การหายใจระดับเซลล์

บทที่ 6 การหายใจ สิ่ งมีชีวิตจะสามารถทำากิจกรรมต่างๆเพื่อการดำารงชีวิตของเซลล์หรื อของชีวิตได้ตอ้ งมีพลังงาน สำาหรับใช้ในกิจกรรมเหล่านั้น ซึ่งพลังงานนี้ จะได้มาจากกระบวนการออกซิไดส์สารอาหารที่มีโมเลกุล ใหญ่ให้มีโมเลกุลเล็กลงได้ CO2 และ H2O พร้อมปลดปล่อยพลังงานออกมาใช้ได้ตามที่ตอ้ งการ กระบวนการออกซิไดส์สารอาหารเพื่อให้ได้พลังงานนี้ คือกระบวนการหายใจนัน่ เอง ซึ่งคล้ายคลึงกับ กระบวนการเผาไหม้ (combustion) เพราะกระบวนการเผาไหม้เป็ นการออกซิไดส์ให้ได้ CO2 ,H2O และ ความร้อน แต่ท้ งั สองกระบวนการต่างกันที่อตั ราการสลายตัวของกระบวนการหายใจเกิดเป็ นขั้นเป็ น ตอน มีการแยกสลายสารและปลดปล่อยพลังงานออกมาอย่างช้าๆในแต่ละขั้นตอน แต่กระบวนการเผา ไหม้มีการปลดปล่อยพลังงานออกมาในปริ มาณที่มากและรวดเร็ ว ทั้งนี้เพราะการออกซิไดส์สารอาหาร ของเซลล์เป็ นกระบวนการที่ซบั ซ้อน มีการปลดปล่อยพลังงานออกมาอย่างช้าๆเพื่อเซลล์จะสามารถนำา พลังงานที่ปลดปล่อยออกมาไปเก็บสะสมไว้ในรู ปของ ATP ได้อย่างมีประสิ ทธิ ภาพ ถ้ากระบวนการดัง กล่าวเกิดขึ้นเร็ว เซลล์จะได้รับพลังงานลดลง เพราะในระหว่างเกิด กระบวนการพลังงานส่ วนหนึ่งจะ สูญเสี ยไปในรู ปของความร้อน นอกจากเซลล์จะได้รับพลังงานลดลงแล้ว อาจเกิดความร้อนสูงจนเป็ น อันตรายต่อเซลล์ดว้ ย การหายใจ หมายถึงกระบวนการออกซิเดชัน (สลายอาหาร) ประเภทอินทรี ยส์ ารภายในเซลล์ ของสิ่ งมีชีวิตโดยมีเอนไซม์ภายในเซลล์เป็ นตัวเร่ งปฏิกริ ยาเพื่อให้ได้พลังงาน (ATP) สำาหรับใช้ใน กิจกรรมต่างๆของเซลล์เพื่อการดำารงชีวิตพร้อมกับปลดปล่อย CO2 และ H2O ออกมา ส

า

ร ที่ ใ ช้ ใ น ก า ร ห า ย ใ จ สารที่ใช้ในการหายใจเป็ นสารอินทรี ยใ์ นโพรโทพลาซึม ซึ่งสามารถถูกออกซิไดส์ได้พร้อมกับ ปลดปล่อย CO2 , H2O และพลังงานออกมา สารดังกล่าวต้องมีอยู่ในเซลล์เป็ นจำา นวนมาก ที่ สาำ คัญคือคาร์ โบไฮเดรต ได้แก่ กลูโคส ฟรุ ก โทส ซูโครส แป้ ง คาร์ โบไฮเดรตที่เป็ นพอลิแซ็กคาไรด์หรื อไกลโคเจนที่เก็บสะสมอยูใ่ นกล้ามเนื ้ อลาย ำ และตับของสัตว์มีกระดูกสันหลัง สารเหล่านี้ จะต้องถูกเปลี่ยนเป็ นกลูโคสซึ่ งเป็ นน้าตาลโมเลกุ ลเดี่ ยว ก่ อ น รู ปของกลู โ คสที่ เ ป็ นสารเริ่ มต้ น ของกระบวนการหายใจ คื อ กลู โ คส 6-ฟอสเฟต พืชนอกจากจะใช้คาร์โบไฮเดรตเป็ นสารในการหายใจแล้ว พืชยังใช้สารชนิดอื่นๆได้อีก เช่น ไขมัน โปรตีน และกรดอินทรี ยบ์ างชนิด จากการศึกษาเมล็ดพืชที่เก็บสะสมอาหารจำาพวก ไขมัน เช่น เมล็ด ละหุ่ง ถัว่ ลิสง ทานตะวัน พบว่าขณะที่เมล็ดกำาลังงอก ไขมันที่เก็บสะสมไว้จะถูกเปลี่ยนเป็ น

90 พฤกษศาสตร์

ำ น้าตาลซู โครส โดยวัฏจักรไกลออกไซเลต (glyoxylate cycle) หลังจากนั้นเอ็มบริ โอจะดูดซูโครสไป เปลี่ยนเป็ นกลูโคสเพื่อใช้ในกระบวนการหายใจ ำ ้ น จะมีการสะสมกรด อินทรี ยไ์ ว้ใน แวคิวโอลของ พืชตระกูลคราสซูเลซิอี ซึ่งเป็ นพืชอวบน้านั เซลล์ในเวลากลางคืนเป็ นจำานวนมาก ถ้าพืชเหล่านี้ อยูใ่ นที่มืดเป็ นเวลานาน กรดอินทรี ยท์ ี่เก็บสะสมไว้ จะถูกนำามาใช้ในกระบวนการหายใจ กรดอินทรี ยเ์ หล่านี้ ได้แก่ กรดแมลิก กรดไกลโคลิก กระบวนการ นำากรดมาใช้กค็ ือกระบวนการทำาลายกรดในที่มืด

ำ ภาพที่ 6.1 การเปลี่ยนรู ปของน้าตาลชนิ ดต่างๆ ที่มา : Other sugars feed into glycolysis. 2007.

บทที่ 5 การหายใจ 91

สั ดส่ วนการหายใจ (Respiratory quotient- RQ.) หมายถึงอัตราส่วนการหายใจระหว่างปริ มาณของ CO2 ที่เกิดขึ้นจากการหายใจต่อปริ มาณของ O2 ที่พืชใช้ไป พืชแต่ละชนิดจะมีอตั ราส่ วนการหายใจแตกต่างกัน ทั้งนี้ข้ ึนกับชนิดของสารที่พืชใช้ใน การหายใจ ถ้าเป็ นพืชชนิดเดียวกันจะมีค่านี้ คงที่ กล่าวคือถ้าสารที่ใช้ในการหายใจเป็ นคาร์ โบไฮเดรต ค่า R.Q มีค่าประมาณ 1 แต่ถา้ การหายใจมีเฉพาะแบบไม่ตอ้ งใช้ O2 เพียงอย่างเดียวจะมีค่าไม่รู้จบ (Infinityมากเหลือประมาณ) เพราะในกรณีที่ไม่มีการใช้ O2 หรื อการใช้ O2= ศูนย์ ถ้าการหายใจเกิดขึ้นทั้งแบบ ใช้และไม่ใช้ O2 จะมีค่ามากกว่า 1 แต่บางครั้งก็พบว่าค่า R.Q มากกว่า 1 เกิดจากการหายใจแบบใช้ O2 ที่มีกรดอินทรี ยเ์ ป็ นสาร หายใจ (OAA มีค่า R.Q = 4 แมลิกมีค่า R.Q=1.33) และถ้าค่า R.Q น้อยกว่า 1 จะเป็ นไขมัน หรื อโปรตีน เพราะสารเหล่านี้ จะถูกรี ดิวซ์มากกว่าคาร์ โบไฮเดรต โดย R.Q ของสารโปรตีนมีค่าอยูร่ ะหว่าง 0.8-0.9 ส่ วน ไขมันอาจมากหรื อน้อยกว่านี้ ข้ ึนกับความยาวของโซ่ (chain) ของกรดไขมัน เช่น R.Q ของ ไตรพาล์มิทิน (tripalmitin) มีค่า = 0.7 เพราะฉะนั้นอัตราส่ วน CO2/ O2 หรื อค่า R.Q ดังกล่าวจึงเป็ นค่าที่ สามารถบอกชนิดของสารที่พืชใช้ในการหายใจได้ 1. ใช้ น้ำาตาลกลูโคสเป็ นสารหายใจ ค่า R.Q = 1 C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O R.Q = 6 โมล CO2 = 1.0 6 โมล O2 2. ใช้ กรดแมลิกเป็ นสารหายใจ (พืชอยูใ่ นที่มืดเป็ นเวลานาน 2-3 วัน) มีค่า R.Q = 1.33 C4H6O5 + 3O2 → 4CO2 + 3H2O R.Q = 4 โมล CO2 = 1.33 3 โมล O2 3. ใช้ กรดพาล์มิทิกเป็ นสารหายใจ มีค่า R.Q = 0.36 C16H32O2 + 11O2 → C12H22O11 + 4CO2 + 5H2O R.Q = 4 โมล CO2 = 0.36 11 โมล O2 4. ใช้ โปรตีนเป็ นสารหายใจ มีค่า R.Q. ประมาณ 0.8-0.82 อย่างไรก็ตามอัตราส่วนการหายใจของพืชยังขึ้นกับชนิดพืช อายุของเนื้อเยือ่ และปั จจัยแวดล้อม

92 พฤกษศาสตร์

อีกด้วย เมแทบอลิซึมของการหายใจ กระบวนการสลายอาหารเพื่อให้ได้พลังงานของเซลล์ประกอบด้วยกระบวนการที่สาำ คัญ 2 กระบวนการ ได้แก่ การหมัก (fermentation) และการหายใจระดับเซลล์ กระบวนการทั้งสองมีการเริ่ ม ต้นที่เหมือนกัน คือมีการสลายสารอาหารประเภทคาร์ โบไฮเดรตโดยกระบวนการไกลโคไลซิส ซึ่ง กระบวนการดังกล่าวเป็ นกระบวนการที่พบในสิ่ งมีชีวิตทุกชนิด แต่กระบวนการหายใจที่สมบูรณ์จะ ต้องได้ CO2, H2O และพลังงานเกิดขึ้น ซึ่งต้องประกอบด้วยกระบวนการที่สาำ คัญ 4 กระบวนการคือ 1. ไกลโคลิซิส (glycolysis หรื อ Embden-Meyerhof-Parnas Pathway)เกิดในไซโทพลาซึมนอก ไมโทคอนเดรี ย 2. การสร้างอะเซ็ตทิลโค เอ (acetyl Co A) 3. วัฏจักรเครปส์ (Krebs’cycle หรื อ tricarboxylic acid cycle) 4. กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (respiratory chain)

ภาพที่ 6.2 แผนภาพเมแทบอลิซึมของการหายใจ ที่ ม า :

Cellular

respiration.

2007.

ไกลโคลิซิส ำ หมายถึงกระบวนการสลายน้าตาลกลู โคสเป็ นกรดไพรู วิกเพื่อให้ได้พลังงาน (ATP) และ อิเล็กตรอน (NADH) เป็ นกระบวนการที่เกิดขึ้นในไซโทพลาซึม ไม่มีการใช้ O2 เมื่อสิ้ นสุ ดกระบวนการ จะได้กรดไพรู วิก, ATP และ NADH อย่างละ 2 โมเลกุล (ATP ที่เกิดขึ้นทั้งหมด 4 โมเลกุล แต่ใช้

บทที่ 5 การหายใจ 93

พลังงานกระตุน้ การเกิดปฏิกิริยาไป 2 โมเลกุล จึงเหลือ ATP เพียง 2 โมเลกุล)

ภาพที่ 6.3 แผนภาพสรุ ปของกระบวนการไกลโคลิซิส ที่มา : Farabee. 2001. กระบวนการไกลโคลิซิสเป็ นกระบวนการเมแทบอลิซึมของพลังงานในสิ่ งมีชีวิตทุกชนิดการ เปลี่ยนจากกลูโคสซึ่งมี C อยูใ่ นโมเลกุล 6 อะตอม มี H 12 อะตอม เป็ นไพรู เวตที่มี C อยูใ่ นโมเลกุล 3 อะตอม และมี H 4 อะตอม ดังนั้นเมื่อเริ่ มจากกลูโคส 1 โมเลกุล (C 6 อะตอม H 12 อะตอม) แล้วได้ กรดไพรู วิก 2 โมเลกุล (จะมี C 6 อะตอม H 8 อะตอม) จะมีการปลดปล่อย H ออกมา 4 อะตอม (128=4) ซึ่ง H 4 อะตอมที่ได้น้ ีจะมี NAD+ มารับกลายเป็ น NADH + H+

94 พฤกษศาสตร์

ภาพที่ 6.4 ปฏิกิริยาการสลายกลูโคสในกระบวนการไกลโคลิซิส ที่มา : Taiz and Zeiger. 199., p. 266.

บทที่ 5 การหายใจ 95

1. ปฏิกริ ิยาการสลายกลูโคส ปฏิกิริยาการสลายกลูโคสในกระบวนการไกลโคลิซิสเป็ นปฏิกิริยาเคมีที่ต่อเนื่องกัน 10 ปฏิกิริยาเพื่อออกซิไดส์กลูโคสเป็ นไพรู เวตโดยเอนไซม์ที่ผลิตในไซโทพลาซึมเป็ นตัวเร่ งปฏิกิริยา ประกอบด้วย 2 ขั้นตอน (พัชรา วีระกะลัส. 2544) ดังนี้ 1.1 ขั้นตอนที่ 1 เป็ นขั้นตอนของการเตรี ยมการที่มีการเติมพลังงานจาก ATP 2 โมเลกุลเข้าไป เป็ นการเติมหมู่ฟอสเฟตให้กบั กลูโคส ทำาให้กลูโคสเปลี่ยนเป็ นไตรโอสฟอสเฟต 2 โมเลกุล ประกอบ ด้วยปฏิกิริยาที่ 1- 5 ดังนี้ 1.1.1 ปฏิกิริยาที่ 1 ปฏิกิริยาฟอสโฟริ เลชันของกลูโคส เริ่ มด้วยกลูโคสเปลี่ยนเป็ นกลูโคส 6-ฟอสเฟต โดยอาศัย ATP และเอนไซม์เฮกโซคิเนส (hexokinase) ซึ่งมีอยูใ่ นเซลล์ทุกชนิด หรื อกลู โคคิเนส (glucokinase) และมีแมกนีเซียมไอออน (Mg+2) ช่วยในการทำางานเคลื่อนย้ายฟอสเฟตจาก ATP ไปยังคาร์บอนตำาแน่งที่ 6 ของกลูโคส ปฏิกิริยานี้ ตอ้ งใช้พลังงานจำานวนมาก ปฏิกิริยานี้ จึงไม่สามารถ ย้อนกลับได้ และ ปฏิกิริยานี้ คายพลังงานออกมามากถึง –4,000 แคลอรี่ เอนไซม์เฮกโซคิเนสต้องการ Mg+2 เป็ นโคแฟกเตอร์ ร่วมในการทำางาน เนื่องจากปฏิกิริยาที่เกิด ขึ้นมี ATP ซึ่งจะต้องอยูใ่ นรู ป Mg+2ATP ซึ่งเป็ นซับสเตรตที่แท้จริ งของเอนไซม์เฮกโซคิเนส เอนไซม์น้ ี พบได้ในเซลล์ทวั่ ไป แต่กลูโคคิเนสพบในตับไม่พบในอวัยวะอื่น เร่ งปฏิกิริยาเดียวกับ เฮกโซคิเนส แต่แตกต่างกันดังนี้ ำ กลูโคคิเนสมีความจำาเพาะต่อกลูโคสเท่านั้น ไม่ทาำ ปฏิกิริยากับน้าตาลเฮกโซสอื ่น กลูโคคิเนส ของตับนี้จะช่วยให้ตบั สามารถปรับเปลี่ยนอัตราเร็ วของการใช้กลูโคสเพื่อตอบสนองต่อการแปรผันของ ระดับกลูโคสในเลือดได้ ซึ่งเป็ นกลไกหนึ่งที่ทาำ ให้ตบั สามารถควบคุมระดับกลูโคสในเลือดให้มีค่าคงที่ อยูเ่ สมอ กลูโคคิเนสไม่ถูกยับยั้งโดยกลูโคส 6-ฟอสเฟต ซึ่งเป็ นผลผลิตที่ได้ ขณะที่เฮกโซคิเนสถูกยับยั้ง โดยโดยกลูโคส 6-ฟอสเฟตซึ่งเป็ นผลิตผลของปฏิกิริยาทำาให้อตั ราเร็ วของการไหลของซับสเตรตกลู โคสเข้าสู่วิถีไกลโคลิซิส สามารถควบคุมได้ เรี ยกการยับยั้งนี้วา่ โพรดักต์อินฮิบิชนั (product inhibition)

ภาพที่ 6.5 ปฏิกิริยาที่ 1 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.460.

96 พฤกษศาสตร์

1.1.2 ปฏิกิริยาที่ 2 ปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชัน (isomerization) กลูโคส 6-ฟอสเฟตซึ่งเป็ น ำ ำ คีโทส (ketose) โดยอาศัย น้าตาลอั ลโดส (aldose)จะเปลี่ยนต่อเป็ น ฟรุ กโทส 6-ฟอสเฟตซึ่งเป็ นน้าตาล กิจกรรมของเอนไซม์ฟอสโฟกลูโคไอโซเมอเรส (phosphoglucoisomerase) ปฏิกิริยานี้ ยอ้ นกลับได้ และ ต้องการ Mg+2 เป็ นโคแฟกเตอร์ และมีความจำาเพาะเจาะจงต่อกลูโคส 6-ฟอสเฟตและฟรุ กโทส 6ฟอสเฟตเท่านั้น(มีความจำาเพาะสูง)

ภาพที่ 6.6 ปฏิกิริยาที่2 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.463.

1.1.3 ปฏิกิริยาที่ 3 ปฏิกิริยาฟอสโฟริ เลชันของฟรุ กโทส-6-ฟอสเฟต โดยฟรุ กโทส-6ฟอสเฟตเปลี่ยนต่อเป็ นฟรุ กโทส 1,6-บิสฟอสเฟต โดยอาศัย ATP โมเลกุลที่สองและเอนไซม์ฟอสโฟ เฮกโซคิเนส หรื อฟอสโฟฟรุ กโทคิเนส (phosphofructokinase) เคลื่อนย้ายฟอสเฟตจาก ATP ไปยัง คาร์ บอนตำาแน่งที่ 1 ของฟรุ กโทส 6-ฟอสเฟต ปฏิกิริยานี้ ไม่ยอ้ นกลับ และเอนไซม์ฟอสโฟฟรุ กโทคิเน สนี้เป็ น เรกูลาทอรี เอนไซม์(regulatory enzyme) หรื อแอลโลสเตียริ กเอนไซม์(allosteric enzyme) ดัง นั้นการทำางานของเอนไซม์น้ ี จึงถูกยับยั้งได้เมื่อมี ATP สูง และถูกกระตุน้ ได้เมื่อมี AMP สูง ปฏิกิริยานี้ จึงเป็ นจุดสำาคัญที่ควบคุมความเร็ วของกระบวนการไกลโคลิซิส

ภาพที่ 6.7 ปฏิกิริยาที่ 3 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.460.

บทที่ 5 การหายใจ 97

1.1.4 ปฏิกิริยาที่ 4 ปฏิกิริยาการสลายฟรุ กโทส 1,6- บิสฟอสเฟต โดยฟรุ กโทส 1,6-บิส ฟอสเฟต จะสลายเป็ นสารประกอบที่มีจาำ นวนคาร์ บอนเป็ น 3 อะตอม 2 โมเลกุล คือ ไดไฮดรอกซี ำ แอซีโตนฟอสเฟต (dihydroxy acetonephosphate) ซึ่งเป็ นน้าตาลคี โตส และกลีเซอรัลดีไฮด์ 3- ฟอสเฟต ำ (glyceraldehyde 3-phosphate) ซึ่งเป็ นน้าตาลอั ลโดส โดยอาศัยเอนไซม์ฟรุ กโทส-1,6-บิสฟอสเฟต อัลโดเลส (fructose-1,6-bisphosphate aldolase) หรื อ เรี ยกสั้นๆว่า อัลโดเลส ปฏิกิริยานี้ ยอ้ นกลับได้

ภาพที่ 6.8 ปฏิกิริยาที่ 4 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.465.

1.1.5 ปฏิกิริยาที่ 5 ปฏิกิริยาไอโซเมอไรเซชันของไตรโอสฟอสเฟต โดยไดไฮดรอกซี แอซีโตนฟอสเฟต 1 โมเลกุลเปลี่ยนเป็ นกลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต 1 โมเลกุล โดยเอนไซม์ไตรโอส ฟอสเฟตไอโซเมอเรส (triosephosphate isomerase) สารสองตัวนี้ เป็ นสารที่มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกัน จำานวนอะตอมของธาตุ แต่ละชนิดที่ เป็ นองค์ประกอบเท่ากัน เพียงแต่มีการเรี ยงตัวขององค์ประกอบต่างกันเท่านั้น สาร 2 ตัวนี้จึงสามารถ เปลี่ยนกลับไปมาซึ่งกันและกันได้โดยอาศัยเอนไซม์ฟอสโฟไตรโอสไอโซเมอเรส (phosphotrioseiso merase) ภายในเซลล์จะมีความเข้มข้นของกลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟตน้อย ทำาให้ปฏิกิริยามีการเปลี่ยน ไปเป็ นกลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟตมากกว่า เพราะฉะนั้นจากฟรุ กโทส 1,6 บิสฟอสเฟต 1 โมเลกุลจะ เปลี่ยนมาได้กลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต 2 โมเลกุล โดยเอนไซม์อลั โดเลส และฟอสเฟตไอโซเมอเรส

98 พฤกษศาสตร์

ภาพที่ 6.9 ปฏิกิริยาที่ 5 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.465.

1.2 ขั้นตอนที่สอง เป็ นขั้นตอนของการให้พลังงานออกมามีการเปลี่ยนสารมัธยันต์ที่ถูกเติม ฟอสเฟตได้แก่สารประกอบไตรโอสฟอสเฟตให้เป็ นไพรู เวต (pyruvate) เป็ นขั้นตอนที่มีการสร้าง พลังงานเกิดขึ้น ประกอบด้วยปฏิกิริยาที่ 6-10 ดังนี้ 1.2.1 ปฏิกิริยาที่ 6 ปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต เป็ นการผลิตสา รมัธยันต์ที่มีพลังงานสูงตัวแรกของกระบวนการไกลโคลิซิส โดยกลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต ถูกออกซิ ไดส์โดยมี NAD เป็ นตัวรับอิเล็กตรอนและมีเอนไซม์กลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟตดีไฮโดรจี เนส(glyceraldehyde 3-phosphatedehydrogenase) เป็ นตัวเร่ งปฏิกิริยา จะออกซิไดส์หมู่อลั ดีไฮด์ (-CHO) ของกลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟตให้เป็ นหมู่คาร์ บอกซิล (-COOH) ได้ 1,3-บิสฟอสโฟกลีเซอเรต ขณะ เดียวกันก็ปล่อยอิเล็กตรอน ให้กบั NAD (เป็ นโคเอนไซม์) ดังนั้นเมื่อสิ้ นสุ ดปฏิกิริยาจะได้ NADH 2 โมเลกุล ต่อการออกซิไดส์กลูโคส 1 โมเลกุล

ภาพที่ 6.10 ปฏิกิริยาที่ 6 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.466.

บทที่ 5 การหายใจ 99

1.2.2 ปฏิกิริยาที่ 7 ปฏิกิริยาการสร้าง ATP เป็ นปฏิกิริยาการสังเคราะห์ โมเลกุลแรกของ กระบวนการไกลโคลิซิส โดย 1,3 บิสฟอสโฟกลีเซอเรต (สารนี้จดั เป็ นสารพวกเอซิลฟอสเฟต - acyl phosphate เมื่อเกิดการย่อยสลายจะให้พลังงานอิสระออกมาเป็ นจำานวนมากพอที่จะนำาไป สร้าง ATP ได้) ทำาปฏิกิริยากับ ADP โดยอาศัยเอนไซม์ฟอสโฟกลีเซอริ ลคิเนส (phosphoglyceryl kinase) ได้ 3- ฟอสโฟกลีเซอเรต (3-phosphoglycerate) และ ATP

ภาพที่ 6.11 ปฏิกิริยาที่ 7 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.470. ปฏิกิริยาที่ 6 และ 7 เป็ นปฏิกิริยาควบคู่ (coupling reaction)ของ พลังงานโดยตรง เพราะมี 2 ปฏิกิริยาเกิดในเวลาเดียวกัน คือ ปฏิกิริยาการเปลี่ยน 1,3 บิสฟอสโฟกลีเซอเรต เป็ น 3-ฟอสโฟกลีเซอ เรต และมีการสร้าง ATP ด้วย หรื ออาจเรี ยกกระบวนการสร้างพลังงานออกมาในรู ปของ ATP จาก ADP โดยการเปลี่ยนแปลงของซับสเตรตเช่นนี้ เรี ยกว่าซับสเตรตลิเวลฟอสโฟรี เลชัน(substrate level phosphorylation) 1.2.3 ปฏิกิริยาที่8 ปฏิกิริยาการเปลี่ยน 3-ฟอสโฟกลีเซอเรตเปลี่ยนเป็ น 2-ฟอสโฟ กลีเซอเรต โดยอาศัยเอนไซม์ฟอสโฟกลีเซอริ ลมิวเทส (phosphoglyceryl mutase) มีการเคลื่อนย้าย คาร์ บอนภายในโมเลกุล โดยย้ายคาร์บอนจากตำาแหน่งที่ 3 มายังคาร์ บอนตำาแหน่งที่ 2 ปฏิกิริยานี้ เป็ น ปฏิกิริยาที่จาำ เป็ นสำาหรับเตรี ยมการเกิดปฏิกิริยาที่ 9 ต่อไป เพื่อให้ได้สารประกอบฟอสเฟตที่มีพลังงาน สูง เพื่อนำาไปใช้ในการสังเคราะห์ ATP ในปฏิกิริยาที่ 10

100 พฤกษศาสตร์

ภาพที่ 6.12 ปฏิกิริยาที่ 8 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.471. ำ ำ กดึง 1.2.4 ปฏิกิริยาที่ 9 ปฏิกิริยาการดึงน้าออกจากโมเลกุ ล 2-ฟอสโฟกลีเซอเรต โดยน้าถู ออกจากโมเลกุล และมีการจัดเรี ยงตัวของพลังงานภายในโมเลกุลใหม่ดว้ ย เกิดเป็ นฟอสโฟอีนอล ไพรู เวต โดยอาศัยเอนไซม์อีโนเลส (enolase) และได้นา้ ำ 1 โมเลกุลด้วยเอนไซม์อีโนเลส ต้องการ Mg+2 เป็ นโคแฟกเตอร์ในการทำางาน และเอนไซม์น้ ีสามารถถูกยับยั้งโดยฟลูออไรด์ (F-) และฟอสเฟต เกิด เป็ นสารประกอบเชิงซ้อนแมกนีเซียมฟลูออโรฟอสเฟต (magnesium fluorophosphate complex) ทำาให้ ไม่มี Mg+2 สำาหรับการทำาปฏิกิริยาของเอนไซม์อีโนเลส

ภาพที่ 6.13 ปฏิกิริยาที่ 9 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.472.

1.2.5 ปฏิกิริยาที่ 10 ปฏิกิริยาการเกิด ATP จากฟอสโฟอีนอลไพรู เวต เป็ นปฏิกิริยาสุ ดท้าย ของกระบวนการไกลโคลิซิส และเป็ นปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ ATP โมเลกุลที่สองของกระบวนการ ไกลโคลิซิส เป็ นการเปลี่ยนฟอสโฟอีนอลไพรู เวตเป็ นไพรู เวต โดยอาศัย ADP และเอนไซม์ไพรู เวต คิเนส (pyruvatekinase) ปฏิกิริยานี้ เป็ นปฏิกิริยาควบคู่พลังงานเช่นเดียวกับปฏิกิริยาที่ 7 ปฏิกิริยานี้ ไม่มีการย้อนกลับ และเป็ นปฏิกิริยาที่สาำ คัญของกระบวนการไกลโคลิซิสด้วย เพราะเอนไซม์ไพรู เวตคิเนสเป็ นเรกูลาทอรี เอนไซม์ ซึ่งต้องการแมกนีเซียมไอออนและโพแทสเซียมไอออนเป็ นโคแฟกเตอร์

บทที่ 5 การหายใจ 101

ภาพที่ 6.14 ปฏิกิริยาที่ 10 ของไกลโคลิซิส ที่มา : Campbell. 1999. p.471. ไพรู เวตที่ได้น้ ี เป็ นสารมัธยันต์ที่สาำ คัญในกระบวนการสลายกลูโคส เพราะในเซลล์ทวั่ ไปใน สภาวะที่มี O2 ไพรู เวตที่เป็ นผลผลิตสุดท้ายของกระบวนการไกลโคลิซิส และ NADPH ที่ได้จาก ปฏิกิริยาที่ 6 จะเข้ากระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรี ยต่อไปเพื่อสลายให้ได้พลังงาน ออกมาใช้ สรุ ปปฏิกริ ิยาที่เกิดขึน้ ในกระบวนการไกลโคลิซิสคือ C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2(CH3COCOOH) + 2NADH + 2H+ + 2H2O +2ATP ตารางที่ 6.1 ผลสรุ ปของการสร้าง ATP ในกระบวนการไกลโคลิซิส ปฏิกิริยา

การเปลี่ยนเป็ น ATP ต่อกลูโคส 1 โมเลกุล กลูโคส กลูโคส 6-ฟอสเฟต -1 ฟรุ กโทส 6-ฟอสเฟต ฟรุ กโทส 1,6-บิสฟอสเฟต -1 2 1,3-ไดฟอสโฟกลีเซอเรต 2 3-ฟอสโฟกลีเซอเรต +2 2 ฟอสโฟอีนอลไพรู เวต 2 ไพรู เวต +2 สุ ทธิ +2 ที่มา : Stryer. 1981. p. 265.

102 พฤกษศาสตร์

ตารางที่ 6.2 ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในกระบวนการไกลโคลิซิสโดยสรุ ป

ที่มา : Stryer. 1981. p. 267. การเปลีย่ นไพรู เวตที่ได้ จากไกลโคลิซิส ปฏิกิริยาการเปลี่ยนกลูโคสเป็ นไพรู เวตจะคล้ายกันในสิ่ งมีชีวิตทุกชนิดและในเซลล์ทุกชนิดด้วย แต่ปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงต่อจากนี้ ของไพรู เวตจะแตกต่างกันในสิ่ งมีชีวิตแต่ละชนิดและแต่ละเซลล์ ด้วย โดยจะเปลี่ยนเป็ นสารประกอบที่มี 2 หรื อ 3 คาร์ บอน ขึ้นกับชนิดของเอนไซม์ และปริ มาณของ ออกซิเจน

บทที่ 5 การหายใจ 103

ภาพที่ 6.15 การสลายไพรู เวต 3 วิธี ที่มา : พัชรา วีระกะลัส. 2544. หน้า 92.

1. ถ้าไม่มีออกซิเจนในสภาพที่เป็ นโมเลกุลอิสระ (O2) จะใช้ออกซิเจนอะตอมในโมเลกุลของ อินทรี ยส์ ารที่มีในเซลล์ ทำาให้ NADH ไม่สามารถถูกออกซิไดส์ในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนได้ เพราะขาดแก๊ส O2 ที่เป็ นตัวรับอิเล็กตรอน ในขั้นสุ ดท้าย จำาแนกได้เป็ น 2 ชนิดคือ 1.1 การหมักแอลกอฮอล์ (alcohol fermentation) โดยไพรู เวตเปลี่ยนเป็ นแอลกอฮอล์ ด้วยวิธี ำ การเดียวกับการหมักน้าตาลเป็ นแอลกอฮอล์ของยีสต์ จึงเรี ยกแอลกอฮอลิกเฟอร์ เมนเทชัน (alcoholic fermentation) ประกอบด้วย 2 ปฏิกิริยาดังนี้ 1.1.1 การขจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากไพรู เวต โดยไพรู เวตเปลี่ยนเป็ นอะเซ็ตทัลดี ไฮด์ โดยใช้เอนไซม์ไพรู เวตดีคาร์บอกซีเลสซึ่ งต้องการ Mg+2 และไทอามีนไพโรฟอสเฟต(thiamine pyrophosphate)เป็ น โคเอนไซม์ ไพรู เวต + H+ อะเซ็ตทัลดีไฮด์ + CO2

104 พฤกษศาสตร์

1.1.2 การรี ดิวซ์อะเซ็ตทัลดีไฮด์ โดยอะเซ็ตทัลดีไฮด์ถูกรี ดิวซ์ดว้ ย NADH ได้เอทธานอล โดยเอนไซม์แอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส ซึ่งต้องการ Zn ที่บริ เวณเร่ งเพื่อเร่ งปฏิกิริยาออกซิโด-รี ดกั ชันนี้ แอลกอฮอล์ ดีไฮโดรจีเนส อะเซ็ตทัลดีไฮด์ + NADH + H+ เอทธานอล + NAD+

ภาพที่ 6.16 ปฏิกิริยาการหมักแอลกอฮอล์ ที่มา : Farabee. 2001.

1.2 การหมักกรดแลกทิก (Lactic acid fermentation) โดยไพรู เวตจะเปลี่ยนเป็ นแลกเทต โดยมี NADH เป็ นตัวให้อิเล็กตรอนในปฏิกิริยา และมีเอนไซม์เลกเทตดีไฮโดรจีเนสเป็ นตัวเร่ งปฏิกิริยาเกิดใน เซลล์จุลินทรี ยบ์ างชนิด และในเซลล์ที่มีออกซิเจนไม่เพียงพอสำาหรับนำาไปออกซิไดส์ไพรู เวต และ NADH ที่ได้จากกระบวนการไกลโคลิซิส เช่น แบคทีเรี ย เซลล์กล้ามเนื้อลาย เป็ นต้น โดยขณะที่มีการ ออกกำาลังกายมากๆ พลังงานจะถูกใช้ไปมาก ทำาให้เซลล์กล้ามเนื้ อได้รับ O2 ไปนั้นไม่เพียงพอต่อการใช้ ทำาให้เซลล์กล้ามเนื้ อมีการหายใจโดยไม่ใช้ O2 เกิดกรดแลกติกขึ้นในเซลล์กล้ามเนื้ อจำานวนมาก ซึ่งเป็ นสาเหตุให้กล้ามเนื้ อเกิดการเมื่อยล้า

ภาพที่ 6.17 ปฏิกิริยาการหมักกรดแลกทิก ที่มา : Farabee. 2001.

บทที่ 5 การหายใจ 105

2. ถ้ามีออกซิเจน ไพรู เวตจะเปลี่ยนเป็ นอะเซ็ตทิลโคเอ โดยเอนไซม์ไพรู เวตดีไฮโดรจีเนส คอม เพลกซ์ และอะเซ็ตทิลโคเอจะเข้าทำาปฏิกิริยาต่อในวัฏจักรเครปส์ เปลี่ยนต่อเป็ น CO2 และ H2O และจะ ได้พลังงานเกิดขึ้นอีกจำานวนมาก เพราะการสลายกลูโคสโดยกระบวนการไกลโคลิซิสให้เป็ น ไพรู เว ตนั้นได้ พลังงานเพียง ~ 5.2% ของพลังงานทั้งหมดที่มีอยูใ่ นโมเลกุลของกลูโคส ดังนั้นในโมเลกุลของ ไพรู เวตจึงยังคงมีพลังงานอยูอ่ ีกเป็ นจำานวนมาก ไพรู เวต + NAD++ CoA อะเซ็ตทิลโค เอ + CO2+ NADH การสร้ างอะเซ็ตทิลโคเอ 1. ปฏิกริ ิยาการสร้ างอะเซ็ตทิลโคเอ ปฏิกิริยาการสร้างอะเซ็ตทิลโคเอ ในสภาพที่มี O2 ไพรู เวตจะถูกออกซิไดซ์ต่อโดยเอนไซม์อีก หลายชนิดในไมโทคอนเดรี ย จนกระทัง่ ได้ CO2 และ H2O อย่างสมบูรณ์ โดยเข้าทำาปฏิกิริยาต่อใน วัฏจักรเครปส์ ไพรู เวตจะถูกออกซิไดซ์ต่อโดยเอนไซม์ไพรู เวตดีไฮโดรจีเนส ซึ่งมี NAD+ และ โคเอนไซม์เอ เป็ นโคเอนไซม์ จะได้อะเซ็ตทิลโคเอ(acetyl Co A)พร้อมกับปลดปล่อย CO2 ออกมา ดังสมการ 2CH3CoCooH + 2NAD+ + 2CoASH → 2CH2CoSCoA + 2NADH +2CO2 ปฏิกิริยานี้ เกิดขึ้นที่แมทริ กซ์ของไมโทคอนเดรี ย ผลที่ได้จากปฏิกิริยานี้ คือ อะเซ็ตทิลโคเอ และ NADH อย่างละ 2 โมเลกุลเท่านั้น ไม่ได้ ATP 2. ลักษณะสำาคัญของการสร้ างอะเซ็ตทิลโคเอ ลักษณะสำาคัญของการสร้างอะเซ็ตทิลโคเอ ซึ่งมีลกั ษณะสำาคัญดังนี้ 2.1 กรดไพรู วิก 1 โมเลกุลจะเปลี่ยนเป็ นอะเซ็ตทิลโคเอ 1 โมเลกุล โดยมีเอนไซม์ไพรู เวตดีไฮ โดรจีเนสเป็ นตัวเร่ งปฏิกิริยา จะเกิดการออกซิไดส์ 3 ครั้ง ดังนั้นกรดไพรู วิกที่ได้จากกระบวนการไกล โคลิซิส 2 โมเลกุล จะเปลี่ยนเป็ นอะเซ็ตทิลโคเอ 2 โมเลกุล 2.2 ปฏิกิริยาการเปลี่ยนกรดไพรู วิก 1 โมเลกุลเป็ นอะเซ็ตทิลโคเอ 1 โมเลกุลจะเกิด CO2 1 โมเลกุล โดยเกิดการออกซิไดส์ให้เกิดการแตกตัวของกลุ่มคาร์ บอกซิลให้ CO2 และได้อะเซ็ตทัลดีไฮด์ เกิดขึ้น ดังนั้นการเปลี่ยนกรดไพรู วิกที่ได้จากกระบวนการไกลโคลิซิส 2 โมเลกุล เป็ นอะเซ็ตทิลโคเอ 2 โมเลกุลจะได้ CO2 2 โมเลกุล 2.3 อะเซ็ตทัลดีไฮด์จะถูกออกซิไดส์ต่อเป็ นกรดอะเซ็ตทิลลิโพอิกโดยใช้กรดอัลฟาลิโพอิก เป็ นตัวออกซิไดส์ และจะมีการออกซิไดส์ต่อจากกรดอัลฟาลิโพอิกรู ปรี ดิวซ์เป็ นกรดอัลฟาลิโพอิก รู ปออกซิไดส์ เกิดไฮโดรเจน 2 อะตอม ต่อการเปลี่ยนกรด ไพรู วิก 1 โมเลกุล ดังนั้นจึงได้ไฮโดรเจน

106 พฤกษศาสตร์

ทั้งหมด 4 อะตอม ซึ่งจะรวมตัวกับ 2NAD+ กลายเป็ น 2NADH + H+ 2 โมเลกุล ซึ่ง 2NADH ที่ได้จะ เกิดการเปลี่ยนแปลงต่อไปในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (ขั้นตอนนี้ไม่มีการสร้างสารพลังงานสูง ATP แต่จะได้สาร พลังงานสูงในรู ป NADH)

ภาพที่ 6.18 การเคลื่อนย้ายของแมเลต และไพรู เวต จากกระบวนการไกลโคลิซิส เข้าสู่วฏั จักรเครปส์ ที่มา : Taiz and Zeiger. 1991. p. 273. วัฏจักรเครปส์ หรือ วัฏจักรกรดซิทริก เป็ นวัฏจักรที่เป็ นวิถีการออกซิเดชันที่เป็ นศูนย์กลางของการหายใจที่มีการออกซิเดชันหมู่อะ เซ็ตทิลของอะเซ็ตทิลโคเอนไซม์เอ หรื ออะเซ็ตทิลโคเอ ผ่านทางวัฏจักรเครปส์ หรื อวัฏจักร กรดซิ ทริ ก โดยอะเซ็ตทิลโคเอที่ได้จะเข้าทำาปฏิกิริยากับออกซาโลอะซีเทตในวัฏจักรเครปส์ ปฏิกิริยาจะ ดำาเนินต่อไปหลายขั้นตอนต่อเนื่องกันเป็ นวัฏจักร จนกระทัง่ ได้ออกซาโลอะซีเทตกลับมาอีกครั้ง ผลที่ได้ในวัฏจักรนี้คือ CO2 และพลังงานที่ได้จะถูกเก็บไว้ในรู ปของตัวขนส่ งอิเล็กตรอนที่อยูใ่ นสภาพ รี ดิวซ์ ได้แก่ NADH 6 โมเลกุล FADH2 2 โมเลกุล และ GTP 1 โมเลกุล NADH และ FADH2 ซึ่งรับ

บทที่ 5 การหายใจ 107

อิเล็กตรอนมาจะทำาหน้าที่ถ่ายทอดอิเล็กตรอนต่อในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน ซึ่งการ เปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นนี้ท้ งั หมดเกิดขึ้นที่เยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ย

ภาพที่ 6.19 วัฏจักรเครปส์ ที่มา : TCA cycle. 2007.

1. ปฏิกริ ิยาที่เกิดขึน้ ในวัฏจักรเครปส์ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในวัฏจักรเครปส์ ประกอบด้วย 8 ปฏิกิริยาที่เกิดติดต่อกันเป็ นวัฏจักร ดังนี้ 1.1 วัฏจักรเริ่ มต้นโดยการรวมตัวกันระหว่างอะเซ็ตทิลโคเอ (มี C อยูใ่ นโมเลกุล 2 อะตอม) กับออกซาโลอะซีเทต (oxaloacetate เป็ นกรดที่มี C อยูใ่ นโมเลกุล 4 อะตอม) และ H2O โดยอาศัย เอนไซม์ไอโซซิเทรตซินเธส (isocitrate synthase) ซึ่งเป็ นเรกูลาทอรี เอนไซม์ ได้ซิเทรต และโคเอ

108 พฤกษศาสตร์

(CoA) ซิเทรตมีหมู่คาร์บอกซิล-COOH อยูใ่ นโมเลกุล 3 หมู่ จึงอาจเรี ยกวัฏจักรนี้วา่ วัฏจักรไทร คาร์ บอกซีลิก (tricarboxylic) เมื่อออกซาโลอะซีเทตทำาปฏิกิริยากับอะเซ็ตทิลโคเอจะได้ซิทริ ล โคเอนไซม์เอ (citryl coA) ก่อน และสารนี้จึงถูกไฮโดรไลซ์ต่อไปเป็ นซิเทรตกับโคเอนไซม์เอ

ภาพที่ 6.20 ปฏิกิริยาที่ 1 ของวัฏจักรกรดซิทริ ก ที่มา : Campbell. 1999. p.520. ำ 1.2 ซิเทรตจะปลดปล่อยน้าออกมา 1 โมเลกุล พร้อมกับเปลี่ยนเป็ นซิส-อะโคนิเทต (cisำ aconitate) โดยอาศัยเอนไซม์อะโคนิเทส (aconitase) และต่อมาจะมีการเติมน้าในแบบที ่ทาำ ให้หมู่ ไฮดรอกซิลของซิเทรตถูกส่ งไปยังอะตอมของคาร์ บอนที่อยูต่ ิดกัน โดย ซิส-อะโคนิเทตเปลี่ยนต่อไป เป็ นไอโซซิเทรต โดยอาศัยเอนไซม์อะโคนิเทสเช่นเดียวกัน (การสร้างไอโซซิเทรตจะต้องผ่านสาร มัธยันต์ซิส-อะโคนิเทตก่อน โดยสารนี้จะจับที่บริ เวณเร่ งของเอนไซม์)

ภาพที่ 6.21 ปฏิกิริยาที่ 2 ของวัฏจักรกรดซิทริ ก ที่มา : Campbell. 1999. p.521.

1.3 ไอโซซิเตรตเปลี่ยนต่อไปเป็ นสารมัธยันต์ออกซาโลซักซิเนต (oxlosuccinate)โดยเอนไซม์ ไอโซซิเทรตดีไฮโดรจีเนส (isocitratedehydrogenase) พร้อมกับเกิดปฏิกิริยาการรี ดกั ชันของ NAD+ ไป เป็ น NADH ควบคู่ไปด้วย เมื่อออกซาโลซักซิเนตเอา CO2 ออกไปได้เป็ นแอลฟา-คีโทกลูทาเรต (α-

บทที่ 5 การหายใจ 109

ketoglutarate) ปฏิกิริยานี้ เป็ นขั้นตอนแรกที่มีการควบคู่กนั ระหว่างการ ออกซิเดชันกับการสร้าง NADH2 และเป็ นขั้นตอนแรกที่มีการปลดปล่อย CO2 ออกมา

ภาพที่ 6.22 ปฏิกิริยาที่ 3 ของวัฏจักรกรดซิทริ ก ที่มา : Campbell. 1999. p.522.

1.4 แอลฟา-คีโทกลูทาเรต เป็ นซักซินิลโคเอนไซม์เอ (succinyl Co A) โดยปฏิกิริยาออกซิ เดทีฟดีคาร์บอกซิเลชัน (oxidative decarboxylation) อาศัยเอนไซม์แอลฟา-คีโทกลูทาเรตดีไฮโดรจี เนส((α-ketoglutarate isocitrate dehydrogenase) และมี NAD+ เป็ นโคเอนไซม์ เมื่อสิ้ นสุ ดปฏิกิริยาจะ ได้ NADH เกิดขึ้น และเสี ย C ในรู ปของ CO2 จะได้ซกั ซินิลโคเอนไซม์เอ CO2 และ NADH

ภาพที่ 6.23 ปฏิกิริยาที่ 4 ของวัฏจักรกรดซิทริ ก ที่มา : Campbell. 1999. p.522.

1.5 ซักซินิลโคเอนไซม์เอจะถูกเปลี่ยนเป็ นซักซิเนต โดยเอนไซม์ซกั ซินิลโคเอซินธี เทส(succinyl-CoA synthetase) และมีสาร GDP (guanosine diphosphate) และ Pi เข้าร่ วมปฏิกิริยา เมื่อ สิ้ นสุ ดปฏิกิริยาจะได้ GTP เกิดขึ้นด้วย ปฏิกิริยานี้ เป็ นปฏิกิริยาการควบคู่พลังงานด้วย และ GTP ที่ได้สามารถให้หมู่ฟอสเฟตแก่ ADP

110 พฤกษศาสตร์

เป็ น ATP ได้โดยเอนไซม์นิวคลีโอไซด์บิสฟอสโฟคิเนส(nucleoside bisphosphokinase) ดังนี้

ภาพที่ 6.24 ปฏิกิริยาที่ 5 ของวัฏจักรกรดซิทริ ก ที่มา : Campbell. 1999. p.523.

1.6 ซักซิเนตจะถูกออกซิไดส์กลับไปเป็ นออกซาโลอะซีเทต เพื่อกลับเข้าสู่วฏั จักรใหม่โดย เอนไซม์ซกั ซิเนตดีไฮโดรจีเนส (succinate dehydrogenase) ได้ฟิวมาเรต (fumarate) พร้อมกับมีการ รี ดกั ชันของโคเอนไซม์ FAD ให้เป็ น FADH2 เอนไซม์ซกั ซิเนต ดีไฮโดรจีเนสเป็ นเฟลโว โปรตีน(flavoprotein-เอนไซม์ที่มีเฟลวินนิวคลีโอไทด์เป็ นหมู่ พรอสทีติก) และสามารถถูกยับยั้งได้ดว้ ย แมโลเนต (malonate) แบบคอมเพทิทีฟอินฮิบิชนั

ภาพที่ 6.25 ปฏิกิริยาที่ 6 ของวัฏจักรกรดซิทริ ก ที่มา : Campbell. 1999. p.525. ำ 1.7 ฟิ วมาเรตรวมตัวกับน้าโดยอาศั ยเอนไซม์ฟิวมาเรส (fumarase-มีอีกชื่อว่าฟิ วมาเรตไฮดรา เทส-fumarate hydratase) ได้แมเลต เอนไซม์ฟิวมาเรสมีความจำาเพาะเจาะจงต่อฟิ วมาเรตเท่านั้น ซึ่งเป็ นไอโซเมอร์ ทรานส์ (transisomer) จะไม่ทาำ ปฏิกยากับไอโซเมอร์แบบซิส (cis-isomer) ซึ่งมีชื่อว่าแมลีเอต (maleate) และเอนไซม์น้ ี ำ จะไม่ดึงน้าออกจาก ดี- แมเลตให้กลับมาเป็ นฟิ วมาเรตด้วย

บทที่ 5 การหายใจ 111

ภาพที่ 6.26 ปฏิกิริยาที่ 7 ของวัฏจักรกรดซิทริ ก ที่มา : Campbell. 1999. p.525.

1.8 แมเลตถูกออกซิไดส์ต่อไปเป็ นออกซาโลอะซีเทต โดยอาศัยเอนไซม์แมเลตดีไฮโดรจี เนส(malate dehydrogenase) และมี NAD+ เป็ นโคเอนไซม์ เมื่อสิ้ นสุ ดปฏิกิริยาจะได้ NADH2 และออก ซาโลอะซีเทตซึ่งพร้อมที่จะไปรวมตัวกับอะเซ็ตทิลโคเอ เพื่อเริ่ มปฏิกิริยาในวัฏจักรเครปส์ต่อไป

ภาพที่ 6.27 ปฏิกิริยาที่ 8 ของวัฏจักรกรดซิทริ ก ที่มา : Campbell. 1999. p.526. สรุ ปปฏิกริ ิยาในวัฏจักเครปส์ 2CH2CoSCoA + 6NAD+ + 2FAD +2GDP +2Pi +4H2O 6NADH +2FADH2 + 2GTP +4CO2+ 2CoASH+ 4H+

112 พฤกษศาสตร์

ตารางที่ 6.3 ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในวัฏจักรเครปส์โดยสรุ ป

2. สรุ ปลักษณะของวัฏจักรเครปส์ สรุ ปลักษณะของวัฏจักรเครปส์ มีลกั ษณะดังนี้ 2.1 เป็ นแหล่งสร้าง ATP ที่สาำ คัญของสิ่ งมีชีวิตที่ใช้ออกซิเจน เพราะจากการสลายอะเซ็ตทิล โคเอ 1 โมเลกุลในวัฏจักรเครปส์ จะได้ ATP ถึง 12 โมเลกุล ซึ่งเป็ นพลังงานจำานวนมาก (ได้ H พลังงานสูงมากที่สุดด้วย คือ 8H/ วัฏจักร หรื อ 2/3 ของ H ที่เกิดขึ้นทั้งหมดจากกลูโคส 1 โมเลกุล) จึง สามารถกล่าวได้วา่ วัฏจักรเครปส์เป็ นหัวใจของเมแทบอลิซึมของสิ่ งมีชีวิตที่ใช้ออกซิเจน เพราะเป็ น ขุมพลังงานที่ดีของเซลล์ 2.2 ปฏิกิริยาในวัฏจักรเครปส์สามารถเปลี่ยนอะเซ็ตทิลโคเอเป็ น CO2 ได้ ทั้งหมด ซึ่งจะได้ CO2 4 โมเลกุล/ 1 วัฏจักร 2.3 วัฏจักรนี้จะเกิดในภาวะที่มี O2 เป็ นโมเลกุลอิสระ 2.4 วัฏจักรนี้เกิดขึ้นที่เยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ย 2.5 วัฏจักรนี้มีการเปลี่ยนแปลงของสาร 2.6 สารมัธยันต์ที่เกิดขึ้นในวัฏจักรเครปส์จะใช้เป็ นสารต้นตอ (precursor)สำาหรับสร้างสา

บทที่ 5 การหายใจ 113

รอื่นๆได้อีกหลายชนิดที่สาำ คัญคือ -คีโทกลูทาเรต ซึ่งจะถูกนำาไปใช้สร้างกลูทาเมตที่มีประโยชน์ใน การสร้างกรดอะมิโนชนิดต่างๆ หรื อออกซาโลอะซีเทตจะถูกนำาไปสร้างแอสพาร์ เทต ซึ่งจะใช้สร้างกรด อะมิโนตัวอื่นๆ ต่อไป หรื อสร้างฟอสโฟอีนอลไพรู เวตเพื่อใช้สร้างกลูโคสต่อไป หรื อซักซินิลโคเอจะ นำาไปใช้สร้างฮีม ซิเทรตจะสามารถนำามาสลายในไซโทพลาสซึมได้อะเซ็ตทิลโคเอสำาหรับใช้สร้างกรดไขมันต่อ ไปได้ ปฏิกิริยาของไพรู เวตคาร์บอกซีเลส เรี ยกว่า ปฏิกิริยาอะนาพลีโรทิก (anaplerotic reaction) 2.7 วัฏจักรเครปส์จะถูกควบคุมโดยพลังงานกล่าวคือ วัฏจักรเครปส์จะทำางานเร็ วขึ้นเมื่อเซลล์ มีพลังงานสะสม (ATP) น้อยลง และชะลอการทำางานลงเมื่อมี ATP ภายในเซลล์ในปริ มาณที่มากเพียง พอดังนี้ 2.7.1 เมื่อมีATP มากพอจะมีการรวมตัวระหว่าง OAA กับอะเซ็ตทิลโคเอน้อยลง โดย ATP จะไปยับยั้งการทำางานของเอนไซม์ซิเทรตซินเทส ซึ่งเป็ นปฏิกิริยาแรกของวัฏจักรเครปส์ ทำาให้มีอะ เซ็ตทิลโคเอภายในเซลล์มากขึ้น ซึ่งจะสามารถนำาไปใช้สร้างสารอื่นๆได้เช่น กรดไขมัน และ โคเลส เทอรอล เป็ นต้น 2.7.2 เมื่อมี ATP น้อยไม่เพียงพอ (มีADP มาก) ADP จะกระตุน้ เอนไซม์ไอโซซิเตรตดีไฮ โดรจีเนส ทำาให้วฏั จักรดำาเนินไปได้มากขึ้น 2.7.3 NADH ที่ได้ในวัฏจักรเครปส์จะยับยั้งการทำางานของ-คีโทกลูทาเรต ดีไฮโดรจี เนสคอมเพลกซ์ ทำาให้มีการสร้าง NADH น้อยลง ขณะเดียวกันเอนไซม์น้ ี จะถูกยับยั้งได้ดว้ ยซักซินิลโค เอที่เป็ นผลของปฏิกิริยา กระบวนการถ่ ายทอดอิเล็กตรอน หมายถึงกระบวนการออกซิเดชัน NADH+H+และ FADH2 ซึ่งรับอิเล็กตรอนมาจากปฏิกิริยาใน วัฏจักรเครปส์เพื่อมาถ่ายทอดอิเล็กตรอนให้กบั O2 โดยถ่ายทอดผ่านสารต่างๆหลายชนิดได้แก่ NADH+, FADH+ และไซโทโครม ชนิดต่างๆที่เยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ย (หรื อที่เยือ่ หุ ม้ เซลล์ของโพรคาริ ำ งนั้นสารเหล่านี้จะอยูใ่ นรู ปที่ถูกออกซิไดส์และรี ดิวซ์ได้ตลอด โอต) ทั้งนี้เพื่อรี ดิวซ์ออกซิเจนให้เป็ นน้าดั เวลา) การถ่ายทอดอิเล็กตรอนโดยผ่านสารต่างๆเหล่านี้ คือกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

114 พฤกษศาสตร์

ภาพที่ 6.28 ลักษณะและส่วนประกอบในไมโทคอนเดรี ย ที่มา : Mitochondria. 2007.

บทที่ 5 การหายใจ 115

ภาพที่ 6.29 ลำาดับการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนในกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน ที่มา : Campbell. 1999. p.545.

O2 เป็ นตัวรับอิเล็กตรอนและ H+ ตัวสุ ดท้าย เป็ นตัวรับอิเล็กตรอนที่สาำ คัญ เพราะถ้าไม่มี O2 กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนนี้ กจ็ ะไม่เกิดขึ้น 2 H+ + 2 e- +1/2O2 H2O และถ้า O2 รับอิเล็กตรอนไม่ครบ 4 ตัวจะไม่ได้ H2O เกิดขึ้น แสดงว่าการรี ดิวซ์น้ ี ไม่สมบูรณ์ เช่น ถ้า O2 รับอิเล็กตรอนมา 2 ตัว จะได้ H2O2 หรื อรับมาเพียง 1 ตัว จะได้ O2- (superoxide radicle) ซึ่ง สารทั้ง 2 ตัวนี้เป็ นพิษต่อเซลล์ เพราะสามารถเข้ารวมตัวกับกรดไขมันไม่อิ่มตัวที่องค์ประกอบของเยือ่ หุ ม้ เซลล์ ทำาให้โครงสร้างของเซลล์ถูกทำาลาย เซลล์ตาย แต่ภายในเซลล์จะมีกลไกป้ องกันโดยมี เอนไซม์ซูเปอร์ออกซิไดส์ไดมิวเทส (superoxide dimutase) และแคแทเลส (catalase)ดังนี้ ซูเปอร์ออกซิไดส์ไดมิวเทส 2 O2 - + 2 H + H2O2 + O2 แคแทเลส 2 H2O2 2 H2O + O2

116 พฤกษศาสตร์

ภาพที่ 6.30 กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน ที่มา : Campbell. 1999. p. 547.

1. ขั้นตอนการถ่ ายทอดอิเล็กตรอน การถ่ายทอดอิเล็กตรอนในลูกโซ่ขนส่ งอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรี ยต้องใช้เอนไซม์ดีไฮโดรจี เนสชนิดต่างๆ โดยเอนไซม์ดีไฮโดรจีเนสเหล่านี้ จะใช้ไพริ ดีนนิวคลีโอไทด์ (NAD+ หรื อ NADP+) หรื อ เฟลวินนิวคลีโอไทด์ (FMN หรื อ FAD) เป็ นตัวรับอิเล็กตรอนจาก ซับสเตรต 1.1 ตัวขนส่งอิเล็กตรอนชนิดต่างๆในลูกโซ่ขนส่ งอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรี ย มีการจัดเรี ยง ตัวในรู ปคอมเพล็กซ์ 4 ชนิด และมียบู ิควิโนน กับไซโทโครมซีเป็ นตัวขนส่ งอิเล็กตรอนระหว่าง คอมเพล็กซ์ คอมเพล็กซ์เหล่านี้ เรี ยงตัวอยูท่ ี่เยือ่ ชั้นในของ ไมโทคอนเดรี ยทำาหน้าที่ขนส่ งอิเล็กตรอน จาก NADH และ FADH2 ไปยังออกซิเจนคอมเพล็กซ์ต่างๆมีดงั นี้

ภาพที่ 6.31 โคเอนไซม์ Q ในรู ปออกซิไดส์ และรี ดิวซ์ ที่มา : Campbell. 1999. p.550.

บทที่ 5 การหายใจ 117

1.1.1 คอมเพล็กซ์ I เรี ยก NADH-ยูบิควิโนนออกซิโดรี ดกั เทส (NADH-ubiquinone oxidoreductase) หรื อ NADH ดีไฮโดรจีเนส คอมเพล็กซ์ ประกอบด้วย FMN และ Fe-S โปรตีน ทำา หน้าที่เคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจาก NADH ไปยังยูบิควิโนน (หรื อเรี ยกว่า ไซโทโครมคิว (Q) เป็ นตัว ขนส่ งอิเล็กตรอนที่ไม่ใช่กลุ่มโพรสทีธิกของโปรตีน) เป็ นสารประกอบเชิงซ้อนขนาดใหญ่ประกอบด้วย โปรตีน 42 หน่วย แทรกตัวอยูท่ ี่เยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ย 1.1.1.1 อิเล็กตรอน 1 คู่ จาก NADH เข้าลูกโซ่ขนส่ งอิเล็กตรอนที่ คอมเพล็กซ์ I และถ่ายทอดอิเล็กตรอนให้กบั FMN เกิดเป็ น FMNH2 ดังนี้ NADH + H+ + FMN NAD+ + FMNH2 1.1.1.2 อิเล็กตรอนจาก FMNH2 เคลื่อนย้ายต่อไปยัง Fe-S โปรตีน และยูบิควิโนน ตามลำาดับ พร้อมกับสร้างสารพลังงานสูง (ATP) ขณะที่คอมเพล็กซ์ I เร่ งปฏิกิริยาการขนส่ งอิเล็กตรอนจาก NADH ไปยังยูบิควิโนน จะทำาหน้าที่ เสมือนเป็ นปั๊ มสำาหรับปั๊ มโปรตอนออกจากแมทริ กซ์เข้าสู่ช่องว่างระหว่างเยือ่ พร้อมไปด้วยโดยใช้ พลังงานที่ได้จากปฏิกิริยาลูกโซ่ขนส่งอิเล็กตรอน ซึ่งจะมีการปั๊ ม 4H+ ต่ออิเล็กตรอน 1 คู่ คอมเพล็กซ์น้ ี อาจถูกยับยั้งโดยสารโรทีโนน (rotenone) เพียริ ซิดิน (piericidin) ซึ่งจะยับยั้งการขนส่ งอิเล็กตรอนจาก Fe-S ไปยังยูบิควิโนน (UQ) ได้ UQH2 ที่ได้จากคอมเพล็กซ์ I จะเคลื่อนที่ไปยังคอมเพล็กซ์ III ซึ่งจะถูก ออกซิไดส์กลับเป็ น UQ เพื่อกลับไปรับอิเล็กตรอนที่คอมเพล็กซ์ I ไหม่อีกครั้ง 1.1.2 คอมเพล็กซ์ II เรี ยกว่า ซักซิเนต-ยูบิควิโนน ออกซิโดรี ดกั เทส (succinate-ubiquinone oxidoreductase) หรื อซักซิเนตดีไฮโดรจีเนส (succinate dehydrogenase) ซึ่งเป็ นเอนไซม์ชนิดเดียวกับ เอนไซม์ที่อยูใ่ นวัฏจักรกรดซิทริ ก โดยจับอยูท่ ี่เยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ย ประกอบด้วย FAD และ Fe-S โปรตีนมีการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนดังนี้ 1.1.2.1 FAD ทำาหน้าที่รับอิเล็กตรอนจากซับสเตรตซึ่งได้แก่ซกั ซิเนต โดยมีเอนไซม์ ซักซิเนตดีไฮโดรจีเนส เกิดเป็ น FADH2 ซักซิเนต + FAD ฟิ วมาเรต + FADH2 1.1.2.2 FADH2 จะไปรี ดิวซ์ยบู ิควิโนนต่อได้ UQH2 และ FAD ซึ่งจะกลับไปทำา หน้าที่รับอิเล็กตรอนใหม่จากซักซิเนต FADH2 + UQ FAD + UQH2 คอมเพล็กซ์ II อาจถูกยับยั้งโดยสารยับยั้งพวกแมโลเนต(malonate) และธี นอลไตรฟลูออโร แอซีโตน (thenoyltrifluoroacetone) โดยแมโลเนตจะยับยั้งการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจากซักซิเนตไปยัง FAD ส่ วนธีนอลไตรฟลูออโรแอซีโตนจะยับยั้งการการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจาก Fe-S ไปยังยูบิควิโนน

118 พฤกษศาสตร์

1.1.3 คอมเพล็กซ์ III มีชื่อเรี ยกว่า ยูบิควิโนน-ไซโทโครมซี ออกซิโด รี ดกั เทส(ubiquinone-cytochrome c oxidoreductase) ประกอบด้วยไซโทโครมบี 562 ไซโทโครมบี 566 FeS โปรตีน และไซโทโครมซี 1 และโปรตีนอีกหลายชนิด ทำาหน้าที่เคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจากยูบิควิโนน ไปยังไซโทโครมซี (ส่งอิเล็กตรอนได้ครั้งละ 1 ตัวเท่านั้น) กับปฏิกิริยาการขนส่ งโปรตอนจำานวน 4H+ ต่ออิเล็กตรอน 1 คู่ ออกสู่ช่องว่างระหว่างเยือ่ (ได้ H+ จาก UQH2 และแมทริ กซ์อย่างละ 2 ตัว) พร้อมกับ มีการสร้าง ATP ดังนี้ 1.1.3.1 ยูบิควิโนนสภาพรี ดิวซ์ (UQH2) ส่ งอิเล็กตรอน 1 ตัวให้กบั Fe-S 1.1.3.2 Fe-S สภาพรี ดิวซ์ ส่ งอิเล็กตรอนต่อไปยังไซโทโครมซี 1 และไซโทโครมซี ตามลำาดับ 1.1.3.3 ยูบิควิโนนสภาพรี ดิวซ์ส่งอิเล็กตรอนที่เหลืออีก 1 ตัวให้กบั ไซโทโครมบี 562 และ ไซโทโครมบี 566 ตามลำาดับ และยูบิควิโนนเปลี่ยนเป็ น UQH คอมเพล็กซ์ III อาจถูกยับยั้งโดยยาปฏิชีวนะแอนติมยั ซินเอ (antimycin A) จะยับยั้งการเคลื่อน ย้ายอิเล็กตรอนจากยูบิควิโนนไปยังไซโทโครมซี 1 1.1.4 คอมเพล็กซ์ IV มีชื่อเรี ยกว่า ไซโทโครมซีออกซิเดส (cytochrome c oxidase) เป็ น เอนไซม์คอมเพล็กซ์ที่สาำ คัญของเยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ยมีขนาดใหญ่ประกอบด้วย 13 หน่วยย่อย ประกอบด้วยไซโทโครมเอ (cytochrome a) และไซโทโครมเอ 3 (cytochrome a 3) ซึ่งไซโทโครม 2 ชนิดนี้ในธรรมชาติจะอยูร่ วมกันในรู ปไซโทโครมออกซิเดส (cytochrome oxidase) ไม่สามารถแยกออก จากกันได้ จะทำาหน้าที่เร่ งปฏิกิริยาการส่งอิเล็กตรอนจากไซโทโครมไปยังออกซิเจนและออกซิเจนที่ หลุดเป็ นอิสระจะรวมกับออกซิเจนจากลมหายใจเข้าและรวมกับโปรตอนเกิดเป็ นน้าำ O2 1 โมเลกุลสามารถรับอิเล็กตรอนได้ครั้งละ 4 ตัว แต่ไซโทโครมสามารถรับส่ งอิเล็กตรอนได้ ครั้งละ 1 ตัวเท่านั้น ดังนั้นจึงต้องใช้ไซโทโครม 4 โมเลกุลในการถ่ายทอดอีเล็กตรอนให้กบั O2 1 โมเลกุล 2. ออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชัน (oxidative phosphorelation) การสร้าง ATP ในขณะที่มีการ ถ่ายทอดอิเล็กตรอนจาก NADH ไปยัง O2 ซึ่งเป็ นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุ ดท้ายนั้นจะมีการปลดปล่อย พลังงานอิสระออกมา พลังงานที่ได้น้ ี จะถูกนำาไปใช้สร้าง ATP เรี ยกการสร้าง ATP แบบนี้วา่ ออกซิเดที ฟ ฟอสโฟรี เลชัน ซึ่งกลไกในการสร้างนี้ พีเทอร์ มิตเชลล์ (Peter Mitchell ค.ศ 1990-1992)ได้เสนอ ทฤษฎีเคมิออสโมติก (chemiosmotic theory)ไว้วา่ การสังเคราะห์ ATP ในลูกโซ่ขนส่ งอิเล็กตรอนที่ ไมโทคอนเดรี ย เกิดจากความแตกต่างของโปรตอนที่อยูร่ ะหว่างสองด้านของเยือ่ ของไมโทคอนเดรี ย กล่าวคือขณะที่มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปตามลูกโซ่ขนส่ งอิเล็กตรอน พร้อมกับมีการปั๊ ม ำ าไปยังเยือ่ ชั้นในด้านไซโทพลาซึมซึ่งมี โปรตอนข้ามเยือ่ ชั้นในจากด้านแมทริ กซ์ซ่ ึงมีความเข้มข้นต่ากว่ ำ าโดย ความเข้มข้นสูงกว่า และมีการไหลของโปรตอนกลับมายังด้านแมทริ กซ์ซ่ ึงมีความเข้มข้นต่ ากว่

บทที่ 5 การหายใจ 119

ผ่านทางช่องโปรตีนจำาเพาะของเอนไซม์ ATP ซินเทสเท่านั้น และขณะที่โปรตอนไหลผ่านช่องจำาเพาะ กลับเข้าแมทริ กซ์จะมีพลังงานอิสระที่ถูกปล่อยออกมาซึ่ งจะไปผลักดันให้เกิดการสังเคราะห์ ATP จาก ADP และ Pi ซึ่งเกิดขึ้นในคอมเพล็กซ์ V (คล้ายกับปฏิกิริยาโฟโตฟอสโฟรี เลชันที่เกิดขึ้นที่เยือ่ ไทลาคอยด์ของคลอโรพลาสต์) ทำาให้เกิดการถ่ายโอนพลังงานโดยเกิดอยู่ 3 บริ เวณ (Xrefer, 2000, Lodish, H., et al., 2000) ดังนี้ 2.1 ปฏิกิริยาการถ่ายทอดอิเล็กตรอนที่คอมเพล็กซ์ I (4H+) 2.2 ปฏิกิริยาการถ่ายทอดอิเล็กตรอนคอมเพล็กซ์ III (4H+) 2.3 ปฏิกิริยาการถ่ายทอดอิเล็กตรอนที่คอมเพล็กซ์ IV (2H+) NADH ที่เข้ากระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน 1 โมเลกุลจะมีการขนส่ งอิเล็กตรอน 1 คู่ พร้อม กับมีการปั๊ มโปรตอนออกนอกแมทริ กซ์ 10 H+ ขณะเดียวกันก็มีการไหลของโปรตอนกลับเข้าแมทริ กซ์ 4 H+ และทำาให้เกิดการสังเคราะห์ ATP 1 โมเลกุล ดังนั้น อัตราส่ วน P/O (หมายถึง จำานวนโมลของ ฟอสเฟต ที่ถูกนำาไปใช้สงั เคราะห์ ATP จาก ADP ต่ออะตอมของออกซิเจนที่ถูกใช้ไป ซึ่งก็คือจำานวน โมลของ ATP ที่ถูกสังเคราะห์ข้ ึนจากการขนส่ งอิเล็กตรอน 1 คู่ ไปยังออกซิเจน 1 อะตอม) เมื่อ NADH เป็ นตัวให้อิเล็กตรอนจึงมีค่าเท่ากับ 10/4 เท่ากับ 2.5 โมเลกุล แต่ FADH2 1 โมเลกุลจะมีการขนส่ ง อิเล็กตรอน 1 คู่ พร้อมกับมีการปั๊ มโปรตอนออกนอกแมทริ กซ์ 6 H+ และมีการไหลของโปรตอนกลับ เข้าแมทริ กซ์ 4 H+ จึงได้ ATP 1.5 โมเลกุล (P/O =6/4)

ภาพที่ 6.32 การไหลของอิเล็กตรอนจากคอมเพล็กซ์ I ไปยังคอมเพล็กซ์ III และคอมเพล็กซ์ IV ที่มา : Campbell. 1999. p.549.

120 พฤกษศาสตร์

ภาพที่ 6.33 การไหลของโปรตอนที่เกิดจากความแตกต่างของโปรตอน ที่อยูร่ ะหว่างสองด้านของเยือ่ ของไมโทคอนเดรี ย ที่มา : Campbell. 1999. p.557.

ภาพที่ 6.34 การไหลของโปรตอนกลับเข้าแมทริ กซ์ และการสังเคราะห์ ATP ที่มา : Campbell. 1999. p.560.

บทที่ 5 การหายใจ 121

3. ลักษณะจำาเพาะของลูกโซ่ ขนส่ งอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรีย ลูกโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรี ยมีลกั ษณะดังนี้ 3.1 พบที่เยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ย 3.2 NADH และ FADH2 ในไมโทคอนเดรี ยเป็ นตัวให้อิเล็กตรอนและมีออกซิเจนเป็ นตัวรับ อิเล็กตรอนตัวสุดท้าย ดังนั้นจึงเรี ยกว่าลูกโซ่การหายใจ (respiratory chain) ซึ่งกระบวนการนี้ จะเกิดใน สภาพที่มี O2 อิสระเท่านั้น(aerobic condition) 3.3 NADH ในไมโทคอนเดรี ยจะให้พลังงาน PMF สร้าง ATP โดยเอนไซม์ ATPase ใน กระบวนการออกซิเดทีฟฟอสโฟรี เลชัน 3 บริ เวณ (2.5ATP : 1NADH และ 1.5ATP : 1 FADH2) 3.4 มียาและสารพิษหลายชนิดที่สามารถยับยั้งการขนส่ งอิเล็กตรอนในไมโทคอนเดรี ยได้ตาม จุดต่างๆทำาให้ไม่มีการสร้าง ATP เช่น 3.4.1 โรทีโนน (rotenone) เป็ นสารที่ได้จากพืชจะยับยั้งการส่ งอิเล็กตรอนจาก NADH ดีไฮ โดรจีเนสไปยังโคเอนไซม์คิว 3.4.2 แอนติมยั ซิน-เอ (antimycin-a) เป็ นยาปฏิชีวนะที่ได้จากเสตรปโทมัยซิส จะยับยั้งการ ส่ งอิเล็กตรอนจากไซโทโครมบีไปยังไซโทโครม ซี 3.4.3 โซเดียมอะไมทัล (sodium amytal) จะยับยั้งการส่ งอิเล็กตรอนจาก NADH ไปยัง FAD+ 3.4.4 คาร์บอนมอนอกไซด์ และไซยาไนด์ (cyanide) ซึ่งเป็ นสารพิษที่รุนแรง จะยับยั้งการ ส่ งอิเล็กตรอนจากไซโทโครมเอ เอ 3 ไปยัง O2 3.5 มีสารที่เรี ยกว่าตัวแยกการควบคู่ (uncoupling agent) ที่สามารถทำาให้เยือ่ ชั้นในของไมโท คอนเดรี ยยอมปล่อยให้โปรตอนผ่านเข้าไปได้สะดวก ทำาให้ PMF ถูกทำาลายไปจึงไม่สามารถสร้าง ATP ได้ เช่น 2,4-ไดไนโตรฟิ นอล คาร์บอนิลไซยาไนด์-พี-ไตรฟลูออโรเมทอกซีฟีนิลไฮดราโซน (2,4dinitrophenol, carbonylcyanide-p-trifluoromethoxyphenylhydrazone) แต่การเคลื่อนย้ายยังคงเกิดขึ้น และปล่อยพลังงานอิสระออกมาในรู ปของความร้อน ซึ่งไม่สามารถนำาไปใช้งานได้ 3.6 ยาปฏิชีวนะบางชนิดสามารถยับยั้งการสร้าง ATP ได้โดยยับยั้งปฏิกิริยาของเอนไซม์ ATPase เช่น โอลิโกมัยซิน (oligomycin), รู ทามัยซิน (rutamycin) เป็ นต้น 3.7 NADH ในไซโทพลาซึมสามารถผ่านเยือ่ ชั้นนอกของไมโทคอนเดรี ยมาได้ แต่ไม่ สามารถผ่านเยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ยได้โดยตรง ในเซลล์สตั ว์ตอ้ งใช้ระบบลำาเลียง (shuttle system)สำาหรับส่งอิเล็กตรอนเข้าไปภายในไมโทคอนเดรี ย แต่ในพืชชั้นสูงจะมี NADH ดีไฮโดรจีเนสอ ยูท่ ี่ผิวด้านนอกของเยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ยด้วย ซึ่งเซลล์สตั ว์จะมีอยูท่ ี่ผิวด้านในของเยือ่ ชั้นในของ ไมโทคอนเดรี ยเท่านั้น เอนไซม์น้ ีเรี ยกว่า เอกซ์เทอร์ นอล NADH ดีไฮโดรจีเนส (external NADH dehydrogenase) จะทำาหน้าที่เร่ งการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจาก NADH ที่อยูใ่ นช่องว่างระหว่างเยือ่ ของ

122 พฤกษศาสตร์

ไมโทคอนเดรี ยไปยังยูบิควิโนน(UQ) จึงไม่ตอ้ งใช้ระบบลำาเลียงสำาหรับส่ งอิเล็กตรอนจาก NADH เข้า ไปในไมโทคอนเดรี ย ดังนั้นในเซลล์พืชเมื่อมีการสลายกลูโคส 1 โมเลกุลจนกระทัง่ ได้ CO2, H2O และพลังงานอย่าง สมบูรณ์น้ นั จะได้พลังงาน (ATP) ทั้งหมด 30 โมเลกุล ตารางที่ 6.4 จำานวน ATP ทีใช้ไปและที่เกิดขึ้นทั้งหมดในกระบวนการหายใจที่สมบูรณ์ ลำาดับของปฎิกริยา

จำานวน ATP/ กลูโคส

1.กระบวนการไกลคอไลซิ ส(ในไซโทพลาซึ ม) 1.1 กลูโคสกลูโคส 6-ฟอสเฟต 1.2 ฟรุ กโทส 6-ฟอสเฟตฟรุ กโทส 1,6-บิสฟอสเฟต 1.3 2(กลีเซอรัลดีไฮด์ 3 ฟอสเฟต 2(1,3 บิสฟอสโฟกลีเซอเรต) ได้ NADH 2 โมเลกุล 1.4 2(1,3 บิสฟอสโฟกลีเซอเรต) →2(3-ฟอสโฟกลีเซอเรต) 1.5 2(ฟอสโฟอีนอลไพรู เวต) →2(ไพรู เวต) 2.ปฏิกิริยาการเปลี่ยนไพรู เวตเป็ นอะเซ็ตทิลโค เอ (ในแมทริ กซ์ของไมโทคอนเดรี ย) ได้ NADH 2 โมเลกุล 3.วัฏจักรเครปส์(ในแมทริ กซ์ของไมโทคอนเดรี ย) 3.1 2(ไอโซซิ เทรต) →2(α-คีโทกลูทาเรต) ได้ NADH 2 โมเลกุล 3.2 2(α-คีโทกลูทาเรต) →2(ซักซิ นิลโค เอ) ได้ NADH 2 โมเลกุล 3.3 2(ซักซิ นิลโค เอ) →2(ซักซิเนต) ได้ GTP 2 โมเลกุล 3.4 2(ซักซิ เนต) →2(ฟิ วมาเรต) ได้ FADH2 2 โมเลกุล 3.5 2(แมเลต) →2(ออกซาโลอะซี เทต) ได้ NADH 2 โมเลกุล 4.กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน(เยือ่ ชั้นในของไมโทคอนเดรี ย) 4.1NADH 2 โมเลกุลจากไกลโคลิซิสได้ 1.5 ATP/NADH (โดยใช้เอนไซม์เอกซ์เทอนอล NADH ดีไฮโดรจีเนส) 4.2NADH 2 โมเลกุลจากปฏิกิริยาการเปลี่ยนไพรู เวตเป็ นอะเซ็ตทิลโค เอ NADH 6 โมเลกุลจากวัฏจักรเครปส์ ได้ 2.5 ATP/NADH (โดยใช้เอนไซม์อินเทอนอล NADH ดีไฮโดรจีเนส) 4.3FADH2 2 โมเลกุลจากวัฏจักรเครปส์ได้ 1.5 ATP/NADH (โดยใช้เอนไซม์ซกั ซิเนต ดีไฮโดรจีเนส) ผลรวมของ ATP/กลูโคส 1 โมเลกุล

ที่มา : ปรับปรุ งจาก Stryer, 1981, p. 325, Goodwin and Mercer, 1983, p. 212 และ Campbell, 1999 p. 568

-1 -1

+2 +2

+2

+3 +5 +15

+3 30

บทที่ 5 การหายใจ 123

วิถีเพนโทสฟอสเฟต (Pentosephosphate pathway) วิถีเพนโทสฟอสเฟตหรื อกระบวนการเฮกโซสโมโนฟอสเฟตชันต์ (hexose monophosphate shunt) เป็ นอีกกระบวนการหนึ่งที่เซลล์ใช้ในการสลายกลูโคสโดยไม่ผา่ นกระบวนการไกลโคลิซิส กระบวนการนี้เกิดในไซโทพลาสซึม แต่เป็ นกระบวนการที่เกิดขึ้นมากน้อยแตกต่างกันออกไปในเซลล์ และเนื้อเยือ่ ที่แตกต่างกัน เช่น ในพืชเกิดขึ้นเพียง 0.30% เท่านั้น ทั้งนี้ข้ ึนกับ ชนิดของพืช และเนื้อเยือ่ พืช โดยเนื้อเยือ่ ที่อ่อนเช่น บริ เวณปลายยอด ปลายราก ต้นอ่อนในเมล็ด จะใช้กระบวนการไกลโคลิซิส ขณะที่เนื้อเยือ่ ที่อายุมากจะใช้ท้ งั 2 กระบวนการ และในเนื้อเยือ่ สัตว์พบว่าเนื้ อเยือ่ กล้ามเนื้อ และเนื้อเยือ่ สมองจะใช้เฉพาะไกลโคลิซิส แต่เนื้อเยือ่ ที่มีการสังเคราะห์ไขมัน ได้แก่ เนื้อเยือ่ ตับ (~30% ออกซิไดส์ ำ เนื้อเยือ่ ไขมัน และ เปลือกต่อมหมวกไต เพราะผลผลิตที่ กลูโคสโดยวิถีเพนโทสฟอสเฟต) ต่อมน้านม สำาคัญของวิถีเพนโทสฟอสเฟตคือ NADPH ซึ่งเป็ นสารให้อิเล็กตรอนในกระบวนการสังเคราะห์กรดไข มันและสเตอรอยด์ กระบวนการนี้จึงเป็ นกระบวนการที่ทาำ หน้าที่สงั เคราะห์มากกว่าการสลาย

124 พฤกษศาสตร์

ภาพที่ 6.35 ปฏิกิริยาการสลายกลูโคสในวิถีเพนโทสฟอสเฟต โดยมีเอนไซม์ในแต่ละปฏิกิริยาดังนี้ 1. กลูโคล-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส 2. แลกโทเนส 3. 6-ฟอสโฟกลูโคเนตดีไฮโดรจีเนส 4. ฟอสโฟเพนโทส-3-ไอโซเมอเรส 5. ฟอสโฟเพนโทสไอโซเมอเรส 6. ฟอสโฟเฮกโซสไอโซเมอเรส 7. ฟอสโฟเฮกโซสไอโซเมอเรส 8. แทรนส์คีโทเลส 9. แทรนส์คีโทเลส 10. แทรนส์อลั โดเลส 11. แทรนส์อลั โดเลส 12 . แทรนส์คีโทเลส 13. แทรนส์คีโทเลส ที่มา : Richard. 2007.

บทที่ 5 การหายใจ 125

1. ขั้นตอนของปฏิกริ ิยาในวิถเี พนโทสฟอสเฟต วิถีเพนโทสฟอสเฟตประกอบด้วยปฏิกิริยาต่างๆแบ่งได้ 2 ขั้นตอน ดังนี้ 1.1 วิถีออกซิเดทีฟเพนโทสฟอสเฟต (oxidative pentose phosphate pathway) เป็ นขั้นตอน ของการออกซิไดซ์กลูโคส 6-ฟอสเฟตเป็ นไรบูโลส 5-ฟอสเฟต และจะได้ NADPH 2 โมเลกุลต่อ กลูโคส 1 โมเลกุล ขั้นตอนนี้ประกอบด้วยปฏิกิริยาต่างๆ 3 ปฏิกิริยาดังนี้ 1.1.1 ปฏิกิริยาแรกเป็ นการออกซิไดส์กลูโคส-6 ฟอสเฟต โดยเอนไซม์กลูโคส-6-ฟอสเฟต ดีไฮโดรจีเนส(glucose-6-phosphate dehydrogenase) และมี NADP+ เป็ นโคเอนไซม์ ได้ 6-ฟอสโฟ กลูโคโนแลกโทน(6-phosphogluconolactone) ำ 1.1.2 ปฏิกิริยาการแยกสลาย 6-ฟอสโฟกลูโคโนแลกโทนด้วยน้าโดยเอนไซม์ แลกโท เนส(lactonase) ได้ 6-ฟอสโฟกลูโคเนต (6-phosphogluconate) 1.1.3 ปฏิกิริยาออกซิเดทีฟดีคาร์ บอกซิเลชันต่อ โดยเอนไซม์6-ฟอสโฟกลูโคเนตดีไฮโดรจี เนส (6-phosphogluconate dehydrogenase) ได้นาตาลไรบู ้ำ โลส-5-ฟอสเฟต (ribulose 5-phosphate) ขั้นตอนที่หนึ่งนี้ เมื่อใช้กลูโคส 6-ฟอสเฟต 6 โมเลกุลจะได้ NADPH 12 โมเลกุล (กลูโคส 1 ำ โมเลกุลจะได้ NADH 2 โมเลกุล น้าตาลเพนโทสฟอสเฟต และ CO2 อย่างละ 1 โมเลกุล) และไรบูโลส 5-ฟอสเฟต กับ CO2 อย่างละ 6 โมเลกุล ดังสมการ 6glucose 6-phosphate + 12NADP+ +6H2O → 6ribulose 5-phosphate + 6CO2 +12NADPH+12H+

126 พฤกษศาสตร์

ภาพที่ 6.36 ปฏิกิริยาในขั้นตอนออกซิเดทีฟเพนโทสฟอสเฟต ที่มา : พัชรา วีระกะลัส. 2544. หน้า 175.

1.2 วิถีนนั ออกซิเดทีฟเพนโทสฟอสเฟต (nonoxidative pentose phosphate pathway) เป็ น ขั้นตอนของการการสร้างไรโบส 5-ฟอสเฟตโดยการเปลี่ยนไรบูโลส 5-ฟอสเฟต(R5P)เป็ นเพนโทส รู ปอื่นๆ เช่น ไรโบส 5-ฟอสเฟต และไซลูโลส 5-ฟอสเฟต เป็ นต้น ด้วยเอนไซม์ฟอสโฟเพนโทส อิพิเมอเรส (phosphopentose epimerase) แทรนสคีโทเลส (transketolase) และ แทรนสอัลโดเลส (transaldolase) 1.2.1 ไรบูโลส 5-ฟอสเฟตบางส่ วนเปลี่ยนเป็ นไรโบส 5-ฟอสเฟตโดยเอนไซม์ฟอสโฟ เพนโทสไอโซเมอเรส (phosphopentose isomerase) ปฏิกิริยานี้ จะเกิดเกิดเป็ นสารมัธยันต์อีนไดออล (enediol) แต่เซลล์มีความต้องการใช้ไรโบส 5-ฟอสเฟตไม่มากนัก ดังนั้นเซลล์จึงเปลี่ยนไรโบส 5ฟอสเฟตที่มีจาำ นวนมากๆนี้ ให้กลับเป็ นเฮกโซสฟอสเฟตเพื่อที่จะนำากลับมาใช้ ในเมแทบอลิซึมของ เซลล์ใหม่ได้ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นถึงขณะนี้ถือว่าวิถีเพนโทสฟอสเฟตได้เสร็ จสิ้ นแล้ว (ได้ NADPH และไรโบส 5-ฟอสเฟต)

บทที่ 5 การหายใจ 127

1.2.2 ไรบูโลส 5-ฟอสเฟตส่ วนหนึ่งเปลี่ยนเป็ นไซลูโลส-5-ฟอสเฟต โดยเอนไซม์ฟอสโฟ เพนโทสอิพิเมอเรส 1.2.3 ไซลูโลส-5-ฟอสเฟตจะรวมตัวกับไรโบส 5-ฟอสเฟตโดยเอนไซม์แทรนสคีโทเลส ซึ่งจะมีการส่งส่วนที่มีคาร์บอนสองอะตอมจากไซลูโลส-5-ฟอสเฟตไปให้ไรโบส 5-ฟอสเฟตได้นาตาล ้ำ ที่มีคาร์ บอนเจ็ดอะตอม ได้แก่ ซีโดเฮปทูโลส-7 ฟอสเฟต และ ไตรโอสฟอสเฟตได้แก่กลีเซอรัลดีไอด์3-ฟอสเฟต 1.2.4 สารที่ได้จากข้อ (3) จะมีเอนไซม์แทรนสอัลโดเลสส่ งส่ วนที่เป็ น ไดไฮ ดรอกซี แอซีโตนที่มีคาร์บอนสามอะตอมจากซีโดเฮปทูโลส-7 ฟอสเฟต ไปให้กลีเซอรัลดีไฮด์-3-ฟอสเฟต (C3) ได้เป็ นอิริโธรส-4-ฟอสเฟต (C4) กับฟรุ กโทส-6-ฟอสเฟต (C6) 1.2.5 ปฏิกิริยาสุดท้ายเป็ นการรวมตัวระหว่างไซลูโลส-5- ฟอสเฟตกับอิริโธรส-4ฟอสเฟต โดยเอนไซม์แทรนสคีโทเลส เกิดการส่ งส่ วนที่เป็ นไกลคอลอัลดีไฮด์จากไซลูโลส-5-ฟอสเฟต ไปให้กบั อิริโธรส-4-ฟอสเฟตได้เป็ นกลีเซอรัลดีไฮด์-3-ฟอสเฟตกับฟรุ กโทส-6-ฟอสเฟต

ภาพที่ 6.37 การเปลี่ยนเพนโทสฟอสเฟตกลับไปเป็ นเฮกโซสฟอสเฟต ในขั้นตอนนันออกซิเดทีฟเพนโทสฟอสเฟต ที่มา : พัชรา วีระกะลัส. 2544. หน้า 178.

128 พฤกษศาสตร์

2. สรุ ปวิถเี พนโทสฟอสเฟต สรุ ปการเกิดวิถีเพนโทสฟอสเฟตนี้ ได้วา่ เมื่อเริ่ มต้นจากกลูโคส-6-ฟอสเฟต 3 โมเลกุล จะได้นา้ ำ ตาลเพนโทสฟอสเฟต 3 โมเลกุลในขั้นตอนออกซิเดทีฟเพนโทสฟอสเฟต และในขั้นตอนที่สอง มีการ ใช้นาตาลเพนโทสฟอสเฟต ้ำ ซึ่งได้แก่ ไรบูโลส 5-ฟอสเฟต ไปสามโมเลกุล โดยใช้ในปฏิกิริยาแรกคือ ปฏิกิริยาแทรนสคีโทเลส สองโมเลกุล และคือปฏิกิริยาแทรนสคีโทเลสปฏิกิริยาที่สองอีก 1 โมเลกุล ได้ ฟรุ กโทส 6-ฟอสเฟต 2 โมเลกุล และ กลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต 1 โมเลกุล และได้ CO2 3 โมเลกุล กับ NADPH 6 โมเลกุล 3 กลูโคส-6-ฟอสเฟต + 6NADP+ +3H2O → 2 ฟรุ กโทส 6-ฟอสเฟต + กลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต +3CO2 + 6NADPH+6H+ + Pi ปฏิกิริยาของแทรนสคีโทเลสกับแทรนสอัลโดเลสสามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นฟรุ ก โทส 6-ฟอสเฟตและกลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต สามารถย้อนกลับเพื่อไปสร้างไรโบส 5-ฟอสเฟต สำาหรับสร้างกรดนิวคลีอิกต่อไปได้ 3. หน้ าที่สำาคัญของวิถีออกซิเดทีฟเพนโทสฟอสเฟต วิถีออกซิเดทีฟเพนโทสฟอสเฟตมีหน้าที่ 3 ประการคือ 3.1 สร้าง NADPH ซึ่งจะทำาหน้าที่เป็ นตัวรี ดิวซ์ในกระบวนการสังเคราะห์สารเมื่อ กระบวนการสังเคราะห์ดว้ ยแสงไม่สามารถสร้าง NADPH ได้ ดังนั้นกระบวนการนี้จึงสำาคัญมาก สำาหรับเนื้ อเยือ่ พืชที่ไม่สามารถสังเคราะห์ดว้ ยแสงได้ เช่น เนื้อเยือ่ ที่กาำ ลังมีการเปลี่ยนสภาพ (differentiate tissue) เมล็ดกำาลังงอก และช่วงเวลากลางคืน 3.2 สร้างไรโบส 5-ฟอสเฟต ซึ่งเป็ นสารต้นตอสำาหรับการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ และกรด นิวคลีอิก (DNA,RNA) และกรดอะมิโนบางชนิด 3.3 สร้างอีรีโทรส 4-ฟอสเฟตซึ่งจำาเป็ นสำาหรับการสังเคราะห์กรดชิคิมิก (shikimic acid) และ เป็ นสารต้นตอของวงแหวนอะโรมาทิค (aromatic ring) พลังงานที่ได้จากกระบวนการเพนโทสฟอสเฟต จะอยูใ่ นรู ป NADPH ไม่สร้าง ATP ดังนั้น เมื่อสิ้ นสุ ดกระบวนการจะได้ NADPH 12 โมเลกุล ต่อกลูโคส 1 โมเลกุล ซึ่งเทียบเท่ากับ 36 ATP แต่ใน ปฏิกิริยาแรกของกระบวนการมีการใช้ATP กระตุน้ การทำาปฏิกิริยาของกลูโคส 6-ฟอสเฟตไป 6 โมเลกุล จึงเหลือ ATP เพียง 30 โมเลกุลซึ่งจะเห็นว่าประสิ ทธิ ภาพของกระบวนการสลายกลูโคสโดยวิธี นี้ไม่ต่างจากกระบวนการไกลคอไลซิสเท่าใดนัก แต่พืชจะใช้กระบวนการเพนโทสฟอสเฟตเป็ นเพียง กระบวนการรองสำาหรับการสลายกลูโคส

บทที่ 5 การหายใจ 129

NADPH, NADH เป็ นสารชีวเคมีสาำ คัญ โดย NADH ถูกออกซิไดส์โดยลูกโซ่การ หายใจ(respiratory chain) เพื่อสร้าง ATP แต่ NADPH ทำาหน้าที่เป็ นตัวให้ H+และอีเลกตรอนในรี ดกั ทีฟไบโอซินทีซิส(reductive biosynthesis)

ภาพที่ 6.38 หน้าที่ของวิถีเพนโทสฟอสเฟต ที่มา : พัชรา วีระกะลัส. 2544. หน้า 181.

130 พฤกษศาสตร์

ภาพที่ 6.39 เปรี ยบเทียบความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการไกลโคลิซิส กับวิถีเพนโทส ที่มา : Campbell. 1999. p.505. การวัดอัตราการหายใจของพืช การวัดอัตราการหายใจของพืช ส่วนมากจะวัดปริ มาณ CO2 ที่พืชคายออกมา หรื อวัดปริ มาณ O2 ที่ พืชนำาเข้าไปใช้ วิธีวดั แบบง่ายๆทำาได้ดงั นี้ คือ การใช้ด่างในรู ปของสารละลาย เช่น แบเรี ยมไฮดรอกไซด์ ำ กตะกอนของแบเรี ยมไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้น เป็ นต้น หรื ออาจใช้ NaOH แล้ววัดปริ มาณ แล้วชัง่ น้าหนั CO2 โดยการไทเทรต แต่วิธีการที่สะดวกและนิยมมากที่สุดคือการใช้เครื่ องมือวาร์ เบิร์ก เป็ นเครื่ องมือวัด ปริ มาณ CO2 ในรู ปของแก๊สโดยใช้เครื่ องมือที่เรี ยกว่า แมโนมิเตอร์ (manometer) ซึ่งเป็ นอุปกรณ์สาำ หรับ วัดการเปลี่ยนแปลงความดันแก๊สในระบบปิ ด ปัจจัยทีม่ ีอทิ ธิผลต่ อการหายใจ ปั จจัยที่มีอิทธิพลต่อการหายใจประกอบด้วย 2 ปั จจัย คือ 1. ปัจจัยภายใน ปั จจัยภายใน ได้แก่ปัจจัยทางพันธุกรรมของพืชแต่ละชนิด

บทที่ 5 การหายใจ 131

2. ปัจจัยภายนอก ได้แก่ปัจจัยทางสิ่ งแวดล้อมที่พืชขึ้นอยู่ เช่น ำ ตราการหายใจจะค่อยๆ 2.1 น้ำ า เมล็ดพืชและสปอร์ที่แห้งมีอตั ราการหายใจต่าำ เมื่อเมล็ดดูดน้าอั เพิ่มขึ้น 2.2 ออกซิเจน ถ้ารอบบริ เวณมีออกซิเจนอยูป่ ระมาณ 20% ปากใบจะเปิ ด ซึ่งเป็ นภาวะที่เหมาะ สมต่อพืช และถ้าเพิ่มความเข้มข้นของออกซิเจนให้สูงขึ้น อัตราการหายใจก็จะไม่เพิ่มขึ้น การ หายใจแบบใช้ออกซิเจนจะหยุดเมื่ออัตราความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศเท่ากับศูนย์ เมื่อความ เข้มข้นของออกซิเจนสูงขึ้นถึง 10% การหายใจจะเป็ นแบบใช้ออกซิเจนทั้งหมด ถ้าปริ มาณ O2 ลดลง เหลือเพียง 5% จะไม่เพียงพอต่อการหายใจแบบใช้ออกซิเจน พืชจะมีการหายใจแบบไม่ใช้ O2 แทน 2.3 อุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการสังเคราะห์ดว้ ยแสงของพืชจะเป็ นปั จจัยจำากัดต่อการหายใจ ำ าอุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการทำางานของ ของพืช อุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการหายใจของพืชจะต่ากว่ เอนไซม์ คือ ประมาณ 25-30oC การหายใจที่เกิดขณะที่มีการสังเคราะห์ดว้ ยแสงจะมีผลต่อการหายใจ ถ้า อุณหภูมิสูงถึง 40-45 องศาเซลเซียส การหายใจจะลดลง ถ้าอุณหภูมิสูงถึง 50-55 องศาเซลเซียส เอนไซม์ ำ ่ 0 องศาเซลเซียส การหายใจจะลดต่าลงน้ ำ อยที่สุดที่ -20 องศา จะได้รับอันตราย การหายใจจะลดต่าลงที เซลเซียส 2.4 คาร์ บอนไดออกไซด์ ปริ มาณ CO2 ที่เพิม่ ขึ้นมีผลต่อการหายใจของพืช เพราะปริ มาณ CO2 ที่เพิ่มขึ้นยังทำาให้ปากใบปิ ด จึงไม่เกิดการแพร่ ของ O2 เข้าไปในใบได้ นอกจากนี้แล้วปริ มาณ CO2 ที่มากๆจะยับยั้งการทำางานของเอนไซม์บางตัวในวัฎจักรเครปส์ ประโยชน์ ของการหายใจ การหายใจนอกจากจะเป็ นการออกซิไดส์สารอินทรี ยเ์ พื่อสร้างพลังงานสำาหรับใช้ในกิจกรรม ต่างๆแล้ว สารมัธยันต์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเกิดปฏิกิริยา พืชสามารถนำาไปสร้างสารประกอบอื่นๆที่มี ประโยชน์ต่อพืชด้วย สารมัธยันต์ที่ สำาคัญของวัฏจักรเครปส์ ได้แก่ -คีโทกลูทาเรตจะนำาไปใช้สร้าง กลูทาเมต ซึ่งมีประโยชน์ในการสร้างกรดอะมิโนชนิดต่างๆ ออกซาโลอะซีเทตจะนำาไปสร้าง แอสพาร์ เทต ซึ่งจะใช้สร้างกรดอะมิโนชนิดต่างๆ ซักซินิลโคเอ จะนำาไปใช้สร้างฮีม จากความรู้เกี่ยวกับการหายใจสามารถนำามาใช้ประโยชน์ทางการเกษตรได้ เช่น กรลดอัตราการหายใจลงจะช่วยให้การสุ ก หรื อการเสื่ อมของผักและผลไม้ลดลงโดยการลด อุณหภูมิ ลดปริ มาณออกซิเจน และป้ องกันการกระทบกระเทือน เป็ นต้น การลดหรื อควบคุมการหายใจ เพื่อรักษาสมดุลของพลังงานไม่ให้สูญเสี ยไปโดยเปล่าประโยชน์ มีวธิ ี การหลายวิธี เช่น พาสเทอร์เอฟเฟก (Pasture effect) เป็ นการควบคุมปริ มาณออกซิเจนให้ลดน้อยลง อัตราการ

132 พฤกษศาสตร์

หายใจจะลดลง อัลโลทีริกเอฟเฟก (alloteric effect) โดยการให้สารยับยั้งที่จะไปรวมตัวกับเอนไซม์ในปฏิกิริยา การหายใจที่บริ เวณใดบริ เวณหนึ่งของโมเลกุลของเอนไซม์ แต่ไม่ใช่บริ เวณที่เร่ งปฏิกิริยา (active site) ฟี ดแบกอินฮิบิชนั (feedback inhibition) สารประกอบสุ ดท้ายของกระบวนการหนึ่ง จะยับยั้ง ปฏิกิริยาแรกของกระบวนการ การยับยั้งมักเป็ นแบบอัลโลทีริก ดังนั้นเมื่อมีสารประกอบสุ ดท้ายมากๆ กระบวนการนั้นจะหยุดทำางาน สรุ ป การหายใจระดับเซลล์เป็ นกระบวนการผลิตพลังงานของเซลล์โดยการออกซิเดชันโมเลกุลของ สารอาหาร เพื่อให้ได้พลังงานมาใช้ในกิจกรรมต่างๆของชีวิต ตั้งแต่กิจกรรมระดับเซลล์จนถึงกิจกรรมที่ เกิดขึ้นในชีวิตประจำาวันของสิ่ งมีชีวิต พลังงานที่ได้จะมากน้อยเพียงไรขึ้นกับปริ มาณออกซิเจนที่นาำ มา ใช้ ถ้ามีการหายใจโดยใช้ออกซิเจน พลังงานที่ได้จะมากกว่าการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนคือแบบใช้ ออกซิเจนจะได้ ATP 30 หรื อ 32 โมเลกุล แบบไม่ใช้ออกซิเจนจะได้ ATP เพียง 2 โมเลกุลเท่านั้น กระบวนการหายใจที่สมบูรณ์จะ ประกอบด้วย 4 ขั้นตอนใหญ่ๆคือ กระบวนการไกลโคลิซิส การสร้า งอะเซ็ตทิลโคเอ วัฏจักรเครปส์ และกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน กิจกรรมท้ ายบท 1. บ ท ป ฏิ บั ติ ก า ร ส รี ร วิ ท ย า 1. 1 การวัดอัตราการหายใจแบบใช้ออกซิ เจน (อรรถ บุญนิ ธี. 2531. หน้า 244-250) อัตราการ หายใจเป็ นสิ่ งแสดงให้ทราบถึงสภาพหนึ่ งของความมีชีวิต สามารถวัดการแลกเปลี่ยนแก๊สที่เกิดขึ้ นกับ ระบบความมีชีวิตนั้น วัดแก๊สที่ดูดเข้าไปคือออกซิ เจน กับแก๊สที่ปล่อยออกมา คือคาร์ บอนไดออกไซด์ วั ส ดุ อุ ป ก ร ณ์ 1. ห ล อ ด ท ด ล อ ง ข น า ด ค ว า ม จุ 15 ม ล .

2. เ อ อ ร์ เ ล น เ ม เ ย อ ร์ ฟ ล า ส ต์ ข น า ด 250 ม ล .

3. จุ ก ย า ที ใ ส่ ห ล อ ด แ ก้ ว มี ก้ า น หั ก มุ ม 4. ผ้ า ห รื อ ต ะ แ ก ร ง ไ น ล อ น ห่ อ เ ม ล็ ด 5. น้าำ ย า 1M Ba (OH)2 ห รื อ KOH 6. เ ม ธี ลี น บ ลู วิ ธี ก า ร ศึ ก ษ า 1. ให้เตรี ยมเครื่ องมือนี้ 2 ชุด ชุดหนึ่ งใส่ เมล็ดถัว่ เขียวที่แช่นาแล้ ้ ำ วประมาณ 1012 ชัว่ โมง ห่ อด้วยผ้าขาวบาง หรื อตะแกรงไนลอน แล้วผูกห้อยบังคับให้แขวนในขวดด้วยจุกยาง ทั้งนี้

บทที่ 5 การหายใจ 133

เ

พื่

อ

ศึ

ก ษ า ก า ร เ ป รี ย บ เ ที ย บ 2. ใส่ แบเรี ยมไฮดรอกไซด์ หรื อโปตัสเซี ยมไฮดรอกไซด์เข้มข้น สี เมธี ลีนบลู สำา ห รั บ เ ป็ น ตั ว บ่ ง ชี้ ก า ร เ ป ลี่ ย น แ ป ล ง ป ริ ม า ณ ข อ ง แ ก๊ ส ใ น ข ว ด 3. ชุ ด ห นึ่ ง ไ ม่ ต้ อ ง ใ ส่ เ ม ล็ ด แ ล ะ ตั้ ง ก า ร ท ด ล อ ง ทิ้ ง ไ ว้ 4. บันทึกผลการเปลี่ยนแปลงของระดับเมธี ลีนบลูในระยะเวลา 5, 10 และ 15 น า ที แ ล ะ ร า ย ง า น ส ภ า พ ก า ร เ ป ลี่ ย น แ ป ล ง ป ริ ม า ต ร แ ก๊ ส ใ น เ ค รื่ อ ง มื อ ท ด ล อ ง นี้ เวลา(นาที)

ระดับความสูงของเมธี ลีนบลู ชุดที่ 1 ชุดที่ 2

ปริ มาตรของแก๊ส O2 ที่ถูกดูด

5 10 15 คำา

ถ า ม (3.1) ให้อ ธิ บ ายสาเหตุ ที่ ทาำ ให้ ร ะดับ ของเมธี ลี น บลู ใ นชุ ด ที่ มี เ มล็ด ถัว่ เขี ย ว เ ป ลี่ ย น แ ป ล ง แ ล ะ อี ก ชุ ด ห นึ่ ง ไ ม่ เ ป ลี่ ย น แ ป ล ง (3.2) จากปริ มาตรของแก๊สที่วดั ได้ สามารถบอกได้หรื อไม่ว่ามี การหายใจเร็ ว ห รื อ ช้ า เ พ ร า ะ ส า เ ห ตุ ใ ด 1.2 ก า ร ส ล า ย ก ลู โ ค ส (ภ า ค วิ ช า พ ฤ ก ษ ศ า ส ต ร์ . 2529. ห น้ า 209-213) วั ส ดุ อุ ป ก ร ณ์ 1. ยี ส ต์ แ ห้ ง 2. ส า ร ล ะ ล า ย ก ลู โ ค ส เ ข้ ม ข้ น 1 M 3. ส า ร ล ะ ล า ย โ ซ เ ดี ย ม ฟ ลู อ อ ไ ร ด์ เ ข้ ม ข้ น 1 M 4. ส า ร ล ะ ล า ย เ ม ธิ ลั น บ ลู เ ข้ ม ข้ น 0.01% 5. ห ล อ ด เ ฟ อ ร์ เ ม น เ ท ชั น 3 ห ล อ ด 6. บี ก เ ก อ ร์ ข น า ด 100 มิ ล ลิ ลิ ต ร 7. ห ล อ ด ท ด ล อ ง ข น า ด 20 มิ ล ลิ ลิ ต ร 3 ห ล อ ด วิ

ธี

ก

า

ร

ศึ

ก

ษ

า

134 พฤกษศาสตร์

1. ใส่ ส ารละลายน้าำ ตาล (น้าำ กลั่น 105 มล. กลู โ คส 45 มล.) ที่ มี ยี ส ต์ (3 กรัม)กำาลังเจริ ญลงในหลอดเฟอร์ เมนเทชันหลอดละ 50 มล. จำานวน 3 หลอด เอียงหลอด เทจนเต็มขา ห ล อ ด 2. ทำา เ ค รื่ อ ง ห ม า ย ก ข ค ที่ ข้ า ง ห ล อ ด 3. เติ มสารละลายโซเดี ย ม ฟลู ออไรด์ 0.75 มล. ในหลอด ข และ 2.5 มล. ใน ห ล อ ด ค เ ข ย่ า ใ ห้ เ ข้ า กั น จ ะ ไ ด้ ค ว า ม เ ข้ ม ข้ น ข อ ง ส า ร ใ น ห ล อ ด ทั้ ง 3 ดั ง นี้ ห ล อ ด ก ก ลู โ ค ส 0.3 M ห ล อ ด ข ก ลู โ ค ส 0.3 M + NAF 0.015 M ห ล อ ด ค ก ลู โ ค ส 0.3 M + NAF 0.05 M 4. ตั้งหลอดทั้งสามทิ้งไว้ประมาณ 30 นาที สังเกตปริ มาณแก๊สที่เกิดขึ้นในหลอด ทั้ ง ส า ม 5.บันทึกผลการศึกษาโดยการวาดรู ปแสดงระดับแก๊สที่ เกิ ดขึ้ นในหลอดเฟอร์ เ ม น เ ท ชั น ทั้ ง 3 ห ล อ ด 1.3 ก า ร ถ่ า ย ท อ ด อิ เ ล็ ก ต ร อ น (ภ า ค วิ ช า พ ฤ ก ษ ศ า ส ต ร์ . 2529. ห น้ า 209-213) วั ส ดุ อุ ป ก ร ณ์ ใ ช้ วั ส ดุ อุ ป ก ร ณ์ ที่ เ ต รี ย ม ใ น ข้ อ 5.1.2.1 วิ ธี ก า ร ศึ ก ษ า ำ น่ 35 มล. เติมสารละลายกลูโคส 15 มล. เขย่าให้เข้า 1. ชัง่ ยีสต์ 1 กรัมใส่ในน้ากลั กั น แบ่ งใ ส่ ใ น ห ล อ ด ท ด ล อ ง 2 ห ลอ ด ๆ ล ะ 10 ม ล . ทำา เ ค รื่ อ ง ห ม า ย ก ข ที่ ข้ า ง ห ล อ ด ห ล อ ด ก ตั้ ง ทิ้ ง ไ ว้ หลอด ข นำา ไปต้ ม ในเครื่ องอั ง น้าำ (waterbath) จนเดื อ ดแล้ ว ปล่ อ ยให้ เ ย็ น 2. หยดสารละลายเมธี ลีนบลู ลงในหลอดทั้งสองหลอดๆละ 3 หยด เขย่าให้เข้า กั น ตั้ ง ทิ้ ง ไ ว้ สั ง เ ก ต ก า ร เ ป ลี่ ย น สี ข อ ง เ ม ธี ลี น บ ลู 3. บั น ทึ ก ผ ล ก า ร ศึ ก ษ า ดั ง นี้ 3.1 วาดรู ปแสดงระดับของแก๊สในหลอดทั้งสามในการสลายกลูโคสพร้อม บั น ทึ ก ว่ า ร ะ ดั บ ข อ ง แ ก๊ ส ที่ เ กิ ด ขึ้ น ต่ า ง กั น อ ย่ า ง ไ ร ทำา ไ ม จึ ง เ ป็ น เ ช่ น นั้ น 3.2 บัน ทึ ก การเปลี่ ย นสี ข องเมธี ลี น บลู ใ นหลอดทั้ ง สองในการถ่ า ยทอด อิ เ ล็ ก ต ร อ น ว่ า เ เ ป ลี่ ย น แ ป ล ง ห รื อ ไ ม่ เ พ ร า ะ เ ห ตุ ใ ด 1.4 การหาค่าอัตราส่วนการหายใจ (ภาควิชาพฤกษศาสตร์ . 2529. หน้า 215-218) สัดส่ วน การหายใจ (R.Q) เป็ นค่าที่สามารถใช้บอกได้ว่าสารเริ่ มต้นการหายใจของสิ่ งมีชีวิตนั้นเป็ นสารชนิ ดใด จะศึ ก ษาการหาค่ า สั ด ส่ ว นการหายใจโดยการวัด การเปลี่ ย นแปลงปริ ม าณของแก๊ ส (manometer)

บทที่ 5 การหายใจ 135

วั

ส ดุ อุ ป ก ร ณ์ 1. เ ม ล็ ด ถั่ ว ดำา ที่ กำา ลั ง ง อ ก ห นั ก 10 ก รั ม 2. สารละลายโซเดี ย มไฮดรอกไซด์ (sodiumhydroxide) เข้ ม ข้ น 10 N 3. บี ก เ ก อ ร์ ข น า ด 100 ม ล . ใ ส่ น้าำ 50 ม ล .

4. ข ว ด ก ร อ ง (filter flask) ข น า ด 500 ม ล . พ ร้ อ ม จุ ก ย า ง 5. ปิ เ ป ต ต์ ข น า ด 1 ม ล . พ ร้ อ ม ท่ อ ย า ง ต่ อ 6. ห ล อ ด เ ก็ บ แ ก๊ ส (vial)ข น า ด เ ล็ ก วิ ธี ก า ร ศึ ก ษ า ก า ร วั ด ป ริ ม า ณ O2 ที่ ใ ช้ ไ ป 1. ต่ อ ท่ อ ย า ง ที่ ป ล า ย ปิ เ ป ต ต์ เ ข้ า กั บ แ ข น (side arm)ข อ ง ข ว ด ก ร อ ง 2.ใส่ เ มล็ ด ถั่ว ดำา ที่ กาำ ลัง งอก 20 กรั ม ในขวดกรอง นำา หลอดเก็ บ แก๊ ส ที่ ใ ส่ สารละลายโซเดี ย มไฮดรอกไซด์ ล งไปวางตรงกลางขวดกรอง ปิ ดจุ ก ยางให้ แ น่ น ทิ้ ง ไว้สั ก ครู่ 3. จุ่ มปลายปิ เปตต์ล งในน้าำ ให้นาเคลื ้ ำ ่ อ นเข้า มาในปิ เปตต์ จนถึ ง ขี ด 0 หรื อ ม า ก ก ว่ า นั้ น แ ล้ ว ย ก ปิ เ ป ต ต์ ว า ง ใ น แ น ว ร า บ 4. งานปริ มาตรของแก๊สในขวดกรองที่เปลี่ยนแปลงไป โดยสังเกตระยะที่หยด ำ ่อนเข้าไปในปิ เปตต์ ในเวลา 10 นาที (การจับ เวลาของการเคลื่อนที่ของน้าอาจเปลี ำ น้าเคลื ่ยนแปลงได้ ำ ่ อ นที่ เข้า ไปไม่ เ กิ น ขี ด 1.0 มล. บนปิ เปตต์ ขึ้ นอยู่กับอัตราการหายใจของเมล็ด ถัว่ แต่ ให้หยดน้าเคลื คำา ถ า ม 1. ห ลั ก สำา คั ญ ที่ ใ ช้ ใ น ก า ร ท ด ล อ ง คื อ อ ะ ไ ร 2. ค่า R.Q ที่คาำ นวณได้สามารถบอกได้ว่าอาหารส่ วนใหญ่ที่เมล็ดถัว่ ดำา ใช้ใน ก า ร ห า ย ใ จ เ ป็ น ส า ร ป ร ะ เ ภ ท ใ ด เ พ ร า ะ เ ห ตุ ใ ด 3. การหาค่ า R.Q ของเมล็ด ถัว่ ที่ กาำ ลังงอกมี ป ระโยชน์ อ ย่า งไรในการศึ ก ษา แ ม แ ท บ อ ลิ ซึ ม ข อ ง ก า ร ง อ ก ข อ ง เ ม ล็ ด 4. ใ น ก า ร ท ด ล อ ง ค รั้ ง นี้ ทำา ไ ม จึ ง ใ ช้ เ ม ล็ ด พื ช ที่ กำา ลั ง ง อ ก 1.5 การวัดปริ มาณของ O2 ที่ ใช้ไป และ CO2 ที่ เกิ ดขึ้ น ใช้เครื่ องมื อในข้อ 1 แต่ เปลี่ ยน ำ น่ 10 มล. แทน แล้วทำาการทดลองเช่นเดียวกัน แต่ให้นาเคลื หลอดเก็บแก๊สเป็ นใส่ น้ากลั ้ ำ ่อนที่เข้าไปใน ปิ เ ป ต ต์ ที่ ร ะ ดั บ ป ร ะ ม า ณ 0.5 ม ล . จั บ เ ว ล า ก า ร เ ค ลื่ อ น ที่ ข อ ง น้าำ เ ช่ น เ ดี ย ว กั บ ข้ อ 1

136 พฤกษศาสตร์

ภ า พ ที่

6.40 แ ส ด ง เ ค รื่ อ ง มื อ วั ด ก า ร เ ป ลี่ ย น แ ป ล ง ป ริ ม า ต ร ข อ ง แ ก๊ ส

บั น ทึ ก ผ ล ก า ร ศึ ก ษ า ดั ง นี้ 1. ป ริ ม า ณ ข อ ง ที่ ใ ช้ ไ ป ใ น เ ว ล า 10 น า ที = …………………………ม ล .

2.ใ น ก า ร วั ด ป ริ ม า ณ ข อ ง O2 ที่ ใ ช้ ไ ป แ ล ะ CO2 ที่ เ กิ ด ขึ้ น 2.1 ร ะ ดั บ น้าำ ที่ เ ค ลื่ อ น เ ข้ า เ ค ลื่ อ น อ อ ก แ ล ะ ที่ ห ยุ ด นิ่ ง เ ท่ า กั บ กี่ ม ล .

2.2 เ ป รี ย บ เ ที ย บ ป ริ ม า ณ O2 ที่ ใ ช้ ไ ป กั บ ป ริ ม า ณ CO2 ที่ เ กิ ด ขึ้ น 2.3 คำา น ว ณ ห า ค่ า R.Q = ป ริ ม า ณ CO2 ที่ เ กิ ด ขึ้ น ป ริ ม า ณ O2 ที่ ใ ช้ ไ ป = ………………………………….

2. คำาถามท้ ายบท ให้นกั ศึกษาตอบคำาถามหรื ออธิบายความต่อไปนี้ 2.1 การหายใจระดับเซลล์ หมายความว่าอย่างไร 2.2 เป้ าหมายของกระบวนการการหายใจในระดับเซลล์คืออะไร 2.3 การหายใจในระดับเซลล์เกิดขึ้นได้อย่างไร 2.4 กระบวนการหายใจของเซลล์ และการเผาไหม้ มีกลไกของปฏิกิริยาแตกต่างกันหรื อ เหมือนกันอย่างไร 2.5 การหายใจของเซลล์มีกี่ชนิด และมีความแตกต่างกันอย่างไร 2.6 สารอาหารหลักที่พืชใช้เป็ นสารเริ่ มต้นของการหายใจได้แก่สารใด 2.7 กระบวนการไกลโคลิซิสต่างจากวิถีเพนโทสฟอสเฟตอย่างไร 2.8 วัฏจักรเครปส์หมายถึงอะไรมีข้ นั ตอนการเกิดอย่างไร 2.9 ในลูกโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนของการหายใจ มีสารใดเป็ นสารแรกที่ให้อิเล็กตรอน และสาร สุ ดท้ายที่รับอิเล็กตรอน 2.10 พลังงานที่ได้จากการหายใจแบบใช้ออกซิเจนมากกว่าพลังงานที่ได้จากการหายใจแบบ

บทที่ 5 การหายใจ 137

ไม่ใช้ออกซิเจนกี่เท่า เพราะเหตุใด 2.11 พืชชั้นสูงมีการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนหรื อไม่อย่างไร 2.12 เพราะเหตุใดสิ่ งมีชีวิตแต่ละชนิดจึงมีรูปแบบของการหายใจแตกต่างกัน 2.13 การวัดอัตราการหายใจทำาได้อย่างไร 2.14 การสลายกลูโคสสามารถเกิดขึ้นได้โดยผ่านกระบวนการใดบ้าง 2.15 กระบวนการหายใจมีผลต่อการสุ กของพืชผัก ผลไม้หรื อไม่ อย่างไร 2.16 การหายใจและการสังเคราะห์ดว้ ยแสงเป็ นกระบวนการที่มีความสัมพันธ์กนั หรื อไม่ อย่างไร 2.17 ท่านคิดว่ากระบวนการหายใจมีประโยชน์ต่อสิ่ งมีชีวิตอย่างไร

138 พฤกษศาสตร์

เอกสารอ้ างอิง กฤษฎี เกียรติชนก.(2542. สรีรวิทยาของพืช. กรุ งเทพมหานคร : สถาบันราชภัฏสวนสุ นนั ทา. ชุติมา หาญจวนิช. 2531. การหายใจ ใน คณะอนุกรรมการปรับปรุ งหลักสูตรวิทยาศาสตร์ สาขาวิชา ชีววิทยา (บก.). หนังสือปฏิบัติการชีววิทยา. หน้า 329-334. กรุ งเทพมหานคร : ทบวง มหาวิทยาลัย. ประสงค์ หลำาสะอาด และจิตเกษม หลำาสะอาด. 2544. คู่มือชีววิทยา ENTRANCE ม.4-5-6 ฉบับ สมบูรณ์ . กรุ งเทพมหานคร : พัฒนาศึกษา. พฤกษศาสตร์ , ภาควิชา. 2529. ปฏิบัติการชีววิทยา 2. กรุ งเทพมหานคร : จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย พัชรา วีระกะลัส. 2544. พลังงานและเมแทบอลิซึม. กรุ งเทพมหานคร : จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย มนตรี จุฬาวัฒนทล. 2526. เมตาบอลิซึม. กรุ งเทพมหานคร : มหาวิทยาลัยมหิ ดล. มนตรี จุฬาวัฒนทล และคณะ. 2542. ชีวเคมี. กรุ งเทพมหานคร : มหาวิทยาลัยมหิ ดล. ราชบัณฑิยสถาน. 2528. ศัพท์วทิ ยาศาสตร์ . กรุ งเทพมหานคร : ราชบัณฑิตยสถาน . 2543. ศัพท์ แพทย์ศาสตร์ . กรุ งเทพมหานคร : ราชบัณฑิตยสถาน วิสุทธิ์ ใบไม้. (บก.). 2530. ชีววิทยา. กรุ งเทพมหานคร : ทบวงมหาวิทยาลัย. สมบุญ เตชะภิญญาวัฒน์. 2535. สรีรวิทยาของพืช. กรุ งเทพมหานคร: ร้านธรรมบัณฑิต. สัมพันธ์ คัมภิรานนท์. 2529. สรีรวิทยาของพืช. พิมพ์ครั้งที่ 2.กรุ งเทพมหานคร : มหาวิทยาลัย เกษตรศาสตร์ . อนันต์ ปานศุภวัชร. 2542. สรีรวิทยาทั่วไป. สกลนคร : สถาบันราชภัฏสกลนคร. อนุรักษ์ สายทอง. 2542. ชีวเคมีพนื้ ฐาน. สกลนคร : สถาบันราชภัฏ สกลนคร. อรรถ บุญนิธี. 2531. การหายใจและแลกเปลี่ยนแก๊สของพืช ในคณะอนุกรรมการ ปรับปรุ งหลักสูตร วิทยาศาสตร์ สาขาวิชาชีววิทยา (บก.). หนังสื อปฏิบัติการชีววิทยา. หน้า 244-250. กรุ งเทพมหานคร : ทบวงมหาวิทยาลัย. อนุรักษ์ สายทอง. 2542. ชีวเคมีพนื้ ฐาน. สกลนคร : สถาบันราชภัฏสกลนคร.

Campbell, M.K. (1999). Biochemistry (3 th ed). Philadelphia : J/B Woosley Associates.

Chemiosmosis, 2007. Retrived September 1, 2010 from http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ ch339k/overheads-3/ch19_compare.jpg Farabee, M.J. 2001. Cellular Metabolism And Fermentation. Retrived September 1, 2010 from http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/ BIOBK/BioBookGlyc.html

บทที่ 5 การหายใจ 139

Goodwin, T.W. and Mercer, E.I., 1983. Introduction to Plant Biochemistry (2 nd ed). New York : Pergamon .

Keeton, W.T. and Gould, J.L. 1993. Biological Science (5 th. Ed). New York : W.W. Norton & Co. King, M.W. and Marchesini, S. 2001. Pentose Phosphate Pathway. Retrived September 1, 2010 from http: www. med.unibs.it/~ marchesi /ppp. html.

Lehninger, A.L., et al. 1993. Principles of Biochemistry (2 nd ed). New York : John Wiley & Sons.

Lodish, H., et al. 2000. Molecular Cell Biology. (4 th ed.). New York : W.H.Freeman and Company.

Mitochondria. 2007. Retrived September 1, 2010 from http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ch339k/overheads-3/ch19_mitochondrion.jpg Moore, R., Clark, W.D., Stern, K.R., Vodopich, D. 1995. Botany. . Dubuque IA : Win. C. Brown Communications.

Noggle, G.R. and Fritz, G.J. 1987. Introductory Plant Physiology. New Delhi : Prentice-Hall of India Priuate Pollock, C.J., Farrar,J.F. and Gordon, A.J. 1992. Carbon Partitioning Within and Between Organism. Lancater : BIOS Scientific.

Stryer, L. 1981. Biochemistry (2 nd ed). Sanfrancisco : W.H. Freemand and Company.

Taiz, L. and Zeiger, E. 1991. Plant Physiology. Red Wood City, California : The Benjamin/Cummings Publishing Company.

TCA cycle. 2007. Retrived September 1, 2010 from http://courses.cm.utexas.edu /jrobertus/ch339k /overheads-3/ch16_TCA.jpg Xrefer, 2000. Chemiosmotic theory. Retrived September 1, 2010 from http://www .xrefer.com/ entry.jsp?xrefid=460165.