ศึกษาระบบหายใจppt

1. Programmer present

2. การสลายโมเลกุลของสารอาหาร การหายใจระดับเซลล์ (Cellular respiration) หมายถึง กระบวนการสลายโมเลกุลของสารอาหาร ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเพื่อให้ได้พลังงาน การหายใจเป็นการเผาไหม้ที่สามารถควบคุมได้โดยเอนไซม์ พลังงานจึงถูกปล่อยอย่างช้า พลังงานที่ได้จากการหายใจ จะถูกเก็บไว้ในรูปของ ATP การหายใจ

3. การสลายโมเลกุลของสารอาหาร มีอยู่ 2 แบบ คือ 1. การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบใช้ O 2 (Aerobic respiration) 2. การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบไม่ใช้ O 2 (Anaerobic respiration) ไกลโคลิซิส (Glycolysisi) การะบวนการสลายน้ำตาล ที่มีคาร์บอน 6 อะตอมให้กลายเป็นกรด ไพรูวิกที่มี คาร์บอน 3 อะตอม เกิดที่ Cytoplasm ของเซลล์ สมการรวมคือ C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2pi 2Pyruvic + 2ATP +4H

4. การสร้างอะซิติลโคเอนไซม์ A (Acetylcoenzyme A) เป็นขั้นที่กรดไพรูวิกรวมตัวกับ โคเอนไซม์เอ ที่มีคาร์บอน 2 อะตอม สมการรวม คือ 2Pyruvic + 2CoenzymeA 2 Acetylcoenzyme A + 2CO 2 + 4H

5. วัฎจักรเครบส์ (krebs cycle) เป็นขั้นตอนที่อะซิติล - โคเอนไซม์เอรวมกับสารที่มี คาร์บอน 4 อะตอมจึงมี 6 อะตอม แล้วจะถูกเปลี่ยนไปเป็นสารที่มีคาร์บอน 5 อะตอมแล้วใน ที่สุดก็จะได้สารที่มีคาร์บอน 4 อะตอม ดังเดิมแล้วก็ดำเนินเช่นนี้ ไปเรื่อยๆ สมการรวมคือ 2Acetylcoenzyme A + 6H 2 O +2ADP+2p i 4CO 2 +2ATP+16H+2Coenzyme A

6. การถ่ายทอดอิเล็กตรอน เป็นขั้นที่ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาต่างๆ ถูกสารที่เป็นตัวรับไฮโดรเจนรับไปแล้วถ่ายทอดอิเล็กตรอน ของไฮโดรเจนให้ไซโตโครมชนิดต่างๆ ส่วนโปรตอนของไฮโดรเจนจะหลุดเป็นอิสระและอิเล็กตรอนที่ไซโตโครมรับไปก็จะถูกส่งไปยังไซโตโครมตัวอื่น จนในที่สุดจะหลุดเป็นอิสระจากนั้นโปรตอนและอิเล็กตรอนจะหลุดเป็นอิสระ จะรวมกับออกซิเจนที่ได้รับจากการหายใจทำให้เกิดน้ำขึ้น ในระหว่างการถ่ายทอดอิเล็กตรอน พลังงานจะถูกปล่อยออกมาทีละเล็กละน้อย โดย ATP ขึ้นถึง 32-34 โมเลกุล 24 H + 6O 2 + 34 ADP + 34Pi 12 H2O + 34 ATP

7. ภาพแสดงปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาขณะที่มีการถ่ายทอดอิเล็กตรอน การถ่ายทอดอิเล็กตรอน เป็นปฏิกิริยา Oxidation และ Reduction เพราะมีการให้และรับอิเล็กตรอนถ่ายทอดจากสารหนึ่งไปยังสารอีกตัวหนึ่ง

8. Mitochondria ไมโตคอนเดรีย เป็นอวัยวะของเซลล์มีลักษณะเป็นแท่งยาวรี มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้นได้แก่ 1. เยื่อชั้นนอก – มีลักษณะเรียบคอยควบคุมการผ่านเข้าออกสาร 2. เยื่อชั้นใน – มีลักษณะหยักไปมาที่เยื่อชั้นในมีโครงสร้างเล็กๆ ลักษณะเป็นเม็ดกลมๆติดอยู่เต็มไปหมด ทำหน้าที่เป็นแหล่งเก็บสารที่ เป็นตัวรับรับไฮโดรเจน และตัวรับอิเล็กตรอน ซึ่งการถ่ายทอด อิเล็กตรอนเกิดขึ้นที่เยื่อชั้นในที่มีของเหลวบรรจุที่เรียกว่า เมตริกซ์ Matrix ภายในมีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับวัฏจักรเครบส์

9. หน้าที่ - ของไมโตคอนเดรีย เป็นแหล่งผลิตพลังงานให้แก่เซลล์ หรือเป็นแหล่งที่ เกิดการหายใจภายในเซลล์ แหล่งที่พบ – เซลล์ที่ต้องใช้พลังงานมาก เช่น เซลล์ตับ เซลล์ไข่หอยเม่น มีประมาณ 2 , 500 และ 15 , 000 อัน ตามลำดับ Inner Matrix Inner Membrance Outer Membrance

10. COENzyME

11. การสลายกรดอะมิโน กรดอะมิโนจะเข้าสู่วัฏจักรเครบส์ คือ ก่อนที่กรดอะมิโนจะเข้าร่วมในกระบวนการหายใจ จะต้องทำให้หมู่อะมิโน ( NH 2 ) หลุดออกจากโมเลกุล ของกรดอะมิโนก่อน โดยจะกลายเป็นแอมโมเนีย ได้สาร 3 ชนิด คือ อาจเป็น pyruvic acid หรือ acetyl co.A หรือ α-ketoglutaric acid

12. การสลายกรดไขมันและกลีเซอรอล กรดไขมัน จะสลายตัวเป็น 2 C แล้วจะรวมตัวกับโคเอนไซม์เอ กลายเป็น acetyl Co.A แล้วเข้าสู่วัฏจักรเครบส์ต่อไป ซึ่งเป็นการสลายแบบใช้ O 2 เท่านั้น กลีเซอรอล จะสลายตัวเป็นสาร PGAL แล้วกลายเป็น กรดไพรูวิก ซึ่งอาจเข้าสู่วัฏจักรเครบส์หรือไม่ก็ได้แล้วแต่ว่ามี O 2 อย่างเพียงพอหรือไม่ จัดเป็นการสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ O 2 และใช้ O 2

13. ขั้นตอนการสลายสารอาหารทั้ง 3 ประเภท

14. การสลายสารอาหารไม่จำเป็นต้องใช้ O 2 เสมอไปสิ่งมีชีวิตบางชนิด เนื้อเยื่อบางชนิดสามารถได้พลังงานจากการสลายสารอาหารโดยไม่ต้องใช้ O 2 สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้แก่ พยาธิตัวตืด ยีสต์ เมล็ดพืช แบคทีเรียบางชนิด ส่วนกล้ามเนื้อลายเป็นเนื้อเยื่อชั้นสูง ที่สามารถสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ O 2 C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 2ATP รา และ ยีสต์

15. C 6 H 12 O 6 2C 5 H 6 O 3 + 2ATP (C 6 H 10 O 5 ) n + H 2 O 2n(C 3 H 6 O 3 ) + 2ATP เซลล์กล้ามเนื้อลาย พยาธิตัวตืด

16. Lactic acid ในเซลล์กล้ามเนื้อลายเกิดจาก pyruvic acid + H 2 กรดไพรูวิกรับ H 2 ถ้ามีการหายใจแบบไม่ใช้ O 2 ทำให้กล้ามเนื้อลายล้า (Fatigue) Ethyl alcohol ในเซลล์ยีสต์ เกิดจากสารแอซิตอลดีไฮด์ ซึ่งเป็นสาร 2C ( เกิดจากกรดไพรูวิกเสีย CO 2 ออกไป ) รวมตัวกับ H 2 เป็นเอธานอล

17. การวัดอัตราการหายใจ การวัดอัตราการหายใจ จะวัดได้จากอัตราของ O 2 ที่มิ่งมีชีวิตนั้นใช้ไปสิ่งมีชีวิตที่ต้องการพลังงานมากจะใช้ O 2 มากส่วนสิ่งมีชีวิตที่ต้องการพลังงานน้อยก็จะมีอัตราการใช้ O 2 น้อยตามอัตราการความต้องการพลังงาน เครื่องมือที่ใช้วัดอัตราการหายใจของสิ่งมีชีวิตเรียกว่า เรสไปโรมิเตอร์ (respirometer)  r 2 d wt = สูตร อัตราการหายใจ r = รัศมีของรูหลอด w = น้ำหนักสัตว์ d = ระยะทางเฉลี่ยที่สีเคลื่อนที่ t = เวลา

18. ทางเดินของอากาศ 1. รูจมูก (Nostril) เป็นทางผ่านเข้า - ออกของอากาศ 2. ช่องจมูก หรือโพรงจมูก (nasal cavity) เป็นโพรงที่ถัดเข้ามาซึ่งต่อกับคอหอย 3. คอหอย (pharynx) เป็นท่อซึ่งเปิดเข้าสู่ช่องเปิดซึ่งอยู่ที่ฐานคอ คือ glottis โดยมีฝาปิดคอป้องกันอยู่ข้างบน เรียกว่า epiglottis จากนั้นผ่านเข้าสู่กล่องเสียง (larynx) ข้างในมีแถบเยื่อรียกว่า สายเสียง (vocalcord) 4. หลอดลม (trachea) เป็นหลอดยาวตรง มีกระดูกอ่อนเรียงเป็นรูปเกือกม้าติดอยู่ 5. ขั้วปอด (bronchus หรือ bronchi) เป็นส่วนของหลอดที่แยกออกจากปอด 6. หลอดลมฝอย (bronchiole) เป็นแขนงของท่อลมที่แตกออกไปมากมายแทรกอยู่ทั่วปอด 7. ถุงลม (alveolus) ในปอดมีประมาณ 300 ล้านถุงพื้นที่ผิวด้านในประมาณ 40-80 ตารางเมตร ซึ่งมากกว่าผิวหนังประมาณ 40 เท่า

19. lung ปอด เป็นอวัยวะที่อยู่ภายในช่องอก มี 2 ข้างภายในมีถุงลม ผนังบาง เซลล์เรียง ตัวเป็นชั้นเดียว ประมาณ 300 ล้านถุง รอบๆถุงลมมีเส้นเลือดฝอยล้อมรอบเป็นจำนวนมาก และยังมีท่อลมเล็กๆ มากมาย ก๊าซที่ปอดเกิดขึ้นโดย กระบวนการแพร่ และเนื่องจาปอดอยู่ในร่างกายจึงสามารถรักษาความชื้นไว้ได้ ปอดมีลักษณะหยุ่นๆ คล้ายฟองน้ำโดยปกติปอดเราข้างขวาจะใหญ่กว่าข้างซ้าย ใต้ปอดจะมีแผ่นกระบังลม (Diaphragm) เป็นแผ่นรูปโดมแยกช่องอกและช่องท้องออกจากกัน

20. กลไกลการหายใจ กลไกลการทำงานของระบบหายใจของคน มี 3 ตอนคือ 1. Breathing หมายถึง กระบวนการนำเอาอากาศเข้าปอด (inhaling) และ ออกจากปอด (exhaling) 2. External Respiration กระบวนการที่มีการแลกเปลี่ยนก๊าซ O 2 และ CO 2 ระหว่างถุงลมเล็กๆในปอดกับเซลล์เม็ดเลือดแดงในเส้นเลือดฝอย แล้วขนส่งก๊าซโดยกระแสเลือดไปยังเซลล์ต่างๆของร่างกาย 3. Internal Respiration กระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นระหว่าง O 2 กับสารอาหารภายในเซลล์ทำให้เกิด ATP ขึ้นเพื่อไปใช้ประโยชน์อย่างอื่นต่อ

21. กลไกลขณะหายใจเข้า-ออก ขณะหายใจเข้า กล้ามเนื้อซี่โครงแถบนอกจะหดตัว กล้ามเนื้อซี่โครงแถบใน จะคลายตัว กระดูซี่โครงจะถูกยกสูงขึ้น กระดูกหน้าอกจะสูงขึ้นด้วยทำให้ด้านหน้าและ ด้านข้างของช่องอกขยายตัวขึ้น ความกดดันช่องอกและปอดลดลงปอดขยายตัวตาม กะบังลมแบนราบลง ขณะที่หายใจออก กล้ามเนื้อซี่โครงแถบในหดตัว และกล้ามเนื้อซี่โครงแถบนอกคลายตัว จะมีผลทำให้กระดูกซี่โครงและกระดูกหน้าอกลดระดับต่ำลงกะบังลม คลายตัวกลับอยู่ในสภาพโค้งเช่นเดิม ความกดดันของช่องอกและปอดสูงขึ้น ปอดแฟบลง อากาศถูกขับออกจากปอด

22. MeduLla oblongata เมดุลลา ออบลองกาตา เป็นสมองที่เป็นศูนย์กลางควบคุมกระบวนการหายใจ ซึ่งมีความไวต่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระแสเลือดมาก ปริมาณของ CO 2 ในกระแสเลือดนั่นเองที่เป็นปัจจัยบังคับให้มีการหายใจข้าและออกโดยอัตโนมัติ กระบวนการหายใจเข้า เกิดจากเมดุลลาออบลองกาตานั้นส่งกระแสประสาทไปยัง กล้ามเนื้อซี่โครงและกล้ามเนื้อของกระบังลมทำให้เกิดการหดตัว ปริมาตรช่องอกขยาย จึงดูดลมเข้าสู่ปอด กระบวนการหายใจออก เกิดจากมีขบวนการสูดลมเข้าปอด แล้วถุงลมในปอดขยายตัวขึ้นเกิดความตึงที่ผนังปอดเกิดสัญญาณประสาทส่งไปยังเมดุลลาออบลองกาตาแล้วก็ส่งต่อไปที่ศูนย์ควบคุมหายใจเข้าให้หยุดกล้ามเนื้อซี่โครงและกระบังลมจึงเกิดกระบวนการหายใจออกขึ้น

23. การลำเลียง O 2 เกิดขึ้นโดย O 2 ในอากาศเข้าไปในปอดเข้าสู่เส้นเลือดฝอยรอบ ถุงลม เข้ารวมกับ hemoglobin ในเซลล์เข้าสู่เม็ดเลือดแดงกลายเป็น Oxyhemoglobin แล้วลำเลียงไปยังเนื้อเยื่อต่างๆ ซึ่งมีความเข้มข้นของ O 2 น้อยกว่า จากนั้น O 2 ก็จะแพร่จากเส้นเลือดฝอยในแก่เนื้อเยื่อ ฮีโมโกลบิน (Hb) ก็เป็นอิสระและถูกลำเลียงต่อไปเพื่อไปรับ O 2 ที่ปอดใหม่ดังสมการ Hb + O 2 HbO 2 ที่ปอด ที่เนื้อเยื่อ

24. HEMoGloBIN ฮีโมโกลบิน ประกอบด้วยสารสีแดง ซึ่งมี Fe เป็นองค์ประกอบเรียกว่า ฮีม (heme) ส่วนโปรตีนเรียกว่า โกลบิน (globin) เป็นสารประเภทโปรตีน มีสูตร C 3032 H 4816 O 872 N 780 S 8 Fe 4 ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายกับ Chlorophyll มาก สามารถจับกับ O 2 ได้ 1.34 Cm 3 แล้วยังสามารถจับกับ CO ได้ดีกว่า O 2 ประมาณ 240 เท่า และกลายเป็นสารประกอบถาวรที่เรียกว่า Carboxyhemoglobin ดังสมการ Hb + CO HbCO

25. การลำเลียงคาร์บอนไดออกไซด์ การนำ CO 2 ภายในเลือดออกจากร่างกายนั้นมี 2 ทางคือ 1. บางส่วนจะรวมมากับน้ำเลือด (plasma) ประมาณ 5-10 % 2. ที่เหลือ 90-95 % จะถูกนำออกมาโดยรวมมากับ Hb ,H 2 O ในเซลล์เม็ดเลือดแดง ส่วนใหญ่จะรวมกับ H 2 O ในเซลล์เม็ดเลือดแดง เพราะมีเอนไซม์ carbonic anhydrase เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้เป็น ไบคาร์บอเนตไอออน (HCO 3 ) ดังสมการ H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H + + HCO - 3

26. ต่อมาไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน ก็จะแพร่ออกจากเซลล์เม็ดเลือดแดง เข้าสู่น้ำเลือด เมื่อถึงปอดปฏิกิริยานี้จะผันกลับ คือ HCO - 3 จะทำปฏิกิริยากับ H + เกิดเป็นกรดคาร์บอนิก H 2 CO 3 และแตกตัวต่อไปได้ CO 2 + H 2 O ซึ่ง CO 2 จะถูกถ่ายเทและถูกขับออกภายนอกร่างกาย พร้อมกับลมหายใจออก ดังสมการ สรุปสมการรวมของขบวนการนี้ HCO - 3 + H + H 2 CO 3 H 2 O + CO 2 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO - 3