หน่วยที่ 3: ระบบร่างกายของมนุษย์

3.2 ชีวเคมีของร่างกาย

การวิเคราะห์ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลง pH ต่อกระบวนการทางชีวเคมี
ค่า pH ในระบบต่าง ๆ ของร่างกายเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อกระบวนการทางชีวเคมีและการทำงานของเอนไซม์ (Enzymes) ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการทางเคมีของเซลล์ การเปลี่ยนแปลงของค่า pH อาจส่งผลให้ปฏิกิริยาทางชีวเคมีทำงานได้อย่างไม่ปกติ หรือหยุดทำงานไปเลย นี่คือเหตุผลที่ร่างกายพยายามรักษาค่า pH ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมเพื่อให้กระบวนการต่าง ๆ ดำเนินไปอย่างปกติ

ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลง pH ต่อเอนไซม์:
เอนไซม์เป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมีในร่างกาย โดยเอนไซม์แต่ละชนิดจะทำงานได้ดีที่สุดในสภาพแวดล้อมที่มีค่า pH เฉพาะเจาะจง เช่น:

• เปปซิน (Pepsin): เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ในกระเพาะอาหาร ซึ่งทำงานได้ดีที่สุดในสภาพที่มีความเป็นกรดสูง (pH ประมาณ 1.5-2.5)
• ทริปซิน (Trypsin): เป็นเอนไซม์ที่ทำงานในลำไส้เล็ก ซึ่งต้องการค่า pH ที่เป็นเบสอ่อน (pH ประมาณ 7.5-8.5) เพื่อทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ

การเปลี่ยนแปลงค่า pH ที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เอนไซม์เสียสภาพ (Denature) ซึ่งทำให้เอนไซม์ไม่สามารถจับกับสารตั้งต้นได้และไม่สามารถเร่งปฏิกิริยาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลกระทบนี้จะทำให้กระบวนการย่อยอาหารหรือกระบวนการทางชีวเคมีอื่น ๆ ในร่างกายหยุดชะงัก

ตัวอย่างผลกระทบของการเปลี่ยนแปลง pH ในระบบต่าง ๆ ของร่างกาย:

• เลือด: ค่า pH ในเลือดต้องรักษาให้อยู่ในช่วง 7.35-7.45 หากค่า pH ของเลือดลดลงจนเกิดภาวะกรดเกินในเลือด (Acidosis) หรือเพิ่มขึ้นจนเกิดภาวะด่างเกินในเลือด (Alkalosis) จะทำให้การขนส่งออกซิเจนไปยังเซลล์ลดลง ซึ่งส่งผลต่อกระบวนการเผาผลาญพลังงานในเซลล์
• ระบบย่อยอาหาร: หากค่า pH ในกระเพาะอาหารสูงขึ้นจากระดับปกติ การย่อยอาหารจะไม่สามารถเกิดขึ้นได้อย่างเต็มที่ เนื่องจากเอนไซม์เปปซินที่ทำงานในสภาพกรดจะสูญเสียประสิทธิภาพ ส่งผลให้ร่างกายไม่สามารถดูดซึมสารอาหารได้เพียงพอ
• ปัสสาวะ: ค่า pH ของปัสสาวะที่เปลี่ยนแปลงไปอาจส่งผลต่อการตกตะกอนของสารเคมีในไตและการเกิดนิ่วไต ซึ่งอาจทำให้เกิดการอุดตันและการติดเชื้อในระบบทางเดินปัสสาวะ

การวิเคราะห์ผลกระทบในระดับโมเลกุล:
เมื่อค่า pH เปลี่ยนแปลง จะส่งผลกระทบต่อการแตกตัวของกรดและเบสภายในโมเลกุล ซึ่งอาจทำให้โครงสร้างของโปรตีนหรือเอนไซม์เปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างนี้จะส่งผลต่อความสามารถในการจับกับสารตั้งต้นหรือพาร์ทเนอร์ของมัน เช่น การเปลี่ยนแปลงของค่า pH ในระบบย่อยอาหารอาจทำให้กรดไฮโดรคลอริกในกระเพาะอาหารลดลง ส่งผลให้เอนไซม์ไม่สามารถทำงานได้อย่างเหมาะสม

การเรียนรู้เชิง STEM:
นักเรียนสามารถทำการทดลองเพื่อศึกษาผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงค่า pH ต่อการทำงานของเอนไซม์ในห้องปฏิบัติการ เช่น การทดสอบความสามารถในการย่อยโปรตีนภายใต้สภาวะที่มีค่า pH ต่างกัน การวิเคราะห์ผลจากการทดลองจะช่วยให้นักเรียนเข้าใจถึงความสำคัญของค่า pH ที่เหมาะสมในกระบวนการทางชีวเคมีและวิธีที่ร่างกายควบคุมค่า pH เพื่อให้การทำงานของระบบต่าง ๆ ดำเนินไปอย่างปกติ