ชีววิทยา ม.4

  กรดนิวคลิอิก (nucleic acid) เป็นสารชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่  ทำหน้าที่เก็บและถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตจากรุ่นหนึ่งไปอีกรุ่นหนึ่ง และยังมีหน้าที่ควบคุมการเจริญเติบโตและกระบวนการต่างๆของสิ่งมีชีวิต  กรดนิวคลิอิกมี 2 ชนิด คือ DNA (deoxyribonucleic acid) และ RNA (ribonucleic acid)
  โมเลกุลของกรดนิวคลิอิก ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) นิวคลีโอไทด์ประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่ หมู่ฟอสเฟต น้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม และไนโตรจีนัสเบส นิวคลีโอไทด์มี 5 ชนิด แตกต่างกันที่ส่วนประกอบที่เป็นไนโตรจีนัสเบส
   นิวคลีโอไทด์จะเรียงต่อกันเป็นสายยาวเรียกว่า พอลินิวคลีโอไทด์ (polynucleotide)
   DNA ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สาย เรียงตัวสลับทิศกันและมีส่วนของเบสยึดกันด้วยพันธะไฮโดรเจน  บิดเป็นเกลียวเป็นบันไดเวียนขวา
   RNA เป็นพอลินิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว
   DNA และ RNA มีน้ำตาลที่เป็นองค์ประกอบต่างกัน ใน DNA จะเป็นน้ำตาลดีออกซีไรโบส ส่วนใน RNA จะเป็นน้ำตาลไรโบส  เบสที่พบใน DNA และ RNA มีบางชนิดที่เหมือนกันและบางชนิดต่างกัน

ก.โครงสร้างของน้ำตาลดีออกซีไรโบส  ข.ชนิดนิวคลีโอไทด์

*หมายเหตุ น้ำตาลใน DNA และ RNA ต่างกันที่จำนวนอะตอมของออกซิเจน ถ้าเป็น DNA จะมี  ออกซิเจนน้อยกว่า RNA หนึ่งอะตอม

   ลิพิด (lipid) เป็นสารชีวโมเลกุลที่ละลายได้ดีในตัวทำละลายที่เป็นสารอินทรีย์ ลิพิดประกอบด้วยธาตุคาร์บอน  ไฮโดรเจน  และออกซิเจน  ลิพิดมีหลายชนิด เช่น ไขมัน น้ำมัน ฟอสโฟลิพิด ไข และสเตอรอยด์ ลิพิดมีโครงสร้างทางเคมีหลายแบบ
   ลิพิดให้พลังงานมากกว่าคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนที่มีน้ำหนักเท่ากัน ทำหน้าที่ป้องกันการสูญเสียน้ำ เป็นฉนวนช่วยควบคุมอุณหภูมิของร่างกาย และป้องกันการกระทบกระแทกของอวัยวะภายใน
   ลิพิด แบ่งตามโครงสร้างได้ 3 ชนิด คือ ลิพิดเชิงเดี่ยว (simple lipid) ลิพิดเชิงซ้อน (complex lipid) และลิพิดอนุพันธ์ (derived lipid)

   ลิพิดเชิงเดี่ยว
            ประกอบด้วยกรดไขมันและแอลกอฮอล์ ได้แก่ ไขมััน น้ำมัน และไข  ไขมันมีสถานะเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง  น้ำมันเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง  ไขพบได้ที่ผิวหนัง ใบไม้ และผลไม้บางชนิด
             โมเลกุลของไขมันและน้ำมันประกอบด้วย กรดไขมัน และแอลกอฮอล์ที่เรียกว่า กรีเซอรอล ถ้ามีเพียงหนึ่งโมเลกุล เรียกว่า มอโนกลีเซอไรด์
    มีสองโมเลกุล       เรียกว่า ไดกลีเซอไรด์
    มีสามโมเลกุล       เรียกว่า ไตรกลีเซอไรด์  เป็นลิพิดที่พบมากที่สุดในสัตว์และพืช
             กรดไขมันแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ กรดไขมันอิ่มตัว (saturated fatty acid) และกรดไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty acid)  กรดไขมันที่อิ่มตัวจะมีคาร์บอนทุกอะตอมต่อกันอยู่ด้วยพันธะเดี่ยว ส่วนกรดไขมันที่ไม่อิ่มตัวมีบางพันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนเป็นพันธะคู่
           

กรดไขมันอิ่มตัว และกรดไขมันไม่อิ่มตัว

             กรดไขมันที่ร่างการสามารถสังเคราะห์ขึ้นเองได้ จัดว่าเป็นกรดไขมันที่ไม่จำเป็น (nonessential fatty acid) เช่น กรดบิวไทริก กรดปาล์มิติก เป็นต้น ส่วนกรดไขมันที่ร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ขึ้นเองได้ และจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของร่างกายจัดว่าเป็น กรดไขมันที่จำเป็น (essential fatty acid) เช่น กรดไลโนเลอิก กรดไลโนเลนิก และกรดอะแรคไคโดนิก

   ลิพิดเชิงซ้อน
               ประกอบด้วยกรดไขมัน และแอลกอฮอล์ ที่มีสารประกอบอื่นเชื่อมต่อ เ่ช่น ฟอสโฟลิพิดและไกลโคลิพิด  ฟอสโฟลิพิดเป็นองค์ประกอบหลักของเยื่อหุ้มเซลล์ มีคาร์บอนของกลีเซอรอล 1 อะตอม จับกับหมู่ฟอสเฟต  ไกลโคลิพิดเป็นลิพิดที่มีคาร์โบไฮเดรตเป็นองค์ประกอบ พบมากในเยื่อหุ้มเซลล์ประสาท

   ลิพิดอนุพันธ์ 
                เป็นสารประกอบที่มีโครงสร้างแตกต่างจากลิพิดทั่วไป เช่น สเตอรอยด์ มีโครงสร้างทั่วไปเป็นวงแหวน 4 วง
                 สเตอรอยด์มีหลายชนิดขึ้นอยู่กับหมู่ R ที่มาเชื่อมต่อกับวงแหวน

   โปรตีนเป็นสารชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่  มีหน่วยย่อยเรียกว่า กรดอะมิโน (amino acid)  ซึ่งจะประกอบด้วยอะตอมของธาตุคาร์บอน  ไฮโดรเจน  ออกซิเจน  และไนโตรเจน
   กรดอะมิโนประกอบด้วย 2 ส่วน คือ หมู่อะมิโนและคาร์บอกซิล ทั้งสองส่วนจะเหมือนกันในกรดอะมิโนทุกชนิด แต่จะมีอีกส่วนที่แตกต่างกันในกรดอะมิโนแต่ละชนิดใช้สัญลักษณ์ R

โครงสร้างหลักของกรดอะมิโน

   กรดอะมิโนมี 20 ชนิด ที่เป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของสิ่งมีชีวิต  กรดอะมิโนแต่ละชนิดเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโคเวเลนซ์ระหว่างหมู่อะมิโนกับหมู่คาร์บอกซิล เรียกว่า พันธะเพปไทด์ (peptide bond)

โครงสร้างที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนที่่ต่อกันเป็นสายเรียกว่า เพปไทด์ (peptide)

   กรดอะมิโนที่ร่างกายต้องการและไม่สามารถสังเคราะห์ขึ้นเองได้ เรียกว่า กรดอะมิโนที่จำเป็น (essential amino acid)

   กรดอะมิโนที่ร่างกายสามารถสังเคราะห์เองได้ เรียกว่า กรดอะมิโนที่ไม่จำเป็น (nonessential amino acid)

  คาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยธาตุคาร์บอน  ไฮโดรเจน  และออกซิเจน  มีอัตราส่วนของไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็น 2 : 1 เราสามารถแบ่งคาร์โบไฮเดรตตามขนาดซึ่งแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆได้ คือ
  1.มอโนแซ็กคาไรด์ (monosaccharide)
  2.โอลิโกแซ็กคาไรด์ (oligosaccharide)
  3.พอลิแซ็กคาไรด์ (polysaccharide)

1.มอโนแซ็กคาไรด์  
          เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีขนาดโมเลกุลเล็กที่สุด  มีรสหวาน  ละลายได้ในน้ำ  โมเลกุลมอโนแซ็กคาไรด์ประกอบด้วยอะตอมของธาตุคาร์บอนตั้งแต่ 3-7 อะตอม  ทั่วไปจะพบคาร์บอน 6 อะตอม เช่น กลูโคส กาแลกโทส ฟรักโทส

2.โอลิโกแซ็กคาไรด์
           ประกอบด้วยมอโนแซ็กคาไรด์ตั้งแต่ 2-10 โมเลกุลมาจับกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก (glycosidic bond)  โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยมอโนแซ็กคาไรด์ 2 โมเลกุล เรียกว่า ไดแซ็กคาไรด์ (disaccharide) ได้แก่ มอลโทส แลกโทส และซูโครส
              ซูโครส เป็นน้ำตาลที่ใช้ประกอบอาหารได้ทั่วไปในผลไม้ และพืชต่างๆ
ประกอบด้วยกลูโคส + ฟรักโทส
              มอลโทส พบในข้าวมอลท์  และเกิดจากการย่อยแป้ง  ประกอบด้วยกลูโคส + กลูโคส
              แลกโทส เป็นน้ำตาลในน้ำนม ประกอบด้วยกาแลกโทส + กลูโคส

3.พอลิแซ็กคาไรด์
           เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ เกิดจากมอโนแซ็กคาไรด์ตั้งแต่ 11 - 1,000 โมเลกุล ต่อกันเป็นสายยาว
           เซลลูโลสเป็นสารอินทรีย์ที่มีมากที่สุดในโลก ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลักของผนังเซลล์พืช
           แป้ง (starch)
                  เก็บสะสมในพืช มีโครงสร้างแบ่งเป็น 2 รูปแบบ คือ อะไมโลส (amylose) ประกอบด้วยกลูโคสเรียงต่อกันเป็นสายยาวไม่มีแขนงแตกกิ่งก้าน และอะไมโลเพกทิน (amylopectin) ประกอบด้วยกลูโคสเรียงตัวต่อกันเป็นสายยาวมีแขนงแตกกิ่งก้าน
           ไกลโคเจน (glycogen)

                   เก็บไว้ในเซลล์สัตว์ โครงสร้างของไกลโคเจนคล้ายอะไมโลเพกทินแต่แขนงของไกลโคเจนมีจำนวนแขนงมากกว่า



พอลิแซ็กคาไรด์บางชนิด เช่น ไคทิน (chitin) พบในเปลือกของพวก กุ้ง ปู
                                       เพกทิน (pectin) พบในผนังเซลล์พืช

เปลือกปูมีไคทิน

เปลือกส้มโอมีเพกทิน

  สารอินทรีย์เป็นสารที่มีธาุตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก  นอกจากนี้สารอินทรีย์อาจมีธาตุอื่นๆ  เช่น  ออกซิเจน  ไนโตรเจน  ฟอสฟอรัส  และกำมะถันเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย

   คาร์บอนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 4 การยึดเหนี่ยวของอะตอมของคาร์บอนเกิดจากการสร้างพันธะโคเวเลนซ์ซึ่งอาจเป็นได้ทั้ง  พันธะเดี่ยว พันธะคู่ และพันธะสาม นอกจากจะสร้างพันธะโคเวเลนซ์กับอะตอมของคาร์บอนด้วยกันแล้ว  อะตอมของคาร์บอนอาจรวมกับอะตอมของไฮโดรเจน  ได้เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน

อะตอมของธาตุคาร์บอนที่เกิดพันธะโคเวเลนซ์ที่เป็นพันธะเดี่ยว  พันธะคู่  และพันธะสาม

   อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่แสดงสมบัติเฉพาะในโมเลกุลของสารอินทรีย์  เรียกว่า  หมู่ฟังก์ชั่น (functional group)

   สารอินทรีย์ที่พบในส่งมีชีวิตหลายชนิดเป็น สารชีวโมเลกุล (biomolecule) เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ลิพิด กรดนิวคลิอิก และวิตามิน เป็นต้น

   สิ่งมีชีวิตต้องการแร่ธาตุซึ่งเป็นสารอนินทรีย์  เพื่อนำไปใช้เป็นส่วนประกอบของสารอินทรีย์  แร่ธาตุเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็นเพราะบางชนิดเป็นส่วนประกอบของเอนไซม์และโปรตีนต่างๆที่จำเป็นต่อการทำงานของร่างกาย  การขาดแร่ธาตุก่อให้เกิดความผิดปกติของการทำงาน

แร่ธาตุ	แหล่งอาหาร	หน้าที่/ประโยชน์	โรค/อาการเมื่อขาดแร่ธาตุ
แคลเซียม	เนื้อ นม ไข่ ปลากินได้ทั้งกระดูก กุ้งฝอย และผักสีเขียวเข้ม	1.เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของกระดุกและฟัน 2.ควบคุมการทำงานของหัวใจกล้ามเนื้อและระบบประสาท 3.เป็นธาตุที่สำคัญช่วยในการแข็งตัวของเลือด	1.โรคกระดูกอ่อนและฟันผุ 2.เลือดออกง่ายและแข็งตัวช้า
ฟอสฟอรัส	เนื้อ นม ไข่ ปลากินได้ทั้งกระดูก กุ้งฝอย และผักต่างๆ	1.เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของกระดูกและฟัน 2.ช่วยสร้างเอนไซม์ที่มีโปรตีนและคาร์โบไฮเดรต 3.ช่วยสร้างเซลล์สมองและประสาท	1.โรคกระดูกอ่อนและฟันผุ 2.การเจริญเติบโตช้า
โพแทสเซียม	เนื้อสัตว์ นม ไข่ งา ข้าว เห็ดผักสีเขียวและผลไม้บางชนิด	1.ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อโดยเฉพาะกล้ามเนื้อหัวใจ 2.ควบคุมการทำงานของระบบประสาท 3.รักษาปริมาณน้ำในเซลล์ให้คงที่	1.ทำให้กล้ามเนื้ออ่อนเพลียและหัวใจวาย
กำมะถัน	เนื้อสัตว์นมไข่	1.สร้างโปรตีนในร่างกาย 2.สร้างกล้ามเนื้อส่วนต่างๆ	ยังไม่ทราบแน่ชัด
โซเดียม	เกลือแกง อาหารทะเล อาหารหมักดอง ไข่ นม เนย แข็ง  ผักสีเขียว	1.ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อและระบบประสาท 2.รักษาปริมาณน้ำในเซลล์ให้คงที่ 3.รักษาความเป็นกรด - ด่างของร่างกายให้อยู่ในสภาพสมดุล	1.โรคประสาทเสื่อม 2.กล้ามเนื้ออ่อนเพลีย

แร่ธาตุ	แหล่งอาหารุ	หน้าที่  /  ประโยชน์	โรค / อาการเมื่อขาดแร่ธาต
เหล็ก	เนื้อสัตว์ ตับ เครื่องในสัตย์ ไข่แดง และผักสีเขียว	1.เป็นส่วนประกอบของเฮโมโกลบินในเม็ดเลือดแดง 2.เป็นส่วนประกอบของเอนไซม์ที่ทำหน้าที่ในการหายใจ	1.โรคโลหิตจาง 2.เล็บเปราะหักง่าย เส้นผมหลุดร่วงง่าย 3.อ่อนเพลีย ซึม
แมงกานีส	กระดูก ตับ สันหลัง ธัญญาพืช	กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์	1.ทำให้เป็นอัมพาตได้ 2.อาการชักในเด็ก 3.เวียนศรีษะและไม่สามารถได้ยิน
ทองแดง	เรื่องในสัตว์ ไก่ หอยนางรม  พืชผักและผลไม	1.ช่วยในการดูดซึมธาตุเหล็ก 2.ช่วยสร้างเฮโมโกบิลในเม็ดเลือดแดง 3.เป็นส่วนประกอบของเอนไซม์บางชนิด	มักพบในทารกที่คลอดก่อนกำหนด และมีน้ำหนักแรกคลอดน้อยกว่า 1,500 กรัมจะเกิดภาวะโลหิตจาง อ่อนเพลีย หายใจผิดปกติ
ไอโอดีน	อาหารทะเล เกลือสมุทร เกลืออนามัย	1.เป็นส่วนประกอบของฮอร์โมนไทรอกซินที่อยู่ในต่อมไทรอยด์ป้องกันโรคคอพอก	1.โรคคอพอก 2.ร่างกายแคระแกร็น

แร่ธาตุ

   น้ำเป็นสารประกอบที่พบมากในสิ่งมีชีวิต  น้ำประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนมีสูตรเป็น H2O  อะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนซ์ (covelent bond) ซึ่งเกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน  อิเล็กตรอนวงนอกของอะตอมออกซิเจนยังมีเหลืออีก 4 อิเล็กตรอน ที่ยังไม่ได้ยึดเหนี่ยวกับอะตอมของธาตุอื่น  จึงทำให้อะตอมของออกซิเจนแสดงประจุลบ  และอะตอมของไฮโดรเจนทั้ง 2 อะตอม แสดงประจุบวกทำให้โมเลกุลของน้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้ว (polar)

   น้ำยังมีสมบัติเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องซึ่งเกิดจากการยึดเหนี่ยวด้วยพันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond) ระหว่างอะตอมของออกซิเจนกับอะตอมของไฮโดรเจนของน้ำแต่ละโมเลกุล พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะที่ไม่แข็งแรงเท่าพันธะโคเวเลนซ์

   สารที่มีสมบัติละลายน้ำได้ดี   เรียกว่า ไฮโดรฟิลิก(hydrophilic) หมายถึง ชอบน้ำ
   สารที่มีสมบัติไม่ละลายในน้ำ  เรียกว่า ไฮโดรโฟบิก(hydrophobic) หมายถึง ไม่ชอบน้ำ

โมเลกุลของน้ำ

  สารอินทรีย์ที่เป็นองค์ประกอบของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายชนิด สารบางอย่างมีปริมาณมาก บางอย่างมีปริมาณน้อย แต่ล้วนมีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของเซลล์

สารอนินทรีย์ที่จะได้ศึกษากันมี 2 ชนิด ได้แก่
 - น้ำ
 - แร่ธาตุ

ซึ่งสามารถติดตามรายละเอียดได้จากบทความต่อๆไป

น้ำ

แร่ธาตุ