บทที่ 3 เคมีที่เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต

บทที่ 3 เคมีที่เป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต
                3.1 สารอนินทรีย์
                                3.1.1 น้ำ
                                3.1.2 แร่ธาตุ
                3.2 สารอินทรีย์
                                3.2.1 คาร์โบไฮเดรต
                                3.2.2 โปรตีน
                                3.2.3 ลิพิด
                                3.2.4 กรดนิวคลีอิก
                                3.2.5 วิตามิน
                3.3 ปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

               อะตอม (Atom)  โมเลกุล (Molecule)  ออแกเนลล์ (Organelle)  เซลล์ (cell)  เนื้อเยื่อ (Tissue) 

อวัยวะ (Organ) ระบบอวัยวะ (Organ System)ออแกนิซึม (Organism)ประชากร (Population)  
สังคมสิ่งมีชีวิต (Community)ระบบนิเวศ (Ecosystem)โลก (Biosphere)

แต่ละอะตอมสามารถรวมกันกลายเป็นโมเลกุลด้วยพันธะทางเคมี ในสิ่งมีชีวิตมีพันธะที่สำคัญได้แก่

1. covalent bond เป็นพันธะที่เกิดจากการใช้ electron ร่วมกันของ 2 อะตอม เช่น  ก๊าซไฮโดรเจน (H2) ออกซิเจน (O2) 
น้ำ (H2O) และมีเทน (CH4) เป็นต้น

1.1  nonpolar covalent  เป็นการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน โดยอิเล็กตรอนวิ่งรอบอะตอมทั้งสองเท่ากัน เช่น H₂ , O₂ และ CH₄  
1.2  polar covalent  เป็นการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันโดยอะตอมที่มี electronegativity สูง จะดึงอิเล็กตรอนมาใกล้ตัวมากกว่า จึงทำให้มีประจุ เช่น H₂O
2. ionic bond  เป็นพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีประจุต่างกัน เช่น NaCl เกิดจากอะตอมของ Na ให้ electron แก่ Cl กลายเป็น Na+ ขณะที่ Cl กลายเป็น Cl- ผลทำให้ electron วงนอกของอะตอม Na และ Cl ครบ 8 กลายเป็นสารประกอบ NaCl

3. hydrogen bond  เป็นพันธะที่ไม่แข็งแรงนัก เกิดกับ H ที่ต่อด้วย covalent bond
กับอะตอมของธาตุที่ดึงดูด electron ได้ดี
เช่น N หรือ O โดย electron ในพันธะ
นั้น จะดึงดูดไปใกล้ N หรือ O มากจนทำให้
H เกิดเป็นประจุ + ทำให้สามารถดึงดูดกับอะตอม
อื่นที่มี electron มาก เช่น O หรือ N
O มี electronegativity สูงสามารถดึงอิเล็กตรอนเข้ามาวน รอบตัวเองได้มากกว่า H จึงทำให้ O เป็นลบ H เป็นบวก

4. Van der Waals interaction เป็นแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลหรือภายในโมเลกุลเดียวกัน มีผลทำให้เกิดรูปร่างของโมเลกุล
5. hydrophobic interaction แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่ไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) เช่น หยดน้ำมันเล็กๆ ลงในน้ำ หยดน้ำมันเหล่านี้ จะรวมกันเป็นหยดใหญ่เพื่อสัมผัสกับน้ำน้อยที่สุด แรงดึงดูดระหว่างหยดนี้ คือ hydrophobic interaction ระหว่างโมเลกุล

สารอนินทรีย์

น้ำ  (H₂O)

เซลล์มีน้ำเป็นส่วนประกอบอยู่ภายใน 70 – 90%

ความสำคัญของน้ำ

1. เป็น polar molecule จึงเป็นตัวทำละลายที่ดี เช่น เกลือ NaCl ละลายในน้ำได้ เนื่องจากโมเลกุลของน้ำมี O ประจุลบ และ H ประจุบวก

                ดังนั้น O- จึงจับกับ Na+

                                ขณะที่ H+ จับกับ Cl-

โมเลกุลน้ำที่ล้อมรอบ Na+ หรือ Cl- เรียก hydration shell

สารที่ชอบน้ำ เรียกว่า hydrophilic
ส่วนสารที่ไม่ชอบน้ำ เรียกว่า hydrophobic

2. เกิด hydrogen bond ระหว่างโมเลกุลของน้ำ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำ เรียกว่า cohesion ซึ่งจะทำให้น้ำเคลื่อนที่จากรากไปยังส่วนต่างๆ ของพืชได้ขณะที่มีการคายน้ำ (Transpiration) ถ้าน้ำเกิด hydrogen bond กับสารอื่น เช่น ผนังเซลล์พืช เรียกว่า adhesion

 3. มีความร้อนจำเพาะสูง จึงทำให้อุณหภูมิภายในเซลล์สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลงไม่มากนัก มีผลทำให้ metabolism ภายในเซลล์ยังคงปกติ
          4. ความร้อนแฝงกลายเป็นไอสูง เมื่อร่างกายสูญเสียเหงื่อ หรือการที่พืชคายน้ำ จึงช่วยลดความร้อนภายในสิ่งมีชีวิตได้

แร่ธาตุ  (mineral)

แร่ธาตุเป็นกลุ่มของสารอนินทรีย์ที่ร่างกายขาดไม่ได้ มีการแบ่งแร่ธาตุที่คนต้องการออกเป็น 2 ประเภท คือ

1.  แร่ธาตุที่คนต้องการในขนาดมากกว่าวันละ 100 มิลลิกรัม ได้แก่ แคลเซียม ฟอสฟอรัส โซเดียม โพแทสเซียม คลอรีน แมกนีเซียม และกำมะถัน

2.  แร่ธาตุที่คนต้องการในขนาดวันละ 2-3 มิลลิกรัม ได้แก่ เหล็ก ทองแดง โคบอลต์ สังกะสี แมงกานีส ไอโอดีน โมลิบดีนัม เซลีเนียม ฟลูออรีนและโครเมียม

หน้าที่ของแร่ธาตุ

1.  เป็นส่วนประกอบของเนื้อเยื่อ เช่น แคลเซียม ฟอสฟอรัส และแมกนีเซียม เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของกระดูกและฟัน ทำให้กระดูกและฟันมีลักษณะแข็ง

2.  เป็นส่วนประกอบของโปรตีน ฮอร์โมนและเอนไซม์ เช่น เหล็กเป็นส่วนประกอบของโปรตีนชนิดหนึ่ง เรียกว่า เฮโมโกลบิน (hemoglobin) ซึ่งจำเป็นต่อการขนถ่ายออกซิเจนแก่เนื้อเยื่อต่าง ๆ ทองแดงเป็นส่วนประกอบของเอนไซม์ ซึ่งจำเป็นต่อการหายใจของเซลล์ไอโอดีนเป็นส่วนประกอบของฮอร์โมนไธรอกซีน ซึ่งจำเป็นต่อการทำงานของร่างกาย ถ้าหากร่างกายขาดเกลือแร่เหล่านี้ จะมีผลกระทบต่อการทำงานของโปรตีนฮอร์โมนและเอนไซม์ที่มีเกลือแร่เป็นองค์ประกอบ

3.  ควบคุมความเป็นกรด - ด่างของร่างกาย โซเดียม โพแทสเซียม คลอรีน และฟอสฟอรัส ทำหน้าที่สำคัญในการควบคุมความเป็นกรด-ด่างของร่างกาย เพื่อให้มีชีวิตอยู่ได้

4.  ควบคุมดุลน้ำ โซเดียม และโพแทสเซียมมีส่วนช่วยในการควบคุมความสมดุลของน้ำภายในและภายนอกเซลล์

5.  เร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาหลายชนิดในร่างกายจะดำเนินไปได้ ต้องมีเกลือแร่เป็นตัวเร่ง เช่น แมกนีเซียม เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกี่ยวกับการเผาผลาญกลูโคสให้เกิดกำลังงาน

สารอินทรีย์

1.  สารอินทรีย์เป็นสารที่มีธาตุ  C , H , O , N , P , S   เป็นองค์ประกอบ

2.  สารอินทรีย์ที่พบในสิ่งมีชีวิต  เรียกว่า  สารชีวโมเลกุล (biological  molecule)

3.  C + H  =  hydrocarbon

4.  หมู่ฟังก์ชัน (functional  group)  คือ หมู่อะตอมหรือกลุ่มอะตอมของธาตุที่แสดงสมบัติเฉพาะของสารอินทรีย์ชนิดหนึ่ง เช่น CH₃OH (เมทานอล) CH₃CH₂OH(เอทานอล) ซึ่งต้องเป็นสารอินทรีย์พวกแอลกอฮอล์ เพราะสารแต่ละชนิดต่างก็มีหมู่ -OH เป็นองค์ประกอบ แสดงหมู่ -OH เป็นหมู่ฟังก์ชันของแอลกอฮอล์

คาร์โบไฮเดรต  (Carbohydrate)

1.  คาร์โบไฮเดรต  หมายถึง "คาร์บอนที่อิ่มตัวด้วยน้ำ"

2.  เป็นสารอินทรีย์ที่ประกอบด้วย  C , H , O 

3.  โดยอัตราส่วนของ  C : H : O  =  1 : 2 : 1 (โดยปริมาตร)

4.  เป็นสารอินทรีย์ที่หมู่คาร์บอกซาลดีไฮด์ (-CHO)  และหมู่ไฮดรอกซิล (-OH)  หรือหมู่คาร์บอนิล (-CO)  และหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) เป็นหมู่ฟังก์ชัน

ประเภทของคาร์โบไฮเดรต

1.  คาร์โบไฮเดรตจำแนกตามสมบัติทางกายภาพและทางเคมี ได้ 2 พวก คือ
-พวกที่เป็นน้ำตาล

-พวกที่ไม่ใช่น้ำตาล

2.  คาร์โบไฮเดรตจำแนกตามขนาดของโมเลกุล   สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท คือ

                1. มอนอแซ็กคาไรด์ (Monosaccharide)

                2. โอลิโกแซ็กคาไรด์ (Oligosaccharide)

                3. พอลิแซ็กคาไรด์ (Polysaccharide)

ตาราง  ชนิดของน้ำตาลตามจำนวนคาร์บอนของ monosaccharide

จำนวนคาร์บอน (C)	ชนิด	ตัวอย่าง
3	Triose	Glyceraldehyde
4	Tetrose	Erythrose
5 *	Pentose	Ribose , deoxyribose
6 *	Hexose	Glucose , fructose , galactose
7	Heptose	Sedoheptulose

Monosaccharide

-  น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว ได้แก่  กลูโคส  ฟรุคโตส  และกาแลคโตส

-  มีสูตรโครงสร้างอย่างง่าย คือ (CH2O) n  เมื่อ  n คือ จำนวนอะตอมของ C ซึ่งอาจ เป็น  3 - 7  (สูตรโครงสร้างเหมือนกัน  แต่สูตรโมเลกุลต่างกัน)

-  ตัวอย่างเช่น กลูโคส มีโครงสร้างเป็นทั้งสายยาว หรือวงแหวน และมี 2 configuration คือ แบบ     หรือ    configuration 

-  พันธะที่เชื่อมระหว่างน้ำตาล  2 โมเลกุลเรียก glycosidic เช่น ถ้าเชื่อมระหว่าง    - glucose  2 โมเลกุล จะเรียกว่า    1 - 4 linkage  และ

-  เชื่อมระหว่าง    - glucose จะเรียกว่า     - linkage 

-  นอกจากนี้น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่มีหมู่         อยู่ปลายสาย จะเรียกว่า Aldose และไม่อยู่ปลายสายเรียกว่า ketose และการเป็น isomer กันก็ทำให้เกิดน้ำตาลคนละชนิด เช่น กลูโคส กับ แกแลคโตส ดังนั้น น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจึงมีความหลากหลายชนิด

disaccharide

1.  ประกอบด้วย 2 monosaccharide เชื่อมด้วย glycosidic bond แล้วเสียน้ำ (dehydration) ไป 1 โมเลกุล

2.  มีสูตรโครงสร้าง  คือ C₁₂H₂₂O₁₁ เช่น ซูโครส (กลูโคส + ฟรุกโทส) , มอลโทส (กลูโคส + กลูโคส) , แลคโทส (กลูโคส + แกแลคโทส)

3.  ถ้ามีน้ำตาล monomer ตั้งแต่ 3 - 15 โมเลกุล เรียกว่า oligosaccharide

Polysaccharide

1.  ประกอบด้วย monosaccharide จำนวนมากเป็นหลายพันโมเลกุล ได้แก่ พวกแป้ง (อาหารสะสมในพืช) glycogen (ในสัตว์) และ cellulose (ส่วนประกอบของผนังเซลล์)

2.  แป้ง : ประกอบด้วย glucose ต่อกันเป็นจำนวนมากด้วยพันธะ     1       4 ถ้าต่อกันแบบเป็นสายยาวไม่มีกิ่งก้านเรียก amylose มีประมาณ 20% และถ้าต่อกันเป็นกิ่งก้านเรียก amylopectin มีประมาณ 80%

3.  เซลลูโลส : ประกอบด้วย glucose ที่ต่อกันเป็นสายยาวด้วยพันธะ    1      4 หลังจากนั้นแต่ละเส้นใยเซลลูโลสมาเรียงขนานกันจับกันด้วย H - bond อยู่รวมกันเป็น microfibril ซึ่งหลาย microfibril จะรวมกันเป็น fibril ร่างกายมนุษย์ไม่

สามารถย่อยเซลลูโลสได้ เพราไม่มี enzyme ที่ทำลายพันธะที่เชื่อมระหว่างโมเลกุลน้ำตาลทั้งสอง (    - linkage) ในวัวสามารถย่อยเซลลูโลสได้เนื่องจากมีแบคทีเรียบางชนิดย่อยสลายเซลลูโลสได้

4.  ไคทิน : พบในแมลง กุ้ง ปู และราคล้ายกับเซลลูโลสแต่มีหมู่ N จับอยู่ที่น้ำตาล นั่นคือเป็น polymer ของ amino sugar

หน้าที่ของคาร์โบไฮเดรต

1. ให้พลังงานความร้อน คาร์โบไฮเดรต 1 กรัม ให้พลังงาน 4 กิโลแคลอรี
2. ช่วยให้ไขมันเผาไหม้สมบูรณ์
3. ช่วยสงวนหรือประหยัดการใช้โปรตีนในร่างกาย
4. สามารถเก็บสะสมไว้และเปลี่ยนเป็นสารอาหารชนิดอื่น เช่น ไขมันและกรดอะมิโนได้

โทษของคาร์โบไฮเดรต
ทำให้เกิดโรคเกี่ยวกับไต ทำให้โลหิตเป็นพิษ

โปรตีน(Protein)

โปรตีน มีหน้าที่หลายอย่าง ดังนี้

1. เป็น enzyme เร่งปฏิกิริยาเคมี

2. เป็นโปรตีนโครงสร้าง เช่น พวก collagen , elastin , keratin

3. เป็นตัวขนส่ง ทำหน้าที่ขนส่งสาร เช่น hemoglobin หรือ เป็นตัวขนส่ง (transporter) ที่ cell membrane

4. เป็นฮอร์โมน เช่น insulin

5. เกี่ยวข้องกับภูมิคุ้มกัน เช่น เป็น antibody

หน่วยย่อย หรือ monomer ของโปรตีน คือ กรดอะมิโน ซึ่งประกอบด้วยหมู่ carboxyl หมู่ NH2 และหมู่ R แบ่งกรดอะมิโนเป็น 5 กลุ่มตามโครงสร้างทางเคมีของหมู่ R
- แต่ละกรดอะมิโนจะมาเชื่อมต่อกันเป็นสายยาวด้วย peptide bond ซึ่งเรียกว่า polypeptide โดยสาย polypeptide จะมีปลายด้านหนึ่งเป็นหมู่ NH2 และปลายอีกด้านหนึ่งเป็นหมู่ COOH
- กรดอะมิโนมีประมาณ 20 ชนิด ดังนั้นการจัดเรียงตัวของกรดอะมิโนที่แตกต่างกันมาก จึงก่อให้เกิดความหลากหลายของชนิดโปรตีน และทำหน้าที่ที่แตกต่างกัน
- กรดอะมิโนที่ร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ได้เอง จะได้จากอาหารเท่านั้น เรียกว่า กรดอะมิโนที่จำเป็น (essential amino acid) และ
- กรดอะมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์เองได้ เรียกว่า กรดอะมิโนที่ไม่จำเป็น (non essential amino acid)

โครงสร้างของโปรตีน มี 4 ระดับ คือ

1. primary structure การเรียงลำดับของกรดอะมิโนในสาย polypeptide

2. secondary structure มีการสร้าง H-bond ระหว่างกรดอะมิโนทำให้มีการขดเป็น helix หรือพับทบไปทบมาเป็น sheet

3. tertiary structure หมายถึงโครงรูปของสาย polypeptide ทั้งสายซึ่งประกอบด้วย secondary structure หลายสายรวมกัน โดยเกิดพันธะต่าง ๆ ภายในสาย secondary structure ได้แก่ พันธะ ionic , hydrogen และ hydrophobic เป็นต้น

4. quaternary structure แต่ละ polypeptide มาอยู่รวมกันเพื่อทำหน้าที่ เช่น hemoglobin ประกอบด้วยสาย polypeptide ชนิด  a และ b อย่างละ 2 สายมาอยู่รวมกัน

ลิพิด  (Lipid)

1.  เป็นสารชีวโมเลกุลกลุ่มเดียวที่ไม่เป็น polymer

2.  มีคุณลักษณะเฉพาะตัวคือไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) เนื่องจากมีคุณสมบัติที่ไม่เป็นขั้ว (น้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้ว) ดังนั้น lipids จึงไม่สามารถละลายในน้ำได้

3.  แม้ว่า lipids จะไม่เป็น polymer แต่ไขมันเองก็เป็นสารที่มีขนาดใหญ่

4.  Lipids ได้แก่ ไขมัน (fat, oil, wax), phospholipids และ steroids

การแบ่งประเภทลิพิด (lipid) ทางเคมี

1.  ลิพิดเชิงเดี่ยว (simple lipid)

 2.  ลิพิดเชิงซ้อน (compound lipid)

 3.  อนุพันธ์ลิพิด (derived lipid)

ลิพิดเชิงเดี่ยว (simple lipid)

1.  ลิพิดธรรมดา (simple lipid) เป็นเอสเทอร์ของกรดไขมันกับแอลกอฮอล์ชนิดต่างๆ

2.  ถ้าแอลกอฮอล์นั้นคือ กลีเซอรีน จะได้สารประกอบพวกไขมันหรือน้ำมัน (fat หรือ oil) บางทีก็เรียก นิวทรัลลิพิด (neutral lipid) หรือไตรกลีเซอไรด์

3.  ถ้าเป็นแอลกอฮอล์ชนิดอื่นที่ไม่ใช่กลีเซอรีน จะเป็นสารประกอบพวกขี้ผึ้ง wax

4.  แต่ละครั้งที่กรดไขมันรวมตัวกับกลีเซอรอล จะมีการเสียน้ำออกมา 1 โมเลกุล เรียก ปฏิกิริยานี้ว่า ดีไฮเดรชั่น (dehydration)

5.  เรียกนิวทรัลลิพิดว่า มอโนกลีเซอไรด์ (monoglyceride)

6.  ไดกลีเซอไรด์ (diglyceride) และไตรกลีเซอไรด์ (triglyceride) แล้วแต่ว่ามีกรดไขมันเกาะอยู่กับกลีเซอรอล 1, 2 หรือ 3 โมเลกุล ตามลำดับ

ลิพิดเชิงเดี่ยว (simple lipid)

ไขมัน (Fat)
- ไขมันประกอบขึ้นด้วยสองส่วนคือ
- ไขมัน = กลีเซอรอล (glycerol) + กรดไขมัน (fatty acids) 3 หมู่

Fatty acid

1.  กรดไขมันเป็นการเรียงตัวของธาตุคาร์บอน( Carbon ,C)

2.  โดยที่ปลายด้านหนึ่งเป็น methyl group

3.  อีกด้านหนึ่งเป็น carboxyl group

4.  ความยาวของ C มีได้หลายตัวหากมีความยาวน้อยกว่า 6 เรียก Short chains

5.  หากมี C มากกว่า 12 เรียก long chain fatty acid

6.  กรดไขมันเป็นอาหารของกล้ามเนื้อ หัวใจ อวัยวะภายในร่างกาย

7.  กรดไขมันส่วนที่เหลือใช้จะถูกสะสมในรูป triglyceride (ใช้กรดไขมัน 3 ตัวรวมกับ glycerol) ซึ่งจะสะสมเป็นไขมันในร่างกาย

การแบ่งประเภทของกรดไขมัน

การแบ่งประเภทของกรดไขมันตามความอิ่มตัวเป็น 2 ประเภท
ก. กรดไขมันอิ่มตัว (saturated fatty acid)
ข. กรดไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturaturated fatty acid)  แบ่งได้อีก 2 ประเภท

 กรดไขมันไม่อิ่มตัว เชิงเดี่ยว Monounsaturated fatty acid

 กรดไขมันไม่อิ่มตัว เชิงซ้อน Polyunsaturated fatty acid

                - essential fatty acids

                - unessential fatty acids

saturated fatty acid

1.  หมายถึง กรดไขมันที่คาร์บอนในโมเลกุล มีไฮโดรเจนเกาะอยู่เต็มที่แล้ว

2.  กรดไขมันที่มีธาตุ C ต่อกันด้วย single bond เท่านั้น

3.  กรดไขมันที่อิ่มตัวนี้มีสูตรทั่วไป Cn H2nO2 , n = 2, 4, 6, 8 ตัวอย่าง เช่น กรดบิวทีริก

4.  กรดบิวทีริก (C4H8O2 ) กรดไขมันชนิดนี้มีอยู่มากในน้ำมันจากสัตว์ น้ำมันมะพร้าวและน้ำมันปาล์ม

5.  แหล่งอาหารของไขมันอิ่มตัวได้แก่ น้ำมันปาล์ม กะทิ เนย นม เนื้อแดง ช้อกโกแลต

6.  การรับประทานอาหารไขมันชนิดอิ่มตัวจะทำให้ไขมันในเลือดสูง และเป็นปัจจัยเสี่ยงของโรคหลอดเลือดตีบ

unsaturated fatty acid

หมายถึง กรดไขมันที่คาร์บอนในโมเลกุล มีไฮโดรเจนจับเกาะอยู่ไม่เต็มที่แล้ว 

กรดไขมันที่มีธาตุ C ต่อกันด้วย double bond อยู่

แบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ

                กรดไขมันไม่อิ่มตัว เชิงเดี่ยว Monounsaturated fatty acid

 กรดไขมันไม่อิ่มตัว เชิงซ้อน Polyunsaturated fatty acid

กรดไขมันไม่อิ่มตัว เชิงเดี่ยว Monounsaturated

-เป็นกรดไขมันที่มีธาตุ C ต่อกันด้วย Double bond เพียงหนึ่งตำแหน่ง

-นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าการรับประทานอาหารไขมันประเภทนี้ทดแทนไขมันอิ่มตัวจะช่วยลดระดับ LDL Cholesterol ซึ่งเป็นไขมันที่ไม่ดีก่อให้เกิดโรคหลอดเลือดตีบ

-อาหารที่มีไขมัน Monounsaturated ได้แก่ avocados, nuts, and olive, peanut and canola oils

กรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน Polyunsaturated

หมายถึงกรดไขมันที่มีธาตุ C ต่อกันด้วย Double bond อยู่หลายตำแหน่ง

หากรับประทานแทนไขมันไม่อิ่มตัวจะไม่เพิ่มระดับไขมันในร่างกาย

สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ

                กรดไขมันไม่อิ่มตัวที่ไม่จำเป็น unessential fatty acids  เช่น oleic acid

 กรดไขมันไม่อิ่มตัวที่จำเป็น essential fatty acids เช่น  linolenic acid , linoleic acid

Omega-3 (Linolenic Acid)

omega-3 fatty acids น้ำมันและไขมันที่มี ecosapentaenoic acid (EPA) และ docosahexaenoic acid (DHA) เป็นส่วนประกอบหลัก  จะมี Double bond ที่ตำแหน่ง C3 นับจากกลุ่ม Methyl group

omega-3 fatty acids จะพบมากในอาหารจำพวกปลาและน้ำมันพืช เช่น salmon, halibut, sardines, albacore, trout, herring, walnut, flaxseed oil, and canola oil

Omega-6 (Linoleic Acid)

ส่วน omega-6 fatty acids ไขมันที่มีกรดไลโนเลอิก เป็นส่วนประกอบหลัก  จะมี Double bond ที่ตำแหน่ง C6 นับจากกลุ่ม Methyl group

omega-6 fatty acids จะพบมากในอาหารจำพวกปลาและน้ำมันพืช corn, safflower, sunflower, soybean, and cottonseed oil

Fat

Fat หรือไขมัน เกิดจากกรดไขมัน 3 ตัวมาทำปฏิกิริยากับ glycerol มีชื่อเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า triacylglycerol (triglycerides)

ไตรกลีเซอไรด์ (triglyceride)

ไตรกลีเซอไรด์  คือ กรดไขมัน 3 โมเลกุล    

ไตรกลีเซอไรในพืชส่วนใหญ่จะเป็นของเหลวและมีจุดหลอมเหลมต่ำ  มักเรียกว่า  น้ำมัน   

ส่วนไตรกลีเซอไรด์ในสัตว์ จะเรียกว่า ไขมัน

ลิพิดเชิงซ้อน (compound lipid)

ลิพิดเชิงซ้อน (compound lipid)

เป็นลิพิดที่มีสารอื่นเป็น องค์ประกอบด้วย ได้แก่ ฟอสโฟลิพิด , ไกลโคลิพิด และ ลิโพโปรตีน 

ฟอสโฟลิพิด (phospholipid)

เป็นลิพิดที่มีความสำคัญต่อเซลล์ประสาท เป็นสารประกอบที่พบในเซลล์ทุกชนิด ส่วนใหญ่เป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ นอกจากนี้ยังพบในเนื้อเยื่อประสาท ในไข่แดง ตัวอย่างของสารประกอบฟอสโฟลิพิด ได้แก่ เลซิทิน (lecithin) เซฟาลิน (cephalin) พลาสมาโลเจน (plasmalogen)

ไกลโคลิพิด (glycolipid)

เป็นลิพิดที่มีคาร์โบไฮเดรตเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย ลิพิดชนิดนี้พบที่ อวัยวะหลายแห่ง เช่น สมอง ไต ตับ ม้าม

ลิโพโปรตีน (lipoprotein)

เป็นไขมันที่มีโปรตีน หรือกรดอะมิโนเป็นองค์ประกอบร่วม เป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์

Phospholipids

-โครงสร้างคล้ายไขมัน (fat) แต่มีกรดไขมันเพียง 2 ตัวที่ต่อกับ glycerol

-หมู่ hydroxyl อีกหนึ่งหมู่ของ glycerol ต่อกับหมู่ฟอสเฟต ซึ่งอาจมีหมู่เล็ก ๆ ต่อกับหมู่ฟอสเฟต

-มีคุณสมบัติ หาง (tail) ไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) เนื่องมาจากคุณสมบัติของกรดไขมัน และ

-หัว (head) ชอบน้ำ (hydrophllic) เนื่องมาจากคุณสมบัติของหมู่ฟอสเฟตและหมู่ที่มาเกาะกับฟอสเฟต

Phospholipids เป็นส่วนประกอบสำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์

อนุพันธ์ลิพิด (derived lipid)

-อนุพันธ์ลิพิด (derived lipid) เป็นลิพิดที่ได้มาจากลิพิด 2 ชนิดแรกที่กล่าวมาแล้ว เช่น กรดไขมัน ซึ่งได้จากปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส นอกจากนี้ยังรวมถึงสเตียรอยด์ ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ใช่ลิพิด แต่เนื่องจากมีสมบัติคล้ายลิพิด จึงถูกจัดไว้ในกลุ่มลิพิด

-สารประกอบสเตียรอยด์เป็นอนุพันธ์ของไซโคลเพนทาโนเพอร์ไฮโดรฟีแนนทรีน นิวเคลียส (cyclopentanoperhydro phenanthrene nucleus) ซึ่งมีสูตรโครงสร้างแตกต่างไปจากพวกลิพิด คือคาร์บอนของ สเตียรอยด์ เรียงกันเป็นวง 4 วงและอาจมีคาร์บอนต่อเป็นแขนงออกไปอีก แล้วแต่จะเป็นสเตียรอยด์ชนิดใด

-สเตียรอยด์มีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต เช่น ฮอร์โมนที่สร้างจากรังไข่ อัณฑะ และต่อมต่างๆ เช่น ต่อมหมวกไต คอเลสเทอรอล (cholesterol) ซึ่งมีในสัตว์แต่ไม่มีในพืชเป็นสเตียรอยด์ที่เชื่อกันว่าทำให้เส้นเลือดอุดตัน สเตียรอยด์ที่สำคัญอีกตัวหนึ่ง คือเออร์โกสเตียรอล (ergosterol) ซึ่งร่างกายใช้สังเคราะห์วิตามินดี

Steroids

- จัดเป็น lipids เนื่องจากมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ
- เป็นสาย hydrocarbon ที่มีหมู่วงแหวน 4 วงมาเกาะ
- ความแตกต่างของหมู่วงแหวนนี้ทำให้เกิด steroids ชนิดต่าง ๆ เช่น คลอเรสเตอรอล , ฮอร์โมนชนิดต่าง ๆ

สรุป ลิพิด แบ่งออกเป็นประเภทใหญ่ได้   3 ประเภท คือ

- ลิพิดเชิงเดี่ยว  คือ  ลิพิดที่เป็นเอสเทอร์ของกรดไขมันกับกลีเซอรอลหรือแอลกอฮอล์ตัวอื่น แบ่งย่อยได้เป็น
1. ไขมันแท้ (true fat) เป็นเอสเทอร์ของกรดไขมันกับกลีเซอรอล เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า          กลีเซอไรด์   ไตรกลีเซอไรด์  คือ กรดไขมัน 3 โมเลกุล    ไตรกลีเซอไรด์ในพืชส่วนใหญ่จะเป็นของเหลวและมีจุดหลอมเหลมต่ำ  มักเรียกว่า  น้ำมัน   ส่วนไตรกลีเซอไรด์ในสัตว์ จะเรียกว่า ไขมัน
2. ขี้ผึ้งหรือไข   จะพบได้ที่ผิวนอกของเปลือกผลไม้ ผิวใบไม้ สารเคลือบปีกแมลงและขนของสัตว์ปีก ปลาวาฬจะสะสมไขไว้ใช้เป็นพลังงานแทนไตรกลีเซอไรด์
- ลิพิดเชิงซ้อน  หมายถึง  ลิพิดที่มีสารอื่นประกอบอยู่ด้วย
- อนุพันธ์ลิพิด  เป็นสารที่ได้จากการย่อยสลายลิพิดทั้ง 2 ประเภท  ที่สำคัญ ได้แก่  กรดไขมัน    กลีเซอรอล
1. กรดไขมัน  สูตรทั่วไปือ R-COOH  แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ

-  กรดไขมันอิ่มตัว  
-  กรดไขมันไม่อิ่มตัว

2. สเตตอรอยด์  เป็นอนุพันธ์ของลิพิดที่สำคัญคือ ฮอร์โมนเพศ   
   สเตรอยด์ที่พบทั่วไป คือ คอเลสเทอรอล

กรดนิวคลีอิก  (Nucleic  acid)

กรดนิวคลีอิก (อังกฤษ: nucleic acid) เป็นโพลิเมอร์ของนิวคลีโอไทด์ ที่ต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ ( phosphodiester bond ) โดยที่หมู่ของฟอสเฟตที่เป็นส่วนประกอบของพันธะจะเชื่อมโยงระหว่างหมู่ ไฮดรอกซิลที่ตำแหน่ง 5' ของนิวคลีโอไทด์โมเลกุลหนึ่งกับหมู่ไฮดรอกซิลที่ตำแหน่ง 3' ในโมเลกุลถัดไป จึงทำให้นิวคลีโอไทด์มีโครงสร้างของสันหลัง ( backbone ) เป็นฟอสเฟตกับน้ำตาลและมีแขนงข้างเป็นเบส อาจจำแนกได้เป็น DNA และ RNA

DNA

DNA (อังกฤษ: deoxyribonucleic acid) พบในนิวเคลียสของเซลล์ เป็นสารพันธุกรรม ในธรรมชาติส่วนใหญ่มักอยู่ในรูปเกลียวคู่ (Double standed DNA) DNA ที่อยู่ในเซลล์มีจำนวนมากมักมีโครโมโซมเรียงตัวกันเป็นคู่หรือดิพลอยด์

ขนาดและรูปร่าง

รูปร่างของ DNA ในสิ่งมีชีวิตแต่ละประเภทแตกต่างกัน เช่น เซลล์โพรคาริโอต ไวรัส แบคทีเรีย รวมทั้งคลอโรพลาสต์และไมโตคอนเดรีย ที่มี DNA เป็นวงแหวนเกลียวคู่ ส่วนในยูคาริโอต มี 2 ชนิด คือ ชนิดที่อยู่ในนิวเคลียส เรียก nuclear DNA อยู่ในรูปเกลียวคู่ปลายเปิด และชนิดที่อยู่ในไมโตคอนเดรียเรียก Mitochondrial DNA มีลักษณะเป็นวงแหวนเกลียวคู่ และขดตัวเป็นเกลียวคู่ยิ่งยวด ในพืชพบ DNA ทั้งในนิวเคลียสและคลอโรพลาสต์

ลักษณะที่สำคัญของ DNA

Watsan และ Crick พบว่าโครงสร้างตามธรรมชาติของ DNA ในเซลล์ทุกชนิดเป็นเกลียวคู่ซึ่งมีโครงสร้างที่เสถียรที่สุด โดยมีเบสอยู่ด้านในระหว่างสายของ DNA ทั้ง 2 ในลักษณะที่ตั้งฉากกับแกนหลักและวางอยู่ในระนาบเดียวกัน การที่เบสวางอยู่ในสภาพเช่นนี้ทำให้เบสระหว่างอะดีนีนและไทมีนสามารถเกิด พันธะได้ 2 พันธะ และเบสระหว่างกวานีนกับไซโทซีนเกิดได้ 3 พันธะ ซึ่งการเข้าคู่กันนี้ถ้าสลับคู่กันจะทำให้พลังงานที่ยึดเหนี่ยวไม่เหมาะสม กับการเข้าคู่ เพื่อเกิดเกลียวคู่ของ DNA

สมบัติของ DNA ในสารละลาย

ฉะนั้นถ้าการเรียงตัวของเบสใน DNA สายหนึ่งเป็น T-C-C-A-A-G ลำดับการเรียงตัวของเบสในอีกสายหนึ่งจึงต้องเป็น A-G-G-T-T-C เราเรียกลักษณะนี้ว่าการจับกันของเบสคู่สม ( base complementary )

สมบัติเกี่ยวกับกรดและเบส DNA แสดงสมบัติเป็นกรดเนื่องจากหมู่ฟอสเฟตที่อยู่ในพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์มีค่า pKa ประมาณ 2.1 ฉะนั้นที่ pH ปกติในเซลล์ของร่างกายประมาณ 6.7 หมู่ฟอสเฟตดังกล่าวจะมีประจุรวมทั้งกรดนิวคลีอิกในเซลล์มีประจุลบด้วยทำให้ สามารถจับกับแอนไอออนหรือแคตไอออน หรือสายอื่นๆที่มีประจุบวก เช่น ฮีสโทน (histone) โพรทามีน (protamine)

RNA

RNA (อังกฤษ: ribonucleic acid} พบในนิวเคลียสและไซโตพลาสซึมของสิ่งมีชีวิต มีหน้าที่คือ รับข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA เพื่อนำไปในสังเคราะห์โปรตีนรวมทั้งเอนไซม์และฮอร์โมนต่างๆ ภายในเซลล์ เป็นโพลีนิวคลีโทไทด์ที่ประกอบด้วย ไรโบนิวคลีโอไทด์หลายๆ หน่วยมาต่อกันด้วยพันธะ 3',5'- ฟอสโฟไดเอสเทอร์ ขนาดของ RNA สั้นกว่าโมเลกุลของ DNA มาก RNA ที่พบส่วนมากในเซลล์ส่วนใหญ่เป็นชนิดสายเดี่ยว ( singele standed RNA ) เฉพาะในไวรัสบางชนิดเท่านั้นที่อาจพบ RNA สายคู่ สายกรดนิวคลีอิกสามารถพันกันเป็นเกลียวโดยเฉพาะสำหรับดีเอ็นเอ สายทั้งสองเกาะกันอยู่ด้วยคู่เบสที่เฉพาะเจาะจง คือ อะนีดีนกับยูราซีน และ กวานีนกับไซโตซิน

ชนิดของ RNA

RNA ที่สำคัญมี 3 ชนิด คือ

RNA นำรหัส ( messeger RNA,mRNA ) mRNA ถูกสังเคราะห์ขึ้นในนิวเคลียสโดยกระบวนการถอดรหัส mRNA มีปริมาณน้อยกว่า RNA ชนิดอื่นๆ คือมีประมาณ 5-10 % ของRNA ทั้งหมด mRNA ที่สังเคราะห์ได้ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงจะมีการเติม อะดีโนซีนฟอสเฟต ที่ปลาย 3' ทำให้ปลายเป็นโพลีอะดีโนซีนฟอสเฟต ซึ่งนิวคลีโอไทด์จะช่วยในการเคลื่อนย้าย mRNA จากนิวเคลียสไปสู่ไรโบโซม ส่วนที่ปลาย 5'-P04 ของmRNA มี 7-methyl-5-guanosine triphosphate ( capping ) มาจับ

RNA ขนย้าย ( tRNA ) tRNA ทำหน้าที่ พากรดอะมิโนมายังไรโบโซม ในระหว่างที่มีการสังเคราะห์โปรตีน tRNA เป็น RNA ที่มีขนาดเล็กเป็นสายเดี่ยวประกอบด้วย นิวคลีโอไทด์ 73-93 หน่วย

RNA ของไรโบโซม ( rRNA ) RNA ชนิดนี้มีอยู่ประมาณ 65% มีลักษณะเป็นเส้นยาวเดี่ยว ทำหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีน ไรโบโซมของพืชและสัตว์ชั้นสูง มีขนาด 80 s

ใหญ่กว่าไรโบโซมของแบคทีเรียซึ่งมีขนาด 70 s

การเสียสภาพธรรมชาติของกรดนิวคลีอิก ( Denaturation of nucleic acid )

โครงสร้างแบบเกลียวคู่ของ DNA อาจเสียสภาพตามธรรมชาติได้เมื่ออยู่ในสิ่งแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม ทำให้เปลี่ยนเป็นโครงสร้างที่ปราศจากระเบียบ (disordered structure) สภาพแวดล้อมที่ทำให้ DNA เสียสภาพตามธรรมชาติ คือ สภาวะกรด เบส ความร้อน หรือการลดค่า dielectric constant การใช้สารบางอย่างที่ทำลายพันธะไฮโดรเจน เช่น ยูเรีย การเสียสภาพธรรมชาติของ DNA มีผลทำให้สมบัติบางอย่างเปลี่ยนไป เช่น ความหนืดสูงขึ้น ค่าความหนาแน่นสำหรับการลอยตัวเพิ่มขึ้น และการดูดกลืนแสงที 260 นาโนเมตร มากขึ้น DNA ที่เสียสภาพจะคืนกลับสู่สภาพเดิม ( renatured ) ได้หรือไม่ขึ้นอยู่กับการเสียสภาพธรรมชาตินั้น เกิดมากขึ้นเท่าใด ซึ่ง DNA สามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้อย่างรวดเร็วเมื่อเอาสารทำลายสภาพธรรมชาติออก แต่ถ้าเส้นโพลีนิวคลีโอไทด์ใน DNA เส้นคู่แยกออกจากกันเป็นเส้นเดี่ยวอย่างเด็ดขาด การกลับคืนสู่เดิมของ DNA เกิดได้ช้ามาก

วิตามิน  (vitamin)

วัตถุประสงค์ของการใช้วิตามิน

ให้เพื่อเสริม เป็นการให้วิตามินบางชนิดเสริมบางสภาวะที่ร่างกายมีความต้องการวิตามินและเกลือแร่มากกว่าปกติ เช่น หญิงตั้งครรภ์ และ ระหว่างให้นมบุตรจะมีความต้องการสารอาหารเพิ่มขึ้น

ให้เพื่อป้องกันการขาด เป็นอาหารเสริมในคนที่มีความเสี่ยงต่อภาวะขาด เช่น เด็กแรกเกิด หรือผู้ป่วยโรคเรื้อรัง

ให้เพื่อการรักษา ให้กับผู้ป่วยที่แสดงอาการขาด

ให้เพื่อหวังผลทางเภสัชวิทยา วิตามินขนาดสูงๆจะถูกนำมาใช้ในการรักษาโรคต่างๆได้

หน้าที่ของวิตามิน

หน้าที่ของวิตามินโดยทั่วไป มีดั้งนี้

ช่วยให้อวัยวะต่างๆ ทำงานตามปกติ

ช่วยป้องกันและต้านทานโรค

ช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโต

ทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ หรือร่วมกับเอนไซม์ในการช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีในร่างกาย

ชนิดของวิตามิน

แบ่งตามคุณสมบัติในการละลายน้ำ แบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม คือ

วิตามินที่ละลายในน้ำ (Water soluble vitamins )

วิตามินที่ละลายในไขมัน (Fat soluble vitamins )

Water soluble vitamins

วิตามินบี 1              (Thiamine)

วิตามินบี 2              (Riboflavin)

วิตามินบี 3              (Niacin)

วิตามินบี 5              (Pantothenic acid)

วิตามินบี 6              (Pyridoxine)

วิตามินบี 9 , เอ็ม    (Folic acid)

วิตามินบี 12            (Cobalamin)

วิตามินบี 15            (Pangamic acid)

วิตามินบี 17            (Amygdalin หรือ Laetrille)

วิตามินซี                (Ascorbic acid)

วิตามินพี                 (Bioflavonoids)

วิตามินเอช             (Biotin)

Fat soluble vitamins

วิตามินเอ                (Retinol)

วิตามินดี                (Cholecalciferol)

วิตามินอี                (Tocopherol) 

วิตามินเอฟ            

วิตามินเค               

แคโรทีน               

เทารีน    

ที่มา  :      http://www.wattana.ac.th/E_learning47/high_01/foods/

http://io.uwinnipeg.ca/~simmons/1115/cm1503/carbohydrates.htm

http://rbu.qru.ac.th/~cow/science/4031102/lesson1/lesson1.8.html

http://www.geocities.com/vitandmin/VITAMINS.htm

http://www.siamhealth.net/Health/good_health_living/diet/fat.htm