เมแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต

เมแทบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต (อังกฤษ: carbohydrate metabolism) เป็นขบวนการทางชีวเคมีต่าง ๆ ซึ่งเป็นเหตุของการสร้าง การสลาย และการเปลี่ยนแปลงของคาร์โบไฮเดรตในสิ่งมีชีวิต

คาร์โบไฮเดรตที่สำคัญที่สุด คือ กลูโคส ซึ่งเป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่เกิดเมแทบอลิซึมได้ในสิ่งมีชีวิตแทบทุกชนิดเท่าที่ทราบ กลูโคสและคาร์โบไฮเดรตตัวอื่นมีส่วนในวิถีเมแทบอลิซึมอันหลากหลายในสปีชีส์ต่าง ๆ พืชสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตจากแก๊สในบรรยากาศโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งเก็บพลังงานที่ดูดซับมาไว้ภายใน มักอยู่ในรูปของแป้งหรือลิพิด ส่วนประกอบของพืชถูกสัตว์หรือฟังไจกิน และใช้เป็นเชื้อเพลิงในการหายใจระดับเซลล์ ออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตหนึ่งกรัมให้พลังงานประมาณ 4 กิโลแคลอรี พลังงานที่ได้จากเมแมบอลิซึม (นั่นคือ ออกซิเดชันของกลูโคส) มักถูกเก็บไว้ในเซลล์ชั่วคราวในรูปของ ATP สิ่งมีชีวิตซึ่งสามารถหายใจแบบใช้ออกซิเจนสามารถเกิดเมแทบอลิซึมของกลูโคสและออกซิเจนเพื่อปลดปล่อยพลังงาน โดยมีคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นผลพลอยได้

คาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยน้ำตาลซับซ้อนและน้ำตาลอย่างง่าย น้ำตาลเดี่ยวสามารถสลายได้โดยตรงในเซลล์ คาร์โบไฮเดรตซับซ้อนอย่างซูโครส (น้ำตาลโมเลกุลคู่) มีน้ำตาลเดี่ยวมากกว่าหนึ่งตัวในสายโซ่ คาร์โบไฮเดรตพวกนี้ถูกสลายในทางเดินอาหารโดยเอนไซม์เฉพาะที่สลายสายโซ่และให้น้ำตาลเดี่ยวออกมา แป้งเป็นพอลิเมอร์ของหน่วยกลูโคสและถูกสลายเป็นกลูโคส เซลลูโลสเป็นสายโซ่คาร์โบไฮเดรตที่สัตว์บางชนิดไม่สามารถย่อยได้ เช่น มนุษย์ ดังนั้น มนุษย์จึงไม่ได้รับพลังงานจากการทานพืช แบคทีเรียบางชนิดที่ผลิตเอนไซม์ย่อยเซลลูโลสอาศัยอยู่ในทางเดินอาหารของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม เช่น วัว และเมื่อวัวกินหญ้า เซลลูโลสจะถูกแบคทีเรียสลาย และบางส่วนจะถูกปล่อยเข้าสุ่ทางเดินอาหาร

คาร์โบไฮเดรตเชื้อเพลิงระยะสั้นอันดับแรกของสิ่งมีชีวิต เพราะคาร์โบไฮเดรตเกิดเมแทบอลิซึมได้ง่ายกว่าไขมันหรือกรดอะมิโนของโปรตีนส่วนที่ใช้เป็นพลังงาน ในสัตว์ คาร์โบไฮเดรตที่สำคัญที่สุด คือ กลูโคส ระดับของกลูโคสถูกใช้เป็นการควบคุมหลักของฮอร์โมนอินซูลินซึ่งเป็นฮอร์โมนศูนย์กลางเมแทบอลิซึม คาร์โบไฮเดรตอย่างง่ายบางชนิดมีวิถีออกซิเดชันด้วยเอนไซม์ของมันเอง เช่นเดียวกับคาร์โบไฮเดรตซับซ้อนอีกเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น น้ำตาลโมเลกุลคู่ แล็กโทส ต้องอาศัยเอนไซม์แลกเทสเพื่อสลายได้เป็นองค์ประกอบมอโนแซ็กคาไรด์ ซึ่งสัตว์หลายชนิดขาดเอนไซม์นี้เมื่อโตเต็มวัย

คาร์โบไฮเดรตมักถูกเก็บอยู่ในรูปพอลิเมอร์สายยาวที่โมเลกุลกลูโคสต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก เป็นโครงสร้างค้ำจุน (นั่นคือ ไคติน เซลลูโลส) หรือเพื่อการเก็บสะสมพลังงาน (นั่นคือ ไกลโคเจน แป้ง) อย่างไรก็ดี ความชอบน้ำอย่างมากของคาร์โบไฮเดรตส่วนมากทำให้การเก็บสะสมคาร์โบไฮเดรตในปริมาณมากไม่มีประสิทธิภาพ เพราะน้ำหนักโมเลกุลที่มากของสารประกอบเชิงซ้อนระหว่างน้ำกับคาร์โบไฮเดรต ในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ คาร์โบไฮเดรตที่มากเกินไปจะเกิดแคแทบอลิซึมเป็นประจำเพื่อสร้างอะซิติลโค เอ ซึ่งสามารถเข้าวิถีการสังเคราะห์กรดไขมัน พลังงานระยะยาวตามปกติเก็บสะสมอยู่ในรูปของกรดไขมัน ไตรกลีเซอไรด์และลิพิดอื่น ๆ มากกว่า อย่างไรก็ดี สัตว์ รวมทั้งมนุษย์ ขาดกลไกเอนไซม์ที่จำเป็นในการสังเคราะห์กลูโคสจากลิพิด แม้กลีเซอรอลจะสามารถเปลี่ยนมาเป็นกลูโคสได้ก็ตาม

วิถีเมแทบอลิซึมที่เกี่ยวข้อง

• ปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอน หรือการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่ง CO₂ ถูกรีดิวซ์เป็นคาร์โบไฮเดรต
• ไกลโคไลสิส - เมแทบอลิซึมแบบออกซิเดชันของโมเลกุลกลูโคสเพื่อสร้างเป็น ATP และไพรูเวต
• วิถีเพนโตสฟอสเฟต ซึ่งเป็นการเปลี่ยนน้ำตาลเฮกโซสเป็นเพนโตส และสร้าง NADPH ทดแทน
• การสร้างไกลโคเจน - การเปลี่ยนกลูโคสส่วนเกินไปเป็นไกลโคเจน ซึ่งเป็นกลไกเก็บสะสมของเซลล์ เป็นการป้องกันมิให้แรงดันออสโมติกส่วนเกินก่อตัวขึ้นในเซลล์
• การสลายไกลโคเจน - การสลายไกลโคเจนเป็นกลูโคส ซึ่งให้กลูโคสแก่เนื้อเยื่อที่ต้องอาศัยกลูโคส
• การสร้างกลูโคส - การสังเคราะห์โมเลกุลกลูโคสใหม่จากสารประกอบอินทรีย์เรียบง่าย ตัวอย่างในมนุษย์คือ การเปลี่ยนกรดอะมิโนบางชนิดในโปรตีนของเซลล์เป็นกลูโคส

การใช้กลูโคสในทางเมแทบอลิซึมมีความสำคัญอย่างสูงโดยเป็นแหล่งพลังงานแก่เซลล์กล้ามเนื้อ สมองและเซลล์เม็ดเลือดแดง

อ้างอิง

1. G Cooper, The Cell, American Society of Microbiology, p 72