เมแทบอลิซึม

เมแทบอลิซึม

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

กระบวนการสร้างและสลาย หรือ เมแทบอลิซึม (อังกฤษ: metabolism) มาจากภาษากรีก μεταβολή (“metabolē”) หรือ μεταβολισμος (“metabolismos”) มีความหมายว่า “เปลี่ยนแปลง” หรือ “โค่นล้ม” เป็นกลุ่มปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์สิ่งมีชีวิตเพื่อค้ำจุนชีวิต กระบวนการเหล่านี้ทำให้สิ่งมีชีวิตเจริญเติบโตและเจริญพันธุ์ คงไว้ซึ่งโครงสร้าง และสนองต่อสิ่งแวดล้อม คำว่า “เมแทบอลิซึม” ยังสามารถหมายถึง ปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ที่เกิดในสิ่งมีชีวิต รวมทั้งการย่อยและการขนส่งสสารเข้าสู่เซลล์และระหว่างเซลล์ กลุ่มปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่า เมแทบอลิซึมสารอินเทอร์มีเดียต (intermediary หรือ intermediate metabolism)

โดยปกติ เมแทบอลิซึมแบ่งได้เป็นสองหมวดหมู่ แคแทบอลิซึม (catabolism) เป็นการสลายสสารอินทรีย์ ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ได้พลังงานในการหายใจระดับเซลล์ ส่วนแอแนบอลิซึม (anabolism) เป็นการใช้พลังงานเพื่อสร้างส่วนประกอบของเซลล์ เช่น โปรตีนและกรดนิวคลีอิก

ปฏิกิริยาเคมีของเมแทบอลิซึมถูกจัดอยู่ในวิถีเมแทบอลิซึม (metabolic pathway) ซึ่งสารเคมีหนึ่งถูกเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอนจนได้อีกสารหนึ่ง โดยใช้เอนไซม์หลายตัว เอนไซม์มีความสำคัญต่อเมแทบอลิซึมเพราะเอนไซม์กระตุ้นปฏิกิริยาเคมีที่ต้องอาศัยพลังงานและเกิดขึ้นเองไม่ได้ในสิ่งมีชีวิต โดยการจับคู่ปฏิกิริยาดังกล่าวกับปฏิกิริยาที่เกิดเองได้ (spontaneous process) ซึ่งปลดปล่อยพลังงาน เอนไซม์ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ปฏิกิริยาเหล่านี้ดำเนินไปอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ เอนไซม์ยังควบคุมวิถีเมแทบอลิซึมเพื่อสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในสิ่งแวดล้อมของเซลล์หรือสัญญาณจากเซลล์อื่น

เมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตเป็นตัวกำหนดว่า สารใดที่มีคุณค่าทางโภชนาการและเป็นพิษสำหรับสิ่งมีชีวิตนั้นๆ ตัวอย่างเช่น โปรคาริโอตบางชนิดใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นสารอาหาร ทว่าแก๊สดังกล่าวเป็นพิษแก่สัตว์ ความเร็วของเมแทบอลิซึม หรืออัตราเมแทบอลิก มีผลต่อปริมาณอาหารที่สิ่งมีชีวิตต้องการ และยังส่งผลถึงวิธีที่สิ่งมีชีวิตนั้นจะได้อาหารมาด้วย

คุณลักษณะที่โดดเด่นของเมแทบอลิซึม คือ ความคล้ายคลึงกันของวิถีเมแทบอลิซึมพื้นฐานและส่วนประกอบของมัน แม้จะในสปีชีส์ที่ต่างกันมากก็ตาม ตัวอย่างเช่น กลุ่มกรดคาร์บอกซิลิกที่ทราบกันดีว่าเป็นสารตัวกลางในวัฏจักรเครปส์พบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดเท่าที่ทราบ ตั้งแต่แบคทีเรียเซลล์เดียว Escherichia coli ไปจนถึงสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ขนาดใหญ่อย่างช้าง ความคล้ายคลึงที่โดดเด่นในวิถีเมแทบอลิซึมเหล่านี้เป็นไปได้ว่าเนื่องจากวิถีเมแทบอลิซึมปรากฏขึ้นในช่วงแรก ๆ ของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ และสืบมาจนถึงปัจจุบันเพราะประสิทธิผลของมัน

วัฏจักรเครบส์

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

วัฏจักรเครบส์หรือวัฏจักรกรดซิตริก (อังกฤษ: Krebs’ cycle) หรือ วัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก เป็นวัฏจักรกลางในการผลิต ATP รวมทั้ง NADH + H+ และ FADH2 ที่จะเข้าสู่ปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นเพื่อสร้าง ATP ต่อไป เกิดขึ้นบริเวณเมทริกซ์ซึ่งเป็นของเหลวในไมโทคอนเดรีย โดยมีการสลายแอซิทิลโคเอนไซม์ เอ ซึ่งจะเกิดแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และเก็บพลังงานจากปฏิกิริยาดังกล่าวไว้ในรูปของ NADH FADH2 และ ATP การย่อยสลายสารอาหารใดๆให้สมบูรณ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำต้องเข้าวัฏจักรนี้เสมอ เป็นขั้นตอนการสร้างคาร์บอนไดออกไซด์มากที่สุดในการหายใจระดับเซลล์

ขั้นตอนของวัฏจักรเครบส์

การผลิตอะเซติลโคเอ โดยเปลี่ยนไพรูเวตไปเป็นอะเซติลโคเอนไซม์ เอ ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ 1 โมเลกุล

ปฏิกิริยาการออกซิเดชั่นของอะเซติลโคเอในวัฏจักรเครบส์ เกิดขึ้น 8 ขั้นตอนดังนี้

การสร้างซิเตรต (citrate) ซึ่งมีคาร์บอนจำนวน 6 อะตอม โดยการรวมตัวของอะเซติลโคเอนไซม์ เอ (คาร์บอน 2 อะตอม) กับออกซาโลอะซีเตต (oxaloacetate) (คาร์บอน 4 อะตอม) และปล่อยโคเอนไซม์ เอ เป็นอิสระ

การสร้าง ไอโซซิเตรต (isocitrate) โดยเปลี่ยนซิเตรตไปเป็นอะโคนิเตต (aconitate) จากนั้นจึงเปลี่ยนต่อไปเป็นไอโซซิเตรต

เปลี่ยนไอโซซิเตรตเป็นอัลฟา-คีโตกลูตาเรต (α-ketoglutarate) (คาร์บอน 5 อะตอม) ได้ NADH + H+ 1 โมเลกุลและปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ 1 อะตอม

เปลี่ยนอัลฟา-คีโตกลูตาเรตเป็นซักซินิลโคเอนไซม์ เอ (succinyl –CoA) (คาร์บอน 4 อะตอม) และปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ 1 ตัว และ NADH + H+ 1 อะตอม

เปลี่ยนซักซินิลโคเอไปเป็นซักซิเนต (succinate) ได้ GTP 1 โมเลกุล

เปลี่ยนซักซิเนตไปเป็นฟูมาเรต (fumarate) ได้ FADH2 1 โมเลกุล

เปลี่ยนฟูมาเรตเป็นมาเลต (malate) โดยมีการเข้าร่วมของน้ำ

เปลี่ยนมาเลตไปเป็นออกซาโลอะซีเตต ได้ NADH + H+ 1 โมเลกุล ออกซาโลอะซีเตตนี้จะไปรวมกับอะเซติลโคเอนไซม์ เอ วนเข้าสู่วัฏจักรรอบใหม่ต่อไป