รู้จักนิยามและขั้นตอนของการหายใจแบบแอโรบิค

กระบวนการหายใจหรือที่เรียกกันทั่วไปว่าการหายใจมีความสำคัญมากสำหรับสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อให้สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ซึ่งหนึ่งในนั้นก็คือการได้รับพลังงาน ในกระบวนการผลิตพลังงานการหายใจแบ่งออกเป็น 2 รูปแบบคือการหายใจแบบใช้ออกซิเจนและการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทั้งสองคือการพึ่งพาออกซิเจน การหายใจแบบแอโรบิคเป็นกระบวนการหายใจที่ต้องใช้ออกซิเจนในขณะที่การหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนไม่ต้องการออกซิเจน พลังงานที่เกิดจากกระบวนการนี้จะช่วยเราในกิจกรรมประจำวันของเรา

ในโอกาสนี้เราจะพูดคุยเพิ่มเติมเกี่ยวกับการหายใจแบบแอโรบิคโดยเริ่มจากความเข้าใจไปจนถึงขั้นตอน

ระบบหายใจแบบแอโรบิค

เล็กน้อยเกี่ยวกับการหายใจการหายใจเป็นกระบวนการลดออกซิเดชั่นและการสลายตัวไม่ว่าจะสามารถใช้ออกซิเจนได้หรือไม่ก็ตามซึ่งจะเปลี่ยนสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนให้เป็นสารประกอบที่ง่ายกว่าและยังมาพร้อมกับกระบวนการปลดปล่อยพลังงานจำนวนหนึ่งออกมาในรูปของ ATP (Adenosine Tri Phosphate) . รูปแบบของพลังงานที่เกิดจากกระบวนการนี้มาจากพลังงานศักย์เคมีในรูปของพันธะเคมี

ในขณะเดียวกันเราสามารถตีความการหายใจแบบแอโรบิคเป็นปฏิกิริยาการสลายสารประกอบกลูโคสที่ต้องการความช่วยเหลือจากออกซิเจน ออกซิเจนที่นี่มีบทบาทในการจับอิเล็กตรอนซึ่งจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนไอออนและผลิตน้ำ (H ₂ O) เหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้นในร่างกายของเราสองแห่งคือไซโตพลาสซึม (เกิดไกลโคไลซิส)

ที่มาของภาพ: genome.gov

และไมโทคอนเดรีย (ความก้าวหน้าของปฏิกิริยาออกซิเดชันดีคาร์บอกซิเลชันวงจรเครบส์และการขนส่งอิเล็กตรอน) 

แหล่งที่มาของภาพ: tribunnewswiki.com

ขั้นตอนการหายใจแบบแอโรบิค

หลังจากรู้ว่าการหายใจแบบแอโรบิคคืออะไรตอนนี้เป็นเวลาที่เราจะรู้ว่ากระบวนการหายใจนี้ทำงานอย่างไรและเราจะได้ผลลัพธ์แบบไหน เริ่มต้นด้วยมาดูตัวอย่างของปฏิกิริยาต่อการหายใจแบบแอโรบิคที่มีลักษณะดังนี้:

C ₆ H ₁₂ O ₆   + 6O ₂ -> 6CO ₂ + 6H ₂ O + พลังงาน (38 ATP)

สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเราสามารถดูตารางต่อไปนี้:

ไกลโคไลซิส

ในกระบวนการนี้กลูโคส (คาร์บอน 6 อะตอม) จะแตกตัวเป็นกรดไพรูวิก (คาร์บอน 3 อะตอม) กระบวนการนี้เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมในปฏิกิริยาสองประเภทคือ Endergonic (ต้องใช้ ATP) และ Exergonic (สร้าง ATP) ในขั้นตอนที่ 2 ATP นี้จะเกิดกรด Pyruvic 2 ตัวและ NADH 2 ตัวกรดไพรูวิกที่ได้จะถูกนำไปใช้เป็นส่วนผสมในกระบวนการต่อไปคือออกซิเดทีฟดีคาร์บอกซิเลชัน

Oxidative Decarboxylation

Oxidative decarboxylation ยังสามารถเรียกได้ว่าเป็นปฏิกิริยาระดับกลางเนื่องจาก oxidative decarboxylation เป็นปฏิกิริยาก่อนเข้าสู่ขั้นตอนต่อไปคือ Krebs Cycle กระบวนการ decarboxylation ออกซิเดชั่นอยู่ในไมโตคอนเดรียในเมทริกซ์ไมโทคอนเดรีย ในกระบวนการ decarboxylation ออกซิเดชั่นกรดไพรูวิก 1 ตัวจะกลายเป็น 1 acetyl Co-A

ในขั้นตอนไกลโคไลซิสปริมาณของสารประกอบกลูโคส 1 ตัวจะผลิตกรดไพรูวิก 2 ตัวผลที่ตามมาคือ 2 Acetyl Co-A จะเกิดขึ้นกระบวนการนี้ยังต้องใช้โคเอนไซม์ - เอซึ่งจะผลิต 2 NADH จาก NAD +

Acetyl Co-A 2 โมเลกุลจะเข้าสู่ขั้นตอนต่อไปคือ Krebs Cycle

วงจร Krebs

วัฏจักรนี้มักเรียกว่าวัฏจักรกรดซิตริกเนื่องจากในขั้นตอนนี้สารประกอบเริ่มต้นจะถูกผลิตในรูปของกรดซิตริก สถานที่ที่ขั้นตอนของวงจร Krebs เกิดขึ้นอยู่ในเมทริกซ์ไมโทคอนเดรีย

ผลของวัฏจักร Krebs เป็นสารประกอบที่ทำหน้าที่เป็นตัวให้โครงกระดูกคาร์บอนสำหรับการสังเคราะห์สารประกอบอื่น ๆ 3 NADH 1 FADH ₂และ 1 ATP สำหรับกรดไพรูวิกทุกตัว 

ตั้งแต่การป้อนสารตั้งต้นก่อนหน้านี้ 2 Acetyl Co-A สำหรับโมเลกุลของสารกลูโคสแต่ละผลที่ได้รับจากวงจร Krebs ในกระบวนการหายใจนี้ 2 เอทีพี, 6 NADH และ FADH 2 2

หนึ่งสารประกอบอื่น ๆ ที่จะเกิดขึ้นในขั้นตอนนี้จะ CO ₂หนึ่งมาจากกระบวนการของการสร้าง NADH จาก NAD + ซึ่งเป็นผู้ผลิตชิ้นส่วนของ 2 โคโลราโด₂เพราะ 2 Acetyl Co-A จะใช้ 4 CO ₂จะเกิดขึ้น

เราสามารถสรุปผลของกระบวนการวงจร Krebs มี 2 เอทีพี 4 CO ₂ , 6 NADH และ FADH 2 2 กระบวนการต่อไปคือ Electron Transport ซึ่งจะแปลงสารประกอบ NADH และ FADH ₂ที่ผลิตในขั้นตอนก่อนหน้าเป็น ATP เพื่อให้ร่างกายสามารถใช้งานได้

การขนส่งอิเล็กตรอน

Electron Transport หรือ Oxidative Phosphorylation เป็นขั้นตอนที่ NADH และ FADH _{2 ถูก}เปลี่ยนเป็นพลังงานในรูปของ ATP เพื่อให้ร่างกายสามารถนำไปใช้ได้ สถานที่ที่ขั้นตอนการขนส่งอิเล็กตรอนเกิดขึ้นอยู่ในไมโทคอนเดรียซึ่งอยู่ในเยื่อหุ้มชั้นใน (cristae) ของไมโตคอนเดรีย

สำหรับทุกๆ 1 โมเลกุลของ NADH จะสร้าง 3 ATP และทุกๆ 1 โมเลกุลของ FADH ₂จะผลิต 2 ATP แล้วจำนวน ATP ทั้งหมดที่สร้างขึ้นคืออะไร? เพื่อให้สามารถตอบคำถามนี้ได้ให้นับรวมกัน:

จำนวน NADH ที่สร้างขึ้นจากขั้นตอนก่อนหน้าคือ:

จากกระบวนการก่อนหน้านี้เราได้ 10 NADH เนื่องจาก 1 โมเลกุล NADH สร้าง 3 ATP ดังนั้น ATP ทั้งหมดที่ได้รับคือ:

10 NADH x 3 ATP = 30 ATP

ในขณะเดียวกันปริมาณของ FADH ₂ที่เราได้รับจากวงจร krebs คือ 2 โมเลกุลของ FADH 2 ถ้า 1 FADH ₂โมเลกุลจะผลิต 2 ATP ดังนั้น ATP ทั้งหมดที่เราได้รับจาก FADH ₂คือ 4 ATP

ถ้าเราเพิ่ม ATP 4 ตัวที่เราได้รับจากกระบวนการ Glycolition และ Krebs Cycle แล้ว ATP ทั้งหมดที่ผลิตในกระบวนการหายใจแบบแอโรบิคคือ:

2 ATP + 2 ATP + 30 ATP + 4 ATP = 38 ATP

อย่างไรก็ตามในกระบวนการไกลโคไลซิสมีกระบวนการเคลื่อนที่จากไซโทพลาสซึมไปยังกระบวนการถัดไปคือการขนส่งอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นในไมโทคอนเดรีย กระบวนการถ่ายโอนนี้จะต้องใช้พลังงาน 2 ATP ATP สุทธิที่ผลิตได้คือ 36 ATP

สรุป

จาก 4 กระบวนการที่ผ่านการหายใจแบบแอโรบิคเราจะได้ผลลัพธ์หรือสูตรในรูปแบบ:

C ₆ H ₁₂ O ₆   + 6O ₂ -> 6CO ₂ + 6H ₂ O + พลังงาน (38 ATP)

อย่างไรก็ตาม 2 ATP จะถูกใช้สำหรับกระบวนการย้ายจากไซโทพลาสซึมไปยังไมโตคอนเดรียเพื่อให้ผลลัพธ์สุดท้ายของ ATP คือ 36 ATP ซึ่งร่างกายของเราสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับกิจกรรมประจำวันได้ กระบวนการหายใจแบบแอโรบิคทั้งหมดเกิดขึ้นในร่างกายของเราในเซลล์ของเราอย่างแม่นยำมากขึ้นกล่าวคือใน  ไซโตพลาสซึม (ไกลโคไลซิสเกิดขึ้น) และไมโทคอนเดรีย (การแยกตัวออกซิเดชั่นจะเกิดขึ้นวงจรเคบส์และการขนส่งอิเล็กตรอน) ซึ่งแปลงกลูโคสเป็นแหล่งพลังงานสำหรับร่างกายมนุษย์

นั่นคือทุกอย่างเกี่ยวกับการหายใจแบบแอโรบิคที่คุณควรรู้ คุณมีคำถามเกี่ยวกับเรื่องนี้หรือไม่? โปรดเขียนคำถามของคุณในคอลัมน์ความคิดเห็นและอย่าลืมแบ่งปันความรู้นี้!