สารเคมีในสิ่งมีชีวิต

เคมีที่เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต

          สิ่งมีชีวิตมากมายหลายชนิด มีรูปร่างและขนาดที่แตกต่างกัน และภายในเซลล์จะมีสารเคมีหลายชนิดเป็นองคืประกอบ สารเคมีเหล่านี้เป็นสิ่งไม่มีชีวิตแต่เป็นองค์ประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ แต่จะมีปริมาณหรือสัดส่วนที่แตกต่างกันของแต่ละชนิดนั้น สารเคมีที่พบนี้ในระดับโมเลกุลจะมีทั้งสารประกอบ      อนินทรีย์ และสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งมีทั้งสารโมเลกุลเล็ก เช่น น้ำ และสารโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งจะมีโครงสร้างที่ซับซ้อน เช่น โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และกรดนิวคลีอิก รวมทั้งโมเลกุลเล็กๆ อีกหลายหมื่น

1.        สารประกอบอนินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต

1.1 น้ำ                                                                                                                                                 

โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยไฮโดรเจนสองอะตอม และออกซิเจนหนึ่งอะตอม (H₂O)

น้ำมีอยู่ในเซลล์ประมาณ 60-80 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนัก หน้าที่และการทำงานที่สำคัญของสิ่งมีชีวิตต้องอาศัยน้ำทั้งสิ้น ซึ่งหน้าที่ของน้ำสรุปได้ดังนี้

-          เป็นตัวกลางสำหรับปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ ช่วยให้สารประกอบต่างๆของ

กระบวนการเมตาบอลิซึม (Metabolism) เข้าทำปฏิกิริยากันได้ง่าย และยังเป็นตัวเข้าร่วมทำปฏิกิริยาเคมีโดยตรงอีกด้วย

-          เป็นสารประกอบสำคัญของโพรโทพลาซึม (Protoplasm) อยู่ร่วมกับโปรตีน

และสารประกอบต่างๆในรูปของลอยด์และสารละลาย

-          เป็นตัวขนส่งสารอาหารเข้าสู่เซลล์และนำของเสียออกจากร่างกาย

-          ควบคุมระดับอุณหภูมิภายในร่างกายของสิ่งมีชีวิตให้คงที่

-          เป็นส่วนหนึ่งขององค์ประกอบที่ทำให้เกิดระบบแรงดันของของเหลวใน

เซลล์ เช่น รักษาความเต่งของเซลล์ป้องกันความเหี่ยวย่นของเซลล์ นอกจากนี้น้ำยังช่วยทำให้เกิดการเคลื่อนไหวของเซลล์พืช เช่น การหุบการบาน การคลี่ของใบและดอก การเปิดปิดปากใบ

-          ทำหน้าที่หล่อลื่น เช่น สารมือกในร่างกายจะมีน้ำเป็นองค์ประกอบ สารเมือก

ที่อยู่รอบๆ อวัยวะต่างๆ เพื่อลดการเสียดสี

-          น้ำช่วยให้เกิดความรู้สึกสัมผัส รส กลิ่น โดยช่วยละลายสารที่แสดงรสและ

กลิ่น ก่อนแล้วจึงเกิดปฏิกิริยาเคมีเฉพาะการรับสัมผัสที่ปลายประสาท

1.2  คาร์บอนไดออกไซด์

คาร์บอนไดออกไซด์มีอยู่ในบรรยากาศประมาณ 0.03-0.04 เปอร์เซ็นต์ เป็นสาร

อนินทรีย์ที่พืชนำไปสร้างสารอาหารอื่นๆ โดยใช้กระบวนการสังเคราะห์แสง ในร่างกายของสิ่งมีชีวิตจะมีคาร์บอนไดออกไซด์ละลายอยู่ในรูปของกรดคาร์บอนิก (H₂CO₃)

1.3  ออกซิเจน

พบอยู่ในชั้นบรรยากาศประมาณ 21 เปอร์เซ็นต์ มีสมบัติละลายน้ำได้ดี โดยทั่วไป

ออกซิเจนที่พืชและสัตว์ใช้นัน้ได้จากน้ำไม่ใช่จากธาตุออกซิเจนโดยตรง หน้าที่สำคัญของออกซิเจน คือ เป็นตัวรับไฮโดรเจนที่ได้จากกระบวนการหายใจระดับเซลล์ซึ่งรวมตัวกลายเป็นน้ำ

1.4  สารพวกที่มีอิเล็กโทรไลต์

สารที่มีอิเล็กโทรไลต์เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวเป็นไอออน (Ion) ที่มีประจุบวก (Cation)

 และไอออนที่มีประจุลบ (Anion) ไอออนที่มีประจุบวกที่มีความสำคัญต่อร่างกาย ได้แก่ โซเดียมไอออน(Na⁺) โปแตสเซียมไอออน(K⁺) แคลเซียมไอออน(Ca²⁺) แมกนีเซียมไอออน(Mg²⁺) และไอออนประจุลบที่มีความสำคัญคือ คลอไรด์ไอออน (Cl^-) ไบคาร์บอเนตไอออน(HCO₃^-) ฟอสเฟตไอออน(PO₄^3-) ซัลเฟตไอออน(SO₄^2-) หน้าที่สำคัญของสารอิเล็กโทรไลต์คือ การรักษาระดับแรงดันออสโมติก และระดับความเป็นกรด-เบสของเซลล์ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต่างที่เกิดขึ้นในเซลล์

2.        สารประกอบอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต

2.1        โปรตีน

โปรตีนเป็นสารชีวโมเลกุลที่พบมากที่สุดในร่างกายมีประมาณร้อยละ 50 โดยน้ำหนัก แห้ง มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตโดยเป็นองค์ประกอบหลักของเซลล์ทุกเซลล์ตลอดจนองค์ประกอบของเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ  ในพืชอาจมีปริมาณโปรตีนน้อยกว่าน้อยกว่าร้อยละ 50 เนื่องจากมีคาร์โบไฮเดรตในรูปเซลลูโลสเป็นปริมาณมาก โปรตีนหลายชนิดซึ่งทำหน้าที่แตกต่างกันในสิ่งมีชีวิต

1.  โครงสร้างของโปรตีน

  โปรตีนเป็นสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งเป็นสารอาหารอีกประเภทหนึ่ง ประกอบด้วยธาตุ C , H , O และ N บางครั้งอาจมี S , P อยู่ด้วยจัดเป็นสารโมเลกุลใหญ่ โครงสร้างที่สำคัญของโปรตีนประกอบด้วย กรดอะมิโน หลายโมเลกุลมารวมกันด้วยกระบวนการพอลิเมอไรเซชัน ชนิดคอนเดนเซชัน (condensation) โดยกรดอะมิโนเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเปปไทด์ กรดอะมิโนในโปรตีนมีโครงสร้างที่ประกอบด้วย 2 ส่วน คือ หมู่คาร์บอกซิล (- COOH) และหมู่อะมิโน (- NH₂) ซึ่งมีสูตรโครงสร้างดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 โครงสร้างของโปรตีน

กรดอะมิโนในโปรตีนทั่วไปจะพบประมาณ 20 ชนิด ซึ่งสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทคือ

1.1 กรดอะมิโนจำเป็น (essential amino acid) คือ กรดอะมิโนที่ร่างกายต้องการแต่ไม่สามารถสร้าเงองได้ต่องอาศัยการรับประทานอาหารเข้าไป มี 8 ชนิด คือ วาลีน , ลิวซีน , ไอโซลิวซีน , ทรีโอนีน , พีนิลอะลานีน , เมทิโอนีน , ทริปโดเฟน , ไลซีน ส่วนทารกต้องการเพิ่มอีก 1 ชนิด คือ ฮิสตีดีน ซึ่งจำเป็นต่อการสร้างความเจริญเติบโต (ตารางที่ 1)

1.2 กรดอะมิโนไม่จำเป็น (non essential amino acid) คือ กรดอะมิโนที่ร่างกายสามารถสร้างเองได้ ไม่จำเป็นต้องได้รับจากอาหารโมเลกุลของโปรตีน เมื่อกรดอะมิโนต่างๆ มาเกิดกันจะได้โมเลกุลขนาดใหญ่ มีมวลมากกว่า 5,000 พันธะระหว่างโมเลกุลของกรดอะมิโนจำนวนมาก เรียกว่า โพลิเปปไทด์ (peptide bond) (รูปที่ 2) กรดอะมิโนที่ไม่จำเป็นดังแสดงในตารางที่ 1

 

รูปที่ 2 แสดงการเกิดพันธะเปปไทด์ (peptide bond)

ตารางที่ 1 กรดอะมิโน 20 ชนิดที่พบในโปรตีน

กรดอะมิโนที่ละลายน้ำดี ได้แก่ glycine และ seine

กรดอะมิโนไม่ละลายน้ำ ได้แก่ alanine และ valine

กรดอะมิโนมีสมบัติเป็นเบส ได้แก่ lysine และ histidine

กรดอมิโนมีสมบัติเป็นกรด ได้แก่ aspartic และ glutamic

2.  ชนิดของโปรตีน

      โปรตีนสามารถแบ่งเป็นชนิดโดยมีเกณฑ์การแบ่งได้หลายเกณฑ์ เช่น แบ่งตามหน้าที่ หรือแบ่งตามลักษณะโครงสร้าง ในที่นี้จะแบ่งชนิดของโปรตีนโดยยึดโครงสร้างเป็นเกณฑ์ สามารถแบ่งได้เป็น 2 ชนิดคือ

        1.1 โปรตีนเส้นใย (fibrous protein) ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของเซลล์ ทำให้เกิดการ

เคลื่อนไหวหรือเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเซลล์ เช่น เคราตีน พบในขนสัตว์ เส้นผม คอลลาเจน พบในเนื้อเยื่อของสัตว์ในกระดูกสันหลัง

        1.2 โปรตีนก้อนกลม (globular protein)  เช่น เอ็นไซม์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ ฮีโมโกลบินในเม็ดเลือดแดงจะนำออกซิเจนจากปิดไปยังส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย นอกจากนี้ยังมีแอนติบอดีที่ช่วยกำจัดสิ่งแปลกปลอมที่เป็นอันตรายต่อร่างกาย รวมทั้งฮอร์โมนชนิดต่างๆ ด้วย

3.  สมบัติของโปรตีน

     1.  เผาไหม้จะมีกลิ่นเหม็น เช่น เส้นผม

     2.  โปรตีนทุกชนิดต้องประกอบด้วยกรดอะมิโน

     3.  ทำปฏิกิริยากับกรดหรือเบส ได้เป็นกรดอะมิโน

     4.  ตกตะกอนได้ง่ายเมื่อถูกความร้อน แอลกอฮอล์ อะซิโตนและโลหะหนัก

     5.  ดูดกลืนแสงในช่วยอุลตราไวโอเลต ซึ่งมีความยาวคลื่นแสงน้อยกว่า 2.20 นาโนเมตร

4.  การเปลี่ยนสภาพของโปรตีน

     เมื่อมีปัจจัยบางอย่างมาทำลายโครงสร้างของโปรตีน อาจเกิดจากการทำลายแรงยึดเหนี่ยวของพันธะ เป็นเหตุให้โครงสร้างสามมิติของโปรตีนเปลี่ยนไปเรียกว่า “การแปลงสภาพ” ซึ่งมีปัจจัยต่างๆ ดังนี้

     4.1 อุณหภูมิ โปรตีนแต่ละชนิดจะมีคุณภาพหรือมีประสิทธิภาพในการทำงาน จะต้องอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับโปรตีนชนิดนั้น ๆ ถ้าสูงหรือต่ำเกินไป อาจทำให้โปรตีนสูญเสียสภาพทางชีวภาพได้ เช่น เอ็นไซม์จะทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิ 25 – 40 องศา C

     4.2 ความเป็นกรด – เบส โปรตีนเมื่อยู่ในสภาพเป็นกรดหรือเบส จะทำให้เกิดการตกตะกอน แสดงว่าโครงสร้างโปรตีนเกิดการเสียสภาพ ดังนั้น คุณค่าของโปรตีนก็จะเสียไป เพราะโปรตีนไม่ละลายน้ำ ก็ไม่สามารถดูดซึมไปใช้ประโยชน์ได้

     4.3 แอลอฮอล์ และอะซิโตน เช่นในเอทานอลทำให้โปรตีนตกตะกอนไม่ละลายน้ำ

     4.4 ไอออนของโลหะหนัก เช่น Pb²⁺ , Hq²⁺ , Cu²⁺ , Aq²⁺ ทำให้โปรตีนเปลี่ยนสภาพเป็นตะกอนเพราะไอออนของโลหะไปจับกับไอออนลบของโปรตีน จากคุณสมบัติข้อนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้เช่นกัน ดังกรณีของคนที่รับสารพิษพวกไอออนโลหะตะกั่ว , สารหนูและปรอท จะให้กินไข่ขาวดิบ , นมสดหรือน้ำมะพร้าว เพราะโปรตีนจะไปจับกับไอออนโลหะเกิดเป็นตะกอนแล้วทำให้อาเจียนออกมาก็เป็นการขับสารพิษเบื้องต้น

    4.5 เกลือที่มีความเข้มข้นสูง เช่น (NH₄)₂ SO₄ ทำให้โปรตีนเสียสภาพตกตะกอนเพราะไอออนของเกลือไปดึงโมเลกุลจากน้ำจากโปรตีนให้ลดลง

การเปลี่ยนแปลงสภาพของโปรตีนเกินขึ้นได้ง่ายหรือไม่ และด้วยปัจจัยด้วย ๆ ที่กล่าวจริงหรือไม่ ให้ผู้เรียนทำการทดลองและดูผลที่ได้จากการทดลองดังนี้

5. การทดสอบโปรตีน

    5.1 โปรตีนจะเกิดปฏิกิริยากับสารละลาบย CuSO₄ ใน NaOH จะให้สารประกอบเชิงซ้อนของทองแดงกับสารที่มีพันธะเปปไทด์ ตั้งแต่ 2 พันธะขึ้นไป ซึ่งจะมีสีน้ำเงินม่วง สำหรับพวกเปปไทด์โมเลกุลเล็ก ๆ อาจให้สีไม่ชัดเจน วิธีนี้เรียกว่า Biuret Test

    5.2 โปรตีนสามารถเกิดปฏิกิริยากับกรดไนตริก (HNO₃) เกิดเป็นสีเหลือง

   5.3 โปรตีนสามารถเกิดปฏิกิริยากับสารละลายแอมโมเนีย (NH₃) ซึ่งจะเห็นเป็นสีเหลืองเข้ม

2.2        คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate)

       คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) เป็นสารประกอบอินทรีย์อีกประการหนึ่งซึ่งประกอบ ด้วย ธาตุ C , H และ O ในโมเลกุล คาร์โบไฮเดรตมีทั้งที่เป็นพวกโมเลกุลเล็กและโมเลกุลใหญ่จัดเป็นพวกพอลิไฮดรอกซี (polyhydroxy) อารจเป็นอัลดีไฮด์ หรือ คีโตน ก็ได้ ซึ่งพบทั้งในพืชและสัตว์ คาร์โบไฮเดรตสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 พวกใหญ่ คือ

        1. โมโนแซ็กคาโรด์ (monosaccharide) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีโครงสร้างเชิงโมเลกุลง่ายที่สุด อาจแบ่งออกเป็นชนิดอัลไดส และชนิดคีโตส ขึ้นอยู่กับหมู่คาร์บอนิลในโมโนแซ็กคาไรด์ว่าเป็นอัลดีไฮด์หรือคีโตน มีสูตรทั่วไปเป็น C_nH_2nO_n โดยทั่วไปโมโนแซ็กคาไรด์จะมีจำนวนคาร์บอนตั้งแต่ 3 ถึง 8 อะตอม แต่ส่วนใหญ่ที่พบจะเป็นพวกเพนโทส ( C = 5 อะตอม) ได้แก่กลูโคส และกาแล็กโทส จัดเป็นโมเลกุลเล็กที่สุด ไม่สามารถถูกไฮโดรไลซ์ได้อีก โดยมีโครงสร้างทั้งที่เป็นโซ่เปิดและเป็นวง แต่ส่วนใหญ่เป็นวง (รูปที่ 3)

 

รูปที่ 3 แสดงถึงการสลายไดแซ็กคาไรด์เป็นโมโนแซ็กคาไรด์

2. ไดแซ็กคาไรด์ (disaccharide) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีสูตรโมเลกุลเป็น C₁₂H₂₂O₁₁ และเมื่อนำไปไฮโดรไลส์จะให้โมโนแซ็คคาไรด์ 2 โมเลกุล แสดงว่าไดแซ็กคาไรด์เกิดจากการรวมกันของโมโนแซ็คคาไรด์ 2 โมเลกุล อาจเป็นชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกันที่สำคัญได้แก่ ซูโครส แลกโตส และมอลโตส

กลูโคส + กลูโคส                             มอลโตส + น้ำ

กลูโคส + ฟรุกโตส                            ซูโคส + น้ำ

กลูโคส + กาแลกโตส                         แลกโตส + น้ำ

น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว                           น้ำตาลโมเลกุลคู่

- ซูโครสหรือน้ำตาล พบทั่วไปในพืช เช่น อ้อย หัวบีท

- แลกโตสหรือน้ำตาลนม พบในน้ำนมสัตว์ที่เลี้ยงลูกด้วยนม

- มอลโตส พบในเม็ดข้าวอ่อนในธรรมชาติพบน้อยกว่าซูโครสและแลกโตส

ร่างกายไม่สามารถนำไดแซ็กคาไรด์ไปใช้โดยตรงแต่ต้องมีการไฮโดรไลส์ให้เป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวเสียก่อน ร่างกายจึงจะมีการดูดซึมไปใช้ได้ซึ่งเกิดไฮโดรไลส์ได้ 2 แบบ คือ

2.1 ไฮโดรไลส์ด้วยเอ็นไซม์จะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิของร่างกาย เช่น ซูโครส โดย

eumsia เอ็นไซม์ ซูเครส แลกโตสโดยแลกเตส และมอลโตสด้วยแลกเตส เขียนปฏิกิริยาได้ดังนี้

ซูโครส + น้ำ           ^{ซูเครส}        กลูโคส + ฟรุกโตส

แลกโตส + น้ำ        ^{แลกเตส}        กลูโคส + กาแลกโตส

มอลโตส + น้ำ        ^{มอลเตส}        กลูโคส + กลูโคส

2.2 ไฮโดรไลส์โดยใช้กรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ที่ eumsia อุณหภูมิสูง เช่น

ซูโครส + น้ำ                 ^H+_{อุณหภูมิสูง}     กลูโคส + ฟรุกโตส

แลกโตส + น้ำ               ^H+_Tสูง                  กลูโคส + กาแลกโตส

3. โพลีแซ็กคาไรด์ (polysaccharide) เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุล eumsia ใหญ่มีโครงสร้างซับซ้อนมากเกิดจากการรวมกันของโมโนแซ็กคาไรด์หลาย ๆ โมเลกุลจัดเป็นโพลีเมอร์ธรรมชาติซึ่งเกิดจากกระบวนการโพลีเมอไรเซชั่น ดังสมการ

nC₆H₁₂O₆                           (C₆H₁₂O₆)n + nH₂O

โมโนเมอร์                            โพลีเมอร์

โพลีแซกคาไรด์ที่สำคัญได้แก่ แป้ง (starch) ไกลโคเลน (glycoaen) และเซลลูโลส (cellulose)

3.1 แป้ง (starch) เป็นโพลีเมอร์ของกลูโคสเมื่อย่อยสลายด้วยเอ็นไซด์ให้ผลผลิตเป็นมอลโตส ซึ่งเป็นคาร์โบไฮเดรตที่พืชสะสมไว้ในส่วนต่างๆ โดยเฉพาะเมล็ด , หัวและราก ได้แก่ ข้าว ข้าวสาลี มัน เผือก เป็นต้น

3.2 ไกลโคเจน (glycogen) หรือแป้งในสัตว์ พบในเนื้อเยื่อของสัตว์ โดยเฉพาะในตับ และกล้ามเนื้อ มีมวลโมเลกุลสูงกว่าแป้ง

3.3 เซลลูโลส (Cellulose) เป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์พืช โดยเป็นโพลีเมอร์ ของกลูโคสที่แตกต่างจากแป้ง และไกลโคเจนที่กลูโคสต่อกันเป็นโซ่ยาว โดยไม่มีสาขา เซลลูโลส ไม่สามารถย่อยได้ด้วยเอ็นไซม์ในลำไส้ของมนุษย์ แต่จะถูกย่อยได้ในสัตว์บางชนิด เช่น วัว ควาย ช้าง ม้า แกะและแพะ โดยเอ็นไซม์จากแบคทีเรียซึ่งอยู่ในกระเพาะ

4.  สมบัติและปฏิกิริยาการทดสอบคาร์โบไฮเดรต

     1. การละลายน้ำ พบว่าคาร์โบไฮเดรต พวกน้ำตาลสามารถละลายน้ำได้ดี ส่วนแป้ง ไกลโคเจนและเซลลูโลสไม่ละลายในน้ำ

     2. น้ำตาลโมเลกุลเล็กและโมเลกุลใหญ่บางชนิดเกิดปฏิกิริยาสารละลายเบเนดิกต์ ซึ่งมีสีฟ้าประกอบด้วย คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต โซเดียมคาร์บอเนต และโซเดียมซิเตรตผสมกันอยู่ จะไดตะกอนสีแดงอิฐของ Cu₂O (Copper (I) Oxde) ซึ่งใช้เป็นวิธีทดสอบน้ำตาลรีดิวซ์ ที่มีหมู่ฟอร์มิล (- C- H) หรือหมู่แอลฟา – ไฮดรอกซีคีโตน ( - C – CH - ) เช่น กลูโคส มอลโตสและแลกโตส โดยสารละลายเบเนดิกต์จะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดส์ ดังสมการ

น้ำตาล + เบเนดิกต์                          ตะกอนแดงอิฐ + สารอื่น ๆ

       (Cu₂O)

2.3  ไขมัน (Lipid)

ในกลุ่มของไขมันมีหลายชนิดอยู่ในรูปที่ต่างกัน ลักษระที่สำคัญร่วมกัน คือ ไม่ละลาย

น้ำ จักเป็นกลุ่มใหญ่ๆ ได้ 4 กลุ่ม ได้แก่ ไขมันและน้ำมัน ฟอสโฟลิพิด สเตรอยด์ และขี้ผึ้ง

1.       ไขมันและน้ำมัน (Fat and Oil)

           ไขมันและน้ำมันเป็นสารอินทรีย์ชนิดหนึ่งประกอบด้วยธาตุ C , H , O จัดเป็นสาร

ที่มีโครงสร้างซับซ้อนและมีโมเลกุลขนาดใหญ่พบในสัตว์และพืชทั่วไปโดยพบว่าไขมันและน้ำมันเมื่อเกิดการเผาผลาญ จะใช้พลังงานประมาณ 9.0 กิโลแคลอรี่ต่อกรัม น้ำมันต่างกับไขมัน คือ น้ำมัน (oil) มีสถานะเป็นของเหลวเหนียวหนืด ณ อุณหภูมิห้อง ส่วนไขมัน (fat) มีสถานะเป็นของแข็งลักษณะคล้ายขี้ผึ้งที่อ่อนนุ่ม ณ อุณหภูมิห้อง

1.1 โครงสร้างของไขมันและน้ำมัน

                ไขมันและน้ำมัน เป็นเอสเทอร์ที่มีในธรรมชาติ เป็นสารอินทรีย์ประเภทเดียวกัน สารจำพวกไข (wax) โดยเป็นเอสเทอร์ที่เกิดจากกรดอินทรีย์ซึ่งมีจำนวนคาร์บอนอะตอมมากที่เรียกว่า กรดไขมัน (fatty acid) รวมกัน กลีเซอรอลที่เป็นแอลกอฮอล์ซึ่งมีหมู่ -OH 3 หมู่ เอสเทอร์ที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่า กลีเซอร์ไรด์ (glyceride) ดังรูปที่ 4

รูปที่ 4 โครงสร้างของไขมัน

ลักษณะของกรดไขมันที่อยู่ในเอสเทอร์มักมีอะตอมของ C เป็นเลขคู่ แบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ

1. กรดไขมันอิ่มตัว มักพบในไขมันสัตว์มีพันธะเดี่ยวระหว่างคาร์บอนในโมเลกุล มีสูตรทั่วไปเป็น C_nH_2n+iCOOH (ตารางที่ 2)

2. กรดไขมันไม่อิ่มตัว มักพบในน้ำมันพืชได้แก่กรดไขมันที่มีพันธะคู่อยู่ระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนในโมเลกุล อย่างน้อย 1 ตำแหน่ง มีสูตรทั่วไป เป็น C_nH_2n-1 COOH หรือ C_nH_2n+1 CH = CHC_nH_2nCOOH (ตารางที่ 3)

ตารางที่ 2 กรดไขมันอิ่มตัวในธรรมชาติ

ชื่อกรดไขมัน	จำนวนคาร์บอนอะตอม	สูตรโครงสร้าง	แหล่งอาหาร
แอซิติก (Acetic)	2	CH3COOH	น้ำส้มสายชู
บิวไทริก (Butyric)	4	C3H7COOH	เนย น้ำมันมะพร้าว
แคโพรอิก (Caproic)	6	C5H11COOH	เนย น้ำมันมะพร้าว ปาล์ม
แคพริก (Capric)	8	C7H11COOH	เนย น้ำมันมะพร้าว ปาล์ม
ลอริก (Lauric)	12	C11H11COOH	น้ำมันมะพร้าว
ไมริสติก (Myristic)	14	C13H11COOH	น้ำมันมะพร้าว ไขสัตว์
พัลมิติก (Palmitic)	16	C15H11COOH	ไขพืชและสัตว์
สเตียริก (Stearic)	18	C17H11COOH	ไขพืชและสัตว์
อะราชิดิก (Arachidic)	20	C19H11COOH	น้ำมันถั่วลิสง

ตารางที่ 3 กรดไขมันไม่อิ่มตัวในธรรมชาติ

ชื่อกรดไขมัน	จำนวนคาร์บอนอะตอม	สูตรโครงสร้าง	แหล่งอาหาร
พลมิโทเลอิก (Palmitoleic)	16	C15H29COOH	สัตว์และไขมันพืช
โอเลอิก (Oleic)	18	C17H33COOH	สัตว์ ไขมัน และน้ำมันพืช
ไลโนเลอิก (Linoleic)	18	C17H33COOH	น้ำมันลินซีด น้ำมันพืช
ไลโนเลนิก (Linolanic)	18	C17H29COOH	น้ำมันลินซีด
อะราชิโดนิก (Arachidonic)	12	C19H31COOH	สมองและเนื้อเยื่อประสาท

          1.2  คุณสมบัติของไขมันและน้ำมัน

     1. การละลาย ไขมันและน้ำมัน ไม่ละลายน้ำแต่ละลายได้ในตัวทำลายไม่มีขั้ว เช่น

เฮกเซน เบนซินและอีเทอร์

     2. ความหนาแน่น ไขมันและน้ำมันมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ แต่มีความหนาแน่นสูงกว่าแอลกอฮอล์

     3. ไขมันมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงกว่าน้ำมัน จึงมักพบว่าไขมันมักเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง เพราะในโมเลกุลของไขมันมีกรดไขมันอิ่มตัวมากกว่าน้ำมัน และพบว่าถ้าจำนวน C อะตอมมากขึ้น จุดเดือดและจุดหลอมเหลวจะสูงขึ้น

    4. ไขมันและน้ำมันประกอบด้วย กรดไขมันอิ่มตัวและไม่อิ่มตัวด้วยชนิดและสัดส่วนที่แตกต่างกัน ซึ่งจะมีผลต่อสถานของไขมันและน้ำมันชนิดนั้น

    5. การเกิดปฏิกิริยาของไขมันและน้ำมัน แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับชนิดของกรดไขมันที่เป็นองค์ประกอบ

          2.  ฟอสโฟลิพิด

               มีโครงสร้างคล้ายกรดไขมัน คือประกอบด้วยโมเลกุลของกลีเซอรอลแลกรดไขมัน แต่คาร์บอนตัวที่สามในกลีเซอรอลจจับกับหมู่ฟอสเฟตแทนที่จะเป็นกรดไขมัน ในลักษณนี้ทำให้ทางด้านฟอสโฟลิพิดสามารถที่จะละลายน้ำได้ (hydrophilic) แต่ด้านที่เป็นไขมันจะไม่ละลายน้ำ (hydropholic)

          3.  สเตรอยด์

               ไม่ใช่ไขมันที่แท้จริง แต่เนื่องจากมีสมบัติไม่ละลายน้ำ แต่ละลายได้ในไขมัน จึงร่วมไว้ในกลุ่มของลิพิด สเตรอยด์เป็นสารประกอบที่สำคัญและจำเป็นในร่างกาย สารในกลุ่มนี้ได้แก่ คอเลสเตอรอล น้ำดี และฮอร์โมนเพศ เป็นต้น

          4.  ขี้ผึ้ง (wax)

               ขี้ผึ้งเป็นรูปหนึ่งของลิพิด เป็นส่วนที่เคลือบผิหนัง ขน โครงสร้างภายนอกของแมลง และผิวนอกของต้นไม้ เป็นต้น

         

2.4  กรดนิวคลีอิก

กรดนิวคลีอิกเป็นโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่สำคัญของเซลล์ กรดนิวคลีอิกมี 2 ชนิด

ได้แก่

1.       Deoxyribonucleic acid (DNA) เป็นสารที่ความคุมลักษณะพันธุกรรมของ

สิ่งมีชีวิต พบอยู่ในนิวเคียสและไมโทคอนเดรีย เป็นส่วนประกอบหลกของโครโมโซม นอกนั้นยังเป็นแม่แบบในการสร้างโปรตีนชนิดต่างๆ ภายในเซลล์โดยการส่งคำสั่งผ่าน RNA น้ำตาลใน DNA เรียกว่า deoxyribose มีคาร์บอนน้อยกว่าน้ำตาลใน RNA 1 อะตอม (รูปที่ 5)

รูปที่ 5 โครงสร้าง DNA

2.       Ribonucleic acid (RNA) อยู่ในส่วนที่เป็นนิวคลีโอลัสและไซโทพลาซึม มี

ลักษณะเป็นสายเดียว มีหน้าที่ในการสร้างโปรตีน น้ำตาลใน RNA เรียกว่า ribose

          DNA และ RNA จะประกอบด้วย nitrogenous base จะมี 2 ประเภท คือ Purine ได้แก่ Adenine (A) และ Guanine (G) พบทั้งใน DNA และ RNA  และ Pyrimidine ได้แก่ Cytosine (C) Thymine (T) และ Uracil (U) ชนิดแรกพบทั้ง DNA และ RNA แต่ Thymine พบเฉพาะใน DNA และ Uracil พบเฉพาะใน RNA  ซึ่งสามารถเปรียบเทียบความแตกต่างกันระหว่าง DNA กับ RNA ดังตารางที่ 4  

          ใน DNA ประกอบด้วยสาย nucleotide 2 สาย ซึ่ง A ยึดกับ T และ C ยึดกับ G แต่ในสาย RNA นั้น A จะยึดกับ U (ตารางที่ 4)

         

ตารางที่ 4  แสดงส่วนประกอบต่างๆ เปรียบเทียบระหว่าง DNA และ RNA

หมู่ฟังชันแนล	DNA	RNA
เบส
พิวรีน(purine)	อิดีนีน (A)	อิดีนีน (A)
	กัวนีน (G)	กัวนีน (G)
ไพริมิดีน(pyrimidine)	ไทมีน (T)	ยูเรซิล (U)
	ไซโทซีน (C)	ไซโทซีน (C)
น้ำตาล	ดีออกซีไรโบส (dR)	ไรโบส (R)
หมู่ฟอสเฟต	ฟอสเฟต (P)	ฟอสเฟต (P)