สารชีวะโมเรกุล

สารชีวโมเลกุล (biomolecules)

posted on 22 Feb 2011 19:31 by k-meekrubig

สารชีวโมเลกุล ( biomolecules) เป็นสารอินทรีย์ที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต มีธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก และธาตุอื่นๆ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน กำมะถัน และฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบร่วมอยู่ด้วย สารชีวโมเลกุลมีขนาดโมเลกุลที่ใหญ่มาก(macromolecules) สารชีวโมเลกุลแต่ละชนิดจะมีโครงสร้าง สมบัติและปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน เราจึงพบว่าสารชีวโมเลกุลมีหน้าที่และประโยชน์ต่อร่างกายแตกต่างกัน สารชีวโมเลกุลบางชนิดเป็นสารที่ให้พลังงาน เช่น คาร์โบไฮเดรต ไขมัน แต่บางชนิดไม่ให้พลังงาน เช่น วิตามิน เกลือแร่ และน้ำ เป็นต้น

สารชีวโมเลกุลจำแนกตามลักษณะโมเลกุลเชิงซ้อนออกได้เป็น 4 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
1. คาร์โบไฮเดรต (carbohydrates)
2. โปรตีน(proteins) 
3. ไขมันและน้ำมัน หรือ ลิปิด (lipids)
4. กรดนิวคลีอิก (nucleic acids)

คาร์โบไฮเดรต 

คาร์โบไฮเดรต(carbohydrates) หรือ แซ็กคาไรด์ (saccharide) เป็นสารอาหารที่พบในอาหารเกือบทุกชนิด โดยเฉพาะที่เป็นแป้งและน้ำตาล คาร์โบไฮเดรตมีความสำคัญต่อทั้งการทำงานและโครงสร้างของสิ่งมีชีวิต เป็นสารชีวโมเลกุลที่ให้พลังงานแก่ร่างกาย เป็นสารตัวกลางในระบบเมแทบอลิซึม และเป็นองค์ประกอบของเซลล์ คาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยธาตุหลักคือ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน โดยอะตอม ของ H : O = 2 :1 เช่น C₃H₆O₃ , C₆H₁₂O₆ และ (C₆H₁₀O₅)_n เป็นต้น

คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอาหารให้พลังงาน โดยที่คาร์โบไฮเดรต 1 กรัม จะสลายให้พลังงาน 4 กิโลแคลอรี คาร์โบไฮเดรตมักพบอยู่ในธัญพืช หรือพืชพวกหัว เช่น ข้าวต่างๆ มัน เผือก น้ำตาล เป็นต้น

คาร์โบไฮเดรตแบ่งตามโครงสร้างของคาร์โบไฮเดรต ออกได้เป็น 3 กลุ่ม คือ

1. น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว

หรือเรียกว่าโมโนแชคคาไรด์(monosaccharide) หรือน้ำตาลชั้นเดียว(simple sugar) เป็นน้ำตาลที่เกิดจากการรวมตัวของคาร์บอนตั้งแต่ 3 ตัวถึง 6 ตัว น้ำตาลกลุ่มนี้จัดอยู่ในกลุ่มของคาร์โบไฮเดรตที่ให้รสหวาน สูตรโมเลกุลคือ C_nH_2nO_n เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีขนาดโมเลกุลเล็กที่สุด เมื่อรับประทานเข้าไปสามารถ ร่างกายสามารถดูดซึมแล้วนำไปใช้ได้เลยโดยไม่ต้องย่อยอีก สำหรับน้ำตาลที่ประกอบด้วยคาร์บอน 5 ตัว เรียกว่า เพนโทส (pentose) ส่วนน้ำตาลเฮกโซส (hexose) มีจำนวนคาร์บอน 6 อะตอม เป็นน้ำตาลที่พบมากที่สุด มี 3 ชนิด คือ

น้ำตาลกลูโคส น้ำตาลฟรุกโทส และน้ำตาลกาแลกโตส น้ำตาลพวกนี้จะละลายน้ำได้ดี เป็นผลึกสีขาว มีรสหวาน พบได้ใน ผัก ผลไม้ น้ำนม และน้ำผึ้ง   โดยทั่วไปจะมีจำนวนคาร์บอนอะตอมตั้งแต่ 3 ถึง 8

ก. น้ำตาลกลูโคส (glucose) มีอยู่ในธรรมชาติทั่วไป ในพืช ผัก ผลไม้ องุ่น ข้าวโพด น้ำผึ้ง เป็นน้ำตาลที่สลายให้พลังงานมากที่สุดในสิ่งมีชีวิต มีความหวานเป็นที่สองรองจากน้ำตาลฟรักโทส ทางการแพทย์ใช้กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานที่ต้องการใช้อย่างรวดเร็ว เช่น ในคนป่วยที่อ่อนแอ น้ำตาลกลูโคสเป็นน้ำตาลชนิดเดียวในกระแสเลือดของมนุษย์ที่ได้จากการย่อยคาร์โบไฮเดรตจึงเรียกว่า น้ำตาลในเลือด (blood sugar) 
           เซลล์จำนวนมากใช้ไขมันและโปรตีน ในการสร้างพลังงานได้ อย่างไรก็ดี เนื้อเยื่อประสาทใช้กลูโคสอย่างเดียวเท่านั้น ส่วนในสัตว์มักพบน้ำตาลกลูโคสมีอยู่ตลอดเวลา เนื่องจากเป็นสารที่จำเป็นต้องใช้ในการเปลี่ยนโมเลกุลของไขมันและโปรตีนเป็นคาร์โบไฮเดรต

 ข. น้ำตาลฟรักโทส (fructose) เป็นน้ำตาลที่มีรสหวานกว่าน้ำตาลชนิดอื่น พบมากในน้ำผึ้ง โดยในน้ำผึ้งมีน้ำตาลฟรักโทสเป็นองค์ประกอบถึง 40 % นอกจากนี้ยังพบในเกสรดอกไม้ ผัก ผลไม้ กากน้ำตาล ที่มีรสหวาน เช่น มะม่วงสุก เป็นต้น

          

ค. น้ำตาลกาแล็กโตส (galactose)เป็นน้ำตาลที่มีสูตรโครงสร้างคล้ายน้ำตาลกลูโคสมากที่สุด น้ำตาลชนิดนี้เราไม่พบในธรรมชาติ เพราะปกติจะรวมอยู่กับน้ำตาลกลูโคสเป็นไดแชคคาไรด์ชื่อแล็กโตสที่มีอยู่เฉพาะในอาหารพวกนม และผลิตผลของนมทั่วๆไป

 

2. น้ำตาลโมเลกุลคู่ หรือเรียกว่าไดแชคคาไรด์(disaccharide) หรือน้ำตาลสองชั้น(double sugar) จัดอยู่ในกลุ่มของคาร์โบไฮเดรตที่ให้รสหวาน เป็นคาร์โบไฮเดรตที่เกิดโมโนแชคคาไรด์ 2 โมเลกุล มารวมตัวกัน เมื่อเรารับประทานน้ำตาลโมเลกุลคู่เข้าไป จะมีการย่อยโดยเอนไซม์ในระบบย่อยอาหารได้น้ำตาลชั้นเดียวก่อนจึงจะดูดซึมต่อไปได้ คาร์โบไฮเดรตประเภทนี้ที่สำคัญคือ น้ำตาลซูโครสหรือน้ำตาลทราย น้ำตาลมอลโทส และน้ำตาลแล็กโทส

มีความสามารถในการละลายน้ำต่างกันไป คือ น้ำตาลซูโครสละลายน้ำได้ดี น้ำตาลมอลโทสละลายน้ำได้ค่อนข้างดี ส่วนน้ำตาลแล็กโทสละลายน้ำได้เล็กน้อย

ก. น้ำตาลซูโครส(sucrose) หรือน้ำตาลทรายหรือน้ำตาลอ้อย เป็นน้ำตาลที่เรารับประทานกันมากกว่าคาร์โบไฮเดรตอื่นๆ พบว่าเมื่อน้ำตาลซูโครสแตกตัวหรือถูกย่อยจะให้น้ำตาลกลูโคสกับน้ำตาลฟรักโทสอย่างละ 1 โมเลกุล คนไทยบริโภคน้ำตาลประมาณคนละ 10 กิโลกรัม/ ปี เพื่อนำมาใช้ประกอบอาหารเกือบทุกชนิด น้ำตาลชนิดนี้พบมากในอ้อย หัวบีต และผลไม้ที่มีรสหวานเกือบทุกชนิด

ข. น้ำตาลมอลโทส (moltose) เป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่ที่เกิดจาการรวมตัวของกลูโคส 2 โมเลกุล ไม่เกิดในรูปอิสระในธรรมชาติ แต่จะพบมากในเมล็ดข้าวที่กำลังงอกหรือน้ำที่สกัดจากข้าวงอก (malt-liquors)

ค.น้ำตาลแล็กโทส

(lactose) เป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่ที่เกิดจาการรวมตัวของกลูโคส กับกาแลกโตส อย่างละ 1 โมเลกุล ไม่พบในพืช มักพบอยู่ในน้ำนม เราจึงรู้จักในชื่อ น้ำตาลนม และพบในปัสสาวะหญิงมีครรภ์ น้ำตาลแลกโทสนี้แตกต่างกับน้ำตาลสองชั้นตัวอื่น คือ จะมีความหวานน้อยกว่า ละลายน้ำได้น้อยกว่า ย่อยได้ช้ากว่าและบูด (ferment) ได้ยากกว่าซูโครส และมอลโทส

3. น้ำตาลโมเลกุลใหญ่ หรือเรียกว่าพอลิแชคคาไรด์ (polysaccharide) หรือน้ำตาลหลายชั้น จัดอยู่ในกลุ่มของคาร์โบไฮเดรตที่ไม่มีรสหวาน เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีโมเลกุลใหญ่และซับซ้อน จำพวกพอลิเมอร์ที่เกิดจากโมเลกุลโมโนแชคคาไรด์ (กลูโคส) จำนวนมากมายต่อรวมกัน เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีมากที่สุด พบในธรรมชาติ เช่น แป้ง ไกลโคเจน เซลลูโลส ซึ่งน้ำตาลโมเลกุลใหญ่นี้จะไม่ละลายน้ำ

ก.แป้ง (starch) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่พบในพืช สะสมอยู่ในเมล็ด ราก หัว ลำต้น และใบของพืช  เช่น  ข้าว  มัน  เผือก  กลอย โมเลกุลของแป้งเกิดจากน้ำตาลกลูโคสต่อกันเป็นจำนวนมากในรูปที่เป็นเส้นตรงอะมิโลส (amylose) และกิ่งก้านอะมิโลเพกทิน (amylopectin) เมื่อแป้งถูกย่อยถึงขั้นสุดท้ายจะได้น้ำตาลกลูโคส 
           ข.ไกลโคเจน (glycogen) เป็นน้ำตาลหลายชั้น พบในตับ และกล้ามเนื้อสัตว์ บางทีเรียกว่า แป้งสัตว์ มีส่วนประกอบคล้ายแป้ง แต่มีกิ่งก้านมากกว่า เมื่อแตกตัวออกจะได้กลูโคส ไม่พบในพืช ไม่มีรสหวาน ไม่ละลายน้ำ

ค. เซลลูโลส (cellulose) เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ ประกอบด้วยโมเลกุลที่ต่อกันเป็นโซ่ยาวของกลูโคส พบมากในพืช เพื่อทำหน้าที่เสริมโครงสร้างของลำต้นและกิ่งก้านของพืช ผักและผลไม้ให้แข็งแรง ร่างกายคนเราไม่สามารถย่อยสลายเซลลูโลสได้ แต่จะมีการขับถ่ายออกมาในลักษณะของกากเรียกว่า เส้นใยอาหาร ช่วยกระตุ้นให้ลำไส้ใหญ่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น ทำให้ขับถ่ายสะดวก พืชประเภทผัก และถั่ว ผลไม้ จัดเป็นแหล่งที่ให้เส้นใยอาหาร เพราะมีเซลลูโลสอยู่ปริมาณสูง ดังนั้นจึงควรกินเป็นประจำทุกวัน เซลลูโลสเมื่อย่อยจะแตกตัวออกให้น้ำตาลกลูโคส สัตว์ที่กินหญ้าจะสามารถย่อยเซลลูโลสได้โดยอาศัยแบคทีเรียในกระเพาะอาหารเป็นตัวย่อย เมื่อย่อยแล้วจะได้น้ำตาลกลูโคส แต่ถ้าสลายไม่สมบูรณ์ จะได้เป็นน้ำตาลเซลโลไบโอส เซลลูโลสเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำ เพราะมีโมเลกุลใหญ่มาก ประกอบด้วยกลูโคสประมาณ 1,250-12,500 โมเลกุล

ง.ไคติน (chitin) เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ที่พบในสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง จะเป็นส่วนที่เป็นเปลือกแข็งหุ้มตัวสัตว์ เช่น แมลง กุ้ง ปู เป็นต้น

จ.ลิกนิน(lignin) เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ที่ช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับเนื้อเยื่อของพืช โดยสะสมตามผนังเซลล์ของพืช ทำให้เนื้อไม้มีความแข็งแรง

ฉ.เฮปาริน (heparin) เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ที่พบใน ตับ ปอด ผนังเส้นเลือดแดง มีสมบัติทำให้เลือดไม่แข็งตัว

ช.อินนูลิน(inulin) เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ที่พบในพืชบางชนิด เช่น หัวหอม กระเทียม ประกอบไปด้วยน้ำตาลฟรักโทสหลาย ๆ โมเลกุลมาต่อกัน

ซ.เพกติน (pectin) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่พบใน ผลไม้ มีลักษณะคล้ายวุ้น ประกอบด้วยกาแลกโทสหลาย ๆ โมเลกุลรวมกัน

ไขมัน 

ไขมัน(lipid) เป็นสารชีวโมเลกุลที่เป็นมัน ไม่ละลายน้ำ แต่ละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์(organic solvent) เช่น คลอโรฟอร์ม (chloroform) และเมทานอล (methanol) เป็นต้น ไขมันที่เราได้จากการรับประทานพบในอาหารแทบทุกชนิด บางชนิดมีมาก บางชนิดมีน้อย (ตาราง 8.4) ส่วนใหญ่ของไขมันที่อยู่ในอาหารคือ ไตรกลีเซอไรด์ (triglyceride) แต่ละโมเลกุลของไตรกลีเซอไรด์ ประกอบด้วยกลีเซอรอล (glycerol) และกรดไขมัน (fatty acid) โดยกลีเซอรอลทำหน้าที่เป็นแกนให้กรดไขมัน 3 ตัวมาเกาะอยู่ กรดไขมันทั้ง 3 ชนิดอาจเป็นชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดก็ได้