกระตุนที่ใสเขาไป เชน กระบวนการสังเคราะหดวยแสง การแยกนําดวยไฟฟา การสังเคราะหสารอินทรียตางๆ
                                                                  ้
ในเซลลของสิ่งมีชวิต
                 ี
                                  สรุป พลังงานสรางพันธะ < พลังงานสลายพันธะ
                        ตัวอยางปฏิกิริยาดูดพลังงาน
                                         2H2O + พลังงานสลายพันธะ                                    2H2 + O2
                                          6CO2 + 12H2O + 18 ATP                                     C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
                                               ADP + Pi + 7.3 kcal                                  ATP
                                                                         85
ชีววิทยา
Exergonic reactions (e.g. cellular respiration)

                                          Energy



                        ADP + Pi                           ATP



                                           Energy


                           Endergonic reactions (e.g. protein synthesis
                                 making new cells or cell parts)
     แสดงปฏิกรยาดูดพลังงาน (Endergonic reaction) และปฏิกิริยาคายพลังงาน (Exergonic reaction)
               ิิ
ที่เกิดขึ้นในเซลลของสิ่งมีชีวิต (โดยมี ATP เปนสารตัวกลางในการเก็บสะสมพลังงานและคายพลังงานออกมา)




                                               86
                                                                                            ชีววิทยา
การหายใจ
          การหายใจ (Respiration) คือ กระบวนการออกซิไดสสารอาหาร เชน คารโบไฮเดรต ไขมัน หรือโปรตีน
โดยอาศัยการควบคุมของเอนไซมภายในเซลล เพื่อใหไดพลังงานที่เซลลของสิ่งมีชีวิตสามารถนําไปใชในกิจกรรมตางๆ
เพื่อการดํารงชีวตของเซลล
                ิ
          การหายใจแตกตางจากการเผาไหมเชื้อเพลิงทัวไป คือ มีเอนไซมเปนตัวเรงปฏิกรยาเคมีใหสารตังตนสลายตัว
                                                   ่                              ิิ             ้
(หลีกเลียงการใชพลังงานกระตุนทีสงมากๆ และปลอยพลังงานอยางรวดเร็วและรุนแรง) โดยควบคุมใหมีการปลอยพลังงาน
        ่                      ู่
ออกมาทีละนอย โดยปฏิกริยามีหลายขั้นตอน เซลลสามารถนําไปสะสมไวในรูปของสารเคมีที่มีพันธะพลังงานสูง คือ
                          ิ
ATP จึงชวยใหอณหภูมิไมสงถึงขั้นที่จะเปนอันตรายตอเซลล
                  ุ         ู
          การหายใจระดับเซลล เปนกระบวนการสลายสารอาหาร ประกอบดวยปฏิกิรยาออกซิเดชัน-รีดักชัน อาจเกิดขึ้น
                                                                           ิ
ในสภาพที่มีออกซิเจน (Aerobic respiration) หรือในสภาพที่ปราศจากออกซิเจน (Anaerobic respiration) หรือ
การหมัก (Fermentation)
การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบใชออกซิเจน
       กระบวนการสลายสารอาหาร (Glucose) แบบใช O2 มีปฏิกิริยา 4 ขั้น คือ
       1. Glycolysis
            - เกิดที่ Cytoplasm
            - ไมใช O2
            - เกิดกับเซลลของสิ่งมีชวิตทุกๆ เซลล
                                    ี
                                    C6H12O6 + 6O2                6CO2 + 6H2O + 36 ATP
                                    (Glucose)                    (Carbondioxide)
               Typical energy yield = 36 ATP
       การสลายของสารอาหารแบบใชออกซิเจนมีผลทําใหไดพลังงาน ATP เพียงพอกับการทํากิจกรรมตางๆ ของ
รางกาย เชน สามารถวิ่งไดในระยะทางไกลๆ (ขึ้นอยูกับความเหมาะสม เพียงพอของกลูโคสและออกซิเจน)
       ไกลโคลิซิส (Glycolysis) เปนกระบวนการสลายนํ้าตาล ซึ่งมีคารบอน 6 อะตอม ใหเปนกรดไพรูวิก ซึ่งมี
คารบอน 3 อะตอม โดยไมตองอาศัยออกซิเจนอิสระ กระบวนการนี้เปนกระบวนการขั้นแรกของการหายใจ เกิดขึ้นใน
ไซโตพลาซึมของเซลล
                                วัตถุดิบที่ใช                          สิ่งที่เกิดขึ้น
                                   1 Glucose (6C)                  2 Pyruvic $ (3C)
                                                                                a
                                   2 ATP                           4 ATP (ไดรับจริง 2 ATP)
                                   2 NAD                           2 NADH2
                                   Glucose      2 PGAL          2 PGA           2 Pyruvic a$
                                      (6C)        (3C)           (3C)                 (3C)

                                                    87
ชีววิทยา
สมการรวมในขั้นไกลโคลิซิส คือ
            1 กลูโคส + 2 ADP + 2 ฟอสเฟต           2 กรดไพรูวิก + 2 ATP + 4H
        2. การสราง Acetyl Co.A (2C) หรือ Transition reaction
            - เกิดที่ของเหลว (Matrix) ในไมโตคอนเดรีย
            - ถือเปนศูนยกลางของการสลายสารอินทรียตางๆ
            การสรางอะซิตลโคเอนไซมเอ เปนขั้นที่กรดไพรูวกแตละโมเลกุลรวมกับโคเอนไซมเอ (Coenzyme A)
                          ิ                               ิ
แลวไดเปนอะซิติลโคเอนไซมเอ (Acetyl Coenzyme A)
            สมการรวมในขั้นการสรางอะซิติลโคเอนไซมเอ คือ
               2 กรดไพรูวิก + 2 โคเอนไซมเอ        2 อะซิติลโคเอนไซมเอ + 2CO2 + 4H
                     (3C)                                   (2C)
        3. Krebs cycle
            - เกิดที่ของเหลว (Matrix) ในไมโตคอนเดรีย
            - เปนปลายทางของการสลายสารอินทรียเ ปน CO2
             วัฏจักรเครบส หรือวัฏจักรของกรดซิตริก (Krebs cycle หรือ Citric acid cycle) เปนขั้นที่อะซิติล-
โคเอนไซมเอ ซึ่งมีคารบอน 2 อะตอม รวมกับสารที่มีคารบอน 4 อะตอม กลายเปนสารที่มีคารบอน 6 อะตอม ตอมา
สารที่มีคารบอน 6 อะตอม จะถูกเปลี่ยนไปเปนสารที่มคารบอน 5 อะตอม และในที่สุดไดสารที่มีคารบอน 4 อะตอม
                                                     ี
ตามเดิม ซึ่งจะเขารวมกับอะซิติลโคเอนไซมเอตัวอื่นอีกตอไปเปนวัฏจักร
             สมการรวมในขั้นวัฏจักรเครบส
         2 อะซิติลโคเอนไซมเอ + 6H2O + 2ADP + 2 ฟอสเฟต               4CO2 + 2ATP + 16H + 2 โคเอนไซมเอ
             สรุปสาระสําคัญ
             - วัฏจักรเครบส เปนขั้นที่ได H อะตอม และ CO2 มากที่สุด
             - วัฏจักรเครบส ถือเปนปลายทางของการสลายสารอินทรียใหเปนกาซ CO2
             - วัฏจักรเครบส มีการลดจํานวน C อะตอม คือ 6C             5C     4C ตามลําดับ




                                                    88
                                                                                                   ชีววิทยา
Acetyl-CoA 2C

                            Oxaloacetate 4C                       Citrate 6C
                   NADH
                       NAD+                                Isocitrate 6C
                        Malate 4C
                                                                       NAD+
                  H2O                      Krebs
                                           Cycle       CO2               NADH
                       Fumarate 4C
                  FADH2                                  α-ketoglutarate 5C
                                                  CO 2               NAD+
                      FAD                                              NADH
                              Succinate 4C       Succinyl-CoA 4C


                                                 ADP        ATP
            รูปแสดงขั้นตอนของวัฏจักรเครบส (4C หมายถึง Oxaloacetic acid, 6C หมายถึง Citric acid
                          และ 5C หมายถึง α-ketoglutaric acid) เพียง 1 วัฏจักรเทานั้น
         4. Electron transfer
             - เกิดที่ผนังชั้นในไมโตคอนเดรีย
             - ใช O2 ในขั้นนี้ (O2 เปนตัวรับ H2 เปนตัวสุดทาย)
             - ได ATP มากที่สุด
         การถายทอดอิเล็กตรอน (Electron transfer) เปนขั้นที่ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาตางๆ ถูกสารที่เปน
ตัวรับไฮโดรเจน (Hydrogen acceptor) รับไปแลวถายอิเล็กตรอน (e-) ของไฮโดรเจนใหไซโตโครม (Cytochrome)
ชนิดตางๆ สวนโปรตอนของไฮโดรเจน (H+) จะหลุดเปนอิสระ สําหรับอิเล็กตรอนที่ไซโตโครมรับไปจะถายทอดไปยัง
ไซโตโครมตัวอื่น จนในที่สุดจะหลุดเปนอิสระ จากนั้นทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอนที่หลุดเปนอิสระจะรวมกับออกซิเจน
ที่ไดรบจากการหายใจทําใหเกิดนํ้าขึ้น
       ั
         ในระหวางการถายทอดอิเล็กตรอน พลังงานจะถูกปลอยออกมาทีละนอยๆ โดย ADP และฟอสเฟตรับไปทําให
เกิด ATP ขึ้นถึง 32-34 โมเลกุล ดังสมการ
                           24H + 6O2 + 34ADP + 34 ฟอสเฟต          12H2O + 34ATP




                                                       89
ชีววิทยา
Hight

               NADH            ADP + Pi

                 NAD+ 2e-              ADP                               FADH 2




                                                                                     ศัก
                                                                                       ยไฟ
                    Flavoprotein                     2e-             FAD




                                                                                            ฟา
                                                                                           ADP + Pi
                                 Coenzyme Q                          Cytochrome b
                                                                                                  ADP
                                            H+                                    Cytochrome c

 Relative energy level                   ร ะ ด ับ                                           Cytochrome a
                                                    พ ล ัง ง
                                                               าน
                                                                                                  Cytochrome a3
                                                                                                             ADP + Pi
                                                                                                        2e-
                                                                                                   2H+            ADP

                                                                                                   1
                                                                                                   2 O2           H2O
   Low

              แสดงขั้นตอนการถายทอดอิเล็กตรอน หรือลูกโซของการหายใจ (Respiratory chain)
                            หรือการถายทอดไฮโดรเจน (H-transfer)
       สรุปกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอน
       1. NAD ⋅ H + H+         FAD ⋅ H2                        Cytochrome b                Cytochrome c    Cytochrome a
       O2
          2. ขั้นที่มีพลังงานสูงในการสราง ATP คือ NAD ⋅ H + H+              FAD ⋅ H2     Cytochrome b
Cytochrome c และชวง Cytochrome a                   O2 (ดังแผนภาพขางบน)
          3. แหลงทีเ่ กิดการถายทอดอิเล็กตรอน คือ เยือชันในของไมโตคอนเดรีย (กระบวนการเกิดควบคูไปกับ 3 กระบวน-
                                                      ่ ้                                      
การแรก)
          4. เปนขั้นที่มี ATP เกิดขึ้นมากที่สุด และมี O2 เขามารับอิเล็กตรอนและโปรตอนของไฮโดรเจนเปนตัวสุดทาย
ที่ทําใหเกิด H2O ขึ้น


                                                                    90
                                                                                                                ชีววิทยา
วัตถุดิบที่ใช                      สิ่งที่เกิดขึ้น
                                   24H+                             10NADH2
                                                       (ไดพลังงาน = 10 × 3 = 30ATP
                            12 (อะตอมออกซิเจน)                       2FADH2
                                                         (ไดพลังงาน = 2 × 2 = 4ATP
                              34ADP + 34Pi                             12H2O
                                          Glucose
 Cytosol




                  2   ATP                        Glycolysis
                                                                     2 NADH                                         4    ATP
                                          2 Pyruvate




                                                                                 Electron Transport System
                                                                     2 NADH                                         6    ATP
                                     2 Acetyl-Co.A
  Mitochondrion




                                                            2 CO2    6 NADH                                         18   ATP
                  2   ATP               Krebs cycle
                                                            4 CO2    2 FADH2                                        4    ATP
                                                                            O2                                H2O
 ATP Yield              4   ATP                                  +          32                               ATP


                                                       36     ATP


                               แผนภาพแสดงพลังงานที่ไดจากการสลายกลูโคส 1 โมเลกุล




                                                            91
ชีววิทยา
การสลายสารอาหารเกิดขึ้นที่สวนใดของเซลล
           ไมโตคอนเดรีย (Mitochondrion หรือ Mitochondria) เปนอวัยวะของเซลล มีลักษณะเปนแทงยาวรี
มีเยื่อหุม 2 ชั้น คือ
           1. เยื่อชั้นนอก (Outer membrane) มีลักษณะเรียบ ทําหนาที่คอยควบคุมการผานเขา-ออกของสาร
           2. เยื่อชั้นใน (Inner membrane) มีลักษณะหยักไปมาคลายวิลลัสในลําไสเล็กของคน เรียกวา คริสตา
(Crista) ที่เยื่อชั้นในมีโครงสรางเล็กๆ ลักษณะเปนเม็ดกลมๆ เรียกวา Inner membrane particle ติดอยูเต็มไปหมด
โครงสรางเล็กๆ นีทาหนาทีเ่ ปนแหลงเก็บสารทีเ่ ปนตัวรับไฮโดรเจนและตัวรับอิเล็กตรอน ถัดจากเยื่อชั้นในเขาไปมีของเหลว
                       ้ํ
บรรจุอยู เรียกวา มาตริก (Matrix) ภายในเซลลของเหลวนีมเี อนไซมหลายชนิดทีเ่ กียวของกับการหายใจในขั้นวัฏจักรเครบส
                                                           ้                    ่
                                Inner membrane (Cristae)
                         Matrix (where acetyl
                                Co.A is formed) Outer membrane
                    (where the Krebs                              Liquid portion of cytoplasm
                    cycle takes place)                            (where glycolysis takes place)

                                                             Inner membrane

                     ATP-forming paticles

 แสดงโครงสรางของไมโตคอนเดรีย ซึ่งถือเปนศูนยกลางของการสลายอาหารแบบใช O2 ซึ่งมีผนังดานใน (Cristae
เปนที่เกิดกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอน สวน Matrix เปนแหลงที่เกิดการสราง Acetyl Co.A และวัฏจักรเครบส)
                      Pyruvate from cytoplasm (Inner membrane)

                            Acetyl CoA     NADH                    Electron transport system
                                 Krebs      NADH     FADH2
                                 cycle
                                             ATP          H+2e-
                                 Many ATP          H 2O
                        (ATP synthase)                               O2
                           INNER                      OUTER
                      COMPARTMENT                     COMPARTMENT
                  แสดงกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอนซึ่งเกิดขึ้นที่ผนังชั้นในของไมโตคอนเดรีย




                                                          92
                                                                                                            ชีววิทยา
ขอควรทราบเพิ่มเติม
        ไซโตโครม (Cytochrome) คือ รงควัตถุในรูปโปรตีน ซึงมีธาตุเหล็ก (Fe) เปนองคประกอบ มีหนาทีสาคัญ คือ
                                                           ่                                      ่ํ
เปนตัวรับและถายทอดอิเล็กตรอน ในกระบวนการหายใจ คือ Cytochrome b              c     a ตามลําดับ
        โคเอนไซม (Coenzyme) หมายถึง กลุมสารอินทรียที่มีวิตามิน B เปนองคประกอบ หนาทีสาคัญ คือ เปนตัวรับ
                                                                                         ่ํ
และถายทอดไฮโดรเจน (H-acceptor) ในกระบวนการหายใจ เชน NAD          + , FAD+ และ Co.A

             ตารางแสดงโคเอนไซมชนิดตางๆ สวนประกอบและหนาที่ในกระบวนการสลายสารอาหาร
    สาร              ยอมาจาก              สวนประกอบ                                 หนาที่
(Coenzyme)
   NAD+    Nicotinamide adenine        วิตามิน B5                     รับถายทอดไฮโดรเจน (ขั้นที่ 1, 2, 3
           dinucleotide                                               และ 4)
   FAD  +  Flavin adenine dinucleotide วิตามิน B2 วิตามิน             รับถายทอดไฮโดรเจน (ขั้นที่ 3 และ 4)
                                       บีรวม
   Co.A    Coenzyme A                  Pantothenic acid               ตัวนําหมูเอซิลเพื่อสราง Acetyl Co.A
                                       (กรดเพนโทเทนิก)                (ขั้นที่ 2)

                                                   Carbohydrates

                                     Fats                             Proteins
                                     Glycerol       Glycolysis        Amino
                                                                       acids
                                     Fatty acids
                                                     Pyruvate

                                                            ⋅
                                                   Acetyl Co.A


                                                   Krebs cycle


                 การสลายสารอาหาร 3 ประเภทผานขั้นตอนตางๆ เพื่อเขาสูวัฏจักรเครบส พลังงาน
       ที่ถูกดึงออกมาจากสารตัวกลางในขั้นตางๆ จะนําไปใชในการสังเคราะหสารอินทรียได (ลูกศรเสนประ)




                                                     93
ชีววิทยา
สรุปสาระสําคัญ
       สารที่ถือไดวาเปนตําแหนงกลางของกระบวนการ Metabolism (การสลายสารอาหารตางๆ และการสังเคราะห
สารตางๆ) คือ Acetyl Co.A ดังแผนภาพ
     Substance Breakdown
     Proteins Nucleic acids                     Fats            Carbohydrates
  Amino acids Nucleotides              Fatty acids       Glycerol           Glucose
                                                                           Glycolysis
                                                                                      Substance Synthesis
                                                                           Pyruvate       Amino acids
                                                                                           Fatty acids
                                                                          Acetyl Co.A
                                                                                            Steroids

                                                                          Krebs cycle

                                                                     Mitochondrion
       NH3               NH3                                 Heme pigments     Amino acids
                                   การสลายสารอินทรียตางๆ เขาสูวัฏจักรเครบส
       สารอาหารที่สามารถสลายตัวแบบไมใช O2 คือ Glucose, Amino acid (บางชนิด) และ Glycerol (เพราะ
สามารถสลายตัวเขาที่ชวง Glycolysis คือ เปลี่ยนเปน Pyruvic acid ได) สวนกรดไขมัน (Fatty acid) ไมสามารถนํา
                     
มาสลายตัวแบบไมใช O2 ไดเลย (เพราะจะสลายตัวเปน Acetyl Co.A และเขาวัฏจักรเครบสตอไป จึงตองเปนแบบใช
O2 เทานั้น)
การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบไมใช O2
       การสลายสารอาหารไมจําเปนตองใช O2 เสมอไป สิ่งมีชีวิตบางชนิด เนื้อเยื่อบางอยางสามารถไดพลังงานจากการ
สลายสารอาหารโดยไมตองใช O2 สิ่งมีชีวิตเหลานี้ ไดแก พยาธิตัวตืด ยีสต เมล็ดพืช แบคทีเรียบางชนิด สวนกลามเนื้อ-
ลายเปนตัวอยางของเนื้อเยื่อสัตวชั้นสูงที่สามารถสลายสารอาหารแบบไมใช O2 ได
       Ethyl alcohol ในเซลลยีสตเกิดจาก Acetaldehyde + H2 (Acetaldehyde เกิดจาก Pyruvic acid ที่เสีย
CO2 ออกไปนั่นเอง)
       สรุปสมการการสลายสารอาหารแบบไมใช O2 (Anaerobic respiration)
       - ในราและยีสต                                                     12%
                                                 C6H12O6             2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
                                                                                      1
                                                                     (Ethyl alcohol) 3 C
                                                                      2 ของ C
                                                                      3
                                                        94
                                                                                                          ชีววิทยา
- ในเซลลกลามเนื้อลาย
                                                   C6H12O6                2C3H6O3 + 2ATP
                                                                          (Lactic acid)
                                                                          100%C
       - พยาธิตัวตืด
                                       (C6H10O5)n + H2O                   2nC3H6O3 + 2ATP
                                                                           (Lactic acid)
       สาระสําคัญเตรียมสอบ
       1. เบียร (Beer) มีแอลกอฮอลประมาณ 4-5%
       2. ไวน (Wines) มีแอลกอฮอลประมาณ 10-12%
       3. บรั่นดี และวิสกี้ (Whiskey) มีแอลกอฮอลประมาณ 14%
       4. ยีสต จะหมักแอลกอฮอลไดสูงสุดประมาณ 12% (ถาสูงกวานี้จะเปนอันตรายตอเซลลของยีสตเอง) เนืองจาก
                                                                                                      ่
เปนการสลายสารอาหารที่ไมสมบูรณมีพลังงานแฝงอยูมาก สามารถนํามาใชเปนเชื้อเพลิงได)
       5. ยีสต ทําใหขนมปงฟู เพราะเกิดกาซ CO2 ขึ้น
       6. 1 Glucose สลายตัวแบบไมใช O2 ไดพลังงานประมาณ 2 ATP (ประมาณ 5% ของแบบใช O2)
       7. การสลาย Glucose แบบใช O2 จะไดพลังงานออกมา 277 kcal (38 × 7.3) ซึ่งถากลูโคสสลายตัวหมดสิ้น
จะไดพลังงานสูงสุด 686 kcal คิดเปนพลังงานที่ไดรับจริง = 277 หรือประมาณ 40% ของพลังงานที่มีอยูในกลูโคส
                                                          686
                                         แผนผังมโนมติแสดงการหายใจระดับเซลล
                                                                                                       เอทิลแอลกอฮอล
                                                                                       ยีสต           CO2
                                                        แบบไมใช O2      ตัวอยาง                     2ATP
              การหายใจภายใน
                               O2                                                                                           แลกติก
                       Cell             Cell
                               O2                                                      กลามเนื้อลาย
                       สารอาหาร       สลายเปน   ATP                                                          แลกติก        2ATP
                                                                                      พยาธิตัวตืด
   การหายใจ                                                                                                   2ATP

                      การระบายอากาศ                                    ไกลโคไลซิส              6C        2 (3C)
                                                       แบบใช O 2
                      การแพรของ O2                                    การสรางอะซีติลโคเอนไซม A ลด C 3C              2C
 การหายใจภายนอก                                        ขั้นตอน
                      การลําเลียง O2 และ CO2                           วัฏจักรเครบส ลด C 6C           5C         4C
                                                                       การถายทอด-    24H + 6O 2         12H2O + 32 - 34ATP
                      กลไกควบคุมการหายใจ                               อิเล็กตรอน

                               แผนผังมโนมติแสดงขั้นตอนการหายใจแบบใชออกซิเจน


                                                             95
ชีววิทยา
4H
                        Glycolysis        Glucose                              2 Pyruvic acid
                                                    2 ADP                           (3C)
                                                      2 ATP          2 CO2                          4H
                                                                                           2 Co.A

                      Acetyl coenzyme A                                        2 Acetyl Co.A
                                                                                   (2C)

Aerobic respiration                                               2 H 2O
                      Krebs cycle
                                                      2 Oxaloacetic acid (4C)                        2 Citric acid (6C)


                                                    2 CO2           2 ADP
                                                      2 ATP                4H 2O                                   2 Co.A
                                                            16H
                                                                           2α - Ketoglutaric acid             2 CO2
                                                                                     (5C)


                      Electron transfer                6O2                                                    12H 2O




                                                      96
                                                                                                                          ชีววิทยา
การสังเคราะหดวยแสง
การคนควาที่เกี่ยวของกับกระบวนการสังเคราะหดวยแสง
       การสังเคราะหดวยแสง (Photosynthesis) หมายถึง กระบวนการสรางอาหารพวกคารโบไฮเดรตของพืชสีเขียว
จาก H2O และ CO2 โดยอาศัยคลอโรฟลล แสงสวางเปนตัวชวย และเอนไซมในเม็ดคลอโรพลาสตเปนตัวเรงปฏิกรยา   ิิ
(Catalyst)
       การสังเคราะหดวยแสง เปนกระบวนการเปลี่ยน
           พลังงานแสง         พลังงานเคมี
           สารอนินทรีย       สารอินทรีย
       กระบวนการสังเคราะหดวยแสง มีประโยชนตอมนุษย คือ ทําใหไดสารอาหาร (แปง และนํ้าตาล) ไดเชื้อเพลิง
(ถาน และไมตางๆ) และไดกาซ O2 มาใชในการหายใจ

                      6CO2 + 12H2O         Light energy      C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
                                            Chlorophyll
       สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะหดวยแสงได คือ
                                
       1. พืชสีเขียวทุกชนิด
       2. สาหรายทุกชนิด
       3. แบคทีเรียบางชนิด (Purple sulphur bacteria และ Green sulphur bacteria)
       4. สาหรายสีเขียวแกมนํ้าเงิน (Blue green algae)
การสังเคราะหดวยแสง (Photosynthesis)
       ประกอบดวยปฏิกิริยา 2 ขั้นตอน คือ ปฏิกิริยาที่ใชแสง (Light reaction) และปฏิกิริยาที่ไมใชแสง (Dark
reaction)
       1. ปฏิกิริยาที่ใชแสง (Light reaction) เปนปฏิกิรยาที่มีบทบาทสําคัญในการเปลี่ยนแปลงพลังงานแสงใหเปน
                                                        ิ
พลังงานเคมี จะเกิดขึ้นไดในขณะที่มีแสงจากดวงอาทิตย หรือแสงประดิษฐสองไปที่รงควัตถุที่อยูในเม็ดคลอโรพลาสตมี
รงควัตถุเขารวมในปฏิกิริยานี้ 2 พวก คือ รงควัตถุระบบ 1 (Photosystem I หรือ Photopigment I) และ รงควัตถุ
ระบบ 2 (Photosystem II หรือ Photopigment II) ปฏิกิริยาที่ใชแสง (Light reaction) มีการถายทอดอิเล็กตรอน
2 แบบ คือ




                                                     97
ชีววิทยา
Leaf

                                                                                                          Plant cell


                                                           Light energy                    Carbon dioxide Chloroplast

                                                        Light-trapping         Energy CO2      Carbon-
                                                        reactions               carriers       fixing
                                                                               ATP and         reactions
                                                                        Energy NADPH
                                                                        Boosted
                                                 H2 O                   electrons
                                                                 Chlorophyll             Carbohydrate

                                                        Oxygen                                      Carbohydrate
                     กระบวนการหลักของการสังเคราะหดวยแสง
1.1 การถายทอดอิเล็กตรอนแบบเปนวัฏจักร (Cyclic electron transfer)

                                                                                Primary
                                                                     e-         electron
                                          -0.6                                  acceptor
                                                                                                   e-
                                                                                                  Ferredoxin
 Oxidation-reduction potential in volts
         (relative energy level)




                                            0                                                               e-
                                                                                                        Cytochrome
                                                                                                         complex          ADP + Pi
                                                                                                          e- Production of ATP by
                                                                                                               chemiosmosis
                                                                                                  Plastocyanin
                                                              Ligh




                                                                                                                            ATP
                                                                t




                                                                                                e-
                                          +0.4                                       P700
                                                                          Photosystem I




                                     แสดงการถายทอดอิเล็กตรอนแบบเปนวัฏจักร (Cyclic photophosphorylation)
                                                                                   98
                                                                                                                                     ชีววิทยา
1.2 การถายทอดอิเล็กตรอนแบบไมเปนวัฏจักร (Noncyclic electron transfer)
                                                                          สรุป
                                                                             PS I (P700)             NADP ⋅ H
                                                                             PS II (P680)            ATP




                                            -0.6                                                                              +Primary
                                                                                                                           2e- electron
                                                                                                                               acceptor
                                                                                                                                           2e-
                                                                         Primary
    Oxidation-reduction potential (volts)




                                                                         electron
                                                                    2e - acceptor                                                      Ferredoxin
                                                                                   2e-
             (relative energy level)




                                              0                                                                                                 2e- NADPH
                                                                             Plastoquinone
                                                                                        2e-                                            2H+          +
                                                                           ADP + Pi Cytochrome                                   (from medium) NADP
                                                                                      complex
                                                                     Production ATP                2e-            Lig
                                            +0.4                     of ATP by                Plastocyanin           ht
                                                                     chemiosmosis
                                                                                                                2e-       P700
                                                                                              1 O2 + 2H+
                                                           Light




                                                                             2e -             2                                           Photosystem I
                                                                   P680               H 2O
                                            +0.8
                                                                                    Photosystem II

                                                   กระบวนการถายทอดอิเล็กตรอนแบบไมเปนวัฏจักร (Noncyclic electron transfer)
        2. ปฏิกิริยาที่ไมใชแสง (Dark reaction หรือ Calvin cycle หรือ CO2 fixation) เปนกระบวนการที่พืชนํา
สารพลังงานสูง คือ ATP และ NADPH + H+ ซึงเปนผลทีไดจากปฏิกรยาชวง Light reaction มาเปลียน CO2 ซึ่งมี
                                                   ่            ่         ิิ                     ่
พลังงานศักยตํ่าใหเปนคารโบไฮเดรตที่มีพลังงานศักยสูง กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสโตรมา (Stroma) ของคลอโรพลาสต
โดยไมตองใชแสง (ในที่มแสงก็เกิดขึ้นได)
                          ี
        เอ็ม คัลวิน (M. Calvin) เอ เบนสัน (A. Benson) และคณะแหงมหาวิทยาลัยแคลิฟอรเนียที่เบิรกเลย
ไดทดลองและศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ไมใชแสงดังกลาวมาแลว จากผลการทดลองยังไดพบวา ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเหลานี้
เกิดตอเนื่องกันไมเปนวัฏจักร เรียกวัฏจักรของปฏิกิริยานี้วา วัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle)




                                                                                               99
ชีววิทยา
Metabolites of the Calvin cycle
                              RuBP ribulose bisphosphate
                               PGA phosphoglycerate
                              PGAP diphosphoglycerate
                              PGAL phosphoglyceraldehyde

                                         3 CO 2
                                                  (Intermediate)
                                                            3 C6
                                                                   6 PGA
                             3 RuBP                                  C3
                               C5              CO 2                           6 ATP
                                             Fixation
                3 ADP
                                                                                 6 ADP These ATP and NADPH
                                                  Calvin        CO 2                   molecules were produced
                                                  cycle      Reduction                 by the light-dependent
                                                                                       reactions.
These ATP molecules
were produced by the 3 ATP            Regeneration                   6 PGAP
light-dependent                       of RuBP
reactions.                                                              C3
                                  5 PGAL                                   6 NADPH
                                     C3
                                                        6 PGAL
                                                          C3                  6 NADP +


                                There is a net gain of one PGAL.


                                      แสดงวัฏจักรคัลวินของพืช




                                                  100
                                                                                                   ชีววิทยา
H2O                                      Stroma


                           Lig
                              ht                                                                         CO2

                                                          NADPH

                                                          NADP+              Calvin
                                                                             cycle
                                                           ATP

           Thylakoid                                      ADP
           membrane                       O2                                      PGAL
            a                                                                                    Thylakoid

                    Photosystem II
                Light                                            Photosystem I           Stroma
                         Antenna           Cytochrome
                        complex             complex             Light
                                     H+                                   Antenna complex
                                                                                                 NADP++ H+
                                                                              NADP
                                     Pq         e-                          reductase

                e-                                                   e-                           NADPH
                                          H+
                H 2O         1                       H+
                             2 O2
                               +                                                                      Calvin
                                                                                                      cycle
                            2 H+
                                                          H+
                  H+
                                                                                                   ATP
                                                H+
                     Thylakoid Space                                                         H+
                                                               ATP synthase ADP + P

                       แผนภาพแสดงกระบวนการ Light reaction และ Dark reaction ทีสาคัญ
                                                                              ่ํ



                                                               101
ชีววิทยา
ตารางสรุปวัฏจักรของคัลวิน (ตอการสราง Glucose 1 โมเลกุล)
     ขอ                 สิ่งที่ใชในปฏิกิริยา           สิ่งที่เกิดจากปฏิกิริยา
     1.                           6 CO2            12 PGAL (2 PGAL            1 Glucose)
     2.                          6 RuDP                     18 ADP + 18 Pi
     3.             18 ATP (จากปฏิกิริยาที่ใชแสง)        12 NADP + 12 H+
     4.           12 NADPH (จากปฏิกิริยาที่ใชแสง)                 6H2O
PGA เปนสารอินทรีย (ที่อยูตัว) ชนิดแรกที่เกิดในวัฏจักรคัลวิน
PGAL เปนนํ้าตาลชนิดแรกที่เกิดขึ้นในวัฏจักรคัลวิน


                                                      H 2O
      CO2                     O2                                                    Grana
                                                                                        CO2
                               Chloroplasts                    NADPH
                                              Lig
                                                 ht




                                                               NADP+    Calvin
              a. Plant cell                                     ATP     cycle
              Thylakoid
     Granum




                                                       O2      ADP     Sugar
              Thylakoid
              membrane                                                              Stroma
                                              b. Chloroplast
               Thylakoid
                space

   (a) แสดงเซลลของพืชใหเห็นคลอโรพลาสต
   (b) โครงสรางของไทลาคอยด และกรานาในคลอโรพลาสต และปฏิกิรยาการสังเคราะหดวยแสง
                                                            ิ
สมการรวมของการสังเคราะหดวยแสงที่สมบูรณเปนดังนี้ คือ

       12H2O + 6CO2 + 6ADP + 6Pi                  แสง      C H O + 6O2 + 6ATP + 6H2O
                                                คลอโรฟลล 6 12 6




                                                      102
                                                                                              ชีววิทยา
ตารางแสดงรงควัตถุที่ใชในกระบวนการสังเคราะหดวยแสงที่มีอยูในสิ่งมีชีวิตชนิดตางๆ
              สิ่งมีชีวิต              คลอโรฟลล            แคโรทีนอยด ไฟโคบิลิน แบคทีรีโอคลอโรฟลล
                                        abcd                                            abcd
     พืชมีดอก                           ++--                     +          -          ----
     เฟน                               ++--                     +          -          ----
     สาหรายสีเขียว                     ++--                     +          -          ----
     สาหรายสีนํ้าตาล                   +-+-                     +          -          ----
     สาหรายสีแดง                       +--+                     +          +          +---
     สาหรายสีเขียวแกมนํ้าเงิน          +---                     +          +          ----
     แบคทีเรียที่สังเคราะห-            ----                     +          -          +-++
     ดวยแสงได
          ประสิทธิภาพในการสังเคราะหดวยแสงของพืช C3 พืช C4 และพืช CAM
          พืชแตละชนิดมีประสิทธิภาพในการตรึง CO2 ที่แตกตางกัน เนื่องจากความแตกตางกันของสวนประกอบของ
เนื้อเยื่อ และประสิทธิภาพของเอนไซม มีผลทําใหกระบวนการทางชีวเคมี และสรีรวิทยาภายในใบแตกตางกัน
          - พืช C3 (C3 Plant) ไดแก พืชทั่วๆ ไป เชน ขาวเจา ขาวสาลี ขาวบารเลย ถั่ว ฯลฯ จะมีกระบวนการตรึงกาซ
CO2 โดยการรวมกับสาร RuDP หรือ RuBP ในวัฏจักรคัลวิน (มีเอนไซม RuBP Carboxylase เปนตัวเรงปฏิกิริยา)
เกิดสารที่มีคารบอน 3 อะตอม คือ PGA และเกิดการเปลียนแปลงตอไปเปนนําตาล (PGAL) และอื่นๆ กระบวนการตรึง
                                                           ่                ้
CO2 ดังกลาวเกิดขึ้นที่เนื้อเยื่อมีโซฟลล (Mesophyll) ประสิทธิภาพประมาณ 70%
          - พืช C4 (C4 Plant) ไดแก พืชพวก ขาวโพด ออย ขาวฟาง หญาในเขตรอน บานไมรโู รย จะมีกระบวนการตรึง
CO2 2 ครั้ง คือ ที่เนื้อเยื่อมีโซฟลล (Mesophyll) และทีบนเดิลชีทเซลล (Bundle sheath cell) เนื่องจากมีคลอโรพลาสต
                                                        ่ั
(ของพืช C3 ไมมีคลอโรพลาสตที่บันเดิลชีทเซลล) (Hatch-Slack Pathway)
          สรุป
          • PEP case พบในพืช C4 ที่ Mesophyll
                                พบในพืช C3 ที่ Mesophyll
          • Rubis CO
                                พบในพืช C4 ที่ Bundle sheath




                                                       103
ชีววิทยา
CO2


                                              (3C) Phosphoenol
                                                    pyruvate                         Oxaloacetate (4C)
                                                                                               NADPH
                       Mesophyll cell
                                                   AMP
                                                                                         NADP +
                                                       ATP
                                                                 Pyruvate (3C) Malate (4C)



                                                               Pyruvate (3C) Malate (4C)
                                                                                    NADP +
                       Bundle sheath cell




                                                                            CO2
                                                       Glucose                          NADPH



                                                                            Vein

                     Mesophyll cell                                                         Bundle sheath cell
                    CO2                                  PEP                      PEP             Calvin-
                                        PEP                                                      Benson
                                                                                                  cycle
                   Oxaloacetic                                               Malic              RuBP
                     acid                                Malic               acid        CO2
                                                         acid

                                                                 Plasmodesmata

                    แสดงแหลงที่เกิดและสารตางๆ ที่เกิดขึ้นในการตรึง CO2 ของพืช C4
      สรุปสมการตรึง CO2 ของพืช C4
 CO 2 + PEP         OxAc                        Malic acid           Pyruvate + CO 2              Calvin cycle   Glucose


                  ADP + Pi                          ATP

       หมายเหตุ พืช C4 ไมมีการหายใจแสง (Photorespiration) แตพืช C3 มีการหายใจแสง ทําใหอัตราการ
สังเคราะหดวยแสงลดลง


                                                                      104
                                                                                                                    ชีววิทยา
- พืชอวบนํ้า CAM (Casulacean Acid Metabolism)
           - ไดแก กระบองเพชร สับปะรด วานหางจระเข
           - ปากใบ (Stomata) เปดในเวลากลางคืน (เพื่อจับ CO2)
           - กลางคืน สรางกรด 4C (Malic acid)
           - กลางวัน เปลี่ยนกรด 4C เปนนํ้าตาล (PGAL)
             [ตรึง CO2 2 ครั้งที่ Mesophyll]
                                                         Mesophyll

                                    PEP (3C)                             PEP (3C)            PGAL
                                                                            PGAL
                                                                                    RuDP
       CO2                                                                                       PGA
                                                                     Pyruvic ^
                                                                             a
                                                                        3C
                                                                                           CO2
                                    Malic ^
                                          a                          Malic ^
                                                                           a
                                     4C                               4C
                                    กลางคืน                                      กลางวัน

               กระบวนการสังเคราะหดวยแสงของพืช CAM (ถือวากํ้ากึ่งระหวางพืช C3 และพืช C4)
           ตารางเปรียบเทียบการตรึง CO2 และการสรางนํ้าตาลของพืช C3 พืช C4 และพืชอวบนํ้า (CAM)
          ขอเปรียบเทียบ                พืช C3                       พืช C4                 พืช CAM
  1. การตรึง CO2                 1 ครั้ง            2 ครั้ง                            2 ครั้ง
  2. แหลงที่เกิด                Mesophyll          Mesophyll และ                      Mesophyll
                                                    Bundle sheath
  3. ผลผลิตตัวแรก                 PGA (3C)          Oxaloacetic acid (4C)              Malic acid (4C)
  4. เวลาที่ตรึง CO2              กลางวัน           กลางวัน                            กลางคืน
  5. เวลาที่สราง PGAL            กลางวัน           กลางวัน                            กลางวัน
  6. พลังงานที่ใชตรึง CO2        นอย              มาก                                มาก
  7. เมื่ออากาศรอน และแหงแลง ตรึง CO2 และสราง ตรึง CO2 และสรางนํ้าตาล             ตรึง CO2 และสราง
                                  PGAL ไมได       ได                                นํ้าตาลได
  8. เมื่ออากาศเย็น ชื้น มืดครึ้ม ตรึง CO2 และสราง ตรึง CO2 และสรางนํ้าตาล           ตรึง CO2 และสราง
                                  นํ้าตาลได        ไมคอยได                         นํ้าตาลไมคอยได
  9. การหายใจแสง                  มี                ไมมี                              -
     (Photorespiration)


                                                   105
ชีววิทยา
CO2                                     CO 2                 Night           CO 2
                                         Mesophyll
                                         cell      C4                                     C4
                                                                        Day
                     RuBP                Bundle      CO 2                                 CO2
                                         sheath
          Calvin                         cell
          cycle
                     PGA                          Calvin                                Calvin
                     ( C3 )                       cycle                                 cycle
            PGAL
Mesophyll cell                                      PGAL                                   PGAL
CO 2 fixation in a C 3plant              CO 2 fixation in a C 4plant          CO 2 fixation in a CAM plant
                                     แผนผังกระบวนการ Dark reaction


                                                   Bundle
                                                    sheath
                                                    cell
                                                  Mesophyll
                                                  cells
                                                     Vein

                                                   Stomate
                              C3 Plant                                 C4 Plant
   แผนภาพแสดงการเรียงตัวของเนื้อเยื่อ Mesophyll รอบๆ Bundle sheath ของพืช C3 และพืช C4




                                                      106
                                                                                                     ชีววิทยา
แผนผังมโนมติแสดงการลําเลียงในพืช
                                                                การลําเลียงในพืช

   การลําเลียงนํา
               ้                                                                     การลําเลียงเกลือแร                      การลําเลียงนําตาล
                                                                                                                                           ้

        Xylem                                                                              xylem                                    Phloem
 Structure                                  วิธการลําเลียงนํา
                                               ี            ้                        วิธการลําเลียงเกลือแร
                                                                                        ี                             Structure              วิธการลําเลียงนําตาล
                                                                                                                                                ี            ้

    Xylem parenchyma พืชสูงไมเกิน 19.5 ม.              พืชสูงเกิน 19.5 ม.          Passive          Active             Phloem parenchyma            Turgor
                                                                                   transport       transport                                         pressure
    Xylem fiber                   Osmosis               Transpiration pull                                              Phloem fiber

    Tracheid                      Capillary action                                                                      Sieve tube

    Vessel member                 Root pressure                                                                         Companion cell

                                  Transpiration pull


                                 แผนผังมโนมติแสดงโครงสรางเนื้อเยื่อที่ใชในการลําเลียงนํ้าของพืช
                             โครงสรางและเนื้อเยื่อที่ใชในการลําเลียงนํ้าของพืช

                    รากชั้นนอก                                                                 รากชั้นใน

  Endodermis         Epidermis Cortex                               Pith               Vascular bundle                  Pericycle

       Casparian strip                        Parenchyma Xylem                                                         Phloem
                                                                                                           I o wall                                        I o wall
       Passage cell                           Collenchyma                  Xylem parenchyma                                Phloem parenchyma
                                                                                                           มีชีวิต                                         มีชีวิต
                                             Sclerenchyma                                 II o wall                         Phloem fiber          II o wall
                                                                           Xylem fiber                                                            ไมมีชีวิต
                                                                                          ไมมีชีวิต
                                                                                        o                                                                  I o wall
                                                                           Tracheid II wall                                 Sieve tube member
                                                                                                                                                           มีชีวิต
                                                                                      ไมมีชีวิต
                                                                                                 o                                                    I o wall
                                                                           Vessel member II wall                            Companion cell
                                                                                                                                                      มีชีวิต
                                                                                              ไมมีชีวิต




                                                                              107
ชีววิทยา
การสืบพันธุของสิ่งมีชีวิต
       การสืบพันธุ (Reproduction) คือ การเพิ่มจํานวนหรือการใหกาเนิดสิงมีชวตทีเ่ ปนชนิดเดียวกันกับพอแม หรือ
                                                                          ํ ่ ีิ
บรรพบุรุษ (ถือเปนสมบัติที่สําคัญของสิ่งมีชีวตทุกชนิด ทําใหสิ่งมีชีวิตแตละชนิดดํารงเผาพันธุอยูได)
                                             ิ
       วัฏจักรของเซลล (1 Cell cycle) แบงออกเปน 2 ระยะ คือ
       1. ระยะอินเตอรเฟส (Interphase) หรือระยะเตรียมพรอมกอนแบงนิวเคลียส แบงเปนระยะยอยๆ 3 ระยะ
คือ G1, S และ G2 ตามลําดับ
       2. ระยะ Mitosis (M phase) เปนระยะแบงนิวเคลียส มี 4 ระยะยอยๆ คือ
             1. โปรเฟส (Prophase)
                                         
             2. เมตาเฟส (Metaphase) 
             3. แอนาเฟส (Anaphase) 
                                                  Karyokinesis
                                         
             4. ทีโลเฟส (Telophase) 

                                                        Cyt             To another cell cycle
                                                           okin
                                                Mitosis        esis
                                                                   One
                                                                daughter cell
                                         The cell divides    One
                                             in two       daughter cell
                                    G2

                             DNA replication
                                   S                     G1



                                            Interphase
                        On            Off

                Genes that          Genes that
                stimulate cell      suppress cell
                division            division
                  แสดงชวงระยะเวลาที่ใชใน 1 วัฏจักรเซลล และการเปลี่ยนแปลงในระยะตางๆ



                                                      108
                                                                                                       ชีววิทยา
G2

                  ปริมาณ DNA
                               4x
                                                       S                Mitosis (M Phase)
                               2x         G1                                     G1



                                                  เวลา
                                                                        M
                                               Interphase
                                                   1 Cell cycle

                                    แสดงระยะเวลาและการเปลี่ยนแปลงในระยะยอยๆ ของระยะ
                                    Interphase (G1, S, G2) และ M Phase ใน 1 วัฏจักรเซลล
การแบงเซลลแบบไมโตซิส (Mitosis)
        ไมโตซิส หมายถึง กระบวนการแบงนิวเคลียสของเซลลสิ่งมีชีวิตใดๆ ทําใหเซลลที่ไดมีโครโมโซมเทาเดิม
(เชน n     n, 2n    2n หรือ 3n   3n) ซึ่งอาจไดเซลลรางกาย หรือเซลลสืบพันธุก็ได

                                        เซลลรางกาย (2n) Mitosis เซลลรางกาย (2n)
                                        มอส, เฟน (n) Mitosis สเปรม, ไข (n)
                                        ผึ้งเพศผู (Drone = n) Mitosis สเปรม (n)

     ตารางแสดงจํานวน DNA และ Chromosome ขณะเซลลแบงตัวถึงระยะตางๆ ในการแบงตัวแบบไมโตซิส
                                ระยะการแบงเซลล           จํานวน DNA       จํานวนโครโมโซม
                                  1. Interphase                 4n                2n
                                  2. Prophase                   4n                2n
                                  3. Metaphase                  4n                2n
                                  4. Anaphase                   4n                4n
                                  5. Telophase                  2n                2n




                                                              109
ชีววิทยา
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5
Biology m5

Más contenido relacionado

Destacado

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by HubspotMarius Sescu
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTExpeed Software
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsPixeldarts
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthThinkNow
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfmarketingartwork
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024Neil Kimberley
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)contently
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024Albert Qian
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsKurio // The Social Media Age(ncy)
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Search Engine Journal
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summarySpeakerHub
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Tessa Mero
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentLily Ray
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesVit Horky
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementMindGenius
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...RachelPearson36
 

Destacado (20)

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPT
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project management
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
 

Biology m5

  • 1. พลังงานในสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตจะดํารงชีวิตอยูไดตองไดรบพลังงานและสสารจากสิ่งแวดลอม และแหลงพลังงานของสิ่งมีชีวิตในโลก ั คือ ดวงอาทิตย สิ่งมีชีวิตที่ใชพลังงานแสงเพื่อการดํารงชีวิต เรียกวา โฟโตโทรฟ (Phototroph หรือ Phototrophic organism) ไดแก พืช สาหราย และแบคทีเรียบางชนิด สิ่งมีชีวิตที่ใชพลังงานจากการรับสารเคมี (สารอินทรีย) ตางๆ จากสิงแวดลอม เรียกวา เคโมโทรฟ (Chemotroph ่ หรือ Chemotrophic organism) ไดแก สัตวตางๆ เห็ดรา และแบคทีเรียทั่วๆ ไป ปฏิกิริยาเคมีในเซลลของสิ่งมีชีวิต สิ่งมีชีวิตทุกชนิดตองใชพลังงาน (Energy) ในการดํารงชีพ หรือทํากิจกรรมตางๆ ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งพลังงาน สวนใหญที่สิ่งมีชีวิตใชไดมาจากการสลายสารอาหารดวยกระบวนการทางเคมีไมวาจะนําพลังงานนั้นๆ ไปใชทําอะไรใน การดํารงชีพ เชน การหายใจ การเคลื่อนที-เคลื่อนไหว การขับถาย การเจริญเติบโต การลําเลียงสารเขาออกจากเซลล ฯลฯ ่ พลังงานทีไดจงเปนพลังงานเคมี ซึงพลังงานเคมีทเี่ กิดขึนไดนนก็จะตองไดมาจากปฏิกิริยาเคมี (Chemical reaction) ดวย ่ ึ ่ ้ ั้ 81 ชีววิทยา
  • 2. Food + O 2 CO2 + H 2 O Respiration ADP + Pi ATP Chemical Mechanical Electrical Transport work work work work การถายทอดของพลังงานผาน ATP และการเปลี่ยนรูปของพลังงานในรูปแบบตางๆ อธิบายเพิ่มเติม - เซลลมีกลไกหลีกเลี่ยงพลังงานกระตุนซึงสูงเกินกวาความตานทานของเซลลได โดยการลดระดับความตองการ  ่ ของพลังงานกระตุนใหนอยลง ซึ่งวิธีการที่เซลลลดระดับความตองการพลังงานกระตุนนั้นโดยมีเอนไซมหลายชนิด ชวยลดพลังงานกระตุน - เซลลมีกลไกหลีกเลี่ยงการปลอยพลังงานออกมาอยางรวดเร็วไวได โดยการควบคุมใหปฏิกิริยาการสลาย อาหารมีหลายขั้นตอน เพื่อใหพลังงานถูกปลอยออกมาอยางชาๆ ทีละนอย สิ่งที่มีผลตอการเกิดปฏิกิริยาเคมี คะตะลิสต (Catalyst) หมายถึง สารที่ทําหนาที่เปนตัวเรงปฏิกิริยาเคมี โดยหลังจากปฏิกิริยาสิ้นสุดแลว โครงสรางของมันเองไมเปลี่ยนแปลง สิ่งมีชีวิตตองการคะตะลิสตหลายชนิด เพื่อใหปฏิกิริยาทางเคมีตางๆ ภายในรางกายเกิดขึ้นไดงายโดยไมตองใช พลังงานกระตุนมากเกินกวาที่เซลลจะทนได หมายเหตุ คะตะลิสตในสิ่งมีชีวิต (Biocatalyst หรือ Organic catalyst) คือ เอนไซม (Enzyme) นั่นเอง โดยเอนไซมจะไปลดพลังงานกระตุนของสารทําใหเกิดปฏิกิริยาไดเร็วขึ้น แตพลังงานที่เกิดขึ้นยังเทาเดิม 82 ชีววิทยา
  • 3. ทฤษฎีอธิบายความจําเพาะ (Specificity) ของเอนไซม การที่เอนไซมมีความจําเพาะเจาะจงกับโครงสรางของสารตั้งตน (Substrate) สามารถอธิบายไดโดยอาศัยทฤษฎี ตอไปนี้ 1. ทฤษฎีแมกญแจและลูกกุญแจ (Lock and key theory) เสนอโดย อีมล ฟชเชอร (Emil Fischer) อธิบายวา ุ ิ แตละโมเลกุลของเอนไซมจะมีบริเวณเรง (Active site) ทีเ่ ฉพาะเจาะจงกับสารตังตน (Substrate) ทําใหเขากันไดพอดี ้ เหมือนกับการที่ลูกกุญแจสวมเขาพอดีกับแมกุญแจ (ทฤษฎีนี้อธิบายถึงสภาพของบริเวณเรงของเอนไซม วามีรูปราง แนนอน แข็งแกรง) Enzyme Substrate Enzyme-Substrate Product complex สมการการทํางานของเอนไซม (E) กับสารตั้งตน (S) Substrate Products Substrates Product Active site Active site Enzyme Enzyme-Substrate complexEnzyme Enzyme Enzyme-Substrate complex Enzyme a. Degradative reaction b. Synthetic reaction แผนภาพแสดงกลไกการทํางานของเอนไซมกับสาร a. กระบวนการสลายสาร b. กระบวนการสังเคราะหสาร 2. ทฤษฎีชักนําใหเหมาะสม (Induced-fit theory) เสนอโดย คอชแลนด (Koshland) เมื่อสารตั้งตนเขาไป จับบริเวณเรงของเอนไซมจะเหนี่ยวนําใหเอนไซมเปลี่ยนโครงรูปใหเหมาะสม ทําใหสามารถจับตัวกับสารตั้งตนไดดีขึ้น ทําใหเอนไซมทําหนาที่เรงปฏิกิริยาไดสารผลิตภัณฑ (ทฤษฎีนี้อธิบายถึงความยืดหยุนและลักษณะไมแข็งของเอนไซม บางชนิดทีบริเวณเรง (Active site) จึงสามารถเปลี่ยนโครงรูปใหเหมาะสมได) ่ 83 ชีววิทยา
  • 4. Substrates Substrates Enzyme Enzyme-Substrate Enzyme Enzyme-Substrate complex (Note active site complex (Enzyme larger than substrate) changes shape) (a) Lock-and-key model (b) Induced fit model ภาพแสดงการทํางานของเอนไซม (a) ภาพแสดงการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมตามทฤษฎีแมกุญแจและลูกกุญแจ (เอนไซมไมเปลี่ยนรูปราง) (b) ภาพแสดงการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมตามทฤษฎีชักนําใหเหมาะสม (เอนไซมสามารถเปลี่ยนรูปรางได เล็กนอยขณะทําปฏิกิริยา) ตัวยับยั้งเอนไซม (Inhibitor) ตัวยับยั้งเอนไซม (Inhibitor) หมายถึง สารที่ทําใหปฏิกิริยาที่มีเอนไซมเปนตัวคะตะลิสตหยุดชะงักลงได เชน ไซยาไนด คารบอนมอนอกไซด ฟลูออไรด ยาซัลฟา 1. ตัวยับยั้งแบบแขงขัน (Competitive inhibitor) หมายถึง สารที่สามารถเขาไปแยงสารตั้งตน (Substrate) จับที่บริเวณเรง (Active site) ของเอนไซม ทําใหการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมลดลง เชน กรดซักซินิก (Succinic acid) กรดมาโลนิก (Malonic acid) กรดออกซาลิก (Oxalic acid) เชน ไซยาไนด (Cyanide) กาซคารบอนมอนอกไซด 2. ตัวยับยั้งแบบไมแขงขัน (Noncompetitive inhibitor) หมายถึง สารที่สามารถเขาไปจับที่บริเวณอื่น บนโมเลกุลของเอนไซมที่ไมใชบริเวณเรง (Active site) Competitive Substrate Substrate inhibitor Noncompetitive inhibitor Enzyme Enzyme Enzyme (a) (b) (c) ภาพแสดงการทําปฏิกิริยาของตัวยับยั้งเอนไซม (a) การทําปฏิกิริยาระหวางเอนไซม-สารตั้งตนปกติ (ES complex) (b) การทําปฏิกิริยาระหวางเอนไซม-ตัวยับยั้งแบบแขงขัน (EI complex) (c) การทําปฏิกิริยาระหวางเอนไซม-ตัวยับยั้งแบบไมแขงขัน (ESI complex หรือ EI complex) 84 ชีววิทยา
  • 5. Energy Supplied Energy Supplied Energy of Energy of activation Energy of reactant reactant Energy of activation Energy Released Energy Released Energy of Energy of product product E a without Enzyme Ea with Enzyme ภาพแสดงผลของปฏิกิริยาเคมีเมื่อมีเอนไซมและไมมีเอนไซม (พบวาการใชพลังงานกระตุนลดลงอยางมาก) พลังงานที่ใชในการสลายพันธะเคมี พลังงานที่ใชในการสลายพันธะเคมี เรียกวา พลังงานพันธะ (Bond energy) พลังงานที่เกิดขึ้นจากปฏิกรยาเคมี ิิ มี 2 ประเภท คือ 1. ปฏิกิริยาคายพลังงาน (Exergonic reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแลวจะปลอยพลังงานออกมา > พลังงานกระตุนที่ใสเขาไป เชน การรวมกันของกาซไฮโดรเจน และกาซออกซิเจน หรือการสลายสารอินทรียตางๆ (การหายใจ) สรุป พลังงานสรางพันธะ > พลังงานสลายพันธะ ตัวอยางปฏิกิริยาคายพลังงาน ATP + H2O ADP + Pi + 7.3 kcal/mol C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36 ATP 2H2 + O2 2H2O + พลังงานสรางพันธะ 2. ปฏิกิริยาดูดพลังงาน (Endergonic reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแลวจะปลอยพลังงานออกมา < พลังงานกระตุนที่ใสเขาไป เชน กระบวนการสังเคราะหดวยแสง การแยกนําดวยไฟฟา การสังเคราะหสารอินทรียตางๆ  ้ ในเซลลของสิ่งมีชวิต ี สรุป พลังงานสรางพันธะ < พลังงานสลายพันธะ ตัวอยางปฏิกิริยาดูดพลังงาน 2H2O + พลังงานสลายพันธะ 2H2 + O2 6CO2 + 12H2O + 18 ATP C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ADP + Pi + 7.3 kcal ATP 85 ชีววิทยา
  • 6. Exergonic reactions (e.g. cellular respiration) Energy ADP + Pi ATP Energy Endergonic reactions (e.g. protein synthesis making new cells or cell parts) แสดงปฏิกรยาดูดพลังงาน (Endergonic reaction) และปฏิกิริยาคายพลังงาน (Exergonic reaction) ิิ ที่เกิดขึ้นในเซลลของสิ่งมีชีวิต (โดยมี ATP เปนสารตัวกลางในการเก็บสะสมพลังงานและคายพลังงานออกมา) 86 ชีววิทยา
  • 7. การหายใจ การหายใจ (Respiration) คือ กระบวนการออกซิไดสสารอาหาร เชน คารโบไฮเดรต ไขมัน หรือโปรตีน โดยอาศัยการควบคุมของเอนไซมภายในเซลล เพื่อใหไดพลังงานที่เซลลของสิ่งมีชีวิตสามารถนําไปใชในกิจกรรมตางๆ เพื่อการดํารงชีวตของเซลล ิ การหายใจแตกตางจากการเผาไหมเชื้อเพลิงทัวไป คือ มีเอนไซมเปนตัวเรงปฏิกรยาเคมีใหสารตังตนสลายตัว ่ ิิ ้ (หลีกเลียงการใชพลังงานกระตุนทีสงมากๆ และปลอยพลังงานอยางรวดเร็วและรุนแรง) โดยควบคุมใหมีการปลอยพลังงาน ่  ู่ ออกมาทีละนอย โดยปฏิกริยามีหลายขั้นตอน เซลลสามารถนําไปสะสมไวในรูปของสารเคมีที่มีพันธะพลังงานสูง คือ ิ ATP จึงชวยใหอณหภูมิไมสงถึงขั้นที่จะเปนอันตรายตอเซลล ุ ู การหายใจระดับเซลล เปนกระบวนการสลายสารอาหาร ประกอบดวยปฏิกิรยาออกซิเดชัน-รีดักชัน อาจเกิดขึ้น ิ ในสภาพที่มีออกซิเจน (Aerobic respiration) หรือในสภาพที่ปราศจากออกซิเจน (Anaerobic respiration) หรือ การหมัก (Fermentation) การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบใชออกซิเจน กระบวนการสลายสารอาหาร (Glucose) แบบใช O2 มีปฏิกิริยา 4 ขั้น คือ 1. Glycolysis - เกิดที่ Cytoplasm - ไมใช O2 - เกิดกับเซลลของสิ่งมีชวิตทุกๆ เซลล ี C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36 ATP (Glucose) (Carbondioxide) Typical energy yield = 36 ATP การสลายของสารอาหารแบบใชออกซิเจนมีผลทําใหไดพลังงาน ATP เพียงพอกับการทํากิจกรรมตางๆ ของ รางกาย เชน สามารถวิ่งไดในระยะทางไกลๆ (ขึ้นอยูกับความเหมาะสม เพียงพอของกลูโคสและออกซิเจน) ไกลโคลิซิส (Glycolysis) เปนกระบวนการสลายนํ้าตาล ซึ่งมีคารบอน 6 อะตอม ใหเปนกรดไพรูวิก ซึ่งมี คารบอน 3 อะตอม โดยไมตองอาศัยออกซิเจนอิสระ กระบวนการนี้เปนกระบวนการขั้นแรกของการหายใจ เกิดขึ้นใน ไซโตพลาซึมของเซลล วัตถุดิบที่ใช สิ่งที่เกิดขึ้น 1 Glucose (6C) 2 Pyruvic $ (3C) a 2 ATP 4 ATP (ไดรับจริง 2 ATP) 2 NAD 2 NADH2 Glucose 2 PGAL 2 PGA 2 Pyruvic a$ (6C) (3C) (3C) (3C) 87 ชีววิทยา
  • 8. สมการรวมในขั้นไกลโคลิซิส คือ 1 กลูโคส + 2 ADP + 2 ฟอสเฟต 2 กรดไพรูวิก + 2 ATP + 4H 2. การสราง Acetyl Co.A (2C) หรือ Transition reaction - เกิดที่ของเหลว (Matrix) ในไมโตคอนเดรีย - ถือเปนศูนยกลางของการสลายสารอินทรียตางๆ การสรางอะซิตลโคเอนไซมเอ เปนขั้นที่กรดไพรูวกแตละโมเลกุลรวมกับโคเอนไซมเอ (Coenzyme A) ิ ิ แลวไดเปนอะซิติลโคเอนไซมเอ (Acetyl Coenzyme A) สมการรวมในขั้นการสรางอะซิติลโคเอนไซมเอ คือ 2 กรดไพรูวิก + 2 โคเอนไซมเอ 2 อะซิติลโคเอนไซมเอ + 2CO2 + 4H (3C) (2C) 3. Krebs cycle - เกิดที่ของเหลว (Matrix) ในไมโตคอนเดรีย - เปนปลายทางของการสลายสารอินทรียเ ปน CO2 วัฏจักรเครบส หรือวัฏจักรของกรดซิตริก (Krebs cycle หรือ Citric acid cycle) เปนขั้นที่อะซิติล- โคเอนไซมเอ ซึ่งมีคารบอน 2 อะตอม รวมกับสารที่มีคารบอน 4 อะตอม กลายเปนสารที่มีคารบอน 6 อะตอม ตอมา สารที่มีคารบอน 6 อะตอม จะถูกเปลี่ยนไปเปนสารที่มคารบอน 5 อะตอม และในที่สุดไดสารที่มีคารบอน 4 อะตอม ี ตามเดิม ซึ่งจะเขารวมกับอะซิติลโคเอนไซมเอตัวอื่นอีกตอไปเปนวัฏจักร สมการรวมในขั้นวัฏจักรเครบส 2 อะซิติลโคเอนไซมเอ + 6H2O + 2ADP + 2 ฟอสเฟต 4CO2 + 2ATP + 16H + 2 โคเอนไซมเอ สรุปสาระสําคัญ - วัฏจักรเครบส เปนขั้นที่ได H อะตอม และ CO2 มากที่สุด - วัฏจักรเครบส ถือเปนปลายทางของการสลายสารอินทรียใหเปนกาซ CO2 - วัฏจักรเครบส มีการลดจํานวน C อะตอม คือ 6C 5C 4C ตามลําดับ 88 ชีววิทยา
  • 9. Acetyl-CoA 2C Oxaloacetate 4C Citrate 6C NADH NAD+ Isocitrate 6C Malate 4C NAD+ H2O Krebs Cycle CO2 NADH Fumarate 4C FADH2 α-ketoglutarate 5C CO 2 NAD+ FAD NADH Succinate 4C Succinyl-CoA 4C ADP ATP รูปแสดงขั้นตอนของวัฏจักรเครบส (4C หมายถึง Oxaloacetic acid, 6C หมายถึง Citric acid และ 5C หมายถึง α-ketoglutaric acid) เพียง 1 วัฏจักรเทานั้น 4. Electron transfer - เกิดที่ผนังชั้นในไมโตคอนเดรีย - ใช O2 ในขั้นนี้ (O2 เปนตัวรับ H2 เปนตัวสุดทาย) - ได ATP มากที่สุด การถายทอดอิเล็กตรอน (Electron transfer) เปนขั้นที่ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาตางๆ ถูกสารที่เปน ตัวรับไฮโดรเจน (Hydrogen acceptor) รับไปแลวถายอิเล็กตรอน (e-) ของไฮโดรเจนใหไซโตโครม (Cytochrome) ชนิดตางๆ สวนโปรตอนของไฮโดรเจน (H+) จะหลุดเปนอิสระ สําหรับอิเล็กตรอนที่ไซโตโครมรับไปจะถายทอดไปยัง ไซโตโครมตัวอื่น จนในที่สุดจะหลุดเปนอิสระ จากนั้นทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอนที่หลุดเปนอิสระจะรวมกับออกซิเจน ที่ไดรบจากการหายใจทําใหเกิดนํ้าขึ้น ั ในระหวางการถายทอดอิเล็กตรอน พลังงานจะถูกปลอยออกมาทีละนอยๆ โดย ADP และฟอสเฟตรับไปทําให เกิด ATP ขึ้นถึง 32-34 โมเลกุล ดังสมการ 24H + 6O2 + 34ADP + 34 ฟอสเฟต 12H2O + 34ATP 89 ชีววิทยา
  • 10. Hight NADH ADP + Pi NAD+ 2e- ADP FADH 2 ศัก ยไฟ Flavoprotein 2e- FAD ฟา ADP + Pi Coenzyme Q Cytochrome b ADP H+ Cytochrome c Relative energy level ร ะ ด ับ Cytochrome a พ ล ัง ง าน Cytochrome a3 ADP + Pi 2e- 2H+ ADP 1 2 O2 H2O Low แสดงขั้นตอนการถายทอดอิเล็กตรอน หรือลูกโซของการหายใจ (Respiratory chain) หรือการถายทอดไฮโดรเจน (H-transfer) สรุปกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอน 1. NAD ⋅ H + H+ FAD ⋅ H2 Cytochrome b Cytochrome c Cytochrome a O2 2. ขั้นที่มีพลังงานสูงในการสราง ATP คือ NAD ⋅ H + H+ FAD ⋅ H2 Cytochrome b Cytochrome c และชวง Cytochrome a O2 (ดังแผนภาพขางบน) 3. แหลงทีเ่ กิดการถายทอดอิเล็กตรอน คือ เยือชันในของไมโตคอนเดรีย (กระบวนการเกิดควบคูไปกับ 3 กระบวน- ่ ้  การแรก) 4. เปนขั้นที่มี ATP เกิดขึ้นมากที่สุด และมี O2 เขามารับอิเล็กตรอนและโปรตอนของไฮโดรเจนเปนตัวสุดทาย ที่ทําใหเกิด H2O ขึ้น 90 ชีววิทยา
  • 11. วัตถุดิบที่ใช สิ่งที่เกิดขึ้น 24H+ 10NADH2 (ไดพลังงาน = 10 × 3 = 30ATP 12 (อะตอมออกซิเจน) 2FADH2 (ไดพลังงาน = 2 × 2 = 4ATP 34ADP + 34Pi 12H2O Glucose Cytosol 2 ATP Glycolysis 2 NADH 4 ATP 2 Pyruvate Electron Transport System 2 NADH 6 ATP 2 Acetyl-Co.A Mitochondrion 2 CO2 6 NADH 18 ATP 2 ATP Krebs cycle 4 CO2 2 FADH2 4 ATP O2 H2O ATP Yield 4 ATP + 32 ATP 36 ATP แผนภาพแสดงพลังงานที่ไดจากการสลายกลูโคส 1 โมเลกุล 91 ชีววิทยา
  • 12. การสลายสารอาหารเกิดขึ้นที่สวนใดของเซลล ไมโตคอนเดรีย (Mitochondrion หรือ Mitochondria) เปนอวัยวะของเซลล มีลักษณะเปนแทงยาวรี มีเยื่อหุม 2 ชั้น คือ 1. เยื่อชั้นนอก (Outer membrane) มีลักษณะเรียบ ทําหนาที่คอยควบคุมการผานเขา-ออกของสาร 2. เยื่อชั้นใน (Inner membrane) มีลักษณะหยักไปมาคลายวิลลัสในลําไสเล็กของคน เรียกวา คริสตา (Crista) ที่เยื่อชั้นในมีโครงสรางเล็กๆ ลักษณะเปนเม็ดกลมๆ เรียกวา Inner membrane particle ติดอยูเต็มไปหมด โครงสรางเล็กๆ นีทาหนาทีเ่ ปนแหลงเก็บสารทีเ่ ปนตัวรับไฮโดรเจนและตัวรับอิเล็กตรอน ถัดจากเยื่อชั้นในเขาไปมีของเหลว ้ํ บรรจุอยู เรียกวา มาตริก (Matrix) ภายในเซลลของเหลวนีมเี อนไซมหลายชนิดทีเ่ กียวของกับการหายใจในขั้นวัฏจักรเครบส ้ ่ Inner membrane (Cristae) Matrix (where acetyl Co.A is formed) Outer membrane (where the Krebs Liquid portion of cytoplasm cycle takes place) (where glycolysis takes place) Inner membrane ATP-forming paticles แสดงโครงสรางของไมโตคอนเดรีย ซึ่งถือเปนศูนยกลางของการสลายอาหารแบบใช O2 ซึ่งมีผนังดานใน (Cristae เปนที่เกิดกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอน สวน Matrix เปนแหลงที่เกิดการสราง Acetyl Co.A และวัฏจักรเครบส) Pyruvate from cytoplasm (Inner membrane) Acetyl CoA NADH Electron transport system Krebs NADH FADH2 cycle ATP H+2e- Many ATP H 2O (ATP synthase) O2 INNER OUTER COMPARTMENT COMPARTMENT แสดงกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอนซึ่งเกิดขึ้นที่ผนังชั้นในของไมโตคอนเดรีย 92 ชีววิทยา
  • 13. ขอควรทราบเพิ่มเติม ไซโตโครม (Cytochrome) คือ รงควัตถุในรูปโปรตีน ซึงมีธาตุเหล็ก (Fe) เปนองคประกอบ มีหนาทีสาคัญ คือ ่ ่ํ เปนตัวรับและถายทอดอิเล็กตรอน ในกระบวนการหายใจ คือ Cytochrome b c a ตามลําดับ โคเอนไซม (Coenzyme) หมายถึง กลุมสารอินทรียที่มีวิตามิน B เปนองคประกอบ หนาทีสาคัญ คือ เปนตัวรับ ่ํ และถายทอดไฮโดรเจน (H-acceptor) ในกระบวนการหายใจ เชน NAD + , FAD+ และ Co.A ตารางแสดงโคเอนไซมชนิดตางๆ สวนประกอบและหนาที่ในกระบวนการสลายสารอาหาร สาร ยอมาจาก สวนประกอบ หนาที่ (Coenzyme) NAD+ Nicotinamide adenine วิตามิน B5 รับถายทอดไฮโดรเจน (ขั้นที่ 1, 2, 3 dinucleotide และ 4) FAD + Flavin adenine dinucleotide วิตามิน B2 วิตามิน รับถายทอดไฮโดรเจน (ขั้นที่ 3 และ 4) บีรวม Co.A Coenzyme A Pantothenic acid ตัวนําหมูเอซิลเพื่อสราง Acetyl Co.A (กรดเพนโทเทนิก) (ขั้นที่ 2) Carbohydrates Fats Proteins Glycerol Glycolysis Amino acids Fatty acids Pyruvate ⋅ Acetyl Co.A Krebs cycle การสลายสารอาหาร 3 ประเภทผานขั้นตอนตางๆ เพื่อเขาสูวัฏจักรเครบส พลังงาน ที่ถูกดึงออกมาจากสารตัวกลางในขั้นตางๆ จะนําไปใชในการสังเคราะหสารอินทรียได (ลูกศรเสนประ) 93 ชีววิทยา
  • 14. สรุปสาระสําคัญ สารที่ถือไดวาเปนตําแหนงกลางของกระบวนการ Metabolism (การสลายสารอาหารตางๆ และการสังเคราะห สารตางๆ) คือ Acetyl Co.A ดังแผนภาพ Substance Breakdown Proteins Nucleic acids Fats Carbohydrates Amino acids Nucleotides Fatty acids Glycerol Glucose Glycolysis Substance Synthesis Pyruvate Amino acids Fatty acids Acetyl Co.A Steroids Krebs cycle Mitochondrion NH3 NH3 Heme pigments Amino acids การสลายสารอินทรียตางๆ เขาสูวัฏจักรเครบส สารอาหารที่สามารถสลายตัวแบบไมใช O2 คือ Glucose, Amino acid (บางชนิด) และ Glycerol (เพราะ สามารถสลายตัวเขาที่ชวง Glycolysis คือ เปลี่ยนเปน Pyruvic acid ได) สวนกรดไขมัน (Fatty acid) ไมสามารถนํา  มาสลายตัวแบบไมใช O2 ไดเลย (เพราะจะสลายตัวเปน Acetyl Co.A และเขาวัฏจักรเครบสตอไป จึงตองเปนแบบใช O2 เทานั้น) การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบไมใช O2 การสลายสารอาหารไมจําเปนตองใช O2 เสมอไป สิ่งมีชีวิตบางชนิด เนื้อเยื่อบางอยางสามารถไดพลังงานจากการ สลายสารอาหารโดยไมตองใช O2 สิ่งมีชีวิตเหลานี้ ไดแก พยาธิตัวตืด ยีสต เมล็ดพืช แบคทีเรียบางชนิด สวนกลามเนื้อ- ลายเปนตัวอยางของเนื้อเยื่อสัตวชั้นสูงที่สามารถสลายสารอาหารแบบไมใช O2 ได Ethyl alcohol ในเซลลยีสตเกิดจาก Acetaldehyde + H2 (Acetaldehyde เกิดจาก Pyruvic acid ที่เสีย CO2 ออกไปนั่นเอง) สรุปสมการการสลายสารอาหารแบบไมใช O2 (Anaerobic respiration) - ในราและยีสต 12% C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP 1 (Ethyl alcohol) 3 C 2 ของ C 3 94 ชีววิทยา
  • 15. - ในเซลลกลามเนื้อลาย C6H12O6 2C3H6O3 + 2ATP (Lactic acid) 100%C - พยาธิตัวตืด (C6H10O5)n + H2O 2nC3H6O3 + 2ATP (Lactic acid) สาระสําคัญเตรียมสอบ 1. เบียร (Beer) มีแอลกอฮอลประมาณ 4-5% 2. ไวน (Wines) มีแอลกอฮอลประมาณ 10-12% 3. บรั่นดี และวิสกี้ (Whiskey) มีแอลกอฮอลประมาณ 14% 4. ยีสต จะหมักแอลกอฮอลไดสูงสุดประมาณ 12% (ถาสูงกวานี้จะเปนอันตรายตอเซลลของยีสตเอง) เนืองจาก ่ เปนการสลายสารอาหารที่ไมสมบูรณมีพลังงานแฝงอยูมาก สามารถนํามาใชเปนเชื้อเพลิงได) 5. ยีสต ทําใหขนมปงฟู เพราะเกิดกาซ CO2 ขึ้น 6. 1 Glucose สลายตัวแบบไมใช O2 ไดพลังงานประมาณ 2 ATP (ประมาณ 5% ของแบบใช O2) 7. การสลาย Glucose แบบใช O2 จะไดพลังงานออกมา 277 kcal (38 × 7.3) ซึ่งถากลูโคสสลายตัวหมดสิ้น จะไดพลังงานสูงสุด 686 kcal คิดเปนพลังงานที่ไดรับจริง = 277 หรือประมาณ 40% ของพลังงานที่มีอยูในกลูโคส 686 แผนผังมโนมติแสดงการหายใจระดับเซลล เอทิลแอลกอฮอล ยีสต CO2 แบบไมใช O2 ตัวอยาง 2ATP การหายใจภายใน O2 แลกติก Cell Cell O2 กลามเนื้อลาย สารอาหาร สลายเปน ATP แลกติก 2ATP พยาธิตัวตืด การหายใจ 2ATP การระบายอากาศ ไกลโคไลซิส 6C 2 (3C) แบบใช O 2 การแพรของ O2 การสรางอะซีติลโคเอนไซม A ลด C 3C 2C การหายใจภายนอก ขั้นตอน การลําเลียง O2 และ CO2 วัฏจักรเครบส ลด C 6C 5C 4C การถายทอด- 24H + 6O 2 12H2O + 32 - 34ATP กลไกควบคุมการหายใจ อิเล็กตรอน แผนผังมโนมติแสดงขั้นตอนการหายใจแบบใชออกซิเจน 95 ชีววิทยา
  • 16. 4H Glycolysis Glucose 2 Pyruvic acid 2 ADP (3C) 2 ATP 2 CO2 4H 2 Co.A Acetyl coenzyme A 2 Acetyl Co.A (2C) Aerobic respiration 2 H 2O Krebs cycle 2 Oxaloacetic acid (4C) 2 Citric acid (6C) 2 CO2 2 ADP 2 ATP 4H 2O 2 Co.A 16H 2α - Ketoglutaric acid 2 CO2 (5C) Electron transfer 6O2 12H 2O 96 ชีววิทยา
  • 17. การสังเคราะหดวยแสง การคนควาที่เกี่ยวของกับกระบวนการสังเคราะหดวยแสง การสังเคราะหดวยแสง (Photosynthesis) หมายถึง กระบวนการสรางอาหารพวกคารโบไฮเดรตของพืชสีเขียว จาก H2O และ CO2 โดยอาศัยคลอโรฟลล แสงสวางเปนตัวชวย และเอนไซมในเม็ดคลอโรพลาสตเปนตัวเรงปฏิกรยา ิิ (Catalyst) การสังเคราะหดวยแสง เปนกระบวนการเปลี่ยน พลังงานแสง พลังงานเคมี สารอนินทรีย สารอินทรีย กระบวนการสังเคราะหดวยแสง มีประโยชนตอมนุษย คือ ทําใหไดสารอาหาร (แปง และนํ้าตาล) ไดเชื้อเพลิง (ถาน และไมตางๆ) และไดกาซ O2 มาใชในการหายใจ 6CO2 + 12H2O Light energy C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Chlorophyll สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะหดวยแสงได คือ  1. พืชสีเขียวทุกชนิด 2. สาหรายทุกชนิด 3. แบคทีเรียบางชนิด (Purple sulphur bacteria และ Green sulphur bacteria) 4. สาหรายสีเขียวแกมนํ้าเงิน (Blue green algae) การสังเคราะหดวยแสง (Photosynthesis) ประกอบดวยปฏิกิริยา 2 ขั้นตอน คือ ปฏิกิริยาที่ใชแสง (Light reaction) และปฏิกิริยาที่ไมใชแสง (Dark reaction) 1. ปฏิกิริยาที่ใชแสง (Light reaction) เปนปฏิกิรยาที่มีบทบาทสําคัญในการเปลี่ยนแปลงพลังงานแสงใหเปน ิ พลังงานเคมี จะเกิดขึ้นไดในขณะที่มีแสงจากดวงอาทิตย หรือแสงประดิษฐสองไปที่รงควัตถุที่อยูในเม็ดคลอโรพลาสตมี รงควัตถุเขารวมในปฏิกิริยานี้ 2 พวก คือ รงควัตถุระบบ 1 (Photosystem I หรือ Photopigment I) และ รงควัตถุ ระบบ 2 (Photosystem II หรือ Photopigment II) ปฏิกิริยาที่ใชแสง (Light reaction) มีการถายทอดอิเล็กตรอน 2 แบบ คือ 97 ชีววิทยา
  • 18. Leaf Plant cell Light energy Carbon dioxide Chloroplast Light-trapping Energy CO2 Carbon- reactions carriers fixing ATP and reactions Energy NADPH Boosted H2 O electrons Chlorophyll Carbohydrate Oxygen Carbohydrate กระบวนการหลักของการสังเคราะหดวยแสง 1.1 การถายทอดอิเล็กตรอนแบบเปนวัฏจักร (Cyclic electron transfer) Primary e- electron -0.6 acceptor e- Ferredoxin Oxidation-reduction potential in volts (relative energy level) 0 e- Cytochrome complex ADP + Pi e- Production of ATP by chemiosmosis Plastocyanin Ligh ATP t e- +0.4 P700 Photosystem I แสดงการถายทอดอิเล็กตรอนแบบเปนวัฏจักร (Cyclic photophosphorylation) 98 ชีววิทยา
  • 19. 1.2 การถายทอดอิเล็กตรอนแบบไมเปนวัฏจักร (Noncyclic electron transfer) สรุป PS I (P700) NADP ⋅ H PS II (P680) ATP -0.6 +Primary 2e- electron acceptor 2e- Primary Oxidation-reduction potential (volts) electron 2e - acceptor Ferredoxin 2e- (relative energy level) 0 2e- NADPH Plastoquinone 2e- 2H+ + ADP + Pi Cytochrome (from medium) NADP complex Production ATP 2e- Lig +0.4 of ATP by Plastocyanin ht chemiosmosis 2e- P700 1 O2 + 2H+ Light 2e - 2 Photosystem I P680 H 2O +0.8 Photosystem II กระบวนการถายทอดอิเล็กตรอนแบบไมเปนวัฏจักร (Noncyclic electron transfer) 2. ปฏิกิริยาที่ไมใชแสง (Dark reaction หรือ Calvin cycle หรือ CO2 fixation) เปนกระบวนการที่พืชนํา สารพลังงานสูง คือ ATP และ NADPH + H+ ซึงเปนผลทีไดจากปฏิกรยาชวง Light reaction มาเปลียน CO2 ซึ่งมี ่ ่ ิิ ่ พลังงานศักยตํ่าใหเปนคารโบไฮเดรตที่มีพลังงานศักยสูง กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสโตรมา (Stroma) ของคลอโรพลาสต โดยไมตองใชแสง (ในที่มแสงก็เกิดขึ้นได) ี เอ็ม คัลวิน (M. Calvin) เอ เบนสัน (A. Benson) และคณะแหงมหาวิทยาลัยแคลิฟอรเนียที่เบิรกเลย ไดทดลองและศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ไมใชแสงดังกลาวมาแลว จากผลการทดลองยังไดพบวา ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเหลานี้ เกิดตอเนื่องกันไมเปนวัฏจักร เรียกวัฏจักรของปฏิกิริยานี้วา วัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle) 99 ชีววิทยา
  • 20. Metabolites of the Calvin cycle RuBP ribulose bisphosphate PGA phosphoglycerate PGAP diphosphoglycerate PGAL phosphoglyceraldehyde 3 CO 2 (Intermediate) 3 C6 6 PGA 3 RuBP C3 C5 CO 2 6 ATP Fixation 3 ADP 6 ADP These ATP and NADPH Calvin CO 2 molecules were produced cycle Reduction by the light-dependent reactions. These ATP molecules were produced by the 3 ATP Regeneration 6 PGAP light-dependent of RuBP reactions. C3 5 PGAL 6 NADPH C3 6 PGAL C3 6 NADP + There is a net gain of one PGAL. แสดงวัฏจักรคัลวินของพืช 100 ชีววิทยา
  • 21. H2O Stroma Lig ht CO2 NADPH NADP+ Calvin cycle ATP Thylakoid ADP membrane O2 PGAL a Thylakoid Photosystem II Light Photosystem I Stroma Antenna Cytochrome complex complex Light H+ Antenna complex NADP++ H+ NADP Pq e- reductase e- e- NADPH H+ H 2O 1 H+ 2 O2 + Calvin cycle 2 H+ H+ H+ ATP H+ Thylakoid Space H+ ATP synthase ADP + P แผนภาพแสดงกระบวนการ Light reaction และ Dark reaction ทีสาคัญ ่ํ 101 ชีววิทยา
  • 22. ตารางสรุปวัฏจักรของคัลวิน (ตอการสราง Glucose 1 โมเลกุล) ขอ สิ่งที่ใชในปฏิกิริยา สิ่งที่เกิดจากปฏิกิริยา 1. 6 CO2 12 PGAL (2 PGAL 1 Glucose) 2. 6 RuDP 18 ADP + 18 Pi 3. 18 ATP (จากปฏิกิริยาที่ใชแสง) 12 NADP + 12 H+ 4. 12 NADPH (จากปฏิกิริยาที่ใชแสง) 6H2O PGA เปนสารอินทรีย (ที่อยูตัว) ชนิดแรกที่เกิดในวัฏจักรคัลวิน PGAL เปนนํ้าตาลชนิดแรกที่เกิดขึ้นในวัฏจักรคัลวิน H 2O CO2 O2 Grana CO2 Chloroplasts NADPH Lig ht NADP+ Calvin a. Plant cell ATP cycle Thylakoid Granum O2 ADP Sugar Thylakoid membrane Stroma b. Chloroplast Thylakoid space (a) แสดงเซลลของพืชใหเห็นคลอโรพลาสต (b) โครงสรางของไทลาคอยด และกรานาในคลอโรพลาสต และปฏิกิรยาการสังเคราะหดวยแสง ิ สมการรวมของการสังเคราะหดวยแสงที่สมบูรณเปนดังนี้ คือ 12H2O + 6CO2 + 6ADP + 6Pi แสง C H O + 6O2 + 6ATP + 6H2O คลอโรฟลล 6 12 6 102 ชีววิทยา
  • 23. ตารางแสดงรงควัตถุที่ใชในกระบวนการสังเคราะหดวยแสงที่มีอยูในสิ่งมีชีวิตชนิดตางๆ สิ่งมีชีวิต คลอโรฟลล แคโรทีนอยด ไฟโคบิลิน แบคทีรีโอคลอโรฟลล abcd abcd พืชมีดอก ++-- + - ---- เฟน ++-- + - ---- สาหรายสีเขียว ++-- + - ---- สาหรายสีนํ้าตาล +-+- + - ---- สาหรายสีแดง +--+ + + +--- สาหรายสีเขียวแกมนํ้าเงิน +--- + + ---- แบคทีเรียที่สังเคราะห- ---- + - +-++ ดวยแสงได ประสิทธิภาพในการสังเคราะหดวยแสงของพืช C3 พืช C4 และพืช CAM พืชแตละชนิดมีประสิทธิภาพในการตรึง CO2 ที่แตกตางกัน เนื่องจากความแตกตางกันของสวนประกอบของ เนื้อเยื่อ และประสิทธิภาพของเอนไซม มีผลทําใหกระบวนการทางชีวเคมี และสรีรวิทยาภายในใบแตกตางกัน - พืช C3 (C3 Plant) ไดแก พืชทั่วๆ ไป เชน ขาวเจา ขาวสาลี ขาวบารเลย ถั่ว ฯลฯ จะมีกระบวนการตรึงกาซ CO2 โดยการรวมกับสาร RuDP หรือ RuBP ในวัฏจักรคัลวิน (มีเอนไซม RuBP Carboxylase เปนตัวเรงปฏิกิริยา) เกิดสารที่มีคารบอน 3 อะตอม คือ PGA และเกิดการเปลียนแปลงตอไปเปนนําตาล (PGAL) และอื่นๆ กระบวนการตรึง ่ ้ CO2 ดังกลาวเกิดขึ้นที่เนื้อเยื่อมีโซฟลล (Mesophyll) ประสิทธิภาพประมาณ 70% - พืช C4 (C4 Plant) ไดแก พืชพวก ขาวโพด ออย ขาวฟาง หญาในเขตรอน บานไมรโู รย จะมีกระบวนการตรึง CO2 2 ครั้ง คือ ที่เนื้อเยื่อมีโซฟลล (Mesophyll) และทีบนเดิลชีทเซลล (Bundle sheath cell) เนื่องจากมีคลอโรพลาสต ่ั (ของพืช C3 ไมมีคลอโรพลาสตที่บันเดิลชีทเซลล) (Hatch-Slack Pathway) สรุป • PEP case พบในพืช C4 ที่ Mesophyll พบในพืช C3 ที่ Mesophyll • Rubis CO พบในพืช C4 ที่ Bundle sheath 103 ชีววิทยา
  • 24. CO2 (3C) Phosphoenol pyruvate Oxaloacetate (4C) NADPH Mesophyll cell AMP NADP + ATP Pyruvate (3C) Malate (4C) Pyruvate (3C) Malate (4C) NADP + Bundle sheath cell CO2 Glucose NADPH Vein Mesophyll cell Bundle sheath cell CO2 PEP PEP Calvin- PEP Benson cycle Oxaloacetic Malic RuBP acid Malic acid CO2 acid Plasmodesmata แสดงแหลงที่เกิดและสารตางๆ ที่เกิดขึ้นในการตรึง CO2 ของพืช C4 สรุปสมการตรึง CO2 ของพืช C4 CO 2 + PEP OxAc Malic acid Pyruvate + CO 2 Calvin cycle Glucose ADP + Pi ATP หมายเหตุ พืช C4 ไมมีการหายใจแสง (Photorespiration) แตพืช C3 มีการหายใจแสง ทําใหอัตราการ สังเคราะหดวยแสงลดลง 104 ชีววิทยา
  • 25. - พืชอวบนํ้า CAM (Casulacean Acid Metabolism) - ไดแก กระบองเพชร สับปะรด วานหางจระเข - ปากใบ (Stomata) เปดในเวลากลางคืน (เพื่อจับ CO2) - กลางคืน สรางกรด 4C (Malic acid) - กลางวัน เปลี่ยนกรด 4C เปนนํ้าตาล (PGAL) [ตรึง CO2 2 ครั้งที่ Mesophyll] Mesophyll PEP (3C) PEP (3C) PGAL PGAL RuDP CO2 PGA Pyruvic ^ a 3C CO2 Malic ^ a Malic ^ a 4C 4C กลางคืน กลางวัน กระบวนการสังเคราะหดวยแสงของพืช CAM (ถือวากํ้ากึ่งระหวางพืช C3 และพืช C4) ตารางเปรียบเทียบการตรึง CO2 และการสรางนํ้าตาลของพืช C3 พืช C4 และพืชอวบนํ้า (CAM) ขอเปรียบเทียบ พืช C3 พืช C4 พืช CAM 1. การตรึง CO2 1 ครั้ง 2 ครั้ง 2 ครั้ง 2. แหลงที่เกิด Mesophyll Mesophyll และ Mesophyll Bundle sheath 3. ผลผลิตตัวแรก PGA (3C) Oxaloacetic acid (4C) Malic acid (4C) 4. เวลาที่ตรึง CO2 กลางวัน กลางวัน กลางคืน 5. เวลาที่สราง PGAL กลางวัน กลางวัน กลางวัน 6. พลังงานที่ใชตรึง CO2 นอย มาก มาก 7. เมื่ออากาศรอน และแหงแลง ตรึง CO2 และสราง ตรึง CO2 และสรางนํ้าตาล ตรึง CO2 และสราง PGAL ไมได ได นํ้าตาลได 8. เมื่ออากาศเย็น ชื้น มืดครึ้ม ตรึง CO2 และสราง ตรึง CO2 และสรางนํ้าตาล ตรึง CO2 และสราง นํ้าตาลได ไมคอยได นํ้าตาลไมคอยได 9. การหายใจแสง มี ไมมี - (Photorespiration) 105 ชีววิทยา
  • 26. CO2 CO 2 Night CO 2 Mesophyll cell C4 C4 Day RuBP Bundle CO 2 CO2 sheath Calvin cell cycle PGA Calvin Calvin ( C3 ) cycle cycle PGAL Mesophyll cell PGAL PGAL CO 2 fixation in a C 3plant CO 2 fixation in a C 4plant CO 2 fixation in a CAM plant แผนผังกระบวนการ Dark reaction Bundle sheath cell Mesophyll cells Vein Stomate C3 Plant C4 Plant แผนภาพแสดงการเรียงตัวของเนื้อเยื่อ Mesophyll รอบๆ Bundle sheath ของพืช C3 และพืช C4 106 ชีววิทยา
  • 27. แผนผังมโนมติแสดงการลําเลียงในพืช การลําเลียงในพืช การลําเลียงนํา ้ การลําเลียงเกลือแร การลําเลียงนําตาล ้ Xylem xylem Phloem Structure วิธการลําเลียงนํา ี ้ วิธการลําเลียงเกลือแร ี Structure วิธการลําเลียงนําตาล ี ้ Xylem parenchyma พืชสูงไมเกิน 19.5 ม. พืชสูงเกิน 19.5 ม. Passive Active Phloem parenchyma Turgor transport transport pressure Xylem fiber Osmosis Transpiration pull Phloem fiber Tracheid Capillary action Sieve tube Vessel member Root pressure Companion cell Transpiration pull แผนผังมโนมติแสดงโครงสรางเนื้อเยื่อที่ใชในการลําเลียงนํ้าของพืช โครงสรางและเนื้อเยื่อที่ใชในการลําเลียงนํ้าของพืช รากชั้นนอก รากชั้นใน Endodermis Epidermis Cortex Pith Vascular bundle Pericycle Casparian strip Parenchyma Xylem Phloem I o wall I o wall Passage cell Collenchyma Xylem parenchyma Phloem parenchyma มีชีวิต มีชีวิต Sclerenchyma II o wall Phloem fiber II o wall Xylem fiber ไมมีชีวิต ไมมีชีวิต o I o wall Tracheid II wall Sieve tube member มีชีวิต ไมมีชีวิต o I o wall Vessel member II wall Companion cell มีชีวิต ไมมีชีวิต 107 ชีววิทยา
  • 28. การสืบพันธุของสิ่งมีชีวิต การสืบพันธุ (Reproduction) คือ การเพิ่มจํานวนหรือการใหกาเนิดสิงมีชวตทีเ่ ปนชนิดเดียวกันกับพอแม หรือ ํ ่ ีิ บรรพบุรุษ (ถือเปนสมบัติที่สําคัญของสิ่งมีชีวตทุกชนิด ทําใหสิ่งมีชีวิตแตละชนิดดํารงเผาพันธุอยูได) ิ วัฏจักรของเซลล (1 Cell cycle) แบงออกเปน 2 ระยะ คือ 1. ระยะอินเตอรเฟส (Interphase) หรือระยะเตรียมพรอมกอนแบงนิวเคลียส แบงเปนระยะยอยๆ 3 ระยะ คือ G1, S และ G2 ตามลําดับ 2. ระยะ Mitosis (M phase) เปนระยะแบงนิวเคลียส มี 4 ระยะยอยๆ คือ 1. โปรเฟส (Prophase)  2. เมตาเฟส (Metaphase)  3. แอนาเฟส (Anaphase)  Karyokinesis  4. ทีโลเฟส (Telophase)  Cyt To another cell cycle okin Mitosis esis One daughter cell The cell divides One in two daughter cell G2 DNA replication S G1 Interphase On Off Genes that Genes that stimulate cell suppress cell division division แสดงชวงระยะเวลาที่ใชใน 1 วัฏจักรเซลล และการเปลี่ยนแปลงในระยะตางๆ 108 ชีววิทยา
  • 29. G2 ปริมาณ DNA 4x S Mitosis (M Phase) 2x G1 G1 เวลา M Interphase 1 Cell cycle แสดงระยะเวลาและการเปลี่ยนแปลงในระยะยอยๆ ของระยะ Interphase (G1, S, G2) และ M Phase ใน 1 วัฏจักรเซลล การแบงเซลลแบบไมโตซิส (Mitosis) ไมโตซิส หมายถึง กระบวนการแบงนิวเคลียสของเซลลสิ่งมีชีวิตใดๆ ทําใหเซลลที่ไดมีโครโมโซมเทาเดิม (เชน n n, 2n 2n หรือ 3n 3n) ซึ่งอาจไดเซลลรางกาย หรือเซลลสืบพันธุก็ได เซลลรางกาย (2n) Mitosis เซลลรางกาย (2n) มอส, เฟน (n) Mitosis สเปรม, ไข (n) ผึ้งเพศผู (Drone = n) Mitosis สเปรม (n) ตารางแสดงจํานวน DNA และ Chromosome ขณะเซลลแบงตัวถึงระยะตางๆ ในการแบงตัวแบบไมโตซิส ระยะการแบงเซลล จํานวน DNA จํานวนโครโมโซม 1. Interphase 4n 2n 2. Prophase 4n 2n 3. Metaphase 4n 2n 4. Anaphase 4n 4n 5. Telophase 2n 2n 109 ชีววิทยา