การหายใจระดับเซลล์

การหายใจ(Respiration) คือกระบวนการสลายสารอาหาร เช่น  คาร์โบไฮเดรต  ไขมันและโปรตีน  โดยอาศัยการควบคุมของเอนไซม์ภายในเซลล์

การหายใจแบบใช้ออกซิเจน  เป็นกระบวนการสร้าง ATP จากโมเลกุลของกลูโคสได้มากที่สุดถึง  36 -38 โมเลกุล  หรือมากกว่าต่อกลูโคส  1  โมเลกุล

การหายใจแบบใช้ออกซิเจน (Aerobic  respiration) เป็นการสลายสารอาหารโดยใช้ออกซิเจนเข้าร่วมปฏิกิริยา  ประกอบด้วย  4  ขั้นตอน  คือ

1.   ไกลโคลิซีส (Glycolysis)

2.   การสร้างอะซิติลโคเอนไซม์ เอ หรือการออกซิเดชัน กรดไพรูวิก (Pyruvate oxidation หรือ pyruvate dehydrogenase complex pathway)

3.  วัฏจักรเครบส์ (Krebs  cycle)

4.  การถ่ายทอดอิเล็กตรอน (Electron  transport  system)

                               ภาพที่  1  แสดงตำแหน่งที่เกิดขั้นตอนทั้ง 4  ขั้นตอนของการสลายสารอาหารระดับเซลล์

                               ที่มา : www.dwm.ks.edu.tw

1. ไกลโคลิซีส (Glycolysis)

กระบวนการนี้มีชื่อเรียกอีกชื่อว่า  EMP Pathway ซึ่งเรียกตามชื่อของผู้ริเริ่มศึกษา

กระบวนการนี้  3  คน  คือ Emden, Meyerhof, Parnas  กระบวนการไกลโคลิซีสเป็นกระบวนการสลายน้ำตาลกลูโคส(C₆H₁₂O₆)  ซึ่งมีคาร์บอน  6  อะตอมไปเป็นกรดไพรูวิก (C₃H₄O₃)  ซึ่งมีคาร์บอน  3  อะตอม  จำนวน   2  โมเลกุล เกิดที่ไซโทพลาสซึมของเซลล์ที่เรียกว่าไซโทซอล (Cytosol)  มีหลายขั้นตอนแต่ละขั้นตอนมีเอนไซม์ต่างชนิดกันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา 

                เริ่มต้นด้วยการเติมหมู่ฟอสเฟตให้กลูโคส  ทำให้กลูโคสมีค่าพลังงานศักย์สูงขึ้น  ในการฟอสโฟรีเลชันกลูโคส 1  โมเลกุล  ต้องใช้พลังงาน  2   ATP

                ฟอสโฟรีเลชัน  หมายถึง  การรวมตัวของหมู่ฟอสเฟต (Pi) กับสารแล้วทำให้สารนั้นมีค่าพลังงานศักย์สูงขึ้น เช่น

                                ADP   +  Pi     "      ATP

                                กลูโคส   +  Pi    "      กลูโคส- Pi

                พลังงานที่ปล่อยออกมาจากการสลายกลูโคสไปเป็นกรดไพรูวิก  สามารถสังเคราะห์  ATP  ได้  4  โมเลกุล  และไฮโดรเจนที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีค่าพลังงานศักย์สูงอีก  4  อะตอม  โดยมี  NAD  มารับโปรตอนและอิเล็กตรอน เนื่องจากอะตอมของไนโตรเจนมีประจุบวก  จึงเขียน  NAD⁺ โดย  1  โมเลกุลของ NAD⁺  รับไฮโดรเจนได้  2  อะตอม และรับอิเล็กตรอนได้  2  อะตอม

ดังนี้

NAD⁺    +  2H⁺   +  2e^-     "      NADH  + H⁺

NADH  +  H⁺ เป็นสารรีดิวซ์  เพราะได้รับอิเล็กตรอน  ถ้าสูญเสียอิเล็กตรอนพร้อมไฮโดรเจน  2  อะตอมจะกลายเป็น  NAD⁺   

               

                                                 ภาพที่  2    แสดงขั้นตอนการสลายน้ำตาลให้เป็นกรดไพรูวิก

สมการรวบยอดในปฏิกิริยาไกลโคลิซีส

C₆H₁₂O₆  +  2 ADP  +  2Pi  +  2 NAD⁺   "   2 C₃H₄O₃  + 2ATP  + 2NADH  +  H⁺  

               

สรุปลักษณะกระบวนการและผลลัพธ์สำคัญของไกลโคลิซีส

1.        ไกลโคลิซีสเป็นกระบวนการสลายกลูโคสให้กลายเป็นกรดไพรูวิก (Pyluvic acid: C₃H₄O₃) หรือไพรูเวต(Pyluvate) ซึ่งมีคาร์บอน  3 อะตอม  2  โมเลกุล

2.     เกิดขึ้นในไซโทพลาสซึมของเซลล์สิ่งมีชีวิตทุกชนิดทุกสภาวะไม่ว่าจะใช้ O₂ หรือไม่ใช้ O₂ หายใจก็ตาม

3.     ถ้าเริ่มจากกลูโคส ( C₆H₁₂O₆ )   1  โมเลกุล  จะได้ผลลัพธ์ที่สำคัญ  คือ

        3.1   ได้กรดไพรูวิก  2  โมเลกุล (2 C₃H₄O₃ )  

3.2   เกิด ATP  จากกระบวนการ  4  ATP  ใช้ในการฟอสโฟรีเลชันไป  2 ATP  เพราะฉะนั้นจึงได้พลังงานสุทธิ  2  ATP

3.3   เกิดไฮโดรเจน (H)  4  อะตอม  โดยมี  NAD⁺ มารับ

2 NAD⁺   +  4 H⁺   +  2e^-       "      2 NADH  +  H⁺

        2. การสร้างอะซิติลโคเอนไซม์ เอ หรือการออกซิเดชันกรดไพรูวิก (Pyruvate oxidation หรือ Pyruvate dehydrogenase complex pathway)

                      ขั้นตอนนี้เป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างไกลโคลิซีสกับวัฎจักรเครบส์  มีกรดไพรูวิกเป็นสารตั้งต้นเกิดขึ้นที่

ของเหลวในไมโทคอนเดรีย  โดยกรดไพรูวิกแต่ละโมเลกุลจะทำปฏิกิริยากับโคเอนไซม์ เอ (Co-enzyme  A)ได้เป็น

อะซิติลโคเอนไซม์ เอ (Acetyl Co A) ซึ่งแต่ละโมเลกุลมีคาร์บอน  2 อะตอม และคาร์บอนไดออกไซด์  1โมเลกุล และมีการปล่อยไฮโดรเจน  2  อะตอม  โดยมี NAD⁺ (ตัวนำอิเล็กตรอน)  มารับและเปลี่ยนไปเป็น NADH  +  H⁺ แล้วเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

                         ภาพที่  3   แสดงขั้นตอนกรดไพรูวิกทำปฏิกิริยากับโคเอนไซม์เอได้เป็นแอซีติลโคเอนไซม์เอ

                         ที่มา  : http://www.micro.siu.edu/micr201/images/PyruvateDhase

สมการรวบยอดในปฏิกิริยาขั้นตอนนี้

          2 C₃H₄O₃   +  2 NAD⁺ +2 Coenzyme A  "  2 C₂H₃O  - S – Co A   +  2NADH  +  H⁺+  2CO₂                                                       

                                           

สรุปลักษณะกระบวนการและผลลัพธ์สำคัญในการสร้างอะซิติลโคเอนไซม์  เอ

1.        กรดไพรูวิกแต่ละโมเลกุลจะถูกเปลี่ยนเป็นอะซิติลโคเอนไซม์  เอ  โดยกลุ่มของเอนไซม์  Pyruvate dehydrogenase  complex

2.        ปฏิกิริยาการเปลี่ยนกรดไพรูวิกแต่ละโมเลกุล  ไปเป็นอะซิติลโคเอนไซม์  เอ  นี้  ได้ผลลัพธ์ที่สำคัญ  คือ

                   2.1  เกิดคาร์บอนไดออกไซด์  1  โมเลกุล  จากแต่ละปฏิกิริยา  กลูโคส  1  โมเลกุล  ทำให้ได้กรดไพรูวิก 

                           2  โมเลกุล  เพราะฉะนั้นจึงได้ผลลัพธ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์รวมทั้งสิ้น  2  โมเลกุล/  1  โมเลกุลของ

                           กลูโคส

    2.2  เกิดไฮโดรเจน  2  อะตอม  จากแต่ละปฏิกิริยา  ซึ่งรวมกับ NAD⁺   กลายเป็น  NADH +  H⁺  1  โมเลกุล

            เริ่มต้นจากกลูโคส  1  โมเลกุล  ได้กรดไพรูวิก  2  โมเลกุล เพราะฉะนั้นจึงได้ไฮโดรเจนทั้งสิ้น

           4  อะตอม   หรือ NADH  + H⁺    2  โมเลกุล

3.   วัฏจักรเครบส์ (Krebs  cycle)

         วัฏจักรเครบส์ (Krebs  cycle) ตั้งตามชื่อของเซอร์  ฮันส์  เครบส์  (Sir  Hans  Krebs)

นักเคมีชาวอังกฤษเป็นผู้ค้นพบวัฏจักรนี้ในปี  ค.ศ.  1934  วัฏจักรนี้ยังมีชื่อเรียกอย่างอื่นอีก  เช่น วัฏจักรของกรดซิตริก(Citric  acid  cycle)  หรือวัฏจักรของกรดไทรคาร์บอกซิลิก (Tricarboxylic  acid  cycle  = TCA  cycle)  ปฏิกิริยาในช่วงนี้มีลักษณะเป็นวัฏจักรเกิดขึ้นบริเวณเมทริกซ์ (Matrix) ของไมโทคอนเดรีย   ต้องอาศัยเอนไซม์และโคแฟกเตอร์หลายชนิด  ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างสารพลังงานสูงให้กับเซลล์จำนวนมาก

เริ่มวัฏจักรเครบส์ดังนี้อะซิติลโคเอนไซม์ เอ 1 โมเลกุล ทำปฏิกิริยากับ H₂O  แล้วโคเอนไซม์  เอ  จะแยกเป็นอิสระ จะเหลือสารที่มีคาร์บอน  2 อะตอม (C₂H₄O₂) สารที่มีคาร์บอน  2 อะตอม  จะทำปฏิกิริยากับสารที่มีคาร์บอน  4 อะตอม คือกรดออกซาโลอะซิติก (Oxaloacetic  acid)  ซึ่งมีอยู่แล้วภายในเซลล์  ได้เป็น  กรดซิตริก  ซึ่งมีคาร์บอน  6 อะตอม 

 ต่อมากรดซิตริกจะสลายตัวเป็นสารที่มีจำนวนคาร์บอน 5  อะตอมคือกรดแอลฟาคีโตกลูตาริก (α Ketoglultaric acid  )  โดยให้ CO₂ ออกมา  1 โมเลกุล  และให้ไฮโดรเจน  ออกมา  2 อะตอม  โดยสารที่มารับ H⁺ อะตอม  คือ  NAD⁺  

NAD⁺   +  2H⁺   +  2e^-     "    NADH  +  H⁺                                     

กรดแอลฟาคีโตกลูตาริกทำปฏิกิริยากับน้ำ  แล้วสลายตัวให้สารที่มีคาร์บอน  4  อะตอมคือกรดซักซินิก (Succinic acid)  โดยให้ CO₂ ออกมา  1 โมเลกุล  และให้ไฮโดรเจน  ออกมา  2 อะตอม  โดยมี  NAD⁺  มารับ  กลายเป็น  NADH  + H⁺ มีการปลดปล่อยพลังงานออกมาสร้าง  GTP  ได้  1  โมเลกุล  (เทียบเท่ากับ  ATP   1  โมเลกุล)

กรดซักซินิก จะเปลี่ยนเป็นกรดฟูมาริก(Fumaric) ให้ไฮโดรเจน  ออกมา  2 อะตอม  โดยมี  FAD  มารับ  กลายเป็น  FADH₂  

FAD   +  2H⁺   +  2e^-     "        FADH₂

กรดฟูมาริกทำปฏิกิริยากับน้ำ  ได้สารที่มีคาร์บอน  4 อะตอม  คือ  กรดมาลิก(Malic acid)

กรดมาลิกจะเปลี่ยนเป็นกรดออกซาโลอะซิติกโดยปล่อยไฮโดรเจน  ออกมา  2 อะตอม  และมี  NAD⁺  มารับ กลายเป็น  NADH  +  H⁺   ดังวัฏจักรต่อไปนี้

                                ภาพที่  4  วัฏจักรเครบส์  หรือวัฏจักรของกรดซิตริกแสดงขั้นตอนการเกิดสารต่าง ๆ

                               ที่มา  : http://www.micro.siu.edu/micr201/images/PyruvateDhase 

สมการรวบยอดในวัฏจักรเครบส์

2CH₃COSCoA + 6 NAD⁺+ 2FAD + 2GDP + 2Pi + 6H₂O    "       4 CO₂ + 6NADH + 6H⁺  + 2FADH₂  + 2GTP + 2CoASH

สรุปลักษณะกระบวนการและผลลัพธ์สำคัญของวัฏจักรเครบส์

1.    เกิดขึ้นที่ของเหลว (Matrix) ในไมโทคอนเดรีย 

2.     ผลลัพธ์ที่สำคัญของปฏิกิริยามีดังนี้ (เริ่มต้นจากลูโคส 1โมเลกุลหรืออะซิติลโค  เอ  2 โมเลกุล)

2.1   เกิดพลังงานอิสระเก็บไว้ในรูปของGTP (Guanosine  triphosphate)  2  โมเลกุล เมื่อถูก

         ไฮโดรลิซีสแล้วจะให้พลังงานออกมาเท่ากับ  1 ATP  จึงอาจถือว่าให้พลังงานเท่ากับ  2  ATP  ได้

2.2   เกิดไฮโดรเจน  16  อะตอม  

      โดย  H  12  อะตอม  มี  NAD⁺   มารับกลายเป็น 6 (NADH  +  H⁺)

       และ  H   4  อะตอม    มี  FAD  มารับกลายเป็น  2 FADH₂                          

       โมเลกุล NADH +  H⁺ และ FADH₂ ที่เกิดขึ้นทั้งหมดจะถูกส่งเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน เพื่อออกซิเดชันให้ได้  ATP  ต่อไป

2.3   เกิด  CO₂ ทั้งสิ้น  4  โมเลกุล  

                            ตารางที่  1  สรุปผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ในแต่ละขั้นตอนของการสลายกลูโคส  1  โมเลกุล

ขั้นตอน ผลิตภัณฑ์	CO2	ATP	NADH	FADH2
Glycolysis	0	2	2	0
Acetyl  Co  A  synthesis	2	0	2	0
Krebs  cycle	4	2	6	2
สรุปรวมผลิตภัณฑ์ทั้งหมด	6	4	10	2

4.        การถ่ายทอดอิเล็กตรอน (Electron  transport  system หรือ ETS)

การถ่ายทอดอิเล็กตรอน หรือลูกโซ่การหายใจเกิดขึ้นที่เยื่อชั้นในของไมโทคอนเดรียหรือ

คริสตี (Cristae) จะเกิดควบคู่กันไปทุกขั้นตอน  คือถ้ามีไฮโดรเจนเกิดขึ้นในทุกกระบวนการ  ไฮโดรเจนจะถูกส่งเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนทันที   ในการสังเคราะห์ ATP อิเล็กตรอนที่หลุดออกจากโมเลกุลของสารอาหารจะมีสารมารับอิเล็กตรอน  เรียกว่า  ตัวนำอิเล็กตรอน (Electron  carrier)  แล้วถ่ายทอดไปยังตัวนำอิเล็กตรอนตัวอื่นขณะที่มีการถ่ายทอดอิเล็กตรอน จะมีพลังงานปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอน  พลังงานเหล่านั้นนำไปสังเคราะห์  ATP  กระบวนการนี้จึงเกี่ยวข้องกับสาร  2  ประเภท  คือ

1.  สารที่เป็นตัวนำอิเล็กตรอน

2.  สารที่เป็นตัวรับพลังงานจากการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

สารที่เป็นตัวนำอิเล็กตรอน

                ในการสลายโมเลกุลของสารอาหาร  อิเล็กตรอนจะหลุดออกมาจากโมเลกุลของสารอาหารพร้อมด้วยโปรตอนในรูปอะตอมของไฮโดรเจน  ตัวนำอิเล็กตรอนบางชนิดสามารถรับอิเล็กตรอนพร้อมด้วยโปรตอน  แต่ตัวนำอิเล็กตรอนบางชนิดรับเฉพาะอิเล็กตรอน  ไม่ว่าจะเป็นการรับในรูปของอะตอมไฮโดรเจนหรือรับเฉพาะอิเล็กตรอนก็ตาม  การรับอิเล็กตรอนทำให้ตัวอิเล็กตรอนถูกรีดิวซ์  เช่น  สารที่เป็นตัวนำอิเล็กตรอน  คือ  นิโคตินาไมด์  อะดีนีน  ไดนิวคลีโอไทด์(NAD⁺ )สามารถรับได้ทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอน   ดังสมการ

NAD⁺  +  2H⁺   + 2e^-      "      NADH  +  H⁺

ฟลาวิน  อะดีนีน  ไดนิวคลีโอไทด์ (FAD)  รับได้ทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอน  ดังสมการ

FAD   +  2H⁺   +  2e^-     "  FADH₂ 

                ระบบไซโตโครม (Cytochrome)  ทั้งหมด  รับได้เฉพาะอิเล็กตรอน  โดยเฉพาะออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายแล้วเกิดเป็นน้ำขึ้น

                                2H⁺  +   2e^-   + O₂     "       H₂O

                ตัวกลางรับและถ่ายทอดอิเล็กตรอนในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน  เรียงตามลำดับ  คือ

NAD⁺   "FAD "   Cytochrome b "  Cytochrome c  "  Cytochrome a  "   O₂

                                   ภาพที่  5  แสดงขั้นตอนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน หรือลูกโซ่การหายใจ

                                  ที่มา  : http://www.classes.midlandstech.edu/carterp/Courses/bio2

สารที่เป็นตัวรับพลังงานจากการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

                สารที่เป็นตัวรับพลังงานจากการถ่ายทอดอิเล็กตรอน คือ  ADP  +Pi   "ATP

                ระบบการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (Electron  transport  system  :  ETS)  หรือลูกโซ่การหายใจ(Respiration chain)  NADH  +  H⁺ และ  FADH₂ ในสภาพรีดิวซ์ซึ่งเป็นตัวรับอิเล็กตรอนและไฮโดรเจนจากการสลายกลูโคส  ตั้งแต่ขั้นไกลโคลิซีสถึงวัฏจักรเครบส์  NADH  +  H⁺ และ  FADH₂ จะถ่ายทอดอิเล็กตรอนของไฮโดรเจนไปยังตัวรับอิเล็กตรอนตัวอื่นๆ คือโคเอนไซม์ Q (Co.Q) ไซโตโครม b ไซโตโครม c ไซโตโครม a - a ₃  และแก๊สออกซิเจนตามลำดับ  ในขณะที่มีการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจะมีการปล่อยพลังงานออกมาด้วย  ซึ่งพลังงานที่ปลดปล่อยออกมาถ้าหากเกิน 7.3  กิโลแคลอรี/โมล  ก็สามารถสังเคราะห์  ATP  จาก  ADP  และ  Pi  ได้   จากการศึกษาพบว่าการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจาก  NADH  +  H⁺  " FADH₂   จะมีพลังงานออกมา  12.2   กิโลแคลอรี/โมล  จึงสร้าง  ATP  ได้ เช่นเดียวกันการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจาก Cytochrome b "  Cytochrome c  มีการปลดปล่อยพลังงานออกมา  9.9   กิโลแคลอรี/โมล  และจาก Cytochrome a  " Cytochrome a ₃ ไปยังแก๊สออกซิเจนมีปล่อยพลังงานออกมาถึง 23.8   กิโลแคลอรี/โมล  ดังนั้นจึงสามารถสังเคราะห์ ATP  จาก  ADP และ  Pi ได้เช่นกัน  พลังงานที่เหลือจากการสังเคราะห์  ATP  ก็จะปลดปล่อยออกมาในรูปของพลังงานความร้อน  ทำให้ร่างกายอบอุ่นอยู่ตลอดเวลา

                การถ่ายทอดอิเล็กตรอนเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดักชัน  กล่าวคือมีทั้งการให้และการรับอิเล็กตรอนเกิดขึ้น

                ถ้าNAD⁺ เป็นสารตัวแรกที่มารับอิเล็กตรอน เมื่อการถ่ายทอดอิเล็กตรอนสิ้นสุดลงจะสังเคราะห์  ATP ได้  3  โมเลกุล

                ถ้า FAD เป็นสารตัวแรกที่มารับอิเล็กตรอน  เมื่อการถ่ายทอดอิเล็กตรอนสิ้นสุดลงจะสังเคราะห์  ATP  ได้2  โมเลกุล

สรุปลักษณะกระบวนการและผลลัพธ์สำคัญของระบบการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

1.  เกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรียหรือครีสตี โดยเกิดควบคู่กับปฏิกิริยา  3 ขั้นตอนแรก

2.   O₂  จะเป็นตัวรับโปรตอนและอิเล็กตรอนเกิดเป็นน้ำ ทั้งสิ้น  12  โมเลกุล/1โมเลกุล

ของกลูโคส            

                3.  การถ่ายทอดอิเล็กตรอนของตัวนำอิเล็กตรอนไปตามลำดับ  ดังนี้

NADH  +  H⁺  "  FADH₂  "   Cytochrome b "  Cytochrome c  "  Cytochrome a  "   Cytochrome a ₃ " O₂

4. ขั้นตอนที่มีพลังงานสูงในการสร้าง  ATP  คือ

4.1   NADH  +  H⁺   " FADH₂  

4.2  Cytochrome b " Cytochrome c 

4.3  Cytochrome a₃ "   แก๊สออกซิเจน

                5.  จากปฏิกิริยาในขั้นตอนต่าง ๆ จะได้อะตอมของไฮโดรเจนที่ผ่านเข้ามาในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน รวมทั้งสิ้น  24  อะตอม

                     5.1   จากไกลโคลิซีส  4  อะตอม

                     5.2   จากการสร้างอะซิทิลโคเอนไซม์  เอ   4  อะตอม

                     5.3   จากวัฏจักรเครบส์  16  อะตอม ( จาก 6 NADH₂ และ  2 FAD H₂)

                6.  NADH  +  H⁺  เมื่อผ่านกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจะได้พลังงาน =  3  ATP

                     FADH₂  เมื่อผ่านกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจะได้พลังงาน =  2  ATP

                7.  เป็นขั้นตอนที่มีพลังงานเกิดขึ้นมากที่สุดในเซลล์

                    7.1  จากไกลโคลิซีส            2 NADH  +  H⁺           =   2 × 3      =  6  ATP

                    7.2  จากการสร้างอะซิทิลโคเอนไซม์  เอ  2 NADH  +  H⁺     =    2 ×3    =  6  ATP

                    7.3  จากวัฏจักรเครบส์       6 NADH  +  H⁺     =    6 × 3    =  18  ATP

                                                                      2 FAD H₂            =    2 × 2    =    4  ATP

                                                                รวมทั้งสิ้น                 =    34  ATP

อ้างอิงจาก : http://www.pw.ac.th/main/website/sci/6_main.html



คำถามหลังอ่านจบ
1.จากการสลายกลูโคส 1 โมเลกุล ผลผลิตที่เกิดขึ้นในกระบวนการไกรโคไลซิสคืออะไร
2.กรดไพรูวิกถูกสลายเป็นแอซิติลโคเอนไซม์ เอ ที่บริเวณใด
3.การเปลี่ยนกรดไพรูวิกไปเป็นแอซิติลโคเอนไซม์ เอ จะมีการปลดปล่อยพลังงานในรูปใด
4.เซลล์ในอวัยวะใดมีกิจกรรมของเอนไซม์ในวัฎจักรเครบส์สูงที่สุด
5.ถ้าเซลล์นำ acety CoA จำนวน 10 โมเลกุล เข้าสู่ไมโตคอนเดรีย จะผลิต ATP ได้จำนวนเท่าใด

การแบ่งเซลล์

การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส
            การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (mitosis) จะเกิดกับเซลล์ร่างกาย (somatic cell) ทั่วไป เซลล์ร่างกายทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ จะเริ่มต้นจากเซลล์เพียงเซลล์เดียวคือ ไซโกต (zygote) ไซโกตจะแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสหลายครั้ง เพิ่มจำนวนเซลล์และมีขั้นตอนการพัฒนาจนเป็นตัวเต็มวัย

การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส แบ่งเป็นระยะต่างๆ ดังนี้
            1. โพรเฟส (prophase) เป็นระยะที่โครโมโซมหดตัวสั้นเข้าและหนาขึ้น โดยการพันเกลียวของดีเอ็นเอ ทำให้เห็นโครโมโซมได้ชัดเจน เมื่อส่องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์จะเห็นโครโมโซมมีลักษณะคล้ายเส้นด้าย แต่ละโครโมโซมประกอบด้วย 2 โครมาทิด ถ้าเป็นเซลล์สัตว์เซนทริโอลจะเคลื่อนที่ไปยังทิศทางตรงข้าม และทำหน้าที่เป็นขั้วเซลล์ ที่ขั้วนี้จะมีการสร้างเส้นใยสปินเดิล (spindle fiber) ไปยึดโครโมโซมที่ตำแหน่งเซนโทรเมียร์กับขั้วของเซลล์นิวคลีโอลัสจะเริ่มสลายตัว
            2. เมทาเฟส (metaphase) เยื่อหุ้มนิวเคลียสจะหายไป โครโมโซมหดตัวสั้นที่สุด แต่ละโครโมโซมจะเคลื่อนมาเรียงกันบริเวณตรงกลางเซลล์ และเป็นระยะที่นิยมนับจำนวนโครโมโซม
            3. แอนาเฟส (anaphase) เป็นระยะที่ใช้เวลาสั้นที่สุดเซนโทรเมียร์ของแต่ละโครโมโซมจะแบ่งตัวจาก 1 เป็น 2 เส้นใยสปินเดิลดึงโครมาทิดแยกออกจากกันไปยังขั้วทั้งสองของเซลล์ และทำหน้าที่เป็นโครโมโซมของเซลล์ใหม่
            4. เทโลเฟส (telophase) โครโมโซมยืดยาวออกไม่เหลือลักษณะรูปร่างที่เป็นแท่ง เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นบริเวณขั้วเซลล์ทั้งสองข้างรอบๆ โครโมโซมทั้งสองแท่งมีการสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ขึ้นใหม่ ดังรูป

รูปแสดงการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส

การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส
            การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (meiosis) เป็นการแบ่งของเซลล์เพศ (sex cell) ในสัตว์สามารถพบการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสในอัณฑะและรังไข่ ส่วนในพืชพบได้ในอับเรณูหรือรังไข่เพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์ การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสมี 2 ขั้นตอนคือ
            1. ไมโอซิส 1 เป็นระยะที่มีการลดจำนวนโครโมโซมจากเดิมลงครึ่งหนึ่ง คือ จากเซลล์เริ่มต้นที่มีจำนวนโครโมโซมเป็นดิพลอยด์ (2n) จะได้เซลล์ที่มีโครโมโซมเป็นแฮพลอยด์ 2 เซลล์ ไมโอซิส 1 แบ่งออกเป็นระยะต่างๆ 4 ระยะ ได้แก่
                 1) โพรเฟส 1 (prophase - I) เป็นระยะที่มีความซับซ้อนมากที่สุด
                 2) เมทาเฟส 1 (metaphase - I) เยื่อหุ้มนิวเคลียสจะสลายไป
                 3) แอนาเฟส 1 (anaphase - I) ระยะนี้เซนโทรเมียร์จะยังไม่แบ่งตัวจาก 1 เป็น 2
                 4) เทโลเฟส 1 (telophase - I) โครโมโซมที่ขั้วเซลล์มีจำนวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่ง
            2. ไมโอซิส 2 เป็นระยะที่คล้ายคลึงกับการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส มีการแยกตัวของโครมาทิดเกิดขึ้นเมื่อสิ้นสุดระยะนี้ จะได้ 4 เซลล์ มีโครโมโซมเป็นแฮพลอยด์ และ 4 เซลล์นี้จะมีจำนวนโครโมโซมและพันธุกรรมแตกต่างจากเซลล์เริ่มต้น จากนั้นจะเปลี่ยนเป็นเซลล์สืบพันธุ์ ไมโอซิส 2 จะมีการจำลองโครโมโซมขึ้นอีกในสิ่งมีชีวิตชั้นสูง ประกอบด้วย
                 1) โพรเฟส 2 (prophase - II) โครโมโซมของแต่ละเซลล์จะเริ่มปรากฏขึ้นมาใหม่
                 2) เมทาเฟส 2 (metaphase - II) เยื่อหุ้มนิวเคลียสหายไป แต่ละโครโมโซมที่ประกอบด้วย 2 โครมาทิด จะเคลื่อนตัวมาเรียงบริเวณตรงกลางเซลล์
                 3) แอนาเฟส 2 (anaphase - II) เซนโทรเมียร์ของแต่ละโครโมโซมจะแบ่งตัวจาก 1 เป็น 2 และโครมาทิดจะแยกออก
                 4) เทโลเฟส 2 (telophase - II) จะเกิดเยื่อหุ้มนิวเคลียสขึ้นมาล้อมรอบโครโมโซมที่ขั้ว เมื่อเกิดการแบ่งไซโทพลาซึมอีกจะได้เซลล์ลูก 4 เซลล์ ดังรูป

รูปแสดงการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสเปรียบเทียบกับแบบไมโอซิส

ตารางแสดงข้อแตกต่างระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสและไมโอซิส

ไมโทซิส	ไมโอซิส
1. เป็นการแบ่งเซลล์ร่างกาย (somatic cell) 2. ผลที่ได้จากการแบ่งเซลล์จาก 1 เป็น 2 เซลล์ 3. จำนวนโครโมโซมเซลล์ลูกเท่ากับเซลล์แม่ 4. ไม่มีการแนบชิดของโครโมโซมที่เป็นคู่กัน 5. โครมาทิดแยกออกจากกันในระยะแอนาเฟส 6. เซลล์ลูกมีพันธุกรรมเหมือนกับเซลล์แม่ 7. มีการแบ่งไซโทพลาซึม 1 ครั้ง	1. เป็นการแบ่งเซลล์เพศ (sex cell) 2. ผลที่ได้จากการแบ่งเซลล์จาก 1 เป็น 4 เซลล์ 3. จำนวนโครโมโซมเซลล์ลูกเป็นครึ่งหนึ่งของเซลล์แม่ 4. มีการแนบชิดของโครโมโซมที่เป็นคู่กัน 5. โครมาทิดแยกออกจากกันในระยะแอนาเฟส 2 6. เซลล์ลูกมีพันธุกรรมต่างกับเซลล์แม่ 7. มีการแบ่งไซโทพลาซึม 2 ครั้ง

ที่มา:http://www.maceducation.com/e-knowledge/2432209100/01.htm

คำถามหลังอ่านจบ

1.ระยะที่เห็นโครโมโซมเป็นแท่งชัดเจนคือระยะใด

2.ระยะที่โครโมโซมมีการจำลองตัวเองเพิ่มขึ้นคือระยะใด

3.ระยะใดที่มองเห็นโครโมโซมมีรูปร่างคล้ายรูปตัว V, J , I

4.ลูกเซลล์ที่ได้จากการแบ่งเซลล์แบบไมโทซีลจะมีกี่เซลล์และมีจำนวนโครโมโซมกี่แท่ง

5.จะเกิดการ crossing over ที่ระยะใด

6.ระยะใดที่ homologous chromosome จะไซแนปซิสกัน

7.การศึกษาและนับจำนวนโครโมโวมควรทำในระยะใด

8.ระยะใดที่ centriole เคลื่อนที่ไปที่ขั้วเซลล์ และสร้างเส้นใย spindle

9.ระยะใดที่ homologous chromosome ถูกไมโทติกสปินเดิล ดึงให้มาเรียงตัวกึ่งกลางเซลล์

10.การแบ่งเซลล์ระยะใดจะได้เซลล์ใหม่ 2 เซลล์และมีจำนวนโครโมโซมเท่าเดิม