Glycolysis คืออะไร ? กระบวนการสร้างพลังงานและการเผาผลาญที่สำคัญ

Glycolysis เป็นหนึ่งในกระบวนการพื้นฐานภายในเซลล์ของเรา ที่ช่วยให้สามารถนําพลังงานจากน้ำตาลกลูโคสมาใช้ประโยชน์ได้ ลําดับของปฏิกิริยาเคมีนี้จะย่อยสลายโมเลกุลของน้ำตาลกลูโคสหนึ่งโมเลกุล ให้เป็นกรดไพรูวิก 2 โมเลกุล โดยจะปล่อยพลังงานออกมาในระหว่างกระบวนการ พลังงานนี้มีความสําคัญอย่างยิ่งต่อการทํางานของเซลล์ และมีบทบาทหลักในการกระบวนการเมตาบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต, ไขมัน และโปรตีน ในบทความนี้จะให้ความรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการสร้างพลังงานและการเผาผลาญที่สำคัญ รวมถึงปัจจัยที่ส่งผลต่อกระบวนการไกลโคไลซิสนี้

บทบาทและความสำคัญของ Glycolysis

ไกลโคไลซิส มีบทบาทพื้นฐานทั้งในกระบวนการออกกำลังแบบ aerobic (154) ที่ใช้ออกซิเจนช่วยเผาผลาญไขมันเป็นพลังงาน และการออกกำลังกายแบบ anaerobic (155) เป็นการสะสมพลังงานที่ร่างกายเก็บไว้ในกล้ามเนื้อในสภาวะที่มีออกซิเจน ไพรูเวตที่ได้จากกระบวนการนี้จะถูกย่อยสลายต่อในไมโตคอนเดรีย อย่างไรก็ตาม ในสภาวะที่มีออกซิเจนน้อย เช่น ระหว่างการออกกําลังกายหนักแบบแอนแอโรบิก หรือการฝึกแบบ resistance training (205) เซลล์กล้ามเนื้ออาจพึ่งพามากขึ้น เพื่อตอบสนองความต้องการพลังงานในทันที

นอกจากนี้ มันยังมีปฏิสัมพันธ์กับกลไกอื่น ๆ ตัวอย่างเช่น น้ำตาลกลูโคสที่ใช้ในกระบวนการไกลโคไลซิส สามารถมาจากคาร์โบไฮเดรตในอาหาร หรือจากไกลโคเจนที่ถูกเก็บไว้ในกระบวนการที่ได้รับอิทธิพลจากอินซูลิน (insulin) ฮอร์โมนอื่น ๆ และกระบวนการเมแทบอลิซึม (metabolism) ของไขมันและโปรตีนก็สามารถสร้างสารตั้งต้นที่เข้าสู่เส้นทางกระบวนการนี้ได้เช่นกัน

กระบวนการของ Glycolysis

1. เติมหมู่ฟอสเฟตให้กับน้ำตาลกลูโคส : เป็นขั้นตอนแรกที่น้ำตาลกลูโคสที่เข้าสู่เซลล์จะได้รับการเติมหมู่ฟอสเฟตจาก ATP เปลี่ยนเป็นกลูโคส-6-ฟอสเฟต
2. สร้างฟรุกโตส-6-ฟอสเฟต : กลูโคส-6-ฟอสเฟตจะถูกเปลี่ยนรูป และเปลี่ยนเป็นฟรุกโตส-6-ฟอสเฟต ขั้นนี้น้ำตาลแอลโดสจะเปลี่ยนเป็นน้ำตาลคีโตส
3. เปลี่ยนเป็นฟรุกโตส-1, 6-ไบฟอสเฟต : มีการเติมหมู่ฟอสเฟตอีกครั้งโดยใช้ ATP อีกโมเลกุลหนึ่ง เปลี่ยนฟรุกโตส-6-ฟอสเฟตให้เป็นฟรุกโตส-1, 6-ไบฟอสเฟต
4. การแตกสายและไอโซเมอไรซ์ : ฟรุกโตส-1, 6-ไบฟอสเฟตจะถูกแยกออกเป็นโมเลกุลที่มีคาร์บอน 3 อะตอม โมเลกุลหนึ่งจะถูกเปลี่ยนให้อยู่ในรูปไอโซเมอร์ ซึ่งเตรียมพร้อมสําหรับปฏิกิริยาขั้นต่อไป
5. ผลิต NADH : NAD+ จะรับอิเล็กตรอน 2 อะตอม และโปรตอน 1 อะตอม เปลี่ยนเป็น NADH ขั้นตอนนี้สําคัญ เพราะ NADH จะถูกใช้ในการหายใจระดับเซลล์ในภายหลัง เพื่อสร้าง ATP เพิ่มเติม
6. ผลิต ATP : บางขั้นตอนในกระบวนการ มีการผลิต ATP โดยตรง ซึ่งหมายความว่า ATP จะถูกสร้างขึ้น โดยไม่ต้องอาศัยไมโตคอนเดรีย ในสิ่งที่เรียกว่า substrate-level phosphorylation
7. สร้างไพรูเวต : ขั้นตอนสุดท้ายคือ การเปลี่ยนโมเลกุลที่มีคาร์บอน 3 อะตอมให้เป็นไพรูเวต ซึ่งจะเข้าสู่ไมโตคอนเดรียเพื่อดึงพลังงานออกมาต่อไป

การผลิตพลังงาน

พลังงานที่ได้จะถูกเก็บไว้ในรูปของ ATP และ NADH แม้ว่ามันจะผลิต ATP โดยตรงได้เพียงเล็กน้อย แต่ NADH ที่ได้มีศักยภาพที่จะผลิต ATP ได้มากกว่ามากในไมโตคอนเดรีย สําหรับบุคคลที่กําลังทํากิจกรรม เช่น การฝึกร่างกายแบบ HIIT (175) หรือการออกกําลังกายอย่างหนักอื่น ๆ มันจะให้แหล่งพลังงานที่เร็วโดยเฉพาะในช่วงแรกของการออกกําลังกาย ก่อนที่ระบบแอโรบิกจะเพิ่ม

ปัจจัยที่มีอิทธิพล

มีหลายปัจจัยที่สามารถมีอิทธิพลต่ออัตราที่กระบวนการไกลโคไลซิส ไม่ว่าจะความพร้อมใช้ของน้ำตาลกลูโคส จากกระแสเลือดหรือจากไกลโคเจนที่ถูกเก็บสะสมไว้เป็นปัจจัยหลัก หรือสัญญาณฮอร์โมน เช่น จากอินซูลิน ก็สามารถมีบทบาทโดยมีอิทธิพลต่อการขนส่งน้ำตาลกลูโคสเข้าสู่เซลล์และใช้ประโยชน์จากมัน นอกจากนี้ ความต้องการที่กล้ามเนื้อได้รับ เช่น จากการฝึกความแข็งแรงอย่าง strength training (166) ก็สามารถมีอิทธิพลต่ออัตราการสร้าง glycolysis ได้

โดยสรุปแล้วไกลโคไลซิส เป็นกระบวนการเมแทบอลิซึมที่จําเป็น ซึ่งจัดหาแหล่งพลังงานที่รวดเร็วให้กับเซลล์ มันมีบทบาทสําคัญทั้งในเส้นทางแอโรบิกและแอนแอโรบิก มีอิทธิพลต่อการตอบสนองของร่างกายเราต่อกิจกรรมทางกายประเภทต่าง ๆ เมื่อเข้าใจกลไกและความสําคัญของกระบวนการนนี้จะช่วยให้เราเข้าใจระบบพลังงานที่ซับซ้อน ซึ่งเป็นพลังขับเคลื่อนเซลล์ของเรา

คําถามที่พบบ่อย

1. ไพรูเวตที่ได้จากกระบวนการไกลโคไลซิสจะเกิดอะไรต่อไป?

ไพรูเวตสามารถกระจายได้หลายอย่างในสภาวะที่มีออกซิเจน โดยมันจะเข้าสู่ไมโตคอนเดรียและถูกย่อยสลายต่อโดยวัฏจักรเครปส์ (Krebs cycle) เพื่อผลิต ATP เพิ่มเติม ในขณะที่ไม่มีออกซิเจนหรือในสภาวะแอนแอโรบิก ไพรูเวตจะถูกหมัก ซึ่งในเซลล์กล้ามเนื้อจะทําให้เกิดกรดแลคติก ส่วนในเชื้อยีสต์จะทําให้เกิดเอทานอลและคาร์บอนไดออกไซด์

2. กระบวนการนี้เป็นวิธีเดียวที่เซลล์ดึงพลังงานออกมาจากน้ำตาลกลูโคสหรือไม่?

ไม่ใช่ แม้ว่ามันจะเป็นเส้นทางหลักสําหรับการเมแทบอลิซึมของน้ำตาลกลูโคส แต่มันเป็นเพียงขั้นตอนแรกในการย่อยสลายน้ำตาลกลูโคสเท่านั้น หากไกลโคโลซิสในสภาวะที่มีออกซิเจน เซลล์สามารถเผาผลาญไพรูเวตต่อ เพื่อสกัดพลังงานออกมาเพิ่มเติมผ่านวัฏจักรเครปส์ และเกิดปฏิกิริยาออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชัน (oxidative phosphorylation) กระบวนการเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของการหายใจระดับเซลล์และเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย

3. ทําไมมันถึงสําคัญต่อกิจกรรมระยะสั้นที่ต้องใช้ความแข็งแรงสูง?

ระหว่างกิจกรรมระยะสั้นและใช้ความแข็งแรงสูง เช่น การวิ่งเร็ว กล้ามเนื้อต้องการพลังงานเร็วกว่าที่ออกซิเจนจะจัดส่งให้ได้ ในสภาวะแอนแอโรบิกเหล่านี้ มันช่วยให้เซลล์ผลิต ATP ได้อย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องอาศัยออกซิเจน อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ทําให้เกิดการสะสมของกรดแลคติก ซึ่งส่งผลให้กล้ามเนื้อเมื่อยล้าได้

4. ไกลโคไลซิสถูกควบคุมในเซลล์อย่างไร?

ไกลโคไลซิสถูกควบคุมผ่านกลไกต่าง ๆ เพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการพลังงานของเซลล์ เอนไซม์หลายตัวในเส้นทาง มันทําหน้าที่เป็นจุดควบคุม โดยตอบสนองต่อระดับโมเลกุลเฉพาะบางชนิด ยกตัวอย่าง ATP ระดับสูงสามารถยับยั้งเอนไซม์บางตัวในเส้นทาง ชะลอกระบวนการลง ในทางกลับกัน ADP ระดับสูงสามารถกระตุ้นกระบวนการนี้ ฮอร์โมน เช่น อินซูลินก็มีอิทธิพลต่ออัตราของกระบวนการนี้ด้วยการมีผลต่อการขนส่งน้ำตาลกลูโคสเข้าสู่เซลล์และการใช้มันต่อไป

อ้างอิง :

1. Khan Academy – Glycolysis. https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/glycolysis/a/glycolysis
2. ThoughtCo. – Glycolysis: The First Stage in Cellular Respiration. https://www.thoughtco.com/steps-of-glycolysis-373394
3. Physiopedia – Glycolysis. https://www.physio-pedia.com/Glycolysis