สารชีวโมเลกุล

โปรตีน (protein) 51  ประเภทของกรดอะมโิ น ในโปรตีนทว่ั ไปจะพบประมาณ 20 ชนดิ ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ กรดอะมโิ นจาเปน็ (Essential Amino Acid) คือ กรดอะมิโนที่ร่างกาย ตอ้ งการแต่ไม่สามารถสรา้ งเองได้ ต้องอาศยั การรบั ประทานอาหารเข้าไป กรดอะมโิ นไม่จาเป็น (Non Essential Amino Acid) คอื กรดอะมโิ นท่ี รา่ งกายสามารถสรา้ งเองได้ ไมจ่ าเปน็ ตอ้ งไดร้ บั จากอาหาร

โปรตนี (protein) 52

โปรตีน (protein) 53 # กรดอะมิโนทล่ี ะลายนา้ ดี ไดแ้ ก่ Glycine และ Serine # กรดอะมิโนไม่ละลายนา้ ได้แก่ Alanine และ Valine # กรดอะมโิ นมีสมบตั ิเปน็ เบส ไดแ้ ก่ Lysine และ Histidine # กรดอะมิโนมีสมบตั ิเปน็ กรด ไดแ้ ก่ Aspartic และ Glutamic

โปรตีน (protein) 54  ชนิดของโปรตีน  แบง่ ชนดิ ของโปรตีนโดยยึดโครงสรา้ งเป็นเกณฑ์ สามารถแบ่งได้เปน็ 2 ชนดิ คือ  โปรตนี เสน้ ใย (Fibrous Protein) ทาหน้าท่ีเปน็ โครงสรา้ งของเซลล์ ทาให้เกดิ การเคล่ือนไหวหรอื เปลย่ี นแปลงรูปร่างของเซลล์ เชน่ เคราตนิ คอลลาเจน  โปรตีนกอ้ นกลม (Globular Protein) เชน่ เอนไซม์ ฮีโมโกลบินในเม็ดเลอื ด แดง นอกจากน้ียังมแี อนติบอดี และฮอร์โมนชนดิ ตา่ งๆ ดว้ ย

โปรตนี (protein) 55

โปรตีน (protein) 56  โครงสรา้ งของโปรตนี  พอลิเปปไทด์ทถี่ กู สร้างข้นึ มา จะมีการม้วนพบั บดิ หรอื ขด เพอ่ื ใหเ้ กิดรูปร่างที่ เหมาะสมพรอ้ มจะทาหน้าท่ี  จาแนกไดเ้ ป็น 4 ระดบั คอื 1. โครงสร้างปฐมภมู ิ (primary structure) เป็นโครงสร้างที่กรดอะมโิ นมา ตอ่ กนั เปน็ สายยาว 2. โครงสรา้ งทตุ ิยภูมิ (secondary structure) เปน็ โครงสร้างที่มีการขดตวั หรอื มว้ นพบั ของสายพอลเิ ปปไทด์ มี 2 แบบคอื β-pleated และ α-helix

โปรตนี (protein) 57 3. โครงสรา้ งตติยภูมิ (tertiary structure) เกิดจากโปรตนี โครงสร้างทตุ ิยภมู ิ ซ่ึงอาจมีท้ัง β-pleated และ α-helix มาม้วนขดพับไปมา โดยมีแรงยดึ ระหว่าง หมู่ R ของกรดอะมโิ น ทาใหเ้ กดิ รูปร่าง 3 มติ ทิ ีเ่ หมาะสมต่อการทาหนา้ ท่ี 4. โครงสรา้ งจตุรภูมิ (quaternary structure) เปน็ โครงสรา้ งของโปรตีนท่ีมี พอลิเปปไทด์มากกว่า 1 สายหรอื มีหลายหนว่ ยยอ่ ยท่เี ป็นชนิดเดียวกันหรือ ตา่ งชนดิ กันมาอยู่รว่ มกัน เพ่ือทาหน้าที่

โปรตนี (protein) 58 รปู แสดงโครงสรา้ งของโปรตีนระดบั ตา่ ง ๆ

โปรตนี (protein) 59 เคราตนิ (keratin) • เป็นโปรตีนทีพ่ บในเส้นผม ขนสัตว์ และเขา • มีเกลียวอัลฟาเปน็ โครงสร้างพน้ื ฐาน • เกลยี วอัลฟา 2 เส้น พนั เปน็ เกลยี วมว้ น >>protofibril >> microfibril >> macrofibrill ฝงั อยใู่ นโปรตนี พืน้ (matrix protein) ซึ่งมีกรดอะมิโนซิสเตอนี สูง

โปรตีน (protein) 60 ไฟโบรอิน (fibroin) • เป็นโปรตีนทพ่ี บในเส้นไหม • โครงสรา้ งเป็นแผน่ พลีทบีตา ชนิดทมี่ ีเปปไทดว์ ่ิงสวนกนั ทาใหไ้ ฟโบรอนิ มีลกั ษณะเปน็ แผน่ พลที หลาย ๆ แผน่ มาซอ้ นทบั กัน • มีแรงดึงดูดชนิด van der Waals ระหวา่ งแต่ละแผน่

โปรตีน (protein) 61 คอลลาเจน (collagen) • เปน็ โปรตีนท่มี มี ากท่ีสุดในสัตว์ โดยพบในกระดูก ผวิ หนงั หลอดเลือด เนื้อเยอื่ ยดึ เหน่ียว (connective tissues) • ประกอบด้วยโมเลกุลโปรตีนเรียงเป็นแถว มชี ่องว่างระหวา่ งโมเลกลุ ซ่ึงเป็นบริเวณท่ีจะสะสมแคลเซียม ในกระดูก • สายเปปไทดใ์ นคอลลาเจนมีลาดบั กรดอะมโิ น ท่ซี า้ กัน คอื (Gly-X-Pro)

โปรตีน (protein) 62 ไมโอโกลบิน (myoglobin) • ประกอบด้วยกรดอะมโิ น 153 ตวั กบั หมฮู่ มี หนง่ึ หมู่ • โปรตนี เป็นชนิดอลั ฟาทง้ั หมด 8 เกลยี ว A, B, C, D, E, F, G และ H โดยหมฮู่ ีมจะฝังตวั ในรอ่ งของโปรตีน • โปรตนี ชนดิ น้จี ะพบในกลา้ มเนอื้ ทาหนา้ ทร่ี ับออกซเิ จน จากฮโี มโกลบินและสะสมไว้ใช้ยามตอ้ งการ

โปรตีน (protein) 63 ฮโี มโกลบนิ (hemoglobin) • ที่พบมากทส่ี ดุ คอื hemoglobin A ประกอบด้วยสายเปปไทดช์ นดิ อลั ฟาและบตี า ชนิดละ 2 สาย แต่ ละสายมฮี มี 1 หมู่ ซงึ่ สามารถจับกบั ออกซิเจนได้ 1 โมเลกุล • การจับของออกซเิ จนตวั แรกกับฮมี ตัวแรก จะทาให้การจับของออกซเิ จนกบั ฮมี ตัวถัด ๆ ไป จะเกิดได้ง่ายขึน้ ปรากฏการณ์นเี้ รยี กวา่ การจบั แบบรว่ มมอื กัน (cooperative binding)

โปรตนี (protein) 64  สมบัตขิ องโปรตนี  เผาไหมจ้ ะมีกลิ่นเหม็น เชน่ เสน้ ผม  โปรตีนทกุ ชนิดต้องประกอบด้วยกรดอะมิโน  ทาปฏกิ ริ ิยากับกรดหรอื เบส ได้เปน็ กรดอะมโิ น  ตกตะกอนไดง้ ่ายเมื่อถูกความร้อน แอลกอฮอล์ อะซโิ ตนและโลหะหนัก  ดดู กลืนแสงในช่วยอุลตราไวโอเลตทค่ี วามยาวคลน่ื ประมาณ 210-230 นาโนเมตร

โปรตนี (protein) 65 คุณสมบตั ทิ างชวี ภาพของโปรตีน เอนไซม์ (Enzyme) ทาหน้าทเ่ี ปน็ ตัวเร่ง (Catalyst) ปฏิกริ ิยาตา่ งๆในส่งิ มีชวี ิต โปรตีนโครงสร้าง (Structural protein) ทาหน้าท่เี ป็นโครงสรา้ งของส่วนต่างๆในรา่ งกาย และ ให้ความแขง็ แกรง่ หรือยดึ เหน่ียวส่วนตา่ งๆไว้ โปรตนี ขนสง่ (Transport protein) ทาหน้าทข่ี นส่งส่ิงทจ่ี าเป็นไปยงั อวัยวะต่างๆ โปรตนี ท่ที าหน้าที่ในการยืดหดตัว (Contractile protein) ฮอรโ์ มน (Hormone) ทาหน้าทีค่ วบคมุ กระบวนการทางเมตาบอลซิ ึมในร่างกาย โปรตีนสะสม (Storage protein) เปน็ แหลง่ สะสมกรดอะมโิ น เพ่ือใช้ในการเจริญเติบโต โปรตีนทาหนา้ ท่ีปอ้ งกนั (Protective protein) โปรตีนต้อนรบั (Receptor protein) โปรตีนทาหน้าทเ่ี ป็นสารพิษ (Toxin) โปรตีนที่เก่ยี วข้องกับการทางานของยนี โปรตีนทช่ี ว่ ยในการแขง็ ตัวของเลือด

โปรตนี (protein) 66  การเปลย่ี นสภาพของโปรตีน อุณหภูมิ โปรตีนแต่ละชนิดจะมคี ณุ ภาพหรือมปี ระสิทธภิ าพในการทางาน จะตอ้ งอยใู่ นชว่ งอณุ หภมู ิทเี่ หมาะสมสาหรบั โปรตนี ชนิดน้นั ๆ เชน่ เอนไซม์จะ ทางานไดด้ ใี นช่วงอุณหภูมิ 25 – 40 องศา ความเป็นกรด – เบส โปรตนี เม่ือยูใ่ นสภาพเป็นกรดหรอื เบส จะทาให้เกิดการ ตกตะกอน แสดงวา่ โครงสรา้ งโปรตนี เกดิ การเสยี สภาพ แอลกอฮอล์ และอะซโิ ตน เช่นในเอทานอลทาให้โปรตีนตกตะกอนไม่ละลายนา้

โปรตีน (protein) 67 การเปล่ียนสภาพของโปรตนี (ตอ่ ) ไอออนของโลหะหนกั เช่น Pb2+ , Hg2+ , Cu2+ , Ag2+ ทาให้โปรตีนเปลี่ยน สภาพเป็นตะกอนเพราะไอออนของโลหะไปจับกับไอออนลบของโปรตีน ใชใ้ น การขบั สารพษิ เกลอื ท่ีมีความเขม้ ขน้ สงู เช่น (NH4)2SO4 ทาใหโ้ ปรตีนเสยี สภาพตกตะกอน เพราะไอออนของเกลือไปดึงโมเลกลุ น้าจากโปรตนี ให้ลดลง

โปรตีน (protein) 68  การทดสอบโปรตีน โปรตนี จะเกดิ ปฏกิ ิรยิ ากบั สารละลาย CuSO4 ใน NaOH จะใหส้ ารประกอบ เชิงซ้อนของทองแดงกบั สารที่มพี นั ธะเปปไทด์ ต้งั แต่ 2 พนั ธะข้ึนไป ซงึ่ จะมีสี นา้ เงินมว่ ง สาหรบั พวกเปปไทดโ์ มเลกลุ เล็กๆ อาจใหส้ ีไม่ชดั เจน วธิ นี เี้ รียกว่า Biuret Test โปรตนี สามารถเกิดปฏกิ ิรยิ ากบั กรดไนตรกิ (HNO3) เกิดเป็นสเี หลอื ง โปรตีนสามารถเกิดปฏิกริ ิยากบั สารละลายแอมโมเนยี (NH3) ซึ่งจะเหน็ เปน็ สี เหลืองเข้ม

กรดนวิ คลอี กิ (nucleic acid) 69 กรดนิวคลีอิกมี 2 ชนดิ 1. Deoxyribonucleic Acid (DNA) 1. เป็นสารทีค่ วบคุมลักษณะพนั ธุกรรมของส่งิ มชี วี ติ 2. พบอยใู่ นนวิ เคลยี ส (nucleus) ไมโทคอนเดรยี (mitochondria) และคลอโรพลาสต์ (chloroplast) 3. เป็นส่วนประกอบหลกั ของโครโมโซม (chromosome) 4. เป็นแม่แบบในการสร้างโปรตนี ชนิดต่างๆ ภายในเซลลโ์ ดยการสง่ คาสงั่ ผา่ น RNA

กรดนิวคลอี กิ (nucleic acid) 70 2. Ribonucleic Acid (RNA) 1. พบอยใู่ นนวิ เคลยี ส (nucleus) ไมโทคอนเดรีย (mitochondria) คลอโรพลาสต์ (chloroplast) และไซโทพลาซมึ (cytoplasm) 2. มีลกั ษณะเป็นสายเดียว มีหนา้ ท่ีในการสร้างโปรตีน

กรดนวิ คลอี กิ (nucleic acid) 71

กรดนิวคลอี กิ (nucleic acid) 72  หน่วยยอ่ ยของกรดนวิ คลีอิก คอื นิวคลโี อไทด์ (nucleotide) แตล่ ะนวิ คลีโอไทด์ประกอบดว้ ย 3 ส่วนคือ 1. นา้ ตาลทีม่ คี าร์บอน 5 อะตอม 2. ไนโตรจนี ัสเบส (nitrogenous base) 3. หมู่ฟอสเฟต

กรดนวิ คลอี กิ (nucleic acid) 73

กรดนวิ คลีอิก (nucleic acid) 74  1. นาตาลทม่ี ีคารบ์ อน 5 อะตอม มี 2 ชนิด คอื  ไรโบส (Ribose) พบท่ี RNA  ดีออกซไี รโบส (deoxyribose) พบที่ DNA นา้ ตาลทง้ั สองจะแตกต่างกนั ที่ คาร์บอนตาแหนง่ ที่ 2 ของน้าตาลไรโบสมีหมู่ –OH ในขณะทดี่ อี อกซไี รโบส มเี ฉพาะ H ไม่มี O

นาตาลเพนโทส (Pentose) 75 กรดไรโบนิวคลอี กิ กรดดอี อกซิไรโบนิวคลอี กิ Ribonucleic acid (RNA) Deoxyribonucleic acid (DNA)

กรดนวิ คลอี กิ (nucleic acid) 76 2. ไนโตรจีนสั เบส (nitrogenous base) เปน็ เบสทีม่ ี N เปน็ ส่วนประกอบ มี 2 ชนดิ คอื  เบสพวิ รนี (purine) มีวงแหวน 2 วง ได้แก่ อะดีนีน (Adenine : A) และ กวานนี (Guanine : G)  เบสไพริมิดนี (pyrimidine) มวี งแหวน 1 วง ได้แก่ ไซโทซนี (cytosine : C) และไทมนี (Thymine : T) (พบเฉพาะใน DNA) และยรู าซลิ (Uracil : U) (พบเฉพาะใน RNA)  เบสเหล่าน้จี ับนา้ ตาล 5 คาร์บอน ตรงตาแหนง่ คารบ์ อนตัวท่ี 1 3. หมฟู่ อสเฟต จับกับน้าตาล 5 คารบ์ อน ตรงตาแหนง่ คารบ์ อนตวั ท่ี 5

กรดนิวคลีอกิ (nucleic acid) 77 ไนโตรจนี สั เบส การเชอ่ื มตอ่ กนั ระหวา่ งเบส นาตาลและหมู่ฟอสเฟต

กรดนวิ คลอี กิ (nucleic acid) 78 หมฟู่ งั กช์ ัน DNA RNA เบส พิวรนี (Purine) อะดีนนี (A) อะดนี นี (A) กวานนี (G) กวานีน (G) ไพรมิ ดิ ีน(Pyrimidine) ไทมีน (T) ยูราซิล (U) ไซโทซีน (C) ไซโทซีน (C) นาตาล ดีออกซไี รโบส (dR) ไรโบส (R) หมฟู่ อสเฟต ฟอสเฟต (P) ฟอสเฟต (P)

กรดนวิ คลอี กิ (nucleic acid) 79  กรดนิวคลีอิก ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์หลายหนว่ ยมาตอ่ เปน็ เส้นยาว เรยี กเสน้ ยาวนี้ ว่า พอลนิ วิ คลโี อไทด์ (polynucleotide) โดยเกดิ พันธะทีเ่ รยี กว่า พันธะฟอสโฟได เอสเทอร์ (phosphodiester bond)  DNA ระหว่างสายพอลินิวคลีโอไทด์จะมาเช่อื มตอ่ กันด้วยพนั ธะไฮโดรเจน โดย เบส A จบั กบั เบส T (สร้างพนั ธะคู่) และเบส G จบั กบั เบส C (สร้างพันธะสาม)  RNA มสี ายพอลินิวคลีโอไทด์ 1 สาย มี 3 ชนดิ  1. mRNA (messenger RNA) รบั ขอ้ มูลจาก DNA เพื่อนาไปสร้างโปรตีน  2. tRNA (transfer RNA) ขนส่งกรดอะมโิ น เพือ่ สรา้ งโปรตีน  3. rRNA (ribosomal RNA) เปน็ ส่วนประกอบของไรโบโซม

กรดนวิ คลอี กิ (nucleic acid) 80

กรดนวิ คลอี กิ (nucleic acid) 81

82

โครงสร้างเกลยี วคู่ของกรดนิวคลอี กิ แกนของสายดีเอน็ เอ (นา้ ตาลและฟอสเฟต) ทมี่ ีทศิ ทางสวนกนั ซ่ึงอยู่ ด้านนอก และเป็ นเกลยี วคู่กนั ไป การจบั คู่ระหว่างเบส \"pyrimidine\" และ \"purine” ด้านในของโมเลกลุ ดเี อน็ เอ พนั ธะไฮโดรเจนระหว่างเบส: 2 พนั ธะระหว่าง A-T pair และ 3 พนั ธะ ระหว่าง G-C pair 83

84

85

86

87

88

89

กรดนวิ คลีอกิ (nucleic acid) 90 โครงสร้างเกลยี วคขู่ องกรดนิวคลีอิก  B DNA: นวิ คลีโอไทด์แตล่ ะตัวอยหู่ ่างกัน 3.4 0A  1 อังสตรอม หรือ 10-10 เมตร หรอื 0.1 นาโนเมตร (1 x 10-1 x 10-9)  นวิ คลีโอไทด์แต่ละตวั เอียงทามมุ กับแกนกลาง 36 องศา  เวียนครบ 1 รอบจะประกอบไปด้วยนิวคลีโอไทด์ 10 คู่ และมคี วามยาว 34 0A  โมเลกลุ DNA จะมเี สน้ ผา่ นศูนยก์ ลาง 20 0A

กรดนิวคลอี ิก (nucleic acid) 91 สมบตั ิของกรดนิวคลีอกิ  การเปน็ กรด (Acidity): หมูฟ่ อสเฟตในโมเลกุล  ความหนืด (Viscosity): dsDNA>ssDNA  การถกู สลายดว้ ยกรด-ดา่ ง (Acid-Base hydrolysis)  การเสียสภาพและการกลบั คืนสูธ่ รรมชาติ (Denaturation and Renaturation)  การดดู กลนื แสง (Absorbtion): 260 nm

การเสียสภาพและการกลบั คืนสู่ธรรมชาติ 92

ดเี อ็นเอ ยนี และโครโมโซม (DNA Gene and Chromosome) 93  DNA อย่บู น Chromosome หรือ โครโมโซมประกอบด้วยดีเอน็ เอและโปรตนี  หนึง่ โมเลกลุ DNA คอื Chromosome หนึ่งแทง่  Gene คอื หนว่ ยพันธกุ รรมทอี่ ย่บู น Chromosome  Gene คอื ลาดับนิวคลีโอไทด์สว่ นหนึ่งสว่ นใดบนสาย DNA ทมี่ ีรหัสการสร้าง สายอารเ์ อน็ เอหรอื พอลเิ พปไทด์

94