สารชีวโมเลกุล - Division of Biotechnology | Faculty of ... · PDF file · 2017-02-07สารชีวโมเลกุล Biomolecules...

สารชวโมเลกล Biomolecules

ดร.รฐพร จนทรเดช คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยแมโจ

เคมพนฐานของชวต 1. สารอนนทรย ไดแก น า แรธาต

2. สารอนทรย ไดแก คารโบไฮเดรต ไขมนโปรตน กรดนวคลอก

น า (H2O) • เซลลมน าเปนสวนประกอบอยภายใน 70 –

90% • น า 1 โมเลกล ประกอบดวย ไฮโดรเจน 2

อะตอม และออกซเจน 1 อะตอม เชอมตอกนดวย Covalent bonds ใชอเลกตรอนรวมกน

• อะตอมเรยงท ามม 105 องศา ออกซเจนเปนขวลบ และไฮโดรเจนเปนขวบวก

สารอนนทรย

แรธาต (minerals)

แรธาตแบงออกเปน 2 ประเภท

1. แรธาตหลก (major / macro minerals) แรธาตทรางกายตองการมากกวา 100 มลลกรมตอวน ไดแก แคลเซยม (Ca) ฟอสฟอรส (P) โซเดยม (Na) โปตสเซยม (K) คลอรน (Cl) แมกนเซยม (Mg) และก ามะถน (S)

2. แรธาตรอง (minor / micro minerals) แรธาตทรางกายตองการนอยกวา 100 มลลกรมตอวน ไดแก เหลก (Fe) ทองแดง (Cu) แมงกานส (Mn) ไอโอดน (I) สงกะส (Zn) ฟลออลน (F) โคบอลท (Co) โมลบดนม (Mo) ซลเนยม (Se) ซลกอน (Si) และนเกล (Ni) เปนตน

หนาทของแรธาต

• 1 เปนสวนประกอบของโครงสรางรางกายสตว ในสตวทก าลงเจรญเตบโต แคลเซยมมความจ าเปนในการสรางกระดก ในไกแคลเซยมจ าเปนในการสรางเปลอกไข

• 2 เปนตวเรงปฏกรยาชวเคม โดยเปนองคประกอบของน ายอย

• 3 เปนองคประกอบของของเหลวในรางกาย

• 4 มความจ าเปนตอระบบการท างานของประสาท

• 5 เปนสวนประกอบของฮอรโมนและวตามน

• 6 รกษาสมดลของน าในรางกายและความเปนกรดเปนดางในรางกาย

• 7 ควบคมการหดรดตวของกลามเนอ

• 8 ชวยในการแขงตวของเลอด

• สารอนทรย คอ สารทประกอบดวยธาตคารบอนและไฮโดรเจนเปนองคประกอบหลก

• สารชวโมเลกล (biological molecule) คอ สารอนทรยทมโมเลกลใหญและโครงสรางสลบซบซอน

– แบงออกเปน 4 กลมใหญๆ คอ คารโบไฮเดรต ไขมน โปรตน และ กรดนวคลอก

สารอนทรย

1. คารโบไฮเดรต (Carbohydrate)

• คารโบไฮเดรต เปนสารประกอบคารบอนทอมตวดวยน า

• ประกอบดวย C,H,O มอตราสวนของอะตอม H ตอ O เทากบ 2 :1 และมสตรโมเลกลทวไปเปน (CH2O)n โดย n มคาตงแต 3 ขนไป

• มหมคารบอกซาลดไฮด (-CHO) หรอหมคารบอนล (-CO) และหมไฮดรอกซล (-OH) เปนหมฟงกชน (functional group) คอ หมอะตอมหรอกลมอะตอมของธาตทแสดงสมบตเฉพาะของสารอนทรยชนดหนง

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate) แบงออกเปน 3 ประเภท คอ

• 1.น าตาลโมเลกลเดยว (MONOSACCHARIDE) มคารบอนเปนองคประกอบ 3-7 อะตอม หรอเรยกวา น าตาลเชงเดยว (simple sugar) มรสหวาน เปนผลกสขาว ละลายน า ไดแก กลเซอรอลดไฮด (3C) ไรโบส(5C) กลโคส ฟรกโทส และกาแลกโทส (6C)

• 2.โอลโกแซคคาไรด (OLIGOSACCHARIDE) ประกอบดวยน าตาลโมเลกลเดยว 2-10 โมเลกล พบบอยมากทสด จบกนดวยพนธะไกลโคซดก (glycosidic bond) โอลโกแซกคาไรดทประกอบดวยมอโนแซกไรด 2 โมเลกล เรยกวา ไดแซกคาไรด (disaccharide)

• 3.น าตาลโมเลกลใหญ (POLYSACCHARIDE) ประกอบดวยกลโคส 100-1,000 โมเลกล มาตอกนเปนสาย ไดแก แปง เซลลโลส และ ไกลโคเจน เปนตน

• 1. Monosaccharide • กลโคส (Glucose) เปนน าตาลทมอยในอาหารทวไป พบมากในผกและผลไมสก และใน

กระแสเลอด • ฟรกโทส (Fructose) ละลายไดดมากในน า จงท าใหตกผลกไดยาก เปนน าตาลทมรส

หวานมากกวาน าตาลชนดอน พบในเกสรดอกไม ผลไม ผก น าผง น าตาลทรายและกากน าตาล ในธรรมชาตมกปนอยกบกลโคสในรางกาย ไดจากการยอยน าตาลทราย

• กาแลกโทส (Galactose) ไมเกดอสระในธรรมชาต ในรางกายไดจากการยอยแลกโทส

• Monosaccharide เปนน าตาลโมเลกลเดยว ทประกอบดวย C, O และ H มสตรคอ (CH2O)n

• โดยมอะตอมของ C ตอกนเปนสาย และม Carbonyl group และ hydroxy group ตอกบอะตอมของ C

aldehydes ketones Carbonyl group

The structure and classification of some monosaccharides

2. Oligosaccharide 2.1 Disaccharides ไดแก • มอลโทส (กลโคส+กลโคส) เชอมตอกนดวย 1- 4 glycosidic bond

– พบในขาวบารเลยหรอขาวมอลตทก าลงงอก • ซโครส (กลโคส+ฟรกโทส) เชอมตอกนดวย 1-2 glycosidic bond

– เปนน าตาลทไดจากออยและบท ทรจกกนดคอ น าตาลทราย • แลกโตส (กลโคส+กาแลกโทส) เชอมตอกนดวย 1- 4 glycosidic bond

– พบในนม เรยกวา น าตาลนม 2.2 Trisaccharides พบในธรรมชาต คอ แรพฟโนส พบในน าตาลจากหวบท และออย ประกอบดวยกาแลกโทส กลโคสและฟรกโทสอยางละโมเลกลเชอมตอดวยพนธะไกลโคซดก

• น าตาลโมเลกลค (Disaccharides) เกดจากการรวมตวของน าตาลโมเลกลเดยว 2 โมเลกล โดยปฏกรยา condensation (เปนปฏกรยาสงเคราะห macromolecules จาก monomers เลกๆ เปนจ านวนมาก และไดผลผลต H2O ดวย อาจเรยกวา ปฏกรยา dehydration)

• Covalent bond ทเกดขน เรยกวา Glycosidic linkage

Examples of disaccharides synthesis

• 3.Polysaccharide เปน carbohydrate ทมขนาดใหญประกอบดวย monosaccharides ตงแต 11 - 1,000 โมเลกล ตอกนดวย glycosidic linkage

• ชนดของ polysaccharide ขนอยกบ

• 1. ชนดของ monosaccharide

• 2. ชนดของ Glycosidic linkage

ตวอยาง polysaccharide ไดแก starch, glycogen, cellulose และ chitin

Cellulose ม glucose เปนองคประกอบเชนเดยวกบ แปง แตมพนธะแบบ 1-4 glycosidic linkage ผนงเซลลของพชประกอบดวย cellulose เปนจ านวนมาก

Chitin, a structural polysaccharide

Chitin forms the

exoskeleton of

Arthropods

Chitin is used to make a strong

and flexible surgical thread

Polysaccharide แบงเปน

1.แปง แบงออกเปน

– amylose มอยในแปง ประกอบดวย กลโคสหลายพนหนวย ไมหวาน ลกษณะเปนโซยาว ไมแตกกง

– amylopectin ประกอบดวยกลโคสตอดวยพนธะ 1-4 glycosidic แตกแขนงเปนโซกงดวยพนธะ 1-6 glycosidic พบมากในเมดพชผวเปนมน

2. ไกลโคเจน (glycogen) อยทกลามเนอลายและตบสตว ท าหนาทเปนแหลงพลงงาน มโครงสรางคลาย amylopectin คอ มการแตกแขนงแตแตกแขนงมากกวา

3. เซลลโลส (cellulose) เปนสารทพบในผนงเซลลของพช จงเปนสารอนทรยทมมากทสดในโลก ประกอบดวยกลโคสเปนโซยาวประมาณ 3,000 หนวย แตในคนเราไมสามารถยอยไดเนองจากขาดเอนไซมทใชยอย

amylose amylopectin glycogen cellulose

หนาทของ carbohydrate

• Sugars :

– ท าหนาทใหพลงงานและเปนแหลงคารบอนแกสงมชวต

– ribose และ deoxyribose เปนองคประกอบของ nucleic acid

• Polysaccharide :

– เปนแหลงสะสมพลงงานของสงมชวต โดยพชเกบสะสมพลงงานในรปของ starch สวนสตวเกบสะสมพลงงานในรปของ glycogen

– Cellulose และ chitin เปนโครงสรางของพชและสตว

• monomer ของโปรตน คอ กรดอะมโน ซงประกอบดวยหม carboxyl หม NH2 และหม R แบงกรดอะมโนเปนกลมตามโครงสรางทางเคมของหม R

• แตละกรดอะมโนจะมาเชอมตอกนเปนสายยาวดวย peptide bond เรยกวา polypeptide

• สาย polypeptide จะมปลายดานหนงเปนหม NH2 และปลายอกดานหนงเปนหม COOH

Protein

Amino acid ตอกนเปนสายยาวดวย covalent bond เรยกวา peptide bond

- ปลายทมหม amino เรยกวา N-terminus - ปลายทมหม carboxyl เรยกวา C-terminus

ประเภทของโปรตน แบงออกเปน 2 ประเภท โดยอาศยโครงรป

1. โปรตนเสนใย (fibrous protein)

• ประกอบดวยโซพอลเพปไทดเปนเสนยาวขนานกบแกนใน

• ลกษณะเปนเสนใย (fiber) หรอเปนแผน (sheet) มความแขง เหนยว และอาจจะยดหยนได ไมละลายในน า หรอในสารละลายเกลอทเจอจาง เชน

– คอลลาเจน (collagen) ของเอน (tendon)

– เมทรกซ (matrix) ของกระดก

– เคอราทน (keratin) ของเสนผม ขน เขา และเลบ

– ไฟโบรอน (fibroin) ของเสนไหม และอลาสตน (elastin)

fibrous protein

2. โปรตนกลอบลาร (globular protein)

• ประกอบดวยโซพอลเพปไทดขดมวนแนนในลกษณะกลม

• โครงสรางประกอบดวยเกลยวอลฟา และโครงรปเบตา ในปรมาณตางๆ กน

• โปรตนนสวนใหญละลายในน าได เชน เอนไซมเกอบทกชนด แอนตบอด (antibody) ฮอรโมนบางชนด และโปรตนขนสง

globular protein

โครงสรางของโปรตน แบงเปน 4 ประเภท

• 1. โครงสรางปฐมภม (primary structure) หมายถง โครงสรางของโปรตนในลกษณะทกรดอะมโน เรยงตวเปนสายโซพอลเพปไทดทจ าเพาะ

The primary structure of a protein

• Primary structure คอ ล าดบของ amino acid ทประกอบขนเปนโปรตน

• Primary structure ถกก าหนดโดยขอมลทางพนธกรรม (DNA)

• การเปลยนแปลงล าดบ amino acid ในโปรตนอาจมผลใหรปรางของโปรตนเปลยนไป และอาจมผลตอการท างานของโปรตนชนดนนๆ

• ตวอยางเชน โรค sickle-cell anemia

2.โครงสรางแบบทตยภม (Secondary Structure)

เปนโครงสรางทแสดงการจดเรยงตวของกรดอะมโนทอยใกลกน โปรตนทกชนดจะมโครงสรางระดบน โดยทวไปมสองแบบ คอ อลฟาเฮลก สายเปบไทดขดเปนเกลยว และ แบบเบตา สายเปบไทดอยในรปแบบซกแซก

• ตวอยางเชน เสนใยแมงมม มโครงสรางแบบ Pleated sheet ท าใหเสนใยแมงมมมความแขงแรงมาก

3. โครงสรางตตยภม (tertiary structure)

• Tertiary structure เปนรปรางของ polypeptide สายหนงตลอดสาย ซงการมวนพบไปมาขนอยกบแรงยดเหนยวระหวาง R group ดวยกนเอง หรอ R group กบโครงสรางหลก

• แรงยดเหนยว หมายถง

– H-bond

– Ionic bond

– Hydrophobic interaction

– Vander Waals interaction

นอกจากนบางสวนยดตดกนดวย covalent bond ทแขงแรง เรยกวา

disulfide bridges

4. โครงสรางจตรภม (Quaternary structure)

• หมายถง โครงสรางของโปรตนในลกษณะทมโซ พอลเพปไทดมากกวาหนงโซอยรวมกนดวยพนธะไฮโดรเจน พนธะไฮโดรโฟบก และแรงแวนเดอรวาลส

• แตละโซพอลเพปไทด อาจเรยกวา หนวยยอย (subunit)

• โปรตนทมโครงสรางลกษณะน เรยกวา โอลโกเมอรกโปรตน (oligomeric protein) เชน ฮโมโกลบน ประกอบดวยโซอลฟา 2 โซ

และโซเบตา 2 โซ

Hemoglobin ประกอบดวย polypeptide 4 สายรวมกนกลายเปนโปรตนทมรปรางเปนกอน

The four levels of protein structure

• รปรางของโปรตนบางชนดสามารถเปลยนแปลงได ถาสภาพแวดลอมของโปรตนเปลยนไป เชน pH อณหภม ตวท าลาย เปนตน

• เนองจากแรงยดเหนยวตางๆระหวาง amino acid ในสาย polypeptide ถกท าลาย การเปลยนแปลงนเรยกวา Denaturation

• โปรตนบางชนดเมอเกด denaturation แลวยงสามารถกลบคนสสภาพเดมได เรยกวา Renaturation

Denaturation and renaturation of a protein

หนาทของโปรตน • เปนโครงสรางเยอหมเซลลและเยอหม organelles

• เปนโครงสรางส าคญของสงมชวต เชน keratin เปนองคประกอบของ เลบ ผม เปนตน

• Hemoglobin ท าหนาทขนสงออกซเจน

• Hormones ตางๆ ท าหนาทควบคมการท างานของรางกาย

• Actin และ myosin ในกลามเนอ ท าหนาทเกยวกบการเคลอนไหว

• Enzymes ท าหนาทเปนตวเรงปฏกรยาเคมตางๆ

กรดอะมโนทจ าเปนส าหรบคน

อารจนน (Arginine) เมไทโอนน (Methionie)

ฮสทดน (Histidine) ฟนลอะลานน (Phenylalanine)

ไอโซลวซน (Isoleucine) ทรโอนน (Threonine)

ลวซน (Leucine) ทรปโตเฟน (Tryptophan)

ไลซน (Lysine) วาลน (Valine)

อารจนนและฮสทดน เปนกรดอะมโนทจ าเปนส าหรบการเจรญเตบโต และพฒนาการในวยเดก

สมบตของโปรตน

– 1. การละลายน า ไมละลายน า บางชนดละลายน าไดเลกนอย

– 2. ขนาดโมเลกลและมวลโมเลกล ขนาดใหญมมวลโมเลกลมาก

– 3. สถานะ ของแขง

– 4. การเผาไหม เผาไหมมกลนไหม

– 5. การท าลายธรรมชาต โปรตนบางชนดเมอไดรบความรอน หรอเปลยนคา pH หรอเตมตวท าลายอนทรยบางชนด จะท าใหเปลยนโครงสรางจบเปนกอนตกตะกอน

– 6. การทดสอบโปรตน

• สารละลายไบยเรต เปนสารละลายผสมระหวาง CuSO4 กบ NaOH เปนสฟา

ลพด (Lipid) Lipids ไมละลายน า เนองจากโครงสรางของ lipids ประกอบดวย nonpolar

covalent bonds เปนสวนมาก

• แตละลายไดดในตวท าละลายทเปนสารอนทรย เชน อเทอร เบนซน คลอโรฟอรมและเอทานอล เปนตน

• ประกอบดวย C,H,O มอตราสวนของอะตอม H ตอ O เทากบ 2 :1

• ไดแก

– ไขมน (Fat)

– Phospholipid

– Steroid

– ขผง (Wax)

• ลพด แบงตามโครงสราง ไดเปน 3 ชนด คอ

– ลพดเชงเดยว (simple lipid)

– ลพดเชงซอน (complex lipid)

– อนพนธลพด (derived lipid)

• 1.simple lipid ประกอบดวย กรดไขมนและแอลกอฮอล ไดแก ไขมน น ามน และไข แบงแยกยอยไดเปน

1.1.ไขมนแท (true fat) หรอเรยกวา กลเซอไรด

• โมเลกลของไขมนและน ามนประกอบดวยแอลกอฮอลท เรยกวา กลเซอรอล (glycerol) และกรดไขมน (fatty acid)

• จ านวนกรดไขมนในโมเลกลของไขมนและน ามน

–Monoglyceride - Diglyceride

– Triglyceride

ไตรกลเซอไรดในพชสวนใหญจะเปนของเหลว จดหลอมเหลวต า เนองจากมกรดไขมนชนดไมอมตวเปนองคประกอบ เรยกวา น ามน สวนในสตวมกรดไขมนชนดอมตวเปนองคประกอบสวนใหญ เปนของแขงหรอกงแขงกงเหลว ทอณหภมหอง เรยกวา ไขมน (fat)

Fats : เปนแหลงสะสมพลงงาน

• ไมเปน polymer แตเปนสารทมโมเลกลขนาดใหญ

• ประกอบดวย สารทมโมเลกลขนาดเลกมาตอกน

ดวยปฏกรยา Dehydration

• ประกอบดวย Glycerol และ กรดไขมน (Fatty acid)

สวน “tail” ของ fatty acid ทเปน hydrocarbon ทมกมอะตอมคารบอนตอกนประมาณ 16-18 อะตอม เปนสวนทท าให fats ไมละลายน า (hydrophobic)

Triglyceride ไขมน 1 โมเลกล ประกอบดวย Glycerol 1 โมเลกล และ กรดไขมน 3 โมเลกล

1.2.ขผงหรอไข (wax) เปนลพดทประกอบดวยกรดไขมนกบแอลกอฮอลทมโมเลกลใหญ มน าหนกโมเลกลสง

• ม C ตงแต 14-34 อะตอม เชน ขผง ซงจะพบไดทผวนอกของเปลอกผลไม ผวใบไม สารเคลอบปกแมลงและขนของสตวปก ปลาวาฬจะสะสมไขไวใชเปนพลงงานแทนไตรกลเซอไรด

2.complex lipid ประกอบดวยกรดไขมน และแอลกอฮอลทมสารประกอบอนเจอปน เชน ฟอสโฟลพดและไกลโคลพด (glycolipid) 2.1. ฟอสโฟลพด เปนไขมนทมโครงสรางทางเคมคลายกบไตรกลเซอไรด แตกตางกนทหมของกรดไขมน 1 หมจะมหมฟอสเฟตเปนองคประกอบ ฟอสโฟลพดเปนองคประกอบหลกของเยอหมเซลล เนอเยอประสาท น าเลอด เชน เลซทน เซฟาลน

Phospholipids

• เปนองคประกอบหลกของ cell membrane ประกอบดวย

– glycerol 1 โมเลกล

– fatty acid 2 โมเลกล และ

– phosphate group (phosphate group มประจ -)

• มสวนหวทมประจ และเปนสวนทชอบน า (hydrophilic) และสวนหางทไมชอบน า (hydrophobic)

เมอเตม phospholipids ลงในน า phospholipids จะรวมตวกน โดยเอาสวนหางเขาหากน และสวนหวหนออกทางดานนอก กลายเปนหยดเลกๆ เรยกวา micelle

Micelle

• ท cell membrane ของสงมชวต Phospholipids จะเรยงตวเปน 2 ชน โดย hydrophilic head จะหนออกทางดานนอกเขาหากน สวน hydrophobic tail อยตรงกลาง

Phospholipid bilayer

• 2.2. ไกลโคลพด เปนลพดทประกอบดวยกรดไขมน คารโบไฮเดรตและสารประกอบเบสทมไนโตรเจนเปนองคประกอบ

– เชน เซเรโบรไซต มน าตาลกลโคสเปนองคประกอบ

– กาแลกโทลพด มน าตาลกาแลกโทสเปนองคประกอบ

สารทงสองชนดน พบในเยอเซลลสมอง และ เนอเยอประสาท

• 2.3.ลโพโปรตน เปนลพดทมสารโปรตนจบรวมอย พบในน าเลอด ท าหนาทขนสงพวกลพดในเลอดไปยงเซลลตางๆ ทวรางกาย

3.Derived lipid มสมบตทางฟสกสคลายลพดอน เชน ละลายไดในสารละลายอนทรย

• อนพนธของลพดเปนลพดทไดจากการยอยสลายลพดทงสองชนด

• ตวอยาง กรดไขมน กลเซอรอล แอลกอฮอล และสารอนๆ ทมกอยรวมกบลพด เชน คอเลสเทอรอล แคโรทน สเตอรอยด และพวกวตามนทละลายในไขมน เชน A, D, E, K

• 3.1.กรดไขมน เกดจากการยอยสลายตวของลพด แบงไดเปน 2 ชนด คอ

– 3.1.1 กรดไขมนอมตว (saturated fatty acid) มคารบอนทกอะตอมตอกนอยดวยพนธะเดยว เชน กรดบวไทรก กรดปาลมตก และกรดสเตยรก

– 3.1.2 กรดไขมนไมอมตว (unsaturated fatty acid) มบางพนธะระหวางอะตอมของคารบอนเปนพนธะค พบมากทสดคอ กรดโอเลอก

• ไขมนทไดจากสตว เชน เนย มกรดไขมนอมตว เปนองคประกอบ มลกษณะเปนของแขงทอณหภมหอง

• ไขมนจากพช มกรดไขมนไมอมตว เปนองคประกอบ มลกษณะเปนของเหลวทอณหภมหอง

Saturated fat and fatty acid

Unsaturated fat and fatty acid

• กรดไขมนไมอมตวบางชนด รางกายสามารถสงเคราะหไดเอง จดวาเปน กรดไขมนทไมจ าเปน เชน – กรดบวไทรก (butyric acid)

– กรดปาลมมตก (palmitic acid)

• กรดไขมนไมอมตวบางชนด รางกายไมสามารถสงเคราะหได และจ าเปนตอการเจรญของรางกายจงจดวาเปน กรดไขมนทจ าเปน เชน – กรดไลโนเลอก (linoleic acid)

– กรดไลโนเลนก (linolenic acid)

– กรดอะแรคไคโดนก (arachidonic acid)

3.2 Steroids • เปน lipids ประกอบดวย C เรยงตวเปนวงแหวน 4 วง

• Steroids ชนดตางๆ มหม functional group ทตอกบวงแหวนแตกตางกน

โครงสรางทวๆ ไปของสเตรอยด

• สเตรอยดทพบทวไป คอ คอเลสเทอรอล (cholesterol) เปนองคประกอบของ cell membrane และบางชนดเปนฮอรโมนเพศ เชน โพรเจสเทอโรน (progesterone) และเทสโทสเทอโรน (testosterone)

สตรโครงสรางของสเตรอยดบางชนด ก. เทสโทสเทอโรน ข. โพรเจสเทอโรน ค. คอเลสเทอรอล

การทดสอบอาหาร

กรดนวคลอก (Nucleic acid)

• 1. Nucleic acid เปนแหลงเกบขอมลทางพนธกรรมและถายทอดลกษณะของสงมชวต

Nucleic acid ม 2 ชนด ไดแก – Ribonucleic acid (RNA)

– Deoxyribonucleic acid (DNA)

DNA ถกใชเปนแมแบบในการสงเคราะห m RNA ซงถกใชเปนตวก าหนดในการสงเคราะหโปรตน

DNA

RNA

protein

สงมชวตไดรบการถายทอด DNA จากรนพอแม

– โมเลกลของ DNA เปนสายยาวนวคลโอไทดเปนจ านวนมากเปนองคประกอบ

– DNA อาจเกดการเปลยนแปลงได เนองจากสาเหตตางๆ เชน ฤทธของสารเคม หรอ รงสจากสารกมมนตรงส

– การเปลยนล าดบ nucleotide ใน DNA อาจมผลใหสงมชวตมลกษณะเปลยนแปลงไปจากเดมได

– การเปลยนแปลงลกษณะของสงมชวตทมผลมาจากการเปลยนแปลงล าดบ nucleotide สามารถถายทอดตอไปยงรนลกได

2. สายของ nucleic acid ประกอบดวย polymer ของ nucleotides

แตละ nucleotide ประกอบดวย 3 สวน ไดแก

– Nitrogen base

– Pentose sugar

– Phosphate group

Nitrogen base แบงออกเปน 2 กลม ตามโครงสรางทางเคม ไดแก

Pyrimidines

Purines

ใน DNA และ RNA มเบสอย 4 ชนดเทานน

• DNA มเบส A, G, C, T

• RNA มเบส A, G, C, U

น าตาล pentose ใน RNA คอ ribose ใน DNA คอ deoxyribose

• ตรงต าแหนงอะตอมคารบอนท 5 (5’) ของน าตาล pentose มหม phosphate group มาตอ

รวมเรยก pentose + nitrogen base + phosphate group วา nucleotide

The components of nucleic acids

• Nucleotide หลายโมเลกลมาเชอมตอกน ไดสายยาวของ polynucleotide

• มหม phosphate และ pentose เรยงตอกนเปนสาย

• โดย nitrogen base ยนออกมาจากสวนยาวของ nucleic acid

• Bond ทมาเชอมตอระหวาง nucleotide 2 โมเลกล เรยกวา Phosphodiester linkage

• ล าดบของ nitrogen base บนสาย DNA หรอ mRNA มลกษณะเฉพาะตว

• ล าดบของ base ในยนจะเปนตวก าหนดล าดบของ amino acid ของ polypeptide ของโปรตน

3. การถายทอดลกษณะทางกรรมพนธเกดขน เนองจาก DNA มการจ าลองตวเอง

• RNA ประกอบดวยสาย polynucleotide เพยงสายเดยว

• DNA ประกอบดวยสาย polynucleotide 2 สายเรยงตอขนานกน และมโครงสรางเปนเกลยว เรยกวา double helix

• สายทงสองของ DNA มการเรยงตวสลบปลายกน คอ ปลายดาน 5’ ของ DNA สายหนงจะเขาคกบปลายดาน 3’ ของอกสายหนง โดยยดตดกนดวย H-bond ระหวาง A กบ T และ G กบ C

• ลกษณะการเขาคกนของ base เรยกวา complementary

The DNA double helix and its replication

• เมอเซลลจะมการแบงตว DNA จะจ าลองตวเอง และถายทอดตอไปใหเซลลใหม การสราง DNA โมเลกลใหม เรยกวา DNA replication

•

ปจจบนนกวทยาศาสตรพยายามเปรยบเทยบล าดบ nucleotide ของยนชนดเดยวกนจากสงมชวตตางๆ เพอใชในการจ าแนกกลมของสงมชวต และศกษาเรองววฒนาการของสงมชวตชนดตาง ๆ

วตามน (vitamins)

• เปนสารอนทรยทรางกายมความตองการในแตละวนในปรมาณเลกนอย • เพอท าหนาทเฉพาะอยางในรางกาย จ าเปนส าหรบการด ารงชวตใหเปนปกต

จ าเปนตอการเจรญเตบโตและการสบพนธของสตว • วตามนบางอยางรางกายไมสามารถสงเคราะหไดจ าเปนตองไดรบจากอาหาร • วตามนจะไมใหพลงงานหรอเปนสวนประกอบของเนอเยอใดๆ • มความส าคญส าหรบรางกาย ท าหนาทเปนโคเอนไซม (coenzyme) ท าให

น ายอยท างานไดอยางสมบรณ

ประเภทของวตามน แบงเปน 2 ชนด คอ • วตามนทละลายไดในไขมน (fat soluble vitamins) ไดแก วตามน เอ

ด อ เค ตามธรรมชาตจะอยรวมกบไขมนในวตถดบอาหารสตว การดดซมตองอาศยน าด (bile) สะสมในรางกายสตวไดในรปของเนอเยอ ไขมน และสามารถดงมาใชไดในยามรางกายขาดอาหาร

• วตามนทละลายไดในน า (water soluble vitamins) ทส าคญคอ วตามนบ1 บ2 บ6 บ12 ไนอะซน กรดแพนโธทนก กรดโฟลค ไบโอตน และโคลน วตามนพวกนละลายน าได ในอากาศพบในปรมาณทมากพอ ไมสามารถสะสมในรางกายสตวได ถาสตวไดรบมากเกนจะถกขบออกมาทางปสสาวะ ยกเวน วตามนบ 12 ซงรางกายสตวสามารถสะสมไวได

หนาทของวตามน มหนาทดงตอไปน

• เปนสวนประกอบของน ายอยและชวยใหน ายอยท างานไดเตมท

• ชวยในการสรางกระดก เชน วตามนด และวตามนเอ

• ชวยใหเลอดแขงตว เชน วตามนเค

• ปองกนการเหมนหนหรอไขมนแตกตว เชน วตามนอ

• ชวยใหระบบสบพนธเปนปกต เชน วตามนเอ วตามนด และวตามนอ

• ปองกนการเกดโรคในสตว

ลกษณะอาการขาดวตามนชนดตาง ๆ

• ลกษณะอาการขาดวตามนเอ ท าใหเกดโรคตาบอดในเวลากลางคน กระดกออน และระบบสบพนธผดปกต

• ลกษณะอาการขาดวตามนด ท าใหเกดโรคกระดกออน โรคกระดกผ ระบบสบพนธผดปกต

• ลกษณะอาการขาดวตามนอ ท าใหเกดโรคกลามเนอลบ โรคประสาทในไก ลกษณะอาการชาดวตามนเค ท าใหโลหตไหลไมหยด หรอเลอดไมแขงตว (hemophilia)

• ลกษณะอาการขาดวตามนบรวม ท าใหเกดโรคเหนบชาในคน โรคแหงนดดาวในไก โรคขาอมพาตในไก โรคโลหตจาง ระบบน ายอยท างานไมปกต

• ลกษณะอาการขาดวตามนซ ท าใหเกดโรคเลอดออกตามไรฟน หรอโรคลกปดลกเปด

ปฏกรยาเคมในเซลลของสงมชวต

แบงออกเปน 2 ประเภท คอ • 1. ปฏกรยาคายพลงงาน (Exergonic reaction) หมายถง

ปฏกรยาทเกดขนแลวจะปลอยพลงงานออกมามากกวา พลงงานกระตนทใสเขาไป

• 2. ปฏกรยาดดพลงงาน (Endergonic reaction) หมายถง ปฏกรยาทเกดขนแลวจะปลอยพลงงานออกมานอยกวา พลงงานกระตนทใสเขาไป

ปจจยทมผลตอปฏกรยาเคม

• 1. ธรรมชาตของสารตงตน : สารตงตนบางชนดท าปฏกรยาไดเรวแตบางชนดท าปฏกรยาไดชา เชน แผนโลหะทองแดง หรอแผนโลหะเงนจะท าปฏกรยากบออกซเจนไดชามาก แมวาจะใชเปลวไฟชวยกไมสามารถท าใหปฏกรยาเกดเรวได สวนแผนโลหะแมกนเซยมสามารถตดไฟไดเรวมากหรอฟอสฟอรสขาวสามารถตดไฟไดเลยในอากาศ เปนตน

• 2. ความเขมขนของสารตงตน : สารทมความเขมขนมากจะเกดปฏกรยาไดเรวกวาสารทมความเขมขนนอย การเพมปรมาตร โดยมความเขมขนเทาเดมการเกดปฏกรยากยงเทาเดม

• 3. พนทผวของสารตงตน : การเพมพนทผวจะท าใหปฏกรยาเกดขนไดเรว แตจะมผลตอปฏกรยาเนอผสมเทานนการเพม พ.ท. ผวกคอการเพมความถในการชนกนนนเอง

• 4. อณหภม : การเพมอณหภม เปนการเพมพลงงานจลนใหแกอนภาค ท าใหอนภาคเคลอนทเรวขน จงเพมโอกาสการชนกน

• 5. ตวเรง และตวหนวง : จะไปลด / เพม Ea ของปฏกรยา

– ตวเรงปฏกรยา (catalyst) เปนสารทชวยเรงใหปฏกรยาเกดไดเรวขน

– ตวหนวงปฏกรยา (Inhibitor) เปนสารทเมอเตมลงไปในปฏกรยาแลวมผลท าให เกดปฏกรยาไดชาลง หรอหยดยงปฏกรยาไดอยางสนเชง

เอนไซมและการท างานของเอนไซม

• เปนสารอนทรยประเภทโปรตน ท าหนาทเปนตวเรงปฏกรยาเคมในเซลลของสงมชวต โดยการลดระดบพลงงานกระตนลง ท าใหเกดปฏกรยางายขน

• คณสมบตทส าคญทสดของเอนไซมคอ มความเฉพาะเจาะจง (SPECIFICITY) เอนไซมจะท าหนาทไดดทอณหภมและความเปน กรด-เบสทเหมาะสม

พลงงานกระตนในปฏกรยาทไมใชเอนไซมและปฏกรยาทใชเอนไซม

ปจจยทมมผลตอการท างานของเอนไซม

1. pH

• เอนไซมแตละตวจะมคา pH ทท างานไดดทสด เรยกวา optimum pH

สวนใหญจะอยระหวาง pH 5 ถง pH 9 แตเอนไซมบางตวอาจมคา pH ทท างานไดดทสดต ามากหรอสงมากกได เชน pH 2 ส าหรบเอนไซมเปปซน

• ความสามารถของเอนไซมในการเรงปฏกรยา ขนอยกบความสมดลของประจของหมตางๆ ในบรเวณเรงและบรเวณจบของเอนไซม รวมทงประจของตวเขาท าปฏกรยาเองดวย ท pH ต าหรอสงเกนไปมกท าใหประจเปลยนไปจนไมเหมาะสมทจะท าปฏกรยากน นอกจากนท pH สงมากหรอต ามาก อาจท าใหโครงสรางของเอนไซมเสยสภาพธรรมชาตไปดวย

2. อณหภม

• เมอเพมอณหภมมกจะท าใหปฏกรยาเคมทวๆ ไปมอตราเรวสงขน เพราะจะท าใหโมเลกลของตวท าปฏกรยามพลงงานมากขนและเพมโมเลกลทมพลงงานเพยงพอทจะเขาสสภาพเปลยน

• แตปฏกรยาของเอนไซม การเพมอณหภมจะท าใหอตราเรวของปฏกรยาเพมขนดวย แตทอณหภมสงเกนไปอาจท าใหเอนไซมเสยสภาพธรรมชาต อตราเรวจะลดลงทนท

สงแวดลอมทมผลตอการท างานของเอนไซม

3. โคแฟคเตอร • เอนไซมบางตวอาจไมสามารถท างานไดโดยตวโปรตนของมนเอง ตองมสาร

โมเลกลเลกทเรยกวา โคแฟคเตอร (co-factor) ของเอนไซมมารวมท างานดวย

• มอยสองชนดใหญๆ คอ อออนของโลหะ และโคเอนไซม • อออนของโลหะชวยยดตวเขาท าปฏกรยาและโครงรางของเอนไซม หรอการเรง

ปฏกรยาโดยตรง อออนจะไมถกเปลยนแปลงไปในปฏกรยา สวนโคเอนไซมเปนโมเลกลอนทรยทสวนมากมตนก าเนดมาจากวตามนทละลายน าได

• โคเอนไซมท าหนาทในปฏกรยาทมการโยกยายของหมเคม อะตอม หรอ อเลกตรอน โดยท าปฏกรยากบตวเขาท าปฏกรยา โครงสรางของโคเอนไซมอาจเปลยนแปลงไปไดระหวางทเกดปฏกรยา และเมอปฏกรยาสนสดลงแลวโคเอนไซมตองถกเปลยนแปลงใหกลบมามโครงสรางเหมอนตอนเรมตน เอนไซมจงจะสามารถกลบมาท างานในรอบใหมได

4. ตวยบยงเอนไซม

• การยบยงเอนไซมหรอการท าใหปฏกรยาเอนไซมด าเนนชาลงหรอหยดท างานนนมความส าคญ

• เนองจากเปนวธทจะควบคมอตราเรวของกระบวนการเมแทบอลซมในรางกาย เปนกลไกการท างานของยาและสารพษบางชนด

• สารโมเลกลเลกทสามารถยบยงการท างานของเอนไซมแบงออกไดเปนสองประเภท คอ

– ตวยบยงแบบทวนกลบไมได (irreversible inhibitor)

– ตวยบยงแบบทวนกลบได (reversible inhibitor)

• ตวยบยงแบบทวนกลบไมไดจบกบเอนไซมดวยพนธะทมความแขงแรง เชน พนธะโควาเลนต ท าใหเอนไซมไมสามารถเรงปฏกรยาและไมสามารถกลบคนสสภาพทเรงปฏกรยาไดดวย

• ตวยบยงแบบทวนกลบไดมอยสองชนด คอ

– ตวยบยงแบบแขงขน (competitive inhibitor)

– ตวยบยงแบบไมแขงขน (non-competitive inhibitor)

• ตวยบยงแบบแขงขนมกจะมโครงสรางคลายคลงกบตวเขาท าปฏกรยา จงสามารถจบกบบรเวณเรงของเอนไซมไดเชนเดยวกบตวเขาท าปฏกรยา

• เซลลสามารถลบลางฤทธของตวยบยงแบบแขงขนไดโดยเพมความเขมขนของตวเขาท าปฏกรยาใหสงขน

• สวนตวยบยงแบบไมแขงขนมโครงสรางไมเหมอนกบตวเขาท าปฏกรยา จงสามารถจบกบเอนไซมไดถงแมวาจะมตวเขาท าปฏกรยาจบอย ท าใหเกดมทง โมเลกลเชงซอนซงมเอนไซมจบกบตวยบยง (enzyme-inhibitorcomplex) และ โมเลกลเชงซอนซงมเอนไซมจบกบตวเขาท าปฏกรยาและตวยบยง (enzyme-substrate-inhibitor complex) ซงไมสามารถท าปฏกรยาตอไปไดหรอท าปฏกรยาไดไมเหมอนเดม

ตวยบยงเอนไซม