++kasetloongkim.com++

กำลังปรับปรุงครับ

==>::::สารชีวโมเลกุล (biomolecule)::::<==

   สิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกนี้มีลักษณะเหมือนกันประการหนึ่ง คือประกอบด้วยธาตุหลายชนิดมารวมอยู่ด้วยกั่น ธาตุหลักที่พบมากในสิ่งมีชีวิต คือ คาร์บอน (carbon, C) ไฮโดรเจน (hydrogen, H) ออกซิเจน (oxygen, O)ไนโตรเจน (nitrogen, N) ซัลเฟอร์ (sulfer, S) และฟอสฟอรัส (phosphorus, P) ธาตุต่าง ๆ เหล่านี้สามารถจะรวมตัวกันหลายรูปแบบ ก่อกำเนิดเป็นโมเลกุลของสิ่งมีชีวิตขึ้น การที่ธาตุต่าง ๆ สามารถรวมอยู่ด้วยกันได้ เพราะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมที่เรียกว่าพันธะโควาเลนต์ (covalent bond) เป็นสำคัญ แต่ก็ยังมีพันธะเคมีอื่น ๆ ซึ่งมีส่วนทำให้การยึดเหนี่ยวภายในโมเลกุล และระหว่างโมเลกุลสมบูรณ์ยิ่งขึ้น พันธะเหล่านี้คือ พันธะไอออนิก (Ionic bond) พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond) และพันไฮโดรโฟบิก (hydrophobic bond)

พันธะโควาเลนต์เป็นพันธะเคมีที่ไม่แตกสลายง่าย ดังนั้น โมเลกุลเล็ก ๆ หลายชนิดจึงมีความคงทนเป็นพิเศษ และถูกใช้เป็นหน่วยย่อย (monomer)ในการสร้าง โมเลกุลใหญ่ๆ (polymer) โพลิเมอร์หนึ่ง ๆ นั้น ปกติจะประกอบด้วยหน่วยย่อยเหมือน ๆ กันเป็นจำนวนมากต่อกันยาวเป็นโซ่ ในการย่อยสลายโพลิเมอร์ลงเป็นหน่วยย่อยเหมือนๆ กันเป็นจำนวนมากต่อกันยาวเป็นโซ่ ในการย่อยสลายโพลิเมอร์ลงเป็นหน่วยย่อยนั้นทำได้ง่ายมากกว่าการสลายหน่วยย่อยเอง

เราสามารถจำแนกชีวโมเลกุลได้โดยดูที่หมู่ฟังก์ชันของโมเลกุลนั้นเป็นสำคัญหมู่ฟังก์ชันเหล่านี้ ได้แก่ โมเลกุลใดมีหมู่คาร์บอกซิล ก็จัดเป็นกรด ตัวอย่างเช่น กรดไขมัน จะมีหมู่คาร์บอกซิลและสายคาร์บอน–ไฮโดรเจนหนึ่งสาย หรือกรดอะมิโน ก็มีทั้งหมู่อะมิโนและหมู่คาร์บอกซิล อยู่ในโมเลกุลเดียวกัน สำหรับคาร์โบไฮเดรต เช่น มอโนแซ็กคาไรด์ จะมีหมู่อัลดีไฮด์หรือหมู่คีโตน และหมู่ไฮดรอกซิล การศึกษาสมบัติทางเคมีของชีวโมเลกุล ตั้งแต่โมเลกุลหน่วยย่อย เช่น กรดอะมิโน มอโนแซ็กคาไรด์ และลิพิดตามลำดับนั้น เป็นส่วนหนึ่งของวิชาชีวเคมี (biochemistry)

สารชีวโมเลกุล  (biomolecule) เป็นสารเคมีที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิต อยู่ในกลุ่มของสารอินทรีย์ มีหลายชนิด ทำหน้าที่ต่างๆ กันในร่างกาย เช่น เป็นองค์ประกอบของอวัยวะต่างๆ ใช้ในการสร้างพลังงาน  ทำให้ร่างกายเจริญเติบโต  ทำให้ร่างกายทำงานเป็นปกติ  เป็นน้ำย่อย  รวมทั้งเป็นสารพันธุกรรม

สาระสำคัญ
1. คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate)
2. โปรตีน  (protein)
3. ลิพิด  (lipid)
4. กรดนิวคลีอิก  (nucleic acid)

คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอาหารที่ให้พลังงานแก่ร่างกาย โดยพลังงานส่วนใหญ่ที่ร่างกายใช้จะมาจากคาร์โบไฮเดรต คือ ประมาณ ร้อยละ 45- 65 ของพลังงานทั้งหมด ดังนั้นเราจึงควรให้ความสนใจ และศึกษาถึงความสำคัญของคาร์โบไฮเดรต โดยเริ่มตั้งแต่ ความรู้ทั่วไป ประเภท  การเปลี่ยนแปลง ปริมาณความต้องการ ผลที่เกิดจากการได้รับ และแหล่งอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรต

ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับคาร์โบไฮเดรต
คาร์โบไฮเดรต หรือ แซ็กคาไรด์ (saccharide) มาจากคำว่า  Sakchron  เป็นภาษากรีก แปลว่า น้ำตาล ในทางเคมี คาร์โบไฮเดรต มาจาก คำว่า “carbon”  และ “hydro” คำนิยาม คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอินทรีย์ที่ประกอบด้วยธาตุ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน หน่วยที่เล็กที่สุดของคาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนต่อกันเป็นลูกโซ่ โดยไฮโดรเจน และออกซิเจนในโมเลกุลที่มาต่อกับคาร์บอนอยู่ในอัตราส่วน 2 : 1  เช่น กลูโคส ฟรักโทส กาแลกโทส ซึ่งเป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวจะมีสูตรพื้นฐานเป็น C6H12O6 มีอัตราส่วนระหว่างไฮโดรเจนต่อออกซิเจนเป็น 2 : 1 (H:O = 2:1) เหมือนสูตรของน้ำ (H2O) จึงมีผู้ให้ความหมายของคาร์โบไฮเดรตว่า “คาร์บอน” และ “น้ำ” แต่มีสารอินทรีย์หลายตัวที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรตแต่มีสูตรทางเคมี และนิยามตามนี้ เช่น กรดน้ำส้มซึ่งเป็นกรดไขมันมีสูตรเป็น C2H4O2 ดังนั้นในทางเคมี คาร์โบไฮเดรต คือ สารประกอบอินทรีย์พวกแอลดีไฮด์ (aldehyde) หรือคีโตน (ketone) ซึ่งมีหมู่ ไฮดรอกซิล (-OH) จับเกาะที่คาร์บอนอะตอมเป็นจำนวนมาก  หรือสารใดก็ตามที่แตกตัวแล้วให้แอลดีไฮด์ หรือคีโทนก็ถือว่าสารนั้นเป็นคาร์โบไฮเดรตอาจเรียกย่อว่า CHO  ซึ่งมาจาก คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน

การเกิดคาร์โบไฮเดรตในพืช
พืชสามารถสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตได้โดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) คือ ใช้คลอโรฟิลล์ (chlorophyll) หรือสารสีเขียวในพืช  น้ำจากดิน และอากาศ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และพลังงานจากแสงอาทิตย์  ดังภาพ

การสังเคราะห์ด้วยแสง
จากนั้นเซลล์ของพืชจะรวมโมเลกุลของน้ำตาลเชิงเดี่ยวให้เป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่และน้ำตาลเชิงซ้อน โดยน้ำตาลเชิงเดี่ยว และน้ำตาลสองชั้นมักพบในผลไม้  น้ำตาลเชิงซ้อน หรือคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนพบในพืช ส่วนเมล็ด หัว และลำต้น

มนุษย์ และสัตว์สังเคราะห์แสงไม่ได้  แต่นำคาร์โบไฮเดรตที่พืชสะสมมาใช้เป็นอาหารในรูปของข้าว แป้ง และน้ำตาล มาเผาผลาญเป็นพลังงานเพื่อการดำรงชีวิต

ตัวอย่างอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรต เช่น ข้าว มันสำปะหลัง น้ำตาล มัน เผือก อ้อย เป็นต้น

ละเอียด (Smolin and Grosvenor, 2003)  ดังนี้
คาร์โบไฮเดรตที่รู้จักกันดี คือ น้ำตาล ซึ่งมี 2 รูปแบบ คือ ชนิดที่มีกลุ่มอัลดีไฮด์ (aldehyde (CHO) group) เรียกว่า น้ำตาลอัลโดส (aldose sugar) และชนิดที่มีกลุ่มคีโตน (ketone (C = O)group) (เรียกว่า น้ำตาลคีโตส (ketose sugar)

คาร์โบไฮเดรตอย่างง่าย หรือพวกน้ำตาล (saccharide) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีรสหวาน ละลายน้ำได้ดี

การแบ่งประเภทของคาร์โบไฮเดรตตามขนาดของโมเลกุลได้ 3 ประเภท  ดังนี้

เป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยว (simple sugar)  ซึ่งมีจำนวนอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 3-8 อะตอม และเป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีขนาดโมเลกุลเล็กที่สุด (monomer) มีสูตรอย่างง่าย คือ (CH2O)n  โดยอัตราส่วนระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจน เท่ากับ  2:1  เมื่อนำน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวมารวมกันหลายๆ โมเลกุล จะได้น้ำตาลโมเลกุลใหญ่ขึ้น

– ไตรโอส (triose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 3 อะตอม

– เทโทรส (tetrose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 4 อะตอม เช่น อีริโทรส (erythrose)

– เพนโทส (pentose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 5 อะตอม เช่น ไรโบส (ribose) ดีออกซีไรโบส (deoxyribose)

– เฮกโซส (hexose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 6 อะตอม ได้แก่ กลูโคส ฟรักโทส และกาแลกโทส เป็นเฮกโซสที่พบมากที่สุด

– เฮปโทส (heptose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 7 อะตอม เช่น ซีโดเฮปทูโลส (sedoheptulose)

– ออกโทส (octose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 8 อะตอม


มอนอแซ็กคาไรด์ สามารถจำแนกตามหมู่ฟังก์ชันที่แตกต่างกันในโมเลกุลได้เป็นแอลโดส (aldose) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันเป็นแอลดีไฮด์ และคีโทส (ketose) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันเป็นคีโตน เช่น กลูโคสจัดเป็นน้ำตามแอลโดส  และฟรักโทสจัดเป็นน้ำตาลคีโทส  เป็นต้น

น้ำตาลเฮกโซส (hexose)

ตารางแสดงสูตรโครงสร้าง ลักษณะและความสำคัญและแหล่งที่พบของน้ำตาลเฮกโซส

น้ำตาลแอลโดส คือ น้ำตาลที่มี aldehyde group

น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่เป็นน้ำตาลแอลโดส เช่น น้ำตาลกลูโคส และน้ำตาลกาแลกโทส

น้ำตาลกลูโคส (glucose)
เป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวที่มีความสำคัญ เพราะเป็นน้ำตาลพื้นฐานของคาร์โบไฮเดรตทุกตัว หรือเป็นสารตั้งต้นของการผลิตพลังงาน น้ำตาลเชิงเดี่ยวทุกตัวจะต้องเปลี่ยนเป็นน้ำตาลกลูโคสที่ตับก่อน จึงจะนำไปใช้ได้ ด้วยเหตุนี้น้ำตาลกลูโคสจึงเป็นน้ำตาลที่พบมากในร่างกายโดยเฉพาะในเลือดบางครั้งจึงเรียกว่า บลัด ซูการ์ (blood sugar) ระดับน้ำตาล หรือน้ำตาลกลูโคสในเลือดปกติจะประมาณ 70-110มิลลิกรัมต่อเดซิลิตร เซลล์ในสมองใช้กลูโคสเพียงอย่างเดียวเป็นแหล่งพลังงาน สมองจึงต้องได้รับกลูโคสจากเลือดตลอดเวลา

แหล่งอาหารธรรมชาติที่พบกลูโคส คือ ข้าว แป้ง น้ำตาล น้ำผึ้ง ผัก และผลไม้ ผลไม้ที่พบว่ามีมาก คือ องุ่น ในร่างกายของคน และสัตว์ได้จากการย่อยแป้ง และน้ำตาลทุกชนิด ด้วยเหตุนี้กลูโคสจึงเป็นน้ำตาลที่พบมากในร่างกาย

โครงสร้างของน้ำตาลกลูโคส มีหลายแบบ เช่น โครงสร้างแบบโซ่เปิด (open-chain structure) หรือ Fischer projection โครงสร้างสร้างแบบวง (cyclic หรือ ring structure) หรือ Haworth projection กลูโคสมีโครงสร้างแบบวง ที่มีขนาดของวง 6 อะตอม (เรียกว่า six-membered ring) ซึ่งเกิดจากการปิดวง โดยหมู่ไฮดรอกซิลทำปฏิกิริยากับหมู่คาร์บอนิลของแอลดีไฮด์ ให้อะซิตัล (acetal)

สูตรโครงสร้างของน้ำตาลกลูโคส

น้ำตาลกาแลกโทส (galactose)
เรียกอีกอย่างว่า น้ำตาลสมอง (brain sugar) คือ น้ำตาลเชิงเดี่ยวที่ไม่พบอิสระในธรรมชาติได้จากการย่อยแลกโทส (lactose) หรือน้ำตาลในนม (milk sugar) ซึ่งเป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่เมื่อดูดซึมที่ลำไส้เล็กจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคสที่ตับ และกาแลกโทส สามารถเปลี่ยนเป็นไกลโคเจนได้โดยตรงเก็บสะสมที่ตับ ในเด็กจะพบกาแลกโทสมาก เพราะดื่มนมเป็นอาหารหลัก กาแลกโทสเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของสมอง การเจริญเติบโตของสมองจะอยู่ในช่วงแรกเกิดถึงอายุ 3 ขวบ ซึ่งเป็นช่วงที่สมองมีการเจริญเติบโตถึงร้อยละ 25 ดังนั้นถ้าเด็กขาดนม ซึ่งนอกจากจะทำให้ขาดโปรตีนแล้วยังขาดทำให้กาแลกโทส ซึ่งมีผลทำให้เด็กสมองเสื่อม

กาแลกแทน (Galactan)
เป็นพอลิเมอร์ของกาแล็กโทสพบในเอมิเซลลูโลส (hemicellulose) และสามารถเปลี่ยนเป็นกาแลกโทสได้โดยการไฮโดรไลซีส (hydrolysis)

สูตรโครงสร้างของน้ำตาลกาแลกโทส

น้ำตาลคีโทส คือ น้ำตาลที่มี ketone group เช่น น้ำตาลฟรักโทส

ฟรักโทส (fructose) เลวูโลส (levulose) หรือฟรุตซูการ์ (fruit sugar) คือ น้ำตาลเชิงเดี่ยวที่พบอิสระในธรรมชาติ พบตามเกสรดอกไม้ น้ำผึ้ง ผัก และผลไม้ พบปนอยู่กับกลูโคส ฟรักโทสเป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวที่มีความหวานมากที่สุด ตารางที่ 3.1 ในร่างกายพบหลังจากกินอาหารประเภทผัก ผลไม้ และอาหารที่ปรุงโดยใช้น้ำตาลทุกชนิด ฟรักโทสได้จากการย่อยซูโครส ซึ่งเป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่หลังการดูดซึมฟรักโทสจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคสที่ตับ

สูตรโครงสร้างของน้ำตาลฟรักโทส

เป็นน้ำตาลที่ประกอบด้วยน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว 2 โมเลกุล เรียกว่า น้ำตาลโมเลกุลคู่ สามารถแบ่งตามชนดของน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่มารวมกันได้ 3 ชนิด ดังนี้

1. น้ำตาลมอลโทส (maltose) ประกอบด้วยน้ำตาลกลูโคสกับน้ำตาลกลูโคส เกิดจากการสร้างพันธะไกลโคซิดิก (glycosidic bond) ระหว่างคาร์บอนตำแหน่งที่ 1 ของ a-D-glucose ของโมเลกุลแรกกับคาร์บอนตำแหน่งที่ 4 ของ a- หรือ β-D-glucose ของโมเลกุลที่สอง จึงทำให้เกิดพันธะที่เรียกว่า 1-4 glycosidic linkage

สมบัติทั่วไป

- เป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่ที่เกิดจาการรวมตัวของกลูโคส 2 โมเลกุล มีสูตรโมเลกุล คือ

C6 H12O6 + C6 H12O6 -------> C12 H22O11 + H2O

glucose + glucose -------> maltose + H2O

- ละลายน้ำได้ค่อนข้างดี ไม่เกิดในรูปอิสระในธรรมชาติ แต่จะพบมากในเมล็ดข้าวที่กำลังงอกหรือน้ำที่สกัดจากข้าวงอก (malt-liquors)

เมล็ดข้าวที่กำลังงอก

ข้าวบาร์เลย์

- เกิดจากกระบวนการย่อย แป้งหรือไกลโคเจนโดยใช้เอนไซม์อะไมเลส เช่น ในเมล็ด ธัญพืชที่กำลังงอกหรือในข้าวมอลต์ หรือเรียก มอลท์ซูการ์ (malt sugar) หรือข้าวบาร์เลย์ที่นำมาผลิตเบียร์ เครื่องดื่มและอาหารสำหรับเด็ก ที่มีการย่อย สลายแป้งจนกลายเป็นมอลโทส

- เมื่อย่อยมอลโทสโดยน้ำย่อย มอลเทส (maltase) จะแตกตัวได้กลูโคส 2 โมเลกุล ในร่างกายมอลโทสเกิดจากการย่อยแป้ง

2. น้ำตาลซูโครส (sucrose) คือ น้ำตาลโมเลกุลคู่ที่ใช้มากที่สุดในชีวิตประจำวันที่รู้จักกันดีในชื่อน้ำตาลทราย หรือเรียกว่า “table sugar” ได้จากอ้อย หรือหัวบีท นอกจากนี้ยังพบในน้ำผึ้ง ผลไม้ และผัก ผลิตภัณฑ์น้ำตาลทุกชนิดจะมีซูโครสปริมาณสูง คนทั่วไปได้รับพลังงานจากซูโครส ประมาณร้อยละ 25 ของพลังงานที่ได้จากคาร์โบไฮเดรต เป็นผลึก ละลายน้ำได้ดี

ซูโครส เกิดจากการเชื่อมต่อกันของกลูโคส กับฟรักโทส

C6 H12O6 + C6 H12O6 -------> C12 H22O11 + H2O

glucose + fructose ------> sucrose + H2O

เมื่อแตกตัวโดยเอนไซม์ซูเครส (sucrase) จะได้กลูโคส กับฟรักโทส

3. น้ำตาลแลกโทส (lactose)หรือมิลค์ ซูการ์ (milk sugar) คือน้ำตาลที่พบในต่อมน้ำนมของคน และสัตว์ อาหารนม และผลิตภัณฑ์จากนม แลกโทสเป็นน้ำตาลที่หวานน้อยกว่าซูโครส 5 เท่า ละลายน้ำได้น้อย ย่อยช้ากว่าน้ำตาลตัวอื่น และบูด (ferment) ยากกว่าน้ำตาลซูโครส มีลักษณะเป็นผลึก ละเอียดคล้ายทราย ละลายน้ำได้ไม่ดี มีความหวานน้อยมากเมื่อเทียบกับซูโครส

น้ำนมและผลิตภัณฑ์จากนม

แลกโทสเกิดจากการเชื่อมต่อกันของกลูโคสและกาแลกโทส

C6 H12O6 + C6 H12O6  -------> C12 H22O11 +  H2O

glucose  + galactose  -------> lactose  + H2O

เมื่อถูกย่อยโดยเอนไซม์แลกเทส (lactase) จะได้กลูโคส และกาแลกโทส

ตารางเปรียบเทียบความหวานของน้ำตาลชนิดต่างๆ

ที่มา : ไม่ระบุ

ติดประกาศ: 2010-04-23 (5621 ครั้ง)

[ ย้อนกลับ ]