สารชีวโมเลกุล (Biomolecule)

สารชีวโมเลกุล คือสารเคมีต่าง ๆ ที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต เป็นสารอินทรีย์ที่มีธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก โดยทั่วไปมีขนาดโมเลกุลใหญ่มาก เมื่อเทียบกับโมเลกุลทั่วไป เพราะเกิดจากปฏิกิริยาควบแน่นของโมโนเมอร์แต่ละชนิด พบอยู่ในสิ่งมีชีวิตเท่านั้น
ประกอบไปด้วย 4 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
1. คาร์โบไฮเดรต (carbohydrates)
2. ไขมันและน้ำมัน หรือ ลิปิด (lipids)
3. โปรตีนและกรดอะมิโน (proteins)
4. กรดนิวคลีอิก (nucleic acids)
สารชีวโมเลกุลโดยส่วนใหญ่ เป็นสารที่มีขนาดใหญ่ (macromolecules) ซึ่งประกอบขึ้นจากหน่วยย่อย
โปรตีน คือ สารชีวโมเลกุลประเภทสารอินทรีย์ที่ประกอบด้วยธาตุ C, H, O, N เป็นองค์ประกอบสำคันอกจากนั้นยังมีธาตุอื่น ๆ เช่น S, P, Fe, Zn ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของโปรตีน โปรตีน เป็นสารพวกพอลิเมอร์ ประกอบด้วยกรดอะมิโนจำนวนมากมาย เรียกได้อีกอย่างหนึ่งว่า กรดอะมิโน คือ มอนอเมอร์ของโปรตีน

สมบัติของโปรตีน
1. การละลายน้ำ ไม่มีการละลายน้ำ บางชนิดละลายน้ำได้บ้างเล็กน้อย
2. ขนาดและมวล ขนาดใหญ่ มีมวลโมเลกุลมาก
3. สถานะ ของแข็ง
4. การเผาไหม้ เผาไหม้แล้วมีกลิ่นเหม็น
5.ไฮโดรไลซิส มีปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส


6. การทำลายธรรมชาติ โปรตีนบางชนิดเมื่อได้รับความร้อน หรือเปลี่ยนค่า pH หรือเติมตัวทำลายอินทรีย์บางชนิด จะทำให้เปลี่ยนโครงสร้างจับเป็นก้อนตกตะกอน
7. การทดสอบโปรตีน

*หมายเหตุ : สารละลายไบยูเรต เป็นสารละลายผสมระหว่าง CuSO4 กับ NaOH เป็นสีฟ้า

การจำแนกประเภทของโปรตีน1.โปรตีนแบ่งตามหน้าที่ได้เป็นหลายชนิด
1.1 เอนไซม์ (enzyme) มีหน้าที่ในการเร่งปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ในร่างกาย เช่น เอนไซม์ ในกระบวนการหายใจ การสังเคราะห์โปรตีน ถ้าเอนไซม์ทำหน้าที่ย่อยอาหารจะเรียกว่า น้ำย่อย เช่น อะไมเลส เพปซินไลเปส
1.2 โปรตีนขนส่ง (transport protein ) ได้แก่ โปรตีนที่ทำหน้าที่ในการขนส่งสารต่าง ๆ ในร่างกาย เช่น เฮโมโกลบิน (hemoglobin)ขนส่งออกซิเจนในเลือดไมโอโกลบิน(myoglobin)
ช่วยลำเลียงออกซิเจนในเซลล์กล้ามเนื้อลาย อัลบูมิน(albumin ) ช่วยขนส่งไขมัน
1.3 โปรตีนโครงสร้าง (structural protein ) เป็นองค์ประกอบของโครงสร้าง ของร่างกาย เช่น เคราทิน (keratin ) ในเส้นผมและขนสัตว์ คอลลาเจน (collagen ) ของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน และกระดูกโปรตีน
พวกนี้จะมีกรดอะมิโน ซีสเทอีน ซึ่งมีกำมะถันเป็นองค์ประกอบอยู่มากทำให้คงตัวมาก
1.4 โปรตีนสะสม (storage protein) เป็นโปรตีนที่สะสมเป็นคลังอาหาร เช่น อัลบูมินในไข่ (albumin)
1.5 โปรตีนฮอร์โมน (protein hormone) เป็นโปรตีนที่ควบคุมการทำงานของร่างกายให้เป็นปกติ เช่น อินซูลิน (insulin) ฮอร์โมนโกรท (growth hormone) ฮอร์โมนกระตุ้นต่อมไทรอยด์ (thyroid stimulating hormone )
1.6 โปรตีนป้องกัน (protective protein) เป็นโปรตีนที่ป้องกันไม่ให้ร่างกายได้รับอันตรายหรือเกิดการเจ็บป่วย เช่น แอนดีบอดี (antibody )ช่วยกำกับสิ่งแปลกปลอมที่เข้าสู่ร่างกาย โปรตีนโพรทรอมบิน (prothrombin) และไพบริโนเจน (fibrinogen) ช่วยในการแข็งตัวของเลือดเมื่อเกิดบาดแผล
1.7 โปรตีนเคลื่อนไหว (contractile protein) เป็นโปรตีนที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวหรือเคลื่อนที่ เช่น โปรตีนที่เป็นส่วนประกอบของไมโครทูบูล (microtubule ) ซีเลีย (cilia)แฟลเจลลา (flagella )
โปรตีนในเซลล์กล้ามเนื้อ ได้แก่ แอกทิน (actin ) และไมโอซิน (myosin)
1.8 พิษ (toxin) เป็นโปรตีนที่เป็นสารพิษต่าง ๆ เช่น พิษงู พิษจากเชื้อแบคทีเรียบางชนิด
2. โปรตีนแบ่งตามองค์ประกอบทางเคมี แบ่งได้เป็น 3 ประเภท คือ
2.1 โปรตีนอย่างง่าย (simple protein)เป็นโปรตีนที่เมื่อสลายตัวหรือเกิดไฮโดรไลซิสแล้วจะได้กรดอะมิโนอย่างเดียว เช่น โกลบูลิน (globulin ) อัลลูมิน (albumin) เคราทิน (keratin) กลูเทลิน (glutelin)
2.2 โปรตีนประกอบ (compound protein ) หรือ คอนจูเกดโปรตีน (conjugate protein)
ซึ่งเรียกว่าหมู่พรอสเทติก (prosthetic group) ได้แก่ นิวคลีโอโปรตีน (nucteoprotein ) ประกอบด้วย
โปรตีนและกรดนิวคลีอิก เช่น ไรโบโซมเป็นโปรตีนที่อยู่รวมกับ RNA โครโมโซมเป็นโปรตีนที่อยู่รวมกับ DNA

อาหารประเภทโปรตีน
โครงสร้างกรดอะมิโนและพันธะเปปไทด์
กรดอะมิโน (amino acid) ประกอบด้วยอะตอมของธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจนและ ไนโตรเจนนอกจากนี้บางชนิด อาจประกอบด้วยอะตอมของธาตุอื่นๆอีก เช่น ฟอสฟอรัส เหล็กและกำมะถัน เป็นตัน
กรดอะมิโนแต่ละชนิดสามารถต่อกันได้ด้วยพันธะโคเวเลนท์ที่มีชื่อเฉพาะว่า พันธะเพปไทด์ (peptide bond) โครงสร้างซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโนที่ต่อกันเป็นสายนี้เรียกว่า เพปไทด์
พันธะเพปไทด์ คือ พันธะโคเวเลนท์ที่เกิดขึ้นระหว่าง C อะตอมในหมู่คาร์บอกซิล ของกรดอะมิโนโมเลกุลหนึ่งยึดกับ N อะตอม ในหมู่อะมิโน (-NH2) ของกรดอะมิโนอีกโมเลกุลหนึ่ง



สารที่ประกอบด้วยกรดอะมิโน 2 โมเลกุล เรียกว่า ไดเพปไทด์
สารที่ประกอบด้วยกรดอะมิโน 3 โมเลกุล เรียกว่า ไตรเพปไทด์
สารที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนตั้งแต่ 100 โมเลกุลขึ้นไป เรียกว่า พอลิเพปไทด์นี้ว่า โปรตีน
อนึ่งสารสังเคราะห์บางชนิดก็เกิดพันธะเพปไทด์เหมือนกัน เช่น ไนลอน ดังนี้


กรดนิวคลีอิก ( nucleic acid ) เป็นสารชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ทำหน้าที่เก็บและถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุ์กรรมของสิ่งมีชีวิต จากรุ่นหนึ่งไปยังรุ่นต่อไปให้แสดงลักษณะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ ยังทำหน้าที่ควบคุมการเจริญเติบโตและกระบวนการต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต
กรดนิวคลีอิกมี 2 ชนิด คือ DNA ( deoxyribonucleic acid )
และRNA ( ribonucleic acid )
โมเลกุลของกรดนิวคลีอิก ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์( nucleotide )
โมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยส่วนย่อย 3 ส่วน ได้แก่ หมู่ฟอสเฟต น้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม และเบสที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ นิวคลีโอไทด์มีอยู่ด้วยกัน 5 ชนิดแตกต่างกันที่ องค์ประกอบ ที่เป็นเบส


ก โครงสร้างนิวคลีโอไทด์ใน DNA ข. ชนิดของนิวคลีโอไทด์

นอกจากนี้นิวคลีโอไทด์ยังเป็นสารให้พลังงาน เช่น ATP( acenosine triphosphate )
นิวคลีโอไทด์จะเรียงตัวต่อกันเป็นสายยาว เรียกว่า พอลินิวพลีโอไทด์( polynucleotide )
โมเลกุล DNA ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายเรียงตัวสลับทิศทางกันและมีส่วนของ เบสเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน โมเลกุลบิดเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียน ส่วนRNA เป็นพอลินิวคลีอิกเพียงสายเดียว

โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์

นิวคลีโอไทด์ประกอบขึ้นจากสารเคมีสามอย่างมาประกอบกันคือ
1. กรดฟอสฟอริก
2. น้ำตาลเพนโทส มีอยู่สองชนิดคือ น้ำตาลไรโบส และ ดีออกซีไรโบส น้ำตาลทั้งสองต่างกันตรงที่น้ำตาลดีออกซีไรโบสขาดหมู่ไฮดรอกซี (-OH) ที่คาร์บอนตำแหน่งที่สอง เราสามารถใช้ปฎิกิริยาทางเคมีตรวจหาน้ำตาลทั้งสองชนิดได้โดย ใช้ปฏิกิริยาไดเฟนิลามีน (diphenylamine) ตรวจหาปริมาณน้ำตาลดีออกซีไรโบส และใช้ปฏิกิริยาออร์ซินอล (orcinol) ตรวจหาน้ำตาลไรโบส
3. เบสไนโตรเจน มีอยู่สองกลุ่มคือ เบสพิวรีน (purine) ได้แก่ Adenine กับ Guanine อีกกลุ่มหนึ่งคือ เบสไพริมิดีน (pyrimidine) ได้แก่ Thymine, Cytosine และ Uracil เบสทั้งสองชนิดสามารถดูดกลืนแสงได้ดีที่สุดที่ 260 nm เราจึงใช้คุณสมบัตินี้ ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของกรดนิวคลีอิก
หน่วยย่อยทั้งสามมาประกอบกันขึ้นเป็น nucleotide โดยมีน้ำตาลเป็นตัวเชื่อม กรดฟอสฟอริก เชื่อมต่อกับน้ำตาลเพนโทสด้วยพันธะเอสเธอร์ที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 5 ของน้ำตาล ส่วนเบสไนโตรเจนนั้น จะมาเชื่อมต่อกับน้ำตาลที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 1 ด้วยพันธะglycosidic

หน้าที่ทางชีวภาพของนิวคลีโอไทด์
1) เป็นหน่วยย่อย (building block) สำหรับการสร้างกรดนิวคลีอิก
โดยที่ไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโครงสร้างของ อาร์ เอน เอ และดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโครงสร้างของ ดี เอน เอ
2) เป็นสารตัวกลางเก็บพลังงาน
พลังงานที่ได้จากการเผาผลาญสารอาหารสามารถเก็บไว้ในรูปพลังงานพันธะเคมีระหว่างหมู่ฟอสเฟต (anhydride bond) ภายในโมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ที่มีฟอสเฟตมากกว่า ๑ หมู่ สารตัวกลางเก็บพลังงานที่รู้จักกันดีได้แก่ ATP
3) เป็นตัวกลางในการออกฤทธิ์ของฮอร์โมน เช่น cAMP
4) เป็น coenzyme เช่น FAD FMN NAD NADP



DNA
Deolyribonucleic Acid
ดี เอน เอ เป็นสารชีวโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุด ในคนพบ ดี เอน เอ ในนิวเคลียสของเซลล์และในไมโตคอนเดรีย ดี เอน เอ มีขนาดและรูปร่างที่แตกต่างกัน ตั้งแต่มีรูปร่างเป็นวงกลม เช่น พลาสมิดซึ่งเป็น ดี เอน เอ ขนาดเล็กในบักเตรีจนถึง ดี เอน เอ ขนาดใหญ่พันม้วนกับแกนโปรตีนอย่างซับซ้อนจนมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ เช่น โครโมโซมในเซลล์มนุษย์
โครงสร้างของ ดี เอน เอ
การศึกษาโครงสร้างของ ดี เอน เอ มีรากฐานมาจากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์หลายกลุ่ม เริ่มตั้งแต่งานของ Chargaff แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ซึ่งได้ศึกษาองค์ประกอบเบสของ ดี เอน เอ จากแหล่งต่างๆ แล้วสรุปเป็นกฎของ Chargaff ดังนี้
1. องค์ประกอบเบสของ DNA จากสิ่งมีชีวิตต่างชนิดจะแตกต่างกัน
2. องค์ประกอบเบสของ DNA จากสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันจะเหมือนกัน แม้ว่าจะนำมาจากเนื้อเยื่อต่างกันก็ตาม
3. องค์ประกอบเบสของ DNA ในสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งมีความคงที่ ไม่แปรผันตามอายุ อาหาร หรือสิ่งแวดล้อม
4. ใน DNA ไม่ว่าจะนำมาจากแหล่งใดก็ตาม จะพบ A=T , C=G หรือ purine = pyrimidine เสมอ



สำหรับ RNA ก็มีโครงสร้างคล้าย DNA คือประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เรียงต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์เป็นโพลีนิวคลีโอไทด์ แต่องค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์่แตกต่างกันที่น้ำตาล และ เบส โดยน้ำตาลใน RNA เป็น ไรโบส ส่วนเบสใน RNA มียูราซิล (U) มาแทนไทมีน (T) (ภาพที่ 2.9) นอกจากนั้น RNA ยังเป็นโพลีนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว (ภาพที่ 2.10) ซึ่งต่างจาก DNA ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเกลียวคู่


เบสที่พบใน RNA จะมีองค์ประกอบคล้ายของ DNA แต่ต่างกันตรงมียูราซิลมาแทนไทมีน
DiGesTion


อาหารทุกชนิดที่เรากิน จะผ่านระบบทางเดินอาหารซึ่งประกอบด้วย ปาก ลำคอ หลอดอาหาร กระเพาะอาหาร ลำไส้เล็ก ลำไส้ใหญ่

http://us.geocities.com/m4231t/m4231t/meaning.htm