งานนำเสนอเรื่อง: "เคมีที่เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต"— ใบสำเนางานนำเสนอ:
1 เคมีที่เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต 2 CARBOHYDRATE Carbohydrate Monosaccharide Oligosaccharide
3 Monosaccharide [CH2O]n, n = 3-7 Triose ; C3 4 Glucose Galactose fructose
5 Oligosaccharide เป็นน้ำตาลที่เกิดจากน้ำตาลโมเลกุล เดี่ยว 2- 3 ตัวมารวมกัน Disaccharide maltose, sucrose, lactose, cellobiose Trisaccharide Raffinose ; glucose+galactose+fructose
6 maltose 7 lactose 8 sucrose
9 Polysaccharide Storage Polysaccharide Structural Polysaccharide 10 Polysaccharide 11 Protein Polymer of Amino Acids 12 Polypeptide
13 หน้าที่และความสำคัญของโปรตีน 14 LIPID / FAT Unsaturated Fatty Acid 15 Lipid / fat
16 ENZYME สารอินทรีย์จำพวกโปรตีน ทำหน้าที่เป็นตัวเร่ง ปฏิกิริยาเคมี
17 Enzyme 18 19
20 INHIBITOR Competition Inhibitor มีรูปร่าง เหมือน Enzyme 21 22 23 แบบฝึกหัด ถ้าสาร a b c d
เป็นสารตัวกลางที่ เกิดขึ้นในบางขั้นตอนของ กระบวนการหายใจ ตามลำดับ และ มี enzyme เฉพาะอย่างเป็นตัวเร่ง ปฏิกิริยา ทำให้ enzyme C ทำงาน ไม่ได้ ปฏิกิริยาหลังจากนี้เป็น อย่างไร M N O P Q a b c d 24 แบบฝึกหัด ใส่สารชนิดที่ 1
ลงในเซลล์ที่เลี้ยง ไว้ในหลอดทดลอง ผลปรากฎว่า กระบวนการหายใจของเซลล์ หยุดชะงักลง หลังจากนั้นทดสอบ เพื่อหาปริมาณของสารพบว่า สาร a และ b มีปริมาณปกติ ไม่พบสาร c สาร d มีปริมาณสูงมากกว่าปกติ จง เขียนลำดับขั้นปฏิกิริยากระบวนการ หายใจของเซลล์ เคมีที่เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตเมื่อ : วันพุธ, 18 พฤศจิกายน 2563  ภาพที่ 1 แหล่งอาหารที่สร้างพลังงานให้แก่ร่างกาย มากกว่าครึ่งของสารอินทรีย์ที่มีธาตุคาร์บอนทั้งหมดบนโลกจะสะสมอยู่ในรูปของคาร์โบไฮเดรต 2 ตัว คือ แป้ง (Starch) และเซลลูโลส (Cellulose) สารทั้ง 2 ชนิดนี้มีโครงสร้างพื้นฐานที่ประกอบไปด้วยน้ำตาลกลูโคส แต่สิ่งที่แตกต่างกันระหว่างแป้งและเซลลูโลสคือ การจับกันของพันธะที่มีความแตกต่างกัน โดยกลูโคสจะถูกสร้างจากพืชสีเขียวและสะสมไว้ในรูปของแป้ง ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานสำคัญของสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะมนุษย์ ส่วนเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์ในพืชหรือเส้นใยพืช และมนุษย์ไม่สามารถย่อยเซลลูโลสได้ เพราะไม่มีเอนไซม์เซลลูเลส (Cellulase) ซึ่งเอนไซม์เซลลูเลสจะพบในโพรโทซัวที่อาศัยอยู่ในลำไส้ของปลวก (Trichonympha) ที่สามารถย่อยเนื้อไม้ได้ ภาพที่ 2 น้ำตาลทราย โครงสร้างบางอย่างก็มีคาร์โบไฮเดรตเป็นองค์ประกอบ เช่น ผนังของแบคทีเรียที่เรียกว่าเพปทิโดไกลแคน peptidoglycan ที่เชื่อมกันด้วยสายพอลิเพปไทด์ น้ำตาลบางชนิดจับกับกรดอะมิโนกลายเป็นโครงสร้างที่ทำหน้าที่จำเพาะ เรียกว่า ไกลโคโปรตีน (glycoprotein) โดยไกลโคโปรตีนนี้เองใช้จำแนกชนิดของหมู่เลือดได้ คำว่า คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrate = carbon + hydrate (water)) มีสูตรทั่วไปเป็น Cn(H2O)n เป็นอาหารหลักที่ให้พลังงานกับสิ่งมีชีวิต ประกอบด้วย ธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิจน พบได้ทั่วไป เช่น น้ำตาล แป้ง เซลลูโลส ไกลโคเจน เป็นต้น ประเภทของคาร์โบไฮเดรต แบ่งตามขนาดของโมเลกุล ได้เป็น 3 กลุ่ม คือ 1. มอโนแซ็กคาไรด์ (Monosaccharide) หรือน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีขนาดโมเลกุลเล็กที่สุด มีรสหวาน ละลายน้ำได้ และน้ำตาลที่พบมากในธรรมชาติจะมีอะตอมของธาตุคาร์บอน 5 และ 6 อะตอม* 1.1 แบ่งตามหมู่ฟังก์ชัน (Function group) โดยทั่วไปน้ำตาลจะมีหมู่ไฮดรอกซี (–OH group) เป็นองค์ประกอบจำนวนมาก และมีหมู่ฟังก์ชันที่แสดงคุณสมบัติเฉพาะ แบ่งได้เป็น 2 หมู่ฟังก์ชั่นคือ หมู่อัลดีไฮด์ (R-COH group) และหมู่คีโตน (R-CO-R’) จึงเรียกน้ำตาลที่มีหมู่ฟังก์ชันอัลดีไฮด์ว่า น้ำตาลอัลโดส (aldose) และเรียกน้ำตาลที่มีหมู่ฟังก์ชันคีโตนว่า น้ำตาลคีโตส (ketose) ตัวอย่างของน้ำตาลอัลโดส เช่น น้ำตาลกลีเซอรอลดีไฮด์ (C3) น้ำตาลไรโบส (C5) น้ำตาลกลูโคส (C6) ตัวอย่างของน้ำตาลคีโตส เช่น น้ำตาลไดไฮดรอกซีอะซีโตน (C3) น้ำตาลไรบูโลส (C5) น้ำตาลฟรักโทส (C6) 1.2 แบ่งตามจำนวนอะตอมของธาตุคาร์บอน (Carbon atom) โมเลกุลของน้ำตาลจะประกอบด้วยอะตอมของธาตุคาร์บอนตั้งแต่ 3-7 อะตอม คาร์บอน 3 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลไตรโอส (triose) เช่น - น้ำตาลกลีเซอรอลดีไฮด์ (glyceraldehyde) จะพบในกระบวนการสลายกลูโคสเพื่อให้ได้พลังงาน คาร์บอน 4 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลเทโทรส (tetrose) เช่น - น้ำตาลอิริโทรส (erythrose) เป็นน้ำตาลที่พบในวัฏจักรคัลวินของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง * คาร์บอน 5 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลเพนโทส (pentose) เช่น - น้ำตาลอะราบิโนส (arabinose) มักพบในพืช เมื่อเกิดเป็นพอลิแซ็กคาไรด์จะให้เพคทิน บางครั้งอาจเรียกว่า น้ำตาลเพคทิน (pectin sugar) จะเกิดในรูปของเจล มักเอาไปทำเป็นเยลลี่ - น้ำตาลไซโลส (xylose) มักพบในพืช สามารถสกัดได้จากเยื่อไม้ (wood) บางครั้งจะเรียกว่า น้ำตาลเยื่อไม้ - น้ำตาลไรโบส (ribose) และน้ำตาลดิออกซีไรโบส (deoxyribose) ทั้ง 2 ชนิด จะพบเป็นองค์ประกอบของสารพันธุกรรม (จะกล่าวในบทเรียนต่อไป เรื่อง “กรดนิวคลีอิก”) * คาร์บอน 6 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลเฮกโซส (hexose) เช่น - น้ำตาลกลูโคส (glucose) มีบทบาทสำคัญทางโภชนาการของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด รวมทั้งมนุษย์ด้วย จะพบมากในพืชสัตว์ บางครั้งอาจเรียกได้หลายชื่อขึ้นอยู่กับแหล่งที่พบ เช่น น้ำตาลองุ่น น้ำตาลข้าวโพด หรือน้ำตาลในเลือด นอกจากนี้อาจเรียก น้ำตาลกลูโคส ว่า น้ำตาลเด็กซ์โทรส (dextrose) - น้ำตาลกาแล็กโทส (galactose) และน้ำตาลแมนโนส (mannose) โดยธรรมชาติพบในรูปของพอลิแซ็กคาไรด์ โดยพอลิเมอร์ของน้ำตาลแมนโนส จะเรียกว่า แมนแนน (mannan) ซึ่งพบในพืช - น้ำตาลฟรักโทส (fructose) เป็นน้ำตาลที่หวานที่สุด พบมาในผลไม้และน้ำผึ้ง และยังเป็นน้ำตาลเพียงชนิดเดียวที่พบในน้ำอสุจิของคน คาร์บอน 7 อะตอม เรียกว่า น้ำตาลเฮปโทส (heptose) เช่น - น้ำตาลซีโดเฮปทูโลส (sedoheptulose) เป็นน้ำตาลที่พบในวัฏจักรคัลวินของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง น้ำตาลที่พบมากที่สุดในธรรมชาติ ได้แก่ น้ำตาลกลูโคส ฟรักโทส และกาแล็กโทส แต่บางครั้งอาจจะเรียกชื่อน้ำตาลผสมกันระหว่างหมู่ฟังก์ชันและจำนวนอะตอมของธาตุคาร์บอน เช่น อัลโดไตรโอส (aldotriose) คือ น้ำตาลที่มีหมู่ฟังก์ชันเป็นอัลดีไฮด์และมีจำนวนอะตอมของธาตุคาร์บอน 3 อะตอม คีโตไตรโอส (ketotriose) คือ น้ำตาลที่มีหมู่ฟังก์ชันเป็นคีโตนและมีจำนวนอะตอมของธาตุคาร์บอน 3 อะตอม ภาพที่ 3 แสดงโครงสร้างของน้ำตาลอัลโดส ที่มีอะตอมของธาตุคาร์บอน 3-6 อะตอม (A) โครงสร้างของน้ำตาลคีโตส ที่มีอะตอมของธาตุคาร์บอน 3-6 อะตอม (B) ที่มา: Garrett & Grisham. (2005). 1.3 สารที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับมอนอแซ็กคาไรด์ กรดแอสคอบิก (ascorbic acid) หรือวิตามินซี มีโครงสร้างคร้างคล้ายกับนอนแซ็กคาไรด์ เพราะถูกสังเคราะห์ขึ้นมาจากน้ำตาลกลูโคสนั่นเอง
ภาพที่ 4 กระบวนการสังเคราะห์วิตามินซี ที่มา: https://en.wikipedia.org/wiki/Chemistry_of_ascorbic_acid วิตามินซีช่วยในการสร้างคอลลาเจน และยังเป็นส่วนประกอบในเซลล์ของกระดูก ฟัน กระดูกอ่อน และเนื้อเยื่อที่เชื่อมส่วนต่าง ๆ (connective tissue) ถ้าขาดวิตามินซีอย่างรุนแรง ส่งผลให้หลอดเลือดเปราะและเกิดอาการเลือดออกตามไรฟัน (โรคลักปิดลักเปิด หรือโรครำมะนาด) ฟันโยก และบาดแผลหายช้า น้ำตาลอะมิโน (amino sugar) เกิดจากการแทนที่หมู่ –OH ของมอนอแซ็กคาไรด์ด้วยหมู่ –NH2 ที่พบมากในธรรมชาติมีเพียง 4 ชนิด ได้แก่ กลูโคซามีน (glucosamine) แมนโนซามีน (mannosamine) กาแลกโทซามีน (galactosamine) และอะเซทิลกลูโคซามีน (N-acetylglucosamine: NAG) ซึ่ง N-acetylglucosamine จะเป็น monomer ของไคทิน (chitin) ซึ่งพบในเปลือกนอกของกุ้งและปู และอีกชนิดคือ กรดอะเซทิลมิวรามิก (N-acetylmuramic acid: NAM) จะพบเป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์แบคทีเรีย (peptidoglycan) และพบในรูปของโอลิโกแซ็กคาไรด์และพอลีแซ็กคาไรด์มากกว่าพบเดี่ยว ๆ ภาพที่ 5 โครงสร้างของน้ำตาลอะมิโน การทดสอบเบเนดิก (Benedict’s test) ในน้ำยาประกอบด้วย ทองแดงซัลเฟต (CuSO4) โซเดียมซิเตรตและโซเดียมคารบอเนตละลายรวมกันอยู ความเปนดางของน้ำยาเกิดจากการแตกตัวในน้ำของโซเดียมคารบอเนต (Na3CO3) คิวพริกไอออนจะเกิดสารประกอบเชิงซอนกับซิเตรตไอออน น้ำตาลที่ใหตะกอนคิวพรัสออกไซด (Cu2O)
ถือวาใหผลบวกกับการทดสอบ ตะกอนอาจมีสีเขียว เหลือง สม หรือแดงอิฐ ขึ้นอยูกับปริมาณน้ําตาลที่มีอยูมากขึ้นตามลําดับ ภาพที่ 6 แสดงสีที่เกิดจากการทดสอบน้ำตาลกับสารละลายเบเนดิกส์ ที่มา: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/81/Benedict%27s_test_for_Sugars.png
ใช้เรียกชื่อกลุ่มของน้ำตาลที่ประกอบไปด้วยมอโนแซ็กคาไรด์ตั้งแต่ 2 โมเลกุลขึ้นไป แต่ไม่เกิน 10 โมเลกุล แต่ที่พบมากในธรรมชาติจะมีอยู่ 2 ชนิดด้วยกันคือ ไดแซ็กคาไรด์ และไตรแซ็กคาไรด์ 2.1 ไดแซ็กคาไรด์ (disaccharide) หรือน้ำตาลโมเลกุลคู่ ประกอบด้วย น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจำนวน 2 โมเลกุล จับกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก (glycosidic bond) ได้แก่ มอลโทส (maltose) แล็กโทส (lactose) ซูโครส (sucrose) และเซลโลไบโอส (cellobiose) มอลโทส หรือน้ำตาลมอลต์ (malt sugar) เป็นไดแซ็กคาไรด์ที่ได้มาจากการการไฮโดรไลซิสของแป้ง ซึ่งพบในข้าวบาร์เลย์ที่กำลังงอก ซึ่งเกิดจากกลูโคส 2 โมเลกุลเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด a-1,4 มอลโทสจะถูกย่อยด้วยใช้เอนไซม์มอลเทส (maltase) แล็กโทส หรือน่ำตาลนม (milk sugar) จะพบในน้ำนมนัวประมาณ 5% และพบในน้ำนมคนประมาณ 7% แล็กโทสบริสทุธิ์ได้มาจากหัวน้ำนมที่เกิดจากกระบวนการผลิดเนยแข็ง ซึ่งแล็กโทสเกิดจากการจับกันของกาแล็กโทสกับกลูโคส ด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด b-1,4 และถูกสลายด้วยเอนไซม์แล็กเทส (lactase) พบว่าทารกแถบตะวันออกกลางและแอฟริกาจะขาดเอนไซน์ชนิดนี้มาก มีผลทำให้แล็กโทสไม่ถูกย่อยเกิดแก๊สในกระเพาะอาหารแดละมีอาการท้องร่วง ซูโครส หรือน้ำตาลทราย หรือน้ำตาลอ้อย (cane sugar) จะพบในพืชหลายชนิด เช่น อ้อย หัวบีท (beet sugar) และต้นเมเปิล เป็นต้น ซูโครสประกอบด้วยกลูโคสกับฟรักโทส จับกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด a-1,2 ถ้าทำการสลายด้วยกรดหรือเอนไซม์ซูเครส (sucrase) จะทำให้ได้ “invert sugar” ในธรรมชาติพบมากในน้ำผึ้ง จะถูกนำมาใช้ทำช็อกโกแลตเหลวเพื่อเคลือบผลไม้ เช่น เชอรี่ ในทางโภชนาการ ซูโครสจะให้แคลอรี่สูง สำรับผู้ที่มีน้ำหนักมากพลายายมเลี่ยงไปใช้สารให้ความหวานสังเคราะห์ เช่น แซ็คคาริน (saccharin) ซึ่งให้ความหวานกว่าน้ำตาล 500 เท่า แต่อาจจะก่อให้เกิดมะเร็งได้ เซลโลไบโอส ได้จากการสลายเซลลูโลสโดยใช้กรดที่เจือจาง ซึ่งประกอบด้วย กลูโคส 2 โมเลกุลจับกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด b-1,4 เซลโลไบโอสจะไม่ถูกย่อยสลายด้วยเอนไซม์มอลเทส ภาพที่ 7 โครงสร้างของไดแซ็กคาไรด์และพันธะไกลโคซิตกชนิดต่าง ๆ ที่จับ 2.2 ไตรแซ็กคาไรด์ (trisaccharide) ประกอบด้วยน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจำนวน 3 โมเลกุล ที่พบในธรรมชาติ เช่น น้ำตาลราฟฟิโนส ราฟฟิโนส (raffinose) หรืออาจเรียกว่า melitose เป็นคาร์โบไฮเดรต ประเภท oligosaccharide ที่ประกอบด้วยน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว 3 โมเลกุล (trisaccharide) คือ น้ำตาลกาแล็กโทส (galactose) ต่อกับน้ำตาลซูโครส (sucrose) ซึ่งเป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่ เชื่อมต่อกันด้วยพันธะ ไกลโคไซด์ ชนิด a-1,6
ภาพที่ 8 โครงสร้างของราฟฟิโนส ที่มา: https://www.scientificpsychic.com/fitness/raffinose.gif Raffinose ไม่สามารถถูกย่อยได้ในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์ แต่จะถูกย่อยโดยแบคทีเรียซึ่งสร้างแก๊สอยู่ในลำไส้ใหญ่ ทำให้เกิดการหมักได้แก๊สออกมา หากบริโภคเข้าไปจะทำให้เกิดอาการท้องอืด (flatulence) และต้องผายลม จึงจัดเป็นสารต้านฤทธิ์สารอาหารชนิดหนึ่ง น้ำตาล raffinose พบมากในถั่วเมล็ดแห้ง (legume) เช่น ถั่วลิสง beans, peas, tree nut และในผักประเภท cruciferous ได้แก่ กะหล่ำปลี, brussels sprout และบรอกโคลี (broccoli) สแตคีโอส (stachyose) เป็นคาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) ประเภทโอลิโกแซ็กคาไรด์ (oligosaccharide) ประกอบด้วย galactose 2 โมเลกุล glucose 1 โมเลกุล และ fructose 1 โมเลกุล ตามลำดับ พบมากในถั่วเมล็ดแห้ง (legume) เช่น ถั่วลิสง และถั่วเหลือง stachyose ไม่สามารถถูกย่อยได้ในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์ แต่จะถูกย่อยได้โดยแบคทีเรีย ซึ่งจะสร้างแก๊สสะสมอยู่ในลำไส้ใหญ่ การบริโภคอาหารที่มี stachyose ทำให้เกิดแก๊สมาก และเกิดการผายลมบ่อย
พอลิแซ็กคาไรด์ เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ เกิดจากมอโนแซ็กคาไรด์ที่มากกว่า 10 โมเลกุลขึ้นไปต่อกันเป็นสายยาว มีการเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด 1,4 และ 1,6 ซึ่งพอลิแซ็กคาไรด์จะแตกต่างกันที่ชนิด จำนวน และรูปแบบการเชื่อมต่อของมอโนแซ็กคาไรด์ที่เป็นองค์ประกอบ บางชนิดเป็นสายตรง (linear) เช่น อะไมโลส เซลลูโลส บางชนิดมีการแต่งกิ่งก้านออกไป (branching) เช่น อะไมโลเพกทิน ไกลโคเจน พอลิแซ็กคาไรด์แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ 3.1 ฮอโมพอลิแซ็กคาไรด์ (homopolysaccharide) คือ พอลิแซ็กคาไรด์ที่โมเลกุลประกอบด้วยมอโนแซ็กคาไรด์ชนิดเดียวกันทั้งหมด เช่น แป้ง (starch) ไกลโคเจน (glycogen) และเซลลูโลส (cellulose) ซึ่งในโมเลกุลประกอบด้วยน้ำตาลกลูโคสเท่านั้น และอินูลิน (inulin) คือ พอลิแซ็กคาไรด์ที่โมเลกุลประกอบด้วยน้ำตาลฟรักโทสเท่านั้น แป้ง (Starch) จะประกอบไปด้วยกลูโคสเพียงชนิดเดียว พืชจะสะสมแป้งที่เกิดจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง จะได้สาร 2 ชนิด คือ อะไมโลส และ อะไมโลเพกทิน - อะไมโลส เป็นพอลิเมอร์สายตรงของน้ำตาลกลูโคส ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคไซดิก ชนิด a-1,4 ประมาณ 200-2,000 หน่วย - อะไมโลเพกทิน เป็นพอลิเมอร์ของน้ำตาลกลูโคสที่จัดเรียงตัวเป็นสายตรงและสายแขนง ด้วยพันธะไกลโคซิดิก 2 ชนิด คือ ส่วนที่เป็นพันธะสายตรง เป็นชนิด a-1,4 เหมือนกับอะไมโลส และส่วนที่เป็นสายแขนงจะเชื่อมต่อด้วยพันธะ ชนิด a-1,6 ภาพที่ 9 แสดงโครงสร้างของอะไมโลส (A) และอะไมโลเพกทิน (B) แป้งจะทดสอบโดยใช้สารละลายไอโอดีน ถ้ามีส่วนผสมของแป้งสารละลายไอโอดีนที่หยดลงไปจะเปลี่ยนจากสีน้ำตาลเป็นสีน้ำเงินเข้มหรือดำ ถ้าไม่มีแป้งจะไม่เปลี่ยนสีของสารละลายไอโอดีนนั่นเอง ไกลโคเจน (glycogen) เป็นพอลิเมอร์ของน้ำตาลกลูโคส ประมาณ 10,000-30,000 โมเลกุล เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด (α-1,4) และแอลฟา (α-1,6) มีโครงสร้างเป็นกิ่งก้านคล้ายอะไมโลเพกทิน (amylopectin) ในแป้ง (starch) แต่ขนาดโมเลกุลใหญ่กว่ามาก และมีการแตกกิ่งมากกว่าจึงอาจเรียกว่า สตาร์ชสัตว์ (animal starch) ภาพที่ 10 เปรียบเทียบโครงสร้างการเรียงตัวของอะไมโลเพกทินกับไกลโคเจนฃ ร่างกายมนุษย์ และสัตว์ จะสะสมคาร์โบไฮเดรตในรูปไกลโคเจน โดยสะสมบริเวณตับและกล้ามเนื้อ ใช้สำหรับเป็นแหล่งของพลังงาน ไกลโคเจนในตับยังมีประโยชน์ เพื่อปรับระดับกลูโคสในเลือดให้คงที่ เมื่อปริมาณน้ำตาลในเส้นเลือดลดลง หรือร่างกายขาดสารอาหาร ตับจะเปลี่ยนไกลโคเจนให้เป็นน้ำตาลกลูโคส เซลลูโลส (Cellulose) เป็นพอลิเมอร์สายตรงของน้ำตาลกลูโคสที่แต่ละหน่วยเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด b-1,4 พบเป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์พืชและสาหร่ายบางชนิด อินูลิน (inulin) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่สะสมในพืชอีกชนิดที่พบในหัว (tuber) ของ dahlia และ artichoke ประกอบด้วย น้ำตาลฟรุกโทส หลาย ๆ หน่วยเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก ชนิด b-1,2 3.2 เฮเทอโรพอลิแซ็กคาไรด์ (heteropolysaccharide) คือ พอลิแซ็กคาไรด์ที่โมเลกุลประกอบด้วยมอโนแซ็กคาไรด์มากกว่าหนึ่งชนิด เช่น เฮมิเซลลูโลส พอลิแซ็กคาไรด์มีหน้าที่เป็นแหล่งสะสมอาหารทั้งในพืชและสัตว์ ในพืชคาร์โบไฮเดรตถูกสะสมไว้ในรูปแป้ง ส่วนในสัตว์สะสมไว้ในรูปไกลโคเจน นอกจากนั้นพอลิแซ็กคาไรด์ในพืชยังทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์และโครงสร้างของเซลล์พืช เช่น เซลลูโลส เพกทิน (pectin) ผนังเซลล์ของแบคทีเรีย เช่น เพปทิโดไกลแคน (peptidoglycan) และพบในเปลือกของพวกกุ้ง ปู แมลง เช่น ไคทิน (chitin) * ข้อสังเกต ถ้าเป็นชื่อน้ำตาลหรือคาร์โบไฮเดรต มักลงท้ายด้วย -โอส (-ose) ** ข้อสังเกต ถ้าเป็นชื่อเอนไซม์ มักจะลงท้ายด้วย –เอส (-ase) แหล่งที่มาท้ายบทเรียน ชัยรัตน์ วามวรรัตน์. (2562). การทดลองที่ 3 คาร์โบไฮเดรต. สืบค้นเมื่อ 3 กันยายน 2562, จาก http://biochem.flas.kps.ku.ac.th/01402312/01402312lab03carbo156.pdf นิธิยา รัตนาปนนท์. (2562). การจำแนกชนิดของคาร์โบไฮเดรต. สืบค้นเมื่อ 3 กันยายน 2562, จาก http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/7138/การจำแนกชนิดของคาร์โบไฮเดรต พิมพ์เพ็ญ พรเฉลิมพงศ์ และนิธิยา รัตนาปนนท์. (2562). Benedict's test/การทดสอบเบเนดิกต์. สืบค้นเมื่อ 3 กันยายน 2562, จาก http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/2871/benedicts -test-การทดสอบเบเนดิกต์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). หนังสือเรียนรายวิชา เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ชีววิทยา ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เล่ม 1. กรุงเทพฯ: สกสค. ลาดพร้าว. Campbell, Mary K. and Farrell, Shawn O. (2006). Biochemistry. (5th ed). Australia: Thomson Brooks/Cole. Garrett, Reginald H. and Grisham, Charles M. (2005). Biochemistry. (3rd ed). Australia: Thomson Brooks/Cole. Return to contents
ภาพที่ 1 อาหารประเภทโปรตีน โปรตีนเป็นสารประกอบที่พบมากในเซลล์ทุกชนิด โปรตีนมีความสำคัญต่อร่างกายมาก จะเป็นโครงสร้างของเนื้อเยื่อของสัตว์ โปรตีนเป็นส่วนประกอบของผิวหนัง ผม ขนนก ขนสัตว์ เล็บ เขา กีบ กล้ามเนื้อ เอ็น ตลอดจนกระดูกอ่อน นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับระบบประสาท ระบบภูมิคุ้มกัน ระบบต่อมไร้ท่อ ฮอร์โมน เอนไซม์ เป็นองค์ประกอบของฮีโมโกลบิน โปรตีนจะถูกใช้ในสร้างเนื้อเยื่อใหม่ ๆ มาทดแทนส่วนที่สึกหรอเพื่อให้มีสภาพสมบูรณ์อยู่เสมอ โปรตีนเป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ประกอบด้วยหน่วยย่อยคือ กรดแอมิโน (amino acid) มาเชื่อมต่อกัน กรดแอมิโนประกอบไปด้วย อะตอมของธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน เป็นองค์ประกอบหลัก นอกจากนี้กรดแอมิโนบางชนิดอาจมีอะตอมของธาตุอื่น ๆ อีก เช่น กำมะถัน โครงสร้างของกรดแอมิโน ประกอบด้วย อะตอมของธาตุไฮโดรเจน หมู่แอมิโน (-NH2) หมู่คาร์บอกซิล ซึ่งเชื่อมกับอะตอมของคาร์บอนตัวเดียวกัน เรียกว่า ไครอลคาร์บอน (Chiral carbon) และมีหมู่ที่เชื่อมกับไครอลคาร์บอนที่เรียกว่า หมู่ R กรดแอมิโนแต่ละชนิดจะแตกต่างกันที่หมู่ R ที่ให้แสดงคุณสมบัติที่ต่างกัน เช่น ไกลซีน อะลานีน ซิสเทอีน
ภาพที่ 2 โครงสร้างของกรดแอมิโน การแบ่งชนิดของกรดแอมิโนตามการสร้างของร่างกาย ได้ 2 กลุ่ม คือ กรดแอมิโนจำเป็น ที่ร่างกายสังเคราะห์ขึ้นได้เอง 9 ชนิด ต้องการได้รับจากอาหารที่กินเข้าไป และกรดแอมิโนที่ไม่จำเป็น คือกรดแอมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์ขึ้นมาได้เอง มี 11 ชนิด ดังตารางที่ 1 ตารางที่ 1 ตารางแสดงกรดแอมิโนไม่จำเป็นและกรดแอมิโนจำเป็นทั้ง 20 ชนิด
U.S. National Research Council. National Academy of Science, Recommended Dietary Allowances (Washington, D.C., 1980) อ้างอิงใน Christian, 1985: 175. * อาร์จินีน เป็นกรดแอมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์ได้ แต่ในเพียงพอในเด็ก ต้องการได้จากอาหารด้วย** ฮีสทิดีน เป็นกรดแอมิโนที่จำเป็นในเด็ก กรดแอมิโนที่จำเป็น (Essential amino acid) เป็นกรดแอมิโนที่ได้จากอาหารเท่านั้น ร่างกายไม่สามารถสร้างขึ้นได้เองหรือเปลี่ยนมาจากสารอาหารอื่น ๆ ที่สะสมไว้ในร่างกายได้ มีอยู่ 9 ชนิด กรดแอมิโนเหล่านี้พบในไข่ นม เครื่องในสัตว์ หากร่างกายได้รับกรดแอมิโนเหล่านี้อย่างเพียงพอ จะทำให้ร่างกายสมบูรณ์แข็งแรง และมีความต้านทานโรคภัยได้สูง โดยเฉพาะเด็ก ๆ ที่กำลังเจริญเติบโต หากขาดจำทำให้การเจริญเติบโตเกิดขึ้นได้ช้า กรดแอมิโนที่ไม่จำเป็น (Non-essential amino acid) เป็นกรดแอมิโนที่ร่างกายสามารถสร้างได้จากอาหารที่ร่างกายสะสมเอาไว้ แต่ก็จำเป้นต้องกินจากอาหารเพื่อทำให้ร่างกายเจริญเติบโต หากไม่ได้รับกรดแอมิโนเหล่านี้ร่างกายจะเติบโตช้ากว่าปกติ โครงสร้างของโปรตีน จากโครงสร้างของกรแอมิโน เมื่อกรดแอมิโนตั้งแต่ 2 โมเลกุลรวมตัวกัน โดยหมู่คาร์บอกซิลของกรดแอมิโนตัวแรกจะรวมตัวกับหมู่แอมิโนของกรดแอมิโนตัวที่สอง ได้สารประกอบไดเพปไทด์ (dipeptide) ดังสมการ
ภาพที่ 3 แสดงการจับกันของกรดแอมิโน 2 โมเลกุล ไดเพปไทด์ คือ กระแอมิโน 2 ตัวรวมกันโดยเกิดพันธะเพปไทด์ (peptide bond) เป็นตัวเชื่อม เมื่อกรดแอมิโนตั้งแต่ 10 โมเลกุล ทำปฏิกิริยากันได้สารที่เรียกชื่อรวมว่า พอลิเพปไทด์ (polypeptide) พอลิเพปไทด์แต่ละชนิดจะขึ้นอยู่กับจำนวนกรดแอมิโน เช่น เอนไซม์พาเพน (papain) ที่พบในยางมะละกอ มีกรดแอมิโน 198 โมเลกุล ฮอร์โมนอินซูลินจากตับอ่อนมีกรดแอมิโน 51 โมเลกุล เนื่องจากโปรตีนเป็นสารประกอบโมเลกุลใหญ่และมีโครสร้างที่ซับซ้อน ซึ่งโปรตีนบางชนิดอาจจะประกอบ พอลิเพปไทด์ 1 สาย หรือหลายสาย เราสามารถแบ่งโครงสร้างโปรตีนได้ 4 แบบ เพื่อให้เหมาะสมกับการทำงาน 1. โครงสร้างปฐมภูมิ (primary structure) กรดแอมิโนจะเรียงต่อกันเป็นสายพอลิเพปไทด์ 1 สาย ซึ่งสายโปรตีนแต่ละชนิดจะมีจำนวนและลำดับของกรดแอมิโนที่จำเพาะ เช่น ฮอร์โมนอินซูลิน 2. โครงสร้างทุติยภูมิ (secondary structure) เกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนของกรดแอมิโน ทำให้สายพอลิเพปไทด์มีโครงสร้างที่มีลักษณะบิดเป็นเกลียวและเป็นแผ่น เช่น ไลโซไซม์ (lysozyme) 3. โครงสร้างตติยภูมิ (tertiary structure) เกิดจากโครงสร้างทุติยภูมิพับม้วนเข้าหากัน โดยอาศัยแรงยึดเหนี่ยว เช่น แรงไฮโดรโฟบิก พันธะไฮโดรเจน พันธะไอออนิก เกิดเป็นโครงสร้างที่มีความเหมาะสมต่อการทำหน้าที่ต่าง ๆ ของโปรตีน มีลักษณะเป็นสามมิติ เช่น b ฮีโมโกลบิน 4. โครงสร้างจตุภูมิ (quaternary structure) ในโปรตีนบางชนิดอาจมีการรวมตัวกันของพอลิเพปไทด์มากกว่า 1 สาย ซึ่งอาจเป็นชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกัน อาจมีลักษณะเป็นก้อน เช่น ฮีโมโกลบิน ประกอบด้วย พอลิเพปไทด์ 4 สาย คือ โดยมีสายแอลฟาและบีต้าอย่างละ 2 สาย ฮีโมโกลบินมีสูตรเคมี C3032H4816O872N780S8F4 ภาพที่ 4 โครงสร้างของโปรตีนทั้ง 4 แบบ โปรตีนมีหลากหลายชนิด แต่ละชนิดมีลำดับการเรียงตัวและชนิดของกรดแอมิโนแตกต่าง ทำให้มีโครงสร้างต่างกัน จึงทำให้โปรตีนมีหน้าที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ยังมีโปรตีนที่มีคาร์โบไฮเดรตสายสั้น ๆ เป็นส่วนประกอบ เรียกว่า ไกลโคโปรตีน (glycoprotein) เช่น โปรตีนที่เยื่อหุ้มเซลล์ ทำหน้าที่เกี่ยวกับการจดจำของเซลล์ ซึ่งโปรตีนสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่าง ๆ ดังตัวอย่างในตารางที่ 2 ตารางที่ 2 ตัวอย่างประเภทโปรตีนที่มีหน้าที่ต่างกัน แหล่งที่มาท้ายบทเรียน สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). หนังสือเรียนรายวิชา เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ชีววิทยา ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เล่ม 1. กรุงเทพฯ: สกสค. ลาดพร้าว. ปรีชา สุวรรณพินิจ และนงลักษณ์ สุวรรณพินิจ. (2555). High School Biology ชีววิทยา ม.4-6 เล่ม 1 (รายวิชาเพิ่มเติม). กรุงเพทฯ: ชัยภัทร พริ้นติ้ง. Garrett, Reginald H. and Grisham, Charles M. (2005). Biochemistry. (3rd ed). Australia: Thomson Brooks/Cole. Return to contents ภาพที่ 1 น้ำมันมะกอก ลิพิด (lipid) เป็นสารประกอบที่มีธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เหมือนคาร์โบไฮเดรต แต่ลิพิดบางชนิดยังมีธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ ไขมันไม่ละลายน้ำ แต่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ (organic solvent) เช่น อีเทอร์ เบนซิน คลอโรฟอร์ม และเอทานอล ไขมันพบในอาหารเกือบทุกชนิด ลิพิดเป็นองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์และเป็นสารอาหารที่ให้พลังงานมากที่สุด คือ 9 kcal/g ช่วยป้องกันการสูญเสียน้ำ เป็นฉนวนช่วยควบคุมอุณหภูมิของร่างกาย และป้องกันการกระแทกของอวัยวะภายใน อีกทั้งยังเป็นตัวทำละลายที่สำคัญของวิตามิน A D E และ K ลิพิดมีโครงสร้างพื้นฐานทางเคมีที่หลากหลาย ซึ่งกลุ่มของลิพิดที่พบในสิ่งมีชีวิต เช่น กรดไขมัน (fatty acid) ไตรกลีเซอไรด์ (triglyceride) ฟอสโฟลิพิด (phospholipid) สเตอรอยด์ (steroid) ประเภทของลิพิด 1. ลิพิดธรรมดาหรือลิพิดเชิงเดี่ยว (Simple lipid) เป็นลิพิดที่ประกอบด้วย กรดไขมัน (fatty acid) กับแอลกอฮอล์ชนิดต่าง ๆ ซึ่งมักจะเป็นกลีเซอรอล (glycerol) จึงเรียกสารที่ประกอบด้วยกรดไขมันและกลีเซอรอลว่า กลีเซอไรด์ (glyceride) ลิพิดเชิงเดี่ยว ได้แก่ น้ำมัน (oil) ไขมัน (fat) และไข (wax) ไตรกลีเซอไรด์ (Triglyceride) เมื่อกรดไขมันทำปฏิกิริยากับกลีเซอรอล จะเกิดเป็นกลีเซอไรด์ (glyceride) ถ้ามีกรดไขมันมาจับ 1 โมเลกุล เรียกว่า มอโนกลีเซอไรด์ (monoglyceride) ถ้ามี 2 โมเลกุล เรียกว่า ไดกลีเซอไรด์ (diglyceride) และถ้ามี 3 โมเลกุล เรียกว่า ไตรกลีเซอไรด์ (triglyceride) ดังภาพที่ 2 และไตรกลีเซอไรด์เป็นลิพิดที่พบมากที่สุดในพืชและสัตว์ ถ้ามีสถานะเป็นของแข็งที่อุณหูมิห้อง เรียกว่า ไขมัน (fat) แต่ถ้ามีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง เรียกว่า น้ำมัน (oil) ภาพที่ 2 การสังเคราะห์ไตรกลีเซอไรด์ กรดไขมันที่มาจับกับกลีเซอรอล อาจจะเป็นกรดไขมันอิ่มตัวทั้งหมด หรือกรดไขมันไม่อิ่มตัวทั้หมด หรือมีทั้งกรดไขมันอิ่มตัวและกรดไขมันไม่อิ่มตัวอยู่ด้วยกัน ดังภาพที่ 3
ภาพที่ 3 ตัวอย่างไตรกลีเซอไรด์ที่มีทั้งกรดไขมันอิ่มตัวและกรดไขมันไม่อิ่มตัวมาจับ 2. ลิพิดประกอบ (Compound lipid) คือ ไขมันที่มีสารอื่นเพิ่มขึ้น แบ่งเป็น ฟอสโฟลิพิด (phospholipid) เป็นองค์ประกอบสำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์และเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์อื่น ๆ ทำให้สารที่ละลายในไขมันแพร่ผ่านเข้าออกเซลล์ได้ ฟอสโฟลิพิดมีโครงสร้งาที่ประกอบด้วย กรดไขมัน 2 โมเลกุล เชื่อมต่อกับกลีเซอรอล 1 โมเลกุล และหมู่ฟอสเฟต 1 หมู่ ที่เชื่อมอยู่กับหมู่ R ทำให้ด้านหนึ่งของโมเลกุลมีสมบัติไฮโดรโฟบิก (hydrophobic = hydro (น้ำ) + phobic =เกลียด, ไม่ชอบ) ส่วนอีกด้านหนึ่งมีสมบัติไฮโดรฟิลิก (hydrophilic; philic =ชอบ) เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิด 2 ชั้น โดยจะหันส่วนของไฮโดรโฟบิกเข้าหากัน ดังภาพที่ 4 ภาพที่ 4 โครงสร้างของฟอสโฟลิพิด ฟอสโฟลิพิดที่มีมากในคน สัตว์ และพืชชั้นสูง ได้แก่ เลซิทิน พบในเยื่อหุ้มเซลล์เป็นองค์ประกอบของลิโพโปรตีน (lipoprotein) ใช้ในการสังเคราะห์แอซิทิลโคลีน (acetylcholine) ที่เป็นสารสื่อประสาทที่มีเกี่ยวข้องกับความจำ โดยพบมากในไข่แดง ถั่วเมล็ดแห้ง เนื้อสัตว์ และเซฟาลิน พบมากในเนื้อสัตว์ เกี่ยวข้องกับการแข็งตัวของเลือด (blood clotting) ไกลโคโปรตีน (glycoprotein) เป็นไขมันที่มีคาร์โบไฮเดรตเป็นองค์ประกอบ ได้แก่ ซีรีโบรไซด์ (cerebroside) และแกงกลิโอไซด์ (glanglioside) ภาพที่ 5 โครงสร้างของซีรีโบรไซด์ (A) และแกงกลิโอไซด์ (B) ลิโพโปรตีน (lipoprotein) เป็นไขมันที่จับกับโปรตีน เป็นองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ ช่วยในการขนส่งไขมันในกระแสเลือด 3. อนุพันธ์ของลิพิด (derived lipid) เกิดจากการสลายตัวของลิพิดธรรมดาและลิพิดประกอบ ได้แก้ กรดไขมัน สเตอรอยด์ (steroid) กรดไขมัน (fatty acid) เป็นสายไฮโดรคาร์บอนที่มีหมู่คาร์บอกซิลเป็นหมู่ฟังฏืชันที่อยู่ปลายอีกด้านหนึ่ง กรดไขมันแต่ละชนิดมีจำนวนอะตอมของธาตุคาร์บอนที่แตกต่างกัน ทำให้มีคุณสมบัติต่างกัน กรดไขมันแบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ กรดไขมันอิ่มตัว (saturated fatty acid) มีคาร์บอนทุกอะตอมเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว และกรดไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty acid) จะมีพันธะคู่อย่างน้อย 1 ตำแหน่ง ดังรูปที่ 6 ภาพที่ 6 ตัวอย่างโครงสร้างของกรดไขมันอิ่มตัว (a) และกรดไขมันไม่อิ่มตัว (b) โดยทั่วไปกรดไขมันอิ่มตัวได้จากไขมันของสัตว์ เช่น เนย ไขมันจากสัตว์ และน้ำมันพืชบางชนิด เช่น น้ำมันมะพร้าว น้ำมันปาล์ม ส่วนกรดไขมันไม่อิ่มตัวส่วนใหญ่ได้จากพืช เช่น น้ำมันข้าวโพด น้ำมันถั่วเหลือง น้ำมันทานตะวัน น้ำมันงา กรดไขมันที่ร่างกายต้องการและไม่สามารถสังเคราะห์ ต้องได้รับจากอาหาร เรียกว่า กรดไขมันที่จำเป็น (essential fatty acid) และกรดไขมันที่ร่างกายสังเคราะห์ได้เอง เรียกว่า กรดไขมันที่ไม่จำเป็น (non-essential fatty acid) ตารางที่ 1 แสดงตัวอย่างกรดไขมันอิ่มตัวและกรดไขมันไม่อิ่มตัว สเตอรอยด์ (steroid) เป็นอนุพันธ์ของไซโคลเพนทาโนเพอร์ไฮโดรฟีแนนทรีน (cyclopentanoperhydrophenanthrene) มีสูตรโครงสร้าง ดังภาพที่ 7 (a) สเตอรอยด์ที่มีโครงสร้างเป็นวงแหวนหลายวง ได้แก่ สเตอรอล (sterol) เช่น คอเลสเทอรอล (cholesterol) เป็นสารที่จำเป็นต่อร่างกายพบที่เยื่อหุ้มเซลล์ และเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มไมอีลินในเซลล์ประสาท ภาพที่ 7 โครงสร้างของสเตอรอยด์ (a)
cyclopentanoperhydrophenanthrene ในการตรวจสุขร่างกายจะมีการตรวจคอเลสเทอรอล ไตรกลีเซอไรด์ HDL (high-density lipoproteins) และ LDL (low-density lipoproteins) การรับประทานอาหารที่มีกรดไขมันอิ่มตัวหรือมีคอเลสเทอรอลมากเกินความต้องการของร่างดาย ไตรกลีเซอไรด์และคอเลสเทอรอลส่วนเกินที่อยู่ใน LDL จะสะสมที่ผนังหลอดเลือดทำให้หลอดเลือดแข็งตัวหรือหลอดเลือดตีบ การรับประทานอาหารที่มีกรดไขมันไม่อิ่มตัว จะมี HDL ทำหน้าที่นำคอเลสเทอรอลส่วนเกินไปทำลายที่ตับ ลดการสะสมของคอเลสเทอรอลที่ผนังหลอดเลือด และยังช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมของ LDL ที่ผนังหลอดเลือด ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้หลอดเลือดแข็งตัวหรือุดตัน อาจก่อให้เกิดภาวะหัวใจขาดเลือดหรือหลอดเลือดในสมองตีบ นำไปสู่การเสียชีวิตในที่สุด ภาพที่ 8 การะสะสมของ LDL และคอเลสเทอรอลบริเวณหลอดเลือด นอกจากนี้ยังมีลิพิดประเภทอื่น ๆ เช่น ไข (wax) เป็นของแข็ง ไม่ละลายน้ำ ทำหน้าที่หล่อลื่นหรือป้องกันการสูญเสียน้ำ พบได้ในขี้ผึ้ง ผิวของใบไม้ หลือผลไม้บางชนิด และยังพบที่ผิวหนังหรือขนของสัตว์บางชนิด เช่น ขนนก ขนเป็ด แหล่งที่มา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). หนังสือเรียนรายวิชา เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ชีววิทยา ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เล่ม 1. กรุงเทพฯ: สกสค. ลาดพร้าว. ปรีชา สุวรรณพินิจ และนงลักษณ์ สุวรรณพินิจ. (2555). High School Biology ชีววิทยา ม.4-6 เล่ม 1 (รายวิชาเพิ่มเติม). กรุงเพทฯ: ชัยภัทร พริ้นติ้ง. Campbell, Mary K. and Farrell, Shawn O. (2006). Biochemistry. (5th ed). Australia: Thomson Brooks/Cole. Garrett, Reginald H. and Grisham, Charles M. (2005). Biochemistry. (3rd ed). Australia: Thomson Brooks/Cole. Return to contents ภาพที่ 1 สารพันธุกรรม กรดนิวคลีอิก (nucleic acid) เป็นสารชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ ทำหน้าที่เก็บรหัสข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต สามารถจำลองตัวเองได้ (duplication, replication) เพื่อถ่ายทอดรหัสทางพันธุกรรมไปยังรุ่นต่อ ๆ ไป อีกทั้งยังทำหน้าที่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนและกระบวนการต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต กรดนิวคลีอิกมี 2 ชนิด คือ DNA (Deoxyribonucleic acid) และ RNA (ribonucleic acid) โครงสร้างของกรดนิวคลีอิก กรดนิวคลีอิก เรียกอีกชื่อว่า พอลินิวคลีโอไทด์ (polynucleotide) ประกอบไปด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) ซึ่งแต่ละนิวคลีโอไทด์ก็จะประกอบด้วยส่วนย่อย 3 ส่วน ได้แก่ น้ำตาลที่มีธาตุคาร์บอน 5 อะตอม (pentose) เบสที่มีไนโตเรเจนเป็นองค์ประกอบ (Nitrogenous base) และหมู่ฟอสเฟส (PO43-) โดยน้ำตาลเพนโทสใน DNA และ RNA จะเป็นคนละชนิดกัน ดังภาพที่ 2 นิวคลีโอไทด์จะมี nitrogenous base แบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มพิวรีน (purine) จะมี 2 ชนิด คือ เบสอะดีนีน (Adenine) และเบสกวานีน (Guanine) และกลุ่มไพริมิดีน (pyrimidine) จะมี 3 ชนิด คือ เบสไซโทซีน (Cytosine) เบสไทมีน* (Thymine) และเบสยูราซิล** (Uracil) ดังภาพที่ 2 * เบสไทมีน จะพบเฉพาะใน DNA ** เบสยูราซิล จะพบเฉพาะใน RNA
ภาพที่ 2 โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์
ภาพที่ 3 โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์ในสาย RNA และ DNA จากภาพที่ 3 เปรียบเทียบโครงสร้างของนิวคลีโอไทด์ในสาย RNA และ DNA ซึ่งแต่ละนิวคลีโอไทด์จะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ (phosphodiester bond) ระหว่างหมู่ฟอสเฟต (PO43-) ของนิวคลีโอไทด์กับไฮดรอกซี (-OH) ของคาร์บอนตำแหน่งที่ 3 ของน้ำตาลเพสโทสของอีกนิวคลีโอไทด์หนึ่ง DNA เป็นสายพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายพันกัน และบิดเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียน (ภาพที่ 4) ด้วยการจับคู่กันของเบส (base pairing) ด้วยพันธะไฮโดรเจน (hydrogen pond) ซึ่งเบสที่จับกันต้องเป็นเบสคู่สมกัน (complementary base) คือ เบส A กับเบส T ด้วยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ และเบส G กับเบส C ด้วยพันธะไฮโดรเจน 3 พันธะ ดังภาพที่ 5 (b) ภาพที่ 4 โครงสร้างและขนาดของ DNA
ภาพที่ 5 เปรียบเทียบ RNA สายเดียว กับ DNA สายคู่ และไนโตรจีนัสเบสที่จับกัน (a) ที่มา: (a) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-EN.svg, Sponk (b) Reece, Jane B. & et al. (2017) ลักษณะของ RNA ที่ต่างจาก DNA RNA แตกต่างจาก DNA ที่ 1. เบสไพริมิดีน เป็น ยูราซิล (Uracil หรือ U) แทนที่จะเป็นไทมีน (Thymine หรือ T) 2. น้ำตาลเพนโทส เป็นชนิดไรโบส แทนที่ดีออกซิไรโบสใน DNA 3. RNA เป็นพอลินิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว (single strand) แต่ DNA เป็นพอลินิวคลีโอไทด์สายคู่บิดเป็นเกลียว (double helix strand) 4. RNA พบทั้งในนิวเคลียส และไซโทพลาสซึม แต่ DNA พบในนิวเคลียส RNA ที่พบในธรรมชาติมี 3 ชนิด ซึ่งจะมีหน้าที่แตกต่างกัน ได้แก่ 1. messenger RNA (mRNA) 2. transfer RNA (tRNA) 3. ribosoma lRNA (rRNA) เอ็มอาร์เอ็นเอ (mRNA) หรือ เมสเซนเจอร์ อาร์เอ็นเอ (messenger RNA) คือ อาร์เอ็นเอ (RNA) ชนิดหนึ่ง โดย mRNA มีการเรียงลำดับของนิวคลีโอไทด์ที่ Complement กับข้อมูลทางพันธุกรรมที่บริเวณจำเพาะของ DNA ในส่วนที่เป็นยีน mRNA ทำหน้าที่เป็นแม่แบบ (template) ในการสร้างโปรตีนหรือนำข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ไปใช้สร้างโปรตีน โดยที่ mRNA ถูกสร้างโดยการถอดรหัสหรือการทรานสคริปชั่น (Transcription) จากดีเอ็นเอแม่แบบ (DNA template) ข้อมูลทางพันธุกรรมใน mRNA จะอยู่ในรูปลำดับเบสของนิวคลีโอไทด์ที่เรียงเป็นรหัสพันธุกรรม (Codon) ซึ่งหนึ่งรหัสประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 3 เบส ซึ่งรหัสพันธุกรรมแต่ละตัวจะกำหนดกรดอะมิโนหนึ่งชนิดยกเว้นรหัสพันธุกรรมหยุด (Stop Codon) ซึ่งจะทำให้การสังเคราะห์โปรตีนสิ้นสุด ซึ่งกระบวนการนี้ต้องทำงานร่วมกับอาร์เอ็นเอ (RNA) อีกสองชนิด คือ tRNA ที่จดจำรหัสพันธุกรรมและนำกรดอะมิโนเข้ามาต่อกัน กับ rRNA ที่เป็นองค์ประกอบหลักของไรโบโซม (Ribosome) ทีอาร์เอ็นเอ (tRNA) หรือ ทรานสเฟอร์ อาร์เอ็นเอ (transfer RNA) คือ RNA ชนิดหนึ่งเป็นโมเลกุลสายเดี่ยวที่มีขนาดเล็กที่สุด ในแบคทีเรียและในไซโทพลาซึมของเซลล์ยูคาริโอตประกอบด้วย tRNA มีขนาดประมาณ 73-93 นิวคลีโอไทด์ ทำหน้าที่เป็นตัวพาหะที่จำเพาะของกรดอะมิโนที่ถูกกระตุ้นนำไปยังตำแหน่งที่จำเพาะบนแม่พิมพ์ สำหรับสร้างโปรตีน มาต่อเป็นสายพอลิเปบไทด์ที่ไรโบโซม (Ribosome) ระหว่างกระบวนการแปลรหัส หรือ ทรานสเลชั่น (translation) กรดอะมิโนจับกับปลาย 3′ การสร้างพันธะเปบไทด์ (peptide bond) tRNA มีบริเวณที่มีเบส 3 ตัว เรียก แอนติโคดอน (Anti-codon) ซึ่งจะจับกับโคดอนหรือรหัสพันธุกรรม (Codon) บน mRNA tRNA แต่ละชนิดจะจับกับกรดอะมิโนตัวเดียวเท่านั้น แต่รหัสพันธุกรรม (Codon) อาจจะมีหลายรหัสที่กำหนดกรดอะมิโนตัวเดียวกัน อาร์อาร์เอ็นเอ (rRNA) หรือ ไรโบโซมอล อาร์เอ็นเอ (ribosomal RNA) คือ RNAชนิดหนึ่ง เป็นองค์ประกอบสำคัญของไรโบโซม (Ribosome) เป็นโมเลกุลสายเดี่ยวที่มีโครงสร้างเป็นเกลียวตรงบริเวณที่มีพันธะไฮโดรเจน ของเบสคู่สม (complementary base) กัน รวมถึงเป็นนิวคลีโอโปรตีน (nucleoprotein) ที่เรียกว่า ไรโบโซม (ribosome) ซึ่งมีประมาณ 75-80 % ของ RNA ทั้งหมด ทำหน้าที่เป็นบริเวณของการสังเคราะห์โปรตีนภายในเซลล์ ในเซลล์โพรคาริโอติก มักพบในลักษณะอิสระหรือมอโนโซม (monosome) และรวมกับ tRNA เป็นพอลิโซม (polysome) การทำงานของ rRNA เกี่ยวข้องกับกลไกการถอดรหัส (transcription) จาก mRNA ไปเป็นกรดอะมิโน และทำปฏิกิริยากับ tRNA ที่นำกรดอะมิโนเข้ามาต่อกันระหว่างแปลรหัส หรือ ทรานสเลชั่น (translation) โดยการเร่งปฏิกิริยาด้วย peptidyl transferase ตารางที่ 1 สรุปความแตกต่างระหว่าง RNA และ DNA นอกจากนิวคลีโอไทด์ จะเป็นองค์ประกอบของ DNA และ RNA แล้ว ยังเป็นองค์ประกอบของสารให้พลังงานสูง เช่น ATP (Adenosine triphosphate) ATP 1 โมเลกุล ประกอบด้วย เบสอะดินีน กับน้ำตาลไรโบส เป็นสารประเภทนิวคลีโอไซด์ (nucleoside) ที่เรียกว่า อะดีโนซีน (adenosine) แล้วต่อกับฟอสเฟตอีก 3 หมู่ (ภาพที่ 5) พันธะที่จับกันระหว่างหมู่ฟอสเฟต (Pi) เป็นพันธะที่มีพลังงานสูง เมื่อแยกด้วยน้ำในกระบวนการไฮโดรลิซิส (hydrolysis) จะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมาก ดังสมการ ATP + H2O ® ADP + Pi + พลังงาน 7.3 กิโลแคลอรี/โมล ภาพที่ 6 แสดงโครงสร้างของ AMP ADP และ ATP นอกจากนี้ยังมีสารไดนิวคลีโอไทด์ (dinucleotide) หลายชนิดที่มีความสำคัญในกระบวนการเมทาบอลิซึม เช่น NAD (Nicotinamide adenine dinucleotide) FAD (Flavin adenine dinucleotide)
ภาพที่ 7 โครงสร้างของ (a) NAD และ (b) FAD แหล่งที่มา สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ชีววิทยา ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เล่ม 1. กรุงเทพฯ: สกสค. ลาดพร้าว. ปรีชา สุวรรณพินิจ และนงลักษณ์ สุวรรณพินิจ. (2555). High School Biology ชีววิทยา ม.4-6 เล่ม 1 (รายวิชาเพิ่มเติม). กรุงเพทฯ: ชัยภัทร พริ้นติ้ง. Campbell, Mary K. and Farrell, Shawn O. (2006). Biochemistry. (5th ed). Australia: Thomson Brooks/Cole. Garrett, Reginald H. and Grisham, Charles M. (2005). Biochemistry. (3rd ed). Australia: Thomson Brooks/Cole. Reece, Jane B.; et al. (2017). Campbell biology. 11th ed. New York: Pearson Education.THAIBIOTECH.INFO. (2018). เทคโนโลยีชีวภาพ แหล่งรวมความรู้ทางเทคโนโลยีชีวภาพ. สืบค้นเมื่อ 22 สิงหาคม 2562, จาก https://www.thaibiotech.info Return to contents ภาพที่ 1 ผลไม้นานาพันธุ์ ในปี ค.ศ. 1912 นักเคมีชาวโปแลนด์ สามารถสกัดสารบางอย่างจากข้าว ซึ่งใช้รักษาโรคเหน็บชาได้ จึงตั้งชื่อว่า vitamine เพราะคิดว่าเป็นสารจำพวกเอมีน (amine) ต่อมาได้มีการค้นคว้าเรื่องวิตามินอย่างกว้างขวาง พบว่า สารนี้จำเป็นต่อร่างกาย และไม่ได้เป็นสารพวกเอมีนเพียงอย่างเดียว จึงเรียกว่า vitamin แทน vitamine วิตามินอยู่ในกลุ่มสารอาหารที่ไม่ให้พลังงาน แต่ร่างกายขาดไม่ได้ หากขาดจะมีอาการของโรคต่าง ๆ เกิดขึ้น วิตามินแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ละลายในน้ำ ได้แก่ วิตามิน B และวิตามิน C กับกลุ่มที่ละลายในไขมัน ได้แก่ วิตามิน A วิตามิน D วิตามิน E และวิตามิน K ดังนั้นในการปรุงอาหาร หากหั่นผักก่อนแล้วนำไปล้าง วิตามินจะละลายไปกับน้ำหมด จึงควรล้างผักก่อนหั่นหรือปอก สำหรับวิตามินที่ละลายในไขมัน เมื่อเข้าไปในร่างกายจะถูกดูดซึมไปพร้อมกับไขมันในร่างกาย และสะสมเอาไว้ในปริมาณที่พอเหมาะ หากมากเกินไปอาจส่งผลเสียต่อร่างกาย สำหรับวิตามินที่ละลายในน้ำ ส่วนมากทำหน้าที่เป็นเอนไซม์หรือโคเอนไซม์ในร่างกาย ปกติส่วนเกิดนจะขับออกนอกร่างกายทางปัสสาวะ แต่วิตามินกลุ่มนี้จะถูกทำลายได้เมื่อใช้อุณหภูมิสูงในขณะปรุงอาหาร ตารางแสดงความสำคัญและแหล่งที่พบวิตามินชนิดต่าง ๆ (1)
ถึงแม้พืชและสัตว์จะต้องการวิตามินเพื่อใช้ในกระบวนการเมแทบอลิซึมต่าง ๆ ภายในร่างกาย แต่ต่องการวิตามินแต่ละชนิดแตกต่างกันไป พืชสามารถสังเคราะห์วิตามินที่ต้องการทุกชนิดได้เอง แต่ในสัตว์ต้องได้จากอาหาร คนต้องการวิตามิน C จากอาหาร แต่สัตว์หลายชนิดสังเคราะห์วิตามิน C ได้เอง คนต้องการวิตามิน D และ K แต่ในสัตว์ไม่มีกระดูสันหลังไม่ต้องการ เป็นต้น แหล่งที่มา ปรีชา สุวรรณพินิจ และนงลักษณ์ สุวรรณพินิจ. (2555). High School Biology ชีววิทยา ม.4-6 เล่ม 1 (รายวิชาเพิ่มเติม). กรุงเพทฯ: ชัยภัทร พริ้นติ้ง. สุเทพ ดุษฎีวณิชยา. (2546). คู่มือเตรียมสอบเข้ามหาวิทยาลัย ชีววิทยา. กรุงเทพฯ: จิรรัชการพิมพ์. Return to contents ภาพที่ 1 ผักที่อุดมไปด้วยแร่ธาตุต่าง ๆ แร่ธาตุ (mineral) เป็นสารอนินทรีย์ซึ่งร่างกายได้รับในรูปของเกลือแร่ หรือเป็นส่วนประกอบหนึ่งของสารอินทรีย์ต่าง ๆ แร่ธาตุมีความจำเป็นต่อร่างกาย มีอยู่ประมาณ 21 ชนิด ซึ่งแต่ละชนิดมีบทบาทหน้าที่แตกต่างกัน เช่น รักษาสมดุลของกรด-เบส และของเหลวในร่างกาย เป็นส่วนประกอบของเอนไซม์ต่าง ๆ ช่วยในการทำงานของปลายประสาท กล้ามเนื้อ และการแข็งตัวของเลือด แคลเซียม ฟอสฟอรัส ซัลเฟอร์ โพแทสเซียม คลอรีน และแมกนีเซียม เป็นแร่ธาตุที่ร่างกายต้องการในปริมาณที่ค่อนข้างมาก (มากกว่า 100 มิลลกรัม/วัน) เรียกว่า แร่ธาตุที่ต้องการมาก (major elements) ส่วนแร่ธาตุอื่น ๆ ร่างกายต้องการในปริมาณน้อยมาก (น้อยกว่า 20 มิลลิกรัม/วัน) เรียกว่า แร่ธาตุที่ต้องการน้อย (minor element หรือ trace element) เช่น สังกะสี ฟลูออรีน เหล็ก ทองแดง เป็นต้น ประโยชน์ของแร่ธาตุ
ตารางสรุปหน้าที่ อาการขาด แหล่งอาหาร และความต้องการแร่ธาตุของร่างกาย (1) ตารางสรุปหน้าที่
อาการขาด แหล่งอาหาร และความต้องการแร่ธาตุของร่างกาย (2) ตารางสรุปหน้าที่ อาการขาด แหล่งอาหาร และความต้องการแร่ธาตุของร่างกาย (3) แหล่งที่มา เชาวน์ ชิโนรักษ์ และพรรณี ชิโนรักษ์. (2540). ชีววิทยา เล่ม 1. พิมพ์ครั้งที่ 5. กรุงเทพฯ: โสภณการพิมพ์. สมาน แก้วไวรยุทธ. (2544). คู่มือเตรียมสอบ ชีววิทยา ม.4-5-6. กรุงเทพฯ: ไทเนรมิต อินเตอร์ โปรเกรสซิฟ. สุเทพ ดุษฎีวณิชยา. (2546). คู่มือเตรียมสอบเข้ามหาวิทยาลัย Return to contents หัวเรื่อง และคำสำคัญ คาร์โบไฮเดรต, มอโนแซ็กคาไรด์, ไดแซ็กคาไรด์, ไตรแซ็กคาไรด์, โอลิโกแซ็กคาไรด์, พอลิแซ็กคาไรด์, น้ำตาล, กลูโคส,โปรตีน, กรดแอมิโน, โครงสร้างของโปรตีน, หน้าที่โปรตีน, ประเภทโปรตีน,ลิพิด, ประเภทของลิพิด, โครงสร้างลิพิด, กรดไขมัน, ไตรกลีเซอไรด์, ฟอสโฟลิพิด, สเตอรอยด์, คอเลสเทอรอล, HDL, LDL,กรดนิวคลีอิก, DNA, RNA, Nucleic acid, ATP, NAD, FAD, mRNA, tRNA, rRNA, Nitrogenous base, หมู่ฟอสเฟต, deoxyribonucleic acid, ribonucleic acid, hydrogen bond,วิตามิน, ละลายในน้ำ, ละลายในไขมัน, วิตามิน A, วิตามิน B, วิตามิน C, วิตามิน D, วิตามิน E, วิตามิน K, วิตามิน H, Vitamin,Mineral, แร่ธาตุ, แคลเซียม, ฟอสฟอรัส, โพแทสเซียม, ฟลูออรีน, คลอรีน, แมกนีเซียม, ไอโอดีน, โซเดียม, กำมะถัน, สังกะสี, เหล็ก รูปแบบการนำเสนอ แบ่งตามผลผลิต สสวท. สื่อสิ่งพิมพ์ในรูปแบบดิจิทัล ลิขสิทธิ์ สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา ชีววิทยา ช่วงชั้น มัธยมศึกษาตอนปลาย ดูเพิ่มเติม |
เคมีพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต ม.4 ppt
กระทู้ที่เกี่ยวข้อง
ลิขสิทธิ์ © 2024 berikutyang Inc.
