Cellular Respiration 18,25 ก.ย. 56 การหายใจระดับเซลล์ Cellular Respiration 18,25 ก.ย. 56 พุทธพร ส่องศรี สาขาวิชาชีวเคมี คณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ม.เกษตรศาสตร์ กำแพงแสน

2 การหายใจ Respiration = การหายใจ Breathing = การหายใจ

การหายใจระดับเซลล์ Breaking down food to get energy. 3 การหายใจระดับเซลล์ Breaking down food to get energy. The process by which cells obtain chemical energy by the consumption of oxygen and the release of carbon dioxide. กระบวนการสร้างพลังงานจากสารอาหารในสิ่งมีชีวิต

4 Autotrophs Heterotrophs

5 Catabolic Pathway

Aerobic respiration ต้องการ oxygen เพื่อสร้าง ATP 6 Aerobic respiration ต้องการ oxygen เพื่อสร้าง ATP ATP = Adenosine triphosphate

Tracarboxylic acid cycle (Krebs Cycle) Electron transport chain 7 Aerobic respiration เป็น redox process ที่ electron จาก glucose จะถูกส่งไปยัง oxygen Glycolysis Tracarboxylic acid cycle (Krebs Cycle) Electron transport chain Oxidative phosphorylation

8

Glycolysis โมเลกุลของ glucose จะแยกออกเป็น pyruvate 2 โมเลกุล 9 Glycolysis โมเลกุลของ glucose จะแยกออกเป็น pyruvate 2 โมเลกุล มีการสร้าง ATP สุทธิขึ้น 2 โมเลกุล 4 electron กับ 2 proton (2 H+) เอาไปใช้สร้าง 2 NADH

10

11

12

NADH Nicotinamide adenine dinucleotide 13 NADH Nicotinamide adenine dinucleotide เป็น coenzyme ทำหน้าที่ขนย้ายอิเล็กตรอน

ปฏิกิริยาสุทธิของ glycolysis 14 ปฏิกิริยาสุทธิของ glycolysis

จาก glycolysis สู่ Krebs cycle 15 จาก glycolysis สู่ Krebs cycle

การสร้าง Acetyl CoA แต่ละโมเลกุลของ pyruvate จะสูญเสีย CO2 1 โมเลกุล 16 การสร้าง Acetyl CoA แต่ละโมเลกุลของ pyruvate จะสูญเสีย CO2 1 โมเลกุล Acetyl group ที่เหลือจะรวมกับ Coenzyme A เกิดเป็น acetyl CoA ในแต่ละโมเลกุลของ pyruvate ที่ถูกเปลี่ยนไปเป็น acetyl CoA จะสร้าง NADH ขึ้น 1 โมเลกุล

Acetyl CoA เข้า Krebs cycle 17 Acetyl CoA เข้า Krebs cycle

18 Acetyl CoA แต่ละโมเลกุลจะเข้าสู่ Citric acid cycle โดยเข้าไปรวมกับสารประกอบที่มี C 4 อะตอม คือ oxaloacetate กลายเป็น citrate ซึ่งมี 6 C Citrate เป็นสารที่มีหมู่ carboxyl 3 หมู่ เรียกว่า tricarboxylic acid (TCA)

19

21

22 Citric acid cycle หมุน 2 รอบ acetyl CoA 2 โมเลกุลที่เกิดจากการสลายของ glucose 1 โมเลกุล ก็จะสลายไปหมด มีการปลดปล่อย CO2 ออกมา 2 โมเลกุล และส่ง electron ให้กับ 3 NAD+ และ 1 FAD มีการสร้าง ATP ขึ้นโดยตรงเพียง 1 โมเลกุล โดย sucstrate-level phosphorylation

Flavin adenine dinucleotide (FAD) 23 Flavin adenine dinucleotide (FAD)

Electron transport chain 24 Electron transport chain

25

26 Electron จะถูกส่งจาก electron acceptor ตัวหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งตามลำดับใน electron transport system ผู้รับ electron ตัวสุดท้ายของระบบนี้คือ O2 ซึ่งจะรวมกับ proton กลายเป็นน้ำ

27 Chemiosmosis ตามทฤษฎี chemiosmosis พลังงานที่ถูกปลดปล่อยจาก electron transport system นั้น จะถูกนำมาสร้าง proton gradient ระหว่าง inner mitochondrial membrane การไหลเวียนกลับของ proton ผ่าน membrane จาก intermembrane space ไปสู่ matrix ใน mitochondria ผ่าน ATP synthase จะปลดปล่อยพลังงานที่สามารถนำไปสร้าง ATP

28

สารอาหารอื่นที่ไม่ใช่ glucose 29 สารอาหารอื่นที่ไม่ใช่ glucose สารอาหารอื่น เช่น โปรตีนหรือไขมัน จะถูกเปลี่ยนไปเป็นสารที่เหมาะสม และส่งเข้าสู่ glycolysis หรือ citric acid cycle Amino acids จะถูกกำจัด –NH2 หรือย้ายไปยังโมเลกุลอื่น และ carbon skeleton จะถูกเปลี่ยนไปเป็น metabolic intermediate เช่น pyruvate

องค์ประกอบของ lipids ทั้ง glycerol และ fatty acid จะถูก oxidize 30 องค์ประกอบของ lipids ทั้ง glycerol และ fatty acid จะถูก oxidize โดย fatty acid ถูกเปลี่ยนไปเป็น acetyl CoA ด้วยกระบวนการ β –oxidation ส่วน glycerol นั้นจะรวมกับ PO4 เปลี่ยนไปเป็น PGAL หรือสารอื่นและเข้าสู่ glycolysis ต่อไป

31

Anaerobic respiration 32 Anaerobic respiration ไม่ใช้ O2 ตัวรับ electron ตัวสุดท้าย คือ nitrate หรือ sulfate

33 Fermentation เป็น anaerobic process โดยตัวรับ electron ตัวสุดท้ายจาก NADH เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่เปลี่ยนมาจากสารอาหารเดิม

34

35

36 สรุป

Photosynthesis 6 CO2 + 6 H2O >> C6H12O6 + 6 O2 Respiration 37 Photosynthesis 6 CO2 + 6 H2O >> C6H12O6 + 6 O2 Respiration C6H12O6 + 6 O2  >> 6 CO2 + 6 H2O