biology m5
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
81ชีววิทยา
พลังงานในส่ิงมีชีวิต
สิ่งมีชีวิตจะดํ ารงชีวิตอยูไดตองไดรับพลังงานและสสารจากสิ่งแวดลอม และแหลงพลังงานของสิ่งมีชีวิตในโลกคือ ดวงอาทิตย
สิ่งมีชีวิตที่ใชพลังงานแสงเพื่อการดํ ารงชีวิต เรียกวา โฟโตโทรฟ (Phototroph หรือ Phototrophic organism)ไดแก พืช สาหราย และแบคทีเรียบางชนิด
สิ่งมีชีวิตที่ใชพลังงานจากการรับสารเคมี (สารอนิทรยี) ตางๆ จากสิง่แวดลอม เรยีกวา เคโมโทรฟ (Chemotrophหรือ Chemotrophic organism) ไดแก สัตวตางๆ เห็ดรา และแบคทีเรียทั่วๆ ไป
ปฏิกิริยาเคมีในเซลลของสิ่งมีชีวิตสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตองใชพลังงาน (Energy) ในการดํ ารงชีพ หรือทํ ากิจกรรมตางๆ ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งพลังงาน
สวนใหญที่สิ่งมีชีวิตใชไดมาจากการสลายสารอาหารดวยกระบวนการทางเคมีไมวาจะนํ าพลังงานนั้นๆ ไปใชทํ าอะไรในการดํ ารงชีพ เชน การหายใจ การเคลื่อนที-่เคลื่อนไหว การขบัถาย การเจรญิเตบิโต การล ําเลยีงสารเขาออกจากเซลล ฯลฯพลังงานทีไ่ดจงึเปนพลงังานเคม ีซึง่พลงังานเคมทีีเ่กดิขึน้ไดนัน้กจ็ะตองไดมาจากปฏิกิริยาเคมี (Chemical reaction) ดวย
82 ชีววิทยา
Respiration
ATPADP + Pi
Food + O2 CO2+ H2O
Chemicalwork
Mechanicalwork
Electricalwork
Transportwork
การถายทอดของพลังงานผาน ATP และการเปลี่ยนรูปของพลังงานในรูปแบบตางๆ
อธิบายเพิ่มเติม- เซลลมีกลไกหลีกเลี่ยงพลงังานกระตุนซึง่สงูเกนิกวาความตานทานของเซลลได โดยการลดระดับความตองการ
ของพลังงานกระตุนใหนอยลง ซึ่งวิธีการที่เซลลลดระดับความตองการพลังงานกระตุนนั้นโดยมีเอนไซมหลายชนิดชวยลดพลังงานกระตุน
- เซลลมีกลไกหลีกเลี่ยงการปลอยพลังงานออกมาอยางรวดเร็วไวได โดยการควบคุมใหปฏิกิริยาการสลายอาหารมีหลายขั้นตอน เพื่อใหพลังงานถูกปลอยออกมาอยางชาๆ ทีละนอย
สิ่งท่ีมีผลตอการเกิดปฏิกิริยาเคมีคะตะลิสต (Catalyst) หมายถึง สารที่ทํ าหนาที่เปนตัวเรงปฏิกิริยาเคมี โดยหลังจากปฏิกิริยาสิ้นสุดแลว
โครงสรางของมันเองไมเปลี่ยนแปลงสิ่งมีชีวิตตองการคะตะลิสตหลายชนิด เพื่อใหปฏิกิริยาทางเคมีตางๆ ภายในรางกายเกิดขึ้นไดงายโดยไมตองใช
พลังงานกระตุนมากเกินกวาที่เซลลจะทนไดหมายเหตุ คะตะลิสตในสิ่งมีชีวิต (Biocatalyst หรือ Organic catalyst) คือ เอนไซม (Enzyme) นั่นเองโดยเอนไซมจะไปลดพลังงานกระตุนของสารทํ าใหเกิดปฏิกิริยาไดเร็วขึ้น แตพลังงานที่เกิดขึ้นยังเทาเดิม
83ชีววิทยา
ทฤษฎีอธิบายความจํ าเพาะ (Specificity) ของเอนไซมการที่เอนไซมมีความจํ าเพาะเจาะจงกับโครงสรางของสารตั้งตน (Substrate) สามารถอธิบายไดโดยอาศัยทฤษฎี
ตอไปนี้1. ทฤษฎีแมกุญแจและลูกกุญแจ (Lock and key theory) เสนอโดย อมีลิ ฟชเชอร (Emil Fischer) อธิบายวา
แตละโมเลกุลของเอนไซมจะมบีรเิวณเรง (Active site) ทีเ่ฉพาะเจาะจงกบัสารตัง้ตน (Substrate) ทํ าใหเขากันไดพอดีเหมือนกับการที่ลูกกุญแจสวมเขาพอดีกับแมกุญแจ (ทฤษฎีนี้อธิบายถึงสภาพของบริเวณเรงของเอนไซม วามีรูปรางแนนอน แข็งแกรง)
Enzyme Substrate Enzyme-Substratecomplex
Product
สมการการทํ างานของเอนไซม (E) กับสารตั้งตน (S)
SubstrateActive site
Enzyme Enzyme-Substrate complexEnzyme
a. Degradative reaction
Enzyme Enzyme-Substrate complex Enzyme
Products ProductSubstrates
Active site
b. Synthetic reaction
แผนภาพแสดงกลไกการทํ างานของเอนไซมกับสารa. กระบวนการสลายสารb. กระบวนการสังเคราะหสาร
2. ทฤษฎีชักนํ าใหเหมาะสม (Induced-fit theory) เสนอโดย คอชแลนด (Koshland) เมื่อสารตั้งตนเขาไปจับบริเวณเรงของเอนไซมจะเหนี่ยวนํ าใหเอนไซมเปลี่ยนโครงรูปใหเหมาะสม ทํ าใหสามารถจับตัวกับสารตั้งตนไดดีขึ้นทํ าใหเอนไซมทํ าหนาที่เรงปฏิกิริยาไดสารผลิตภัณฑ (ทฤษฎีนี้อธิบายถึงความยืดหยุนและลักษณะไมแข็งของเอนไซมบางชนดิทีบ่รเิวณเรง (Active site) จึงสามารถเปลี่ยนโครงรูปใหเหมาะสมได)
84 ชีววิทยา
Enzyme(Note active site
larger than substrate)(b) Induced fit model
Enzyme-Substratecomplex (Enzymechanges shape)
complexEnzyme-Substrate
(a) Lock-and-key model
SubstratesEnzyme
Substrates
ภาพแสดงการทํ างานของเอนไซม(a) ภาพแสดงการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมตามทฤษฎีแมกุญแจและลูกกุญแจ (เอนไซมไมเปลี่ยนรูปราง)(b) ภาพแสดงการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมตามทฤษฎีชักนํ าใหเหมาะสม (เอนไซมสามารถเปลี่ยนรูปรางได
เล็กนอยขณะทํ าปฏิกิริยา)
ตัวยับยั้งเอนไซม (Inhibitor)ตัวยับยั้งเอนไซม (Inhibitor) หมายถึง สารที่ทํ าใหปฏิกิริยาที่มีเอนไซมเปนตัวคะตะลิสตหยุดชะงักลงได เชน
ไซยาไนด คารบอนมอนอกไซด ฟลูออไรด ยาซัลฟา1. ตัวยับยั้งแบบแขงขัน (Competitive inhibitor) หมายถึง สารที่สามารถเขาไปแยงสารตั้งตน (Substrate)
จับที่บริเวณเรง (Active site) ของเอนไซม ทํ าใหการเรงปฏิกิริยาของเอนไซมลดลง เชน กรดซักซินิก (Succinic acid)กรดมาโลนิก (Malonic acid) กรดออกซาลิก (Oxalic acid) เชน ไซยาไนด (Cyanide) กาซคารบอนมอนอกไซด
2. ตัวยับยั้งแบบไมแขงขัน (Noncompetitive inhibitor) หมายถึง สารที่สามารถเขาไปจับที่บริเวณอื่นบนโมเลกุลของเอนไซมที่ไมใชบริเวณเรง (Active site)
Substrate
(a) (b)
Competitiveinhibitor
EnzymeEnzyme
(c)
Noncompetitive
Enzyme
Substrateinhibitor
ภาพแสดงการทํ าปฏิกิริยาของตัวยับยั้งเอนไซม(a) การทํ าปฏิกิริยาระหวางเอนไซม-สารตั้งตนปกติ (ES complex)(b) การทํ าปฏิกิริยาระหวางเอนไซม-ตัวยับยั้งแบบแขงขัน (EI complex)(c) การทํ าปฏิกิริยาระหวางเอนไซม-ตัวยับยั้งแบบไมแขงขัน (ESI complex หรือ EI complex)
85ชีววิทยา
Energy ofactivation Energy of
reactant Energy ofactivation
Energy ofreactant
Energy ofproduct
Energy ofproduct
Energ
y Rele
ased
Energ
y Sup
plied
Energ
y Rele
ased
Energ
y Sup
plied
E without Enzymea E with Enzymea
ภาพแสดงผลของปฏิกิริยาเคมีเมื่อมีเอนไซมและไมมีเอนไซม(พบวาการใชพลังงานกระตุนลดลงอยางมาก)
พลังงานท่ีใชในการสลายพันธะเคมีพลังงานที่ใชในการสลายพันธะเคมี เรียกวา พลังงานพันธะ (Bond energy) พลังงานที่เกิดขึ้นจากปฏกิริยิาเคมี
มี 2 ประเภท คือ1. ปฏิกิริยาคายพลังงาน (Exergonic reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแลวจะปลอยพลังงานออกมา >
พลังงานกระตุนที่ใสเขาไป เชน การรวมกันของกาซไฮโดรเจน และกาซออกซิเจน หรือการสลายสารอินทรียตางๆ(การหายใจ)
สรุป พลังงานสรางพันธะ > พลังงานสลายพันธะ
ตัวอยางปฏิกิริยาคายพลังงานATP + H2O ADP + Pi + 7.3 kcal/mol
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36 ATP 2H2 + O2 2H2O + พลังงานสรางพันธะ
2. ปฏิกิริยาดูดพลังงาน (Endergonic reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแลวจะปลอยพลังงานออกมา <พลังงานกระตุนที่ใสเขาไป เชน กระบวนการสงัเคราะหดวยแสง การแยกนํ ้าดวยไฟฟา การสงัเคราะหสารอินทรียตางๆในเซลลของสิ่งมีชีวิต
สรุป พลังงานสรางพันธะ < พลังงานสลายพันธะ
ตัวอยางปฏิกิริยาดูดพลังงาน 2H2O + พลังงานสลายพันธะ 2H2 + O2
6CO2 + 12H2O + 18 ATP C6H12O6 + 6O2 + 6H2OADP + Pi + 7.3 kcal ATP
86 ชีววิทยา
Exergonic reactions (e.g. cellular respiration)
Endergonic reactions (e.g. protein synthesismaking new cells or cell parts)
ATP
Energy
Energy
ADP + Pi
แสดงปฏิกิริยาดูดพลังงาน (Endergonic reaction) และปฏิกิริยาคายพลังงาน (Exergonic reaction)ที่เกิดขึ้นในเซลลของสิ่งมีชีวิต (โดยมี ATP เปนสารตัวกลางในการเก็บสะสมพลังงานและคายพลังงานออกมา)
87ชีววิทยา
การหายใจ
การหายใจ (Respiration) คือ กระบวนการออกซิไดสสารอาหาร เชน คารโบไฮเดรต ไขมัน หรือโปรตีนโดยอาศัยการควบคุมของเอนไซมภายในเซลล เพื่อใหไดพลังงานที่เซลลของสิ่งมีชีวิตสามารถนํ าไปใชในกิจกรรมตางๆเพื่อการด ํารงชวีติของเซลล
การหายใจแตกตางจากการเผาไหมเชื้อเพลิงทัว่ไป คอื มเีอนไซมเปนตวัเรงปฏกิริยิาเคมใีหสารตัง้ตนสลายตวั(หลกีเลีย่งการใชพลงังานกระตุนทีส่งูมากๆ และปลอยพลงังานอยางรวดเรว็และรนุแรง) โดยควบคุมใหมีการปลอยพลังงานออกมาทีละนอย โดยปฏิกิริยามีหลายขั้นตอน เซลลสามารถนํ าไปสะสมไวในรูปของสารเคมีที่มีพันธะพลังงานสูง คือATP จึงชวยใหอุณหภูมิไมสูงถึงขั้นที่จะเปนอันตรายตอเซลล
การหายใจระดับเซลล เปนกระบวนการสลายสารอาหาร ประกอบดวยปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน อาจเกิดขึ้นในสภาพที่มีออกซิเจน (Aerobic respiration) หรือในสภาพที่ปราศจากออกซิเจน (Anaerobic respiration) หรือการหมัก (Fermentation)
การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบใชออกซิเจนกระบวนการสลายสารอาหาร (Glucose) แบบใช O2 มีปฏิกิริยา 4 ขั้น คือ1. Glycolysis
- เกิดที่ Cytoplasm- ไมใช O2- เกิดกับเซลลของสิ่งมีชีวิตทุกๆ เซลล
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36 ATP(Glucose) (Carbondioxide)
Typical energy yield = 36 ATPการสลายของสารอาหารแบบใชออกซิเจนมีผลทํ าใหไดพลังงาน ATP เพียงพอกับการทํ ากิจกรรมตางๆ ของ
รางกาย เชน สามารถวิ่งไดในระยะทางไกลๆ (ขึ้นอยูกับความเหมาะสม เพียงพอของกลูโคสและออกซิเจน)ไกลโคลิซิส (Glycolysis) เปนกระบวนการสลายนํ้ าตาล ซึ่งมีคารบอน 6 อะตอม ใหเปนกรดไพรูวิก ซึ่งมี
คารบอน 3 อะตอม โดยไมตองอาศัยออกซิเจนอิสระ กระบวนการนี้เปนกระบวนการขั้นแรกของการหายใจ เกิดขึ้นในไซโตพลาซึมของเซลล
วัตถุดิบที่ใช สิ่งที่เกิดขึ้น 1 Glucose (6C) 2 ATP 2 NAD
2 Pyruvic $a (3C) 4 ATP (ไดรับจริง 2 ATP) 2 NADH2
Glucose 2 PGAL 2 PGA 2 Pyruvic $a (6C) (3C) (3C) (3C)
88 ชีววิทยา
สมการรวมในขั้นไกลโคลิซิส คือ1 กลูโคส + 2 ADP + 2 ฟอสเฟต 2 กรดไพรูวิก + 2 ATP + 4H
2. การสราง Acetyl Co.A (2C) หรือ Transition reaction- เกิดที่ของเหลว (Matrix) ในไมโตคอนเดรีย- ถือเปนศูนยกลางของการสลายสารอินทรียตางๆการสรางอะซิติลโคเอนไซมเอ เปนขั้นที่กรดไพรูวิกแตละโมเลกุลรวมกับโคเอนไซมเอ (Coenzyme A)
แลวไดเปนอะซิติลโคเอนไซมเอ (Acetyl Coenzyme A)สมการรวมในขั้นการสรางอะซิติลโคเอนไซมเอ คือ
2 กรดไพรูวิก + 2 โคเอนไซมเอ 2 อะซิติลโคเอนไซมเอ + 2CO2 + 4H(3C) (2C)
3. Krebs cycle- เกิดที่ของเหลว (Matrix) ในไมโตคอนเดรีย- เปนปลายทางของการสลายสารอินทรียเปน CO2
วัฏจักรเครบส หรือวัฏจักรของกรดซิตริก (Krebs cycle หรือ Citric acid cycle) เปนขั้นที่อะซิติล-โคเอนไซมเอ ซึ่งมีคารบอน 2 อะตอม รวมกับสารที่มีคารบอน 4 อะตอม กลายเปนสารที่มีคารบอน 6 อะตอม ตอมาสารที่มีคารบอน 6 อะตอม จะถูกเปลี่ยนไปเปนสารที่มีคารบอน 5 อะตอม และในที่สุดไดสารที่มีคารบอน 4 อะตอมตามเดิม ซึ่งจะเขารวมกับอะซิติลโคเอนไซมเอตัวอื่นอีกตอไปเปนวัฏจักร
สมการรวมในขั้นวัฏจักรเครบส2 อะซิติลโคเอนไซมเอ + 6H2O + 2ADP + 2 ฟอสเฟต 4CO2 + 2ATP + 16H + 2 โคเอนไซมเอ
สรุปสาระสํ าคัญ- วัฏจักรเครบส เปนขั้นที่ได H อะตอม และ CO2 มากที่สุด- วัฏจักรเครบส ถือเปนปลายทางของการสลายสารอินทรียใหเปนกาซ CO2- วัฏจักรเครบส มีการลดจํ านวน C อะตอม คือ 6C 5C 4C ตามลํ าดับ
89ชีววิทยา
Oxaloacetate
Acetyl-CoA
Citrate
Isocitrate
NADH-ketoglutarateα
NADHSuccinyl-CoA
ATPADP
SuccinateFAD
Fumarate
Malate
NADH
2C
6C
6C
5C
4C
NAD+
NAD+
NAD+
H2OCO2
CO2
KrebsCycle
FADH2
4C
4C
4C 4C
รูปแสดงขั้นตอนของวัฏจักรเครบส (4C หมายถึง Oxaloacetic acid, 6C หมายถึง Citric acidและ 5C หมายถึง α-ketoglutaric acid) เพียง 1 วัฏจักรเทานั้น
4. Electron transfer- เกิดที่ผนังชั้นในไมโตคอนเดรีย- ใช O2 ในขั้นนี้ (O2 เปนตัวรับ H2 เปนตัวสุดทาย)- ได ATP มากที่สุด
การถายทอดอิเล็กตรอน (Electron transfer) เปนขั้นที่ไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาตางๆ ถูกสารที่เปนตัวรับไฮโดรเจน (Hydrogen acceptor) รับไปแลวถายอิเล็กตรอน (e-) ของไฮโดรเจนใหไซโตโครม (Cytochrome)ชนิดตางๆ สวนโปรตอนของไฮโดรเจน (H+) จะหลุดเปนอิสระ สํ าหรับอิเล็กตรอนที่ไซโตโครมรับไปจะถายทอดไปยังไซโตโครมตัวอื่น จนในที่สุดจะหลุดเปนอิสระ จากนั้นทั้งโปรตอนและอิเล็กตรอนที่หลุดเปนอิสระจะรวมกับออกซิเจนที่ไดรับจากการหายใจทํ าใหเกิดนํ้ าขึ้น
ในระหวางการถายทอดอิเล็กตรอน พลังงานจะถูกปลอยออกมาทีละนอยๆ โดย ADP และฟอสเฟตรับไปทํ าใหเกิด ATP ขึ้นถึง 32-34 โมเลกุล ดังสมการ
24H + 6O2 + 34ADP + 34 ฟอสเฟต 12H2O + 34ATP
90 ชีววิทยา
Flavoprotein
Coenzyme Q Cytochrome b
Cytochrome c
Cytochrome a
Cytochrome a3
ADP + Pi
ADP
H O212 O2
2H+
ศักยไฟฟาADP + Pi
ADPH+
ADP + Pi
ADP FADH2
FAD
2e-
2e-
NADH
NAD+
ระดับพลังงานRelative energy level
Low
Hight
2e-
แสดงขั้นตอนการถายทอดอิเล็กตรอน หรือลูกโซของการหายใจ (Respiratory chain)หรือการถายทอดไฮโดรเจน (H-transfer)
สรุปกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอน1. NAD ⋅ H + H+ FAD ⋅ H2 Cytochrome b Cytochrome c Cytochrome a
O22. ขั้นที่มีพลังงานสูงในการสราง ATP คือ NAD ⋅ H + H+ FAD ⋅ H2 Cytochrome b
Cytochrome c และชวง Cytochrome a O2 (ดังแผนภาพขางบน)3. แหลงทีเ่กดิการถายทอดอเิลก็ตรอน คอื เยือ่ชัน้ในของไมโตคอนเดรยี (กระบวนการเกดิควบคูไปกบั 3 กระบวน-
การแรก)4. เปนขั้นที่มี ATP เกิดขึ้นมากที่สุด และมี O2 เขามารับอิเล็กตรอนและโปรตอนของไฮโดรเจนเปนตัวสุดทาย
ที่ทํ าใหเกิด H2O ขึ้น
91ชีววิทยา
วัตถุดิบที่ใช สิ่งที่เกิดขึ้น24H+
12 (อะตอมออกซิเจน)
34ADP + 34Pi
10NADH2(ไดพลังงาน = 10 × 3 = 30ATP
2FADH2(ไดพลังงาน = 2 × 2 = 4ATP
12H2O
Glucose
ATP Glycolysis
2 Pyruvate
2 Acetyl-Co.A
Krebs cycleATP
Cytos
olMi
tocho
ndrio
n
2
2
4 CO2
2 CO2
2 NADH
2 NADH
6 NADH
2 FADH2
Electr
on Tr
anspo
rt Sy
stem
ATP4
ATP18
ATP6
ATP4
ATP4ATP Yield
ATP36
ATP32+
O2 H O2
แผนภาพแสดงพลังงานที่ไดจากการสลายกลูโคส 1 โมเลกุล
92 ชีววิทยา
การสลายสารอาหารเกิดขึ้นท่ีสวนใดของเซลลไมโตคอนเดรีย (Mitochondrion หรือ Mitochondria) เปนอวัยวะของเซลล มีลักษณะเปนแทงยาวรี
มีเยื่อหุม 2 ชั้น คือ1. เยื่อชั้นนอก (Outer membrane) มีลักษณะเรียบ ทํ าหนาที่คอยควบคุมการผานเขา-ออกของสาร2. เยื่อชั้นใน (Inner membrane) มีลักษณะหยักไปมาคลายวิลลัสในลํ าไสเล็กของคน เรียกวา คริสตา
(Crista) ที่เยื่อชั้นในมีโครงสรางเล็กๆ ลักษณะเปนเม็ดกลมๆ เรียกวา Inner membrane particle ติดอยูเต็มไปหมดโครงสรางเล็กๆ นีท้ ําหนาทีเ่ปนแหลงเกบ็สารทีเ่ปนตวัรบัไฮโดรเจนและตวัรบัอเิลก็ตรอน ถัดจากเยื่อชั้นในเขาไปมีของเหลวบรรจุอยู เรยีกวา มาตรกิ (Matrix) ภายในเซลลของเหลวนีม้เีอนไซมหลายชนดิทีเ่กีย่วของกับการหายใจในขั้นวัฏจักรเครบส
Inner membrane(where acetylCo.A is formed) Outer membrane
Liquid portion of cytoplasm(where glycolysis takes place)
Inner membrane
ATP-forming paticles
Matrix
(where the Krebscycle takes place)
(Cristae)
แสดงโครงสรางของไมโตคอนเดรีย ซึ่งถือเปนศูนยกลางของการสลายอาหารแบบใช O2 ซึ่งมีผนังดานใน (Cristaeเปนที่เกิดกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอน สวน Matrix เปนแหลงที่เกิดการสราง Acetyl Co.A และวัฏจักรเครบส)
Pyruvate from cytoplasm (Inner membrane)
Electron transport system
OUTERCOMPARTMENT
INNERCOMPARTMENT
(ATP synthase)
Many ATPATP
NADH
NADHKrebscycle
Acetyl CoA
H+
O2
H O22e-
FADH2
แสดงกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอนซึ่งเกิดขึ้นที่ผนังชั้นในของไมโตคอนเดรีย
93ชีววิทยา
ขอควรทราบเพิ่มเติมไซโตโครม (Cytochrome) คือ รงควตัถใุนรปูโปรตนี ซึง่มธีาตเุหลก็ (Fe) เปนองคประกอบ มหีนาทีส่ ําคญั คือ
เปนตัวรับและถายทอดอิเล็กตรอน ในกระบวนการหายใจ คือ Cytochrome b c a ตามลํ าดับโคเอนไซม (Coenzyme) หมายถึง กลุมสารอินทรียที่มีวิตามิน B เปนองคประกอบ หนาทีส่ ําคญั คอื เปนตัวรับ
และถายทอดไฮโดรเจน (H-acceptor) ในกระบวนการหายใจ เชน NAD+ , FAD+ และ Co.A
ตารางแสดงโคเอนไซมชนิดตางๆ สวนประกอบและหนาที่ในกระบวนการสลายสารอาหารสาร
(Coenzyme)ยอมาจาก สวนประกอบ หนาที่
NAD+
FAD+
Co.A
Nicotinamide adeninedinucleotideFlavin adenine dinucleotide
Coenzyme A
วิตามิน B5
วิตามิน B2 วิตามินบีรวมPantothenic acid(กรดเพนโทเทนิก)
รับถายทอดไฮโดรเจน (ขั้นที่ 1, 2, 3และ 4)รับถายทอดไฮโดรเจน (ขั้นที่ 3 และ 4)
ตัวนํ าหมูเอซิลเพื่อสราง Acetyl Co.A(ขั้นที่ 2)
Carbohydrates
Glycolysis
Proteins
Aminoacids
Pyruvate
Acetyl Co.A⋅
Fatty acids
GlycerolFats
Krebs cycle
การสลายสารอาหาร 3 ประเภทผานขั้นตอนตางๆ เพื่อเขาสูวัฏจักรเครบส พลังงานที่ถูกดึงออกมาจากสารตัวกลางในขั้นตางๆ จะนํ าไปใชในการสังเคราะหสารอินทรียได (ลูกศรเสนประ)
94 ชีววิทยา
สรุปสาระสํ าคัญสารที่ถือไดวาเปนตํ าแหนงกลางของกระบวนการ Metabolism (การสลายสารอาหารตางๆ และการสังเคราะห
สารตางๆ) คือ Acetyl Co.A ดังแผนภาพSubstance BreakdownProteins
Amino acids
Nucleic acids
Nucleotides Fatty acids Glycerol
Fats Carbohydrates
Glucose
Glycolysis
Pyruvate
Acetyl Co.A
Krebs cycle
Amino acidsFatty acidsSteroids
Substance Synthesis
Amino acidsHeme pigmentsNH3NH3Mitochondrion
การสลายสารอินทรียตางๆ เขาสูวัฏจักรเครบส
สารอาหารที่สามารถสลายตัวแบบไมใช O2 คือ Glucose, Amino acid (บางชนิด) และ Glycerol (เพราะสามารถสลายตัวเขาที่ชวง Glycolysis คือ เปลี่ยนเปน Pyruvic acid ได) สวนกรดไขมัน (Fatty acid) ไมสามารถนํ ามาสลายตัวแบบไมใช O2 ไดเลย (เพราะจะสลายตัวเปน Acetyl Co.A และเขาวัฏจักรเครบสตอไป จึงตองเปนแบบใชO2 เทานั้น)
การสลายโมเลกุลของสารอาหารแบบไมใช O2การสลายสารอาหารไมจํ าเปนตองใช O2 เสมอไป สิ่งมีชีวิตบางชนิด เนื้อเยื่อบางอยางสามารถไดพลังงานจากการ
สลายสารอาหารโดยไมตองใช O2 สิ่งมีชีวิตเหลานี้ ไดแก พยาธิตัวตืด ยีสต เมล็ดพืช แบคทเีรยีบางชนดิ สวนกลามเนื้อ-ลายเปนตัวอยางของเนื้อเยื่อสัตวชั้นสูงที่สามารถสลายสารอาหารแบบไมใช O2 ได
Ethyl alcohol ในเซลลยีสตเกิดจาก Acetaldehyde + H2 (Acetaldehyde เกิดจาก Pyruvic acid ที่เสียCO2 ออกไปนั่นเอง)
สรุปสมการการสลายสารอาหารแบบไมใช O2 (Anaerobic respiration)- ในราและยีสต 12%
C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP (Ethyl alcohol) 13 C
23 ของ C
95ชีววิทยา
- ในเซลลกลามเนื้อลายC6H12O6 2C3H6O3 + 2ATP
(Lactic acid)100%C
- พยาธิตัวตืด(C6H10O5)n + H2O 2nC3H6O3 + 2ATP
(Lactic acid)สาระสํ าคัญเตรียมสอบ1. เบียร (Beer) มีแอลกอฮอลประมาณ 4-5%2. ไวน (Wines) มีแอลกอฮอลประมาณ 10-12%3. บรั่นดี และวิสกี้ (Whiskey) มีแอลกอฮอลประมาณ 14%4. ยีสต จะหมักแอลกอฮอลไดสูงสุดประมาณ 12% (ถาสูงกวานี้จะเปนอันตรายตอเซลลของยีสตเอง) เนือ่งจาก
เปนการสลายสารอาหารที่ไมสมบูรณมีพลังงานแฝงอยูมาก สามารถนํ ามาใชเปนเชื้อเพลิงได)5. ยีสต ทํ าใหขนมปงฟู เพราะเกิดกาซ CO2 ขึ้น6. 1 Glucose สลายตัวแบบไมใช O2 ไดพลังงานประมาณ 2 ATP (ประมาณ 5% ของแบบใช O2)7. การสลาย Glucose แบบใช O2 จะไดพลังงานออกมา 277 kcal (38 × 7.3) ซึ่งถากลูโคสสลายตัวหมดสิ้น
จะไดพลังงานสูงสุด 686 kcal คิดเปนพลังงานที่ไดรับจริง = 277686 หรือประมาณ 40% ของพลังงานที่มีอยูในกลูโคส
แผนผังมโนมติแสดงการหายใจระดับเซลล
Cell
สารอาหาร
Cell
สลายเปน
OO
ATP
การหายใจภายใน
การหายใจภายนอก
การหายใจ
การระบายอากาศ
การแพรของ O
การลาํเลียง O และ CO
กลไกควบคุมการหายใจ
2แบบไมใช O ตัวอยาง
แบบใช O
ขั้นตอน
ไกลโคไลซิส
การสรางอะซีติลโคเอนไซม A
วัฏจักรเครบส
การถายทอด-อิเล็กตรอน
6C 2 (3C)ลด C 3C 2C
ลด C 6C 5C
24H + 6O 12H O + 32 34ATP
4C
-
2ATP
ยีสตเอทิลแอลกอฮอลCO
กลามเนื้อลาย
แลกติก
2ATPพยาธิตัวตืด แลกติก
2ATP
2
2
2
22
2
22
2
แผนผังมโนมติแสดงขั้นตอนการหายใจแบบใชออกซิเจน
96 ชีววิทยา
Glucose
4H
2 ADP
2 ATP
Krebs cycle
Glycolysis
2 CO2
2 Pyruvic acid
4H
(3C)
2 Co.A
2 Acetyl Co.A(2C)
2 H O2
2 Citric acid (6C)
2 Co.A
2 CO22 Ketoglutaric acid-(5C)
16H
2 ATP
2 ADP
4H O2
2 CO2
2 Oxaloacetic acid (4C)
6O2 12H O2Electron transfer
Aerobic respiration
Acetyl coenzyme A
α
97ชีววิทยา
การสังเคราะหดวยแสง
การคนควาที่เกี่ยวของกับกระบวนการสังเคราะหดวยแสงการสังเคราะหดวยแสง (Photosynthesis) หมายถึง กระบวนการสรางอาหารพวกคารโบไฮเดรตของพืชสีเขียว
จาก H2O และ CO2 โดยอาศัยคลอโรฟลล แสงสวางเปนตัวชวย และเอนไซมในเม็ดคลอโรพลาสตเปนตัวเรงปฏิกิริยา(Catalyst)
การสังเคราะหดวยแสง เปนกระบวนการเปลี่ยนพลังงานแสง พลังงานเคมีสารอนินทรีย สารอินทรีย
กระบวนการสังเคราะหดวยแสง มีประโยชนตอมนุษย คือ ทํ าใหไดสารอาหาร (แปง และนํ้ าตาล) ไดเชื้อเพลิง(ถาน และไมตางๆ) และไดกาซ O2 มาใชในการหายใจ
6CO2 + 12H2O Light energyChlorophyll
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
สิ่งมีชีวิตที่สังเคราะหดวยแสงได คือ1. พืชสีเขียวทุกชนิด2. สาหรายทุกชนิด3. แบคทีเรียบางชนิด (Purple sulphur bacteria และ Green sulphur bacteria)4. สาหรายสีเขียวแกมนํ้ าเงิน (Blue green algae)
การสังเคราะหดวยแสง (Photosynthesis)ประกอบดวยปฏิกิริยา 2 ขั้นตอน คือ ปฏิกิริยาที่ใชแสง (Light reaction) และปฏิกิริยาที่ไมใชแสง (Dark
reaction)1. ปฏิกิริยาที่ใชแสง (Light reaction) เปนปฏิกิริยาที่มีบทบาทสํ าคัญในการเปลี่ยนแปลงพลังงานแสงใหเปน
พลังงานเคมี จะเกิดขึ้นไดในขณะที่มีแสงจากดวงอาทิตย หรือแสงประดิษฐสองไปที่รงควัตถุที่อยูในเม็ดคลอโรพลาสตมีรงควัตถุเขารวมในปฏิกิริยานี้ 2 พวก คือ รงควัตถุระบบ 1 (Photosystem I หรือ Photopigment I) และ รงควัตถุระบบ 2 (Photosystem II หรือ Photopigment II) ปฏิกิริยาที่ใชแสง (Light reaction) มีการถายทอดอิเล็กตรอน2 แบบ คือ
98 ชีววิทยา
Carbon-fixingreactions
EnergycarriersATP andNADPHEnergy
BoostedelectronsChlorophyll Carbohydrate
CarbohydrateOxygen
H O2
Light-trappingreactions
Light energy Carbon dioxide Chloroplast
Plant cell
Leaf
CO2
กระบวนการหลักของการสังเคราะหดวยแสง1.1 การถายทอดอิเล็กตรอนแบบเปนวัฏจักร (Cyclic electron transfer)
Primaryelectronacceptor
Ferredoxin
Cytochromecomplex ADP + Pi
Production of ATP bychemiosmosis
ATPPlastocyanin
P700Photosystem I
Light
+0.4
0
Oxida
tion-
reduc
tion p
otenti
al in
volts
(relat
ive en
ergy l
evel)
-0.6 e-
e-
e-
e-
e-
แสดงการถายทอดอิเล็กตรอนแบบเปนวัฏจักร (Cyclic photophosphorylation)
99ชีววิทยา
1.2 การถายทอดอิเล็กตรอนแบบไมเปนวัฏจักร (Noncyclic electron transfer)
สรุป PS I (P700) NADP ⋅ H PS II (P680) ATP
Plastoquinone
Primaryelectronacceptor
ADP + Pi
ATPCytochromecomplexProduction
of ATP bychemiosmosis Plastocyanin
P700
Light
Photosystem I
+PrimaryelectronacceptorFerredoxin
NADPH
NADP+2H+(from medium)
H O2
12 O2 + 2H+
Photosystem IIP680
Light
+0.8
+0.4
0
-0.6
-2e
-2e
-2e
-2e
-2e
-2e-2e
-2e
-2e
Oxida
tion -
reduc
tion p
otenti
al (vo
lts)(re
lative
energ
y leve
l)
กระบวนการถายทอดอิเล็กตรอนแบบไมเปนวัฏจักร (Noncyclic electron transfer)
2. ปฏิกิริยาที่ไมใชแสง (Dark reaction หรือ Calvin cycle หรือ CO2 fixation) เปนกระบวนการที่พืชนํ าสารพลังงานสูง คือ ATP และ NADPH + H+ ซึง่เปนผลทีไ่ดจากปฏกิริยิาชวง Light reaction มาเปลีย่น CO2 ซึ่งมีพลังงานศักยตํ่ าใหเปนคารโบไฮเดรตที่มีพลังงานศักยสูง กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสโตรมา (Stroma) ของคลอโรพลาสตโดยไมตองใชแสง (ในที่มีแสงก็เกิดขึ้นได)
เอ็ม คัลวิน (M. Calvin) เอ เบนสัน (A. Benson) และคณะแหงมหาวิทยาลัยแคลิฟอรเนียที่เบิรกเลยไดทดลองและศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาที่ไมใชแสงดังกลาวมาแลว จากผลการทดลองยังไดพบวา ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเหลานี้เกิดตอเนื่องกันไมเปนวัฏจักร เรียกวัฏจักรของปฏิกิริยานี้วา วัฏจักรคัลวิน (Calvin cycle)
100 ชีววิทยา
Metabolites of the Calvin cycleRuBPPGAPGAPPGAL
ribulose bisphosphatephosphoglyceratediphosphoglyceratephosphoglyceraldehyde
These ATP and NADPHmolecules were producedby the light-dependentreactions.
6 PGAPC3
6 NADPH
6 NADPC3
C3
C6
C5
C3+
There is a net gain of one PGAL.
6 PGAL5 PGAL
Regenerationof RuBP
Calvincycle
CO2Reduction
CO2Fixation
CO23
3
3 ATP
3 ADP
These ATP moleculeswere produced by thelight-dependentreactions.
3 RuBP 6 PGA
(Intermediate)
6 ATP
6 ADP
แสดงวัฏจักรคัลวินของพืช
101ชีววิทยา
H O2
O2
2CO
NADPH
Photosystem II
Cytochromecomplex
LightAntennacomplex
H+
H+H+
H+
H+ H+
H+
H+
H+
Photosystem I
LightAntenna complex
Stroma
NADP ++
NADPreductase
NADPH
Calvincycle
ATP
ADP + PATP synthaseThylakoid Space
e-
2
e-
e-
Pq
12 O2O2H
ADP
ATP
NADP+Calvincycle
PGALa
Thylakoidmembrane
Thylakoid
Stroma
Light
+
แผนภาพแสดงกระบวนการ Light reaction และ Dark reaction ท่ีสําคัญ
102 ชีววิทยา
ตารางสรุปวัฏจักรของคัลวิน (ตอการสราง Glucose 1 โมเลกุล)ขอ สิ่งที่ใชในปฏิกิริยา สิ่งที่เกิดจากปฏิกิริยา1.2.3.4.
6 CO26 RuDP
18 ATP (จากปฏิกิริยาที่ใชแสง)12 NADPH (จากปฏิกิริยาที่ใชแสง)
12 PGAL (2 PGAL 1 Glucose)18 ADP + 18 Pi
12 NADP + 12 H+
6H2O
PGA เปนสารอินทรีย (ที่อยูตัว) ชนิดแรกที่เกิดในวัฏจักรคัลวินPGAL เปนนํ้ าตาลชนิดแรกที่เกิดขึ้นในวัฏจักรคัลวิน
ThylakoidThylakoidmembraneThylakoidspace
Gran
um
a. Plant cell
Chloroplasts
H2OCO2 O2 CO2
O2
b. Chloroplast
ADP
ATPNADP
NADPH
Calvincycle
SugarStroma
Grana
Light+
(a) แสดงเซลลของพืชใหเห็นคลอโรพลาสต(b) โครงสรางของไทลาคอยด และกรานาในคลอโรพลาสต และปฏิกิริยาการสังเคราะหดวยแสง
สมการรวมของการสังเคราะหดวยแสงที่สมบูรณเปนดังนี้ คือ
12H2O + 6CO2 + 6ADP + 6Pi คลอโรฟลลแสง C6H12O6 + 6O2 + 6ATP + 6H2O
103ชีววิทยา
ตารางแสดงรงควัตถุที่ใชในกระบวนการสังเคราะหดวยแสงที่มีอยูในสิ่งมีชีวิตชนิดตางๆสิ่งมีชีวิต คลอโรฟลล
a b c dแคโรทีนอยด ไฟโคบิลิน แบคทีรีโอคลอโรฟลล
a b c dพืชมีดอกเฟนสาหรายสีเขียวสาหรายสีนํ้ าตาลสาหรายสีแดงสาหรายสีเขียวแกมนํ้ าเงินแบคทีเรียที่สังเคราะห-ดวยแสงได
+ + - -+ + - -+ + - -+ - + -+ - - ++ - - -- - - -
+++++++
----++-
- - - -- - - -- - - -- - - -+ - - -- - - -+ - + +
ประสิทธิภาพในการสังเคราะหดวยแสงของพืช C3 พืช C4 และพืช CAMพืชแตละชนิดมีประสิทธิภาพในการตรึง CO2 ที่แตกตางกัน เนื่องจากความแตกตางกันของสวนประกอบของ
เนื้อเยื่อ และประสิทธิภาพของเอนไซม มีผลทํ าใหกระบวนการทางชีวเคมี และสรีรวิทยาภายในใบแตกตางกัน- พืช C3 (C3 Plant) ไดแก พืชทั่วๆ ไป เชน ขาวเจา ขาวสาลี ขาวบารเลย ถั่ว ฯลฯ จะมีกระบวนการตรึงกาซ
CO2 โดยการรวมกับสาร RuDP หรือ RuBP ในวัฏจักรคัลวิน (มีเอนไซม RuBP Carboxylase เปนตัวเรงปฏิกิริยา)เกิดสารที่มีคารบอน 3 อะตอม คือ PGA และเกดิการเปลีย่นแปลงตอไปเปนนํ ้าตาล (PGAL) และอื่นๆ กระบวนการตรึงCO2 ดังกลาวเกิดขึ้นที่เนื้อเยื่อมีโซฟลล (Mesophyll) ประสิทธิภาพประมาณ 70%
- พืช C4 (C4 Plant) ไดแก พืชพวก ขาวโพด ออย ขาวฟาง หญาในเขตรอน บานไมรูโรย จะมีกระบวนการตรึงCO2 2 ครั้ง คือ ที่เนื้อเยื่อมีโซฟลล (Mesophyll) และทีบ่นัเดลิชทีเซลล (Bundle sheath cell) เนื่องจากมีคลอโรพลาสต(ของพืช C3 ไมมีคลอโรพลาสตที่บันเดิลชีทเซลล) (Hatch-Slack Pathway)
สรุป• PEP case พบในพืช C4 ที่ Mesophyll
• Rubis COพบในพืช ที่ MesophyllC3
C4พบในพืช ที่ Bundle sheath
104 ชีววิทยา
Phosphoenolpyruvate(3C)
CO2
AMP
ATPPyruvate (3C) Malate (4C)
NADP+
(4C)Oxaloacetate
NADPHMe
sophy
ll cell
Bund
le she
ath ce
ll
CO2
CO2
(4C)(3C)Pyruvate MalateNADP+
NADPHGlucose
Mesophyll cell Bundle sheath cell
PEP PEP
Oxaloaceticacid acidMalic
Plasmodesmata
PEP
Malicacid CO2
RuBP
Calvin-Bensoncycle
Vein
แสดงแหลงที่เกิดและสารตางๆ ที่เกิดขึ้นในการตรึง CO2 ของพืช C4
สรุปสมการตรึง CO2 ของพืช C4
CO2 + PEP OxAc Malic acid Pyruvate + CO2 Calvin cycle Glucose
ADP + Pi ATP
หมายเหตุ พืช C4 ไมมีการหายใจแสง (Photorespiration) แตพืช C3 มีการหายใจแสง ทํ าใหอัตราการสังเคราะหดวยแสงลดลง
105ชีววิทยา
- พืชอวบนํ้ า CAM (Casulacean Acid Metabolism)- ไดแก กระบองเพชร สับปะรด วานหางจระเข- ปากใบ (Stomata) เปดในเวลากลางคืน (เพื่อจับ CO2)- กลางคืน สรางกรด 4C (Malic acid)- กลางวัน เปลี่ยนกรด 4C เปนนํ้ าตาล (PGAL)
[ตรึง CO2 2 ครั้งที่ Mesophyll]
PEP (3C)PGAL
PGAL
PGARuDP
CO2
Pyruvic a3C
Malic a4C
PEP (3C)
Malic a4C
CO2
Mesophyll
กลางคืน กลางวนั
^ ^
^
กระบวนการสังเคราะหดวยแสงของพืช CAM (ถือวากํ้ ากึ่งระหวางพืช C3 และพืช C4)
ตารางเปรียบเทียบการตรึง CO2 และการสรางนํ้ าตาลของพืช C3 พืช C4 และพืชอวบนํ้ า (CAM)ขอเปรียบเทียบ พืช C3 พืช C4 พืช CAM
1. การตรึง CO22. แหลงที่เกิด
3. ผลผลิตตัวแรก4. เวลาที่ตรึง CO25. เวลาที่สราง PGAL6. พลังงานที่ใชตรึง CO27. เมื่ออากาศรอน และแหงแลง
8. เมื่ออากาศเย็น ชื้น มืดครึ้ม
9. การหายใจแสง (Photorespiration)
1 ครั้งMesophyll
PGA (3C)กลางวันกลางวันนอยตรึง CO2 และสรางPGAL ไมไดตรึง CO2 และสรางนํ้ าตาลไดมี
2 ครั้งMesophyll และBundle sheathOxaloacetic acid (4C)กลางวันกลางวันมากตรึง CO2 และสรางนํ้ าตาลไดตรึง CO2 และสรางนํ้ าตาลไมคอยไดไมมี
2 ครั้งMesophyll
Malic acid (4C)กลางคืนกลางวันมากตรึง CO2 และสรางนํ้ าตาลไดตรึง CO2 และสรางนํ้ าตาลไมคอยได-
106 ชีววิทยา
Mesophyllcell
Bundlesheathcell
Calvincycle
PGALCO fixation in a C plant2 4CO fixation in a C plant2 3 CO fixation in a CAM plant2
C4
2CO 2CO
2CO 2CO
2CO
C4
Night
Day
Calvincycle
PGAL
Calvincycle
PGAL
PGAC3( )
RuBP
Mesophyll cell
แผนผังกระบวนการ Dark reaction
Bundlesheathcell
Mesophyllcells
Vein
StomateC Plant3 C Plant4
แผนภาพแสดงการเรียงตัวของเนื้อเยื่อ Mesophyll รอบๆ Bundle sheath ของพืช C3 และพืช C4
107ชีววิทยา
แผนผังมโนมติแสดงการลํ าเลียงในพืช
การลาํเลียงนํา้
Xylem
การลาํเลียงเกลอืแร การลาํเลียงนํา้ตาล
Structure
Xylem parenchyma
Xylem fiber
Tracheid
Vessel member
พืชสูงไมเกิน 19.5 ม.
Osmosis
Capillary action
Root pressure
Transpiration pull
พืชสูงเกนิ 19.5 ม.
Transpiration pull
วธิกีารลาํเลียงนํา้
xylem
วธิกีารลาํเลียงเกลอืแร
Passivetransport
Activetransport
Phloem
Structure
Phloem parenchyma
Phloem fiber
Sieve tube
Companion cell
วธิกีารลาํเลียงนํา้ตาล
Turgorpressure
การลาํเลียงในพชื
แผนผังมโนมติแสดงโครงสรางเนื้อเยื่อที่ใชในการลํ าเลียงนํ้ าของพืช
โครงสรางและเนื้อเยื่อที่ใชในการลําเลียงนํ้าของพืช
รากชั้นนอก รากชั้นใน
Endodermis Epidermis Cortex
Casparian strip
Passage cellParenchyma
CollenchymaSclerenchyma
Pith Vascular bundle Pericycle
Xylem Phloem
Xylem parenchyma
Xylem fiber
Tracheid
Vessel member
Phloem parenchyma
Phloem fiber
Sieve tube member
Companion cell
II wallo
ไมมีชีวิต
I wallo
มีชีวิต
มีชีวิตI wallo
มีชีวิตI wallo
II wallo
ไมมีชีวิต
II wallo
ไมมีชีวิต
II wallo
ไมมีชีวิต
I wallo
มีชีวิต
108 ชีววิทยา
การสืบพันธุของสิ่งมีชีวิต
การสืบพันธุ (Reproduction) คือ การเพิ่มจํ านวนหรอืการใหก ําเนดิสิง่มชีวีติทีเ่ปนชนดิเดยีวกนักบัพอแม หรอืบรรพบุรุษ (ถือเปนสมบัติที่สํ าคัญของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ทํ าใหสิ่งมีชีวิตแตละชนิดดํ ารงเผาพันธุอยูได)
วัฏจักรของเซลล (1 Cell cycle) แบงออกเปน 2 ระยะ คือ1. ระยะอินเตอรเฟส (Interphase) หรือระยะเตรียมพรอมกอนแบงนิวเคลียส แบงเปนระยะยอยๆ 3 ระยะ
คือ G1, S และ G2 ตามลํ าดับ2. ระยะ Mitosis (M phase) เปนระยะแบงนิวเคลียส มี 4 ระยะยอยๆ คือ
1. โปรเฟส (Prophase)2. เมตาเฟส (Metaphase)3. แอนาเฟส (Anaphase)4. ทีโลเฟส (Telophase)
Karyokinesis
Mitosis
Interphase
The cell dividesin two One
daughter cell
Onedaughter cell
To another cell cycleCytokinesis
G1
G2
DNA replicationS
On Off
Genes thatstimulate celldivision
Genes thatsuppress celldivision
แสดงชวงระยะเวลาที่ใชใน 1 วัฏจักรเซลล และการเปลี่ยนแปลงในระยะตางๆ
109ชีววิทยา
เวลาInterphase M
1 Cell cycle
G1
G2S
G1
Mitosis (M Phase)4x
2xปริมาณ
DNA
แสดงระยะเวลาและการเปลี่ยนแปลงในระยะยอยๆ ของระยะInterphase (G1, S, G2) และ M Phase ใน 1 วัฏจักรเซลล
การแบงเซลลแบบไมโตซิส (Mitosis)ไมโตซิส หมายถึง กระบวนการแบงนิวเคลียสของเซลลสิ่งมีชีวิตใดๆ ทํ าใหเซลลที่ไดมีโครโมโซมเทาเดิม
(เชน n n, 2n 2n หรือ 3n 3n) ซึ่งอาจไดเซลลรางกาย หรือเซลลสืบพันธุก็ได
เซลลรางกาย (2n) Mitosis เซลลรางกาย (2n)
มอส, เฟน (n) Mitosis สเปรม, ไข (n)
ผึ้งเพศผู (Drone = n) Mitosis สเปรม (n)
ตารางแสดงจํ านวน DNA และ Chromosome ขณะเซลลแบงตัวถึงระยะตางๆ ในการแบงตัวแบบไมโตซิส
ระยะการแบงเซลล จํ านวน DNA จํ านวนโครโมโซม 1. Interphase 2. Prophase 3. Metaphase 4. Anaphase 5. Telophase
4n4n4n4n2n
2n2n2n4n2n
110 ชีววิทยา
Chromosomes Ring of proteins
CytoplasmElongatedchromosomes
Nucleus
Nucleus Cytoplasm Nucleus
Elongatedchromosomes
Constrictionring of proteins
(a)
Vesicl
Cell WallPlasma membrane
Elongatedchromosomes
Plasma membraneforming
Two plasma membranes
Elongatedchromosomes
Cell wall forming
Vesicl
Cell wall(b)
ภาพแสดงกระบวนการแบงตัวของไซโตพลาซึม (Cytokinesis)(a) เซลลสัตว (b) เซลลพืช
การแบงเซลลแบบไมโอซิส (Meiosis)ไมโอซิส หมายถึง กระบวนการแบงนิวเคลียสของเซลลพิเศษในอวัยวะสืบพันธุเพื่อใหไดเซลลสืบพันธุ (Sex cell
หรือ Gamete) ซึ่งมีจํ านวนโครโมโซมลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของเซลลรางกาย เรียกวา Haploid (คือจาก 2n → n)
ตารางสรุปการเปลี่ยนแปลงที่สํ าคัญในการแบงเซลลแบบ Meiosis และจํ านวนโครโมโซมในแตละระยะสํ าคัญระยะ (จํ านวนโครโมโซม) การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น
Meiosis I Interphase 1 (2n) - มีการจํ าลองโครโมโซม และ DNA ขึ้นมาอีกเทาตัว (Duplication)1 โครโมโซม มี 2 โครมาติด [DNA = 4n]
Prophase 1 (2n) - โครโมโซมที่มีลักษณะเหมือนกัน (Homologous chromosome) จะมาจับคูกัน (Synapsis) เปน Bivalent เกิดการไขวแลกเปลี่ยนชิ้นสวนกันของโครมาติด (Crossing over) เกิด Chiasma (จุดพาดกายของโครมาติด)เกิดโครโมโซมแบบ Tetrad (4 โครมาติด) [DNA = 4n]
Metaphase 1 (2n) - คูของโฮโมโลกัสโครโมโซม (Homologous chromosome) มาเรียงตัวอยูในแนวหนากระดานกลางเซลล [DNA = 4n]
Anaphase 1 (2n) - โฮโมโลกสัโครโมโซมถกูดงึแยกออกจากกนัไปยงัแตละขัว้ของเซลล [DNA= 4n]
Telophase 1 (n) - เกิดนิวเคลียสใหม 2 นิวเคลียส และได 2 เซลล แตละเซลลมีโครโมโซมเปน Haploid (n) [DNA = 2n]
111ชีววิทยา
ระยะ (จํ านวนโครโมโซม) การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นMeiosis II Interphase 2 (n) - ก็คือระยะ Telophase 1 นั่นเอง ไมมีการจํ าลอง DNA และโครโมโซม
(จึงมักไมกลาวถึงระยะนี้) [DNA = 2n]Prophase 2 (n) - เยื่อหุมนิวเคลียสสลายไปเห็นโครโมโซมเปน 2 โครมาติด มี Spindle
fiber ยึดที่เซนโทรเมียร [DNA = 2n]Metaphase 2 (n) - โครโมโซมมาเรียงเขาแถวหนากระดานตรงกลางเซลล [DNA = 2n]Anaphase 2 (2n) - โครมาติดถูกดึงแยกออกจากกัน และกลายเปนโครโมโซมของเซลลใหม
[DNA = 2n]Telophase 2 (n) - เกิดนิวเคลียสใหมและไซโตพลาซึมมีการแบงตัวตามมา ไดเซลล 4 เซลล
โครโมโซมเปนครึ่งหนึ่งของเซลลเดิม (n) [DNA = n]
Meiosis
Prophase I
Metaphase I
Prophase II
Metaphase II
Daughter cells
Meiosis II
Meiosis I
Mitosis
Prophase
Metaphase
Daughtercells
ภาพเปรียบเทียบการแบงเซลลแบบ Meiosis และ Mitosis
Interphase
apparatus
Metaphase I Anaphase I Telophase I
Spindle
Prophase I
apparatusFiber of spindle
Pole
Pole
ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงระยะตางๆ (Meiosis I)
112 ชีววิทยา
Prophase II Metaphase II Anaphase II Telophase II Interphase
Spindleapparatus
Nuclearenvelope
ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงระยะตางๆ (Meiosis II)SpermatogoniumPrimaryspermatocyteSecondaryspermatocyte
Spermatogonium(diploid)
Sperm cells PrimaryspermatocyteFirstmeioticdivision
SecondaryspermatocyteSecondmeioticdivisionSpermatids
DifferentiationSperm(haploid)(d)(b)
Seminiferoustubules
Testis(a)
(c) Sperm cells
กระบวนการสรางอสุจิในหลอดอสุจิของคน
OvaryCorpusluteum
Primaryoocyte Primaryfollicle
Secondaryoocyte OvulationRupturedGraafian follicle
GraafianfollicleOotid(haploid)
(a) (b)Second polar
bodies (degenerate)
Oogonium(diploid)Primaryoocyte
FirstmeioticdivisionFirst polar body
Secondmeioticdivision
Secondaryoocyte
กระบวนการสรางไขและการตกไขจากรังไข(a) แสดงรังไขตัดตามขวาง แสดงการเจริญของฟอลลิเคิลและโอโอไซต(b) แผนภาพแสดงกระบวนการสรางไข
113ชีววิทยา
การสรางเซลลสืบพันธุของพืชมีดอก
ได 2 นิวเคลยีสMitosis
Tube nucleus
Generative nucleus(ละอองเรณ)ู
4 Microspore(แยกกัน)
4 Microspore(ติดกัน)
Microsporemother cell
Meiosis
กานชูเกสรตวัผูอับเรณู
ตัด ทอลําเลียง
ถุงพอลเลน
ลิปเซล
แผนภาพแสดงการสรางละอองเรณูของพืชมีดอก
สรุปแผนผังกระบวนการสรางถุงเอ็มบริโอ (Embryo sac) ของพืชมีดอก
Megaspore mother cell (2n) 3 Megaspore (สลายไป)Meiosis[ภายใน Ovule ของรงัไข] 1 Megaspore (n)
Embryo sac[7 เซลล 8 นิวเคลยีส]
Mitosisนิวเคลยีส 3 ครัง้
114 ชีววิทยา
ตนพืช (2n)(Mature plant)
เกสรตัวผู(Stanmen)
ถุงละอองเรณู(Pollen sac)
อับเรณู(Anther)
Microspore mother cell
4 Microspore (n)
2 Nucleus ใน Pollen grain 1 เม็ด
Tube nucleus
Pollen tube
Generative Nucleus
Sperm
เกสรตัวเมีย(Pistil)
ออวุล(Ovule)
Megaspore mother cell
1 Megaspore (n)
7 เซลล 8 Nucleus ในถุง Embryo
Sperm Egg
Zygote
Polar nucleus
Embryo
Endosperm Seed
ตนกลา
Mitosis
Meiosis
3 คร้ัง1 คร้ัง
สราง
ผสม
ผสม อยูใน
(งอก)Germinate
ประกอบดวยAntipodal 3 เซลลSynergid 2 เซลล สลายไป
สลายไป 3
ภายในมีภายในมี
ประกอบดวย
(n) (n) (n)
(2n)
(2n)
(3n)
Young plant
วัฏจักรชีวิตของพืชดอก
วงจรชีวิตแบบสลับ (Alternation of generation)วงชีวิตแบบสลับ (Alternation of generation) หมายถึง วงชีวิตของสิ่งมีชีวิตที่มีการสืบพันธุทั้งแบบอาศัยเพศ
และไมอาศัยเพศ ในวงจรชีวิตดังกลาวจะมีการเปลี่ยนแปลงจํ านวนโครโมโซมเปน 2 ระยะ คือ1. ชวงที่มีจํ านวนโครโมโซม = 2n (Diploid) หรือเรียกวา ชวงสปอโรไฟต (Sporophyte)2. ชวงที่มีจํ านวนโครโมโซม = n (Haploid) หรือเรียกวา ชวงแกมีโตไฟต (Gametophyte)
115ชีววิทยา
Protonema (n)
Meiospores (n)(d)
(Meiosis)(c)
Sporangium (2n)Adult sporophyte (2n)
Embryo sporophyte (2n)
(b)
Zygote (2n)
(Fertilization)Archegonium (n)
Egg (n) (a)Antheridium
Adultgametophytes (n)
Sperm (n)
Life cycle of a moss
Meiospores (n)
Germinatingspore(Meiosis)Sporangium (2n)
Sorus
Adult sporophyte (2n)(a)
Young sporophyte (2n)
Gametophyte(upper surface)
Gaminatingsporophyte inarchegonium
Zygote (2n)
(d)(Fertilization)
Antheridium (n)Sperm (n)
Archegonium (n)Egg (n)
(c)
Gametophyte (n)(lower surface)
Protonema (n)(b)
Leafiet
Life cycle of a fern
116 ชีววิทยา
การเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต
การเจริญเติบโตของพืช
กราฟแสดงการเจริญของแมลง กุง ปู
นํ้าหนัก
เวลา (วัน)
กราฟแสดงการเจริญของพืชยืนตน (ที่มีเนื้อไม)
นํ้าหนัก
เวลา (วัน)
กราฟการเจริญของแมลง กุง ปู เปรียบเทียบกับพืชยืนตน (ที่มีเนื้อไม)
ลักษณะการงอกของเมล็ด แบงออกเปน 2 แบบ คือ1. การงอกที่ชูใบเลี้ยงขึ้นมาเหนือดิน (Epigeal germination) การงอกแบบนี้จะเกิดโดยรากออน (Radicle)
งอกโผลพนเมล็ดออกทางรูไมโครไพล (Micropyle) เจริญสูพื้นดินกอนจากนั้นไฮโพคอติล (Hypocotyl) จะงอกและเจริญยืดยาวตามอยางรวดเร็ว ทํ าใหโคงขึ้นและดึงสวนของใบเลี้ยง (Cotyledon) กบัเอพคิอตลิ (Epicotyl) ขึน้มาเหนือดินเมล็ดที่มีการงอกแบบนี้ เชน การงอกของพืชใบเลี้ยงคูตางๆ (ละหุง ถั่วดํ า มะขาม ถั่วแขก พุทรา)
สรุป ขั้นตอนการเจริญ คือ
Radicle Hypocotyl Epicotyl
2. การงอกที่ฝงใบเลี้ยงไวใตดิน (Hypogeal germination) การงอกแบบนี้พบในพืชใบเลี้ยงเดี่ยว เนื่องจากพืชพวกนี้มีไฮโพคอติล (Hypocotyl) สั้น เจริญชา สวนเอพิคอติล (Epicotyl) และยอดออน (Plumule) เจริญยืดยาวไดอยางรวดเร็ว ดังนั้นเมื่อมีการงอกของเมล็ดพืชพวกนี้ ยอดออนและเอพคิอตลิจะโผลขึน้เหนอืดนิไมดงึใหใบเลีย้งกบัไฮโพคอตลิเจรญิตามขึน้มาดวย จึงฝงอยูใตดิน เชน การงอกของเมล็ดขาว ขาวโพด หญา ฯลฯ
สรุป ขั้นตอนการเจริญ คือ Radicle Epicotyl
117ชีววิทยา
ตารางสรุปเนื้อเยื่อชนิดตางๆ ของพืชมีดอก 3 ชนิด
ระบบเนื้อเยื่อ(Tissue system)
เนื้อเยื่อ (Tissue) ตัวอยางเซลล(Cell types)
หนาที่ (Function)
1. ระบบเนื้อเยื่อหอหุมภายนอก (Dermal tissue system)
Dermal
Epidermis - Parenchyma cells
- Guard cells- Trichomes
- สะสมอาหาร, สังเคราะห ดวยแสง- ควบคุมการปดเปดปากใบ- ปองกันอันตราย และลด การสูญเสียนํ้ า
Periderm - Cork cells
- Cork cambium
- ลดการสูญเสียนํ้ า และ ปองกันการติดโรค- สรางคอรกเซลล
2. ระบบเนื้อเยื่อลํ าเลียง (Vacular tissue system)
Vascular Xylem
Phloem
Xylem - Tracheid- Vessel members
- Parenchyma cells
- Fiber
- ลํ าเลียงนํ้ า, เกลือแร- ลํ าเลียงนํ้ า, เกลือแร (พืชมีดอก)- สะสมอาหาร, ลํ าเลียงนํ้ า, เกลือแร (ดานลาง)- เสริมสรางความแข็งแรง
Phloem - Sieve tube members- Companion cells- Parenchyma cells
- Fibers
- ลํ าเลียงนํ้ าตาล- ชวยเหลือ Sieve tube- สะสมอาหาร และลํ าเลียง นํ้ าตาล (ดานขาง)- เสริมสรางความแข็งแรง
3. ระบบเนื้อเยื่อพื้น (Ground tissue system)
Ground
- Parenchymatissue- Collenchymatissue- Sclerenchymatissue
- Parenchyma cells
- Collenchyma cells
- Sclereids
- Fibers
- สะสมอาหาร และ สังเคราะหดวยแสง- คํ้ าจุนอวัยวะทีก่ ําลงัเจรญิ- เติบโต- คํ้ าจุนใหความแข็งแรงแก สวนตางๆ ของพืช- ใหความแข็งแรงแกสวน ตางๆ ของพืช
118 ชีววิทยา
Companioncell
Phloem
Collenchyma
Sievetube
Secondarywall Vessel
TracheidPith
Xylem
Parenchyma
Meristematic
Secondarywall
Sclerenchyma
Protective
แสดงเนื้อเยื่อชนิดตางๆ ที่สํ าคัญของพืชมีดอก
หมายเหตุ- รากพืชใบเลี้ยงคูจะมีไซเลมและโฟลเอมจํ านวน 1-6 แฉก (Pith เปน Xylem)- รากพืชใบเลี้ยงเดี่ยว จะมีไซเลมและโฟลเอมจํ านวนมากกวา 6 แฉก (Pith เปนเซลลพาเรนไคมา)- พิธ (Pith) เปนบริเวณตรงกลางของราก หรือไสในของราก อาจเปนเซลลพาเรนไคมาหรือไซเลม
ขอควรทราบเพิ่มเติม- แถบแคสปาเรียน (Casparian strip) เปนแถบขี้ผึ้งที่ฉาบเซลลชั้น Endodermis เพื่อปองกันไมใหนํ้ า
แพรผานระหวางเซลลของเอนโดเดอรมิสดวยกันเอง- เซลลชองผาน (Passage cell) คือ เซลลของชั้น Endodermis ที่ไมมีแถบขี้ผึ้งแคสปาเรียนมาฉาบ
จึงยอมใหนํ้ าและสารละลายเกลือแรผานเขาสู Xylem ของรากได
119ชีววิทยา
differentiationZone of
elongationZone of
Root capGroundmeristemApical meristem
Procambium
Groundmeristem
Protoderm
Primary phloemPrimary xylem
Endodermis
Cortex
Root hairEpidermis XylemPhloem
แสดงเนื้อเยื่อเจริญตางๆ ของราก และบริเวณตางๆ ของปลายราก
การเติบโตระยะที่ 2 (Secondary growth)การเติบโตระยะที่ 2 (Secondary growth) เปนการเติบโตที่ตอเนื่องจากการเติบโตระยะที่ 1 ซึ่งเกี่ยวของกับ
การสรางเนื้อเยื่อลํ าเลียงของพืช ทํ าใหขนาดของเสนผานศูนยกลางเพิ่มมากข้ึน คือ มีการเจริญออกทางดานขาง ทํ าใหพืชมีขนาดใหญขึ้นและอายุยืนยาวขึ้น การเจริญในระยะที่ 2 เริ่มจากแคมเบียม (Cambium) ที่อยูระหวางโฟลเอมและไซเลมระยะแรก (Primary phloem และ Primary xylem) มีการแบงตัวเซลลที่เกิดจากการแบงตัวเขาไปทางดานในจะเปนไซเลมระยะที่ 2 (Secondary xylem) สวนเซลลที่เกิดจากการแบงตัวออกทางดานนอกจะเปนโฟลเอมระยะที่ 2(Secondary phloem) ซึ่งการแบงตัวของ Cambium ดังกลาว จะเกิดขึ้นในทุกๆ ป ซึ่งโดยปกติแลวจะแบงตัวใหไซเลมระยะที่ 2 (Secondary xylem) มากกวาโฟลเอมระยะที่ 2 (Secondary phloem)
120 ชีววิทยา
Epidermis
Cortex
PhloemVascularcambiumXylem
Pith
Vascular cambium
wood
Pith
woodSummerSpring
CortexCork
Xylem
ringAnnual
BarkCork cambium
Phloem
แสดงโครงสรางภายในของลํ าตน แสดงวงป เปลือกไม (Bark) และเนื้อไมของพืช
ตารางแสดงสวนประกอบของผล
สวนประกอบของผลชื่อผล ฐานรองดอก เพอริคารพ เอกโซคารพ มีโซคารพ เอนโดคารพ
1. นอยหนา - - เปลือก - เนื้อสีขาว 2. ฝกบัว ฝกบัว เปลือกสีเขียว - - - 3. กลวย เปลือกดานนอก - เปลือกดานใน - เนื้อกลวย 4. สับปะรด เนื้อสับปะรด - - - - 5. ฝกแค - เปลือกฝก - - - 6. ฝกกระถิน - เปลือกฝก - - - 7. ผลตํ าลึง เปลือกดานนอก - เปลือกดานใน เนื้อขาวๆ ไสในติดเมล็ด 8. ผลมะมวง - - เปลือก เนื้อมะมวง เปลือกแข็งๆ
หุมเมล็ด 9. ผลสตรอเบอรี่ เนื้อ - - - -10. ผลมะเขือ - - ผิวนอกสีเขียว เนื้อสีขาว เนื้อที่ติดเมล็ด11. มะพราว - - เปลือกสีเขียว
หรือสีนํ้ าตาลกาบมะพราว กะลามะพราว
121ชีววิทยา
1. ผลเดี่ยว (Simple fruit)
ถ่ัวลันเตา
แตงโม มะมวงหมิพานต พริกไทย
เมล็ดขาว
เมล็ดขาวโพด
2. ผลกลุม (Aggregate fruit)
ผลกระดงังา นอยหนา สตรอเบอรี่
3. ผลรวม (Multiple fruit)
Male flowers
Female flowers
Axis of infiorescence(Receptacle)
ผลรวมมะเดือ่ ผลรวมสับปะรด
ชนิดของผลไมและสวนประกอบของเมล็ด
122 ชีววิทยา
ผลไม
ผลเทียม ผลแท
ฝร่ัง ชมพู
เอกโซคารพ มีโซคารพ เอนโดคารพ
เพอริคารพ เมล็ด
เปลือกหุมเมล็ด เอนโดสเปรม
เอ็มบริโอ
ใบเล้ียง เอพิคอทิล ไฮโพคอทลิ แรดิเคิล
ผลเด่ียว
ผลกลุม
ผลรวม
กลวย มะมวง
แอบเปล ฟกทอง
เงาะ ทุเรียนบัว นอยหนาสตรอเบอรี่
ขนุน สาเก ยอสับปะรด
ตัวอยางสวนประกอบ
แบงเปนประกอบดวย
ประกอบดวย
ตัวอยาง
ตัวอยาง
ตัวอยาง
แบงเปน ชนิด
ตารางแสดงชนิดของดอกไมและการเกิดผลชนิดตางๆ
ชื่อพืชจํ านวนดอกที่เจริญเปน
หนึ่งผลจํ านวนเกสรตัวเมียใน
หนึ่งดอกชนิดของผล
1 ดอก หลายดอก 1 รังไข หลายรังไข ผลเดี่ยว ผลกลุม ผลรวม1. การะเวก - - - -2. บัวหลวง - - - -3. กลวย - - - -4. ยอ - - - -5. ชงโค - - - -6. กระถิน - - - -7. แค - - - -8. มะพราว - - - -9. สตรอเบอรี่ - - - -10. ฝรั่ง - - - -
123ชีววิทยา
ธาตุอาหารที่สํ าคัญตอพืช
หนาที่ของธาตุอาหาร C H O N P K Ca Mg S Fe1. เปนองคประกอบของโปรตีน2. เปนองคประกอบของคลอโรฟลล3. เปนองคประกอบของผนังเซลล4. เปนองคประกอบของกรดนิวคลีอิก5. กระตุนการทํ างานของเอนไซม6. ชวยในการแบงเซลล7. ชวยรักษาความเตงของเซลล (ควบคุมความเตงของ Guard cell)8. ชวยในการสังเคราะหคลอโรฟลล9. เกี่ยวของกับกระบวนการสรางโปรตีน
การเจริญเติบโตของสัตว (Embryonic development)Development = Growth + Differentiation
แผนผังมโนมติแสดงการเกิดอวัยวะจากเนื้อเยื่อชั้นตางๆ
Ectoderm
Zygote Cleavage Blastula Mesoderm
ผิวหนัง, ขนเล็บ, ตอมสมอง, ไขสันหลังหัวกะโหลกสารเคลือบฟน
ตอมนํ้าลายตอมใตสมองตอมหมวกไต (ชั้นใน)
Endodermปอด, หลอดลมตับ, ตับออน
ตอมไทรอยด, พาราไทรอยด, ตอมทอนซิลเซลลที่จะเจริญเปนเซลลสืบพันธุ(Primordial germ cell)
Gastrulaโนโตคอรดกลามเนื้อ
หัวใจ, เลือดหนังแท
ไต, ทอไต, อัณฑะ, รังไขNeurulationเกิดระบบประสาท
Organogenesisเกิดอวัยวะตางๆ
Growthอวัยวะเติบโตขึ้น- สมอง เปนอวัยวะที่ใชเวลาในการเจริญสั้นที่สุด- หัวใจ มแีบบแผนการเจรญิคลายสมอง (ในชวง 0-5 ป) แตหลัง 5 ป จะมีแบบแผนการเจริญคลายกับรางกาย
124 ชีววิทยา
20
15
10
5
1 0 5 10 15 20
Body
Heart
Brain
Age in years
Multip
les of
weig
ht at
birth
แสดงความแตกตางของการเติบโตของสมอง (Brain) หัวใจ (Heart) และรางกาย (Body) ของคน
ChorionAmnionEmbryoAllantois
Yolk sac
Shell
Vertebrate Embryonic Membranes
Reptile Mammal
แสดงใหเห็น Amnion, Allantois และ Yolk sac ของสตัวเลือ้ยคลาน (ซายมอื) และสตัวเลีย้งลกูดวยนํ ้านม (ขวามือ)
สรุปการเจริญของอวัยวะตางๆ ของเอ็มบริโอตามชวงเวลาที่สํ าคัญ
1 สัปดาห2 สัปดาห3 สัปดาห4 สัปดาห8 สัปดาห9 สัปดาห
12 สัปดาห
-------
เกิด Chorionฝงตัว (รก)ระบบประสาทแขน, ขา, ตา, หูสิ้นสุดระยะเอ็มบริโอFetusแยกเพศชาย-หญิง, เห็นนิ้วมือ, เทา
125ชีววิทยา
แบบทดสอบ
จงเลือกคํ าตอบที่ถูกตอง1. จากแผนภาพแสดงการเกิดปฏิกิริยาในขณะที่มีเอนไซมและไมมีเอนไซม
สารตั้งตนผลิตภัณฑ
ปฏิกิริยา
A
BD
E
C
พลังงาน
ขอใดแสดงพลังงานกระตุนของการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซมคะตะเลส1) A 2) B 3) C 4) D
2. ขอใดแสดงกลไกการทํ างานของเอนไซมที่เกิดขึ้นอยางสมบูรณ1) เอนไซม + สาร X → เอนไซม - สาร X → เอนไซม + สาร X2) เอนไซม + สาร X → เอนไซม - สาร X → เอนไซม + สาร Y3) เอนไซม + สาร X → เอนไซม - สาร Y → เอนไซม + สาร Z4) เอนไซม + สาร X → เอนไซม - สาร Y → เอนไซม + สาร X
3.
น้ําค้ันผัก 1 ml
น้ํากล่ัน H O 1%2 2 H O 2%2 2 H O 3%2 2������
���
������
ขอใดคือสมมติฐานของการทดลอง1) ความเขมขนของเอนไซมมีผลตอการเกิดปฏิกิริยา2) ความเขมขนของนํ้ าคั้นผักมีผลตอการทํ างานของเอนไซม3) ความเขมขนของซับสเตรตมีผลตอการทํ างานของเอนไซม4) ความเขมขนของซับสเตรตมีผลตอความเขมขนของเอนไซม
126 ชีววิทยา
4. ศึกษาขอมูลจากตาราง
หลอดที่ สารที่เติม สารที่ตรวจพบ1 ไมเติมสาร ก ข ค ง จ2 A ก จ ปกติ, ง มากกวาหลอด 13 B ก ง จ ปกติ, ข มากกวาหลอด 14 C ก ปกติ, จ มากกวาหลอด 1
ลํ าดับการเกิดสารจากปฏิกิริยาการหายใจในเซลลที่เลี้ยงในหลอดทดลอง เปนตามขอใด1) ก → จ → ง → ข → ค 2) จ → ง → ก → ค → ข3) ง → ก → จ → ข → ค 4) จ → ก → ง → ข → ค
5. สูตรโครงสรางทางเคมีของสารในขอใดที่เหมือนกันระหวางในคนและหมู1) อินซูลิน, ทริปซิน 2) เฮโมโกลบิน, ไซโตโครม3) กรดไพรูวิก, ไทรอกซิน 4) อินซูลิน, เฮโมโกลบิน
6. สาร NAD+ และ NADP+ แตกตางกันอยางไร1) เฉพาะ NAD+ เทานั้นที่มีวิตามิน B5 เปนองคประกอบ2) เฉพาะ NADP+ เทานั้นที่มีพันธะฟอสเฟตพลังงานสูง3) NAD+ ลํ าเลียง e- เขาสูกระบวนการถายทอด e- สวน NADP+ หนาที่สังเคราะหนํ้ าตาล4) ถูกทุกขอ
7. สารเริ่มตนของกระบวนการหมัก (Fermentation) คือ1) PGAL 2) Pyruvic acid 3) Acetyl Co.A 4) Glucose
8. กระบวนการที่สาร FAD ถูกรีดิวซเปน FADH คือ1) Glycolysis 2) การสราง Acetyl Co.A3) Krebs Cycle 4) Electron transfer
9. กระบวนการที่สาร NADH กลายเปน NAD+ คือ1) Glycolysis 2) การสราง Acetyl Co.A3) Krebs cycle 4) Electron transfer
10. Substrate - level phosphorylation เกิดขึ้นในกระบวนการใด1) Glycolysis และ Krebs cycle 2) Electron transport system3) Krebs cycle 4) Transition reaction
11. ศูนยรวมเอนไซมของวัฏจักร Krebs คือ1) Matrix 2) Cristae 3) Cytosol 4) Intermembrane space
12. แหลงที่อยูของ ATP synthase complex คือ1) Matrix 2) Cristae 3) Cytosol 4) Intermembrane space
127ชีววิทยา
13. สารใดสลายตัวโดยไมผาน Acetyl Co.A1) กลูโคส 2) กรดไพรูวิก 3) กรดอะมิโนบางชนิด 4) กรดไขมัน
14. แหลงสะสม H+ ของไมโตคอนเดรีย เพื่อนํ าไปใชในกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอน คือ1) Matrix 2) Cristae 3) Cytosol 4) Space
15. สัตวในขอใดมิไดหายใจโดยใชระบบทอลม (Tracheal system)1) ตั๊กแตน, ปลวก 2) แมงมุม, กิ้งกือ 3) ตะขาบ, แมงปอง 4) ลูกออดกบ, ปลาตีน
16. จงศึกษาปฏิกิริยาตอไปนี้Hb + O 2 HbO2HbO2 Hb + O 2CO + H O2 2
HCO + H3+
- CO + H O2 2
H CO2 3H CO2 3
H + HCO+3 -
I
IV
IIIII
ปฏิกิริยาเหลานี้เกิดขึ้นที่เสนเลือดฝอย ขอใดถูกตอง1) ปฏิกิริยา II และ III เกิดที่เม็ดเลือดแดง และที่เนื้อเยื่อตางๆ ของรางกาย2) ปฏิกิริยา I เกิดที่ปอดและเกิดในเม็ดเลือดแดง ปฏิกิริยา III เกิดที่เนื้อเยื่อตางๆ ของรางกายและเกดิในนํ ้าเลอืด3) ปฏิกิริยา I และ IV เกิดขึ้นที่ปอด แตปฏิกิริยา I เกิดขึ้นในนํ้ าเลือด ปฏิกิริยา IV เกิดขึ้นในเม็ดเลือดแดง4) ปฏิกิริยา II และ III เกิดที่เนื้อเยื่อตางๆ ของรางกายและเกิดในเม็ดเลือดแดง
17. ถาเลี้ยงยีสตดวยนํ้ าตาลกลูโคสในสภาวะที่ขาดออกซิเจน1) การยอยสลายกลูโคส 1 โมเลกุล จะใหเอทิลแอลกอฮอลและ CO2 อยางละ 3 โมเลกุล2) การยอยสลายกลูโคส 1 โมเลกุล จะให NADH 2 โมเลกุลในไซโทพลาซึม3) การยอยสลายกลูโคสจะไมสมบูรณจึงไมมี CO2 เกิดขึ้น4) ไมมีขอถูก
18. เมื่อกลูโคส 1 โมเลกุล ถูกสลายไปจนสิ้นสุดวัฏจักรเครบสแลว ขอใดไมถูกตอง1) ได NADH ⋅ H 6 โมเลกุล2) มีพลังงานสะสมอยูในรูป ATP ถึง 4 ATP3) คารบอนในกลูโคสถูกเปลี่ยนเปน CO2 จนหมด4) ได FADH2 2 โมเลกุล
19. เมื่อเลี้ยงเซลลในอาหารเลี้ยงเชื้อที่คารบอนของกลูโคสเปน C14 ถาการเลี้ยงเซลลนี้อยูในสภาพที่มีออกซิเจนอยางเพียงพอ จากการทดลองนี้ขอใดนาจะถูกตอง1) คารบอนของ CO2 จะเปน C14
2) C14 จะปรากฏอยูในโมเลกุลของ ATP3) สารกัมมันตรังสีจะถูกถายโอนไปใหโมเลกุลของนํ้ าที่ไดจากกระบวนการหายใจ4) C14 จะไปปรากฏอยูในเอนไซมที่เกี่ยวของกับการถายทอดอิเล็กตรอน
128 ชีววิทยา
20. ขณะที่มีการลํ าเลียงแกสจากเนื้อเยื่อตางๆ ไปสูปอด แกส CO2 จะมีการทํ าปฏิกิริยากับสารตางๆ ดังแสดงในขอใด1) CO + H O2 2 H O + CO2 3
2) CO + H2+
H O + H CO2 2 3 HCO3-
3) CO + HCO2 3 - H O + H CO2 2 3 H+
4) HCO + H3+
-CO + H O2 2 H CO2 3
21. ภายหลังจากที่นักเรียนคนหนึ่งไดออกกํ าลังกายอยางหนักแลวก็มานั่งพัก พบวามีผลทํ าใหเกิดการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในกลามเนื้อดังขอใด
ไกลโคเจน ATP กรดแลกติก คา pH1) ลดลง ลดลง เพิ่มขึ้น ลดลง2) ลดลง เพิ่มขึ้น เพิ่มขึ้น เพิ่มขึ้น3) เพิ่มขึ้น ลดลง ลดลง เพิ่มขึ้น4) เพิ่มขึ้น ลดลง ลดลง ลดลง
22. ตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดทายในการหายใจแบบไมใชออกซิเจนของเซลลยีสตที่ใชในการผลิตเบียรคือ1) NAD+ 2) แอซีตัลดีไฮด 3) กรดไพรูวิก 4) เอทิลแอลกอฮอล
23. RQ ยอมาจากคํ าวา Respiratory Quotient ซึ่งเปนคาอัตราสวนระหวางปริมาณ CO2 ที่ไดจากการหายใจหรือเผาผลาญอาหารกับปริมาณ O2 ที่ใชในการหายใจหรือเผาผลาญอาหาร คา RQ ที่วัดไดสามารถบอกชนิดอาหารที่สัตวบริโภคเขาไป ถาวัดคา RQ ของสัตวบางชนิดไดคาเทากับหนึ่ง สัตวชนิดนี้นาจะบริโภคอาหารชนิดใดเปนหลัก1) คารโบไฮเดรต 2) โปรตีน3) ไขมัน 4) คารโบไฮเดรตกับโปรตีนอยางละเทากัน
24. เยื่อหุมไมโทคอนเดรียไมยอมใหสารในขอใดผานได1) กรดไพรูวิก 2) ออกซิเจน 3) คารบอนไดออกไซด 4) กลูโคส
25. ขอใดตอไปนี้ไมเกี่ยวของกับกระบวนการถายทอดอิเล็กตรอนโดยตรง1) ไซโตโครม b, f2) การเคลื่อนยาย H+ เขาสูชองวางไทลาคอยด3) การสราง ATP4) มีการจับพลังงานแสงขณะเกิดกระบวนการ
26. PEP Case ในพืช C4 มีขอไดเปรียบกวา Rubis CO ของพืช C3 คือ1) PEP Case มีอยูในบันเดิลชีท2) Rubis CO จับ CO2 ไดดีเฉพาะในพืช C43) PEP Case ไมจับ O2 แต Rubis CO มีการหายใจดวยแสง4) ถูกทุกขอ
129ชีววิทยา
27. สาร ATP และ NADPH จากปฏิกิริยา Light - dependent reaction ถูกใชในกระบวนการใด1) ชวยให Rubis CO จับ CO22) ทํ าใหเกิดการแยกตัวของนํ้ า (Photolysis)3) ทํ าใหเกิดกระบวนการถายทอด e-
4) รีดิวซ PGA เปน PGAL28. พืชตอไปนี้ชนิดใดเปนพืชที่มีลํ าตนใตดิน
1) ขิง กระชาย ตนสามสิบ 2) ขิง กลวย วานนํ้ า3) ขิง ขมิ้น มันเทศ 4) เผือก มัน กลวย
29. ในพืช C4 ปริมาณของ O2 ในบันเดิลชีทเซลล จะตํ่ าเนื่องจากปากใบจะปดในเวลากลางวัน ฉะนั้นกระบวนการใดจะเกิดไดนอยที่สุด1) Glycolysis 2) Photosynthesis3) Photorespiration 4) Oxidative phosphorylation
30. ศึกษาภาพตอไปนี้
a ecb d f
บริเวณใดเกิดการถายทอดอิเล็กตรอน ; บริเวณใดเกิดการผลิต CO2 ; บริเวณใดมีเอนไซมเรงการสราง ATP1) b และ f ; e ; b และ f 2) b ; e ; b3) a และ d ; c ; c และ e 4) f ; e ; b และ d
31. เปรียบเทียบการถายทอดอิเล็กตรอนในกระบวนการหายใจและสังเคราะหดวยแสง ขอใดถูกตอง
ตัวใหอิเล็กตรอน ตัวรับอิเล็กตรอน ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนหายใจ สังเคราะหดวยแสง หายใจ สังเคราะหดวยแสง หายใจ สังเคราะหดวยแสง
1)2)3)4)
NAD+
NADHNADHNADH
H2Oคลอโรฟลลคลอโรฟลล
H2O
O2O2O2O2
NADPHNADP+
NADPHNADP+
สูง ไป ตํ่ าตํ่ า ไป สูงสูง ไป ตํ่ าสูง ไป ตํ่ า
ตํ่ า ไป สูงตํ่ า ไป สูงสูง ไป ตํ่ าตํ่ า ไป สูง
32. ขอใดถูกตองเกี่ยวกับกระบวนการสังเคราะหดวยแสงA. ศูนยรวมเอนไซมในการจับ CO2 คือสโตรมาB. แหลงเอนไซมสํ าหรับสังเคราะห ATP คือ เยื่อไทลาคอยดC. แหลงสะสม H+ เพื่อสังเคราะห ATP คือชองวางไทลาคอยดD. P700 คือ คลอโรฟลลของ PSI สํ าคัญตอการสราง ATP และ O2
1) A, B 2) B, C 3) C, D 4) A, B, C
130 ชีววิทยา
33. จากปฏิกิริยา Dark Reaction (วัฏจักรคัลวิน)10 PGAL + 6ATP → xRuBP + yADP + zPi
จํ านวนโมเลกุลของสาร x, y, z คือขอใด1) 2, 2, 2 2) 3, 3, 2 3) 6, 6, 4 4) 6, 6, 6
34. ถาตัดตามขวางของสวนรากและลํ าตนของพืชดังในภาพ ที่จุด A และ B จะมีลักษณะเชนใด
A
B
ตํ าแหนง A ตํ าแหนง B ตํ าแหนง A ตํ าแหนง B1) 2)
3) 4)
35. จงศึกษาแผนภาพแสดงการเคลื่อนที่ของสารเขาและออกจากคลอโรพลาสต
ปฏิกิริยา A ปฏิกิริยา B
ADP + PiATP
NADP+NADPH + H+
2 4
1 3หมายเลข 1, 2, 3 และ 4 คือสารใดตามลํ าดับ1) CO2 ATP H2O แปง 2) CO2 H2O นํ้ าตาล O23) H2O O2 CO2 นํ้ าตาล 4) นํ้ าตาล H2O ATP O2
131ชีววิทยา
36. โมเลกุลภายในเซลลหลายชนิดมีสวนเกี่ยวของกับการเปลี่ยนรูปพลังงานภายในเซลล โดยเปนตัวรับและสงผานอิเล็กตรอนหรือโปรตรอน ยกเวนขอใด1) ATP 2) NADP+ 3) FAD 4) ไซโทโครม
จงศึกษาแผนภาพตอไปนี้แลวตอบคํ าถามขอ 37-38
N
N
ZNMulticellulardiploid stage Zygote
Mitosis
Gametes
Meiosis Fertiliza
tion
IGamete
Multicellularhaploid stage
ZygoteMitosis
Meiosis
Fertilizati
onMitosis
NN
2N
NN
II Gamete
Multicellular haploidstage (Gametophyte)
SporeMulticellulardiploid stage
Zygote
NN
N
N
2N
Mitos
is
Mitos
is
Meios
is
Fertiliz
ationMitosis
III
37. ขอใดแสดงวัฏจักรชีวิตของสัตว1) I 2) II 3) III 4) I และ II
38. ขอใดแสดงวัฏจักรชีวิตของพืชและสาหรายบางชนิด1) I 2) II 3) III 4) I และ II
39. กํ าหนดใหA เปนพืชที่มี Double fertilizationB เปนพืชที่มีระยะ Gametophyte เปนอิสระจากระยะ SporophyteC เปนพืชที่มีระยะ Sporophyte อยูบน Gametophyte ตลอดชีวิตD เปนพืชที่มีการถายละอองเรณู แตเมล็ดไมไดอยูในผล
A, B, C และ D ควรจะเปนพืชชนิดใดตามลํ าดับ1) เยอบีรา จอกหูหนู ปรง มะมวงหิมพานต2) สาหรายหางกระรอก หญาถอดปลอง ขาวตอกฤๅษี แปะกวย3) สนทะเล ฮอรนเวิรต ชายผาสีดา ปรง4) ผํ า ผักแวน ลิเวอรเวิรต สนทะเล
40. ขอใดเรียงลํ าดับพืชที่มีขนาดแกมีโตไฟตจากขนาดใหญไปขนาดเล็กไดถูกตอง1) กุหลาบ ลิเวอรเวิรต เฟน 2) เฟน ลิเวอรเวิรต กุหลาบ3) ลิเวอรเวิรต เฟน กุหลาบ 4) กุหลาบ เฟน ลิเวอรเวิรต
41. พืชที่เรียงลํ าดับตามลักษณะเดนของสปอโรไฟตจากมากไปนอยคือขอใด1) เฟน มอส มะเขือ 2) มะเขือ เฟน มอส3) มอส เฟน มะเขือ 4) มะเขือ มอส เฟน
132 ชีววิทยา
42. จากภาพ ขอใดมีโครโมโซมเปน 2n (ถาวงจรชีวิตนี้เปนมอส)ไข + อสุจิ
การสรางสปอร
A B
D C
1) B, C, D 2) B, C 3) C, D 4) D, A43. พืชชนิดใดมีระยะแกมีโตไฟตนานที่สุด
1) เฟน 2) สาหราย 3) มอส 4) พืชดอก44. ขอใดถูกตองเมื่อเปรียบเทียบแกมีโตไฟตและสปอรโรไฟตของพืชดอก
1) แกมีโตไฟตขนาดเล็กอายุสั้น 2) แกมีโตไฟตขนาดใหญ มีโครโมโซม n3) สปอโรไฟตขนาดเล็กอายุสั้น 4) สปอโรไฟตขนาดใหญ มีโครโมโซม n
45. จากภาพ 1 และ 2 คืออะไรตอมใตสมองสวนหนา
FSH LH
1 2
Estrogen Progesterone
1) ฟอลลิเคิล เอนโดมีเทรียม 2) ฟอลลิเคิล คอรปสลูเทียม3) คอรปสลูเทียม เอนโดมีเทรียม 4) คอรปสลูเทียม ฟอลลิเคิล
46. ระยะใดของการแบงเซลลแบบไมโตซิสที่เซลลมีการเปลี่ยนแปลงสภาพเปนเซลลเฉพาะชนิดและมีการสังเคราะห ออรแกเนลลตางๆ1) G1 2) G2 3) S 4) Mitosis
47. Cell cycle ที่ถูกตองหมายถึงขอใด1) G1 - S - G2 2) G1 - S - G2 - M3) G1 - S - G2 - M - C 4) M และ C
48. Crossing over เกิดขึ้นระหวางขอใด1) ซิสเตอรโครมาติดของโครโมโซม 2) นอนซิสเตอรโครมาติดของไบวาเลนซ3) คูไบวาเลนซที่แตกตางกัน 4) นิวเคลียสของเซลลลูก
133ชีววิทยา
49. เซลลสืบพันธุจะมีโครโมโซมที่แตกตางกัน เพราะเหตุใด1) โฮโมโลกัสโครโมโซมแยกจากกันขณะแบงไมโอซิส2) มีการจํ าลอง DNA อีกเทาตัวขณะแบงไมโอซิส3) เกิด Crossing over ระหวางแบงตัวระยะ Prophase 14) โครมาติดไมแยกจากกันระหวางแบงตัวระยะ Prophase 1
50. จากแผนภาพเปนขั้นตอนการแบงเซลลแบบไมโทซิส
II
IIIIV
I
ขอใดเรียงลํ าดับขั้นตอนการแบงเซลลไดถูกตอง1) IV, II, III, I 2) IV, III, I, II 3) I, III, II, IV 4) II, I, III, IV
51. จากการสองกลองจุลทรรศนเพื่อดูการแบงเซลลของหนู เมื่อนับจํ านวนโครโมโซมดูมีจํ านวน 19 โครโมโซม แตละโครโมโซมประกอบดวย 2 Sister chromatid อยากทราบวาเซลลนี้กํ าลังอยูในระยะใด1) Prophase ของ Mitosis 2) Telophase II ของ Meiosis3) Anaphase ของ Mitosis 4) Prophase II ของ Meiosis
52. อาหารประเภทใดถาขาดแลวจะมีผลตอลูกในครรภมากที่สุด1) โปรตีน 2) แรธาตุ 3) วิตามิน 4) คารโบไฮเดรต
53. ขอใดไมถูกตองเกี่ยวกับการเกิดของอวัยวะตางๆ ของเอ็มบริโอ1) Cleavage - มีการแบงเซลลอยางรวดเร็ว 2) Blastula - เกิดทางเดินอาหาร3) Gastrula - เกิดเนื้อเยื่อ 3 ชั้น 4) Neurula - เกิดระบบประสาท
54. ขอใดไมถูกตองเกี่ยวกับการเจริญของอวัยวะตางๆ1) สมอง - Ectoderm 2) ทางเดินอาหาร - Endoderm3) กระดูก - Mesoderm 4) เลนสตา - Endoderm
55. หัวใจของคนเราเกิดมาจากเนื้อเยื่อชั้นเดียวกันกับอวัยวะใด1) สมอง 2) กระดูก 3) ปอด 4) ลํ าไสเล็ก
134 ชีววิทยา
เฉลย
1. 2) 2. 2) 3. 3) 4. 1) 5. 3) 6. 3) 7. 2) 8. 3) 9. 4) 10. 1)11. 1) 12. 2) 13. 3) 14. 4) 15. 4) 16. 2) 17. 4) 18. 1) 19. 1) 20. 4)21. 1) 22. 2) 23. 1) 24. 4) 25. 4) 26. 3) 27. 4) 28. 4) 29. 3) 30. 1)31. 4) 32. 4) 33. 3) 34. 3) 35. 3) 36. 1) 37. 1) 38. 3) 39. 2) 40. 3)41. 2) 42. 2) 43. 3) 44. 1) 45. 2) 46. 1) 47. 3) 48. 2) 49. 3) 50. 3)51. 4) 52. 1) 53. 2) 54. 4) 55. 2)