เคมีที่เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต

Denaturation and renaturation of a protein

หน้าทข่ี องโปรตนี เป็ นโครงสร้างเย่ือหุ้มเซลล์และเย่ือหุ้ม organelles เป็ นโครงสร้างสาคญั ของสิ่งมชี ีวติ เช่น keratin เป็ นองค์ประกอบของ เลบ็ ผม เป็ นต้น Hemoglobin ทาหน้าทขี่ นส่งออกซิเจน Hormones ต่างๆ ทาหน้าทคี่ วบคุมการทางานของร่างกาย Actin และ myosin ในกล้ามเนื้อ ทาหน้าที่เกยี่ วกบั การเคลื่อนไหว Enzymes ทาหน้าทเ่ี ป็ นตวั เร่งปฏิกริ ิยาเคมตี ่างๆ ฯลฯ

กรดอะมิโนท่ีจาเป็ นสาหรับคน เมไทโอนีน (Methionie) ฟี นิลอะลานีน (Phenylalanine) อาร์จนี ีน (Arginine) ทรีโอนีน (Threonine) ฮีสทดิ นี (Histidine) ทริปโตเฟน (Tryptophan) วาลนี (Valine) ไอโซลวิ ซีน (Isoleucine) ลวิ ซีน (Leucine) ไลซีน (Lysine) อาร์จีนีนและฮีสทิดีน เป็ นกรดอะมิโนทจ่ี าเป็ นสาหรับการเจริญเตบิ โต และ พฒั นาการในวยั เดก็

สมบัติของโปรตีน 1. การละลายนา้ ไม่ละลายนา้ บางชนิดละลายนา้ ได้เลก็ น้อย 2. ขนาดโมเลกลุ และมวลโมเลกุล ขนาดใหญ่มมี วลโมเลกลุ มาก 3. สถานะ ของแขง็ 4. การเผาไหม้ เผาไหม้มกี ลนิ่ ไหม้ 5. การทาลายธรรมชาติ โปรตนี บางชนิดเมื่อได้รับความร้อน หรือเปลย่ี นค่า pH หรือเตมิ ตวั ทาลายอนิ ทรีย์บางชนิด จะทาให้เปลยี่ นโครงสร้างจบั เป็ นก้อนตกตะกอน 6. การทดสอบโปรตนี สารละลายไบยเู รต เป็ นสารละลายผสมระหว่าง CuSO4 กบั NaOH เป็ นสีฟ้า

ลพิ ดิ (Lipid)  Lipids ไม่ละลายนา้ เน่ืองจากโครงสร้างของ lipids ประกอบด้วย ส่วนทไ่ี ม่มี ข้ัวทางไฟฟ้า เป็ นส่วนมาก  แต่ละลายได้ดใี นตวั ทาละลายที่เป็ นสารอนิ ทรีย์ เช่น อเี ทอร์ เบนซีน คลอโรฟอร์มและ เอทานอล เป็ นต้น  ประกอบด้วย C,H,O มอี ตั ราส่วนของอะตอม H ต่อ O เท่ากบั 2 :1  ได้แก่  ไขมัน (Fat)  Phospholipid  Steroid  ขีผ้ ึง้ (Wax)

โมเลกลุ ของไขมนั และนา้ มนั ประกอบด้วยแอลกอฮอล์ที่ เรียกว่า กลเี ซอรอล (glycerol) และกรดไขมัน (fatty acid) จานวนกรดไขมนั ในโมเลกลุ ของไขมนั และนา้ มนั Monoglyceride Diglyceride Triglyceride

Triglyceride ไขมัน 1 โมเลกลุ ประกอบด้วย Glycerol 1 โมเลกลุ และ กรดไขมัน 3 โมเลกลุ



ขผี้ งึ้ หรือไข (wax) เป็ นลพิ ดิ ทีป่ ระกอบด้วยกรดไขมันกบั แอลกอฮอล์ทมี่ ีโมเลกลุ ใหญ่ มนี า้ หนักโมเลกลุ สูง เช่น ขผี้ งึ้ ซ่ึงจะพบได้ท่ผี วิ นอกของเปลือกผลไม้ ผวิ ใบไม้ สารเคลือบ ปี กแมลงและขนของสัตว์ปี ก ปลาวาฬจะสะสมไขไว้ใช้เป็ นพลงั งาน แทนไตรกลเี ซอไรด์

ฟอสโฟลพิ ดิ เป็ นไขมนั ทม่ี ีโครงสร้างทางเคมคี ล้ายกบั ไตรกลเี ซอไรด์ แตกต่าง กนั ทหี่ มู่ของกรดไขมนั 1 หมู่จะมหี มู่ฟอสเฟตเป็ นองค์ประกอบ ฟอสโฟลพิ ดิ เป็ นองค์ประกอบหลกั ของเย่ือหุ้มเซลล์ เนื้อเยื่อประสาท นา้ เลือด เช่น เลซิทนิ เซฟาลนิ

Phospholipids เป็ นองค์ประกอบหลกั ของ cell membrane ประกอบด้วย  glycerol 1 โมเลกลุ  fatty acid 2 โมเลกลุ และ  phosphate group (phosphate group มปี ระจุ -) มีส่วนหัวทมี่ ีประจุ และเป็ นส่วนทชี่ อบนา้ (hydrophilic) และส่วน หางทีไ่ ม่ชอบนา้ (hydrophobic)



ที่ cell membrane ของส่ิงมีชีวติ Phospholipids จะ เรียงตัวเป็ น 2 ช้ัน โดย hydrophilic head จะหันออก ทางด้านนอกเข้าหากนั ส่วน hydrophobic tail อยู่ตรง กลาง Phospholipid bilayer

ไกลโคลพิ ดิ เป็ นลพิ ดิ ทป่ี ระกอบด้วยกรดไขมัน คาร์โบไฮเดรตและ สารประกอบเบสทม่ี ีไนโตรเจนเป็ นองค์ประกอบ เช่น เซเรโบรไซต์ มนี า้ ตาลกลโู คสเป็ นองค์ประกอบ กาแลก็ โทลพิ ดิ มีนา้ ตาลกาแลก็ โทสเป็ นองค์ประกอบ สารท้งั สองชนิดนี้ พบในเยื่อเซลล์สมอง และ เนื้อเย่ือประสาท ลโิ พโปรตีน เป็ นลพิ ดิ ทมี่ สี ารโปรตนี จบั รวมอยู่ พบในนา้ เลือด ทา หน้าท่ีขนส่งพวกลพิ ดิ ในเลือดไปยงั เซลล์ต่างๆ ทว่ั ร่างกาย

กรดไขมนั เกดิ จากการย่อยสลายตัวของลพิ ดิ แบ่งได้เป็ น 2 ชนิด คือ 1 กรดไขมันอม่ิ ตวั (saturated fatty acid) มคี าร์บอนทุกอะตอมต่อ กนั อยู่ด้วยพนั ธะเดย่ี ว เช่น กรดบวิ ไทริก กรดปาลมติ กิ และกรดสเตยี ริก 2 กรดไขมนั ไม่อม่ิ ตวั (unsaturated fatty acid) มบี างพนั ธะระหว่าง อะตอมของคาร์บอนเป็ นพนั ธะคู่ พบมากทีส่ ุดคือ กรดโอเลอกิ

ไขมนั ทไ่ี ด้จากสัตว์ เช่น เนย มีกรดไขมันอม่ิ ตวั เป็ นองค์ประกอบ มีลกั ษณะเป็ นของแขง็ ทอ่ี ุณหภูมหิ ้อง ไขมันจากพืช มกี รดไขมนั ไม่อมิ่ ตวั เป็ นองค์ประกอบ มลี กั ษณะเป็ น ของเหลวทอ่ี ณุ หภูมิห้อง

Unsaturated fat Saturated fat and fatty acid and fatty acid

Steroids สเตรอยด์ เป็ น lipids ประกอบด้วย C เรียงตวั เป็ นวงแหวน 4 วง โครงสร้างท่วั ๆ ไปของสเตรอยด์

สเตรอยด์ทพ่ี บทวั่ ไป คือ คอเลสเทอรอล (cholesterol) เป็ นองค์ประกอบของ cell membrane และบางชนิดเป็ น ฮอร์โมนเพศ เช่น โพรเจสเทอโรน และเทสโทสเทอโรน สูตรโครงสร้างของสเตรอยด์บางชนิด ก. เทสโทสเทอโรน ข. โพรเจสเทอโรน ค. คอเลสเทอรอล

การทดสอบอาหาร

กรดนิวคลอี กิ (Nucleic acid)  Nucleic acid เป็ นแหล่งเกบ็ ข้อมูลทางพนั ธุกรรมและ ถ่ายทอดลกั ษณะของสิ่งมีชีวติ Nucleic acid มี 2 ชนิด ได้แก่  Ribonucleic acid (RNA)  Deoxyribonucleic acid (DNA)

DNA ถูกใช้เป็ นแม่แบบในการสังเคราะห์ m RNA ซ่ึงถูกใช้ เป็ นตวั กาหนดในการสังเคราะห์โปรตนี DNA RNA protein

ส่ิงมีชีวติ ได้รับการถ่ายทอด DNA จากรุ่นพ่อแม่ โมเลกลุ ของ DNA เป็ นสายยาวมยี นี เป็ นจานวนมากเป็ น องค์ประกอบ DNA อาจเกดิ การเปลยี่ นแปลงได้ เนื่องจากสาเหตุต่างๆ เช่น ฤทธ์ิของสารเคมี หรือ รังสีจากสารกมั มันตรังสี การเปลยี่ นลาดบั nucleotide ใน DNA อาจมผี ลให้ สิ่งมชี ีวติ มลี กั ษณะเปลย่ี นแปลงไปจากเดมิ ได้ การเปลย่ี นแปลงลกั ษณะของสิ่งมีชีวติ ที่มผี ลมาจากการ เปลยี่ นแปลงลาดบั nucleotide สามารถถ่ายทอดต่อไปยงั รุ่น ลูกได้

สายของ nucleic acid ประกอบด้วย polymer ของ nucleotides แต่ละ nucleotide ประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่  Nitrogen base ไนโตรเจนเบส  Pentose sugar นา้ ตาลเพนโทส  Phosphate group หมู่ฟอสเฟส

Nitrogen base แบ่งออกเป็ น 2 กลุ่ม ตามโครงสร้างทางเคมี ได้แก่ Pyrimidines Purines

ใน DNA และ RNA มเี บสอยู่ 4 ชนิดเท่าน้ัน  DNA มเี บส A, G, C, T  RNA มเี บส A, G, C, U

นา้ ตาล pentose ใน RNA คือ ribose ใน DNA คือ deoxyribose

ตรงตาแหน่งอะตอมคาร์บอนที่ 5 ของนา้ ตาล pentose มหี มู่ phosphate มาต่อ

The components of nucleic acids

ลาดบั ของ nitrogen base บนสาย DNA หรือ mRNA มลี กั ษณะเฉพาะตวั ลาดบั ของ base ในยนี จะเป็ นตัวกาหนดลาดบั ของ amino acid ของ polypeptide ของโปรตีน

3. การถ่ายทอดลกั ษณะทางกรรมพนั ธ์ุเกดิ ขนึ้ เนื่องจาก DNA มีการ จาลองตวั เอง RNA ประกอบด้วยสาย polynucleotide เพยี งสายเดยี ว DNA ประกอบด้วยสาย polynucleotide 2 สายเรียงต่อ ขนานกนั และมีโครงสร้างเป็ นเกลยี ว เรียกว่า double helix

สายท้งั สองของ DNA มีการเรียงตัว สลบั ปลายกนั คือ ปลายด้าน 5’ ของ DNA สายหน่ึงจะเข้าคู่กบั ปลายด้าน 3’ ของอกี สายหนงึ่ โดยยดึ ติดกนั ด้วย H-bond ระหว่าง A กบั T และ G กบั C ลกั ษณะการเข้าคู่กนั ของ base เรียกว่า complementary





The DNA double helix and its replication เมื่อเซลล์จะมกี ารแบ่งตัว DNA จะจาลองตัวเอง และถ่ายทอดต่อไป ให้เซลล์ใหม่ การสร้าง DNA โมเลกลุ ใหม่ เรียกว่า DNA replication



ปัจจุบนั นักวทิ ยาศาสตร์พยายามเปรียบเทยี บลาดบั nucleotide ของยนี ชนิดเดยี วกนั จากส่ิงมชี ีวติ ต่างๆ เพ่ือใช้ในการจาแนกกลุ่มของส่ิงมชี ีวติ และศึกษา เร่ืองววิ ฒั นาการของสิ่งมชี ีวติ ชนิดต่าง ๆ

วติ ามิน (vitamins) เป็ นสารอนิ ทรีย์ท่รี ่างกายมีความต้องการปริมาณเลก็ น้อย เพ่ือทาหน้าทเ่ี ฉพาะอย่างในร่างกาย จาเป็ นสาหรับการดารงชีวติ ให้เป็ น ปกติ วติ ามนิ บางอย่างร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ วติ ามนิ จะไม่ให้พลงั งาน ทาหน้าทเ่ี ป็ นโคเอนไซม์ (coenzyme) ทาให้นา้ ย่อยทางานได้อย่าง สมบูรณ์

ประเภทของวติ ามิน แบ่งเป็ น 2 ชนิด คือ วติ ามนิ ทล่ี ะลายได้ในไขมัน ได้แก่ วติ ามนิ เอ ดี อี เค ตามธรรมชาตจิ ะ อยู่ร่วมกบั ไขมนั ในวตั ถุดบิ อาหารสัตว์ การดูดซึมต้องอาศัยนา้ ดี (bile) วติ ามนิ ท่ลี ะลายได้ในนา้ ทส่ี าคญั คือ วติ ามินบี1 บี2 บ6ี บี12 ไนอะซิน กรดแพนโธทินิก กรดโฟลคิ ไบโอตนิ และโคลนี วติ ามินพวกนีล้ ะลายนา้ ได้ ไม่สามารถสะสมในร่างกายสัตว์ได้ ยกเว้น วติ ามินบี 12 สามารถ สะสมไว้ได้

หน้าทข่ี องวติ ามนิ มหี น้าทดี่ งั ต่อไปนี้  เป็ นส่วนประกอบของนา้ ย่อยและช่วยให้นา้ ย่อยทางานได้เตม็ ท่ี  ช่วยในการสร้างกระดูก เช่น วติ ามินดี และวติ ามนิ เอ  ช่วยให้เลือดแข็งตัว เช่น วติ ามนิ เค  ป้องกนั การเหมน็ หืนหรือไขมันแตกตวั เช่น วติ ามนิ อี  ช่วยให้ระบบสืบพนั ธ์ุเป็ นปกติ เช่น วติ ามินเอ วติ ามินดี และวติ ามนิ อี  ป้องกนั การเกดิ โรคในสัตว์

ลกั ษณะอาการขาดวติ ามนิ ชนิดต่าง ๆ ลกั ษณะอาการขาดวติ ามินเอ ทาให้เกดิ โรคตาบอดในเวลากลางคืน กระดูกอ่อน และระบบสืบพนั ธ์ุผดิ ปกติ ลกั ษณะอาการขาดวติ ามนิ ดี ทาให้เกดิ โรคกระดูกอ่อน โรคกระดูกผุ ระบบ สืบพนั ธ์ุผดิ ปกติ ลกั ษณะอาการขาดวติ ามนิ อี ทาให้เกดิ โรคกล้ามเนื้อลบี โรคประสาทในไก่ ลกั ษณะอาการชาดวิตามนิ เค ทาให้โลหิตไหลไม่หยุด หรือเลือดไม่แขง็ ตัว (hemophilia) ลกั ษณะอาการขาดวติ ามินบีรวม ทาให้เกดิ โรคเหน็บชาในคน โรคแหงนดูดาวใน ไก่ โรคขาอมั พาตในไก่ โรคโลหิตจาง ระบบนา้ ย่อยทางานไม่ปกติ ลกั ษณะอาการขาดวติ ามินซี ทาให้เกดิ โรคเลือดออกตามไรฟัน หรือโรค ลกั ปิ ดลกั เปิ ด

ปฏิกริ ิยาเคมีในเซลล์ของส่ิงมีชีวติ แบ่งออกเป็ น 2 ประเภท คือ 1. ปฏกิ ริ ิยาคายพลงั งาน หมายถงึ ปฏิกริ ิยาท่เี กดิ ขนึ้ แล้วจะปล่อย พลงั งานออกมามากกว่า พลงั งานกระตุ้นทใ่ี ส่เข้าไป 2. ปฏิกริ ิยาดูดพลงั งาน หมายถงึ ปฏกิ ริ ิยาท่เี กดิ ขนึ้ แล้วจะปล่อย พลงั งานออกมาน้อยกว่า พลงั งานกระตุ้นทใี่ ส่เข้าไป

ปัจจยั ทม่ี ผี ลต่อปฏิกริ ิยาเคมี 1. ธรรมชาตขิ องสารต้งั ต้น : สารต้งั ต้นบางชนิดทาปฏกิ ริ ิยาได้เร็วแต่ บางชนิดทาปฏกิ ริ ิยาได้ช้า 2. ความเข้มข้นของสารต้งั ต้น : สารทม่ี คี วามเข้มข้นมากจะเกดิ ปฏิกริ ิยา ได้เร็วกว่าสารทมี่ ีความเข้มข้นน้อย

3. พืน้ ท่ผี วิ ของสารต้งั ต้น : การเพมิ่ พืน้ ท่ผี วิ จะทาให้ปฏกิ ริ ิยาเกดิ ขนึ้ ได้ เร็ว 4. อณุ หภูมิ 5. ตัวเร่ง และตวั หน่วง : ตัวเร่งปฏกิ ริ ิยา (catalyst) เป็ นสารท่ีช่วยเร่งให้ปฏกิ ริ ิยาเกดิ ได้เร็วขนึ้ ตัวหน่วงปฏิกริ ิยา (Inhibitor) มีผลทาให้ เกดิ ปฏิกริ ิยาได้ช้าลง หรือ หยุดย้งั ปฏกิ ริ ิยาได้อย่างสิ้นเชิง

เอนไซม์และการทางานของเอนไซม์ เป็ นสารอนิ ทรีย์ประเภทโปรตีน ทาหน้าทเี่ ป็ นตวั เร่งปฏิกริ ิยาเคมีในเซลล์ ของส่ิงมีชีวติ โดยการลดระดบั พลงั งานกระตุ้นลง ทาให้เกดิ ปฏิกริ ิยาง่าย ขนึ้ คุณสมบตั ทิ สี่ าคญั ทสี่ ุดของเอนไซม์คือ มีความเฉพาะเจาะจง (SPECIFICITY) เอนไซม์จะทาหน้าทไี่ ด้ดที อี่ ณุ หภูมแิ ละความเป็ น กรด- เบสทเี่ หมาะสม

ปัจจยั ที่มมี ผี ลต่อการทางานของเอนไซม์ 1. pH เอนไซม์แต่ละตวั จะมคี ่า pH ทท่ี างานได้ดที สี่ ุด ส่วนใหญ่จะอยู่ระหว่าง pH 5 ถงึ pH 9

2. อุณหภูมิ เม่ือเพม่ิ อณุ หภูมมิ กั จะทาให้ปฏกิ ริ ิยาเคมที ว่ั ๆ ไปมีอตั ราเร็วสูงขนึ้  แต่ทอ่ี ณุ หภูมิสูงเกนิ ไปอาจทาให้เอนไซม์เสียสภาพธรรมชาติ อตั ราเร็วจะลดลงทันที

ส่ิงแวดล้อมที่มผี ลต่อการทางานของเอนไซม์

3. โคแฟคเตอร์ เอนไซม์บางตัวอาจไม่สามารถทางานได้โดยตวั โปรตีนของมนั เอง ต้องมีสาร โมเลกลุ เลก็ ทเ่ี รียกว่า โคแฟคเตอร์ (co-factor) ของเอนไซม์มาร่วม ทางานด้วย มีอยู่สองชนิดใหญ่ๆ คือ ออิ อนของโลหะ และโคเอนไซม์

4. ตัวยบั ย้งั เอนไซม์ การยบั ย้งั เอนไซม์หรือการทาให้ปฏกิ ริ ิยาเอนไซม์ดาเนินช้าลงหรือหยุด ทางานน้ันมีความสาคญั