วันอาทิตย์ที่ 28 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2553





การทำงานของระบบย่อยอาหารของคน


อาหารที่จะย่อย คือ ข้าวโป่ง


ส่วนประกอบของข้าวโป่งมีดังนี้


- ข้าวเหนียวนึ่งสุกใหม่ๆ


- น้ำตาลทราย


- ไข่ไก่


- น้ำมันพืช




จากส่วนประกอบของข้าวโป่งสามารถจำแนกประเภทของสารอาหารได้ดังนี้


โปรตีน ได้มาจาก ไข่ไก่


คาร์โบไฮเดรต ได้มาจาก ข้าวเหนียวและแป้ง


ไขมัน ได้มาจาก น้ำมันพืช







การย่อยอาหารของระบบย่อยอาหารของคน



การย่อยอาหารของมนุษย์เริ่มตั้งแต่ปาก กระเพาะอาหาร ลำไสเล็ก และสำไล้ใหญ่





การย่อยอาหารในปาก


เมื่อเรารับประทานข้าวโป่งเขาไปแล้ว ในบริเวณฟันจะทำหน้าที่บดเคี้ยวข้าวโป่งให้ละเอียด แล้วยังมีลิ้นในการคลุกเคล้าอาหาร ช่วยในการกลืนอาหารและรับรสอาหาร เนื่องจากที่ข้าวโป่งมีแป้งและน้ำตาล น้ำลายที่ผลิตออกมาจากต่อมในช่องปากจะมีอยู่ 3 ที่ คืออยู่ที่ข้างกกหู ใต้ลิ้น และใต้ขากรรไกรซึ้งต่อมเหล่านี้จะทำหน้าที่ผลิตน้ำลายแล้วสงมาตามท่อเปิดที่ช่องปาก มีส่วนประกอบที่เป็นเมือกทำหน้าที่หล่อลื่นอาหารทำให้อาหารเคลื่อนที่เข้าสู่หลอดอาหารได้ง่าย และมีเอมไซม์อะไมเลสที่ทำหน้าที่ย่อยแป้งให้มีโมเลกุลเล็กลง จึงทำให้น้ำลายย่อยแป้งและน้ำตาลในปากก่อนที่อาหารจะเคลื่อนผ่านหลอดอาหารแล้วหลอดอาหารจะทำการบีบตัวทำให้อาหารเคลื่อนลงสู่กระเพาะอาหาร



การย่อยอาหารในกระเพาะอาหาร

เมื่ออาหารเคลื่อนลงสู่การเพาะอาหาร เซลล์บางเซลล์ที่ผนังกระเพาะอาหารส่วนท้ายจะหลั่งฮอร์โมนแกสตริน(gastrin) ไปกระตุ้นการหลั่งไฮโดรคลอริก และเพปซิโนเจน (pepsinogen) ซึ่งยังไม่สามารถทำหน้าที่เป็นเอมไซม์ได้ จนกว่าวากรดไฮโดรคลอริกในกระเพาะอาหารจะช่วยเปลี่ยนให้เป็นเพปซิน(pepsin) จึงจะเป็นเอมไซม์สมบรูณ์ เอมไซม์สามารถย่อยพันธะเพปไทด์บางพันธะเท่านั้น ดังนั้นการย่อยโปรตีนของเพปซินส่วนใหญ่จึงเพียงทำให้เพปไทด์สั้นลง นอกจากนี้อาจจะได้กรดอะมิโนและเพปไทด์อีกด้วยขึ้นอยู่กับโอกาสของเอมไซม์ที่ไปสลายพันธะบริเวณใด






การย่อยอาหารในลำไส้เล็ก

อาหารที่ย่อยแล้วบางส่วนและยังไม่ได้ย่อยเคลื่อนผ่านกล้ามเนื้อหูรูดของกระเพาะอาหารเข้าสู่ลำไส้เล็ก ลำไส้เล็กมีลักษณะเป็นท่อยาวประมาณ 6-7 เมตร ขดอยู่ในช่องท้อง แบ่งออกเป็น 3ส่วน ส่วนต้นที่ต่อจากกระเพาะอาหารเป็นท่อโค้งรูปตัวยู ยาวประมาณ 25 เซนติเมตร เรียกว่า ดูโอดินัม (duodenum) ส่วนถัดไป เรียกว่า เจจูนัม (jejunum) ยาวประมาณ 2.50 เซนติเมตร และไอเลียม (ileum) เป็นส่วนสุดท้ายยาวประมาณ 4 เมตร การย่อยอาหารในลำไส้เล็กเกี่ยวข้องกับการทำงานของตับ ตับอ่อน และผนังของลำไส้เล็ก ซึ่งหลั่งสารออกมาทำงานร่วมกัน เมื่ออาหารจากกระเพาะอาหารเข้าสู่ลำไส้เล็กส่วนดูโอดินัม จะสร้างฮอร์โมนมากระตุ้นตับอ่อนให้สร้างสารโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนตซึ่งมีฤทธิ์เป็นเบสปล่อยออกมาสู่ดูโอดินัม เพื่อลดความเป็นกรดของอาหาร










การย่อยอาหารของโปรตีน


การย่อยอาหารของโปรตีนจะย่อยที่กระเพาะอาหารซึ่งโปรตีนในที่นี้ได้มาจากส่วนประกอบของข้าวโป่งคือ ไข่ไก่

โดยที่ ตับอ่อน (pancreas) จะทำหน้าที่เป็นทั้งต่อมไร้ท่อและต่อมมีท่อ ส่วนที่เป็นต่อมไร้ท่อทำหน้าที่สร้างฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดซึ่งนักเรียนจะได้ ส่วนที่เป็นต่อมมีท่อทำหน้าที่สร้างเอนไซม์แล้วส่งให้ลำไส้เล็ก เช่น เอนไซม์ทริปซิโนเจน (trypsinogen) ไคโมทริปซิโนเจน (c.hymotrypsinogen) และโพรคาร์บอกซิเพปทิเดส (procarboxypeptidase) เพื่อป้องกันการย่อยเซลล์ของตับอ่อนเอง เอนไซม์เหล่านี้จะอยู่ในสภาพที่ยังไม่สามารถทำงานได้จนกว่าจะเข้าสู่ลำไส้เล็ก ลำไส้เล็กจะสร้างเอนไซม์เอนเทอโรไคเนส (enterokinase) เปลี่ยนทริปซิโนเจนให้เป็นทริปซิน (trypsin) และทริปซินเองจะเปลี่ยนไคโมทริปซิโนเจนให้เป็นไคโดทริปซิน (chymotrypsin) และเปลี่ยนโพรคาร์บอกซิเพปทิเดสให้เป็น คาร์บอกซิเทปซิเดส (carboxypeptidase) ซึ่งพร้อมจะทำงานได้ ทั้งทริปซินและไคโมทริปจะย่อยดปรตีนให้เพปไทด์ ส่วนคาร์บอกซิเพปทิเดสจะย่อยโปรตีนและเพปไทดืให้เป็นกรดอะมิโน เซลล์ผนังด้านในของลำไส้เล็กส่วนดูโอดินัมจะผลิตเอนไซม์หลายชนิด ได้แก่ อะมิโนเพปทิเดส ไดเพปทิเดส ไตรเพปทิเดส โดยเอนไซม์เหล่านี้จะย่อยเพปไทด์ให้เป็นกรดอะมิโน






การย่อยคาร์โบไฮเดรต

ตับอ่อนสร้างเอนไซม์อะไมเลสแล้วส่งมาที่ลำไส้เล็กเพื่อย่อยแป้ง ไกลโคเจนและเดกซ์ทรินให้เป็นมอลโทส ส่วนเซลล์ผนังด้านในลำไส้เล็กส่วนดูโอดินัมจะผลิตเอมไซม์มอลเทสมาย่อยมอลโทส นอกจากนี้ผนังลำไส้เล็กยังผลิตเอนไซม์ซูเครสย่อยซูโครสและฟรักโทส และเอมไซม์แลกเทสย่อยแลกเทสให้เป็นกลูโคสและกาแลกโทส







การย่อยลิพิด

ตับทำหน้าที่สร้างน้ำดี (bile) เก็บไว้ในถุงน้ำดี (gall bidder) จากถุงน้ำดีจะมีท่อนำน้ำดีมาเปิดเข้าสู่ดูโอดินัม

น้ำดีมีส่วนประกอบที่สำคัญคือ เกลือน้ำดี (bile salt) ช่วยให้ไขมันแตกตัวเป็นหยดไขมันเล็กๆ และแทรกรวมกับน้ำในรูป อิมัลชัน (emulsion) ตับอ่อนและเซลล์ที่ผนังลำไส้เล็กจะสร้างเอมไซม์ลิเพส ซึ่งจะย่อยไขมันในรูปชองอิมัลชันให้เป็นกรดไขมันและกลีเซอรอล เกลือน้ำดีจะถูกดูดซึมที่ลำไส้ใหญ่เพื่อให้ตับนำกลับมาใช้ใหม่






การดูดซึมอาหาร

การดูดซึมอาหารเป็นกระบวนการที่มีการนำสารอาหารเข้าสู่เซลล์ เริ่มที่กระเพาะอาหาร กระเพาะอาหารจะมีการดูดซึมสารที่ละลายที่ลิพิดได้ดี เช่น แอลกอฮอล์ และยาบางชนิด ส่วนสารอาหารอื่นๆ ร่วมทั้งน้ำ วิตามิน และแร่ธาตุ จะดูดซึมได้น้อยแต่ที่ลำไส้เล็กจะดูดซึมได้มากกว่า ผนังด้านนของลำไส้เล็กซึ่งบุด้วยเซลล์บุผิวชั้นเดียวมีส่วนยื่นเล็กๆ คล้ายนิ้ว เรียกว่า วิลลัส (villus) เป็นจำนวนมาก ความหนาแน่นของวิลลัสมีประมาณ 20-40 หน่วย ต่อพื้นที่ 1 ตารางมิลลิเมตร ทำให้พื้นที่ผิวในการดูดซึมได้มากขึ้น และด้านนอกของเซลล์บุผิวนี้ยังมีส่วนยื่นออกไปเรียกว่า ไมโครวิลลัส (microvillus) ซึ่งเป็นการเพิ่มพื้นที่ผิวในการดูดซึมภายในวิลลัสมีหลอดเลือดฝอยและท่อน้ำเหลือง ซึงจะรับสารอาหารที่ดูดซึมผ่านเซลล์บุผิวของวิลลัสเข้าไปสารอาหารต่างๆ ที่ย่อยแล้วได้แก่ กรดอะมิโน มอโนแซ็กคาไรด์ จะถูกดูดซึมเข้าสู่ไมโครวิลลัสของเซลล์บุผิวของลำไส้เล็ก แล้วลำเลียงเข้าสู่หลอดเลือด ฝอยก่อนที่จะถูกลำเลียงไปยังหลอดเลือดเวนผ่านตับแล้วจึงเข้าสู่หัวใจ ส่วนสารอาหารจำพวกกรดไขมันและกลีเซอรอล เมื่อเข้าสู่ไมโครวิลลัสของเซลล์บุผิจะถูกสังเคราะห์ให้เป็นไตรกลีเซอไรด์ภายในเซลล์บุผิวของวิลลัส แล้วจึงถูกลำเลียงโดยหลอดน้ำเหลืองฝอยไปยังหลอดน้ำเหลืองเข้าสู่หัวใจโดยไม่ผ่านตับเลือดที่ออกจากสู่หัวใจจะนำไปเลียงส่วนต่างๆของร่างกาย สารอาหารเกือบทุกชนิดจะถูกดูดซึมที่ลำไส้เล็ก อาหารที่ย่อยไม่หมดหรือย่อยไม่ได้เรียกว่ากากอาหาร ร่วมทั้งน้ำวิตามิน และแร่ธาตุบางส่วนที่ไม่ถูกดูดซึมที่ลำไส้เล็กส่วนไอเลียม จะเข้าสู่ลำไส้ใหญ่โดยผ่านหูรูดที่กั้นระหว่างลำไส้ใหญ่และไอเลียมเซลล์ที่ผนังด้านในของลำไส้ใหญ่จะดูดซึมน้ำ วิตามิน และแร่ธาตุ มีการขับเมือกออกมาหล่อลื่นเพื่อช่วยในการเคลื่อนที่ของกากอาหาร นอกจากนี้บริเวณลำไส้ใหญ่ยังมีแบคทีเรียพวก Escherichia coli ส่วนใหญ่ไม่เป็นอันตรายต่อคนดำรงชีวิตโดยอาศัยสารอาหารจากกากอาหาร และยังสังเคราะห์วิตามินเค วิตามินบี 12 กรดโฟรลิก ไบโอทิน ซึ่งจากถูกดูดซึมและลำเลียงไปใช้ในร่างกายของคนได้ นอกจากนี้ยังมีแก๊สที่เกิดจากกระบวนการย่อยสลายอาหารของแบคทีเรีย เช่น มีเทนและไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งบางครั้งจะถูกขับออกมาโดยการฝายลม






การสลายสารอาหารระดับเซลล์

สารอาหารที่ลำเลียงเข้าสู่เซลล์และสามารถให้พลังงานแก่เซลล์ได้ เช่น มอโนแซ็กคาร์ กรดอะมิโน กลีเซอรอล และกรดไขมัน แต่เซลล์ไม่สามารถพลังงานจากสารอาหารเหล่านี้ไปใช้ได้จะต้องมีกระบวนการสลายสารอาหารภายในเซลล์ เพื่อเปลี่ยนพลังงานของพันธะเคมีของสารอาหารให้มาอยู่ในรูปของสารประกอบพลังงานสูงที่เซลล์พร้อมที่จะนำพลังงานไปใช้ได้ เช่น ATP เรียกกระบวนการสลายโมเลกุลของสารอาหารในเซลล์เพื่อให้ได้พลังงานที่เรียกว่า การสลายสารอาหารระดับเซลล์ (cellular respiration)


ATP เป็นสารที่มีพลังงานสูงทำหน้าที่เก็บพลังงานที่ได้จากกระบวนการสลายสารอาหารของเซลล์ประกอบด้วยสารอินทรีย์ 2 ชนิดต่อกัน คือ เบสอะดีนีนกับน้ำตาลไรโบส ซึ่งเรียกว่าอะดีนโนซีน แล้วจึงต่อกับหมู่ฟอสเฟส 3หมู่ หมู่ฟอสเฟสแรกจับกับน้ำตาลมีพลังงานต่ำ ส่วนพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างหมู่ฟอสเฟสแรกกับหมู่ที่ 2 และหมู่ที่ 2 กับหมู่ที่ 3 มีพลังงานสูง เมื่อสลายแล้วจะให้พลังงาน 7.3 กิโลแคลอรี/โมล ขณะที่สิ่งมีชีวิตดำรงชีวิตอยู่ เซลล์จะมีการสลาย ATP โดย ATP จะเปลี่ยนเป็นอะดีนโนซีนไดฟอสเฟส (adenosins diphosphatr : ADP) และหมู่ฟอสเฟส หรือเปลี่ยนเป็นอะดีโนซีนมอโนฟอสเฟส (adenosins monophossphatr : AMP) และหมู่ฟอสเฟส เพี่อให้ได้พลังงานสำหรับใช้ในการทำกิจกรรมต่างๆ ของร่างกายตลอดเวลา ดังนั้นจึงต้องมีการสร้าง ATP ใหม่ขึ้นมาทดแทน กระบวนการสร้าง ATP จาก ADP และหมู่ฟอสเฟสนี้เรียกว่ากระบวนการฟอสโฟรีเลชัน (phosphorylaion)






การสลายสารอาหารระดับเซลล์มี 2 แบบคือ


-การสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน

-การสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ออซิเจน

ซึ่งในที่นี้เราจะกล่าวถึงเฉพาะการสลายสารอาหารระดับเซลล์แบบใช้ออกซิเจน

การสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจนเป็นการสลายสารอิทรีย์ที่มีพลังงานสูงให้เป็นสารอินทรีย์ที่มีพลังงานต่ำ โดยใช้ออกซิเจนในที่นี้จะกล่าวถึงการสลายกลูโคส การสลายโมเลกุลของกลูโคส พลังงานที่มีอยู่ในกลูโคสนี้จะปลดปล่อยและนำไปส้รางสารพลังงานสูง เช่น ATP ซึ่งเซลล์สามารถนำไปใช้ต่อได้ แต่เนื่องจากการปลดปล่อยพลังงานจากกลูโคสในครั้งเดียวจะให้พลังงานสูงซึ่งจะเป็นอันตรายต่อเซลล์ เพื่อให้การปลดปล่อยพลังงานจากสารอาหารออกมาที่ละน้อยๆ กระบวนการสลายสารอาหารจึงจำเป็นต้องมีหลายขั้นตอน


กระบวนการสลายกลูโคสแบบใช้ออกซิเจนประกอบด้วย 3 ขั้น ตอนใหญ่ๆ คือ


-ไกลโคลิซีส(glycolysis)

-วัฏจักรเครบส์(Krebs cycle)
-การถ่ายทอดอิเล็กตรอน (electron transport chain)







ไกลโคลิซิส

เป็นกระบวนการสลายกลูโคสซึ่งมีคาร์บอล 6 ให้มาอยู่ในรูปของกรดไพรูวิก(pyruvic acid)ซึ่งมีคาร์ 3 อะตอม จำนวน 2 โมเลกุล กระบวนการไกลโคลิซิสเกิดขึ้นบริเวณไซโทซอลมีหลายขั้นตอน แต่ละขั้นตอนมีเอมไซล์ต่างชนิดกันเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเริ่มด้วยตัวหมู่ฟอสเฟสให้กลูโคส โดยใช้ ATP 2 โมเลกุล ผลของปฏิกิริยาที่ได้จากการสลายกลูโคส 1 โมเลกุล ในกระบวนการไกโคลิซิสจะทำให้มีการปล่อย ATP ออกมา 4 โมเลกุล และมีการสร้าง NADH อีก 2 โมเลกุลด้วย ผลลัพธ์สุทธิของ ATP ที่ได้จากกระบวนการไกลโคลิซิสจึงเท่ากับ 2 โมเลกุลจากนั้นกรดไพรูวิกจะเคลื่อนที่เข้าสู่ไมโทคอนเดรียและทำปฏิกับกิริยาโคเอมไซม์ เอ (coenzyme A : CoA) จากการสลายโมเลกุลของกรดไพรูวิก 2 โมเลกุล ได้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ได้NADH 2 โมเลกุลจากนั้นแอซิทิลโคเอมไซม์ เอ จะเข้าสู่วัฏจัรกเครบส์ต่อไป







วัฏจักรเครบส์

เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นบริเวณเมทริกซ์เป็นของเหลวในไมโทคอนเดรีย โดยมีการสลายแอซิทิลโคเอมไซม์ เอ ให้ได้เป็นคาร์บอนไดออกไซม์ และเก็บพลังงานที่ได้ไว้ในรูปของ NADH FADH และ ATP

เริ่มด้วยแอซิทิลโคเอมไซม์ เอ ซึ่งมีคาร์บอน 2 อะตอม รวมกับสารประกอบกรดออกซาโลแอซิติกซึ่งมีคาร์บอน 4 อะตอม ได้เป็นสารที่มีคาร์บอน 6 อะตอม คือ กรดซิตริก และปล่อยโคเอนไซม์ เอ เป็นอิสระ กรดซิตริกจะถูกเปลี่ยนต่อไปอีกหลายขั้นตอนโดยใช้เอมไซม์หลายชนิดจนได้สารที่มีคาร์บอน 4 อะตอม ตามเดิม คือ

กรดออกซาโลแอซิติก ซึ่งจะรวมตัวกับแอซิทิลโคเอมไซม์ เอ ได้อีก ในขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงจะมีการปลดปล่อยคาร์บอนออกมาในรูปของแก๊สคาร์บอนไดออกไซม์ และนำพลังงานในโมเลกุลของสารมาเก็บไว้ในรูปของ ATP NADH FADH2 เนื่องจากแอซิทิลโคเอไซม์ เอ 1 โมเลกุลจะให้ NADH 3 โมเลกุล และ ATP อีก 1 โมเลกุล แต่กลูโคส 1 โมเลกุลจะให้แอซิทิลโคเอมไซม์ เอ ๊สคาร์บอนไดออกไซม์ และนำพลังงานในโมเลกุลของสารมาเก็บไสเฟสให้กลูโคส โดยใช้ เข้าสู่วัฏจักรเครบส์ 2 โมเลกุลดังนั้นการสลายกลูโคส 1 โมเลกุลในวัฏจักรเครบส์จะเกิดการสร้าง NADH 6 โมเลกุลFADH2 2 โมเลกุล และยังได้ ATP2 อีก 2 โมเลกุล




กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน


เป็นกระบวนการที่มีการส่งต่ออิเล็กตรอนระหว่างตัวให้อิเล็กตรอนซึ่งได้แก่ NADH FADH2 กับตัวรัอิเล็กตรอนโดยมีตัวรับอิเล็กตรอนเป็นสารประกอบอื่นๆ ที่แทรกอยู่ที่เยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรีย ขณะที่เกิดการรับและส่งอิเล็กตรอน ผ่านไปตามตัวนำต่างๆ นั้น จะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาทีละน้อยในแต่ละช่วงของการถ่ายทอดอิเล็กตรอน โดยมีออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายของกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน และได้เป็นผลิตภัณฑ์ พลังงานที่ปลดปล่อยออกมาขณะที่มีการถ่ายทอดอิเล็กตรอน จะนำมาเป็นพลังงานในการเคลื่อนย้าย H+ จากเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรียมายังช่องว่างระหว่างเยื้อชั้นใน และเยื้อหุ้มชั้นนอกของไมโทคอนเดรีย ดังนั้นพลังงานที่เคยอยู่ในโมเลกุลของ NADH และ FADH2 จึงเปลี่ยนมาอยู่ในรูปของพลังงานศักย์ไฟฟ้าดังกล่าวโดยเอมไซม์ ATP synthase พลังงานที่เกิดขึ้นจากกระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน NADH 1 โมเลกุลจะนำมาสร้าง ATP ได้ 3 ส่วนพลังงานที่ได้จากการถ่ายทอดอิเล็กตรอนFADH2 1 โมเลกุลจะนำมาสร้างได้ ATP 2 โมเลกุล ถ้าการสลายสารอินทรีย์เกิดขึ้นที่กล้ามเนื้อหัวใจ ไต หรือตับ พบว่า NADH จากไกลโคลิซิสซึ่งเกิดในไซโทซอลจะถ่ายโอนอิเล็กตรอนให้กับ NAD+ ในไมโทคอนเดรีย ได้เป็น NADH ในไมโทคอนเดรียและเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนต่อไป ดังนั้น ATP ที่ได้จากกระบวนการนี้จึงเท่ากับ 6 โมเลกุล แต่ถ้าเป็นเซลล์กล้ามเนื้อยึดกระดูก หรืเซลล์สมอง เซลล์อื่นๆ NADH ในไซโทซอลจะถ่ายทอดอิเล็กตรอนให้กับ FAD ในไมโทคอนเดรียแล้ว FADH2 จึงเข้าสู่กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน ATP ที่ได้จากกระบวนการนี้จึงเท่ากับ 4 โมเลกุล