เพราะเหตุใด สิ่งมีชีวิตจึงต้องมีกระบวนการแทบอลึซึม

7.2 อาศัยเพศ (sexual reproduction) อาศัยการสร้างเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ เพศเมียมาผสมกัน เกิดเป็นหน่วยชีวิตใหม่ ซึ่งมีลักษณะบางประการแตกต่างออกไป มีทั้งส่วนที่เหมาะสมและไม่เหมาะสมกับธรรมชาติ

��ѧ�ҹ��硵�͹�繵��ҧ�᷺��ԫ��Ṻ��ԫ�� ҧ�� кǹ��᷺��ԫ��¹ ADP �� ATP ��¹��ù��硵�͹��Ҿ�͡��䴫� (NAD+, NADP+ �� FAD) ��Ҿ�մ�ǫ� (NADH, NADPH �� FADH2) ��Шж١��㹡�кǹ��Ṻ��ԫ�� ѧ�ҡ��鹡��ù��硵�͹��Ҿ�͡��䴫� (NAD+, NADP+ �� FAD) ��Ѻ��кǹ��᷺��ԫ��͹��

เมตาบอลิซึม (METABOLISM)
             เมตาบอลิซึม คือกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ ซึ่งสามารถจำแนกออกเป็น 2 ประเภท ได้ดังนี้
             1. กระบวนการสังเคราะห์พลังงานจากอาหารที่เรารับประทานเข้าไป เช่น สังเคราะห์เอากรดอะมิโนกับกลูโคส จากคาร์โบไฮเดรต ซึ่งปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์นี้เรียกว่า ปฎิกิริยาอะนาบอลิก โดยมีจะมีการสร้างโมเลกุลใหญ่ๆขึ้นมา เช่น โปรตีนกับไกลโคเจน แล้วนำไปเก็บไว้ที่ตับและกล้ามเนื้อต่างๆ (เก็บสำรองไว้)
             2. กระบวนการสลาย คือการสลายโมเลกุลใหญ่ในข้อ 1 ที่เก็บสำรองไว้นั้น ให้ไปเป็นโมเลกุลเล็ก เพื่อนำไปใช้เป็นพลังงานได้ทันที พลังงานที่ว่านี้ก็คือเรี่ยวแรงที่นำไปใช้ในการออกกำลังกาย ยืน เดิน นั่ง ต่างๆนั่นเอง หมายความว่า มีการสำรองไว้ตามข้อ 1 ก่อน จากนั้น เมื่อไรที่ร่างกายต้องการใช้ ก็จะเข้าสู่ข้อ 2. คือสลายของที่ได้จากข้อ 1. เพื่อนำมาเป็น เมื่อกล่าวถึงเมแทบอลิซึม (metabolism) ทุกคนก็คงจะทราบว่า "เมแทบอลิซึม คือ ปฏิกิริยาเคมีที่เร่งโดยเอนไซม์เพื่อเปลี่ยนพลังงานและสสารที่ร่างกายรับมาจากสิ่งแวดล้อมมาใช้ในการดำรงชีพ" แต่บางคนก็คงจะกำลังสงสัยว่าเมแทบอลิซึมกับไฟฟ้าเคมี (electrochemistry) สัมพันธ์กันอย่างไร

ในความเป็นจริงแล้วปฏิกิริยาเคมีสำคัญๆ ที่เกิดในกระบวนการเมแทบอลิซึมนั้น ส่วนใหญ่จะเป็นปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการให้และการรับอิเล็กตรอน หรือออกซิเดชัน-รีดักชัน (oxidation-reduction reaction) ซึ่งเป็นหลักการที่สำคัญในไฟฟ้าเคมี มาถึงขั้นนี้หลายๆ คนอาจจะพอมองออกแล้วว่า ไฟฟ้าเคมีกับเมแทบอลิซึมสัมพันธ์กันอย่างไร ซึ่งเราจะได้ศึกษาในรายละเอียดกันต่อไป

กระบวนการเมแทบอลิซึม
ที่มาภาพ : http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/electrochemistry/web/redox_metabolism2.htm

หลักการของเมแทบอลิซึม
             คือ การนำเอาสารอาหารและพลังงานแสงมาเปลี่ยนให้เป็นปัจจัยที่สำคัญ ซึ่งมี 3 อย่าง ได้แก่
             1. พลังงานชีวเคมี (biochemical energy) สารชีวเคมีที่สำคัญที่สุด ในกระบวนเมแทบอลิซึม ก็คือ adenosine 5'-triphosphate หรือ ATP เมื่อแตกสลายเป็น adenosine 5'diphosphate (ADP) และฟอสเฟต (Pi) แล้วจะให้พลังงานจำนวนมาก ซึ่งพลังงานนี้จะถูกใช้ในการผลักดันให้ปฏิกิริยาที่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เอง สามารถเกิดขึ้นได้ เช่น ปฏิกิริยาการรวมตัวเพื่อสร้างโมเลกุล เป็นต้น
             2. อิเล็กตรอน (electrons) สารชีวเคมีที่สามารถรับและถ่ายอิเล็กตรอนได้ในเมแทบอลิซึม คือ nicotinamide adenine dinucleotide หรือ NAD+ เมื่อรับอิเล็กตรอนแล้วจะอยู่ในสภาพรีดิวซ์ (NADH) เมื่อถ่ายอิเล็กตรอนแล้ว ก็จะกลับไปอยู่ในสภาพออกซิไดซ์ (NAD+) ได้เหมือนเดิม nicotinamide adenine dinucleotide phosphate หรือ NADP+ เมื่อรับอิเล็กตรอนแล้วจะอยู่ในสภาพรีดิวซ์ (NADPH) เมื่อถ่ายอิเล็กตรอนแล้ว ก็จะกลับไปอยู่ในสภาพออกซิไดซ์ (NADP+) ได้เหมือนเดิม flavin adenine dinucleotide หรือ FAD เมื่อรับอิเล็กตรอนแล้วจะอยู่ในสภาพรีดิวซ์ (FADH2) เมื่อถ่ายอิเล็กตรอนแล้ว ก็จะกลับไปอยู่ในสภาพออกซิไดซ์ (FAD) ได้เหมือนเดิม
             ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการรับและถ่ายโอนอิเล็กตรอน เราเรียกว่าเป็นปฏิกิริยา oxido – reduction หรือปฏิกิริยารีดอกซ์ (redox reaction) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่สำคัญในไฟฟ้าเคมี ซึ่งสารนำอิเล็กตรอนเหล่านี้มีประโยชน์ต่อเมแทบอลิซึมมาก เพราะ ปฏิกิริยาจำนวนมากในเมแทบอลิซึมเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชัน – รีดักชัน ปฏิกิริยาออกซิเดชัน – รีดักชันบางชนิดให้พลังงานชีวเคมีเพื่อสร้างสาร ATP ได้
             3. สารต้นตอสำหรับกระบวนการชีวสังเคราะห์สังเคราะห์ (biosynthetic precursor) ได้แก่สารที่มีโครงสร้างง่ายๆ นับตั้งแต่คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) แอมโมเนีย (NH3) อะซิเตต (CH3COO-) รวมไปถึงกลูโคสและกรดอะมิโนที่ร่างกายได้จากการย่อยสลายอาหาร

http://jiaogulan4u.blogspot.com/2011/04/metabolism.html

กระบวนการสร้างและสลาย หรือ เมแทบอลิซึม (metabolism) มีความหมายว่า "เปลี่ยนแปลง" หรือ "โค่นล้ม" เป็นกลุ่มปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์สิ่งมีชีวิตเพื่อค้ำจุนชีวิต กระบวนการเหล่านี้ทำให้สิ่งมีชีวิตเจริญเติบโตและเจริญพันธุ์ คงไว้ซึ่งโครงสร้าง และสนองต่อสิ่งแวดล้อม คำว่า "เมแทบอลิซึม" ยังสามารถหมายถึง ปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ที่เกิดในสิ่งมีชีวิต รวมทั้งการย่อยและการขนส่งสสารเข้าสู่เซลล์และระหว่างเซลล์ กลุ่มปฏิกิริยาเหล่านี้เรียกว่า เมแทบอลิซึมสารอินเทอร์มีเดียต (intermediary หรือ intermediate metabolism)
            โดยปกติ เมแทบอลิซึมแบ่งได้เป็นสองหมวดหมู่ แคแทบอลิซึม (catabolism) เป็นการสลายสสารอินทรีย์ ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ได้พลังงานในการหายใจระดับเซลล์ ส่วนแอแนบอลิซึม (anabolism) เป็นการใช้พลังงานเพื่อสร้างส่วนประกอบของเซลล์ เช่น โปรตีนและกรดนิวคลีอิก
            ปฏิกิริยาเคมีของเมแทบอลิซึมถูกจัดอยู่ในวิถีเมแทบอลิซึม (metabolic pathway) ซึ่งสารเคมีหนึ่งถูกเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอนจนได้อีกสารหนึ่ง โดยใช้เอนไซม์หลายตัว เอนไซม์มีความสำคัญต่อเมแทบอลิซึมเพราะเอนไซม์กระตุ้นปฏิกิริยาเคมีที่ต้องอาศัยพลังงานและเกิดขึ้นเองไม่ได้ในสิ่งมีชีวิต โดยการจับคู่ปฏิกิริยาดังกล่าวกับปฏิกิริยาที่เกิดเองได้ (spontaneous process) ซึ่งปลดปล่อยพลังงาน เอนไซม์ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ปฏิกิริยาเหล่านี้ดำเนินไปอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ เอนไซม์ยังควบคุมวิถีเมแทบอลิซึมเพื่อสนองต่อการเปลี่ยนแปลงในสิ่งแวดล้อมของเซลล์หรือสัญญาณจากเซลล์อื่น
            เมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิตเป็นตัวกำหนดว่า สารใดที่มีคุณค่าทางโภชนาการและเป็นพิษสำหรับสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ ตัวอย่างเช่น โปรคาริโอตบางชนิดใช้ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นสารอาหาร ทว่าแก๊สดังกล่าวเป็นพิษแก่สัตว์ ความเร็วของเมแทบอลิซึม หรืออัตราเมแทบอลิก มีผลต่อปริมาณอาหารที่สิ่งมีชีวิตต้องการ และยังส่งผลถึงวิธีที่สิ่งมีชีวิตนั้นจะได้อาหารมาด้วย
            คุณลักษณะที่โดดเด่นของเมแทบอลิซึม คือ ความคล้ายคลึงกันของวิถีเมแทบอลิซึมพื้นฐานและส่วนประกอบของมัน แม้จะในสปีชีส์ที่ต่างกันมากก็ตาม ตัวอย่างเช่น กลุ่มกรดคาร์บอกซิลิกที่ทราบกันดีว่าเป็นสารตัวกลางในวัฏจักรเครปส์พบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดเท่าที่ทราบ ตั้งแต่แบคทีเรียเซลล์เดียว Escherichia coli ไปจนถึงสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ขนาดใหญ่อย่างช้าง ความคล้ายคลึงที่โดดเด่นในวิถีเมแทบอลิซึมเหล่านี้เป็นไปได้ว่าเนื่องจากวิถีเมแทบอลิซึมปรากฏขึ้นในช่วงแรก ๆ ของประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ และสืบมาจนถึงปัจจุบันเพราะประสิทธิผลของมัน

ที่มา : http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/hormone/image/fat_metabolism.jpg

ที่มา : http://th.wikipedia.org/wiki/เมแทบอลิซึม