1. Energy transformation
1

2. การเปลี่ยนรูปพลังงานและการหมุนเวียนสารเคมีในระบบนิเวศ
Chloroplast และ
mitochondria เป็ น organelles
ที่เปลี่ยนพลังงานรู ปหนึ่งไปอีกรู ปหนึ่ง
ในChloroplast เกิดกระบวนการ
photosynthesis ซึ่งพลังงานแสงถูก
เปลี่ยนเป็ นพลังงานสะสมใน
คาร์โบไฮเดรต
 ที่ mitochondria เกิด
กระบวนการ cellular respiration
พลังงานที่เก็บไว้ในคาร์โบไฮเดรตจะถูก
เปลี่ยนเป็ นพลังงานในรู ป ATP ซึ่ง
สิ่ งมีชีวตจะนาไปใช้ในเซลล์ต่อไป
ิ
มีพลังงานบางส่ วนสู ญเสี ยไปกับความ
ร้อน 2

3. ATP (Adenosine triphosphate)
เป็ นสารเคมีท่ มีพลังงานสูงพร้ อมที่จะแตกตัวปล่ อยให้
ี
พลังงานออกมาใช้ ท่ใดที่หนึ่งได้
ี
3

4. เมื่อ ~P สลายภายในเซลล์ พลังงานบางส่ วนจะสูญเสียไปใน
รูปของความร้ อน และบางส่ วนถูกนาไปใช้ ทางาน และเมื่อ ATP
ถ่ ายทอด ~P ให้ กับโมเลกุลของสารอื่น โมเลกุลของสารนันจะได้ ้
พลังงานเพิ่มขึนด้ วย ทาให้ เกิดปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่นต่ อไป ดังนัน
้ ้
พลังงานจาก ATP สามารถทาให้ เกิดปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ ได้
4

5. ATP เมื่อถูกใช้ แล้ วสามารถสร้ างกลับมาใหม่ ได้
5

6. พลังงานในรูป ATP ถูกนาไปใช้ ทางานต่ างๆภายในเซลล์
6

7. ATP สร้ างขึนอย่ างไร
้
เรียกกระบวนการสร้ าง ATP ว่ า
Phosphorylation มีวธีการสร้ างหลายแบบ
ิ
1. Oxidative phosphorylation
2. Substrate phosphorylation
3. Photophosphorylation
7

8. Oxidative phosphorylation
การสร้ าง ATP จาก
การถ่ ายทอด e- ผ่ านสาร
นา e- เช่ น NADH,
FADH2 ใน e-
transport chain ที่
mitochondria และ
มี O2 เป็ นตัวรับ e- ตัว
สุดท้ าย
8

9. Substrate phosphorylation
ATP ถูกสร้ างโดยการ
ถ่ ายทอด ~P จากสารที่
มีพันธะเคมีพลังงานสูง
กว่ ามายัง ADP
โดยตรง โดยมี
enzyme กระตุ้น
9

10. Photophosphorylation
แสงทาให้ e- จากนา ถูกถ่ ายทอดไปตาม e-
้
transport chain ใน chloroplast ได้ พลังงานใน
รูป ATP
10

11. Metabolic pathway
กระบวนการ metabolism เป็ นผลของปฏิกิริยาเคมีท่ เกิดขึน
ี ้
ในเซลล์
เริ่มต้ นจาก
E1 E2 E3 E4
A B C D E
ในแต่ ละขันตอนจะอาศัย enzymes เป็ นตัวเร่ งให้ เกิดปฏิกิริยา
้
11

12. Enzyme ช่ วยเร่ งให้ เกิดปฏิกิริยาโดยตัวเองไม่
เปลี่ยนแปลงเป็ นสารอื่น
เร่ งปฏิกิริยาเฉพาะ
การทางานต้ องการ optimum factors
12

13. The induced fit between an enzyme
and its substrate
13

14. The catalytic cycle of an enzyme
14

15. อัตราการเร่ งปฏิกิริยาเคมีโดย enzyme ขึนกับ
้
Temperture
pH
Inhibition (noncompetitive
inhibition, Competitive inhibition)
15

16. Environmental factors affecting enzyme activity
Temperature
16

17. pH
17

18. NAD+ = nicotinamide adenine dinucleotide
18

19. NAD+
พบในเซลล์
ทางานร่ วมกับ enzyme โดยเป็ นตัวรับ e- ในปฏิกิริยา
oxidation-reduction
Oxidation
H
Dehydrogenase
R C R’ + NAD+ R C R’’ + NADH + H+
OH O
Reduction
NAD+ = oxidized coenzyme
NADH = reduced coenzyme 19

20. Cellular respiration
รวมหมายถึง 2 กระบวนการ คือ
- Aerobic cellular respiration
- Fermentation
20

21. Aerobic cellular respiration
เป็ นกระบวนการย่ อยสารอาหาร เพื่อให้ ได้ ATP และมี
O2 เป็ นตัวรับ e- ตัวสุดท้ าย
Organic
compounds + Oxygen CO2 + H2O + energy
(food)
21

22. แต่ โดยทั่วไป cellular respiration จะ
อธิบายถึง Oxidation ของ glucose
6C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energy
22

23. Fermentation
เป็ นกระบวนการย่ อยสารอาหาร เพื่อให้ ได้ ATP
โดยมี organic compounds เป็ นตัวรับ e-
เป็ น anaerobic process
เป็ นการย่ อยสลาย glucose เพียงบางส่ วน ผลได้
lactate (animal cell) หรือ CO2 + alcohol
(yeast)
ได้ 2 ATP
23

24. Aerobic cellular respiration ประกอบด้ วย
Glycolysis
Krebs cycle
Electron transport chain (ETC) and
oxidative phosphorylation
24

25. Aerobic cellular respiration
25

26. เมื่อร่ างกายของเราเกิดการเผาผลาญ glucose ในเซลล์ แล้ ว ได้ product
ร่ างกายทาอย่ างไร
คนเราหายใน O2 เข้ าไปในปอด และรั บประทานอาหาร glucose ซึ่ง O2
และ glucose เข้ าไปในกระแสเลือด แล้ วเข้ าไปในเซลล์
Glycolysis เกิดขึนที่ cytoplasm ได้ pyruvate
้
Pyruvate เข้ าไปใน mitochondria และถูกเผาผลาญต่ อไป จนได้
CO2 + H2O + พลังงานในรู ป ATP
CO2 , H2O และ ATP แพร่ ออกจาก mitochondria ไปยัง
cytoplasm
 ATP ถูกนาไปใช้ ประโยชน์ ภายในเซลล์ CO2 แพร่ ออกจากเซลล์ เข้ าไป
ในกระแสเลือด และหายใจออกไป ส่ วน H2O จะถูกนาไปใช้ ในเซลล์
26

27. Glycolysis
27

28. โปรตีนที่อยู่ท่ ผิวของ mitochondria จะขนส่ ง pyruvate
ี
เข้ าไปใน mitochondria
Net: 2 Pyruvate 2 Acetyl CoA + 2NADH
2C2O ออกจากเซลล์ 28

29. Krebs cycle
เกิดที่
mitochondria
matrix
29

30. ใน 2 Krebs cycle / 1 Glucose
2 Acetyl CoA 4CO2
+ 6NADH2
e- transport chain
+2 FADH2
+ 2 ATP (substrate level
phosphorylation)
30

31. The pathway of
electron transport
ETC ประกอบด้ วย
electron carrier
molecules (ตัวรั บ e-)ที่ อยู่
ใน inner mitochondrial
membrane
ตัวรั บ e- จะรับเฉพาะ e-
H+ จะถูกปล่ อยออกมาและ
ถูกส่ งออกไปที่
intermembrane space
31

32. O2 จะเป็ นตัวรั บ e- ตัวสุดท้ าย
แล้ วรวมกับ H+ กลายเป็ น H2O
½ O2 + 2e- + 2H+ H20
สรุ ปว่ า
ETC ไม่ ทาให้ สร้ าง ATP
โดยตรง แต่ ทาให้ เกิด H+
gradient ที่ผนังด้ านในของ
mitochondria ซึ่งทาให้ สะสม
พลังงานมากพอที่จะทาให้ เกิด
phosphorylation
32

33. ATP synthase เป็ น
protein cmplex ทาหน้ าที่
สังเคราะห์ ATP ซึ่งจะทางานได้
โดยการไหลผ่ านของ H+
การสร้ าง ATP แบบนี ้
เรี ยกว่ า Chemiosmotic
ATP synthesis
33

34. Electron transport chain and oxidative phosphorylation
34

35. Review: how each molecules of glucose yields many
ATP molecules during cellular respiration
35

36. Fermentation
(Backup ATP production)
Glycolysis Pyruvate Lactate (animal)
CO2 + alcohol (yeast)
หรือ อาจจะได้ product อื่นๆ ขึนอยู่กับ enzyme ใน
้
สิ่งมีชีวิตนัน
้
36

37. ผลของ fermentation จะได้ 2ATP
NADH ที่ได้ จาก fermantation จะถูก
เปลี่ยนเป็ น NAD+ เพื่อใช้ ใน glycolysis ได้
37

38. Alcohol fermentation (yeast)
38

39. Lactic acid fermentation (animal cell)
39

40. Pyruvate as a key junction in catabolism
ผลของ Glycolysis
คือ pyruvate ซึ่งจะ
ถูกเผาผลาญต่ อไปด้ วย
fermentation หรื อ
aerobic cellular
respiration แล้ วแต่
ว่ าจะอยู่ในภาวะที่มี O2
หรื อไม่ สาหรับเซลล์ ท่ ี
สามารถเกิด
กระบวนการหายใจได้
ทัง 2 แบบ
้
40

41. ถึงแม้ ว่า fermantation จะได้ พลังงานน้ อย แต่ กสาคัญเพราะว่ าทาให้
็
ได้ ATP อย่ างรวดเร็ว ในร่ างกายของเรา muscle cell จะเกิด
fermentation มากในขณะที่ร่างกายทางานหนักในระยะเวลาสัน เช่ น วิ่ง้
fermentation เป็ นกระบวนการให้ เกิด ATP และ lactate ใน
muscle cell ในตอนแรก เมื่อมีจานวนมากขึนทาให้ เกิดอาการเมื่อยล้ า
้
เนื่องจากมีสภาพเป็ นกรดมาก เมื่อหยุดวิ่งร่ างกายหายใจแรงเป็ นการนาเอา
O2 มาใช้ เพิ่มมากขึน lactate จะถูกส่ งไปที่ตับ และถูกเปลี่ยนเป็ น
้
pyruvate
ในเซลล์ ของยีส ถ้ ามี glucose จานวนมาก ยีสจะหายใจแบบ
anaerobic ได้ เป็ น alcohol เมื่อมี alcohol เพิ่มจานวนมากขึนจะทา
้
ให้ ยีสตายได้
จากการที่ ค้นพบกระบวนการ fermentation จึงนามาใช้ ประโยชน์ ได้
มากมาย 41

42. The catabolism of
various food molecules
ร่ างกายของเราได้ พลังงานส่ วน
ใหญ่ จาก fats, proteins,
disaccharides และ
polysaccharides ที่กน ิ
เข้ าไป โมเลกุลเหล่ านีถกย่ อย
ู้
ให้ เป็ นโมเลกุลที่เล็กลงด้ วย
enzymes ซึ่งสามารถจะเข้ า
ไปในกระบวนการ
glycolysis หรื อ Krebs
cycle ได้
42