องค์ประกอบทางเคมีของเซลล์ · 2016-09-22 ·...

องคประกอบทางเคมของเซลล

อาจารยกตตศกด แคลว จนทรสข สาขาการแพทยแผนไทยประยกต

วทยาลยสหเวชศาสตร

องคประกอบทางเคมของเซลล

โดยอะตอมของธาตชนดเดยวกนหรอตางชนดกน สามารถยดจบกนไดดวยพนธะทางเคม เกดเปน โมเลกล (molecule) ของสารบรสทธและสารประกอบชนดตางๆ ทมความซบซอนมากขน และมคณสมบตทางเคมแตกตางกนไป

สสาร ตางๆ รวมทงสงมชวตประกอบขนดวย

อะตอมของธาตตางๆ เปนหนวยยอยพนฐานทสามารถเกดปฏกรยาทางเคมได

องคประกอบทางเคมของเซลล

พนธะเคม(CHEMICAL BOND) แบงออกเปน 3 ชนด คอ 1. พนธะไอออนก (IONIC BOND) เชน พนธะในโมเลกลของโซเดยมคลอไรด(NaCl) 2. พนธะโควาเลนต(COVALENT BOND) เชนพนธะในโมเลกลองกาซออกซเจน(O2) 3. พนธะไฮโดรเจน (HYDROGEN BOND) เชน แรงดงดดระหวางโมเลกลของนา (H2O)

องคประกอบทางเคมของเซลล

สารประกอบทพบในสงมชวตสามารถแบงไดเปน 2 ชนด สารอนนทรย (inorganic substance) คอ สารประกอบทไมมธาตคารบอนเปนองคประกอบ ไดแก นา แรธาตตาง ๆ โดยนาเปนสารประกอบทมมากสดในเซลลสงมชวต - มสมบตเปนตวทาละลายทด และมสภาพเปนกลาง - ทาหนาทชวยยอยอาหาร ดดซม ลาเลยง ขบถาย - การเกดปฏกรยาเคมในเซลลและเปนตวเรงปฏกรยา - ชวยควบคมอณหภมรางกาย

รางกายมนษยมน ามากถง 60% ของน าหนกตว รองลงมา คอ โปรตน 18% แรธาต 4% คารโบไฮเดรต นอยกวา 1% และวตามนมปรมาณนอยมาก

องคประกอบทางเคมของเซลล

สารอนทรย (organic substance) คอ สารประกอบทมธาตคารบอน (C) และธาตไฮโดรเจน (H) เปนองคประกอบ สวนใหญเปนสารประกอบโมเลกลใหญมาก เรยกวา ชวโมเลกล (biological molecule) เกดจากการรวมตวของสารอนทรยโมเลกลเลกทเปนหนวยยอย สารชวโมเลกล แบงไดเปน 4 ประเภทใหญ ๆ ไดแก - คารโบไฮเดรต - ลพด - โปรตน - กรดนวคลอก

ธาตทมมากทสดในเซลลโดยทวไป คอ ไฮโดรเจน 65.40% รองลงมา คอ ออกซเจน 25.60% คารบอน 7.50% และไนโตรเจน 1.25% ตามลาดบ

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate)

เปนสารอาหารหลกทใหพลงงานแกสงมชวต ประกอบดวยธาต C, H และ O โดย H:O = 2 : 1 แบงเปน 3 ประเภท คอ 1. นาตาลโมเลกลเดยว (Monosaccharide) 2. นาตาลโมเลกลค (Disaccharide) 3. นาตาลโมเลกลใหญ (Polysaccharide)

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate)

1. นาตาลโมเลกลเดยว (Monosaccharide)

- เปนคารโบไฮเดรตทมโมเลกลขนาดเลกทสด รางกายสามารถนาไปใชประโยชนไดเลย - มกเปนผลกสขาว มรสหวาน ละลายนาไดด มชอเรยกตามจานวนอะตอมของคารบอน

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate)

1. นาตาลโมเลกลเดยว (Monosaccharide)

- นาตาลเฮกโซสเปนนาตาลโมเลกลเดยวทพบมากทสดในธรรมชาตมความสาคญ ดงน

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate) 2. นาตาลโมเลกลค (Disaccharide) - เกดจากนาตาลโมเลกลเดยว 2 โมเลกล เชอมตอกนดวยพนธะโคเวเลนซ เรยกวา “Glycosidic Bond” ทาใหเกดนาขนมาดวยจงเรยกปฏกรยานวา “Dehydration”

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate) 2. นาตาลโมเลกลค (Disaccharide)

- โดยมากเกดจากนาตาลเฮกโซส จงมสตรโมเลกลเปน C12H22O11 มลกษณะดงตาราง

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate) 3. นาตาลโมเลกลใหญ (Polysaccharide)

- เปนคารโบไฮเดรตทพบมากทสดในธรรมชาต - เกดจากนาตาลโมเลกลเดยวมากกวา 10 โมเลกล เชอมตอกน - มกไมคอยละลายนาและไมมรสหวาน มหลายชนดทควรรจก

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate) 3. นาตาลโมเลกลใหญ (Polysaccharide)

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate) 3. นาตาลโมเลกลใหญ (Polysaccharide)

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate) 3. นาตาลโมเลกลใหญ (Polysaccharide)

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate)

ความสาคญของคารโบไฮเดรต 1. เปนแหลงพลงงานหลกของเซลลสงมชวต 2. เปลยนเปนสารอนเพอชวยซอมแซมหรอสรางสวนตางๆของเซลล 3. เกบสะสมไวในรปของไกลโคเจน เพอไวใชในยามรางกายขาดแคลนพลงงาน

โปรตน (Protein)

เปนสารอนทรยโมเลกลใหญประกอบดวยกรดอะมโน (Amino Acid) เชอมตอกนดวยพนธะเพปไทด (Peptide Bond) ประกอบดวยธาต C, H, O, N หรออาจม S, P หรอ Fe ดวยกได

โปรตน (Protein)

กรดอะมโนประกอบดวยโครงสรางหลกคลายกน คอ กรดอะมโนทพบในธรรมชาตโดยทวไปม 20 ชนด แบงเปน 2 กลม คอ 1. กรดอะมโนทจาเปน (Essential Amino Acid) เปนกรดอะมโนทรางกายไมสามารถสงเคราะหขนเองได ตองไดรบจากอาหารประเภท เนอ นม ไข หรอถวเหลอง มอย 8-10 ชนดขนกบชวงอาย สาหรบอารจนนและฮสทดน นนมความจาเปนสาหรบการเจรญเตบโตในวยเดก 2. กรดอะมโนทไมจาเปน (Nonessential Amino Acid) เปนกรดอะมโนทรางกายสงเคราะหขนเองได

โปรตน (Protein)

โปรตน (Protein)

การเชอมตอกนของกรดอะมโน การเชอมตอกนของกรดอะมโนจานวนมากๆ กลายเปนสายยาวเรยกวา “พอลเพปไทด (Polypeptide)” ซงมการจดเรยงตวไดหลายรปแบบตางๆ กน ดงน 1. โครงสรางปฐมภม (Primary Structure) 2. โครงสรางทตยภม (Secondary Structure) 3. โครงสรางตตยภม (Tertiary Structure) 4. โครงสรางจตรภม (Quarternary Structure)

โปรตน (Protein)

1. โครงสรางปฐมภม (Primary Structure) มลกษณะเปนสายยาวเนองจากการเชอมตอกนของกรดอะมโนจานวนมากดวยพนธะเพปไทด เชน ไซโทโครม ซ

โปรตน (Protein) 1. โครงสรางปฐมภม (Primary Structure)

โปรตน (Protein)

2. โครงสรางทตยภม (Secondary Structure) มลกษณะเปนเกลยวหรอลกคลนเนองจากมแรงดงดดของพนธะไฮโดรเจนภายในพอลเทปไทดเสนเดยวกนหรอคนละเสนกได เชน อลฟาเคราตน (α-Keratin) ไมโอซน (Myosin) คอลลาเจน (Collagen) เสนไหม (Silk Fibroin)

โปรตน (Protein)

2. โครงสรางทตยภม (Secondary Structure)

โปรตน (Protein)

3. โครงสรางตตยภม (Tertiary Structure) มลกษณะเปนกอนกลม (Glogubar Protein) เนองจากแรงดงดดของพนธะไฮโดรเจนหรอแรงดงดดระหวาง Side Chain และ Disulfide Bond ทาใหสายพอลเพปไทด ข ด ไ ป ม า เ ป น ก อ น เ ช น ไ ม โ อ โ ก ล บ น (Myoglobin) ในเซลลกลามเนอ

โปรตน (Protein) 4. โครงสรางจตรภม (Quarternary Structure) เกดจากพอลเพปไทดมากกวาหนงเสนรวมกนเปนกลมดวยแรงแวนเดอรวาลส ทาใหมโครงรปทเหมาะกบหนาท เชน ฮโมโกลบนในเมดเลอดแดง ประกอบดวยพอลเพปไทด 4 หนวยยอย

โปรตน (Protein) 4. โครงสรางจตรภม (Quarternary Structure)

โปรตน (Protein)

ความสาคญ 1. เปนโครงสรางของเซลล 2. ใหพลงงานแกรางกายประมาณ 4.2 กโลแคลอรตอกรม 3. ควบคมการทางานของรางกายเชน ฮอรโมนอนซลน 4. เปนภมคมกน

โปรตน (Protein)

เปนสารอนทรยทไมละลายนา แตละลายในอ เทอร คลอโรฟอร มและ เบนซน ประกอบดวย C, H และ O เชนเดยวกบคารโบไฮเดรต แตมอตราสวน H : O แตกตางกนมหลายประเภท

ลพด (Lipid)

ลพด (Lipid)

Lipids Diverse Hydrophobic molecules ไขมนและนามนเปนสารประกอบ เอสเทอรทเกดจากกรดไขมนกบ แอลกอฮอลบางชนด ท 25 C • ของแขง เรยกวาไขมน • ของเหลว เรยกวานามน

ลพด (Lipid) ****Lipids เปนสารทไมเปน polymer ****Lipids ไมละลายนา เนองจากโครงสรางของ lipids ประกอบดวย nonpolar covalent bonds เปนสวนมาก ****Lipids ไดแก ไขมน (Fat) Phospholipid Steroid ขผง (Wax)

Fats : เปนแหลงสะสมพลงงาน **Fats ถงแมจะไมเปน polymer แตเปนสารทมโมเลกลขนาดใหญ ประกอบดวยสารทมโมเลกลขนาดเลกกวามาตอกนดวยปฏกรยา Dehydration **Fats ประกอบดวย Glycerol และ กรดไขมน (Fatty acid)

ลพด (Lipid)

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

ลพด (Lipid) Triglycerol ไขมน 1 โมเลกล ประกอบดวย Glycerol 1 โมเลกล และ กรดไขมน 3 โมเลกล

ลพด (Lipid) โครงสรางของไขมนและนามน

ลพด (Lipid) • กรดไขมนแบงออกเปน 2 กลม ไดแก Saturated fatty acid (กรดไขมนชนดอมตว) Unsaturated fatty acid (กรดไขมนชนดไมอมตว) • ไขมนทไดจากสตว เชน เนย ม saturated fatty acid เปน

องคประกอบ มลกษณะเปนของแขงทอณหภมหอง • ไขมนจากพช ม unsaturated fatty acid เปนองคประกอบ มลกษณะ

เปนของเหลวทอณหภมหอง

ลพด (Lipid)

ลพด (Lipid)

ลพด (Lipid)

สมบตของกรดไขมน • โมเลกลของกรดไขมนในธรรมชาตสวนใหญจะมจานวนอะตอมของคารบอนเปนเลขคทงชนดอมตวและไมอมตว • จดหลอมเหลวของกรดไขมนจะสงขนเมอมวลโมเลกลเพมขน • กรดไขมนอมตวจะมจดหลอมเหลวสงกวากรดไขมนไมอมตวเมอโมเลกลมจานวนอะตอมของคารบอนเทากน • จดหลอมเหลวของกรดไขมนไมอมตวทมจานวนอะตอมของคารบอนเทากนจะลดลงเมอจานวนพนธะคเพมขน

ลพด (Lipid)

Phospholipids • เปนองคประกอบหลกของ cell membrane • ประกอบดวย glycerol 1 โมเลกล fatty

acid 2 โมเลกล และ phosphate group (phosphate group มประจ -)

• มสวนหวทมประจ และเปนสวนทชอบนา(hydrophilic) และสวนหางทไมชอบนา (hydrophobic)

ลพด (Lipid)

ลพด (Lipid) Phospolipid in aqueous environments เมอเตม phospholipids ลงในนา phospholipids จะรวมตวกน โดยเอาสวนหางเขาหากน และสวนหวหนออกทางดานนอก กลายเปนหยดเลกๆ เรยกวา micelle

ลพด (Lipid)

Cell membrane ของส งมชวต Phospholipids จะเรยงตวเปน 2 ชน โดย hydrophilic head จะหนออกทางดานนอกเขาหากน สวน hydrophobic tail อยตรงกลาง

ลพด (Lipid) Steroids • เปน lipids ประกอบดวย คารบอนเรยงตวเปนวงแหวน 4 วง • Steroids ชนดตางๆ มหม functional group ทตอกบวงแหวนแตกตางกน • Cholesterol เปน steroid ทเปนองคประกอบของ cell membrane

Cholesterol ยงเปนตวนา(precursor) สาหรบการสงเคราะห steroid อนๆหลายชนด เชน hormones

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

1. Nucleic acid เปนแหลงเกบข อ ม ล ท า ง พ น ธ ก ร ร ม แ ล ะถายทอดลกษณะของสงมชวต Nucleic acid ม 2 ชนด ไดแก

• Ribonucleic acid (RNA)

• Deoxyribonucleic acid (DNA)

DNA ถกใชเปนแมแบบในการสงเคราะห mRNA ซงถกใชเปนตวกาหนดในการสงเคราะหโปรตนอกทอดหนง

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

สงมชวตไดรบการถายทอด DNA จากรนพอแม • โมเลกลของ DNA เปนสายยาวมยนเปนจานวนมากเปนองคประกอบ • DNA อาจเกดการเปลยนแปลงได เนองจากสาเหตตางๆ เชน ฤทธของสารเคม

หรอ รงสจากสารกมมนตรงส • การเปลยนลาดบ nucleotide ใน DNA อาจมผลใหสงมชวตมลกษณะ

เปลยนแปลงไปจากเดมได • การเปลยนแลงลกษณะของสงมชวตทมผลมาจากการเปลยนแปลงลาดบ

nucleotide สามารถถายทอดตอไปยงรนลกได

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

2. สายของ nucleic acid ประกอบดวย polymer ของ nucleotides แตละ nucleotide ประกอบดวย 3 สวน ไดแก - Nitrogen base - Pentose sugar - Phosphate group

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

ใน DNA และ RNA มเบสอย 4 ชนดเทานน DNA มเบส A, G, C, T RNA มเบส A, G, C, U

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

• Nucleotide หลายโมเลกลมาเชอมตอกน ไดสายยาวของ polynucleotide ทมหม phosphate และ pentose เรยงตอกนเปนสาย โดย nitrogen base ยนออกมาจากสวนยาวของ nucleic acid

• Bond ทมาเชอมตอระหวาง nucleotide 2 โมเลกล เรยกวา Phosphodiester linkage

• ลาดบของ nitrogen base บนสาย DNA หรอ mRNA มลกษณะเฉพาะตว

• ลาดบของ base ในยนจะเปนตวกาหนดลาดบของ amino acid ของ polypeptide ของโปรตน

กรดนวคลอก (Nucleic Acid) 3. การถายทอดลกษณะทางกรรมพนธเกดขน เนองจาก DNA มการจาลองตวเอง

• 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 (ดงรป)

• ลกษณะการเขาคกนของ base เรยกวา complementary

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

กรดนวคลอก (Nucleic Acid)

ป จ จ บ น น ก วทยาศ าสตร พยายา ม เปร ยบ เ ท ยบล า ด บ nucleotide ของยนชนดเดยวกนจากสงมชวตตางๆ เพอใชในการจาแนกกลมของสงมชวต และศกษาเรองววฒนาการของสงมชวตชนดตางๆ

เนอเยอพชและสตว