บทที่ 8 สารชวีโมเลกุล (Biomolecules) · PDF file · 2013-11-06ลิปิด สารชวีโมเลกุล (Biomolecules) กรดอะมิโน

เอกสารประกอบการสอนวชา คม 103 หลกเคม 2

ภาคเรยนท 2 ปการศกษา 2553

วนท 7-17 กมภาพนธ 2554

บทท 8 สารชวโมเลกล

(Biomolecules)

อ. กญญา บตราช

[email protected], [email protected]

mailto:[email protected]

ลปด

สารชวโมเลกล (Biomolecules)

กรดอะมโน เปปไทด และโปรตน

กรดนวคลอก นวคลโอไซด และนวคลโอไทด

คารโบไฮเดรต


กรดอะมโน เปปไทด และโปรตน การเรยกชอ และจ าแนกประเภท

สมบตของกรดอะมโน

พนธะเปปไทด

โครงสรางปฐมภมของเปปไทดและโปรตน

โครงสรางทตยภมของเปปไทดและโปรตน

โครงสรางตตยภมและโครงสรางทใหญกวา

ปฏกรยาเคมของกรดอะมโนและโปรตน

กรดอะมโน (Amino acids) มโครงสรางพนฐานประกอบดวย

Carboxyl group -COOH

Amino group -NH2

H atom -H

Side chain -R

เกดพนธะโควาเลนตกบ -carbon atom ( C )

กรดอะมโน

การเรยกชอ และการจดจ าแนกประเภท

ทมา :www.palaeos.com/.../Lists/Glossary/Gloss.html

Side chain (พบ 20 แบบในโปรตน)-carbon atom

จากโครงสรางเรยกกรดอะมโนทวๆ ไปวา กรดอะมโนแอลฟา (-amino acid) และมกพบเปนองคประกอบในโปรตนจงเรยก โปรตโนเจนกอะมโนแอซด (proteinogenic amino acid) ดวย


http://www.palaeos.com/.../Lists/Glossary/Gloss.html








ตาราง 1 : Proteinogenic amino acids20 ชนด ทพบในธรรมชาต

แบงกลมตามคณสมบตของ side chain

-

-Glutamic acid

Glu

EMW = 147

*

*

*

*

*

*

*

*

*

*

* กรดอะมโนจ าเปน (essential amino acids)

ซงรางกายมนษยไมสามารถสงเคราะหได

ตองรบจากอาหารเทานน

Nonpolar, hydrophobic aminoacids (กรดอะมโนทไมมขว และ

ไมชอบน า) 8 ชนด

Polar, uncharged amino acids(กรดอะมโนทมขวแตไมแตกตว

เปนประจ) 7 ชนด

Polar, charged amino acids

(กรดอะมโนทแตกตวเปนประจ) 5 ชนด แบงเปน 2 กลมยอย

Acidic amino acidsBasic amino acids

ดดแปลงจาก : www.allstarhealth.com/.../

http://www.allstarhealth.com/blog/products-and-ingredients/amino-acid-supplement-guide/






1. Nonpolar, hydrophobic amino acid (กรดอะมโนทไมมขว) side chain R เปนพวกไมมขว จงท าใหกรดอะมโนกลมนละลายน าไดนอยทสดเมอเทยบกบกลมอนๆ

ประกอบดวยกรดอะมโน 8 ชนด


2. Polar, uncharged amino acid (กรดอะมโนทมขวแตไมแตกตวเปนประจ) side chain R เปนพวกมขวแตไมเปนประจ



3. Polar, charged amino acid (กรดอะมโนทมขวและแตกตวเปนประจ) side chain R เปนพวกมขว และเปนประจบวกหรอลบ


-

-Glutamic acid

ACID BASE


“ซสทน” (cystine) ทเคยถอวาเปนโปรตโนเจนกอะมโนแอซดชนดหนง ความจรงคอไดเมอรของซสเตอน (cysteine)

Disulphide bridge; A240

ทมา : www.cs.stedwards.edu

Sulphydryl groups

พนธะไดซลไฟด (disulphide bridge) ทเกดระหวางหมซลไฟ ดรว (sulphydryl group) ของกรดอะมโนซสเตอนท าใหโปรตนม

การขดตวไดโครงรปกลม โครงสรางระดบนถกท าลายไดโดยความรอนซงท าใหโปรตนเสยสภาพธรรมชาต (denature) และไมสามารถท าหนาททางชวภาพได


นอกจากนยงพบนอน-โปรตโนเจนก อะมโน แอซด (non-proteinogenic amino acid) ซงอาจเปนองคประกอบของโปรตนหรอไมกได เชน ไฮดรอกซโพรลน (hydroxyproline) ทเปนองคประกอบของคอลลาเจน และแกมมา-อะมโน บวไทรก แอซด (-amino butyric acid; GABA) ซงเปนสารสอกระแสประสาทแบบยบยง (inhibitory neurotransmitter)

ทมา : https:/.../Collagen+-+B-+rgam, www.getnutri.com/gaba.html, www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=n...


พบมากในขาวกลองงอก

https://chempolymerproject.wikispaces.com/Collagen+-+B-+rgam






http://www.getnutri.com/gaba.html









http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=neurosci&part=A403











1. จดหลอมเหลวทสงมาก กรดอะมโนมหมฟงกชนทเปนกรดและเบสอยในโมเลกลเดยวกน (amphoteric) ซงท าปฏกรยากนเองเกดเปนเกลอ (internal salt)

เ ร ย ก โค ร งส ร า งท เ ก ดขน ว า ส วท เทอ ร ไ อออน (zwitterion) หรอไดโพลารไอออน (dipolar ion) โดย

-NH2 เปลยนเปน -NH3+

-COOH เปลยนเปน -COO-

เบส

กรด


ผลกของกรดอะมโนทตกจากสภาพ zwitterion จะสลายตวกอนหลอมเหลวท 200-300 °C เพราะโมเลกลยดกนดวยพนธะไอออนก การจะท าลายพนธะนตองใชอณหภมสง




2. คา pK เฉพาะตว


กรดอะมโนมหมฟงกชนทแตกตวได 2 หม คอ หมค า ร บ อ ก ซล (-COOH) และหมเอมน (-NH3

+) ซงเปนการแตกตวอยางออน จงมคา pK เฉพาะตวดงแสดงใน ตาราง 2

ตาราง 2 : คา pK ของ amino acids

ทมา : www.geneinfinity.org/sp_aaprops.html

http://www.geneinfinity.org/sp_aaprops.html






สมบตของกรดอะมโนTitration curve ของกรดอะมโน alanine และ histidine

ทมา : tonga.usip.edu/gmoyna/biochem341/lecture9.html, www.bio.cmu.edu/.../03231/LecF04/LecLinks.html, www.biochem.arizona.edu/.../amino_acids.htm

2.34

9.69

+H3N-CH(CH3)-COOH

+H3N-CH(CH3)-COO- + H+

H2N-CH(CH3)-COO- + H+

6.00

1.82

6.00

7.59

9.17

กรดอะมโน (Amino acids)

http://tonga.usip.edu/gmoyna/biochem341/lecture9.html












http://www.bio.cmu.edu/.../03231/LecF04/LecLinks.html












http://www.biochem.arizona.edu/.../amino_acids.htm









3. อนฟาเรดสเปกตรม (IR spectrum) ของกรดอะมโน แสดงใหเหนวาหมคารบอกซล (-COOH) อยในรปคาร

บอกซเลตไอออน (-COO-) [max 1610-1550 cm-1 เทยบกบ

1750-1680 cm-1]


เปปไทดและโปรตน


โปรตนเกดจากกรดอะมโนมาเชอมโยงกนเปนสายยาวดวยพนธะเปปไทด (peptide bond) ซงเปนพนธะเอไมด (amide bond) ทเกดจากหม carboxyl(-COOH) ของกรดอะมโนโมเลกลแรกกบหม amino(-NH2) ของกรดอะมโนโมเลกลถดไป

R1 R2

ทมา :www.mcat45.com/content/protein



http://www.mcat45.com/content/protein









ลกษณะส าคญของพนธะเปปไทด 1. พนธะมลกษณะแบนราบ เนองจาก -N- ทมาเกดพนธะใชไฮบรดไดเซชนแบบ sp2 และสามารถเกดเรโซแนนซระหวางอเลกตรอนคโดดเดยวของ N กบหมคารบอนล ได

-C-

O

ทมา : www.imb-jena.de/.../basics_peptide_bond.html

http://www.imb-jena.de/~rake/Bioinformatics_WEB/basics_peptide_bond.html










2. ความยาวพนธะระหวาง C(O)-N ประมาณ 1.47 pm ซงเปนความยาวระหวางพนธะคและพนธะเดยว เนองจากเกดเรโซแนนซ อเลกตรอนคโดดเดยวของไนโตรเจนกบหมคารบอนล

ทมา : guweb2.gonzaga.edu/.../CHEM440pub/L05-index.cfm

http://guweb2.gonzaga.edu/faculty/cronk/CHEM440pub/L05-index.cfm














3. พนธะเปปไทดสามารถอยได 2 conformation คอ cis และ trans ซงโดยทวไปแบบ trans เสถยรกวา

ทมา : www.nd.edu/~aseriann/ctpep.html

http://www.nd.edu/~aseriann/ctpep.html








เมอกรดอะมโนมาเชอมตอกนดวยพนธะเปปไทดจะเกดพอลเมอร (เปปไทด) โดย

Dipeptide ประกอบดวยกรดอะมโน 2 โมเลกล

Oligopeptide ประกอบดวยกรดอะมโน ≤ 50 โมเลกล Polypeptide หรอโปรตนประกอบดวยกรดอะมโน 100 ถง

800 โมเลกล (MW : 10,000-80,000)



ตวอยางโครงสรางปฐมภม การเรยกชอ และสญลกษณของเปปไทด

Tyr Gly Gly Phe Leu

ลวซนเอนเคฟฟาลน (Leucine enkephalin)

เพนตะเปปไทด

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu

YGGFL

สารยบยงความเจบปวด

ไทโรซลไกลซลไกลซลฟนลอะลานลลวซน



กลตาไทโอน (Glutathione)ไตรเปปไทด

สารตานออกซเดชน-Cys-Gly

Glu

Glu Cys Gly

แอสพารเทม (Aspartame)

ไดเปปไทด (เมทลเอสเทอร)

Asp-Phe-OMe

สารใหความหวาน

กลตามลซสเตอลกลยซน

ECG

แอสพารตลฟนลอะลานนเมทลเอสเทอร

DF-OMe



โครงสรางทตยภม (Secondary structure) เปนโครงสรางระดบทพจารณาวาสาย polypeptide มการจดโครงรปเปนอยางไร

ปจจยทมสวนท าใหเกดโครงสรางระดบนคอ H-bond ภายใน หรอระหวางสาย polypeptide

เกดจาก H-bond ระหวางหม

–COOH กบหม –NH2 ทอยไกลออกไปบน polypeptide สายเดยวกน ท าใหเกดลกษณะแทงของโปรตน

เกลยวแอลฟา (-Helix)

ทมา :courses.cm.utexas.edu/.../ch339k/overheads-1.htm, www.che.wsu.edu/~ntracy/work.htm

H-bond

เกลยวแอลฟาในโมเลกลอนซลน



1 รอบเกลยว = 5.4 °A ประกอบดวย 3.6 residues

http://courses.cm.utexas.edu/jrobertus/ch339k/overheads-1.htm













http://www.che.wsu.edu/~ntracy/work.htm








เ ก ด จ า ก H-bondระหวางหม –COOH กบหม –NH2 บน polypeptide ตางสายกน ท าให polypeptide หลายสายมาเรยงขนานกนเกดแผนทพบเปนคลนของโปรตน

Parallel -pleated sheet สาย polypeptide

ทงหมดเรยงขนานโดยหน N-terminal และ C-terminal ไปทางเดยวกน

Anti-parallel -pleated sheet สาย polypeptide

ทงหมดเรยงขนานโดยหน N-terminal และ C-terminal สลบกน

แผนพลทเบตา (-Pleated sheet)



ในธรรมชาต พบโครงสรางแบบ anti parallel มากกวาเพราะแขงแรงกวา (H-bond เปนระเบยบกวา)

แผนพลทเบตาในโมเลกลโปรตน

เ ก ด จ า ก ส า ย polypeptide 3 สาย พนกนเปนเกลยวเวยนขวาแนนคลายเชอก โดยแตละสายเปนเกลยวแอลฟาอยกอน

เกลยวคอลลาเจน (Collagen helix)

ทมา :www.sp.uconn.edu/.../fa02/terry/proteins.html



โครงสรางแบบนท าใหเกดโปรตนทมลกษณะเปนเสนยาว เหนยว ยด-หด ได

http://www.sp.uconn.edu/.../fa02/terry/proteins.html












โครงสรางตตยภม (Tertiary structure) เปนโครงสรางระดบทพจารณาวาสาย polypeptide มการขดหรอมวนตวท าใหไดโครงรปกลม

ปจจยทมสวนท าใหเกดโครงสรางระดบนคอ แรงระหวาง side chain R โดยเฉพาะพนธะระหวาง sulphydryl group ของกรดอะมโน cysteine (disulphide bridge)

โครงสรางระดบนถกท าลายไดโดยความรอนซงท าใหโปรตนเสยสภาพธรรมชาต (denature) และไมสามารถท าหนาททางชวภาพได

ทมา :kvhs.nbed.nb.ca/gallant/biology/biology.html, www.chemguide.co.uk/.../proteinstruct.html



http://images.google.com/url?q=http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/biology/biology.html&usg=AFQjCNFQh8SQia8S7rr4WcPqqu7H_jU4-A










http://www.chemguide.co.uk/organicprops/aminoacids/proteinstruct.html








โครงสรางจตรภม (Quaternary structure) เปนโครงสรางระดบทพจารณา polypeptide หลายๆ กอนมาเกดพนธะกน เพอท าหนาททางชวภาพ เรยกแตละกอนวา หนวยยอย (subunit)



ทมา :www.bloodless.it/

http://www.bloodless.it/








หม -amino ของโปรตนสามารถท าปฏกรยากบ ninhydrin ได CO2, H2O, aldehyde, และสารประกอบเชงซอนสมวงน าเงน

ยกเวน proline ซงเปน secondary amine ใหสสมเหลองแทน วธน sensitive พอทจะใชตรวจรอยนวมอ

ปฏกรยากบ ninhydrin

ทมา :www.chem.ucalgary.ca/.../Ch27/ch27-3-3.html, www.ok.gov/.../index.html

http://www.chem.ucalgary.ca/courses/351/Carey5th/Ch27/ch27-3-3.html
















http://www.ok.gov/.../index.html






โปรตนสามารถท าปฏกรยากบ alkaline copper (Cu2+)แลวเกดสารละลายสมวง วดคาการดดกลนแสงท 550 nm

Biuret



ทมา :matcmadison.edu/.../labManual/chapter_2.htm



ทสงหรอต าเกนไปท าใหโปรตนเสยสภาพธรรมชาตpH ของสารละลาย

ท pH < pIโปรตนมประจรวมเปน +ท pH = pIโปรตนมประจรวมเปน 0ท pH > pIโปรตนมประจรวมเปน -

http://matcmadison.edu/biotech/resources/proteins/labManual/chapter_2.htm








เชน Pb2+, Hg2+, Cu2+ สามารถท าใหโปรตนเสยสภาพธรรมชาต และตกตะกอนโปรตนทมประจเดนลบได

แคทอออนของโลหะหนก

ตวท าละลายอนทรย เชน ethanol

acetone มขวนอยกวาน า ไมสามารถจบกบหมทมประจไดด

เทาน า จงสามารถตกตะกอนโปรตนได

ตวท าละลายอนทรย

ไขเยยวมาปกตสน าตาล = สของ

สปก.โปรตนกบ Pb2+

ไขเยยวมาปนเปอนตะก ว

สน าตาล = สของน าชา (แทนนน)

divalent ion ทเตมลงในสารละลายแลวมผลตอการละลายของโปรตน ดงกราฟ

เกลอ (NH4)2SO4

ทมา :www.lsbu.ac.uk/water/hofmeist.html, www.bio.mtu.edu/.../lectures/lec5/482w51.htm



http://www.lsbu.ac.uk/water/hofmeist.html








http://www.bio.mtu.edu/campbell/bl4820/lectures/lec5/482w51.htm














ซงจะตดสายโซ

polypeptide ทต าแหนงจ าเพาะTrypsin ตดหลง Lys, ArgChymotrypsin ตดหลง Phe, Trp, TyrPepsin ตดหลง Phe, Trp, TyrThermolysin ตดหลงกรดอะมโนทไมชอบน าCyanogenbromide ตดหลง Met

ปฏกรยากบเอนไซม/สารเคมเฉพาะ



Phe

Ala

Ala

Ala

Val

Gly

Tyr

Asn

Asp

Asn

GlyMet

Gly

Glu

N

C

Trypsin ไมเกดปฏกรยา

Pepsin

Phe

Asn

Asp

Asn

GlyMet

Gly

Glu

N

C


นวคลโอไซด และนวคลโอไทด

โครงสรางของกรดนวคลอก

กรดนวคลอกและขบวนการถายทอดรหสพนธกรรม




หนวยยอยทเลกทสดของกรดนวคลอก คอ นวคลโอไทด (nucleotide) ซงประกอบดวย

นวคลโอไซด (nucleoside) ซงเปนสารประกอบ

ไกลโคไซดทเกดจาก น าตาล จบกบ

เบส

หมฟอสเฟต (phosphate group)

โดยทงสองสวนนมาจบกนดวยพนธะไกลโคไซด (glycosidiclinkage)

5


นวคลโอไซด และนวคลโอไทดทมา: www.mun.ca

(1) น าตาลซ 5 : ไรโบส, ดออกซไรโบส

จบกบหมฟอสเฟต

จบกบเบส

(2) เบส : เพยวรน, ไพรมดน

* จบกบน าตาล

(3) กรดฟอสฟอรก

* จบกบน าตาล

Glycosidic linkage

R

อะดนน (Adenine; A)

กวนน (Guanine; G)

ไทมน (Thymine; T)

ยราซล (Uracil; U)

ไซโตซน (Cytosine; C)



R อาจเบน H

หรอ OH



นวคลโอไซด (น าตาล-เบส) จงม 8 ชนด ขนกบชนดน าตาลและเบสทมาจบกน และมชอเรยกเฉพาะทตางกน

นวคลโอไซดทเกดจากน าตาลไรโบส; Ribonucleosides

OH OH OH OH

Adenine Guanine UracilCytosine

อะดโนซน(Adenosine)

กวโนซน(Guanosine)

ไซตดน(Cytidine)

ยรดน(Uridine)

http://en.wikipedia.org/wiki/File:G_chemical_structure.png

http://en.wikipedia.org/wiki/File:C_chemical_structure.png



นวคลโอไซดทเกดจากน าตาลดออกซไรโบส; Deoxyribonucleosides

H H H H

Adenine Guanine ThymineCytosine

ดออกซอะดโนซน(Deoxyadenosine)

ดออกซกวโนซน(Deoxyguanosine)

ดออกซไซตดน(Deoxycytidine)

ดออกซไทมดน(Deoxythymidine)

http://en.wikipedia.org/wiki/File:DA_chemical_structure.png

http://en.wikipedia.org/wiki/File:DG_chemical_structure.png

http://en.wikipedia.org/wiki/File:DC_chemical_structure.png

http://en.wikipedia.org/wiki/File:DT_chemical_structure.png



นวคลโอไทด (น าตาล -เบส-ฟอสเฟต) ทพบในธรรมชาตมกมหมฟอสเฟตอยทต าแหนง 5’ (-CH2OH) และอาจมหมฟอสเฟตมากกวา 1 หมตอกนได

อะดโนซน-5’-ไทรฟอสเฟต(Adenosine-5’-triphosphate; ATP)

กวโนซน-5’-ไทรฟอสเฟต

(Guanosine-5’-triphosphate; GTP)

ไซตดน-5’-ไทรฟอสเฟต

(Cytidine-5’-triphosphate; CTP)

ยรดน-5’-ไทรฟอสเฟต

(Uridine-5’-triphosphate; UTP)

H

Deoxyribose



ดออกซอะดโนซน-5’-ไทรฟอสเฟต(Deoxyadenosine-5’-triphosphate; dATP)

ดออกซกวโนซน-5’-ไทรฟอสเฟต

(Deoxyguanosine-5’-triphosphate; dGTP)

ดออกซไซตดน-5’-ไทรฟอสเฟต

(Deoxycytidine-5’-triphosphate; dCTP)

ดออกซไทมดน-5’-ไทรฟอสเฟต

(Deoxythymidine-5’-triphosphate; dTTP)



กรดนวคลอก (Nucleic acid) ไดชอนจากการทถกพบในนวเคลยสของเซลล ม 2 ชนดคอ กรดดออกซไรโบนวคลอก (deoxyribonucleic acid; DNA) และกรดไรโบนวคลอก (ribonucleic acid; RNA) ซงทงสองชนดนมโครงสราง และหนาททางชวภาพทแตกตางกน

ค อ น ว ค ล โ อ ไ ท ดหลายๆ ตวมาเชอมตอกนดวยพนธะ 3’,5’-phosphodiester bond ซงท าใหไดพอลเมอรสายโซตรงทเรยกวา พอลนวคลโอไทด (polynucleotide)

โครงสรางปฐมภมของกรดนวคลอก



อาจเขยนโครงสรางโดยยอของพอลนวคลโอไทดนไดเปน

5’ End 3’ End

หรอ d(pTpGpCpA)

ทมา: www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/transcription/chains.html

UT

P OH

3’

5’

G

P OH

3’

5’

C

P OH

3’

5’

A

P OH

3’

5’

(pUpGpCpA)



ค.ศ. 1950 Charguff พบวาสดสวนของ A

= T และ G = C เสมอ

ค.ศ. 1954 Watson and Crick พบวาด

เอนเอประกอบดวย 2 สายวงสวนกน และหมนรอบแกนรวมอนหนง เสนผานศนยกลางของเกลยวเปน 20 A

แตละคเบสซอนกนเปนชนๆ โดยระนาบ

ของค เบสต งฉากกบแกนของเกลยว มระยะหางระหวางค 3.4 A หนงรอบเกลยวม 10.2 คเบส

A ของสายหนงจบกบ T ของอกสาย

ดวยพนธะไฮโดรเจน 2 พนธะ และ C จบกบ G ดวยพนธะไฮโดรเจน 3 พนธะ

โครงสรางของดเอนเอ

ดดแปลงจาก: http://4.bp.blogspot.com

5’

3’ 5’

3’

20 A

34 A

3.4 A

พนธะไฮโดรเจน

2 พนธะ


3 พนธะ



http://www.johnkyrk.com/DNAanatomy.html



*

*

ในอารเอนเอมยราซล

แทนไทมน

พนธะไฮโดรเจนระหวาง A กบ T (หรอ U)

พนธะไฮโดรเจนระหวาง G กบ C

ดดแปลงจาก: www.accessexcellence.org/RC/VL/GG/images/base_pair.gif

แบบจ าลองโมเลกลดเอนเอ

ดานขาง ดานบน

แบบจ าลองโมเลกลดเอนเอ (Animation)

: P

: O

: C

: N

: H

ดดแปลงจาก: http://www.scienceisart.com/A_DNA/DNA_1.html



นอกจากดเอนเอเกลยวคแบบ Watson & Crick แลวยงพบรปแบบ

อนๆ อก ไดแก A, B, และ Z-DNA โดยรปแบบทพบบอยทสดคอ B-DNA

A-DNA B-DNA Z-DNA

ทมา: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b9/A-B-Z-DNA_Side_View.png

เกลยวคของดเอนเอ

ยงสามารถพนกนเองเกด เ ปนเกลยวซอนเกลยว (supercoiledDNA) ได การเกดเ ก ล ย ว ซ อ น น มความส าคญในการอดต ว ข อ ง ด เ อ น เ อ ใ นนวเคลยส

ทมา: http://cmgm.stanford.edu/biochem/biochem201/Slides/

http://cmgm.stanford.edu/biochem/biochem201/Slides/



ทมา: http://www.eurogentest.org/blocks/leaflets/images/english/

dna_chromosomes_genes.png



DNA ของสงมชวตอยางงาย เชน

แบคทเรย E. coli จะมลกษณะเปนวง (closed circular DNA) เนองจากปลายทงสองของโมเลกลเชอมกน และอาจเกดการพนเกลยวซอนเกลยวอกชนหนงได

ทมา:: Novo-Nordisk promotional brochure, pg 16., และ Watson, J.D., Gilman, M., Witkovski, J., Zoller, M. - Recombinant DNA, pg 73.

DNA ของมนษย มขนาดรวมถง

7.8x108 คเบส จงตองขดตวอยในรปแบบโครโมโซม 46 ค ทมความยาวรวมเพยง 200 ไมครอนภายในนวเคลยสของเซลล



กรดไรโบนวคลอก (Ribonucleic acid; RNA) มกอยเปนสายเดยว (single-stranded form) โดยอาจมบางสวนทพบกลบไปมาเนองจากเบสเขาคกนได เกดลกษณะ hairpin loop

อารเอนเอ แบงเปน 3 ชนด

เมสเซนเจอรอารเอนเอ (messenger RNA; mRNA) เปนอารเอนเอสายเดยว

ทโครงสรางไมซบซอน หนาทคอเปนแบบพมพในการสงเคราะหโปรตน โดยตวมนถอดแบบมาจากดเอนเอ ขนาดของ mRNA จะแตกตางกนมากขนอยกบขนาดของโปรตนทรางกายจะสงเคราะห

ไรโบโซมอลอารเอนเอ (ribosomal RNA; rRNA) เปนอารเอนเอทม

โครงสรางซบซอนทสด โดยจะจบกบโปรตนบางชนด แลวเกดเปนไรโบโซม (ribosome) เปนออรแกเนลทท าหนาทสงเคราะหโปรตน

โครงสรางและหนาทของอารเอนเอ



ทรานสเฟอรอารเอนเอ (transfer RNA; tRNA) มหลายชนด แตละชนดจะ

จ าเพาะตอกรดอะมโนชนดใดชนดหนง ท าหนาทเปนตวพากรดอะมโนมาใชในการสงเคราะหโปรตน tRNA เปนอารเอนเอทถกศกษาโครงสรางมากทสดพบวาประกอบดวย

73-93 นวคลโอไทด และมวลโมเลกลประมาณ 25 kd เบสพเศษทนอกเหนอจาก A, U, G, และ Cปลาย 5’ จะเปนเบส G เสมอ สวนปลาย 3’ จะเปน CCA เสมอ

สมบตบางประการของอารเอนเอใน E. coli


ชนดอารเอนเอ ปรมาณสมพทธ (%) มวลโมเลกล (kd) จ านวนนวคลโอไทด

mRNA 5 หลากหลาย หลากหลาย

rRNA 80 1.2x103 3700 (23S)

0.55x103 1700 (16S)

36 120 (5S)

tRNA 15 25 75



ไรโบโซมอลโปรตน 34 ชนด

ไรโบโซมอลโปรตน 21 ชนด

ไรโบโซมอลอารเอนเอ ขนาด 23S



50S 30S

70S


ขนาด 73-93 นวคลโอไทด เบสพเศษ m1G : methylG, m2G : dimethylG, I : Inosine,

m1I : methyl inosine, D : dihydroU, : pseudouridine, T : thymidine

ปลาย 5’ จะเปนเบส G เสมอ ปลาย 3’ จะเปน CCA เสมอ (ปลายทกรดอะมโนเขาจบ)

Ribosomal

RNA

Transfer

RNA

tRNA คลายใบผกเบย (clover leaf)


กรดนวคลอกและกระบวนการถายทอดรหสพนธกรรม

DNA ท าหนาทเกบรหสพนธกรรมของสงมชวตในรปของล าดบเบส “ATGC…”

ล าดบเบสดงกลาว (รหส; codon) จะมปรมาณมากหรอนอยขนกบความ ซบซอนของสงมชวต

DNA เกบรหสไวจ านวนมาก ซงไมแสดงออกพรอมกนตลอดเวลา จงตองม

ขบวนการถอดรหสพนธกรรมทสามารถคดลอกส าเนาเพยงบางสวน แลว แปลเปนโปรตนบางชนดทรางกายตองการในขณะนนเทานน

การคดลอกส าเนา (ทรานสครปชน; transcription) เกดในนวเคลยสของ

เซลล และท าใหได tRNA ซงจะเดนทางออกสไซโตซอล แลวเกดการแปล เปนโปรตน (ทรานสเลชน; translation) ทบรเวณไรโบโซมโดยการท างาน รวมกนของอารเอนเอทง 3 ชนด

ดเอนเอ

ยน

กรดอะมโนอสระ

mRNAtRNA

RIBOSOME

โปรตน



ดดแปลงจาก: http://www.scq.ubc.ca/wp-content/translation1.gif

การคดลอกส าเนา

จากดเอนเอได mRNA

mRNA ถกแปลเปนโปรตน

2.1 mRNA เขาจบกบไรโบโซม

2.3 tRNA น ากรดอะมโนมาสรางโปรตน

2.2 ไรโบโซมเคลอนทไปบนเสน mRNA เพออานรหส

2.4 ไรโบโซมเคลอนทถงรหสจบ การสรางโปรตนส นสด



รหสพนธกรรม (Genetic code) คอล าดบเบสบน mRNA นนเอง โดยเบส

3 ตวเรยงกนเปนรหสส าหรบกรดอะมโนหนงชนด นอกจากนยงมรหสส าหรบเรม และจบการแปลรหสดวย

ทมา: http://psyweb.vghtpe.gov.tw/fig-Hong/amino%2520acid%2520codon-2.gif

การอานรหสผดพลาด

จะท าใหเกดการสงเคราะหโ ป ร ต นท ม โ ค ร ง ส ร า งผดเพยนไปทเรยกวาเกดมวเทชน (mutation) ท าใหเกดความผนแปรทางพนธกรรม

AUG : STARTmet

คารโบไฮเดรต

โมโนแซคคาไรด

พนธะไกลโคซดก และโอลโกแซคคาไรด

โพลแซคคาไรด

การตรวจวเคราะหคารโบไฮเดรต

บทบาทของคารโบไฮเดรตในสงมชวต


หนวยยอยทเลกทสดของคารโบไฮเดรต คอ โมโนแซคคาไรด (monosaccharide) ซงละลายน าไดด ไมละลายในตวท าละลายอนทรยมจดหลอมเหลวคอนขางสง เปนสารประกอบมขว และมกมรสหวาน ซงโครงสรางพนฐานคอ

คารโบไฮเดรต (Carbohydrate)

Polyhydroxy aldehyde Polyhydroxy ketone


คารโบไฮเดรต (carbohydrate) ไดชอจากการทเปนสารประกอบของคารบอนทมสตรอยางงายเปน (CH2O)n ซงคลายกบประกอบดวยน า1 โมเลกลตอคารบอน 1 อะตอม



โมโนแซคคาไรด ยงประกอบดวยคารบอนตงแต 3-6 อะตอม ดงน

น าตาลแอลโดส (Aldose)ทพบในธรรมชาต

ดดแปลงจาก: http://www.natuurlijkerwijs.com/english/sugars.htm

แอลโดไทรโอส(C3)

(C4) แอลโดเทโทรส

(C5) แอลโดเพนโทส

(C6) แอลโดเฮกโซส

โครสรางแบบฟชเชอร (Fischer Projection) ของน าตาลแอลโดส



น าตาลคโตส (Ketose) ทพบในธรรมชาต

คโตไทรโอส(C3)

(C4) คโตเทโทรส

(C5) คโตเพนโทส

(C6) คโตเฮกโซส

ดดแปลงจาก: http://www.natuurlijkerwijs.com/english/sugars.htm

โครสรางแบบฟชเชอร (Fischer Projection) ของน าตาลคโตส

โมโนแซคคาไรดสามารถเกดไอโซเมอรไดเนองจากมไครลคารบอนในโมเลกล

จ านวนไอโซเมอรทอาจเกดขนได = 2n เมอ n คอจ านวนไครลคารบอนในโมเลกล

โมโนแซคคาไรดทมขนาดเลกทสดประกอบดวยคารบอน 3 อะตอม คารบอนท 2

คอไครลคารบอนทท าใหเกดไอโซเมอรแบบอแนนทโอเมอร (เงา) เชน แอล-กลเซอรลดไฮด และ ด-กลเซอรลดไฮด

สเทอรโอเคมของโมโนแซคคาไรด



L-Glyceraldehyde มหม –OH ชซายจะหมนระนาบแสงโพลาไรซไปทางซาย

(levorotatory; (-)) สวน D-Glyceraldehyde ซงหม –OH ชขวาจะหมนระนาบแสงโพลาไรซไปทางขวา (dextrorotatory; (+))

1

2*

3

1

2*

3

หม –OH ชซายเรยก L-isomer

หม –OH ชขวาเรยก D-isomer

L-(-)-Glyceraldehyde D-(+)-Glyceraldehyde

* ไครลคารบอน

OHH

CHO

CH2OH

1

6

D-(+)-Allose

OHH

OHH

OHH

2*

3*

4*

5*

OHH

HO H

OHH

CHO

CH2OH

1

6

D-(+)-Glucose

OHH

2*

3*

4*

5*



โมโนแซคคาไรดอนๆ เมอเขยนโครงสรางแบบฟชเชอร และพจารณาหม –OH ทเกาะกบไครลคารบอนอะตอมสดทาย ถาหม –OH ชซายจะเรยก L-isomer และถาช

ขวาจะเรยก D-isomer

?HO H

HO H

OHH

OHH

CHO

CH2OH

1

6

2*

3*

4*

5*

D-(+)-Mannose

1

2*

3

1

3

L-(-)-Glyceraldehyde D-(+)-Glyceraldehyde

2*

* ไครลคารบอน

โมโนแซคคาไรดทพบในธรรมชาตจะมคอนฟกกวเรชนเปนแบบ D-isomer เสมอ

และจะพบโมโนแซคคาไรดแบบ L-isomer ไดจากการสงเคราะหทางเคม

2

3*

4*

5*

CH2OH

CH2OH

1

6

OHH

OHH

O



โมโนแซคคาไรดพวกคโตสกสามารถระบ D, L-isomer ไดเมอพจารณาหม –OH ทเกาะกบไครลคารบอนอะตอมสดทายเชนเดยวกน

D-(+)-Psicose D-(+)-Fructose

CH2OH

CH2OH

1

6

HO H

OHH

OHH

O2

3*

4*

5*

D-(+)-Sorbose

CH2OH

CH2OH

1

6

HO H

OHH

OHH

O2

3*

4*

5*

D-(+)-Tagatose

CH2OH

CH2OH

1

6

HO H

OHH

O2

3*

4*

5*

OHH

HO H* ไครลคารบอน

โมโนแซคคาไรดทมคารบอนตงแต 5 อะตอมขนไป สามารถเกดโครงสรางแบบวงแหวน (โครงสรางแบบฮาเวรธ; Haworth Projection) ได เนองจากปฏกรยา

“เฮมอะซทาล” (hemiacetal) ระหวางหม –OH และหม ของน าตาล และการเกดวงแหวนนสามารถผนกลบได

สตรโครงสรางแบบวงแหวน



OC

OH

OHH

HO H

OHH

C

CH2OH

1*

6

D-Glucose

OHH

2

3

4

5*

2

3

4

5*

OHH

OHH

HO H

OHH

C

CH2OH

1*

6

OH

HHO

OHH

HO H

OHH

C

CH2OH

1*

6

OH

2

3

4

5*

-D-Glucopyranose

1*

23

4

5*

6

OH

-D-Glucopyranose

1*

23

4

5*

6

OH



D-Fructose

CH2OH

CH2OH

1

6

HO H

OHH

OHH

O2*

3

4

5*

CH2OH

CH2OH

1

6

HO H

OHH

OH

HO2*

3

4

5*

-D-Fructofuranose

1

2*

34

5*

6OH

-D-Fructofuranose

OH

1

2*

34

5*

6

CH2OH

CH2OH

1

6

HO H

OHH

O H

OH2*

3

4

5*

ส าหรบโมโนแซคคาไรดพวกคโตส สามารถเกดวงแหวนไดเนองจากปฏกรยา “เฮมคทาล” (hemiketal) ระหวางหม –OH และหม ของน าตาล เชน การเกดวงแหวนฟวรานของน าตาลฟรกโตส

-D-Glucopyranose กบ -D-Glucopyranose และ -D-Fructofuranose กบ -D-Fructofuranose เปนไอโซเมอรชนด “ทอโทเมอร” (tautomer) กน ส าหรบโมโนแซคคาไรดจะเรยกไอโซเมอรแบบนวา “อะโนเมอร” (anomer)

OC



ในธรรมชาตสารละลายโมโนแซคคาไรดจะอยในรปวงแหวน เชน กลโคสจะผสมระหวาง -D-Glucopyranose และ -D-Glucopyranose ในอตราสวน 38: 62 จงนยมเขยนโครงสรางของน าตาลเปนแบบฮารเวรธมากกวาแบบฟชเชอร แตปจจบนนยมเขยนแบบมลลส หรอแบบ “chair conformation” มากกวา

OHH

HO H

OHH

CHO

CH2OH

1

6

Glucose แบบ Fischer

OHH

2

3

4

5

Glucose แบบ Harworth

1

23

4

5

6

HOH

HO

O

OHHO

HO

Glucose แบบ Zigzag

1

2

4

6

3

5

O

HO OH

HO OH

HO

Glucose แบบ Mills

1

2

4

6

3

5

HO

HO

HOOH

OH

O

Glucose แบบ Chair Conformation

12

4

6

3

5

สวนวเคราะหผล

แหลงก าเนดแสง

โพลาไรเซอร

หลอดสารตวอยาง

อานคา

โมโนแซคคาไรดเมอละลายน าจะหมนระนาบแสงโพลาไรซ (optical rotation;[]D) ได คอเรมตนสารละลายหมนระนาบแสงไดคาคาหนง เมอเวลาผานไปคาจะคอยๆ เปลยนจนเขาสสมดล เรยกปรากฏการณนวา มวตาโรเทชน (mutarotation)

มวตาโรเทชน



ดดแปลงจาก: http://andromeda.rutgers.edu/~huskey/images/polarimeter.jpg

-D-Glucose[]D = +112.2

-D-Glucose[]D = +17.5

-D-glucose -D-glucose

หม –OH 2 หมสามารถเกดพนธะเคมแลวให อเทอร กรณของโมโนแซคคาไรด 2 โมเลกล จะมหม –OH อยหลายค พนธะไกลโคซดก (glycosidic linkage)เกดจากหม –OH ทต าแหนงอะโนเมอรก กบหม –OH ทต าแหนงอนๆ หรอต าแหนงอะโนเมอรก ดวยกนเองกได สารประกอบอเทอรทเกดขนมชอวา “ไกลโคไซด” (glycoside)


พนธะไกลโคสดกและโอลโกแซคคาไรด

1 4

-1,4 glycosidic linkage อะโนเมอรก OH

มอลโตส (Maltose) Glc (-1,4) Glc

แลคโตส (Lactose) Gal (-1,4) Glc

ซโครส (Sucrose) Glc (1-2) Fru

1*

2*

ซโครส : ไดแซคคาไรดไมมอะโนเมอรก –OH อสระ

ไมมความสามารถในการรดวซ

“น าตาลนอน-รดวซ” (non-reducing sugar)

ไกลโคไซดทเกดจากโมโนแซคคาไรด

2 โมเลกล เรยกวา “ไดแซคคาไรด” (disaccharide)

3 โมเลกล เรยกวา “ไตรแซคคาไรด” (trisaccharide)

หลายๆ โมเลกล เรยกวา “โอลโกแซคคาไรด” (oligosaccharide)

และ “โพลแซคคาไรด” (polysaccharide)



1*

กลโคส : โมโนแซคคาไรดมอะโนเมอรก –OH อสระ

มความสามารถในการรดวซ

“น าตาลรดวซ” (reducing sugar)

1* 1*

มอลโตส : ไดแซคคาไรดมอะโนเมอรก –OH อสระ

มความสามารถในการรดวซ

“น าตาลรดวซ” (reducing sugar)

No -OH



IsomaltoseGlc (1-6) Glc

MaltoseGal (1-4) Glc

TrehaloseGlc (1-1) Glc

CellobioseGlc (1-4) Glc

ระบต าแหนงอะโนเมอรก -OH

ไดแซคคาไรดชนดใดเปนน าตาลรดวซ และชนดใดเปนน าตาลนอน-รดวซ

กรณ oligosaccharide อะโนเมอรก -OH

แตโอลโกแซคคาไรดมกเปนพวกนอน-รดวซ

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/Isomaltose.svg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Lactose_Haworth.svg



โพลแซคคาไรด เปนพอลเมอรทเกดจากโมโนแซคคาไรดมาเรยงตอกนดวย

พนธะไกลโคซดก สวนใหญจะไมละลายน า รสไมหวาน และมมวลโมเลกลสง

โพลแซคคาไรดทควรรจก ไดแก แปง ไกลโคเจน เซลลโลส ไคตนและไค

โตซาน ไซโคเดกซตรน

เปนคารโบไฮเดรตมวลโมเลกลสงทไดจากพช เปนแหลงสะสมอาหารของพชเชน เมลดหรอหว

โครงสราง: ประกอบดวย 2 สวน อะไมโลส (amylose): [Glc (1-4) Glc]1,000

อะไมโลเพกตน (amylopectin): [Glc (1-4) Glc]20-25

[Glc (1-6) Glc]

แปง

http://arcticboy.arcticboy.com/view2.php?q=Starch Pictures&url=http://img.alibaba.com/photo/100581664/Potato_Starch.jpg



สตวเกบสะสมอาหารในรปสารทคลายแปง เรยกวา ไวในตบ

โครงสราง: คลายแปง โดยประกอบดวย 2 สวน

อะไมโลส (amylose): [Glc (1-4) Glc]1,000

อะไมโลเพกตน (amylopectin): [Glc (1-4) Glc]12-18

[Glc (1-6) Glc]

ไกลโคเจน

1

2

เซลลตบ (1) สวนนวเคลยสของเซลล (2) ไกลโคเจนทสะสมในเซลล


โพลแซคคาไรด เปนคารโบไฮเดรตทประกอบดวยกลโคสเพยงอยางเดยวเหมอนแปงและไกลโคเจน เซลลโลสท าหนาทเปนวสดโครงสรางทส าคญของพช และสงมชวตชนต าหลายชนด เชน เปนสวนประกอบของผนงเซลลโครงสราง: [Glc (1-4) Glc]n

เซลลโลส

[Glc (1-4) Glc]n

เซลลโลสแตละโมเลกล

เซลลโลสไมโครไฟบรล ผนงเซลลพช

n

เซลลโลสถกใชเปนหลกในอตสาหกรรมกระดาษ และยงเปนสารตงตนในการผลตเสนใย rayon, แผนโปรงใส (cellulose acetate), และไนโตรเซลลโลสหรอดนส าล (gun cotton)

รางกายของสตวชนสงสวนใหญไมสามารถยอยเซลลโลสได แตแบคทเรยบางชนดในกระเพาะสตวเคยวเอองหรอปลวกมเอนไซมทยอยเซลลโลสเปนกลโคสได

เปนพอลเมอรของน าตาลพเศษด-กลโคซามน (D-glucosamine) ยดกนดวยพนธะไกลโคซดกแบบ -1,4 คลายเซลลโลส ไคตนเปนองคประกอบของเปลอกสตวพวกกง-ป

และแมลง รวมทงพวกเหดราหลายชนด



ไคตน

ต าแหนง C2 ของกลโคสมหมอะมโน (-NH-) แทนหมไฮดรอกซล (–OH) และมหมอะเซตล (-CO-CH3) เขา

เมอไฮโดรไลซดวย NaOH จะเกดการก าจดหมอะเซตล (deacetylation) ไดผลตภณฑคอ ซงมหมอะมโนอสระ จงแสดงสมบตเปนเบสและเปนประจบวกทพเอชเปนกลาง

ไคโตซาน

ปจจบนมการน าไคตน-ไคโตซานไปประยกตใช

งานมากมายจากคณสมบตทสามารถยอยสลายได ทางชวภาพ เขากนไดกบเนอเยอของสงมชวต มประจบวก ยบยงการเจรญเตบโตของจลนทรย และจบกบไอออนของโลหะได

NH3+ NH3+


การตรวจวเคราะหคารโบไฮเดรต โมโนแซคคาไรดสวนใหญ และไดแซคคาไรดบางชนดแสดงคณสมบตการรดวซ

ซงจะตรวจสอบไดโดยใชสารละลายเบเนดกต (Benedict’s reagent) ซงประกอบดวย Cu2+ ในสารละลายดาง น าตาลทมคณสมบตการรดวซจะท าใหเกดตะกอนสแดงอฐของคอปเปอร (I) ออกไซด

สารละลายเบเนดกซ

(สน าเงนของ Cu2+ ในดาง)


+ น าตาลเขมขน 0.5%





พจารณาโมโนแซคคาไรด และไดแซคคา

ไรดตอไปน โมเลกลใดเปนน าตาลรดวซ

Glc Fruc

Mal SuMaltose

น าตาลกลโคส ฟนลไฮดราซน โอซาโซน


การตรวจวเคราะหคารโบไฮเดรต นอกจากนยงทดสอบไดดวย สารละลายทอลเลนส (Tollen’s reagent) ซงประกอบดวย

ซลเวอร (I) ไดเอมนไอออน ในสารละลายทเปนเบส น าตาลทมคณสมบตการรดวซจะท าใหเกดโลหะเงนเคลอบผวหลอดทดลอง การทดสอบนอาจเรยก “ซลเวอรมรเรอเทสต”

กระจกเงนทเกดจาก

น าตาลรดวซ

ไมเกดกระจกเงนจาก

น าตาลนอนรดวซ

น าตาลสวนใหญท าปฏกรยากบสารละลายฟนลไฮดรา

ซน (phenylhydrazine) เกดเปนสารประกอบ โอซาโซน (osazone) ทมลกษณะเปนผลกสเหลองได


การตรวจวเคราะหคารโบไฮเดรต แปงสามารถเกดสารเชงซอนสน าเงนเขม กบสารละลายไอโอดนได จงใชน าแปงในการ

ตรวจสอบไอโอดน หรอในทางกลบกนใชสารละลายไอโอดนในการตรวจสอบแปงได

I2 + I- I3-

เมอน าแปงไปไฮโดรไลซดวยกรดเจอจางจะไดแซคคาไรดทมขนาดโมเลกลเลกลงซง

ไมใหสน าเงนเขมกบไอโอดน

+ HClตม

I3-

แปงใหสน าเงนเขมกบไอโอดน

I3-

แซคคาไรดโมเลกลเลก ไมใหสน าเงนกบไอโอดน น าแปงตมกบกรด 1, 3, และ 5 นาท


บทบาทของคารโบไฮเดรตในสงมชวต คารโบไฮเดรตมความส าคญยงตอสงมชว ต พชทกชนดเกบสะสมพลงงานจาก

แสงอาทตยอยในรปของน าตาลกลโคส โดยอาศย CO2 กบ H2O เปนวตถดบโดยกระบวนการสงเคราะหแสง พชบางชนดชนดสามารถเกบน าตาลไวในรปแปง ซงจะถกเปลยนเปนน าตาลเมอตองการ

คลอโรพลาสตในเซลลพช

ถงทยลาคอยดในคลอโรพลาสต



สตวและสงมชว ตทไมสามารถสงเคราะหแสงจะไดกลโคสจากอาหารทเปนคารโบไฮเดรต โดยกระบวนการยอยอาหาร ในเซลลจะมการเผาผลาญกลโคสใหเปนพลงงานโดยกระบวนการไกลโคลซส (glycolysis) และวฏจกรเครบส (Kreb’s cycle)ดงนนคารโบไฮเดรตจงเปนแหลงพลงงานส าคญของสงมชวต

ค า ร โ บ ไฮ เ ด รต เ ป น ว ส ด

โครงสรางของสงมชวตดวย เชน เซลลโลสทเปนสวนประกอบของผนงเซลลพชและแบคทเรย ไคตนทเปนสวนประกอบของเปลอกของสตวพวกแมลง เปนตน

พลงงานจากการเผาผลาญกลโคสอยในรปโมเลกล ATP

http://www.google.com/imgres?imgurl=http://staff.jccc.net/pdecell/cellresp/glycolysis.gif&imgrefurl=http://staff.jccc.net/pdecell/cellresp/glycolysis.html&h=555&w=425&sz=23&tbnid=1Qy5a8Fiuo8WiM:&tbnh=257&tbnw=196&prev=/images?q=glycolysis&zoom=1&q=glycolysis&usg=__HOqdXlDpWxipRPTLSDHuoT7tP_o=&sa=X&ei=NR0wTfj4HYzqrQfyxMzhCA&ved=0CBwQ9QEwAA



คารโบไฮเดรตยงมบทบาทในกระบวนการจดจ าและอนตรกรยาระหวางเซลล โดย

อาศยคารโบไฮเดรตทพนผวของเซลล

ไกลโคโปรตนทผวเซลลเปนจดทเซลลอน , เชอโรค , สารพษ , ฮอรโมน, และโมเลกลตางๆ เขาจบ แล วมการสงสญญาณให เซลลโตตอบอยางถกตองกบสงเรานนๆ

ลปด

ไขมน น ามน และขผ ง

สบและผงซกฟอก

ไขมนไมอ มตว ไอโอดนนมเบอร และการเหมนหน

ฟอสโฟลปด

ลปดอนๆ


ลปด (Lipid)


ลปดเปนชอเรยกรวมของสารทคอนขางไมมขวทพบในสงมชวต ลปดไมละลายน า

แตละลายในตวท าละลายทมขวต า เชน อเทอร หรอ เฮกเซน ลปดประกอบดวยสารหลายกลม แตกลมสามญและมความส าคญทสดคอ ไขมนและน ามน

ไขมนและน ามนเปนสารประกอบเอสเทอร (ester) ระหวางกรดอนทรยโซตรง (C > 10) กบกลเซอรอล (แอลกอฮอลทม OH 3 หม) เรยกวา กลเซอไรด (glyceride)

กลเซอรอล

กรดอนทรย:

กรดไขมน

เอสเทอร (R-CO-OR’)

ไทรกลเซอไรด :

กลเซอรอล + 3 กรดไขมน

กรดไขมน โครงสรางจดหลอมเหลว

mp

กรดไขมนอมตว

Palmitic acid (C16: 0) CH3(CH2)14COOH +63

Stearic acid (C18: 0) CH3(CH2)16COOH +70

Arachidic acid (C20: 0) CH3(CH2)18COOH + 75.5

กรดไขมนไมอ มตว

Oleic acid (C18:1) CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH +16

Linoleic acid (C18: 2) CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH -5

Linolenic acid (C18: 3) CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COOH -11

Arachidonic acid (C20: 4) CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH -50

ลปด (Lipid)


กรดไขมน (fatty acid) ทพบในธรรมชาตจะมจ านวน C อะตอม เปน

เลขคเสมอ และอาจมพนธะคอยในโมเลกล 1 พนธะ หรอมากกวา

พนธะคของกรดไขมนไมอ มตวเปนแบบซส ท าใหเกดความโคงงอ

ของโมเลกล

ลปด (Lipid)


กรดไขมนอมตวม mp สงกวากรดไขมนไมอมตวทมจ านวน C เทากน

กรดไขมนไมอมตวยงมพนธะคจ านวนมาก mp ยงต าลง

กรดไขมนยงมจ านวน C มาก mp ยงสงขน

Palmitic acid

(C16: 0)

Stearic acid

(C18: 0)

Oleic acid

(C18:1)

Linoleic acid

(C18: 2)

Linolenic acid

(C18: 3)

Arachidonic acid

(C20: 4)

Mp +63 C Mp +70 C Mp +16 C Mp -5 C Mp -11 C Mp -50 C

ลปด (Lipid)


Triglyceride

กลเซอรอล เปน แอลกอฮอลทมหม - OH 3 หม ซงสามารถเกด เอสเทอร

กบกรดไขมน ไดสารประกอบกลเซอไรด (glyceride) ซงอาจเปน โมโน, ได, หรอ ไตรกลเซอไรด ขนกบจ านวนกรดไขมนทมาเกดเปนสารประกอบ

ไตรกลเซอไรด (triglyceride) อาจประกอบดวยกรดไขมนชนดเดยวกน หรอตางชนดกได โดยไตรกลเซอไรดนจะมชอเรยกตามชอกรดไขมน เชน

ไตรสเตยรน (tristearin) : ไตรกลเซอไรดของกรดสเตยรกไตรปาลมตน (tripalmitin) : ไตรกลเซอไรดของกรดปาลมตก

ลปด (Lipid)


กลเซอรอล เปนของเหลวหนดใส ไมมส ละลายน าไดด แตเมอเกดเปนกลเซอไรด

แลวความสามารถในการละลายน าจะลดลงอยางมาก

ไตรกลเซอไรด เปนรปแบบทพบบอยสดของไขมน หรอน ามน ซงเปนแหลงสะสม

พลงงานทส าคญของพชและสตว

ไขมน (fat) น ามน (oil)

เปนของแขงทอณหภมหอง

แหลงสะสมพลงงานของพชแหลงสะสมพลงงานของสตว

เปนของเหลวทอณหภมหอง

มกรดไขมนอมตวจ านวนมาก มกรดไขมนไมอมตวจ านวนมาก

น ามนพชหลายชนด เชน น ามนดอกค าฝอย น ามนเมลดทานตะวน และน ามนถว

เหลอง ประกอบดวยกรดไขมนไมอมตวทมพนธะคมากกวา 2-3 หนวย (polyunsaturated fatty acid, PUFA) อยมาก เปนทนยมบรโภคถงแมมราคาแพงเพราะดตอสขภาพ

เกบเกยวเมลดพชน ามนและ

สงตอไปยงเครองบด

เมล ดพชถ กบดท

อณหภมสง ซง90-95% ของน ามน จะไหลแยกออกมา

น ามนจากการบบ

อดไหลลงสภาชนะเกบ

กากท เหลอ

อดมดวยโปรตน ใชเลยงสตว

pump น าม น

เขาสถงผลตเตม CH3OH และ KOH (lye) หรอ

KCl(potash) ลงในถง และกวน

ปลอยใหสารแยกชน

จงกรองสงเจอปน (กลเซอรน) ออก

ขนสดทาย, ลางดวยน า จะไดไบโอดเซลบรสทธ

100% ส าหรบใชเปนเชอเพลงเครองยนต

CH2-O-C-C13H35

O

O

CH-O-C-C13H35

CH2-O-C-C13H35

O

KOHCH3OH

+

CH2-OH

CH2-OH

CH2-OHH3C-O-C-C13H35

O

+

ไบโอดเซล (Biodiesel)

ลปด (Lipid)


ไข (wax) เปนเอสเทอรอยางงายของกรดไขมน และแอลกอฮอลโซตรงทม

คารบอนจ านวนมาก พบในสารเคลอบผวใบไมหรอผวหนง หรอขนสตว รงผง และไขปลาวาฬ ตวอยางเชน

CH3(CH2)14COO(CH2)15CH3 ไขปลาวาฬ CH3(CH2)24COO(CH2)29CH3 ขผ ง CH3(CH2)26COO(CH2)33CH3 คารนบาแวกซ

ไขพาราฟน (parafin wax) ไมจดอยในกลมของแวกซอยางแทจรง เนองจากเปน

สารผสมของไฮโดรคารบอนทไดมาจากน ามนปโตรเลยม

http://www.beelitecandles.com/starpillar.jpg

ลปด (Lipid)

สบ และผงซกฟอก

เมอน าไขมน มาท าปฏกรยากบดาง เชน NaOH หรอ KOH จะไดของแขง

ละลายน าได เปนดางออน และใหฟองเมอเขยากบน า สารนคอ เกลอโซเดยมหรอโพแทสเซยมของกรดไขมน ทเรยกวา “สบ”

ปฏกรยาการเกดสบ (saponification)

CH2-O-C-C13H35

O

O

CH-O-C-C13H35

CH2-O-C-C13H35

O+ 3 NaOH + 3 Na-O-C-C13H35

OCH2-OH

CH2-OH

CH2-OH

ไตรกลเซอไรด ดาง กลเซอรอล เกลอโซเดยมของกรดไขมน: สบ

สะปอนฟเคชน นมเบอร (saponification number) ปรมาณ (มลลกรม) ของ

ดางมาตรฐาน (KOH) ทใชท าปฏกรยาพอดกบไขมน 1 กรม

ลปด (Lipid)


สบแสดงคณสมบตแอมพฟลก (amphipilic) คอ มทงสวนทชอบน า (hydrophilic) ไดแก

หมคารบอกซลก และสวนทไมชอบน า (hydrophobic) ไดแก สวนของสายโซไฮโดรคารบอน อยในโมเลกลเดยวกน

Na-O-C-C13H35

O

เกลอโซเดยมของกรดไขมน: สบ

Na++ -O-C-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

O

หมคารบอกซลกทชอบน า สายโซไฮโดรคารบอนทไมชอบน า

เมอละลายน าไฮโดรคารบอนจะมาเกาะตวกน หนดานคารบอกซลกออก

เกดกลมอนภาคทรงกลมเลกๆ ทมประจลบละลายน าไดสารละลายขนเลกนอยเรยก “ไมเซลล” (micelle)

__

_

_

__

_

_

_

สมบตชะลางไขมนของสบเกดจากสวนไฮโดรคารบอนทจบได

ดกบคราบสกปรกทเปนไขมน (ปกตจะไมละลายน าและรวมตวกนเปนหยดหรอชนแยกจากน า) เมอมสบอยดวยไขมนจะแตกยอยเปนอนภาคเลกๆ ทมประจลบ ผลกกนเอง ท าใหไขมนแขวนลอยไดในน าเกดเปน “อมลชน” (emulsion)

อนภาคไขมน

ลปด (Lipid)


ในน ากระดางซงประกอบดวยเกลอ Ca2+ หรอ Mg2+ สบจะตกตะกอนเกดเปนไคลสบ ซ งคอ

เกลอ Ca2+ หรอ Mg2+ คารบอกซเลตทไมละลายน านนเอง อ านาจชะลางไขมนของสบจงลดลง

2 Na+ , 2 -O-C-C13H35

O

+ Ca2+ Ca(O-C-C13H35)2

O

+ 2 Na+

สบ: ละลายน าได เกลอแคลเซยมในน ากระดาง

ไคลสบ: ไมละลายน า

ผงซกฟอกลดการเกดตะกอนไคลสบได โดยมโครงสรางคอ สายโซไฮโดรคารบอนจากการ

สงเคราะหในอตสาหกรรมปโตรเคม และสวนชอบน าเปนกรดเบนซนซลโฟนก ซงไมตกตะกอนเกดเปนไคลเมอจบกบ Ca2+ หรอ Mg2+ ในน ากระดาง

ผงซกฟอกกอใหเกดปญหา

ส ง แ ว ด ล อ ม ม า ก ก ว า ส บเน องจากยอยสลายไดยาก โดยเฉพาะอยางยงพวกทมสาย HC โซตรง นอกจากนฟอสเฟตทเปนองคประกอบในผงซกฟอกท าใหเกดปญหาน าเสย

ลปด (Lipid)

ไขมนไมอ มตว ไอโอดนนมเบอร และการเหมนหน

ไขมนไมอมตวประกอบดวยพนธะค จงวองไวตอปฏกรยาเคม เชน ปฏกรยาการเตม

ไอโอดน (iodination) ไขมนไมอมตวจงฟอกจางสไอโอดนได และใชวธนในการทดสอบความไมอมตวของไขมนได

น ามน/ไขมน ไอโอดน

-CH2-CH=CH-CH2- I2

เตมไอโอดนเขาทพนธะค: สของไอโอดนจางหาย

-CH2-CH-CH-CH2-

I I

+

ไอโอดนนมเบอรแสดงถงระดบความไมอมตวของไขมนได

น ามนมะพราว 8-10

น ามนปาลม 37-54

น ามนมะกอก 75-95

ถวเหลอง 130-145

ไอโอดนนมเบอร (iodine number) คอ กรมของไอโอดนทท าปฏกรยาพอดกบ

ไขมนหรอน ามน 100 กรม

ลปด (Lipid)

ฟอสโฟลปด

ฟอสโฟลปด (phospholipid) เปนเอสเทอรของกรดฟอสฟอรก มสตรโครงสราง

คลายไตรกลเซอไรด แตหมคารบอกซลหมหนงถกแทนทดวยหมฟอสฟอรล

CH2-O-C-C13H35

CH-O-C-C13H35

CH2-O-P-OH

O

O

O

OH

ฟอสฟาตดกแอซด

CH2-O-C-C13H35

CH-O-C-C13H35

CH2-O-P-O-CH2CH2-NH3+

O

O

O

O-

เซฟาลน

CH2-O-C-C13H35

CH-O-C-C13H35

CH2-O-P-O-CH2CH2-N+(CH3)3

O

O

O

O-

เลซทนสญลกษณแทนฟอสฟอลปด

สวนไมมข ว

สวนมข ว

ฟอสโฟลปด มกเกดเปนโครงสรางทเรยกวา “ลปด

ไบเลเยอร” (lipid bilayer) ซงเปนองคประกอบพนฐานของเยอหมเซลลของสงมชวต

ลปด (Lipid)

ลปดอนๆ

นอกจากลปดในกลมกลเซอไรดแลวยงมลปดในกลมอนๆ อก ทส าคญ

ไดแก สเตยรอยด (steroid) และสารในกลม bile acid มโครงสรางหลกประกอบดวยระบบวงแหวนเปอรไฮโดรไซโคลเพนทาโนฟแนนทรน (perhydrocycropentanophenanthrene) สเตยรอยดหลายชนดเปนฮอรโมนเพศ ทงชายและหญง

โครงสรางหลก: ฟแนนทรน

A B

C D

คอเลสเตอรอล เทสโทสเตอโรน โปรเจสเตอโรน

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9a/Cholesterol.svg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Testosterone.svg

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Progesterone-2D-skeletal.png

Documents

บทที่ 8 สารชวีโมเลกุล (Biomolecules) · PDF file · 2013-11-06ลิปิด สารชวีโมเลกุล (Biomolecules) กรดอะมิโน