พลังงาน เอนไซม์และกระบวนการ เมแทบอลิซึม (Energy, Enzyme, and Metabolism)

พลังงาน เอนไซม์และกระบวนการ เมแทบอลิซึม
ปฏิกิริยาชีวเคมีในสิ่งมีชีวิตเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดว่า ปฏิกิริยานั้นจะเกิดขึ้นได้อย่างไร ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตควบคุมโดยเอนไซม์ จะไปเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยการลดตัวขวางกั้นพลังงาน (energy barrier) ระหว่างสารที่เข้าทำปฏิกิริยากับสารที่เป็นผลผลิต เอนไซม์เป็นตัวควบคุมเพื่อ ทำให้กระบวนการเมแทบอลิซึมเกิดขึ้นเป็นขั้นตอนตามลำดับอย่างมีระเบียบ

                เซลล์ของสิ่งมีชีวิตจะมีสารเคมีอยู่ค่อนข้างคงที่ เพื่อที่จะรักษาความคงที่ของสารเคมีในเซลล์ เซลล์จะต้องมีระบบที่ควบคุมปฏิกิริยาเคมี ระบบการควบคุมดังกล่าวจะต้องใช้ พลังงาน สิ่งมีชีวิตต้องขึ้นอยู่กับพลังงาน โดยได้รับพลังงานมาจากสิ่งแวดล้อม และใช้พลัง งานที่ได้มานี้ในปฏิกิริยาต่างๆของสิ่งมีชีวิต เช่น การหายใจ การสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่ง เป็นกระบวนการหลักที่เกี่ยวข้องกับการใช้ และการเก็บพลังงานของสิ่งมีชีวิต

1. พลังงาน

                พลังงาน คือ ความสามารถที่จะทำงานได้ พลังงานมีอยู่ในสสารทุกชนิด สสารสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้ ตามทฤษฎีสัมพันธภาพของไอน์สไตน์ (Einstein’s theory of relativity) พลังงานที่เรารู้จักได้แก่ พลังงานแสง พลังงานความร้อน พลังงาน ไฟฟ้า พลังงานกล พลังงานเคมี พลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น

                1.1 รูปของพลังงาน จำแนกออกได้เป็น 2 ประเภท คือ พลังงานศักย์ที่แฝง อยู่ในรูปของสารที่อยู่กับที่ และพลังงานจลน์ เป็นพลังงานที่มีอยู่ในสสารที่กำลังเคลื่อนที่ พลังงานทั้งสองประเภท อยู่ในรูปพลังงานต่างๆ ดังนี้
                        1.1.1 พลังงานเคมี (chemical energy) เป็นพลังงานศักย์ที่แฝงอยู่ ในโครงสร้างของสสาร เช่น พลังงานเคมีที่อยู่ในถ่านหิน ในน้ำมันเชื้อเพลิง ถ้านำน้ำมัน หรือ ถ่านหินมาเผาไหม้ จะมีการปล่อยพลังงานเคมีออกมา ใช้ทำประโยชน์ต่างๆได้พลังงานรูปนี้นับว่ามีส่วนเกี่ยวข้องและสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตอย่างยิ่ง
                        1.1.2 พลังงานไฟฟ้า (electrical energy) เป็นพลังงานที่เกิดจาก การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ไปตามวัตถุตัวนำไฟฟ้า ลักษณะเช่นนี้พลังงานไฟฟ้าจัดเป็น พลังงานจลน์ พลังงานศักย์ไฟฟ้าก็มีได้เช่นกัน คือ กรณีที่อิเล็กตรอนอยู่ในสภาวะที่พร้อมจะเคลื่อนที่ได้ พลังงานไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญในปฏิกิริยาแบบอิเล็กโทรเคมิคัล (electrochemical reaction) ของเซลล์ประสาท
                        1.1.3 พลังงานกล (mechanical energy) เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้อง กับการเคลื่อนที่โดยตรง เช่น ก้อนหินที่อยู่บนยอดเนินจะมีพลังงานศักย์กล (potential mechanical energy) อยู่จำนวนหนึ่ง ขณะที่ก้อนหินกลิ้งลงมาตามทางลาดของเนินพลังงานศักย์จะลดลง และเกิดพลังงานจลน์กลของการเคลื่อนที่ (kinetic mechanical energy) ขึ้นแทน สิ่งมีชีวิตอาศัยพลังงานรูปนี้ในการทำงานที่ต้องมีการ เคลื่อนไหวเป็นประจำ เช่น การเดิน การขยับแขนขา การหยิบวัตถุ เป็นต้น
                        1.1.4 พลังงานรังสี (radiant energy) เป็นพลังงานที่มาในรูปของ คลื่น เช่น แสง เสียง ความร้อน คลื่นวิทยุ อินฟาเรด อัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ รังสี คอสมิก สิ่งมีชีวิตต้องอาศัยพลังงานรูปนี้ ในกระบวนการที่สำคัญต่างๆ เช่นการมองเห็นภาพ การสังเคราะห์ด้วยแสง การขยายพันธุ์ชนิดที่ขึ้นอยู่กับช่วงแสง ฯลฯ
                        1.1.5 พลังงานปรมาณู (atomic energy) เป็นพลังงานที่ถูกปล่อยออกจากสารกัมมันตภาพรังสี ที่มีอยู่ในธรรมชาติหรือที่เกิดในเตาปฏิกรณ์ปรมาณูหรือระเบิดปรมาณู พลังงานรูปนี้มีบทบาทต่อความเป็นอยู่ปกติของสิ่งมีชีวิตน้อย

                   1.2 การเปลี่ยนแปลงรูปของพลังงานและกฎอุณหพลวัต (thermodynamic) ข้อที่หนึ่ง พลังงานมีการเปลี่ยนรูปจากรูปหนึ่งเป็นอีกรูปหนึ่งได้โดยที่พลังงานไม่สูญหายไปและไม่เพิ่มขึ้น นั่นคือพลังงานยังคงมีอยู่เท่าเดิมซึ่งเป็นไปตามกฎของอุณหพลวัตข้อที่หนึ่ง หรือที่เรียกว่ากฎการคงอยู่ของพลังงาน (law of conservation of energy) การเปลี่ยนรูปพลังงานในสิ่งมีชีวิตมี 4 แบบ ดังนี้
                        1.2.1 โฟโตเคมิคัล (photochemical) เป็นการเปลี่ยนรูปพลังงาน รังสีมาเป็นพลังงานเคมี เช่นที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
                        1.2.2 อิเล็กโทรเคมิคัล (electrochemical) เป็นการถ่ายพลังงานเคมีจากสารชนิดหนึ่งไปให้สารอีกชนิดหนึ่ง โดยการถ่ายอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นวิธีการถ่าย พลังงานที่มีความสำคัญยิ่งในกระบวนการของสิ่งมีชีวิต เช่น ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง และในการหายใจระดับเซลล์เรียกปฎิกิริยาการเปลี่ยนแปลงทางเคมีแบบนี้ว่า ออกซิเดชัน-รีดักชัน (oxidation-reduction) การถ่ายอิเล็กตรอนอาจมีได้ทั้งแบบที่เป็น การเพิ่มเฉพาะอิเล็กตรอนแต่อย่างเดียว หรืออาจมีทั้งการเพิ่มอิเล็กตรอนควบคู่ไปกับการ เพิ่มไฮโดรเจนไอออนด้วย
                        1.2.3 เคมิคัล (chemical) เป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมี โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบของอะตอมในโมเลกุลขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมี
                        1.2.4 เมคานิคัล (mechamical) คือการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานกล เช่นการเคลื่อนไหวของพืชและสัตว์ การหดตัวของกล้ามเนื้อ

                   1.3 ทฤษฎีพลังงานจลน์ของสสาร ทฤษฎีนี้อธิบายว่าในสภาวะของอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดศูนย์สัมบูรณ์ (absolute zero หรือ - 273.16 องศาเซลเซียส) สสารจะมี พลังงานจลน์ประจำโมเลกุลอยู่จำนวนหนึ่งเสมอ
                มีปรากฏการณ์บางอย่างที่พิสูจน์ว่า โมเลกุลของสสารไม่อยู่นิ่งในสภาวะปกติ เช่น การได้กลิ่นน้ำหอมจากขวดที่เปิดวางไว้บนโต๊ะในห้องที่ลมสงบ ที่อยู่ห่างจากผู้ได้รับกลิ่น น้ำหอมขวดนั้น แสดงว่าโมเลกุลของน้ำหอมในสถานะที่เป็นแก็ส มิได้อยู่นิ่งในขวดแต่จะฟุ้งกระจายออกไปโดยรอบ และสามารถเคลื่อนที่เป็นระยะทางไกลๆได้เองตามลำพังหากท่าน หยดหมึกดำลงบนสไลด์ แล้วนำไปส่องดูโดยใช้กล้องจุลทรรศน์จะเห็นว่าอนุภาคของคาร์บอนหรือถ่านที่แขวนลอยอยู่ในหมึกดำ จะมีการเคลื่อนไหวแบบไม่มีทิศทางที่แน่นอนอยู่ตลอดเวลา ปรากฎการณ์เช่นนี้เรียกว่า บราวเนียนมูฟเมนต์ (brownion movement) อธิบายได้ว่าอนุภาคของถ่านถูกโมเลกุลของน้ำ ซึ่งมีพลังงานจลน์มากระแทกอยู่โดยรอบ และเนื่องจาก แรงที่มากระแทกในขณะใดขณะหนึ่งไม่เท่ากันและมาจากทิศทางต่างๆกัน อนุภาคของถ่านจึง เคลื่อนที่แบบไม่มีทิศทางแน่นอน

                1.4 การเปลี่ยนแปลงของพลังงานและปฏิกิริยาเคมี สิ่งมีชีวิตต้องมีการเจริญ มีการสร้างโมเลกุล และส่วนประกอบโครงสร้างใหม่ๆอยู่ตลอดเวลา กระบวนการเหล่านี้ จำเป็นต้องใช้พลังงาน ซึ่งมาจากการสลายอาหารโดยใช้กระบวนการทางเคมี
                ทุกครั้งที่เกิดปฏิกิริยาเคมี ย่อมจะต้องมีการแลกเปลี่ยนพลังงาน เมื่อปฏิกิริยาเคมีเสร็จสิ้นลงแล้ว การแลกเปลี่ยนพลังงานอาจมีผลทำให้สารที่เป็นผลลัพธ์ มีพลังงานมากขึ้นหรือน้อยกว่าสารเริ่มต้นก็ได้ ถ้าผลลัพธ์ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นมีการใช้พลังงานภายนอก ปฏิกิริยาเคมีแบบนี้เรียกว่าเอนเดอร์โกนิก (endergonic) ถ้ามีการปล่อยพลังงานออกไป ในขณะที่เกิดปฏิกิริยาเคมี เรียกปฏิกิริยาเช่นนี้ว่า เอกเซอร์โกนิก (exergonic) เมื่อ เปรียบเทียบปฏิกิริยาทั้งสองแบบ จะเห็นว่าปฏิกิริยาแบบเอกเซอร์โกนิกจะเกิดขึ้นเองและ เกิดขึ้นได้ง่ายกว่าปฏิกิริยาแบบเอนเดอร์โกนิก ซึ่งอาจเปรียบเทียบได้กับการปล่อยให้ ก้อนหินกลิ้งจากยอดเขาลงมาตามไหล่เขาลงสู่เชิงเขา ส่วนปฏิกิริยาแบบเอนเดอร์โกนิก จะเปรียบได้กลับการกลิ้งก้อนหินจากเชิงเขาขึ้นสู่ยอดเขา จึงต้องใช้พลังงานมาก
                พลังงานที่อยู่ในสารเคมีที่อาจนำไปใช้ทำให้เกิดงานได้เรียกว่าพลังงานอิสระของกิบส์ (Gibb’s free energy หรือ G) เ มื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีขึ้น พลังงานอิสระอาจมีค่าเปลี่ยนไปจากเดิม ซึ่งอาจมีค่าสูงขึ้น หรือลดลง (G) โดยคิดจากพลังงาน ที่มีอยู่เดิม จะเห็นได้ว่าปฏิกิริยาเอกเซอร์โกนิกมีพลังงานอิสระเหลือน้อย จะให้ค่าของพลังงานอิสระที่เปลี่ยนไปจากค่าเดิมมีค่าเป็นลบ (-G) แต่ถ้าเป็นปฏิกิริยาเอนเดอร์โกนิกจะมีพลังงานอิสระที่เกิดขึ้นมากกว่าพลังงานอิสระเริ่มต้น หรือพลังงานอิสระที่เปลี่ยนไปจากเดิม มีค่าเป็นบวก (+G) ในการเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาเคมีจึงนิยมเขียนเครื่องหมาย + หรือ - ไว้ข้างหน้าค่าของ G สำหรับปฏิกิริยานั้นๆ เพื่อแสดงว่าเป็นปฏิกิริยาแบบใด
                ปฏิกิริยาเอกเซอร์โกนิก เช่น การรวมตัวของ H₂ กับ O₂ ได้น้ำ (H₂O) และปฏิกิริยาการใช้น้ำตาลกูลโคสเผาไหม้ในการหายใจแบบใช้ออกซิเจนของสิ่งมีชีวิต

H2 + 1/2O2 ----------> H2O	G = -36.36 Kcal/mole
C6 H12 O6 + 6O2 + 6H2O  ----------> 6CO2 +12H2O	G = -690 Kcal/mole

รูปที่ 1 กราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงานในปฏิกิริยาเอกเซอร์โกนิก ระหว่าง H₂ กับ O₂ เกิดเป็นน้ำ 

                ยังมีปฏิกิริยาเอกเซอร์โกนิกอีกเป็นจำนวนมากที่ไม่อาจเริ่มต้นได้ในสภาวะปกติจนกว่าจะได้รับพลังงานจากภายนอกเพียงเล็กน้อยมากระตุ้นให้ปฏิกิริยาเริ่มเกิด เช่น แก๊ส ไฮโดรเจน กับแก๊สออกซิเจน ที่ผสมกันอาจอยู่ด้วยกันโดยไม่เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ แต่ถ้าได้ รับความร้อนจากเปลวไฟเพียงเล็กน้อย จะเกิดปฏิกิริยาการรวมตัวระหว่างโมเลกุลของ แก็สสองชนิดนี้ ตามด้วยปฏิกิริยาแบบลูกโซ่ของโมเลกุลที่เหลืออยู่ อย่ารวดเร็วจนเกิดการ ระเบิดขึ้น พร้อมทั้งมีพลังงานความร้อนปล่อยออกมา ปฏิกิริยาเคมีลักษณะเช่นนี้แสดงว่าเป็นปฏิกิริยาแบบเอกเซอร์โกนิก พลังงานจลน์ต่ำสุดที่ใช้กระตุ้นสารที่จะทำปฏิกิริยากันเปลี่ยนไป อยู่ในสภาพที่สามารถทำปฏิกิริยาได้ (activated state) เรียกว่าพลังงานกระตุ้น (activated energy) ดังรูปที่ 1

2. เอนไซม์

                เซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดสามารถผลิตเอนไซม์ได้ ปัจจุบันพบว่ามีเอนไซม์อยู่เป็น พันๆชนิดถ้าสิ่งมีชีวิตขาดเอนไซม์ปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงทางเคมีจะเกิดขึ้นไม่ได้ เอนไซม์ จึงทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมปฏิกิริยาทางเคมีในสิ่งมีชีวิต เอนไซม์เป็นอินทรียสารจำพวกโปรตีน ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่ง (organic catalysts) หมายความว่า เอนไซม์ช่วยทำให้เกิด ปฏิกิริยาเร็วขึ้น โดยที่เอนไซม์ไม่ได้เปลี่ยนแปลงและหมดเปลืองไป สารที่ทำปฏิกิริยากับ เอนไซม์ เรียกว่า ซับสเตรต (substrate)
                2.1 ความหมายของเอนไซม์ นักเคมีชาวเยอรมันสองพี่น้องคือ เอดอต และ ฮานส์ บุชเนอร์ (Eduard and Hans Buchner) ได้ค้นพบสารชนิดหนึ่งในเซลล์ยีสต์ที่มี คุณสมบัติทำให้น้ำตาลกูลโคสเปลี่ยนเป็นเอทิลแอลกอฮอล์ จึงได้ให้ชื่อสารนั้นว่า enzyme ซึ่งมาจากคำว่า en ซึ่งแปลว่า ใน และ zyme ซึ่งแปลว่า ยีสต์
                เอนไซม์ทุกชนิดเป็นโปรตีน มีอยู่ในเซลล์ทุกชนิด จะมีการสลายตัว และสร้างขึ้นใหม่อยู่ตลอดเวลา เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมปฏิกิริยาเคมีในเซลล์

                2.2 ตำแหน่งที่มีการผลิตเอนไซม์ จะพบว่าออร์แกเนลล์ในเซลล์เป็นแหล่ง ผลิตเอนไซม์ เช่น ไมโทคอนเดรีย เป็นแหล่งผลิตเอนไซม์ที่ใช้ในกระบวนการหายใจ ไลโซโซมเป็นแหล่งผลิตไฮโดรลิติกเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายอินทรียสารต่างๆ โกลจิเชิงซ้อน (golgi complex) ผลิตเอนไซม์ที่ใช้ในการย่อยอาหาร ส่วนพืชนั้น คลอโรพลาสต์ผลิตเอนไซม์ที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นต้น

                2.3 คุณสมบัติของเอนไซม์ คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของเอนไซม์คือ ความเฉพาะเจาะจง (specificity) เอนไซม์ชนิดหนึ่งอาจมีความเฉพาะเจาะจงมาก คือ จะเร่งปฏิกิริยาใดปฏิกิริยาหนึ่งโดยเฉพาะ หรือ จะทำปฏิกิริยากับซับสเตรตชนิดเดี่ยวเท่านั้น เอนไซม์บางชนิดอาจมีความเฉพาะเจาะจงน้อยกว่า คืออาจจะเร่งปฏิกิริยาที่คล้ายกันได้ หรือทำปฏิกิริยากับซับสเตรตที่คล้ายกันได้
                เอนไซม์เป็นตัวเร่งที่ต่างจากตัวเร่งอื่นๆ คือเอนไซม์มีประสิทธิภาพในการทำงานสูงกว่าตัวเร่งชนิดอื่นๆ ดังเช่น เอนไซม์คะทะเลส (catalase) 1 โมเลกุลสามารถทำให้ H₂O₂ ซึ่งเป็นซับสเตรตแตกตัวกลายเป็น H₂O และ O₂ ได้ถึง 5,000,000 โมเลกุลใน 1 นาที อัตราการเร่งของเอนไซม์ เช่นนี้เรียกว่า เทิร์นโอเวอร์ นับเบอร์ (turnover number) ของเอนไซม์

                องค์ประกอบของเอนไซม์ เอนไซม์บางชนิดประกอบด้วยโปรตีนล้วนๆ เอนไซม์ส่วนใหญ่จะประกอบด้วยโปรตีนอยู่ร่วมกับส่วนที่ไม่ใช่โปรตีน ดังนั้นส่วนที่เป็นโปรตีน จึงเรียกว่า อะโพเอนไซม์ (apoenzyme) แต่ส่วนที่ไม่ใช่โปรตีนจะเป็นกลุ่มโพรสเทติก (prosthetic group) ส่วนนี้เรียกว่า ฮอโลเอนไซม์ (holoenzyme)

                กลุ่มโพรสเทติก อาจเป็นไอออนของโลหะ จึงเรียกว่าตัวเร่งเร้าโลหะ (metal activator) เช่น Fe^2-, Zn²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Mn²⁺, Cu²⁺, K⁺, Na⁺ เป็นต้น ตัวเร่งเร้า โลหะเหล่านี้เป็นปัจจัยร่วม (cofactor) ที่จะทำให้เอนไซม์ทำงานได้
                กลุ่มโพรสเทติก อาจเป็นอินทรียสารจึงเรียกว่าโคเอนไซม์ (coenzyme) ส่วนใหญ่มักจะเป็นวิตามิน หรือสารที่ได้จากวิตามิน เช่น วิตามินบีชนิดต่างๆ ในบางครั้งจะมีเอนไซม์หลายชนิดสามารถช่วยเร่งปฏิกิริยาเดียวกันได้โดย เอนไซม์เหล่านี้มีความแตกต่างกันไม่มากนัก เอนไซม์พวกนี้เรียกว่าไอโซเอนไซม์ (isoenzyme)

                2.4 ชนิดของเอนไซม์ และการเรียกชื่อเอนไซม์ ชนิดของเอนไซม์หากแบ่ง ตามลักษณะของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น จะแบ่งออกได้ 6 ชนิด
                        2.4.1 ออกซิโดรีดักเทส (oxidoreductase) เป็นเอนไซม์ที่ใช้ใน ปฏิกิริยาออกซิเดชัน เช่น ออกซิเดส ดีไฮโดรจีเนส
                        2.4.2 แทรนส์เฟอเรส (transferase) เป็นเอนไซม์ที่ใช้ในปฏิกิริยา การแลกเปลี่ยนหมู่ฟังชันแนล เช่น แทรนส์คีโทเลส เมทิลแทรนส์เฟอเรส

รูปที่ 2 โมเลกุลของเอนไซม์ที่มีไบโอทินเป็นกลุ่มโพรสเทติก (โคเอนไซม์ไบโอทิน) (ที่มา: purves and orians. 1983:145)

รูปที่ 3 โมเลกุลของเอนไซม์ที่มีเหล็กเป็นกลุ่มโพรสเทติก (ที่มา : Purves and Orians. 1983:145)

                2.4.3 ไฮโดรเลส (hydrolase) เป็นเอนไซม์ที่ใช้ในปฏิกิริยา ไฮโดรลิซิส เช่น ลิเพส ยูรีเอส ฟอสฟาเทส
                2.4.4 ไลเอส (lyasa) เป็นเอนไซม์ที่ทำให้ซับสเตรตแตกตัวตรง C-C C-O,และ C-N เช่น ดีคาร์บอกซิเลส ฟูมาเรตไฮตราเทส ฮีสทิดีน แอมโมเนียไลเอส
                2.4.5 ไอโซเมอเรส (isomerase) เป็นเอนไซม์ที่ใช้ในการเปลี่ยน สารที่เป็นไอโชเมอร์ จากตัวหนึ่งเป็นอีกตัวหนึ่ง เช่น ฟอสโฟกลีเซอโรมิวเทส จะเปลี่ยน 3- ฟอสโฟกลีเซอเรต เป็น 2- ฟอสโฟกลีเซอเรต
                2.4.6 ซินเทเทส (synthetass) เป็นเอนไซม์ที่ใช้ในการสังเคราะห์สาร เช่น ไพรูเวตคาร์บอกซิเลส จะเปลี่ยนกรดไพรูวิกให้เป็นกรดออกซาโลแอซิติกการเรียกชื่อเอนไซม์ชื่อสามัญมักจะใช้วิธีเติม -ase เข้าไปข้าางท้ายชื่อซับสเตรต ที่จะทำปฏิกิริยากับเอนไซม์นั้นๆ ดังรายชื่อต่อไปนี้

ซับสเตรต	ชื่อเอนไซม์
เฮกโซส	เฮกโซไคเนส
ไซโทโครม	ไซโทโครมออกซิเดส
กรดมาลิก	มาลิกดีไฮโดรจีเนส
ลิพิด	ลิเพส
ไกลโคเจน	ไกลโคเจเนส
มอลโทส	มอลเทส
แลกโทส	แลกเทส
ยูเรีย	ยูรีเอส

รูปที่ 4 แสดงปฏิกิริยาระหว่างเอนไซม์กับซับสเตรต ก. ตำแหน่งที่ศรชี้ คือ แหล่งกัมมันต์ของเอมไซม์ โมเลกุล A และโมเลกุล B คือ ซับสเตรด ข. เอนไซม์-ซับสเตรตเชิงซ้อน ค.โมเลกุลสารผลผลิต และเอนไซม์ (ที่มา : Bernstein and Bernstin.1982:67)

                ชื่อเอนไซม์บางชนิดไม่มีหลักเกณฑ์ดังที่กล่าวมา เนื่องจากได้มีการตั้งชื่อมาก่อนที่ จะได้มีการตกลงหลักเกณฑ์เหล่านี้ ดังเช่นเอนไซม์เพปซิน (pepsin) ชึ่งเป็นเอนไซม์ของ กระเพาะอาหารที่ย่อยโปรตีน

                   2.5 การทำงานของเอนไซม์ ในการรวมตัวของเอนไซม์กับซับสเตรตบน โมเลกุลของเอนไซม์จะมีบริเวณเฉพาะที่จะจับกับซับสเตรตได้ เรียกตำแหน่งนี้ว่า แหล่งกัมมันต์ (active site) แหล่งกัมมันต์มีรูปร่างคล้ายกับเงาของซับสเตรต ทำให้รวม กันได้พอดี ลักษณะเช่นนี้คล้ายกับแม่กุญแจ และลูกกุญแจ (lock and key) ที่สวมกันได้พอดี
                เอนไซม์จะทำปฏิกิริยากับซับสเตรตที่เฉพาะเจาะจง เมื่อเอนไซม์รวมตัวกับ ซับสเตรตที่เหมาะสม จะเกิดสารเชิงซ้อนที่เรียกว่าเอนไซม์ซับสเตรตเชิงซ้อน (enzyme substrate complex) ซึ่งจับกันไว้ด้วยพันธะไฮโดรเจน หรือพันธะไอออนิก หรือพันธะโควาเลนท์ หลังจากนั้นเอนไซม์-ซม์ซับสเตรตเชิงช้อนก็จะแยกตัวออก (เกิดการเร่ง) ทำให้ เกิดสารผลปฏิกิริยา (product) และเอนไซม์อิสระกลับคืนมา
                สมการปฏิกิริยาของเอนไซม์ และซับสเตรตจะเป็นสมการที่ย้อนกลับ ดังนี้

เอนไซม์	+	ซับสเตรต ---> เอนไซม์	- ซับสเตรตเชิงซ้อน		--> เอนไซม์ +	สารผลปฏิกิริยา
(E)		(S)	(ES)		(E)	(P)

                2.6 ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเอนไซม์ ปฏิกิริยาของเอนไซม์จะดำเนินไปได้อย่างไรนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยที่สำคัญ ดังนี้
                        2.6.1 อุณหภูมิ เอนไซม์แต่ละชนิด มีความไวต่ออุณหภูมิแตกต่างกัน อุณหภูมิที่เอนไซม์ทำงานได้ดีที่สุด (optimum temperature) โดยทั่วไปอยู่ประมาณ 25-40 องศาเซลเซียส ดังรูปที่ 2.6 ก. ถ้าอุณหภูมิสูงเกินไปปฏิกิริยาจะลดลงทั้งนี้เพราะ เอนไซม์ซึ่งเป็นโปรตีนจะเกิดการเสียสภาพ (denature) จึงเข้ารวมกับซับสเตรตไม่ได้
                        2.6.2 ความเป็นกรดเป็นด่าง มีผลต่อปฏิกิริยาของเอนไซม์ เอนไซม์ แต่ละชนิดจะทำงานได้ดีที่สุด ในสภาวะที่มีความเป็นกรดเป็นด่างพอเหมาะ (optimum pH) ซึ่งอาจแตกต่างกัน ดังรูปที่ 2.6 ข. เช่น ซูเครสทำงานได้ดีที่สุดที่ pH =6.2 ลิเพส =7.0 เพปชิน = 1.5-2.5 ทริปชิน =8-11
                        2.6.3 ปริมาณของเอนไซม์ ถ้ามีเอนไซม์มากจะทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้น อย่างรวดเร็ว แต่ถ้าเอนไซม์มากเกินพอ ความเร็วของปฏิกิริยาจะไม่เพิ่มขึ้น ทั้งนี้เพราะ ไม่มีซับสเตรตเหลือพอที่จะเข้าทำปฏิกิริยา
                        2.6.4 ปริมาณซับสเตรต มีผลเช่นเดียวกับปริมาณของเอนไซม์คือถ้าเพิ่ม ซับสเตรตมากเกินไป ปฏิกิริยาก็จะไม่เกิดเร็วขึ้น เพราะปริมาณเอนไซม์มีไม่เพียงพอ
                        นอกจากปัจจัยทั้งสี่ที่กล่าวมาแล้วยังมีสารบางชนิดที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์ เช่นสารที่ทำให้การทำงานของเอนไซม์ลดลง เรียกว่า ตัวยับยั้ง (inhibitor) ส่วนสาร ที่เร่งการทำงานของเอนไซม์ได้ดีขึ้น เรียกว่า ตัวเร่งเร้า (activator)
                        ตัวยับยั้งบางตัวจะรวมกับเอนไซม์ที่แหล่งกัมมันต์ ทำให้เอนไซม์ไม่สามารถรวมกับ ซับสเตรตได้ ตัวยับยั้งแบบนี้เรียกว่าคอมเพทิทีฟอินฮิบิเตอร์ (competitive inhibitor) ซึ่งจะมีรูปร่างโมเลกุลคล้ายกับซับสเตรต ดังรูปที่ 5

รูปที่ 5 แสดงคอมเพทิทีฟอินฮิบิเตอร์ (ที่มา : Purves and Orians.1983:146)

                ในระยะต่อมาพบว่าเอนไซม์บางตัวมีบริเวณอื่นที่ไม่ใช่แหล่งกัมมันต์ แต่มีผลต่อการ ทำงานของเอนไซม์ บริเวณนี้เรียกว่า แอลโลสเตริกไซต์ (allosteric site) ซึ่งอาจ มีสารบางชนิดมารวมที่บริเวณนี้ได้จนทำให้เอนไซม์ทำงานดีขึ้น หรือลดลง หากการรวมนั้น ทำให้เอนไซม์ทำงานได้ดีขึ้น จะเรียกว่าแอลโลสเตริกแอกทิเวเตอร์ หากทำให้การทำงาน ของเอนไซม์ลดลง จะเรียกว่าแอลโลสเตริกอินฮิบิเตอร์ ส่วนเอนไซม์ที่มีแอลโลสเตริกไซต์ จะเรียกว่า แอลโลสเตริกเอนไซม์ ซึ่งพบว่ามีความสำคัญต่อการควบคุมกระบวนการ เมแทบอลิซึมในสิ่งมีชีวิตมาก ดังนั้นจึงเรียกว่าเป็น เรกิวลาทอรี เอนไซม์ (regulatory enzyme)

3. เอทีพีสารที่มีพันธะเคมีพลังงานสูง

                แม้ว่าเอนไซม์สามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีในสิ่งมีชีวิตได้ก็ตาม สิ่งมีชีวิตยังต้องการ พลังงานเพิ่มเข้าไป จึงจะสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีต่างๆในเซลล์ขึ้น พลังงานเคมีใน อินทรียสารต่างๆที่ได้จากอาหารจะเปลี่ยนมาอยู่ในรูปของพลังงานเคมีพิเศษที่อยู่ในโมเลกุล ของสารประกอบที่ชื่อว่าอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต(adenosine triphosphate หรือ ATP) เอทีพีเปรียบเสมือน “ระบบเงินตรา” ของเซลล์ เพราะเอทีพี ทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการ นำเอาพลังงานจากที่หนึ่งไปใช้อีกที่หนึ่ง หรือนำพลังงานจากสารหนึ่งไปให้อีกสารหนึ่งใน เซลล์ เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสง เปลี่ยนพลังงานรังสีมาเป็นพลังงานเคมี ซึ่งอยู่ในรูป ของพันธะเคมีของกลูโคสภายในคลอโรพลาสต์ เมื่อพลังงานเคมีนี้ถูกนำไปใช้เพื่อการ สังเคราะห์สารประกอบต่างๆภายในเซลล์ ก็จะมีการเปลี่ยนพลังงานในพันธะเคมีของ กลูโคส ให้มาอยู่ในเอทีพีเสียก่อนโดยกระบวนการหายใจ แล้วพลังงานเคมีในเอทีพีจึงจะถูก นำไปใช้ เพื่อการสังเคราะห์สารประกอบต่างๆ
                โมเลกุลของเอทีพี ประกอบด้วยสารประกอบอินทรีย์ 2 ชนิดคืออะดีนีนและน้ำตาลไรโบส (น้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม) ที่มีฟอสเฟตเกาะอยู่ 3 หมู่ และพันธะเคมี ที่เชื่อมระหว่างกลุ่มฟอสเฟต 2 ตัวท้าย นี้เอง เป็นพันธะที่มีพลังงานสูง เมื่อเอทีพีทำ ปฏิกิริยากับน้ำ พันธะเคมีระหว่างฟอสเฟตนี้จะแตกออกและให้พลังงานออกมามากกว่าพันธะ เคมีทั่วไป ดังนั้นการเขียนพันธะเคมีระหว่างกลุ่มฟอสเฟตที่สองและสาม จึงนิยมเขียนเป็น ~ ซึ่งต่างจากพันธะเคมีทั่วไป เพื่อแสดงให้รู้ว่าเป็นพันธะเคมีพลังงานสูง
                เมื่อพันธะเคมีพลังงานสูงของเอทีพีสลายในเซลล์ พลังงานบางส่วนจะสูญเสียไปในรูปความร้อนและบางส่วนถูกนำไปใช้ทำงาน เช่น เมื่อ เอทีพี ถ่ายทอดกลุ่มฟอสเฟตไป ให้โมเลกุลของสารอื่น โมเลกุลสารนั้นจะได้รับพลังงานเพิ่มขึ้นด้วย จึงทำให้สามารถทำ ปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่นต่อไป โดยวิธีพลังงานเอทีพี จึงทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีต่างๆภายใน เซลล์
                เซลล์จะมีเอทีพีอยู่ไม่มาก เพราะจะถูกใช้และถูกสร้างขึ้นมาใหม่ตลอดเวลา เมื่อเอทีพีถูกใช้โดยการเสียฟอสเฟตตัวท้ายไปและเสียพันธะเคมีพลังงานสูงไป 1 ตัว เอทีพีจะกลายเป็น อะดีโนซีนไดฟอสเฟต (adenosine diphosphate หรือ ADP) และถ้าเสีย พันธะเคมีพลังงานสูงอันที่สองด้วยก็จะกลายเป็น อะดีโนซีนมอโนฟอสเฟต (adenosine monophoshate หรือ AMP)การเปลี่ยน AMP หรือ ADP กลับมาเป็น ATP ต้องได้รับ กลุ่มฟอสเฟตและต้องใช้พลังงาน ในเซลล์มีสารประกอบหลายตัวที่มีกลุ่มฟอสเฟต และพันธะเคมีของกลุ่มฟอสเฟตนี้มีพลังงานสูงกว่า ATP เช่นในฟอสโฟอีนอลไพรูเวต (phosphoenolpyruvate) 1,3- ไดฟอสโฟกลีเซอเรต (1,3-diphoglycerate) และสารประกอบพวก นี้สามารถถ่ายทอดกลุ่มฟอสเฟตให้ ADP พร้อมกับพลังงาน ทำให้ได้ ATP กลับคืนมา โดยมีเอนไซม์เป็นตัวเร่งดังนี้

(pyruvate kinase)

phosphoenolpyruvate + ADP   ---------->    pyruvate + ATP

แล้ว ATP นี้อาจจะถูกนำไปใช้ต่อ โดยถ่ายทอด พลังงานให้สารอื่นอีกดังนี้

(hexokinase)

ATP + D - glucose     ---------->   ADP + D – glucose – 6 -phosphate

                ถ้ารวม 2 สมการนี้จะเห็นว่าผลลัพท์ คือ การถ่ายทอดพลังงานจากกลุ่มฟอสเฟตในฟอสโฟอีนอลไพรูเวต ไปให้กลูโคสและกลายเป็น กลูโคส-6-ฟอสเฟตดังสมการ

phosphoenolpyruvate + D - glucose  ----------> pyruvate + D - glucose - 6 - phoshate

                โดยมี ATP และ ADP ทำหน้าที่เป็นระบบนำส่ง เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นตลอดเวลาภายในเซลล์ เพื่อนำเอาพลังงานจากสารอาหารไปใช้โดยอาศัย ATP เป็นตัวกลาง เช่น ใช้ในการ สังเคราะห์โปรตีน โดยนำสารเข้าสู่เซลล์ การกำจัดสารที่ไม่ต้องการออกจากเซลล์ การทำงานของกล้ามเนื้อเป็นต้น สรุปได้ว่าการทำงานภายในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดอาศัยพลังงาน ที่ได้มาจาก ATP
                กระบวนการสังเคราะห์พันธะเคมีที่มีพลังงานสูงของ ATP เรียกว่าฟอสโฟริเลชัน (phosphorylation) เกิดขึ้นได้ 3 แบบ
                ก. โดยการถ่ายทอดกลุ่มฟอสเฟตจากสารที่มีพันธะเคมีพลังงานสูงกว่ามาให้ ADP โดยตรง ดังกล่าวมาแล้วข้างต้น เรียกว่า ซับสเตรตฟอสโฟริเลชัน (substrate phosphorylation)
                ข. โดยได้รับพลังงานรังสีมาทำให้เกิดการรวมตัวของ ADP กับฟอสเฟตกลายเป็น ATP เช่นที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เรียกว่า โฟโตฟอสโฟริเลชัน ( photophosphorylation )
                ค. โดยการรวมตัวของ ADP กับฟอสเฟต ในขณะที่เกิดการถ่ายทอดอิเล็กตรอนไปให้ออกซิเจนในกระบวนการหายใจ ซึ่งเกิดในไมโทคอนเดรีย เรียกว่า ออกซิเดทีฟฟอสโฟริเลชัน (oxidative phosphorylation)

4. เมแทบอลิซึม

                เมแทบอลิซึม เป็นกิจกรรมทางเคมีที่เกิดขึ้นเฉพาะสิ่งมีชีวิตเท่านั้นเช่น การสร้างพลังงาน การเจริญเติบโต การซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอ การคิด การรู้สึก รวมทั้งการกำจัดของเสีย
                เมแทบอลิซึมแบ่งออกได้เป็น 2 ขั้น ดังนี้
                4.1 แคทาบอลิซึม (catabolism) เป็นการสลายอินทรียสารโมเลกุลซับซ้อนให้เกิดเป็นอินทรียสารโมเลกุลเล็กลง การสลายโมเลกุลดังกล่าวทำให้มีการปล่อยพลังงานออกมา เพื่อใช้ในการดำรงชีวิต ดังเช่น การย่อยแป้งให้เป็นน้ำตาลมอลต์ จากนั้นย่อยน้ำตาลมอลต์ให้เป็นกลูโคส ซึ่งมีโมเลกุลเล็กลงเป็นลำดับ กลูโคสทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจะเกิดคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และพลังงาน

                4.2 แอนาบอลิซึม (anabolism) เป็นการสังเคราะห์โมเลกุลที่ซับซ้อนจากสารโมเลกุลเล็กที่ได้จากแคทาบอลิซึม ดังเช่นจะเกิดการรวมตัวของกลูโคส หลายโมเลกุลเกิด เป็นแป้ง , ไกลโคเจน
                กระบวนการเมแทบอลิซึมนั้นเกิดขึ้นกับโปรตีนและไขมัน เช่นเดียวกับ คาร์โบไฮเดรต เมื่อเรากินโปรตีน จะเกิดการย่อยโปรตีนเป็นกรดอะมิโน และมีการสังเคราะห์กรดอะมิโนให้มาเป็นโปรตีนที่ร่างกายต้องการ เช่น เป็นโปรตีนที่จะเป็นองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ โครโมโซม ไรโบโซม เอนไซม์ เป็นต้น จะเห็นได้ว่าเรากินโปรตีนจากอาหารเข้าไปแล้วเปลี่ยนแปลงมาเป็นโปรตีนของเราเองที่เราจะนำไปใช้ประโยชน์ต่อไปได้
                การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชสีเขียว เป็นปฏิกิริยาขั้นแอนาบอลิซึม โดยพืชสังเคราะห์กลูโคส จากคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำโดยมีคลอโรฟิลล์ เป็นสารที่จับพลังงานแสงสว่าง จากดวงอาทิตย์ มาใช้ในปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังสมการ

(แสงสว่าง)
6CO2 + 12H2O	----------------------------->	C6H12O6 + 6O2 + 6H2O + พลังงาน
(คลอโรฟิลล์)

                การหายใจของพืชสีเขียว และสัตว์ที่ต้องการออกซิเจน จัดเป็นปฏิกิริยาขั้นแคทาบอลิซึม ดังสมการ

C6H12O6 + 6O2

---------->

6CO2 + 6H2O + พลังงาน

5. การสังเคราะห์ด้วยแสง

                การสังเคราะห์ด้วยแสง คือ การใช้พลังงานรังสีเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจนที่มาจากน้ำหรือจากแหล่งให้ไฮโดรเจนอื่นๆ ให้เป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรต โดยเซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีรงควัตถุที่สามารถดูดพลังงานจากแสงได้ เช่น พืชสีเขียว แบคทีเรียบางชนิด

                5.1 แสงและสารสีสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง เซลล์ที่สามารถสังเคราะห์ด้วยแสงได้จะต้องมีสารสีสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งประกอบด้วยคลอโรฟิลล์และสารสีประกอบชนิดอื่น พืชสีเขียวจะมีคลอโรฟิลล์และสารสีประกอบอยู่ในคลอโรพลาสต์ซึ่งเป็นแหล่งเกิดการสังเคราะห์ด้วยแสง สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินและแบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้ไม่มีคลอโรพลาสต์ จึงพบสารสีอยู่ในไซโทพลาซึมโดยอยู่ที่เยื่อบางๆที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้ (photosynthetic lamella) บางชนิดอยู่ในโครมาโทฟอร์ (chromatophore)

รูปที่ 6 แผนภาพกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงโดยย่อ 

                ต้นกำเนิดของคลอโรฟิลล์ คือ โพรโทคลอโรฟิลล์ ( protochlorophyll ) เป็นสารที่ไม่มีสี พบมากในพืชที่อยู่ในที่มืด เมื่อสารชนิดนี้ถูกแสงสว่าง จะถูกรีดิวซ์และเปลี่ยนเป็นคลอโรฟิลล์
                คลอโรฟิลล์จำแนกออกได้ 4 ชนิด คือ คลอโรฟิลล์เอ คลอโรฟิลล์บี คลอโรฟิลล์ซี และคลอโรฟิลล์ดี คลอโรฟิลล์ทั้ง 4 ชนิด จะมีสูตรโครงสร้างที่คล้ายกันมาก ให้ดูสูตรโครงสร้างของคลอโรฟิลล์เอ เป็นต้นแบบจะพบว่า
                คลอโรฟิลล์บี จะเปลี่ยนหมู่ -CH₃ ของคลอโรฟิลล์เอ เป็น -CHO
                คลอโรฟิลล์ซี จะเปลี่ยนหมู่ -CH₂-CH₂-COOH₂₀H₃₉ ของคลอโรฟิลล์เอ เป็น -CH=CH-COOH
                คลอโรฟิลล์ดี จะเปลี่ยนหมู่ -CH=CH₂ ของคลอโรฟิลล์เอ เป็น -CHO
                ยังมีสารสีชนิดอื่นที่พบในพืชสีเขียวชั้นสูง คือ แคโรทีนอยด์ ซึ่งแบ่งออกได้เป็นแคโรทีน ซึ่งมีสีส้ม และแซนโทฟิลล์ให้สีเหลือง สารสีทั้งสองชนิดนี้จะอยู่ในโครโมพลาสต์ (chromoplast) ทำหน้าที่ช่วยในการสังเคราะห์ด้วยแสงสาหร่าย ยกเว้นสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน จะพบสารสีทั้งสองชนิดนี้อยู่ด้วย

                สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน และสาหร่ายสีแดงจะมีรงควัตถุประกอบอื่น เช่น ไฟโคบิลิน ซึ่งให้สีแดง เรียกว่า ไฟโคอิริโทรบิลิน และพวกที่ให้สีน้ำเงิน เรียกว่า ไฟโคไซแอโนบิลิน สารทั้งสองนี้จะรวมอยู่กับโปรตีนในเซลล์ของสาหร่าย จึงเกิดเป็นสารประกอบ เรียกว่า ไฟโคอิริทริน และไฟโคไซแอนิน

                คลอโรฟิลล์ชนิดต่างๆมีสมบัติในการดูดพลังงานแสงในแถบสีม่วงน้ำเงินได้ดีที่สุด รองลงมาคือแสงสีแดง แต่คลอโรฟิลล์แต่ละชนิดจะดูดแสงได้ดีที่สุดที่ความยาวคลื่นต่างๆกัน ส่วนแบคเทอริโอคลอโรฟิลล์ดูดพลังงานแสงในช่วงคลื่นแสงแถบอินฟราเรดได้ดีที่สุด
                ด้วยเหตุที่คลอโรฟิลล์ชนิดต่างๆดูดแสงในช่วงคลื่นแถบสีน้ำเงินและสีแดงได้ดีกว่าช่วงความยาวคลื่นอื่นๆช่วงคลื่นสีเขียว คลอโรฟิลล์ดูดได้น้อยที่สุด จึงทำให้เรามองเห็นสีคลอโรฟิลล์เป็นสีเขียว ถ้ามองในแนวที่แสงผ่านทะลุคลอโรฟิลล์มาเข้าตา แต่ถ้ามองสารละลายของคลอโรฟิลล์ โดยให้แสงตกบนคลอโรฟิลล์แล้วสะท้อนมาเข้าตา จะเห็นสีของแสงที่คลอโรฟิลล์ส่งกลับออกมาเป็นแสงสีแดงเข้ม คลอโรฟิลล์เอจะมีสีเขียวปนน้ำเงิน ส่วนคลอโรฟิลล์บีมีสีเขียวอมเหลือง
                5.2 ปฏิกิริยาในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้น 2 ขั้น ดังนี้
                        5.2.1 ปฏิกิริยาที่ใช้แสง (light reaction) 

ภาพที่ 7 ปฏิกิริยาที่ใช้แสง (light reaction)

                เป็นปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นได้ต้องมีแสงจากดวงอาทิตย์ หรือแสงประดิษฐ์ก็ได้ นอกจากแสงแล้วจะต้องมีน้ำและคลอโรฟิลล์ ซึ่งจะต้องเป็นตัวรับพลังงานรังสีในช่วงคลื่นที่เหมาะสม ทำให้คลอโรฟิลล์มีพลังงานเพิ่มขึ้น พลังงานที่เพิ่มขึ้นต้องมีมากพอที่จะทำให้อิเล็กตรอนในโมเลกุลของคลอโรฟิลล์อยู่ในสถานะถูกเร่งเร้า (excited state) และถ้าได้รับพลังงานรังสีมากพออิเล็กตรอนอาจหลุดออกไปจากโมเลกุลเดิม อิเล็กตรอนที่ขยายวงโคจรกว้างออกไปอาจวิ่งกลับสู่ตำแหน่งเดิมในโมเลกุลของคลอโรฟิลล์ได้อีก โดยการปล่อยพลังงานออกมาในรูปของพลังงานรังสี ทำให้เห็นคลอโรฟิลล์ในตัวทำละลายที่เป็นสารอินทรีย์เรืองแสงสีแดงเข้ม เรียกว่า แสงฟลูออเรสเซนซ์ (fluorescence) ส่วนอิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจากโมเลกุลของคลอโรฟิลล์อาจมีจำนวนมาก และจะมีสารมารับและถ่ายทอดอิเล็กตรอนต่อไปเป็นทอดๆ (electron transfer) ในขณะที่มีการถ่ายทอดอิเล็กตรอนนี้ พลังงานของอิเล็กตรอนจะลดลง พลังงานที่ถูกปล่อยออกมาจะถูกนำไปสร้างสารประกอบ ATP จาก ADP ในกระบวนการโฟโตฟอสโฟริเลชัน (photophosphorylation) พลังงานอีกส่วนหนึ่งจะนำไปสร้าง NADPH + H⁺ จาก NADP⁺ (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)

                สารสีในคลอโรพลาสต์ ที่ทำหน้าที่สังเคราะห์ด้วยแสงนี้จะรวมกันเป็นหน่วยย่อย เรียกว่า หน่วยสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthetic unit) หรือควอนทาโซม (quantasome) บนไทลาคอยด์ (thylakoid) จะมีคลอโรฟิลล์รวมกันอยู่ประมาณ 400-600 โมเลกุล และจะมีคลอโรฟิลล์เอรูปพิเศษ เป็นศูนย์กลางรวมรับพลังงานจากสารสีอื่น แล้วทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีรังสี เรียกคลอโรฟิลล์เอรูปพิเศษนี้ว่า ศูนย์ปฏิกิริยาเคมีรังสี (photochemical reaction center) หน่วยสังเคราะห์ด้วยแสงแต่ละหน่วยประกอบด้วย photosystem 2 ระบบ คือ photosystem I หรือ PS I ซึ่งมี pigment system I เป็นตัวรับแสง และ photosystem II หรือ PS II ซึ่งมี pigment system II เป็นตัวรับแสง แต่ละระบบจะมี คลอโรฟิลล์ประมาณ 200-300 โมเลกุล

ตารางที่ 2.1 แหล่งที่เกิดและความยาวคลื่นที่ดูดแสงได้ดีที่สุด ของสารสีชนิดต่างๆใน การสังเคราะห์ด้วยแสง

สารสี	ความยาวคลื่น (nm) ที่สารสีดูดแสงได้ดีที่สุดเมื่ออยู่ใน		แหล่งที่เกิด
	ตัวทำละลาย	เซลล์
คลอโรฟิลล์
คลอโรฟิลล์เอ	420,660	435 และระหว่าง 670 กับ 700	ในพืชสีเขียวทั่วๆ ไป (พืชชั้นสูง และ สาหร่ายทุกชนิด)
คลอโรฟิลล์บี	453,643	480 และ 650	พืชชั้นสูง สาหร่ายสีเขียว
คลอโรฟิลล์ซี	425,625	645	สาหร่ายสีน้ำตาล ไดอะตอม
คลอโรฟิลล์ดี	450,690	740	สาหร่ายสีแดง
แบคเทริโอคลอโรฟิลล์	605,770	800,850,895	แบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้
ไฟโคบิลิน
ไฟโคอีริทริน	495	490,546,576	สาหร่ายสีแดง สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำ เงินบางชนิด
ไฟโคไซแอนิน	598	618	สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน สาหร่ายสีแดงบางชนิด
แคโรทีนอยด์
แคโรทีน
บีตาแคโรทีน	425,450,480	468,486	เป็นสารสีประเภทแคโรทีน ที่มีมากที่สุดในพืชส่วนใหญ่
แซนโทฟิลล์
ลูทีออล	425,445,475	472,488	พืชชั้นสูง สาหร่ายสีเขียว และสาหร่ายสีแดง
ฟูโคแซนทอล(fucoxanthol)	425,450,475	499,545	สาหร่ายสีน้ำตาล ไดอะตอม

( ที่มา : วิสุทธิ์ ใบไม้ และคนอื่น ๆ .2530 : 99 )

6. การหายใจระดับเซลล์

                 การหายใจเป็นกระบวนการที่สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนพลังงานเคมีที่อยู่ในโมเลกุลของอินทรียสาร ให้เป็นพลังงานที่เซลล์จะนำไปใช้ประโยชน์ได้
การหายใจเป็นปฏิกิริยาเคมีที่ถูกควบคุมโดยเอนไซม์ จึงทำให้อินทรียสารค่อยๆสลายตัว พลังงานจะถูกปล่อยออกมาทีละน้อย เซลล์สามารถนำไปสร้างเป็น ATP สะสมไว้ ATP เป็นสารที่มีพลังงานสูง จึงไม่ทำให้อุณหภูมิของเซลล์สูงขึ้น จนถึงขั้นเป็นอันตราย การสร้าง ATP หรือการหายใจระดับเซลล์นั้น เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดอิเล็กตรอน

                6.1 ระบบการถ่ายทอดอิเล็กตรอน เป็นระบบที่ประกอบด้วยกระบวนการย่อยๆที่เกิดต่อเนื่อง และสัมพันธ์กัน 3 กระบวนการ คือ
                        6.1.1 กระบวนการออกซิเดชันของซับสเตรต (substrate oxidation) อินทรียสารเริ่มต้นจะถูกออกซิไดส์ ทำให้โมเลกุลสลายตัวเล็กลง ดังเช่น อินทรียสารที่มีคาร์บอนหลายอะตอมในโมเลกุลจะถูกออกซิไดส์เป็น CO₂ การสลายตัวของอินทรียสารที่เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนคาร์บอนมากๆ จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันหลายขั้นตอน จนกว่าจะได้ CO₂ ดังนี้

 ไฮโดรคาร์บอน ------> แอลกอฮอล์ ------> แอลดีไฮด์ ------> กรด CO₂

                ตัวอย่างการเกิดออกซิเดชันที่เกิดกับแบคทีเรียที่ใช้มีเทน (CH₄) มีเทน จะถูกออกซิไดส์โดยการดึง H ออกมาทีละคู่ จึงเรียกว่าเกิดปฏิกิริยาดีไฮโดรจิเนชันซึ่งถูกควบคุมโดยเอนไซม์ดีไฮโดรจิเนส H ที่ถูกดึงออกมา จะมีสารมารับและส่งต่อกันไปตามกระบวนการที่ 6.1.2 ในการนี้จะมีพลังงานปล่อยออกมาซึ่งเซลล์จะนำไปสร้าง ATP ตามกระบวนการที่ 6.1.3 หรือ ETS ไฮโดรเจนที่ได้จากการออกซิเดชันของอินทรียสารจะถูกลำเลียงไปให้กับสารรับไฮโดรเจนในรูปของไฮโดรเจนอะตอมหรือในรูปของอิเล็กตรอนไฮโดรเจนอะตอมประกอบด้วย H⁺ กับอิเล็กตรอน (H=H⁺ + e-) ซึ่งจะถูกถ่ายทอดได้ 2 แบบ คือ แบบมีออกซิเจนมารับ (aerobic transfer) และแบบไม่มีออกซิเจนมารับ (anaerobic transfer)
                เมื่อซับสเตรตถูกออกซิไดส์ ไฮโดรเจนจะถูกดึงออกมาโมเลกุลนั้นๆ จะมีสารรับไฮโดรเจนมารับและส่งต่อกันเป็นทอดๆดังรูปที่ 2.11 สารที่ทำหน้าที่รับและส่งไฮโดรเจนที่สำคัญคือ NAD⁺ , FAD โคเอนไซม์ ไซโทโครม และ O₂ ซึ่งเป็นตัวรับไฮโดรเจนตัวสุดท้าย

รูปที่ 8 สรุปการถ่ายทอดไฮโดรเจน หรืออิเล็กตรอน ในกระบวนการถ่ายทอด อิเล็กตรอนแบบมีออกซิเจนมารับ และกระบวนการถ่ายทอดพลังงาน 

                การที่เซลล์ส่งไฮโดรเจนเป็นทอดๆจะมีพลังงานปล่อยออกมา เซลล์จะนำไปสร้าง ATP และยังทำให้การรวมตัวของไฮโดรเจน กับออกซิเจนไม่เกิดพลังงานมากจนถึงขั้นทำให้เซลล์เป็นอันตรายได้

                จากรูป 2.11 จะเห็นได้ว่าถ้ามี NAD⁺ เป็นตัวรับไฮโดรเจนตัวแรกแล้ว เมื่อถ่ายทอดไฮโดรเจนไปถึงออกซิเจน จะได้พลังงานที่นำไปสร้าง ATP ได้ 3 โมเลกุลต่อไฮโดรเจน 2 อะตอม ในบางกรณีจะมี FAD มารับไฮโดรเจนเป็นตัวแรกจะได้ ATP เพียง 2 โมเลกุลต่อไฮโดรเจน 2 อะตอม พลังงานที่จะสร้าง ATPได้ 1 โมเลกุลนั้นใช้พลังงาน 7000 แคลอรี่ หรือ 7 กิโลแคลอรี
                        6.1.3 กระบวนการถ่ายทอดพลังงานเป็นกระบวนการที่เซลล์สามารถนำ พลังงาน จาก 2 กระบวนการที่กล่าวมาแล้วมาเก็บไว้ในโมเลกุลของ ATP ทำให้พลังงานไม่สูญเสียไปในรูปความร้อน ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อเซลล์
                        พลังงานที่ได้จากการสลายตัวของซับสเตรตเป็นพลังงานแหล่งแรก ซึ่งได้พลังงานน้อย พลังงานแหล่งที่สองได้จากการถ่ายทอดอิเล็กตรอน ซึ่งจะได้มากกว่าแหล่งแรก
                        การหายใจระดับเซลล์จะเกิดทั้ง 3 กระบวนการต่อเนื่องกัน เมื่อสลายตัวอย่างสมบูรณ์ จะได้ผลลัพธ์สุดท้ายเป็น CO₂ กับ H₂O เสมอ

                6.2 การสลายคาร์โบไฮเดรตให้เป็นพลังงานในเซลล์ เซลล์จะใช้น้ำตาลเฮกโซส เช่น กลูโคส และฟรุกโทส เป็นสารตั้งต้น ที่จะสลายตัวให้พลังงาน การสลายตัวของเฮกโซสจะเกิดขึ้น 3 ขั้นตอน ดังนี้
                        6.2.1 กระบวนการไกลโคลิซิส (glycolysis) กระบวนการนี้เกิดที่ไซโทพลาซึมของเซลล์ จะเกิดการสลายตัวของกลูโคส และฟรุกโทสเป็นกรดไพรูวิก 2 โมเลกุล ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นมีถึง 9 ขั้น แต่พอสรุปได้ ดังรูป 2.12
                สารที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาไกลโคลิซิสเกิดขึ้นแล้ว ก็จะทำปฏิกิริยาต่อไปอีกหลายขั้น ขั้นสุดท้ายได้กรดไพรูวิก 2 โมเลกุลและ ATP ซึ่งคิดจำนวน ATP ที่ได้จากปฏิกิริยานี้ 4ATP แต่ตอนต้นปฏิกิริยาต้องใช้ 2ATP จึงหักลบแล้วเหลือ 2ATP แต่ยังสามารถคิดจำนวน ATP จาก 2NADH₂ ที่เกิดขึ้น (1NADH₂ = 3 ATP) จึงได้ 6ATP รวม ATP ทั้งสิ้น คือ 2ATP+6ATP = 8ATP

รูปที่ 9 แผนภาพแสดงปฏิกิริยา ไกลโคลิซิส (ที่มา : Purves and Orians . 1983 : 166)

                จากกระบวนการไกลโคลิซิส จะเกิดผลลัพธ์ เป็น 2 กรดไพรูวิก + 8 ATP
                ในกรณีที่เป็นการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน กรดไพรูวิกจะเป็นตัวรับไฮโดรเจนเป็นตัว สุดท้าย หากเป็นเซลล์พืช เช่น เซลล์ยีสต์ ผลลัพธ์ขั้นสุดท้ายของการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน จะเป็นเอทิลแอลกอฮอล์

NADH + H⁺  ------>  NAD⁺
I

2H
I
CH₃-CO-COOH + 2H    ------>   CH₃-CH₂-OH + CO₂

                                            (เอทิลแอลกอฮอล์)

                ถ้าเป็นเซลล์สัตว์ เช่น เซลล์กล้ามเนื้อลายของเราจะได้ผลลัพธ์ขั้นสุดท้ายของการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน เป็นกรดแลกติก ดังสมการ

CH3–CO-COOH + 2H ( กรดไพรูวิก )	------>       CH3–CH-COOH
	I
	OH (กรดแลกติก)

               ปฏิกิริยาการเปลี่ยนกรดไพรูวิก เป็นเอทิลแอลกอฮอล์ และกรดแลกติก ดังกล่าวมาแล้ว เรียกว่าการหมัก ( fermentation ) ซึ่งให้พลังงานเพียง 2 ATP เท่านั้น
                        6.2.2 วัฏจักรกรดซิทริก (citric acid) เนื่องจากวัฏจักรนี้ ค้นพบโดย Kerb จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า วัฏจักรเครบส์ (Kerb’s cycle) เป็นกระบวนการที่เกิดต่อจาก ไกลโคลิซิส ตำแหน่งที่เกิดวัฏจักรนี้ คือ ที่ไมโตคอนเดรีย ก่อนที่จะเข้าสู่วัฏจักร กรดซิทริก กรดไพรูวิกจะเกิดการเปลี่ยนแปลงและทำปฏิกิริยากับโคเอนไซม์เอ (H-S-CoA) เสียก่อน ได้ผลเป็น อะเซทิลโคเอ ดังสมการ

				2(2H)
				I
	2CO2			2H-S-CoA
	I			I
2CH3-CO-COOH	------>	2 CH3-CO-H	------>	2CH3-CO-S-CoA
(กรดไพรูวิก)		(อะเซทิลดีไฮด์)		(อะเซทิลโคเอ)

                จากสมการนี้ H จำนวน 2 คู่ [2(2H)] ที่ได้จากการสลายตัวของกรดไพรูวิก 2 โมเลกุล จะได้อะเซทิลโคเอ 2 โมเลกุล และเมื่อ H₂ คู่นี้ ผ่านระบบการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (ETS) จนถึง O₂ จะให้พลังงาน 6ATP
                สรุปได้ว่า การเปลี่ยนแปลงกรดไพรูวิก 2 โมเลกุล เป็น อะเซทิลโคเอ 2 โมเลกุล จะได้ 2CO₂ + 6ATP
                ต่อจากนั้น อะเซทิลโคเอ จึงผ่านเข้าสู่วัฏจักรกรดซิทริก ซึ่งประกอบด้วยปฏิกิริยา 9 ขั้น จนได้ CO₂ กับ H₂O ดังรูปที่ 10

รูปที่ 10 แผนภาพแสดง วัฏจักรกรดซิทริก วัฏจักรเครบส์ (ที่มา : วิสุทธิ์ ใบไม้ และคนอื่นๆ . 2530 : 113)

                ขั้นที่ 1 อะเซทิลโคเอ ซึ่งเป็นสารที่มี 2 อะตอม (C₂) ทำปฏิกิริยากับสารในวัฏจักรตัวแรกที่มีอยู่ในเซลล์ คือ กรดออกซาโลอะเซติก (C₄ )เกิดเป็นกรดซิทริก (C₆) และ coenzyme A
                ขั้นที่ 2 กรดซิทริก เปลี่ยนเป็นกรดซีสอะโคนิติก (C₆) โดยเกิดการดึงน้ำออกจากกรดซิทริก
                ขั้นที่ 3 กรดซีสอะโคนิติก ทำปฏิกิริยากับน้ำได้กรดไอโซซิทริก (C₆)
                ขั้นที่ 4 กรดไอโซซิทริกเกิดออกซิเดชัน โดยมี NAD⁺ มารับ H ที่ถูกดึงออกจากโมเลกุล จึงได้ NADH + H⁺ เข้าสู่ระบบการถ่ายทอดอิเล็กตรอนต่อไปได้พลังงาน 3 ATP และยังเกิดปฏิกิริยาดี คาร์บอกซิเลชันดึง CO₂ 1 โมเลกุล จึงเกิดกรดแอลฟาคีโทกลูแทริก (C₅)
                ขั้นที่ 5 กรดแอลฟาคีโทกลูแทริกรวมตัวกับ coenzyme A ได้ซักซีนีลโคเอนไซม์เอ (C₄) มี NAD⁺ มารับ H ไป ขั้นนี้ได้พลังงาน 3ATP       
                ขั้นที่ 6 ซักซีนีลโคเอนไซม์เอเปลี่ยนเป็นกรดซักซีนีลและ coenzyme A ได้พลังงานในรูปของ GTP 1 โมเลกุลซึ่งมีพลังงาน เท่ากับ 1ATP

                ขั้นที่ 7 กรดซักซีนิกเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน โดยมี FAD มารับ ไฮโดรเจน เกิดเป็นกรดฟูมาริก (C₄) จะได้พลังงาน 2ATP
                ขั้นที่ 8 กรดฟูมาริก ทำปฏิกิริยากับน้ำ ได้กรดมาลิก (C₄)
                ขั้นที่ 9 กรดมาลิกเกิดออกซิเดชันมี NAD⁺ มารับ H จึงได้กรดออกซาโลอะเซติกเป็นสารเริ่มต้นวัฏจักรใหม่ และได้พลังงาน 3ATP
                ผลลัพธ์ของวัฏจักรกรดซิทริก จะให้พลังงานทั้งหมด 24ATP เพราะในวัฏจักรนี้ 1 รอบ ใช้อะเซทิลโคเอ 1 โมเลกุล จะได้ 12ATP แต่อะเซทิลโคเอจะต้องทำปฏิกิริยานี้ 2 โมเลกุล จึงได้ ATP เป็น 2 เท่า ซึ่งเท่ากับ 2x12=24ATP
                ดังนั้นการสลายตัวของกลูโคส 1 โมเลกุลในปฏิกิริยาไกลโคลิซิส ให้ 8ATP ปฏิกิริยาการเปลี่ยนกรดไพรูวิกเป็นอะเซทิลโคเอ ให้พลังงาน 6ATP วัฏจักรกรดซิทริก ได้พลังงาน 24ATP รวมพลังงานทั้งสิ้นที่ได้ หลังเกิดวัฏจักรกรดซิทริก คือ 8+6+24 = 38 ATP

6.4 การสลายโปรตีนเป็นพลังงานในเซลล์  

                   เซลล์จะใช้โปรตีนในรูปของกรดอะมิโน กรดอะมิโนเกิดจากการย่อยโปรตีน กรดอะมิโนเป็นสารประกอบ ที่มีกลุ่มอะมิโน (NH₂) อยู่ จึงต้องมีการทำ NH₂ ออกเสียก่อน ซึ่งทำได้ 2 วิธี วิธีแรกคือ ออกซิเดทีฟดีอะมิเนชัน (axidative deamination) และวิธีที่สอง เรียกว่า แทรนส์อะมิเนชัน(transamination)
                6.4.1 ออกซิเดทีฟดีอะมิเนชัน NH₂ จะถูกนำออกมาในรูปของแอมโมเนีย (NH₃ ) ดังสมการ

R		R
	+O
NH2 - C - COOH	------>	O = C - COOH
H	- NH3
(กรดอะมิโน)		(กรดแอลฟาคีโท)

                กรดแอลฟาคีโทที่เกิดขึ้นจะมีการสลายตัวต่อไป โดยบางชนิดเปลี่ยนเป็นกรดไพรูวิกก็จะผ่านเข้าวัฏจักรกรดซิทริกเหมือนคาร์โบไฮเดรต ส่วนกรดแอลฟาคีโทที่สลายตัวแล้วให้ อะเซทิลโคเอ ก็จะเข้าสู่วัฏจักรกรดซิทริกเช่นเดียวกับไขมัน
                แอมโมเนียที่เกิดจากออกซิเดทีฟดีอะมิเนชัน เป็นพิษต่อร่างกาย จึงต้องกำจัดออก หากเป็นสัตว์น้ำ แอมโมเนียจะเป็นของเสียที่ถูกกำจัดออก สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมและสัตว์ เลื้อยคลาน แอมโมเนียจะถูกเปลี่ยนเป็นยูเรีย โดยตับขับออกมากับปัสสาวะ แมลงและนก แอมโมเนียจะถูกเปลี่ยนเป็นกรดยูริก จึงกำจัดออกนอกร่างกาย
                6.4.2 แทรนส์อะมิเนชัน วิธีนี้เป็นการเปลี่ยน NH₂ จากกรดอะมิโนตัวหนึ่งไปให้กรดคีโทอีกตัวหนึ่ง วิธีนี้เป็นวิธีที่เซลล์ใช้ในการสร้างกรดอะมิโนต่างๆ ดังสมการ

A	B	A	B
NH2 - C - COOH	+         O = C - COOH	------>       O = C - COOH +	NH2 - C - COOH
H			H
(กรดอะมิโนเอ)	(กรดคีโทบี)	(กรดคีโทเอ)	(กรดอะมิโนบี)

                กรดคีโทที่ได้จากวิธีนี้จะผ่านเข้าสู่วัฏจักรกรดซิทริกต่อไปเหมือนคาร์โบไฮเดรตหรือไขมัน พลังงานที่ได้จากการสลายตัวของโปรตีน ขึ้นอยู่กับชนิดของกรดอะมิโนที่ประกอบเป็นโปรตีน
                ปกติเซลล์จะใช้คาร์โบไฮเดรตก่อน แล้วจึงใช้ไขมัน หรือ โปรตีน เมื่อเซลล์มีคาร์โบไฮเดรตมาก เซลล์จะเปลี่ยนเป็นไขมันสะสมไว้เป็นอาหารสำรองในร่างกาย เช่น สะสมไว้ใต้ผิวหนังของสัตว์ ส่วนพืชจะเปลี่ยนเป็นแป้ง หรือไขมันสะสมไว้ในราก หรือ ลำต้นใต้ดิน เช่น รากมันเทศ มันสำปะหลัง ลำต้นใต้ดิน เช่น มันฝรั่ง หัวสาคูจะสะสมไว้ในรูปแป้ง ในเมล็ดพืช จะมีการสะสมไขมัน สัตว์และพืชนำอาหารที่สะสมมาใช้ในการหายใจ เมื่อขาดแคลนอาหาร เพื่อให้ได้พลังงานมาใช

7. พลังงานกับชีวิต

                พืชสีเขียวที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้ จะเป็นผู้เปลี่ยนแปลงพลังงานแสง จากดวงอาทิตย์มาเป็นพลังงานเคมีสะสมในโมเลกุลของกลูโคส ซึ่งสังเคราะห์ได้ เปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นแป้งสะสมไว้ พืชยังสังเคราะห์โปรตีน และไขมันจากคาร์โบไฮเดรตด้วย
                สัตว์เมื่อกินพืช จะได้พลังงานเคมีจากคาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีนจากพืชอีกทอดหนึ่ง สัตว์กินสัตว์ได้รับพลังงานทางเคมีจากสัตว์กินพืช
                พลังงานที่มีอยู่ในโมเลกุลของโปรตีน ไขมัน และ คาร์โบไฮเดรตที่มีอยู่ในพืชและสัตว์จะสลายตัว เมื่อเกิดการหายใจ ระดับเซลล์ ก่อให้เกิดพลังงานเคมีสะสมในโมเลกุลของ ATP สิ่งมีชีวิตจะเปลี่ยนพลังงานจาก ATP ไปเป็นพลังกลเพื่อใช้ในการเคลื่อนไหวโดยกล้ามเนื้อ เปลี่ยนแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า เพื่อใช้ในการส่งกระแสความรู้สึกของระบบประสาท เปลี่ยนเป็น พลังงานที่ใช้ในปฏิกิริยาเคมีอื่นๆ
                การถ่ายทอดพลังงานเคมี โดยการกินกันเป็นทอดๆ ดังที่พบในโซ่อาหาร และสายใยอาหารในระบบนิเวศ พลังงานที่ถ่ายทอดไปตามลำดับของโซ่อาหารจะมีการสูญเสียในรูป ความร้อน กลับสู่อวกาศ พลังงานที่ได้รับแต่ละลำดับขั้นบริโภคจะลดลง เนื่องจากสูญเสียไปใน รูปความร้อน จึงถ่ายทอดให้กันและกันได้เพียงร้อยละ 10 เท่านั้น

8. บทสรุป

                พลังงานคือความสามารถที่จะทำงานได้ พลังงานมีอยู่ในสสารทุกชนิด สสารสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้ พลังงานที่เรารู้จักกันได้แก่พลังงานแสง พลังงานความร้อน พลังงานไฟฟ้า พลังงานกล พลังงานเคมี พลังงานนิวเคลียร์ เป็นต้น
                รูปของพลังงาน จำแนกออกได้ เป็น 2 ประเภท คือ พลังงานศักย์ และพลังงานจลน์ พลังงานทั้งสองประเภทอยู่ในรูปพลังงานต่างๆ ดังนี้ คือ พลังงานเคมี พลังงานไฟฟ้า พลังงานกล พลังงานรังสี พลังงานปรมาณู พลังงานมีการเปลี่ยนรูปจากรูปหนึ่งเป็นอีกรูปหนึ่งได้โดยที่พลังงานไม่สูญหายไป และไม่เพิ่มขึ้น นั่นคือพลังงานยังมีอยู่เท่าเดิม ซึ่งเป็นไปตามกฎของอุณหพลวัต ข้อที่หนึ่ง หรือที่เรียกว่า กฎการคงอยู่ของพลังงาน
                เอนไซม์ ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมปฏิกิริยาเคมีในสิ่งมีชีวิต เป็นอินทรียสารจำพวกโปรตีน เซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดสามารถผลิตเอนไซม์ได้
                ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเอนไซม์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิความเป็นกรดด่าง ปริมาณของเอนไซม์ ปริมาณซับสเตรต ยังมีสารบางชนิดที่มีผลต่อการทำงานของเอนไซม์ เช่นสารที่ทำให้การทำงานของเอนไซม์ลดลงเรียกว่า ตัวยับยั้ง (inhibitor) ส่วนสารที่เร่งการทำงานของเอนไซม์ให้ดีขึ้น เรียกว่า ตัวเร่งเร้า (activator)
                เอทีพี ทำหน้าที่นำพลังงานจากสารหนึ่งไปให้อีกสารหนึ่งในเซลล์ เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสง เปลี่ยนพลังงานรังสีมาเป็นพลังงานเคมี
                เมแทบอลิซึม เป็นกิจกรรมทางเคมีที่เกิดขึ้นเฉพาะสิ่งมีชีวิตเท่านั้น เช่น การสร้างพลังงาน การเจริญเติบโต การซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอ การคิด การรู้สึก รวมทั้งการกำจัดของเสีย
                การสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นกระบวนการที่พืชสีเขียวนำเอาพลังงานแสงอาทิตย์มาใช้ในการสร้างแป้งและน้ำตาล กระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้นได้ เนื่องจากภายในพืชมีรงควัตถุชนิดต่างๆดูดพลังงานแสงแดดไว้แล้วเปลี่ยนให้เป็นพลังงานเคมี รงควัตถุนี้ได้แก่ คลอโรฟิลล์ แคโรทีนอยด์ และไฟโคบิลิน ซึ่งรงควัตถุเหล่านี้จะอยู่ในโครงสร้างที่เรียกว่า คลอโรพลาสต์ การสังเคราะห์ด้วยแสงแบ่งออกได้เป็น 2 ตอน ตอนแรกเป็นปฏิกิริยาที่ใช้แสง เรียกว่า ปฏิกิริยาต้องการแสงซึ่งเกี่ยวข้องกับการแตกโมเลกุลของน้ำเป็นสารประกอบ H⁺ และ O₂ ตอนที่สองเป็นปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสงโดยคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกรีดิวซ์ให้เป็นน้ำตาล กระบวนการตอนที่สอง จะเกิดต่อเนื่องจากกระบวนการตอนแรก
                การหายใจ หมายถึง การออกซิไดส์สารอาหาร ให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ กับน้ำ พร้อมกับปล่อยพลังงานออกมาเพื่อใช้ประโยชน์ในกระบวนการเมแทบอลิซึม การหายใจ เป็นกระบวนการที่ตรงกันข้ามกับการสังเคราะห์ด้วยแสง เช่น การหายใจเป็นการทำลายอาหาร ในขณะการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นการสร้างอาหาร การหายใจเกิดตลอดเวลา ในขณะ การสังเคราะห์ด้วยแสง จะเกิดเฉพาะตอนมีแสง การหายใจจะปล่อยพลังงานในขณะ การสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นการสะสมพลังงาน เป็นต้น
                พลังงานกับชีวิต พืชสีเขียวที่สังเคราะห์ด้วยแสงได้ จะเป็นผู้เปลี่ยนแปลงพลังงานแสง จากดวงอาทิตย์ มาเป็นพลังงานเคมีที่สะสมในโมเลกุลของกลูโคส จะเปลี่ยนน้ำตาลให้เป็นแป้งสะสมไว้ พืชยังสังเคราะห์โปรตีนและไขมันจากคาร์โบไฮเดรตด้วย สัตว์เมื่อกินพืช จะได้พลังงานเคมีจากคาร์โบไฮเดรต ไขมันและโปรตีนจากพืชอีกทอดหนึ่ง สัตว์กินสัตว์ได้รับพลังงานเคมีจากสัตว์กินพืช การถ่ายทอดพลังงานเคมีโดยการกินกันเป็นทอดๆ ดังที่พบในระบบนิเวศ

ศึกษาเพิ่มเติม

Energy, Enzymes and Metabolism - YouTube

► 16:48► 16:48

www.youtube.com/watch?v=UhCmt1dCtXY

3 ต.ค. 2555 - อัปโหลดโดย tdelia_biology

Energy, free energy, catabolic and anabolic reactions, ATP. Slides from this video are available under the ...

Chapter 6 Energy, Enzymes & Metabolism Flashcards ...

www.cram.com/.../chapter-6-energy-enzymes-metabolism-...

แปลหน้านี้

 คะแนน: 4.5 - ‎1 คะแนน

Study Flashcards On Chapter 6 Energy, Enzymes & Metabolism at Cram.com. Quickly memorize the terms, phrases and much more. Cram.com makes it easy to ...

Metabolism - Wikipedia, the free encyclopedia

en.wikipedia.org/wiki/Metabolism

แปลหน้านี้

ข้ามไปยัง Energy from organic compounds - Metabolism is the set of life-sustaining chemical transformations within the cells of living organisms.

Cell Metabolism | Learn Science at Scitable - Nature

www.nature.com/scitable/.../cell-metabolism-14026182

แปลหน้านี้

Cells constantly adjust the flow of molecules through metabolic pathways in response toenergy needs. Learn how enzymes control these molecular ...

Molecular Biology: Enzymes and Metabolism - MCAT Review

mcat-review.org/enzymes-metabolism.php

แปลหน้านี้

Important biological reactions catalyzed by enzymes: Metabolism; DNA synthesis; RNA synthesis; Protein synthesis; Digestion. Reduction of activation energy.

คุณเคยไปที่หน้าเว็บนี้ 2 ครั้ง ไปครั้งล่าสุดเมื่อ 5/1/2015

[PDF]Metabolism: Energy, Enzymes, and Regulation - McGraw ...

highered.mheducation.com/sites/dl/.../pre20419_ch08.pdf

แปลหน้านี้

Metabolism: Energy, Enzymes, and. Regulation. Chapter 9. Metabolism: EnergyRelease and. Conservation. Chapter 10. Metabolism:The Use of Energy in.

Chapter 6 Study Guide Metabolism: Energy and Enzymes ...

quizlet.com/.../chapter-6-study-guide-metabolism-energy-a...

แปลหน้านี้

Vocabulary words for This study guide is based off of Biology by Sylvia Mader 10th edition. The chapter is number 6 titled Metabolism: Energy and Enzymes.

Chapter 6: Metabolism, Energy, and Enzymes flashcards ...

quizlet.com/.../chapter-6-metabolism-energy-and-enzymes-...

แปลหน้านี้

Vocabulary words for I am just an enzyme lover.. Includes studying games and tools such as flashcards.

Role of enzymes in metabolism - Encyclopaedia Britannica

www.britannica.com/.../Role-of-enzymes-in-metabolism

แปลหน้านี้

Enzymes operate in tightly organized metabolic systems called pathways. ... The relative heights represent the thermodynamic energy of the compounds; e.g., ...

Control of Metabolism Through Enzyme Regulation

www.boundless.com › ... › Metabolism › Enzymes

แปลหน้านี้

Learn more about control of metabolism through enzyme regulation in the ... By lowering the activation energy of a chemical reaction, enzymes promote ...