1

Energy transformation

2

การเปลยนรปพลงงานและการหมนเวยนสารเคมในระบบนเวศ

Chloroplast และ mitochondria เปน organelles

ทเปลยนพลงงานรปหนงไปอกรปหนง

ในChloroplast เกดกระบวนการ photosynthesis ซงพลงงานแสงถกเปลยนเปนพลงงานสะสมในคารโบไฮเดรต

ท mitochondria เกดกระบวนการ cellular respiration

พลงงานทเกบไวในคารโบไฮเดรตจะถกเปลยนเปนพลงงานในรป ATP ซงสงมชวตจะน าไปใชในเซลลตอไป

มพลงงานบางสวนสญเสยไปกบความรอน

3

ATP (Adenosine triphosphate)

เปนสารเคมทมพลงงานสงพรอมทจะแตกตวปลอยใหพลงงานออกมาใชทใดทหนงได

4

เมอ ~P สลายภายในเซลล พลงงานบางสวนจะสญเสยไปในรปของความรอน และบางสวนถกน าไปใชท างาน และเมอ ATP ถายทอด ~P ใหกบโมเลกลของสารอน โมเลกลของสารนนจะไดพลงงานเพมขนดวย ท าใหเกดปฏกรยากบโมเลกลอนตอไป ดงนนพลงงานจาก ATP สามารถท าใหเกดปฏกรยาเคมภายในเซลลได

5

ATP เมอถกใชแลวสามารถสรางกลบมาใหมได

6

พลงงานในรป ATP ถกน าไปใชท างานตางๆภายในเซลล

7

ATP สรางขนอยางไร

เรยกกระบวนการสราง ATP วา Phosphorylation มวธการสรางหลายแบบ

1. Oxidative phosphorylation

2. Substrate phosphorylation

3. Photophosphorylation

8

Oxidative phosphorylation

การสราง ATP จากการถายทอด e- ผานสารน า e- เชน NADH,

FADH2 ใน e-

transport chain ท mitochondria และม O2 เปนตวรบ e- ตวสดทาย

9

Substrate phosphorylation

ATP ถกสรางโดยการถายทอด ~P จากสารทมพนธะเคมพลงงานสงกวามายง ADP

โดยตรง โดยม enzyme กระตน

10

Photophosphorylation

แสงท าให e- จากน า ถกถายทอดไปตาม e-

transport chain ใน chloroplast ไดพลงงานในรป ATP

11

Metabolic pathway กระบวนการ metabolism เปนผลของปฏกรยาเคมทเกดขนในเซลล

เรมตนจาก

A B C D E

E1 E2 E3 E4

ในแตละขนตอนจะอาศย enzymes เปนตวเรงใหเกดปฏกรยา

12

Enzyme ชวยเรงใหเกดปฏกรยาโดยตวเองไมเปลยนแปลงเปนสารอน

เรงปฏกรยาเฉพาะ

การท างานตองการ optimum factors

13

The induced fit between an enzyme

and its substrate

14

The catalytic cycle of an enzyme

15

อตราการเรงปฏกรยาเคมโดย enzyme ขนกบ

Temperture

pH

Inhibition (noncompetitive inhibition, Competitive inhibition)

16

Environmental factors affecting enzyme activity

Temperature

17

pH

18

NAD+ = nicotinamide adenine dinucleotide

19

NAD+

พบในเซลล

ท างานรวมกบ enzyme โดยเปนตวรบ e- ในปฏกรยา oxidation-reduction

Oxidation

R C R’ + NAD+ R C R’’ + NADH + H+

H

OH O

Dehydrogenase

Reduction

NAD+ = oxidized coenzyme

NADH = reduced coenzyme

20

Cellular respiration

รวมหมายถง 2 กระบวนการ คอ

- Aerobic cellular respiration

- Fermentation

21

Aerobic cellular respiration

เปนกระบวนการยอยสารอาหาร เพอใหได ATP และม O2 เปนตวรบ e

- ตวสดทาย

Organic

compounds

(food)

+ Oxygen CO2 + H2O + energy

22

แตโดยทวไป cellular respiration จะอธบายถง Oxidation ของ glucose

6C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energy

23

Fermentation

เปนกระบวนการยอยสารอาหาร เพอใหได ATP

โดยม organic compounds เปนตวรบ e-

เปน anaerobic process

เปนการยอยสลาย glucose เพยงบางสวน ผลได lactate (animal cell) หรอ CO2 + alcohol

(yeast)

ได 2 ATP

24

Aerobic cellular respiration ประกอบดวย

Glycolysis

Krebs cycle

Electron transport chain (ETC) and

oxidative phosphorylation

25

Aerobic cellular respiration

26

เมอรางกายของเราเกดการเผาผลาญ glucose ในเซลลแลว ได product

รางกายท าอยางไร

คนเราหายใน O2 เขาไปในปอด และรบประทานอาหาร glucose ซง O2

และ glucose เขาไปในกระแสเลอด แลวเขาไปในเซลล

Glycolysis เกดขนท cytoplasm ได pyruvate

Pyruvate เขาไปใน mitochondria และถกเผาผลาญตอไป จนได

CO2 + H2O + พลงงานในรป ATP

CO2 , H2O และ ATP แพรออกจาก mitochondria ไปยง cytoplasm

ATP ถกน าไปใชประโยชนภายในเซลล CO2 แพรออกจากเซลล เขาไปในกระแสเลอด และหายใจออกไป สวน H2O จะถกน าไปใชในเซลล

27

Glycolysis

28

โปรตนทอยทผวของ mitochondria จะขนสง pyruvate

เขาไปใน mitochondria

2 Pyruvate 2 Acetyl CoA + 2NADH

2C2O ออกจากเซลล

Net:

29

Krebs cycle เกดท mitochondria matrix

30

ใน 2 Krebs cycle / 1 Glucose

2 Acetyl CoA 4CO2

+ 6NADH2

+2 FADH2

+ 2 ATP (substrate level phosphorylation)

e- transport chain

31

The pathway of

electron transport

ETC ประกอบดวย

electron carrier molecules (ตวรบ e-)ทอยใน inner mitochondrial

membrane

ตวรบ e- จะรบเฉพาะ e-

H+ จะถกปลอยออกมาและถกสงออกไปท intermembrane space

32

O2 จะเปนตวรบ e- ตวสดทาย

แลวรวมกบ H+ กลายเปน H2O

½ O2 + 2e- + 2H+ H20

สรปวา

ETC ไมท าใหสราง ATP

โดยตรง แตท าใหเกด H+

gradient ทผนงดานในของ mitochondria ซงท าใหสะสมพลงงานมากพอทจะท าใหเกด

phosphorylation

33

ATP synthase เปน

protein cmplex ท าหนาทสงเคราะห ATP ซงจะท างานไดโดยการไหลผานของ H+

การสราง ATP แบบน เรยกวา Chemiosmotic

ATP synthesis

34

Electron transport chain and oxidative phosphorylation

35

Review: how each molecules of glucose yields many

ATP molecules during cellular respiration

36

Fermentation

(Backup ATP production)

Glycolysis Pyruvate Lactate (animal)

CO2 + alcohol (yeast)

หรอ อาจจะได product อนๆ ขนอย กบ enzyme ในสงมชวตนน

37

ผลของ fermentation จะได 2ATP

NADH ทไดจาก fermantation จะถกเปลยนเปน NAD+ เพอใชใน glycolysis ได

38

Alcohol fermentation (yeast)

39

Lactic acid fermentation (animal cell)

40

Pyruvate as a key junction in catabolism

ผลของ Glycolysis

คอ pyruvate ซงจะถกเผาผลาญตอไปดวย

fermentation หรอ

aerobic cellular respiration แลวแตวาจะอยในภาวะทม O2

หรอไม ส าหรบเซลลทสามารถเกดกระบวนการหายใจไดทง 2 แบบ

41

ถงแมวา fermantation จะไดพลงงานนอย แตกส าคญเพราะวาท าใหได ATP อยางรวดเรว ในรางกายของเรา muscle cell จะเกด

fermentation มากในขณะทรางกายท างานหนกในระยะเวลาสน เชน วง fermentation เปนกระบวนการใหเกด ATP และ lactate ใน

muscle cell ในตอนแรก เมอมจ านวนมากขนท าใหเกดอาการเมอยลา เนองจากมสภาพเปนกรดมาก เมอหยดวงรางกายหายใจแรงเปนการน าเอา O2 มาใชเพมมากขน lactate จะถกสงไปทตบ และถกเปลยนเปน

pyruvate

ในเซลลของยส ถาม glucose จ านวนมาก ยสจะหายใจแบบ

anaerobic ไดเปน alcohol เมอม alcohol เพมจ านวนมากขนจะท าใหยสตายได

จากการทคนพบกระบวนการ fermentation จงน ามาใชประโยชนไดมากมาย

42

The catabolism of

various food molecules

รางกายของเราไดพลงงานสวนใหญจาก fats, proteins,

disaccharides และ polysaccharides ทกนเขาไป โมเลกลเหลานถกยอยใหเปนโมเลกลทเลกลงดวย

enzymes ซงสามารถจะเขาไปในกระบวนการ glycolysis หรอ Krebs

cycle ได