SlideShare a Scribd company logo
1 of 57
Download to read offline
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า1
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3. สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุลเป็นสารทีสิงมีชีวิตใช้ในการดํารงชีวิต ซึงจําแนกได้เป็น 4 ประเภทได้แก่
โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ลิปิด และกรดนิวคลีอิก ซึงทังสีประเภทเกียวข้องกับการดํารงชีวิตคือ ช่วยให้
ร่างกายเจริญเติบโต ให้พลังงานในการทํากิจกรรมต่างๆ ช่วยให้ร่างกายแข็งแรง และช่วยถ่ายทอด
ลักษณะทางพันธุกรรมอาหารทีรับประทานเข้าไปมีสารอาหาร 6 ประเภทคือ ไขมัน คาร์โบไฮเดรต
โปรตีน แร่ธาตุ วิตามิน และนํา ซึงแร่ธาตุ วิตามิน และนําไม่ใช่สารชีวโมเลกุลเนืองจากเป็นสาร
อนินทรีย์ สารชีวโมเลกุลทีกล่าวไปทัง 4 ประเภททีกล่าวไปนีมีโครงสร้าง สมบัติ การเกิดปฏิกิริยา
อย่างไร จะได้ศึกษาจากบทนี
3.1 โปรตีน (Protein)
โปรตีนเป็นสารประเภทพอลิเพปไทด์ทีมีโครงสร้างของโมเลกุลทีซับซ้อน มีธาตุประกอบ
หลักซึงประกอบด้วย คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน โปรตีนเป็นสารทีพบมากทีสุด
ในสิงมีชีวิตมากกว่าครึงหนึงของนําหนักแห้ง (dry weight) ของเซลล์ทัวไป โปรตีนมีบทบาทสําคัญ
ในกระบวนการทางชีวเคมีทุกชนิด ดังนันความรู้เกียวกับโครงสร้างและการทํางานของโปรตีนจึงมี
ความสําคัญมาก
3.1.1 กรดอะมิโนและพันธะเพปไทด์
เมือสลายโปรตีนด้วยกรดจะได้สารอินทรีย์ง่ายๆ เรียกว่า กรดอะมิโน (amino acid) ซึงมี
สูตรโครงสร้างเป็น NH2-CHR-COOH ในสูตรโครงสร้างนีอะตอมคาร์บอนในตําแหน่งอัลฟาจะเป็น
อะตอมคาร์บอนไม่สมมาตร (asymmetric carbon atom) ดังนันกรดอะมิโนทุกตัว นอกจากไกลซีน
จะมีสเตริโอไอโซเมอร์ได้สองชนิด คือ D- และ L- โดยทีกรดอะมิโนในธรรมชาติส่วนใหญ่เป็นชนิด
L-isomer
สารชีวโมเลกุล
โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ลิปิด กรดนิวคลีอิก
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า2
สารชีวโมเลกุล 2/2554
โปรตีนเกิดจากกรดอะมิโนสร้างพันธะด้วยพันธะเพปไทด์ เชือมต่อกันระหว่างโมเลกุล ซึงมี
การจัดเรียงลําดับ ชนิด และจํานวนทีแตกต่างกัน เกิดเป็นโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ทีมีมวล
โมเลกุลมาก
H2N CH C
CH3
O
H
N CH C
CH3
OH
O
H2N CH C
CH3
OH
O
H
N CH C
CH3
OH
O
H
Peptide bond
+ H2O
โปรตีนเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติทีเกิดจากการรวมตัวของกรดอะมิโนจํานวนมาก โปรตีนมี
หลายชนิด โปรตีนนับหมืนชนิดในร่างกายประกอบด้วยกรดอะมิโน 20 ชนิดเป็นโครงสร้างพืนฐาน
กรดอะมิโนบางชนิดร่างกายสังเคราะห์ขึนเองได้ บางชนิดร่างกายสังเคราะห์ขึนเองไม่ได้เรียก
กรดอะมิโนทีสังเคราะห์ขึนเองไม่ได้นีว่า กรดอะมิโนจําเป็น ซึงได้แก่ เมไทโอนีน
ทรีโอนีน ไลซีน เวลีน ลิวซีน ไอโซลิวซีน ฟีนิวอะลานีน ทริปโตเฟน ฮีสติดีน และอาร์จีนีน เมือ
พิจารณากรดอะมิโนแต่ละชนิดจะมีองค์ประกอบพืนฐานทีเหมือนกันคือ หมู่คาร์บอกซิลิก และ หมู่เอ
มีน ซึงหมู่อะมิโนเหล่านีสามารถแบ่งออกเป็น4 ชนิดหลักได้แก่hydrophobic polar acidic และ
basic บทบาทของกรดอะมิโนแต่ละชนิดในการทํางานของโปรตีนขึนอยู่กับคุณสมบัติของโซ่ข้าง 4
ประการ ได้แก่ ลักษณะความมีขัว คุณสมบัติการแตกตัว ความสามารถในการเกิดพันธะไฮโดรเจน
และ คุณสมบัติเฉพาะตัวของสาร
รูปที 3.1โครงสร้างพืนฐานของกรดอะมิโน
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า3
สารชีวโมเลกุล 2/2554
ตารางที 3.1 โครงสร้างและชนิดของกรดอะมิโนทีมีโซ่ข้างไม่มีขัว (hydrophobic) (Garrett, 2548)
กรดอะมิโน
สูตรโครงสร้าง
pKaR pKaC pKaN pI
โซ่ข้าง (side chain)
Alanine
(Ala, A)
C CH3
COOH
H2N
H
- 2.4 9.9 6.15
Valine
(Val, V)
C CH
COOH
H2N
H
CH3
CH3
- 2.3 9.7 6.00
Leucine
(Leu, L)
C CH2
COOH
H2N
H
CH
CH3
CH3
- 2.3 9.7 6.00
Isoleucine
(Ile, I)
C CH
COOH
H2N
H
CH2CH3
CH3
- 2.3 9.8 6.05
Methionine
(Met, M) - 2.1 9.3 5.70
Phenyl
alanine
(Phe, F)
C CH2
COOH
H2N
H
- 2.2 9.3 5.75
Tryptophan
(Trp, W) C CH2
COOH
H2N
H
C
HC
N
H
- 2.5 9.4 5.95
Proline
(Pro, P) - 2.0 10.6 6.30
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า4
สารชีวโมเลกุล 2/2554
ตารางที 3.2 โครงสร้างและชนิดของกรดอะมิโนทีมีโซ่ข้างมีขัว (Polar, Uncharged) (Garrett,
2548)
กรดอะมิโน
สูตรโครงสร้าง
pKaR pKaC pKaN pI
โซ่ข้าง (side chain)
Tyrosine
(Tyr, Y) C CH2
COOH
H2N
H
OH 10.5 2.2 9.2 5.70
Cysteine
(Cys, C) C CH2
COOH
H2N
H
SH 8.4 1.9 10.7 5.15
Asparagine
(Asn, N) C CH2
COOH
H2N
H
C
O
NH2
- 2.1 8.7 5.40
Glutamine
(Gln, Q) C CH2CH2
COOH
H2N
H
C
O
NH2
- 2.2 9.1 5.65
Serine
(Ser, S) C CH2OH
COOH
H2N
H
- 2.2 9.2 5.70
Threonine
(Thr, T) C CHCH3
COOH
H2N
H OH
- 2.1 9.1 5.60
Glycine
(Gly, G)
C H
COOH
H2N
H
- 2.4 9.8 6.10
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า5
สารชีวโมเลกุล 2/2554
ตารางที 3.3 โครงสร้างและชนิดของกรดอะมิโนทีมีโซ่ข้างเป็นกรด (Acidic) (Garrett, 2548)
กรดอะมิโน
สูตรโครงสร้าง
pKaR pKaC pKaN pI
โซ่ข้าง (side chain)
Aspartic
acid
(Asp,D)
C CH2
COOH
H2N
H
C
O
OH
3.9 2.0 9.9 2.95
Glutamic
acid
(Glu, E)
C CH2
COOH
H2N
H
CH2 C
O
OH
4.1 2.1 9.5 3.10
ตารางที 3.4 โครงสร้างและชนิดของกรดอะมิโนทีมีโซ่ข้างเป็นเบส (basic) (Garrett, 2548)
กรดอะมิโน
สูตรโครงสร้าง
pKaR pKaC pKaN pI
โซ่ข้าง (side chain)
Lysine
(Lys, K)
C CH2CH2CH2CH2NH2
COOH
H2N
H
10.5 2.2 9.1 9.80
Arginine
(Arg, R)
C CH2CH2CH2NHCH2NH2
COOH
H2N
H NH
12.5 1.8 9.0 10.75
Hitidine
(His, H)
C CH2
COOH
H2N
H
CHC
HN
C
H
N
6.0 1.8 9.3 7.65
ในบางครังจําแนกสารตามความแตกต่างกันทีโซ่แขนง หรือ R group ได้ 7 แบบได้แก่ กลุ่ม
aliphatic ได้แก่ ไกลซีน อะลานีน เวลีน ลูซีน และ ไอโซลูซีนกลุ่ม aromatic ได้แก่
เฟนิลอะลานีน ทริปโตเฟน และ ไทโรซีน กลุ่ม Sulphur ได้แก่ ซีสเตอีน และ เมไธโอนีน กลุ่ม
acidic ได้แก่ กรดแอสปาร์ติค และ กรดกลูตามิค กลุ่ม basic ได้แก่ ไลซีน อาร์จินีน และ
ฮีสติดีน กลุ่ม amide ได้แก่ แอสปาราจีน และ กลูตามีนกลุ่ม Hydroxy ได้แก่ เซรีน และ
ธรีโอนีน และกลุ่มสุดท้ายได้แก่ กลุ่ม Imino ได้แก่ โปรลีน
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า6
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.1.2 คุณสมบัติของกรดอะมิโน
เนืองจากกรดอะมิโนมีหมู่อะมิโนและหมู่คาร์บอกซิลิกเป็นหมู่ฟังก์ชันจึงมีสมบัติดังนี
การละลายนํา กรดอะมิโนเป็นผลึกของแข็งสีขาว ละลายนําได้และละลายในโมเลกุลทีมีขัว จุด
หลอมเหลวของกรดอะมิโนค่อนข้างสูงเมือเทียบกับสารอินทรีย์อืนๆ ทีมีมวลโมลเลกุลใกล้เคียงกัน
เนืองจากแรงยึดเหนียวระหว่างโมเลกุลเป็นพันธะไฮโดรเจน ความเป็นกรด-เบสของกรดอะมิโนมี
สมบัติเป็นทังกรดและเบส เนืองจากมีองค์ประกอบเป็นหมู่ฟังก์ชันของ –COOH ซึงมีสมบัติเป็นกรด
และหมู่ –NH2ซึงมีสมบัติเป็นเบส กรดอะมิโนจึงเป็นสาประเภทแอมโฟเทอริก ซึงแตกตัวเป็นไอออน
ในสารละลายได้คล้ายสารประกอบไอออนิก ต่างกันทีโมเลกุลของกรดอะมิโนมีทังประจุบวกและ
ประจุลบ จึงเกิดเป็นไอออน 2 ขัวทีเรียกว่า zwiiter ion ทําให้ผลรวมของประจุไฟฟ้าในโมเลกุลเป็น
ศูนย์
ประจุไฟฟ้าในโมเลกุลของกรดอะมิโนเปลียนแปลงได้เมือมีการเปลียนสภาพความเป็นกรด-
เบสของสารละลายดังนี
ในสารละลายทีมี pH ตํา ในสารละลายทีมี pH สูง
กรดอะมิโนรับ H+
ในสารละลายกรด และให้ H+
ในสารละลายเบส กรดอะมิโนจึงสามารถทํา
ปฏิกิริยากับสารละลายทีมีสมบัติเป็นกรดหรือเบสได้ เมือกรดอะมิโนทําปฏิกิริยากับสารละลายกรด
H3C
H
C COOH
NH2
HCl H3C
H
C COOH
NH3Cl
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า7
สารชีวโมเลกุล 2/2554
และเมือทําปฏิกิริยากับเบสจะได้
H3C
H
C COOH
NH2
NaOH H3C
H
C COO-
Na+
NH2
H2O
และเมือพิจารณาค่า pK ของกรดอะมิโนแต่ละชนิดตัวอย่างเช่น อะลานีนซึงมีค่า pKaCเท่ากับ 2.4
และ pKaNเท่ากับ 9.9 หากนําค่า pKaC บวกกับ pKaNแล้วหาร 2 จะได้ค่า PKIซึงเรียกค่านีว่า
Isoelectric point ซึงเป็นค่าทีทําให้ประจุรวมของกรดอะมิโนมีประจุรวมเป็นศูนย์ แสดงดังสมการ
และเมือพิจารณากรดอะมิโนทีมีสมบัติเป็นกรด เช่นกรดแอสปาติคพบว่ามีค่า pKaCเท่ากับ 2.0pKaN
เท่ากับ 9.9 และ pKaRเท่ากับ 3.9 เมือพิจารณาสมการเคมีพบว่าสามารถหาค่า pI ได้จาก ผลรวม
ของ pKaC กับ pKaR แล้วหาร 2 ได้ pI เท่ากับ 2.95
3.1.3 การสังเคราะห์ αααα-amino acids
การสังเคราะห์กรดอะมิโนทําได้หลายวิธี วิธีการหนึงทีใช้ได้แก่วิธี Strecker Synthesis โดย
ใช้ ไฮโดรเจนไซยาไนด์และแอมโมเนียทําปฏิกิริยากับแอลดีไฮด์ ดังสมการ
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า8
สารชีวโมเลกุล 2/2554
กลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี
3.1.4โครงสร้างของโปรตีน
สิงมีชีวิตส่วนใหญ่ใช้กรดอะมิโนเป็นสารตังต้นในการสังเคราะห์โปรตีน โดยกรดอะมิโน
หลายโมเลกุลยึดเหนียวกันด้วยพันธะเพปไทด์ ถ้ากรดอะมิโน 2 โมเลกุลเกิดปฏิกิริยารวมตัวกันจะ
ได้สารประกอบทีเรียกว่า ไดเพปไทด์ กรดอะมิโน 3 โมเลกุลทําปฏิกิริยารวมตัวกันจะได้
สารประกอบ ไตรเพปไทด์ และถ้ากรดอะมิโนหลายๆ โมเลกุลทําปฏิกิริยากันจนเกิดเป็นสายยาว
เรียกว่า พอลิเพปไทด์
H2N CH C
CH3
OH
O
H2N CH C
H
OH
O
H2N CH C
CH3
O
H
N CH C
H
OH
O
H2O
ในการเขียนสูตรโครงสร้างเปปไทด์จะหันด้าน –NH2ไว้ด้านซ้ายมือ และ –COOH ไว้ด้านขวามือ
และเรียกด้านทีมี -NH2ว่า N-terminal และ ด้าน –COOH ว่า C-terminal
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า9
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.1.5การเรียกชือโปรตีน
การเรียกชือโปรตีนไดเพปไทด์และไตรเพปไทด์ ให้เรียกชือตามลําดับของกรดอะมิโน โดย
เรียกชือกรดอะมิโนลําดับแรกด้วยการลงท้ายด้วย –yl ตามด้วยชือกรดอะมิโนตัวสุดท้าย
เช่น
3.1.6การทดสอบพันธะเพปไทด์
การทดสอบพันธะเพปไทด์ด้วยสารละลายเจือจาง CuSO4ในสารละลายเบส เรียกว่า
ปฏิกิริยา ไบยูเรต ซึงจะให้ผลกับสารทีประกอบด้วยพันธะเพปไทด์ตังแต่ 2 พันธะขึนไป เป็น
ปฏิกิริยาทีใช้ทดสอบสารประเภทโปรตีนได้ทุกชนิด รวมถึงผลิตภัณฑ์ทีเกิดจากการไฮโดรไลซ์
โปรตีนทียังเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึงให้ผลการทดสอบเป็นสีนําเงินม่วง
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์
รูปที 3.2การเกิดปฏิกิริยาสารเชิงซ้อนของโลหะ
(
3.1.7 ไฮโดรไลซิสเปปไทด์
เมือโปรตีนหรือเปปไทด์ถูก
สลายกลายเป็นกรดอะมิโนได้ ซึงเราสามารถทดสอบว่ามีกรดอะมิโนหรือไม่โดยใช้
Ninhydrin จะทําปฏิกิริยากับ
เกิดปฏิกิริยากับ proline
ไม่เกิดปฏิกิริยากับ Ninhydrin
Indane-1,2
O
O
O2
R
ยนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน)
สารชีวโมเลกุล
การเกิดปฏิกิริยาสารเชิงซ้อนของโลหะ Cu2+
กับพันธะเพปไทด์
(ทีมา http://www.piercenet.com/media/PDetectBiuretF
ไฮโดรไลซิสเปปไทด์
เมือโปรตีนหรือเปปไทด์ถูก reflux กับกรด HCl ความเข้มข้น 6M
สลายกลายเป็นกรดอะมิโนได้ ซึงเราสามารถทดสอบว่ามีกรดอะมิโนหรือไม่โดยใช้
จะทําปฏิกิริยากับ α-amino acids ให้สีม่วงเกิดขึน ซึง Ninhydrin
proline ได้เนืองจาก proline มีตําแหน่ง α-amino acid เป็น
Ninhydrin
ninhydrin
O
O
O
2,3-trione
+H2O
-H2O
R CO2
-
NH3
+
(-H3O+)
O
O O
O
N
หน้า10
2/2554
กับพันธะเพปไทด์
http://www.piercenet.com/media/PDetectBiuretF6.gif)
6M พันธะเอไมด์จะถูกยอ่ย
สลายกลายเป็นกรดอะมิโนได้ ซึงเราสามารถทดสอบว่ามีกรดอะมิโนหรือไม่โดยใช้ Ninhydrin โดย
Ninhydrin จะไม่สามารถ
เป็น secondary amide จึง
O
O
OH
OH
R O
H
CO2
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์
3.1.8โครงสร้างของโปรตีน
เนืองจากโปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ซึงประกอบด้วยกรดอะมิโนจํานวนมากซึงยึดเหนียว
กันด้วยพันธะเพปไทด์และพันธะชนิดอืนๆ ทําให้โปรตีนมีโครงสร้าง
3.1.6.1
จัดลําดับ ชนิด และ จํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนในสายพอลิเมอร์โซ่ยาว ซึงโปรตีนแต่ละชนิดจะมี
ลําดับของชนิดและจํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนทีแน่นอน การจัดลําดับกรดอะมิโนโครงสร้างปฐม
ภูมิกําหนดให้ปลายหมู่อะมิโนอยู่ด้านซ้าย
(C-terminal)
(ทีมาhttp://www.msu.edu/course/isb/202/ebertmay/drivers/Protein
3.1.6.2
ขดหรือม้วนตัวของโครงสร้างปฐมภูมิ ถ้าเกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง
กรดอะมิโนหนึงกับ N-H
โครงสร้างในลักษณะบิด
จากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง
คู่กัน จะเกิดโครงสร้างแบบแผ่น เรียกว่า แผ่นพลีทบีต้า นอกจากจะเกิดพันธะไฮโดรเจนแล้วยัง
สามารถเกิดพันธะไดซัลไฟด์ พันธะไอออนิก เป็นต้น
ยนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน)
สารชีวโมเลกุล
โครงสร้างของโปรตีน
เนืองจากโปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ซึงประกอบด้วยกรดอะมิโนจํานวนมากซึงยึดเหนียว
กันด้วยพันธะเพปไทด์และพันธะชนิดอืนๆ ทําให้โปรตีนมีโครงสร้าง 4 ระดับคือ
1.6.1 โครงสร้างปฐมภูมิ (Primary structure)เป็นโครงสร้างทีแสดงการ
จัดลําดับ ชนิด และ จํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนในสายพอลิเมอร์โซ่ยาว ซึงโปรตีนแต่ละชนิดจะมี
ลําดับของชนิดและจํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนทีแน่นอน การจัดลําดับกรดอะมิโนโครงสร้างปฐม
ภูมิกําหนดให้ปลายหมู่อะมิโนอยู่ด้านซ้าย (N-terminal) และ ปลายคาร์บอ
รูปที 3.3โครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีน
http://www.msu.edu/course/isb/202/ebertmay/drivers/Protein-primary
1.6.2 โครงสร้างทุติยภูมิ (secondary structure)เป็นโครงสร้างทีเกิดจากการ
ขดหรือม้วนตัวของโครงสร้างปฐมภูมิ ถ้าเกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง
H ของกรดอะมิโนถัดไปอีก 4 หน่วยในสายพอลิเพปไทด์เดียวกันจะเกิด
โครงสร้างในลักษณะบิดเป็นเกลียวซึงเรียกโครงสร้างทุติยภูมิชนิดนีว่า เกลียวแอลฟา และถ้าเกิด
จากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง C=O กับ N-H ของกรดอะมีโนระหว่างสายพอลิเพปไทด์ทีอยู่
คู่กัน จะเกิดโครงสร้างแบบแผ่น เรียกว่า แผ่นพลีทบีต้า นอกจากจะเกิดพันธะไฮโดรเจนแล้วยัง
ซัลไฟด์ พันธะไอออนิก เป็นต้น
หน้า11
2/2554
เนืองจากโปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ซึงประกอบด้วยกรดอะมิโนจํานวนมากซึงยึดเหนียว
ระดับคือ
เป็นโครงสร้างทีแสดงการ
จัดลําดับ ชนิด และ จํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนในสายพอลิเมอร์โซ่ยาว ซึงโปรตีนแต่ละชนิดจะมี
ลําดับของชนิดและจํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนทีแน่นอน การจัดลําดับกรดอะมิโนโครงสร้างปฐม
และ ปลายคาร์บอกซิลิกอยู่ด้านขวา
primary-structure.png)
เป็นโครงสร้างทีเกิดจากการ
ขดหรือม้วนตัวของโครงสร้างปฐมภูมิ ถ้าเกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง C=O ของ
หน่วยในสายพอลิเพปไทด์เดียวกันจะเกิด
เป็นเกลียวซึงเรียกโครงสร้างทุติยภูมิชนิดนีว่า เกลียวแอลฟา และถ้าเกิด
ของกรดอะมีโนระหว่างสายพอลิเพปไทด์ทีอยู่
คู่กัน จะเกิดโครงสร้างแบบแผ่น เรียกว่า แผ่นพลีทบีต้า นอกจากจะเกิดพันธะไฮโดรเจนแล้วยัง
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า12
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.1.6.3 โครงสร้างตติยภูมิ (tertiary structure)ซึงประกอบด้วยโครงสร้างทุติย
ภูมิหลายส่วนรวมกัน โดยมีแรงยึดเหนียวอ่อนๆ คล้ายโครงสร้างทุติยภูมิ โครงสร้างตติยภูมิของ
โปรตีนแต่ละชนิดมีลักษณะจําเพาะขึนอยู่กับลําดับของกรดอะมิโนในสายพอลิเพปไทด์ ทําให้เกิด
โครงสร้างทีเหมาะสมในการทําหน้าทีต่างๆ ของโปรตีน
รูปที 3.4โครงสร้างทุติยภูมิ
(ทีมา http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/biology/secondary_structure.jpg)
รูปที 3.5โครงสร้างตติยภูมิ
(ทีมา http://bioweb.wku.edu/courses/biol22000/3AAprotein/images/F03-08C.GIF)
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า13
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.1.6.4 โครงสร้างจตุรภูมิ (quaternary structure) เกิดจากการรวมตัวของ
หน่วยย่อยชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกันของโครงสร้างตติยภูมิ โดยมีแรงยึดเหนียวเหมือนกับใน
โครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิลักษณะโครงสร้างใหม่ขึนอยู่กับโครงสร้างตติยภูมิซึงเป็นหน่วยย่อย
โดยอาจรวมกันเป็นลักษณะเป็นก้อนกลม เช่น ฮีโมโกลบินหรือเป็นมัดเส้นใย เช่น คอลลาเจน
a) คอลลาเจน b) ฮีโมโกลบิน
รูปที 3.6โครงสร้างจตุรภูมิ a) คอลลาเจน และ b) ฮีโมโกลบิน
(ทีมาhttp://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/biology/quaternary_structure.jpg)
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า14
สารชีวโมเลกุล 2/2554
รูปที 3.7ขันตอนการเกิดโครงสร้างทีระดับต่างๆ ของโปรตีน
(ทีมา http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/prot_struct-4143.JPG)
3.1.7 ชนิดและหน้าทีของโปรตีน
การจัดจําแนกโปรตีนตามตามลักษณะโครงสร้างของสายพอลิเมอร์จําแนกได้2 ประเภาท
ดังนี
โปรตีนเส้นใย(fiber protein) เกิดจากสายพอลิเพปไทด์หลายเส้นเรียงขนานกัน และพันรอบ
กันเองคล้ายเส้นเชือก ละลายนําได้น้อยส่วนใหญ่ทําหน้าทีเป็นโปรตีนโครงสร้าง เพราะมีความ
แข็งแรงและยืดหยุ่นสูง ตัวอย่างโปรตีนชนิดนีได้แก่ ไฟโบรอินในเส้นไหม อีลาสตินในเอ็น คอลลา
เจนในเนือเยือเกียวพัน เคราตินในผม ขน เล็บ เป็นต้น
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า15
สารชีวโมเลกุล 2/2554
โปรตีนก้อนกลม(globular protein) เกิดจากสายพอลิเพปไทด์ม้วนขดพันกันเป็นก้อนกลม
ละลายนําได้ดี ส่วนใหญ่ทําหน้าทีเกียวกับเมทาบอลิซึมต่างๆ ทีเกิดขึนภายในเซลล์ ตัวอย่างของ
โปรตีนก้อนกลม เช่น เอนไซม์ ฮอร์โมนอินซูลิน ฮีโมโกลบิน โกลบูลินในพลาสมา เป็นต้น
นอกจากจะแบ่งโปรตีนตามโครงสร้างแล้วยังสามารถแบ่งตามหน้าทีได้ดังตาราง
ตารางที 3.5ชนิด หน้าที และแหล่งทีพบของโปรตีน
ชนิดของโปรตีน หน้าที ตัวอย่างแหล่งทีพบ
โปรตีนตัวเร่งปฏิกิริยา
(Enzyme)
เร่งปฏิกิริยาในเซลล์สิงมีชีวิต เอนไซม์ เช่น อะไมเลสใน
นําลาย
โปรตีนโครงสร้าง ให้ความแข็งแรงและช่วยคง
รูปร่างโครงสร้างต่างๆ ของ
ร่างกาย
คอลลาเจน ซึงพบในกระดูก
เอ็น เนือเยือเกียวพัน
เคราตินพบในผม ขน เล็บ กีบ
สัตว์ ผิวหนัง
โปรตีนขนส่ง ขนส่งสารไปสู่ส่วนต่างๆ ของ
ร่างกาย
ฮีโมโกลบินในเซลล์เม็ดเลือด
แดง พาออกซิเจนไปสู่เนือเยือ
ต่างๆ
ทรานสเฟอริน นําธาตุเหล็กใน
นําเลือดจากบริเวณทีสะสมไป
ยังม้าม ตับ และ กระดูก
โปรตีนสะสม สะสมธาตุต่างๆ เฟอริทิน สะสมธาตุเหล็กใน
ตับ ม้าม และไขกระดูก
โปรตีนป้องกัน ป้ อ ง กั น ห รื อ กํ า จั ด สิ ง
แปลกปลอมทีเข้าในเซลล์
เช่น แบคทีเรีย
แอนติบอดี
โปรตีนฮอร์โมน ทําหน้าทีแตกต่างกันตามชนิด
ของฮอร์โมน เช่น ควบคุมการ
เจริญเติบโตของร่างกาย
ควบคุมการเผาผลาญ
คาร์โบไฮเดรต
โกรทฮอร์โมน
อินซูลิน กลูคากอน สร้างทีตับ
อ่อน
ตัวพิษ โปรตีนทีเป็นพิษต่อร่างกาย พิษงู พิษคอตีบ พิษ
อหิวาตกโรค
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า16
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.1.8 เอนไซม์ (Enzyme)
เอ็นไซม์เป็นโปรตีนทีทําหน้าทีเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในเซลล์สิงมีชีวิต ความหมายของเอนไซม์
คือ โปรตีนทีมีลักษณะก้อนกลมทําหน้าทีเร่งปฏิกิริยาการเปลียนแปลงของสารอาหารต่างๆ ใน
ร่างกาย และมีความจําเพาะต่อปฏิกิริยาและสารทีช่วยเร่งปฏิกิริยาโดยไม่ต้องเพิมอุณหภูมิหรือ
เปลียนแปลงค่า pH ซึงส่งผลให้ร่างกายสามารถควบคุมปฏิกิริยาต่างๆ ได้อย่างเหมาะสม
การเรียกชือเอนไซม์ ให้เรียกชือเหมือนสับสเตรททีเกิดปฏิกิริยากับเอนไซม์แล้วลงท้าย
พยางค์เป็น เ-ส เช่น ซูโครส เป็น ซูเครส อะไมโลส เป็น อะไมเลส มอลโทส เป็น มอลเทสเป็นต้น
3.1.8.1 สมบัติของเอนไซม์
1) มีความจําเพาะเจาะจง เอนไซม์ชนิดหนึงใช้ได้กับสับสเตรตเพียงชนิดเดียว
เท่านัน
2) เอมไซม์ทําหน้าทีเป็นคะตะเลสทีมีประสิทธิภาพสูง สามารถเร่งปฏิกิริยาได้หลาย
เท่ามากกว่าเมือไม่ใส่เอมไซม์
3.1.8.2 การทํางานของเอนไซม์
เริมต้นด้วยสารตังต้นทีเรียกว่า สับสเตรต จับกับโมเลกุลของเอนไซม์ด้วยการต่อ
กับผิวของเอนไซม์ในส่วนทีเรียกว่า บริเวณเร่ง (Active site) ซึงเป็นบริเวณทีมีความจําเพาะและ
สามารถต่อกันได้พอดีกับสับสเตรทเพียงชนิดเดียวเท่านัน จึงเปรียบได้กับแม่กุญแจกับลูกกุญแจ
จากนันเอนไซม์กับสับสเตรตเกิดการเปลียนแปลงไปเป็นสารประกอบเชิงซ้อน ซึงจะสลายตัวให้
ผลิตภัณฑ์และเอนไซม์กลับคืนมาซึงเอนไซม์เมือเกิดสารประกอบเชิงซ้อนจะทําให้พลังงานกระตุ้นมี
ค่าน้อยลงจึงทําให้เกิดปฏิกิริยาได้ง่ายขึน
E + S ES P + E
เอนไซม์สับสเตรด สารประกอบเชิงซ้อน ผลิตภัณฑ์ เอนไซม์
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า17
สารชีวโมเลกุล 2/2554
รูปที 3.8ขันตอนการทํางานของเอนไซม์
(ทีมา http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/ES_complex.jpg)
a) b)
รูปที 3.9ระดับพลังของการดําเนินไปของปฏิกิริยา a) ไม่เกิดและ b) เกิดสารประกอบเชิงซ้อน
(ทีมา http://www.atom.rmutphysics.com/charud/scibook/chemistry2/kinetics/pictures/graph9st.gif)
ต่อมานักวิทยาศาสตร์พบว่าบริเวณตัวเร่งของเอนไซม์สามารถถูกเหนียวนําให้เหมาะสมกับ
สับสเตรตทีเข้ามาจับหรืออาจเปลียนแปลงรูปร่างได้
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า18
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.1.8.3 ปัจจัยทีมีผลต่อการทํางานของเอนไซม์
1) อุณภูมิ เอนไซม์จะทํางานได้ดีจะต้องอยู่ในอุณหภูมิทีเหมาะสม
2) pHเป็นปัจจัยหนึงทีมีผลต่อการทํางานของเอนไซม์ทีทําหน้าทีเร่งปฏิกิริยา หาก
pH ไม่เหมาะสมจะทําให้เอนไซม์ทําหน้าทีไม่เต็มที
3) ความเข้มข้นของเอนไซม์ หากเพิมความเข้มข้นจะช่วยเร่งปฏิกิริยาให้เกิดเร็วขึน
แต่ถ้ามากเกินพออัตราการเกิดปฏิกิริยาจะมีค่าคงที
4) ปริมาณสารตังต้น มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ เมือเพิมสับสเตรต
อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิมขึน แต่เมือยิงเพิมปริมาณของสับสเตรตมากเกินพอ อัตราการ
เกิดปฏิกิริยาจะไม่เกิดเร็วขึน เมือระดับหนึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะคงทีเนืองจากไม่ได้เพิมปริมาณ
ของเอนไซม์
3.1.9 การแปลงสภาพโปรตีน
โปรตีนแต่ละชนิดมีโครงสร้างสามมิติทีจําเพาะต่อการทํางานทีแตกต่างกัน ถ้าแรงยึดเหนียว
ในโครงสร้างสามมิติของโปรตีนถูกทําลาย จะทําให้โครงสร้างของโปรตีนเปลียนแปลงไป โดยการ
คลายตัวออกและไม่สามารถทําหน้าทีทางชีวภาพได้ เรียกว่า การแปลงสภาพโปรตีน ซึงปัจจัยทีทํา
ให้โปรตีนเกิดเปลียนสภาพได้แก่ ความร้อน pH เติมเอทานอลการเติม Pb(NO3)2 ลักษณะการแปลง
สภาพของโปรตีน ได้แก่ การแข็งตัว ไม่ละลายนํา เกิดตะกอนขุ่นขาว จับตัวเป็นก้อนขุ่นขาว
เนืองจากเสียสภาพทางชีวภาพและความเป็นระเบียบของโครงสร้าง กลไกการเสียสภาพโปรตีนใน
สภาวะทีเป็นกรด-เบส ได้แก่ โปรตีนจะให้หรือรับ H+
แล้วเกิดเป็นไอออน สามารถจับไอออนอืนได้
และไอออนลบทีแตกตัวออกจากสารละลายกรดเป็นไอออนขนาดใหญ่ จึงทําให้ไอออนของโปรตีน
รวมตัวกันเป็นก้อนได้ ในตัวทําละลายอินทรีย์สารจะเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโปรตีน ทําให้โปรตีน
แข็งตัวและละลายนําได้น้อยลง ในสารละลายทีมีไอออนของโลหะหนัก เช่น Pb2+
และ Ag+
จะเกิด
การจับตัวระหว่างไอออนบอกของโลหะหนักกับกรดอะมิโนในโปรตีนด้านคาร์บอกซิล เกิดเกลือคาร์
บอกซิเลต ซึงละลายนําได้น้อยลง จึงเกิดการตกตะก้อน
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า19
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.2 คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrate)
คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrate)(มนตรี, 2542) เป็นสารชีวโมเลกุลทีสําคัญทีเป็น
องค์ประกอบของสิงมีชีวิตทุกชนิด คําว่าคาร์โบไฮเดรตมีรากศัพท์มาจากคําว่า คาร์บอน (carbon)
และคําว่าไฮเดรต (hydrate) อิมตัวไปด้วยนํา ซึงรวมกันก็หมายถึงคาร์บอนทีอิมตัวไปด้วยนํา
เนืองจากสูตรเคมีอย่างง่ายก็คือ (C•H2O)nซึง n≥3 หน่วยทีเล็กทีสุดของคาร์โบไฮเดรตก็คือนําตาล
โมเลกุลเดียวหรือเรียกว่าโมโนแซคคาร์ไรด์ คาร์โบไฮเดรตทีพบทัวไปในชีวิตประจําวัน ได้แก่
นําตาล แป้ง เซลลูโลส และไกลโคเจน โดยส่วนใหญ่พบแป้งและเซลลูโลสในพืช ส่วนไกลโคเจนพบ
ในเซลล์เนือเยือ นําไขข้อในสัตว์และผนังเซลล์
คาร์โบไฮเดรตเป็นสารประกอบประเภทแอลดีไฮด์ (aldehyde) หรือ คีโตน (ketone) ทีมี
หมู่ไฮดรอกซีหลายหมู่ซึงเราสามารถจําแนกคาร์โบไฮเดรตสามจําพวกใหญ่ๆ ตามจํานวนหน่วยของ
นําตาลได้ดังนี
3.2.1 มอนอแซ็กคาไรด์ (Monosaccharide) หรือนําตาลโมเลกุลเดียว
นําตาลโมเลกุลเดียวเป็นหน่วยนําตาลทีเล็กทีสุดประกอบด้วยคาร์บอน 3 ถึง 8 อะตอม จึง
สามารถจําแนกนําตาลประเภทโมเลกุลเดียวตามจํานวนคาร์บอนทีเป็นองค์ประกอบคือ
จํานวนคาร์บอน ชือ
3 ไตรโอส
4 เทโทรส
5 เพนโทส
6 เฮกโซส
มอนอแซ็กคาไรด์ทีพบมากในธรรมชาติส่วนใหญ่เป็นเพนโทสและเฮกโซส เพนโทสทีพบ
มากได้แก่ ไรโบสและไรบูโรส และ เฮกโซสทีมากได้แก่ กลูโคส ฟรักโทส และกาแลกโทสซึงมี
โครงสร้างดังนี
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า20
สารชีวโมเลกุล 2/2554
รูปที 3.10โครงสร้างของนําตาลโมเลกุลเดียวทีพบมากในธรรมชาติ
และหากจําแนกนําตาลเพนโทสและเฮกโซสตามหมู่ฟังก์ชันสามารถจําแนกได้สองกลุ่ม
ได้แก่ กลุ่มของนําตาลทีมีหมู่อัลดีไฮด์จะเรียกนําตาลเหล่านีว่าอัลโดส (Aldose) เช่น ไรโบส กลูโคส
กาแลกโทส แอลโทรส แอลโลส เป็นต้น และกลุ่มนําตาลทีมีหมู่ฟังก์ชันเป็นคีโตนจะเรียกนําตาลกลุ่ม
นีว่าคีโตส (Ketose) ตัวอย่างเช่น นําตาลไรบูโรสนําตาลฟรักโทส นําตาลซอร์โบส เป็นต้น นําตาล
โมเลกุลเดียวเหล่านีมักมีคาร์บอนทีไม่สมมาตร (Asymmetric carbon) กล่าวคือ พันธะทังสีของ
อะตอมนีจับกับหมู่ทีไม่เหมือนกัน ซึงเมือนําตาลโมเลกุลเดียวมีคาร์บอนทีไม่สมมาตรมากกว่าหนึง
อะตอมจะมีจํานวนไอโซเมอร์เพิมขึน โดยจํานวนไอโซเมอร์สามารถคิดได้จาก 2n
โดยที n คือ
จํานวนคาร์บอนทีไม่สมมาตรในโมเลกุล และการกําหนดไอโซเมอร์หน้าชือของนําตาลว่าเป็น D-
หรือ L- ให้ดูตําแหน่งของหมู่ OH บนคาร์บอนทีไม่สมมาตรทีอยู่ห่างจากหมู่ฟังก์ชันคาร์บอนิลมาก
ทีสุด โดยทีหาก OH อยู่ด้านขวามือ จะเป็น D-isomer (R configuration) แต่ถ้า OH อยู่ซ้ายมือจะ
เป็น L-isomer (S configuration) และถ้านําตาลโมเลกุลเดียวมีหมู่ OH ทีต่ออยู่กับคาร์บอนทีไม่
สมมาตรต่างกันเพียงตําแหน่งเดียวเรียกว่าเป็น epimer กันดังนัน D-Glucose กับ D-Galactose จึง
เป็นคู่ epimer กัน และหากตําแหน่ง OH ต่างกันมากกว่าหนึงตําแหน่ง เรียกว่าเป็นไอโซเมอร์ชนิด
diastereomer หรือ diastereoisomer กัน
เมือพิจารณาโครงสร้างของมอนอแซ็กคาไรด์ทัง 5 ชนิดทีพบมากทีสุด พบว่ามีสูตรทัวไป
RCOH และ RCOHCOR ซึงจะมีสมบัติเป็นตัวรีดิวซ์และสามารถรีดิวซ์คอปเปอร์ (II) ไอออนใน
สารละลายเบเนดิกต์ เกิดเป็นคอปเปอร์ (I) ออกไซด์ซึงเป็นตะกอนอิฐสีแดง ดังนัน
ไรโบส กลูโคส กาแลกโทส ไรบูโรสและฟรักโทสแบบโซ่เปิดซึงมีหมู่ฟังก์ชันดังกล่าวจึงสามารถ
ทดสอบได้ด้วยสารละลายเบเนดิกต์
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า21
สารชีวโมเลกุล 2/2554
C
C OHH
CH2OH
O
H
C
C OHH
C OHH
C OHH
CH2OH
O
H
D-Glyceraldehyde
C
C OHH
C OHH
CH2OH
O
H C
C HHO
C OHH
CH2OH
O
H
D-Erythrose D-Threose
C
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
O
H C
C OHH
C HHO
C OHH
CH2OH
O
H C
C HHO
C HHO
C OHH
CH2OH
O
H
D-ribose* D-Arabinose D-Xylose D-Lyxose
C
C OHH
C OHH
C OHH
C OHH
CH2OH
O
H C
C HHO
C OHH
C OHH
C OHH
CH2OH
O
H C
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
O
H C
C HHO
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
O
H C
C OHH
C OHH
C HHO
C OHH
CH2OH
O
H C
C HHO
C OHH
C HHO
C OHH
CH2OH
O
H C
C OHH
C HHO
C HHO
C OHH
CH2OH
O
H C
C HHO
C HHO
C HHO
C OHH
CH2OH
O
H
D-Allose D-Altrose D-Glucose* D-Mannose D-Gulose D-Idose D-Galactose* D-Talose
รูปที 3.11กลุ่มนําตาลแอลโดส
CH2OH
C O
CH2OH
CH2OH
C O
C OHH
C OHH
CH2OH
Dihydroxyacetone
CH2OH
C O
C OHH
CH2OH
D-Erythrulose
CH2OH
C O
C HHO
C OHH
CH2OH
D-riburose* D-Xylulose
CH2OH
C O
C OHH
C OHH
C OHH
CH2OH
CH2OH
C O
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Psicose D-Fructose*
CH2OH
C O
C OHH
C HHO
C OHH
CH2OH
D-Sorbose
CH2OH
C O
C HHO
C HHO
C OHH
CH2OH
D-Tagatose
รูปที 3.12กลุ่มนําตาลคีโตส
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า22
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.2.1.1 การเกิดวงในนําตาล
ในธรรมชาติมอนอแซ็กคาไรด์ส่วนใหญ่มีโครงสร้างทีเป็นวง เนืองจากเป็น
โครงสร้างทีเสถียรกว่าโครงสร้างแบบโซ่เปิด โดยการสร้างโครงสร้างแบบวงเกิดจากการ
เกิดปฏิกิริยาระหว่าง -C=O กับ –OH ในโมเลกุลเดียวกัน แสดงดังภาพซึงการปิดวงของนําตาล D-
Glucose มีลักษณะคล้ายวง pyran จึงเรียกนําตาลทีมีวงชนิดนีว่า Pyranose ส่วนนําตาล D-
fructose มีลักษณะวงคล้าย Furan จึงเรียกนําตาลชนิดนีว่า Furanose
ในการเกิดวงทําให้นําตาลมีไอโซเมอร์เพิมอีกสองรูปคือ อัลฟา (α) และ เบต้า (β)
ซึงต่างกันทีตําแหน่ง OH และ H เมือเกิดการปิดวง วง –OH อยู่ด้านล่างของวงจะเรียกว่าโครงสร้าง
แบบอัลฟา และ –OH อยู่ด้านบนเรียกเบต้า ซึงเรียกไอโซเมอร์ชนิดนีว่าอะโนเมอร์ (anomer) และ
คาร์บอนตําแหน่งทีเกิดจะเรียกว่า anomeric carbon การแสดงสูตรโครงสร้างนําตาลสามารถแสดง
แบบ Fischer projection Haworth projection หรือ แบบ chair form ดังตัวอย่าง
รูปที 13 โครงสร้างแบบ Fischer projection Haworth projection และ Chair form
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า23
สารชีวโมเลกุล 2/2554
รูปที 3.14การเกิดวงของนําตาล D-Glucose
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า24
สารชีวโมเลกุล 2/2554
รูปที 3.15การเกิดวงของนําตาล D-Fructose
3.2.2 ปฏิกิริยาของนําตาล
1) Glycoside formation
เมือนํา D-glucose ละลายใน ethanol โดยมีแก๊ส HCl จะเกิด methyl acetals เกิดขึน โดย
acetal ของ glucose เรียกว่า glucoside, acetal ของ mannose เรียกว่า mannosides, acetal ของ
fructose เรียกว่า fructosides เป็นต้น
CH3OH, HClO
H
HO
H
HO
H
OHH
OH
O
H
HO
H
HO
H
OCH3
OHH
H
OH
O
H
HO
H
HO
H
H
OHH
OCH3
OH
OH
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า25
สารชีวโมเลกุล 2/2554
กลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี
Glycosides เสถียรในสภาวะทีเป็นเบสแต่เมืออยู่ในสภาวะทีเป็นกรดจะถูก hydrolysis ได้
นําตาลและแอลกอฮอล์
2) Enolization, Tautomerization และ Isomerization
เมือนํา monosacharides ละลายในเบสจะเกิด enolization และ keto-enol tautomerization
และนําไปสู่การเกิด isomerization ตัวอย่างเช่น ถ้านํา D-glucose ละลายใน calcium hydroxide
ทิงไว้ประมาณ 2-3 วันจะเกิดผลิตภัณฑ์เป็น D-fructose และ D-mantose เกิดขึนในสารละลายด้วย
เราเรียกปฏิกิริยาเหล่านีว่า Lobry de Bruyn-Alberda van Ekenstein transformation
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า26
สารชีวโมเลกุล 2/2554
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
CHO
C OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
C
C OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
CHO
HOH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
O-
H
OH-
OH-
H2O
H2O
H2O OH-
D-glucose D-Mannose
Enolate ion
C
C OH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
OHH
CH2OH
C O
HHO
OHH
OHH
CH2OH
Tautomerization
D-Fructose Enediol
3) การเกิดสารประกอบ ethers
ไฮดรอกซีทีเกาะอยู่บนนําตาลสามารถเกิดสารประกอบอีเทอร์ได้โดยใช้ alkyl halide เช่น
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า27
สารชีวโมเลกุล 2/2554
ซึง Methyl group ดังกล่าวอาจทําหน้าทีเป็น protecting group ของวงนําตาล หากนํา pentamethyl
deirvetive ทําปฏิกิริยากับกรดจะสามารถทําปฏิกิริยากับ –OCH3 เฉพาะตําแหน่งแอลฟาคาร์บอน
เท่านันดังสมการเคมี
หากใช้ tert-butyldiphenylsilyl (TBDPS) จะสามารถเกิดปฏิกิริยาเฉพาะ primary hydroxyl group
เท่านันดังสมการ
และสามารถสลาย deprotect TBDBS โดยใช้ Bu4N+
F-
ใน THF
4) การเกิดสารประกอบ Ester
สาหรับ monosaccharide เมือทําปฏิกิริยากับ acetic anhydride ใน เบสอ่อน จะสามารถ
เกิดปฏิกิริยากับหมู่ –OH ในวงนําตาลเกิดเป็น ester ดังสมการ
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า28
สารชีวโมเลกุล 2/2554
5) Cyclic acetals
จากปฏิกิริยา 1,2-diol กับ ketone จะเกิดสารประกอบ cyclic acetal ได้
6) ปฏิกิริยา Oxidation ของ Monosacharide
รีเอเจนท์ทีใช้ในการระบุหมู่ฟังก์ชันโดยทัวไปจะใช้ปฏิกิริยา oxidation ช่วยในการ
ระบุหมู่ฟังก์ชันทีมีอยู่บนสายนําตาล ตัวอย่างปฏิกิริยา Oxidation ของนําตาลโมเลกุลเดียวได้แก่
6A Benedict’s หรือ Tollens’ reagents: Reducing sugar
Tollens testหรือบางครังรู้จักในชือ Silver mirror test เป็นปฏิกิริยาทีใช้ทดสอบนําตาลทีทํา
หน้าทีเป็นนําตาลรีดิวซ์ (reducing sugar) ซึงจะให้ผล positive กับนําตาล aldoses และ ketose
สารละลาย Benedict เป็นสารละลายทีทําหน้าทีตรวจสอบนําตาลรีดิวซ์เช่นเดียวกับ
Tollens ทีสามารถทําสอบนําตาลรีดิวซ์ได้ ซึงนําตาลรีดิวซ์จะเปลียนสารละลาย Benedict จากสีนํา
เงินเป็นสีแดง โดยปฏิกิริยาทีเกิดขึนเกิดจาก Cu2+
ไปเป็น Cu+
ดังสมการ
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า29
สารชีวโมเลกุล 2/2554
คาร์โบไฮเดรตทีมีโครงสร้างเป็น hemiacetal จะสามารถให้ผลเชิงบวกกับสารละลายทังสอง
ซึงจะเรียกนําตาลกลุ่มนีด้วยว่านําตาลรีดีวซ์
6B) Bromine water: การสังเคราะห์ aldonic acid
โบรมีนในนําเป็นรีเอเจนท์ทีใช้ในการเกิด oxidizes –CHO ให้กลาเป็น -CO2H ดังนันจึง
สามารถเปลียน aldose ให้กลายเป็น aldonic acid ได้ดังสมการ
6C) Nitric Acid Oxidation: Aldaric acid
Nitric acid เป็น strong oxidizing agent มากว่า bromine ในนํา โดยจะ oxidize ทัง –CHO
และ –CH2OH ของ aldose ไปเป็น –COOH เกิดเป็น dicarboxylic acid หรือเรียกว่า aldaric acid
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า30
สารชีวโมเลกุล 2/2554
6D) Periodate Oxidations: Oxidative Cleavage ของ Polyhydroxy compounds
Periodic acid (HIO4) สามารถสลายพันธะระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนทีมี hydroxyl group
ทีอยู่ติดกันดังสมการ
กลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี
ตัวอย่างการเกิดปฏิกิริยา periodate oxidations ในกรณีต่างๆ
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า31
สารชีวโมเลกุล 2/2554
Periodic acid ไม่สามารถสลายพันธะทีมี –CH2- ขันระหว่าง C-OH กับ C-OH ดังสมการ
7) ปฏิกิริยา Reduction ของ Monosacharide
Aldose และ Ketose สามารถถูกรีดิวซ์โดย NaBH4เกิดสารประกอบ alditols
C
C
OHH
CH2OH
HO
n
Aldose Alditol
C
CH2OH
OHH
CH2OH
n
NaBH4
or H2,Pt
8) การสังเคราะห์และการสลายพันธะของนําตาล Monosacharide
8A) Kiliani-Fischer Synthesis
เป็นวิธีการเติมคาร์บอนลงในสายโซ่ของ monosaccharide ตัวอย่างเช่นในการสังเคราะห์
D-Erythrose และ D-Threose จาก D-Glyceraldehyde วิธีการสังเคราะห์ขันแรกเติม HCN เกิดเป็น
Epimeric cyanohydrin 2 epimer จากนันเติม Ba(OH)2ตามด้วย H3O+
จะเกิดผลิตภัณฑ์เป็น
Epimeric aldonic acids ต่อจากนันเติม Na-Hg/H2O ที pH 3-5 ขันตอนโดยสรุปดังสมการ
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า32
สารชีวโมเลกุล 2/2554
OH
H OH
H O
D-Glyceraldehyde
HCN
OH
H OH
OHH
CN
OH
H OH
HHO
CN
1) Ba(OH)2 1) Ba(OH)2
2) H3O+
2) H3O+
OH
H OH
OHH
HO O
OH
H OH
HHO
HO O
O
OH OH
O
O
OH
O
OH
Na-Hg, H2O
pH 3-5
Na-Hg, H2O
pH 3-5
OH
H OH
OHH
H O
OH
H OH
HHO
H O
Epimeric cyanohydrins
Epimeric aldonic acids
D-erythrose D-threose
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า33
สารชีวโมเลกุล 2/2554
8B) The Ruff degradation
ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถสลายอะตอมของคาร์บอนออกจากนําตาลได้ ดังสมการ
3.2.3โอลิโกแซ็กคาไรด์ (oligosaccharide)
โอลิโกแซ็กคาไรด์ (oligosaccharide) นําตาลจําพวกโอลิโกแซ็กคาไรด์ประกอบด้วยนําตาล
โมเลกุลเดียวประมาณ 2-15 หน่วยสร้างพันธะด้วยพันธะไกลโคซิดิก ทีพบมากทีสุดของนําตาลชนิด
นีคือนําตาลไดแซ็กคาไรด์ ซึงเกิดจากนําตาลโมเลกุลเดียวรวมตัวกัน 2 หน่วยต่อกัน ได้แก่ ซูโครส
เป็นนําตาลทีได้จากต้นอ้อย แล็กโตส นําตาลในนํานม เป็นต้น
OH
OH
H
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
OH
H
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
OH
H
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH H
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
H2O
รูปที 3.16การเกิดพันธะไกโคซิดิก
คุณสมบัติของนําตาลรีดิวซ์ของไดแซ็กคาไรด์จะยังคงมีอยู่ถ้าหากว่าหมู่ –OH ทีต่ออยู่กับ
anomeric carbon ของมอนอแซ็กคาไรด์ตัวหลังยังเป็นอิสระทีจะทําให้วงแหวนเปิดออกได้ เช่น ใน
กรณีของแลคโตส มอลโตส ในขณะทีนําตาลซูโครสจะหมดคุณสมบัติในการเป็นนําตาลรีดิวซ์
เนืองจาก anomeric carbon ของฟรักโทสไปเชือมต่อกับหมู่ OH ที anomeric carbon ของกลูโคส
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า34
สารชีวโมเลกุล 2/2554
OH
OH
H
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH OH
H
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
Maltose
(reducing sugar)
OOH
H
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH OH
H
H
OHH
OH
CH2OH
H
H
O
Lactose
(reducing sugar)
OH
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
H
CH2OH
CH2OH
H
H
OH
O
H
OH
O
Sucrose
รูปที 3.17นําตาลโมเลกุลคู่ทีพบมากในธรรมชาติ
3.2.3 พอลิแซ็กคาไรด์ (polysaccharide)
พอลิแซ็กคาไรด์ (polysaccharide) เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ทีประกอบด้วย
มอนอแซ็กคาไรด์หลายๆ โมเลกุลเชือมต่อกันพอลิแซ็กคาไรด์ทีสําคัญต่อสิงมีชีวิต ได้แก่ แป้ง
เซลลูโลส และไกลโคเจน ถ้าเราแบ่งพอลิแซ็กคาไรด์ตามหน้าทีสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท
คือ พอลิแซ็กคาไรด์สะสมและพอลิแซ็กคาไรด์โครงสร้าง
3.2.3.1 พอลิแซ็กคาไรด์สะสม ซึงทําหน้าทีสะสมอาหาร ได้แก่ แป้งในพืชและ
ไกลโคเจนในสัตว์
1) แป้ง (starch) เป็นสารโมเลกุลใหญ่ทีประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์ 2 ชนิด
ด้วยกันคือ อะไมโลส ซึงเป็นพอลิแซ็กคาไรด์แบบโซ่ตรงและอะไมโลเพกตินซึงเป็นพอลิแซ็กคาไรด์
แบบโซ่กิง โดยทัวไปแป้งประกอบด้วยอะไมโลสประมาณร้อยละ 20 และอะไมโลเพกตินประมาณ
ร้อยละ 80 พืชจะสะสมกลูโคสในรูปของแป้งซึงพบแป้งมากในข้าว มันฝรัง ถัว และธัญพืช
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์
รูปที 3.18
(ทีมา http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b
ยนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน)
สารชีวโมเลกุล
OH H
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH H
O
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
n>500
α(1 4) Glycosidic linkage
18โมเลกุลของอะไมโลสและการพันเกลียวของโมเลกุลดังกล่าว
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b5/Amylose.png/
Amylose.png)
หน้า35
2/2554
n
โมเลกุลของอะไมโลสและการพันเกลียวของโมเลกุลดังกล่าว
Amylose.png/750px-
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า36
สารชีวโมเลกุล 2/2554
OH
O
H
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH H
O
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
α(1 4) Glycosidic linkage
...
OH
O
H
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH H
H
OHH
OH
H
O
OH
O
H
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH H
O ...
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
...
α(1 6) Glycosidic linkage
รูปที 3.19โครงสร้างโมเลกุลของอะไมโลเพกติน
2) ไกลโคเจน (Glycogen) เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ซึงพบได้ในตับและกล้ามเนือสัตว์
ไกลโคเจนมีสูตรโครงสร้างคล้ายอะไมโลเพกติน แต่มีกิงมากกว่าและสายโมเลกุลสันกว่าละลายนํา
ได้น้อย เกิดจากกลูโคสทีได้จากการย่อยอาหารสร้างพันธะต่อกัน แหล่งทีพบไกลโคเจนคือ ใน
กล้ามเนือ ในตับ ไกลโคเจนมีความสําคัญต่อการรักษาระดับนําตาลในเลือดให้คงที
รูปที 3.20โครงสร้างโมเลกุลของไกลโคเจน
(ทีมาhttp://www.chm.bris.ac.uk/motm/glucose/glycogen.gif)
3.2.3.2 พอลิแซ็กคาไรด์โครงสร้าง คือพอลิแซ็กคาไรด์ทีทําหน้าทีเป็นโครงสร้าง
ของพืชและสัตว์ ได้แก่ เซลลูโลสและไคติน
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า37
สารชีวโมเลกุล 2/2554
1) เซลลูโลส (cellulose) ประกอบด้วยกลูโคสจํานวนมากเชือมต่อกันเป็นพอลิเมอร์
เช่นเดียวกับอะไมโลส แต่ลักษณะการเชือมต่อของกลูโคสต่างกัน
OH
H
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH O
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
(1 4) Glycosidic linkage
H
n
รูปที 3.21โครงสร้างโมเลกุลของเซลลูโลส
2) ไคติน (chitin) พบมากในเปลือกนอกของสัตว์ทีไม่มีกระดูกสันหลัง หรือผิวที
ห่อหุ้มแมลง เช่นกระดองปู เปลือกกุ้ง ประกอบด้วยอะเซติลกลูโคซามีน (N-acetyl-D-glucosamine)
โดย chitin ประกอบด้วยหน่วยย่อยของ N-acetyl-D-glucosamine ทีเชือมพันธะด้วยพันธะ
β(1-->4) Glycosidic linkage
OH
H
H
NHCOCH3H
OH
CH2OH
H
OH O
H
NHCOCH3H
OH
CH2OH
H
O H
(1 4) Glycosidic linkage
n
รูปที 3.22โครงสร้างโมเลกุลของไคติน
3.2.4 สมบัติและปฏิกิริยาของคาร์โบไฮเดรต
กลูโคส ซูโครสหรือนําตาลทราย แป้ง และเซลลูโลสล้วนเป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรต แต่
จะแตกต่างกันทีขนาดโมเลกุลและมวลโมเลกุล เมือนํา นําตาลทราย แป้งและเซลลูโลสไปต้มกับกรด
ซัลฟิวริกจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส เกิดผลิตภัณฑ์เป็นมอนอแซ็กคาไรด์สามารถทําปฏิกิริยากับ
สารละลายเบเนดิกส์ได้ตะกอนสีแดงอิฐ ถ้าพิจาณาการละลายนํา พวกโมเลกุลขนาดใหญ่จะละลาย
นําได้น้อยแต่ถ้าเป็นพวกมอนอแซ็กคาไรด์ และ ไดแซ็กคาไรด์ซึงเป็นโมเลกุลขนาดเล็กจะละลายนํา
ได้ดี
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า38
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.3 ลิพิด (Lipid)
ลิพิด (Lipid) เป็นสารประกอบทีมีอยู่ในเนือเยือของพืชและสัตว์ เป็นสารชีวโมเลกุลทีมีธาตุ
คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนเป็นองค์ประกอบหลัก และลิพิดบางชนิดมีธาตุฟอสฟอรัส เป็น
องค์ประกอบเช่นฟอสโฟลิฟิดคําว่า lipid มากจากภาษากรีกคําว่า lipos โดยาทัวไปลิปิดจะละลาย
ในสตัวทําลายไม่มีขัวเช่น chloroform และ diethyl ether เป็นต้น ตัวอย่าง ลิปิด เช่น
O
O
O
R
R,
R''
O
O
O
Triacylglycerol
CH3
OH
CH(CH3)2
Menthol
(terpenoid)
OH
Vitamin A
(terpenoid)
O
O
O
R
R,
O
P
O
O-
O
N(CH3)3
Lecithin
(phosphatide)
O
HO
H
H
H
Cholesterol
ลิพิดเป็นส่วนสําคัญมาก สําหรับสิงมีชีวิตทังพืชและสัตว์ เช่นเป็นส่วนทีสะสมพลังงานเป็น
หน่วยโครงสร้างของเซลล์เนือเยือ วิตามิน และอืนๆ สารพวกลิพิดมีโครงสร้างต่างกันเป็นหลายแบบ
แบ่งออกเป็น 2 ดังนี (ชนิตา, 2547)
1) Complex Lipid เป็นลิพิดทีถูกไฮโดรไลซ์ได้ง่าย เช่นเอสเทอร์ของกรดไขมัน ขีผึง
ฟอสฟอลิฟิด ไกลโคลิพิด
2) Simple Lipid เป็นลิพิดทีไม่ถูกไฮโดรไลซ์ด้วยกรดหรือเบส เช่นสเตอรอยด์ พรอสตา
แกลนดินและเทอร์พีน
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า39
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.3.1 ไตรเอซีลกลีเซอรอล (Triacylglycerols)(ชนิตา, 2547)
ไตรเอซีลกลีเซอรอล (Triacylglycerols) หรือไตรกลีเซอไรด์ (Triglycerides) คือ นํามันและ
ไขมันทีได้จากพืชและสัตว์
นํามัน คือไตรเอซิลกลีเซอรอลทีเป็นของเหลวทีอุณหภูมิปกติ ได้แก่นํามันพืชชนิดต่าง ๆ
ไขมัน คือไตรเอซิลกลีเซอรอลทีเป็นของแข็งทีอุณหภูมิปกติ ได้แก่ไขมันสัตว์
โครงสร้างของนํามันและไขมัน เป็นไตรเอสเตอร์ของกลีเซอรอลและกรดไขมัน จํานวน
คาร์บอนของส่วนไฮโดรเจนทีมาจากกรดไขมันจะเป็นเลขคู่เสมอ เนืองมาจากปฏิกิริยาสังเคราะห์
ทางชีวภาพเริมจากหน่วยอะซีเตด (CH3COO-
) เท่าทีพบมากจะมีจํานวนคาร์บอนเป็น 14, 16 หรือ
18 คาร์บอน
ส่วนไฮโดรคาร์บอนของนํามันพืชจะมีพันธะคู่มากกว่าไขมันสัตว์ และมีคอนฟิกูเรชันพันธะคู่
จะเป็นแบบซีส ทําให้จุดหลอมเหลวของนํามันตํา เนืองจากโครงสร้างไม่เอืออํานวยให้โมเลกุลเข้ากัน
ได้มาก แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลจึงตํา
ส่วนในกรณีของไขมัน ส่วนไฮโดรคาร์บอนเป็นพันธะเดียวเกือบทังหมด ทําให้โมเลกุล
สามารถอยู่ใกล้กันได้มาก แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลจึงสูง เป็นผลให้จุดหลอมเหลวของไขมันสูงกว่า
นํามัน
ตัวอย่างโครงสร้างไขมันสัตว์
เมือ R1, R2และ R3 คือส่วน
ไฮโดรคาร์บอนทีมาจากกรดไขมัน
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า40
สารชีวโมเลกุล 2/2554
ตัวอย่างโครงสร้างนํามันพืช
H2C
HC
O C
O
O C
O
H2C C
O
O
3.3.2 สมบัติทางเคมีของไตรเอซิลกลีเซอรอล
3.3.2.1 เลขไอโอดีน (Iodine Number) เลขไอโอดีนใช้วัดความไม่อิมตัวของลิพิด
ค่าเลขนีคือจํานวนกรัมของไอโอดีนทีต้องใช้ ในการทําปฏิกิริยารวมตัวกับส่วนพันธะคู่ของลิพิดทีมี
นําหนัก 100 กรัม รีเอเจนต์ทีใช้คือ ไอโอดีนโบรไมด์ ลิพิดอิมตัวจะมีเลขไอโอดีนเป็น 0 ไขมันสัตว์
จะมีเลขไอโอดีนตํา แต่นํามันพืชจะมีเลขไอโอดีนสูง
3.3.2.2 เลขซาพอนนิฟิ เคชัน (Saponification number)คือค่าจํานวนมิลลิกรัม
ของโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ ทีต้องใช้ในการไฮโดรไลซ์ไขมันหรือนํามันหนัก 1 กรัม ค่านีบอก
นําหนักโมเลกุลโดยเฉลีย หรือความยาวเฉลียของโซ่คาร์บอนของกรดไขมัน ค่ายิงสูง ยิงมี
เปอร์เซ็นต์ไตรกลีเซอไรด์ทีมีโซ่สัน ๆ และนําหนักโมเลกุลตําจํานวนมาก
3.3.2.3 ปฏิกิริยาไฮโดรลิซีสเมือเอนไซม์ ในการย่อยอาหาร เอนไซม์ทีอยู่ในระบบ
ทางเดินอาหาร จะทําหน้าทีเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทําให้เกิดปฏิกิริยาไฮโดรลิซีส
กลีเซอรอล กรดไขมัน
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า41
สารชีวโมเลกุล 2/2554
โดยทัวไปกรดไขมันจะมีโครสร้างแบบไม่มีกิงและพบจํานวนคาร์บอนทีเป็นจํานวนเลขคู่ เมือ
พิจารณาโครงสร้างของกรดไขมันยังพบอีกว่าหากเป็นกรดไขมันชนิดไม่อิมตัวจะมีโครงสร้างแบบ
cis-form และ จะไม่เกิดพันธะคู่ทีเป็น conjugate โดยทัวไปเราจะพบพันธะคู่เริมที C9 และ C10 จุด
หลอมเหลวของกรดไขมันทีเป็นกรดไขมันอิมตัวจะมีจุดหลอมเหลวสูงกว่ากรดไขมันไม่อิมตัว
ปฏิกิริยาทีเกิดขึนกับสายโซ่ของกรดไขมันทีเป็นหมู่ฟังก์ชันได้แก่
R
OH
O
1)LiAlH4
2)H2O
CH3OH, H+
Br2, P
SOCl2
R
OH
R
OCH3
O
R
OH
O
Br
R
Cl
O
3.3.2.4 ปฎิกิริยาซาปอนนิฟิ เคชัน (Saponification) เมือไตรเอซิลกลีเซอรอลทํา
ปฏิกิริยากับเบสแก่เช่นโซเดียมไฮดรอกไซด์ หรือโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ จะให้ผลิตผลเป็นกลีเซ
อรอลและเกลือของกรดไขมันซึงคือสบู่นันเอง
กลีเซอรอล สบู่
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า42
สารชีวโมเลกุล 2/2554
สบู่หรือเกลือของกรดไขมันนันประกอบด้วยส่วนทีมีขัว (Hydrophilic) ซึงเป็นส่วนที
ชอบนํา คือ หมู่ –COO-
และส่วนทีไม่มีขัว ซึงไม่ชอบนํา (Hydrophobic) คือ ส่วนของไฮโดรคาร์บอน
โครงสร้างเช่นนี เรียกว่า Amphiphile โดยเมือละลายในนําจะรวมตัวกัน โดยหันส่วนทีชอบนําไว้
ด้านนอก และเก็บส่วนทีไม่ชอบนําไว้ด้านใน ทําให้เกิดโครงสร้างทีเรียกว่า micelle ซึงทําให้สบู่
สามารถละลายนําได้เพราะสบู่มีส่วนทีมีขัวซึงสามารถละลายนําได้ และสามารถชําระคราบไขมันที
ติดอยู่บนภาชนะหรือเสือผ้าได้ เพราะสบู่จะดึงเอาไขมันเข้ามาละลายในส่วนทีไม่มีขัวซึงอยู่ด้านใน
polarnon-polar
รูปที 3.23ส่วนประกอบของสบู่
รูปที 3.24การจับตัวแบบ micelle
3.3.2 การละลายนําและการชําระล้างไขมันหรือนํามันของสบู่
เมือสบู่ละลายนํา สบู่จะหันส่วนทีไม่มีขัว (ส่วนทีไม่แตกตัว) เข้าหากัน และจับกันเป็นกลุ่มๆ
ส่วนทางด้าน (-COO-
Na+
) จะแตกตัวออกเป็นโซเดียมไอออน (Na+
) และคาร์บอนออกซิเลตไอออน
(-COO-
) โซเดียมไอออนทีเกิดขึนจะถูกโมเลกุลของนําล้อมรอบกลายเป็นไอออนทีถูกไฮเดรต
(Na+
(aq)) ส่วนทางด้านคาร์บอกซิเลตไอออน (-COO-
) ซึงยังจับอยู่กับส่วนทีไม่มีขัว (สายยาวของ
ไฮโดรคาร์บอน) จะชีออกไปยังโมเลกุลของนําทีอยู่ล้อมรอบ
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า43
สารชีวโมเลกุล 2/2554
รูปที 3.25การจัดตัวของโมเลกุลสบู่เมือละลายนํา
สบู่สามารถกําจัดสิงสกปรกได้ เพราะว่าสิงสกปรกส่วนใหญ่จะถูกห่อหุ้มด้วยไขมันหรือ
นํามัน ดังนันการกําจัดสิงสกปรกจึงเสมือนเป็นการกําจัดก้อนไขมันหรือนํามันนันเอง เนืองจาก
ไขมันและนํามันไม่ละลายนํา จึงไม่สามารถล้างออกด้วยนําเปล่า แต่สบู่สามารถชําระล้างนํามัน หรือ
ไขมันได้เพราะสบู่จะหันปลายข้างทีไม่มีขัว (สายยาวของไฮโดรคาร์บอน) ไปละลายในนํามันหรือ
ไขมัน ส่วนด้านทีมีขัว คือ ด้านคาร์บอกซิเลตไอออนจะละลายในนํา โมเลกุลของสบู่จึงล้อมรอบ
นํามันกลายเป็นหยดนํามัน
รูปที 3.26การกําจัดคราบนํามันและสิงสกปรกของสบู่
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า44
สารชีวโมเลกุล 2/2554
3.3.3ปฏิกิริยาของสบู่ในนํากระด้าง
นํากระด้างเป็นนําทีประกอบด้วย Fe2+
, Mg2+
และ Ca2+
ของ HCO-
3, Cl-
และ SO2-
4
รูปที 3.27ปฏิกิริยาระหว่างนําอ่อน นํากระด้างกับสบู่
(ทีมา“ปฏิกิริยาระหว่างนําอ่อน นํากระด้างกับสบู่” [Online]. Available
http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet5/topic8/soap.html)
ในกรณีนํากระด้างซึงมีไอออนของแคลเซียม แมกนีเซียม หรือเหล็กละลายอยู่ ซึง เกลือ
แคลเซียม เกลือแมกนีเซียม และเกลือเหล็กของกรดไขมันจะไม่รวมตัวเป็น Micelle ในนํา ดังนัน
เมือใช้สบู่ในนํากระด้างจึงมักตกตะกอนเป็นไคลสีขาวทีเรียกว่า ไคลสบู่ เช่น เมือสบู่ละลายในนํา
กระด้างจะได้เกลือแคลเซียม หรือแมกนีเซียมในปริมาณสูง ดังนันจึงถือได้ว่าสามารถใช้สบู่ในการ
ทดสอบนําอ่อน ดังทีกล่าวมาจะเห็นได้ว่า นํากระด้างได้ทําให้ประสิทธิภาพการทําความสะอาดของ
สบู่จึงลดลง และสินเปลืองในการใช้สบู่จึงได้มีการสังเคราะห์สารซักฟอกซึงมีสมบัติเหมือนเช่นสบู่
แต่ดีกว่าสบู่คือ เมือทําปฏิกิริยากับ Ca2+
, Mg2+
ในนํากระด้างก็ยังละลายนําได้ซึงมีสูตรโครงสร้าง
ดังนี
R SO3Na
คือ เกลือโซเดียมของกรดอัลคิลเบนซัลโฟนิก
หรือ R – OS-
3 Na+
คือ เกลือโซเดียมอัลคิลซัลเฟต
โครงสร้างโมเลกุลของผงซักฟอกประกอบไปด้วย 2 ส่วนเช่นเดียวกับสบู่ คือส่วนทีไม่ชอบ
นํา คือส่วนของไฮโดรคาร์บอน (หมู่ R) ซึงเป็นส่วนทีไม่ละลายนํา และส่วนทีชอบนํา คือส่วนของ
หมู่ -OSO-
3Na+
, -SO-
3Na+
ซึงเป็นส่วนทีละลายนําได้
สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า45
สารชีวโมเลกุล 2/2554
ผงซักฟอกทีใช้ในปัจจุบันมีสูตรแตกต่างกันดังนี (สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และ
เทคโนโลยี, 2549)
3.3.3.1 ปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชัน (ชนิตา, 2547)
ถ้านํามันพืชมาทําปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส นํามันพืชจะกลายเป็นไขมัน คือจะแข็งตัว
การเติมไฮโดรเจนจะไม่ทําให้เลขไอโอดีนเป็นศูนย์ เพราะจะทําให้ไขมันนันแข็ง เปราะ ปราศจาก
รสชาติ
เนยเทียม ทํามาจากนํามันพืชบริสุทธิทีผ่านการเติมไฮโดรเจนแล้วนํามาเติมนมและ
สารบางอย่างเพือให้รสชาติเนยแท้
3.3.3.2 การเหม็นหืน (ชนิตา, 2547)
ถ้าวางนํามันหรือไขมันไว้ในทีชืนและอบอุ่นในช่วงระยะเวลาหนึง จะทําให้เกิดการ
เหม็นหืนขึนเกิดได้ 2 ปัจจัย คือ
1) ปฏิกิริยาไฮโดรลิซีสของเอสเทอร์ ไฮโดรลิซีสเกิดเนืองจากบัคเตรีบางชนิดใน
อากาศทําหน้าทีเป็นเอนไซม์ ทําให้เกิดกรดไขมันต่าง ๆ ซึงมีกลินเหม็นเช่นกัน
2) ปฏิกิริยาออกซิเดชันของพันธะคู่ แล้วทําให้เกิดแอลดีไฮด์ และกรดไขมันต่างๆ
ซึงมีกลินเหม็นเช่นกัน
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล
สารชีวโมเลกุล

More Related Content

What's hot

ใบกิจกรรมที่ 2 เรื่อง กล้องจุลทรรศน์
ใบกิจกรรมที่ 2 เรื่อง กล้องจุลทรรศน์ใบกิจกรรมที่ 2 เรื่อง กล้องจุลทรรศน์
ใบกิจกรรมที่ 2 เรื่อง กล้องจุลทรรศน์Aomiko Wipaporn
 
วิจัยในชั้นเรียนไม่ส่งการบ้าน
วิจัยในชั้นเรียนไม่ส่งการบ้านวิจัยในชั้นเรียนไม่ส่งการบ้าน
วิจัยในชั้นเรียนไม่ส่งการบ้านthkitiya
 
6แบบทดสอบการลำเลียงสารผ่านเซลล์
6แบบทดสอบการลำเลียงสารผ่านเซลล์6แบบทดสอบการลำเลียงสารผ่านเซลล์
6แบบทดสอบการลำเลียงสารผ่านเซลล์สำเร็จ นางสีคุณ
 
ข้อสอบคณิตศาสตร์ ม.1 เทอม 2 ชุดที่ 2
ข้อสอบคณิตศาสตร์ ม.1 เทอม 2 ชุดที่ 2ข้อสอบคณิตศาสตร์ ม.1 เทอม 2 ชุดที่ 2
ข้อสอบคณิตศาสตร์ ม.1 เทอม 2 ชุดที่ 2คุณครูพี่อั๋น
 
O-net ม.6 คณิตศาสตร์ 56 +เฉลย
O-net ม.6 คณิตศาสตร์ 56 +เฉลยO-net ม.6 คณิตศาสตร์ 56 +เฉลย
O-net ม.6 คณิตศาสตร์ 56 +เฉลยWatcharinz
 
2. ข้อสอบ o net วิทยาศาสตร์ (มัธยมต้น)
2. ข้อสอบ o net วิทยาศาสตร์ (มัธยมต้น)2. ข้อสอบ o net วิทยาศาสตร์ (มัธยมต้น)
2. ข้อสอบ o net วิทยาศาสตร์ (มัธยมต้น)Kruthai Kidsdee
 
บทที่3การสืบพันธุ์เจริญเติบโตพืชดอก
บทที่3การสืบพันธุ์เจริญเติบโตพืชดอกบทที่3การสืบพันธุ์เจริญเติบโตพืชดอก
บทที่3การสืบพันธุ์เจริญเติบโตพืชดอกWichai Likitponrak
 
ทฤษฎีและพลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ทฤษฎีและพลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีทฤษฎีและพลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ทฤษฎีและพลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีพัน พัน
 
ขั้นตอนการทำผ้าบาติก
ขั้นตอนการทำผ้าบาติกขั้นตอนการทำผ้าบาติก
ขั้นตอนการทำผ้าบาติกpanida428
 
ใบงานที่ 4 ตารางธาตุ
ใบงานที่ 4 ตารางธาตุใบงานที่ 4 ตารางธาตุ
ใบงานที่ 4 ตารางธาตุCoverslide Bio
 
บทที่ 3 กราฟและความสัมพันธ์เชิงเส้น.pdf
บทที่ 3 กราฟและความสัมพันธ์เชิงเส้น.pdfบทที่ 3 กราฟและความสัมพันธ์เชิงเส้น.pdf
บทที่ 3 กราฟและความสัมพันธ์เชิงเส้น.pdfssusera0c3361
 
หัวกระดาษข้อสอบ
หัวกระดาษข้อสอบหัวกระดาษข้อสอบ
หัวกระดาษข้อสอบworapanthewaha
 

What's hot (20)

ใบงานวิทย์ ม.1
ใบงานวิทย์ ม.1ใบงานวิทย์ ม.1
ใบงานวิทย์ ม.1
 
ใบกิจกรรมที่ 2 เรื่อง กล้องจุลทรรศน์
ใบกิจกรรมที่ 2 เรื่อง กล้องจุลทรรศน์ใบกิจกรรมที่ 2 เรื่อง กล้องจุลทรรศน์
ใบกิจกรรมที่ 2 เรื่อง กล้องจุลทรรศน์
 
Lesson3 plantgrowth2
Lesson3 plantgrowth2Lesson3 plantgrowth2
Lesson3 plantgrowth2
 
วิจัยในชั้นเรียนไม่ส่งการบ้าน
วิจัยในชั้นเรียนไม่ส่งการบ้านวิจัยในชั้นเรียนไม่ส่งการบ้าน
วิจัยในชั้นเรียนไม่ส่งการบ้าน
 
เล่มที่ 5 กิจกรรม STEM และมือกล
เล่มที่ 5 กิจกรรม STEM และมือกลเล่มที่ 5 กิจกรรม STEM และมือกล
เล่มที่ 5 กิจกรรม STEM และมือกล
 
6แบบทดสอบการลำเลียงสารผ่านเซลล์
6แบบทดสอบการลำเลียงสารผ่านเซลล์6แบบทดสอบการลำเลียงสารผ่านเซลล์
6แบบทดสอบการลำเลียงสารผ่านเซลล์
 
ข้อสอบคณิตศาสตร์ ม.1 เทอม 2 ชุดที่ 2
ข้อสอบคณิตศาสตร์ ม.1 เทอม 2 ชุดที่ 2ข้อสอบคณิตศาสตร์ ม.1 เทอม 2 ชุดที่ 2
ข้อสอบคณิตศาสตร์ ม.1 เทอม 2 ชุดที่ 2
 
Gat2 มี.ค. 56
Gat2 มี.ค. 56Gat2 มี.ค. 56
Gat2 มี.ค. 56
 
Gat2 ต.ค. 55
Gat2 ต.ค. 55Gat2 ต.ค. 55
Gat2 ต.ค. 55
 
O-net ม.6 คณิตศาสตร์ 56 +เฉลย
O-net ม.6 คณิตศาสตร์ 56 +เฉลยO-net ม.6 คณิตศาสตร์ 56 +เฉลย
O-net ม.6 คณิตศาสตร์ 56 +เฉลย
 
BiOsaman2564
BiOsaman2564BiOsaman2564
BiOsaman2564
 
2. ข้อสอบ o net วิทยาศาสตร์ (มัธยมต้น)
2. ข้อสอบ o net วิทยาศาสตร์ (มัธยมต้น)2. ข้อสอบ o net วิทยาศาสตร์ (มัธยมต้น)
2. ข้อสอบ o net วิทยาศาสตร์ (มัธยมต้น)
 
บทที่3การสืบพันธุ์เจริญเติบโตพืชดอก
บทที่3การสืบพันธุ์เจริญเติบโตพืชดอกบทที่3การสืบพันธุ์เจริญเติบโตพืชดอก
บทที่3การสืบพันธุ์เจริญเติบโตพืชดอก
 
Gat2 มี.ค. 58
Gat2 มี.ค. 58Gat2 มี.ค. 58
Gat2 มี.ค. 58
 
ทฤษฎีและพลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ทฤษฎีและพลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีทฤษฎีและพลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ทฤษฎีและพลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
 
ขั้นตอนการทำผ้าบาติก
ขั้นตอนการทำผ้าบาติกขั้นตอนการทำผ้าบาติก
ขั้นตอนการทำผ้าบาติก
 
วิทย์ ป.1
วิทย์ ป.1วิทย์ ป.1
วิทย์ ป.1
 
ใบงานที่ 4 ตารางธาตุ
ใบงานที่ 4 ตารางธาตุใบงานที่ 4 ตารางธาตุ
ใบงานที่ 4 ตารางธาตุ
 
บทที่ 3 กราฟและความสัมพันธ์เชิงเส้น.pdf
บทที่ 3 กราฟและความสัมพันธ์เชิงเส้น.pdfบทที่ 3 กราฟและความสัมพันธ์เชิงเส้น.pdf
บทที่ 3 กราฟและความสัมพันธ์เชิงเส้น.pdf
 
หัวกระดาษข้อสอบ
หัวกระดาษข้อสอบหัวกระดาษข้อสอบ
หัวกระดาษข้อสอบ
 

Similar to สารชีวโมเลกุล

บทที่ 3 สารชีวโมเลกุล
บทที่ 3 สารชีวโมเลกุลบทที่ 3 สารชีวโมเลกุล
บทที่ 3 สารชีวโมเลกุลJariya Jaiyot
 
เรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular rispiration น้องๆสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติ...
เรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular rispiration น้องๆสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติ...เรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular rispiration น้องๆสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติ...
เรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular rispiration น้องๆสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติ...kasidid20309
 
ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular respiration (t)
 ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular respiration (t) ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular respiration (t)
ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular respiration (t)kasidid20309
 
สมบัติของธาตุและสารประกอบ2
สมบัติของธาตุและสารประกอบ2สมบัติของธาตุและสารประกอบ2
สมบัติของธาตุและสารประกอบ2ครูแป้ง ครูตาว
 
เรื่องสารเคมีภายในเซลล์ cytochemistry ตอนที่ 1
เรื่องสารเคมีภายในเซลล์ cytochemistry ตอนที่ 1เรื่องสารเคมีภายในเซลล์ cytochemistry ตอนที่ 1
เรื่องสารเคมีภายในเซลล์ cytochemistry ตอนที่ 1kasidid20309
 
เผยแพร่ความรู้
เผยแพร่ความรู้เผยแพร่ความรู้
เผยแพร่ความรู้songsak52236
 
สารชีวโมเลกุล ตอนที่ 3
สารชีวโมเลกุล ตอนที่ 3สารชีวโมเลกุล ตอนที่ 3
สารชีวโมเลกุล ตอนที่ 3sailom
 
Biomolecule
BiomoleculeBiomolecule
BiomoleculeYow Yowa
 
หลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิต
หลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิตหลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิต
หลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิตIssara Mo
 
การสลายสารอาหารระดับเซลล์
การสลายสารอาหารระดับเซลล์การสลายสารอาหารระดับเซลล์
การสลายสารอาหารระดับเซลล์Y'tt Khnkt
 

Similar to สารชีวโมเลกุล (20)

ไอโบโมเลกุล
ไอโบโมเลกุลไอโบโมเลกุล
ไอโบโมเลกุล
 
บทที่ 3 สารชีวโมเลกุล
บทที่ 3 สารชีวโมเลกุลบทที่ 3 สารชีวโมเลกุล
บทที่ 3 สารชีวโมเลกุล
 
สมร
สมรสมร
สมร
 
สมร
สมรสมร
สมร
 
เรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular rispiration น้องๆสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติ...
เรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular rispiration น้องๆสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติ...เรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular rispiration น้องๆสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติ...
เรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular rispiration น้องๆสามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติ...
 
ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular respiration (t)
 ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular respiration (t) ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular respiration (t)
ชีววิทยาเรื่อง การหายใจระดับเซลล์ cellular respiration (t)
 
สมบัติของธาตุและสารประกอบ2
สมบัติของธาตุและสารประกอบ2สมบัติของธาตุและสารประกอบ2
สมบัติของธาตุและสารประกอบ2
 
385
385385
385
 
เรื่องสารเคมีภายในเซลล์ cytochemistry ตอนที่ 1
เรื่องสารเคมีภายในเซลล์ cytochemistry ตอนที่ 1เรื่องสารเคมีภายในเซลล์ cytochemistry ตอนที่ 1
เรื่องสารเคมีภายในเซลล์ cytochemistry ตอนที่ 1
 
Springer link
Springer linkSpringer link
Springer link
 
B01[1]
B01[1]B01[1]
B01[1]
 
เผยแพร่ความรู้
เผยแพร่ความรู้เผยแพร่ความรู้
เผยแพร่ความรู้
 
P1
P1P1
P1
 
B01[1]
B01[1]B01[1]
B01[1]
 
อบรม
อบรมอบรม
อบรม
 
Protein
ProteinProtein
Protein
 
สารชีวโมเลกุล ตอนที่ 3
สารชีวโมเลกุล ตอนที่ 3สารชีวโมเลกุล ตอนที่ 3
สารชีวโมเลกุล ตอนที่ 3
 
Biomolecule
BiomoleculeBiomolecule
Biomolecule
 
หลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิต
หลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิตหลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิต
หลักการทางเคมีของสิ่งมีชีวิต
 
การสลายสารอาหารระดับเซลล์
การสลายสารอาหารระดับเซลล์การสลายสารอาหารระดับเซลล์
การสลายสารอาหารระดับเซลล์
 

สารชีวโมเลกุล

  • 1. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า1 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3. สารชีวโมเลกุล สารชีวโมเลกุลเป็นสารทีสิงมีชีวิตใช้ในการดํารงชีวิต ซึงจําแนกได้เป็น 4 ประเภทได้แก่ โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ลิปิด และกรดนิวคลีอิก ซึงทังสีประเภทเกียวข้องกับการดํารงชีวิตคือ ช่วยให้ ร่างกายเจริญเติบโต ให้พลังงานในการทํากิจกรรมต่างๆ ช่วยให้ร่างกายแข็งแรง และช่วยถ่ายทอด ลักษณะทางพันธุกรรมอาหารทีรับประทานเข้าไปมีสารอาหาร 6 ประเภทคือ ไขมัน คาร์โบไฮเดรต โปรตีน แร่ธาตุ วิตามิน และนํา ซึงแร่ธาตุ วิตามิน และนําไม่ใช่สารชีวโมเลกุลเนืองจากเป็นสาร อนินทรีย์ สารชีวโมเลกุลทีกล่าวไปทัง 4 ประเภททีกล่าวไปนีมีโครงสร้าง สมบัติ การเกิดปฏิกิริยา อย่างไร จะได้ศึกษาจากบทนี 3.1 โปรตีน (Protein) โปรตีนเป็นสารประเภทพอลิเพปไทด์ทีมีโครงสร้างของโมเลกุลทีซับซ้อน มีธาตุประกอบ หลักซึงประกอบด้วย คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน โปรตีนเป็นสารทีพบมากทีสุด ในสิงมีชีวิตมากกว่าครึงหนึงของนําหนักแห้ง (dry weight) ของเซลล์ทัวไป โปรตีนมีบทบาทสําคัญ ในกระบวนการทางชีวเคมีทุกชนิด ดังนันความรู้เกียวกับโครงสร้างและการทํางานของโปรตีนจึงมี ความสําคัญมาก 3.1.1 กรดอะมิโนและพันธะเพปไทด์ เมือสลายโปรตีนด้วยกรดจะได้สารอินทรีย์ง่ายๆ เรียกว่า กรดอะมิโน (amino acid) ซึงมี สูตรโครงสร้างเป็น NH2-CHR-COOH ในสูตรโครงสร้างนีอะตอมคาร์บอนในตําแหน่งอัลฟาจะเป็น อะตอมคาร์บอนไม่สมมาตร (asymmetric carbon atom) ดังนันกรดอะมิโนทุกตัว นอกจากไกลซีน จะมีสเตริโอไอโซเมอร์ได้สองชนิด คือ D- และ L- โดยทีกรดอะมิโนในธรรมชาติส่วนใหญ่เป็นชนิด L-isomer สารชีวโมเลกุล โปรตีน คาร์โบไฮเดรต ลิปิด กรดนิวคลีอิก
  • 2. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า2 สารชีวโมเลกุล 2/2554 โปรตีนเกิดจากกรดอะมิโนสร้างพันธะด้วยพันธะเพปไทด์ เชือมต่อกันระหว่างโมเลกุล ซึงมี การจัดเรียงลําดับ ชนิด และจํานวนทีแตกต่างกัน เกิดเป็นโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ทีมีมวล โมเลกุลมาก H2N CH C CH3 O H N CH C CH3 OH O H2N CH C CH3 OH O H N CH C CH3 OH O H Peptide bond + H2O โปรตีนเป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติทีเกิดจากการรวมตัวของกรดอะมิโนจํานวนมาก โปรตีนมี หลายชนิด โปรตีนนับหมืนชนิดในร่างกายประกอบด้วยกรดอะมิโน 20 ชนิดเป็นโครงสร้างพืนฐาน กรดอะมิโนบางชนิดร่างกายสังเคราะห์ขึนเองได้ บางชนิดร่างกายสังเคราะห์ขึนเองไม่ได้เรียก กรดอะมิโนทีสังเคราะห์ขึนเองไม่ได้นีว่า กรดอะมิโนจําเป็น ซึงได้แก่ เมไทโอนีน ทรีโอนีน ไลซีน เวลีน ลิวซีน ไอโซลิวซีน ฟีนิวอะลานีน ทริปโตเฟน ฮีสติดีน และอาร์จีนีน เมือ พิจารณากรดอะมิโนแต่ละชนิดจะมีองค์ประกอบพืนฐานทีเหมือนกันคือ หมู่คาร์บอกซิลิก และ หมู่เอ มีน ซึงหมู่อะมิโนเหล่านีสามารถแบ่งออกเป็น4 ชนิดหลักได้แก่hydrophobic polar acidic และ basic บทบาทของกรดอะมิโนแต่ละชนิดในการทํางานของโปรตีนขึนอยู่กับคุณสมบัติของโซ่ข้าง 4 ประการ ได้แก่ ลักษณะความมีขัว คุณสมบัติการแตกตัว ความสามารถในการเกิดพันธะไฮโดรเจน และ คุณสมบัติเฉพาะตัวของสาร รูปที 3.1โครงสร้างพืนฐานของกรดอะมิโน
  • 3. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า3 สารชีวโมเลกุล 2/2554 ตารางที 3.1 โครงสร้างและชนิดของกรดอะมิโนทีมีโซ่ข้างไม่มีขัว (hydrophobic) (Garrett, 2548) กรดอะมิโน สูตรโครงสร้าง pKaR pKaC pKaN pI โซ่ข้าง (side chain) Alanine (Ala, A) C CH3 COOH H2N H - 2.4 9.9 6.15 Valine (Val, V) C CH COOH H2N H CH3 CH3 - 2.3 9.7 6.00 Leucine (Leu, L) C CH2 COOH H2N H CH CH3 CH3 - 2.3 9.7 6.00 Isoleucine (Ile, I) C CH COOH H2N H CH2CH3 CH3 - 2.3 9.8 6.05 Methionine (Met, M) - 2.1 9.3 5.70 Phenyl alanine (Phe, F) C CH2 COOH H2N H - 2.2 9.3 5.75 Tryptophan (Trp, W) C CH2 COOH H2N H C HC N H - 2.5 9.4 5.95 Proline (Pro, P) - 2.0 10.6 6.30
  • 4. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า4 สารชีวโมเลกุล 2/2554 ตารางที 3.2 โครงสร้างและชนิดของกรดอะมิโนทีมีโซ่ข้างมีขัว (Polar, Uncharged) (Garrett, 2548) กรดอะมิโน สูตรโครงสร้าง pKaR pKaC pKaN pI โซ่ข้าง (side chain) Tyrosine (Tyr, Y) C CH2 COOH H2N H OH 10.5 2.2 9.2 5.70 Cysteine (Cys, C) C CH2 COOH H2N H SH 8.4 1.9 10.7 5.15 Asparagine (Asn, N) C CH2 COOH H2N H C O NH2 - 2.1 8.7 5.40 Glutamine (Gln, Q) C CH2CH2 COOH H2N H C O NH2 - 2.2 9.1 5.65 Serine (Ser, S) C CH2OH COOH H2N H - 2.2 9.2 5.70 Threonine (Thr, T) C CHCH3 COOH H2N H OH - 2.1 9.1 5.60 Glycine (Gly, G) C H COOH H2N H - 2.4 9.8 6.10
  • 5. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า5 สารชีวโมเลกุล 2/2554 ตารางที 3.3 โครงสร้างและชนิดของกรดอะมิโนทีมีโซ่ข้างเป็นกรด (Acidic) (Garrett, 2548) กรดอะมิโน สูตรโครงสร้าง pKaR pKaC pKaN pI โซ่ข้าง (side chain) Aspartic acid (Asp,D) C CH2 COOH H2N H C O OH 3.9 2.0 9.9 2.95 Glutamic acid (Glu, E) C CH2 COOH H2N H CH2 C O OH 4.1 2.1 9.5 3.10 ตารางที 3.4 โครงสร้างและชนิดของกรดอะมิโนทีมีโซ่ข้างเป็นเบส (basic) (Garrett, 2548) กรดอะมิโน สูตรโครงสร้าง pKaR pKaC pKaN pI โซ่ข้าง (side chain) Lysine (Lys, K) C CH2CH2CH2CH2NH2 COOH H2N H 10.5 2.2 9.1 9.80 Arginine (Arg, R) C CH2CH2CH2NHCH2NH2 COOH H2N H NH 12.5 1.8 9.0 10.75 Hitidine (His, H) C CH2 COOH H2N H CHC HN C H N 6.0 1.8 9.3 7.65 ในบางครังจําแนกสารตามความแตกต่างกันทีโซ่แขนง หรือ R group ได้ 7 แบบได้แก่ กลุ่ม aliphatic ได้แก่ ไกลซีน อะลานีน เวลีน ลูซีน และ ไอโซลูซีนกลุ่ม aromatic ได้แก่ เฟนิลอะลานีน ทริปโตเฟน และ ไทโรซีน กลุ่ม Sulphur ได้แก่ ซีสเตอีน และ เมไธโอนีน กลุ่ม acidic ได้แก่ กรดแอสปาร์ติค และ กรดกลูตามิค กลุ่ม basic ได้แก่ ไลซีน อาร์จินีน และ ฮีสติดีน กลุ่ม amide ได้แก่ แอสปาราจีน และ กลูตามีนกลุ่ม Hydroxy ได้แก่ เซรีน และ ธรีโอนีน และกลุ่มสุดท้ายได้แก่ กลุ่ม Imino ได้แก่ โปรลีน
  • 6. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า6 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.1.2 คุณสมบัติของกรดอะมิโน เนืองจากกรดอะมิโนมีหมู่อะมิโนและหมู่คาร์บอกซิลิกเป็นหมู่ฟังก์ชันจึงมีสมบัติดังนี การละลายนํา กรดอะมิโนเป็นผลึกของแข็งสีขาว ละลายนําได้และละลายในโมเลกุลทีมีขัว จุด หลอมเหลวของกรดอะมิโนค่อนข้างสูงเมือเทียบกับสารอินทรีย์อืนๆ ทีมีมวลโมลเลกุลใกล้เคียงกัน เนืองจากแรงยึดเหนียวระหว่างโมเลกุลเป็นพันธะไฮโดรเจน ความเป็นกรด-เบสของกรดอะมิโนมี สมบัติเป็นทังกรดและเบส เนืองจากมีองค์ประกอบเป็นหมู่ฟังก์ชันของ –COOH ซึงมีสมบัติเป็นกรด และหมู่ –NH2ซึงมีสมบัติเป็นเบส กรดอะมิโนจึงเป็นสาประเภทแอมโฟเทอริก ซึงแตกตัวเป็นไอออน ในสารละลายได้คล้ายสารประกอบไอออนิก ต่างกันทีโมเลกุลของกรดอะมิโนมีทังประจุบวกและ ประจุลบ จึงเกิดเป็นไอออน 2 ขัวทีเรียกว่า zwiiter ion ทําให้ผลรวมของประจุไฟฟ้าในโมเลกุลเป็น ศูนย์ ประจุไฟฟ้าในโมเลกุลของกรดอะมิโนเปลียนแปลงได้เมือมีการเปลียนสภาพความเป็นกรด- เบสของสารละลายดังนี ในสารละลายทีมี pH ตํา ในสารละลายทีมี pH สูง กรดอะมิโนรับ H+ ในสารละลายกรด และให้ H+ ในสารละลายเบส กรดอะมิโนจึงสามารถทํา ปฏิกิริยากับสารละลายทีมีสมบัติเป็นกรดหรือเบสได้ เมือกรดอะมิโนทําปฏิกิริยากับสารละลายกรด H3C H C COOH NH2 HCl H3C H C COOH NH3Cl
  • 7. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า7 สารชีวโมเลกุล 2/2554 และเมือทําปฏิกิริยากับเบสจะได้ H3C H C COOH NH2 NaOH H3C H C COO- Na+ NH2 H2O และเมือพิจารณาค่า pK ของกรดอะมิโนแต่ละชนิดตัวอย่างเช่น อะลานีนซึงมีค่า pKaCเท่ากับ 2.4 และ pKaNเท่ากับ 9.9 หากนําค่า pKaC บวกกับ pKaNแล้วหาร 2 จะได้ค่า PKIซึงเรียกค่านีว่า Isoelectric point ซึงเป็นค่าทีทําให้ประจุรวมของกรดอะมิโนมีประจุรวมเป็นศูนย์ แสดงดังสมการ และเมือพิจารณากรดอะมิโนทีมีสมบัติเป็นกรด เช่นกรดแอสปาติคพบว่ามีค่า pKaCเท่ากับ 2.0pKaN เท่ากับ 9.9 และ pKaRเท่ากับ 3.9 เมือพิจารณาสมการเคมีพบว่าสามารถหาค่า pI ได้จาก ผลรวม ของ pKaC กับ pKaR แล้วหาร 2 ได้ pI เท่ากับ 2.95 3.1.3 การสังเคราะห์ αααα-amino acids การสังเคราะห์กรดอะมิโนทําได้หลายวิธี วิธีการหนึงทีใช้ได้แก่วิธี Strecker Synthesis โดย ใช้ ไฮโดรเจนไซยาไนด์และแอมโมเนียทําปฏิกิริยากับแอลดีไฮด์ ดังสมการ
  • 8. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า8 สารชีวโมเลกุล 2/2554 กลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี 3.1.4โครงสร้างของโปรตีน สิงมีชีวิตส่วนใหญ่ใช้กรดอะมิโนเป็นสารตังต้นในการสังเคราะห์โปรตีน โดยกรดอะมิโน หลายโมเลกุลยึดเหนียวกันด้วยพันธะเพปไทด์ ถ้ากรดอะมิโน 2 โมเลกุลเกิดปฏิกิริยารวมตัวกันจะ ได้สารประกอบทีเรียกว่า ไดเพปไทด์ กรดอะมิโน 3 โมเลกุลทําปฏิกิริยารวมตัวกันจะได้ สารประกอบ ไตรเพปไทด์ และถ้ากรดอะมิโนหลายๆ โมเลกุลทําปฏิกิริยากันจนเกิดเป็นสายยาว เรียกว่า พอลิเพปไทด์ H2N CH C CH3 OH O H2N CH C H OH O H2N CH C CH3 O H N CH C H OH O H2O ในการเขียนสูตรโครงสร้างเปปไทด์จะหันด้าน –NH2ไว้ด้านซ้ายมือ และ –COOH ไว้ด้านขวามือ และเรียกด้านทีมี -NH2ว่า N-terminal และ ด้าน –COOH ว่า C-terminal
  • 9. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า9 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.1.5การเรียกชือโปรตีน การเรียกชือโปรตีนไดเพปไทด์และไตรเพปไทด์ ให้เรียกชือตามลําดับของกรดอะมิโน โดย เรียกชือกรดอะมิโนลําดับแรกด้วยการลงท้ายด้วย –yl ตามด้วยชือกรดอะมิโนตัวสุดท้าย เช่น 3.1.6การทดสอบพันธะเพปไทด์ การทดสอบพันธะเพปไทด์ด้วยสารละลายเจือจาง CuSO4ในสารละลายเบส เรียกว่า ปฏิกิริยา ไบยูเรต ซึงจะให้ผลกับสารทีประกอบด้วยพันธะเพปไทด์ตังแต่ 2 พันธะขึนไป เป็น ปฏิกิริยาทีใช้ทดสอบสารประเภทโปรตีนได้ทุกชนิด รวมถึงผลิตภัณฑ์ทีเกิดจากการไฮโดรไลซ์ โปรตีนทียังเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึงให้ผลการทดสอบเป็นสีนําเงินม่วง
  • 10. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ รูปที 3.2การเกิดปฏิกิริยาสารเชิงซ้อนของโลหะ ( 3.1.7 ไฮโดรไลซิสเปปไทด์ เมือโปรตีนหรือเปปไทด์ถูก สลายกลายเป็นกรดอะมิโนได้ ซึงเราสามารถทดสอบว่ามีกรดอะมิโนหรือไม่โดยใช้ Ninhydrin จะทําปฏิกิริยากับ เกิดปฏิกิริยากับ proline ไม่เกิดปฏิกิริยากับ Ninhydrin Indane-1,2 O O O2 R ยนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) สารชีวโมเลกุล การเกิดปฏิกิริยาสารเชิงซ้อนของโลหะ Cu2+ กับพันธะเพปไทด์ (ทีมา http://www.piercenet.com/media/PDetectBiuretF ไฮโดรไลซิสเปปไทด์ เมือโปรตีนหรือเปปไทด์ถูก reflux กับกรด HCl ความเข้มข้น 6M สลายกลายเป็นกรดอะมิโนได้ ซึงเราสามารถทดสอบว่ามีกรดอะมิโนหรือไม่โดยใช้ จะทําปฏิกิริยากับ α-amino acids ให้สีม่วงเกิดขึน ซึง Ninhydrin proline ได้เนืองจาก proline มีตําแหน่ง α-amino acid เป็น Ninhydrin ninhydrin O O O 2,3-trione +H2O -H2O R CO2 - NH3 + (-H3O+) O O O O N หน้า10 2/2554 กับพันธะเพปไทด์ http://www.piercenet.com/media/PDetectBiuretF6.gif) 6M พันธะเอไมด์จะถูกยอ่ย สลายกลายเป็นกรดอะมิโนได้ ซึงเราสามารถทดสอบว่ามีกรดอะมิโนหรือไม่โดยใช้ Ninhydrin โดย Ninhydrin จะไม่สามารถ เป็น secondary amide จึง O O OH OH R O H CO2
  • 11. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ 3.1.8โครงสร้างของโปรตีน เนืองจากโปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ซึงประกอบด้วยกรดอะมิโนจํานวนมากซึงยึดเหนียว กันด้วยพันธะเพปไทด์และพันธะชนิดอืนๆ ทําให้โปรตีนมีโครงสร้าง 3.1.6.1 จัดลําดับ ชนิด และ จํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนในสายพอลิเมอร์โซ่ยาว ซึงโปรตีนแต่ละชนิดจะมี ลําดับของชนิดและจํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนทีแน่นอน การจัดลําดับกรดอะมิโนโครงสร้างปฐม ภูมิกําหนดให้ปลายหมู่อะมิโนอยู่ด้านซ้าย (C-terminal) (ทีมาhttp://www.msu.edu/course/isb/202/ebertmay/drivers/Protein 3.1.6.2 ขดหรือม้วนตัวของโครงสร้างปฐมภูมิ ถ้าเกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง กรดอะมิโนหนึงกับ N-H โครงสร้างในลักษณะบิด จากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง คู่กัน จะเกิดโครงสร้างแบบแผ่น เรียกว่า แผ่นพลีทบีต้า นอกจากจะเกิดพันธะไฮโดรเจนแล้วยัง สามารถเกิดพันธะไดซัลไฟด์ พันธะไอออนิก เป็นต้น ยนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) สารชีวโมเลกุล โครงสร้างของโปรตีน เนืองจากโปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ซึงประกอบด้วยกรดอะมิโนจํานวนมากซึงยึดเหนียว กันด้วยพันธะเพปไทด์และพันธะชนิดอืนๆ ทําให้โปรตีนมีโครงสร้าง 4 ระดับคือ 1.6.1 โครงสร้างปฐมภูมิ (Primary structure)เป็นโครงสร้างทีแสดงการ จัดลําดับ ชนิด และ จํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนในสายพอลิเมอร์โซ่ยาว ซึงโปรตีนแต่ละชนิดจะมี ลําดับของชนิดและจํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนทีแน่นอน การจัดลําดับกรดอะมิโนโครงสร้างปฐม ภูมิกําหนดให้ปลายหมู่อะมิโนอยู่ด้านซ้าย (N-terminal) และ ปลายคาร์บอ รูปที 3.3โครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีน http://www.msu.edu/course/isb/202/ebertmay/drivers/Protein-primary 1.6.2 โครงสร้างทุติยภูมิ (secondary structure)เป็นโครงสร้างทีเกิดจากการ ขดหรือม้วนตัวของโครงสร้างปฐมภูมิ ถ้าเกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง H ของกรดอะมิโนถัดไปอีก 4 หน่วยในสายพอลิเพปไทด์เดียวกันจะเกิด โครงสร้างในลักษณะบิดเป็นเกลียวซึงเรียกโครงสร้างทุติยภูมิชนิดนีว่า เกลียวแอลฟา และถ้าเกิด จากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง C=O กับ N-H ของกรดอะมีโนระหว่างสายพอลิเพปไทด์ทีอยู่ คู่กัน จะเกิดโครงสร้างแบบแผ่น เรียกว่า แผ่นพลีทบีต้า นอกจากจะเกิดพันธะไฮโดรเจนแล้วยัง ซัลไฟด์ พันธะไอออนิก เป็นต้น หน้า11 2/2554 เนืองจากโปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ซึงประกอบด้วยกรดอะมิโนจํานวนมากซึงยึดเหนียว ระดับคือ เป็นโครงสร้างทีแสดงการ จัดลําดับ ชนิด และ จํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนในสายพอลิเมอร์โซ่ยาว ซึงโปรตีนแต่ละชนิดจะมี ลําดับของชนิดและจํานวนโมเลกุลของกรดอะมิโนทีแน่นอน การจัดลําดับกรดอะมิโนโครงสร้างปฐม และ ปลายคาร์บอกซิลิกอยู่ด้านขวา primary-structure.png) เป็นโครงสร้างทีเกิดจากการ ขดหรือม้วนตัวของโครงสร้างปฐมภูมิ ถ้าเกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่าง C=O ของ หน่วยในสายพอลิเพปไทด์เดียวกันจะเกิด เป็นเกลียวซึงเรียกโครงสร้างทุติยภูมิชนิดนีว่า เกลียวแอลฟา และถ้าเกิด ของกรดอะมีโนระหว่างสายพอลิเพปไทด์ทีอยู่ คู่กัน จะเกิดโครงสร้างแบบแผ่น เรียกว่า แผ่นพลีทบีต้า นอกจากจะเกิดพันธะไฮโดรเจนแล้วยัง
  • 12. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า12 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.1.6.3 โครงสร้างตติยภูมิ (tertiary structure)ซึงประกอบด้วยโครงสร้างทุติย ภูมิหลายส่วนรวมกัน โดยมีแรงยึดเหนียวอ่อนๆ คล้ายโครงสร้างทุติยภูมิ โครงสร้างตติยภูมิของ โปรตีนแต่ละชนิดมีลักษณะจําเพาะขึนอยู่กับลําดับของกรดอะมิโนในสายพอลิเพปไทด์ ทําให้เกิด โครงสร้างทีเหมาะสมในการทําหน้าทีต่างๆ ของโปรตีน รูปที 3.4โครงสร้างทุติยภูมิ (ทีมา http://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/biology/secondary_structure.jpg) รูปที 3.5โครงสร้างตติยภูมิ (ทีมา http://bioweb.wku.edu/courses/biol22000/3AAprotein/images/F03-08C.GIF)
  • 13. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า13 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.1.6.4 โครงสร้างจตุรภูมิ (quaternary structure) เกิดจากการรวมตัวของ หน่วยย่อยชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกันของโครงสร้างตติยภูมิ โดยมีแรงยึดเหนียวเหมือนกับใน โครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิลักษณะโครงสร้างใหม่ขึนอยู่กับโครงสร้างตติยภูมิซึงเป็นหน่วยย่อย โดยอาจรวมกันเป็นลักษณะเป็นก้อนกลม เช่น ฮีโมโกลบินหรือเป็นมัดเส้นใย เช่น คอลลาเจน a) คอลลาเจน b) ฮีโมโกลบิน รูปที 3.6โครงสร้างจตุรภูมิ a) คอลลาเจน และ b) ฮีโมโกลบิน (ทีมาhttp://kvhs.nbed.nb.ca/gallant/biology/quaternary_structure.jpg)
  • 14. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า14 สารชีวโมเลกุล 2/2554 รูปที 3.7ขันตอนการเกิดโครงสร้างทีระดับต่างๆ ของโปรตีน (ทีมา http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/prot_struct-4143.JPG) 3.1.7 ชนิดและหน้าทีของโปรตีน การจัดจําแนกโปรตีนตามตามลักษณะโครงสร้างของสายพอลิเมอร์จําแนกได้2 ประเภาท ดังนี โปรตีนเส้นใย(fiber protein) เกิดจากสายพอลิเพปไทด์หลายเส้นเรียงขนานกัน และพันรอบ กันเองคล้ายเส้นเชือก ละลายนําได้น้อยส่วนใหญ่ทําหน้าทีเป็นโปรตีนโครงสร้าง เพราะมีความ แข็งแรงและยืดหยุ่นสูง ตัวอย่างโปรตีนชนิดนีได้แก่ ไฟโบรอินในเส้นไหม อีลาสตินในเอ็น คอลลา เจนในเนือเยือเกียวพัน เคราตินในผม ขน เล็บ เป็นต้น
  • 15. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า15 สารชีวโมเลกุล 2/2554 โปรตีนก้อนกลม(globular protein) เกิดจากสายพอลิเพปไทด์ม้วนขดพันกันเป็นก้อนกลม ละลายนําได้ดี ส่วนใหญ่ทําหน้าทีเกียวกับเมทาบอลิซึมต่างๆ ทีเกิดขึนภายในเซลล์ ตัวอย่างของ โปรตีนก้อนกลม เช่น เอนไซม์ ฮอร์โมนอินซูลิน ฮีโมโกลบิน โกลบูลินในพลาสมา เป็นต้น นอกจากจะแบ่งโปรตีนตามโครงสร้างแล้วยังสามารถแบ่งตามหน้าทีได้ดังตาราง ตารางที 3.5ชนิด หน้าที และแหล่งทีพบของโปรตีน ชนิดของโปรตีน หน้าที ตัวอย่างแหล่งทีพบ โปรตีนตัวเร่งปฏิกิริยา (Enzyme) เร่งปฏิกิริยาในเซลล์สิงมีชีวิต เอนไซม์ เช่น อะไมเลสใน นําลาย โปรตีนโครงสร้าง ให้ความแข็งแรงและช่วยคง รูปร่างโครงสร้างต่างๆ ของ ร่างกาย คอลลาเจน ซึงพบในกระดูก เอ็น เนือเยือเกียวพัน เคราตินพบในผม ขน เล็บ กีบ สัตว์ ผิวหนัง โปรตีนขนส่ง ขนส่งสารไปสู่ส่วนต่างๆ ของ ร่างกาย ฮีโมโกลบินในเซลล์เม็ดเลือด แดง พาออกซิเจนไปสู่เนือเยือ ต่างๆ ทรานสเฟอริน นําธาตุเหล็กใน นําเลือดจากบริเวณทีสะสมไป ยังม้าม ตับ และ กระดูก โปรตีนสะสม สะสมธาตุต่างๆ เฟอริทิน สะสมธาตุเหล็กใน ตับ ม้าม และไขกระดูก โปรตีนป้องกัน ป้ อ ง กั น ห รื อ กํ า จั ด สิ ง แปลกปลอมทีเข้าในเซลล์ เช่น แบคทีเรีย แอนติบอดี โปรตีนฮอร์โมน ทําหน้าทีแตกต่างกันตามชนิด ของฮอร์โมน เช่น ควบคุมการ เจริญเติบโตของร่างกาย ควบคุมการเผาผลาญ คาร์โบไฮเดรต โกรทฮอร์โมน อินซูลิน กลูคากอน สร้างทีตับ อ่อน ตัวพิษ โปรตีนทีเป็นพิษต่อร่างกาย พิษงู พิษคอตีบ พิษ อหิวาตกโรค
  • 16. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า16 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.1.8 เอนไซม์ (Enzyme) เอ็นไซม์เป็นโปรตีนทีทําหน้าทีเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในเซลล์สิงมีชีวิต ความหมายของเอนไซม์ คือ โปรตีนทีมีลักษณะก้อนกลมทําหน้าทีเร่งปฏิกิริยาการเปลียนแปลงของสารอาหารต่างๆ ใน ร่างกาย และมีความจําเพาะต่อปฏิกิริยาและสารทีช่วยเร่งปฏิกิริยาโดยไม่ต้องเพิมอุณหภูมิหรือ เปลียนแปลงค่า pH ซึงส่งผลให้ร่างกายสามารถควบคุมปฏิกิริยาต่างๆ ได้อย่างเหมาะสม การเรียกชือเอนไซม์ ให้เรียกชือเหมือนสับสเตรททีเกิดปฏิกิริยากับเอนไซม์แล้วลงท้าย พยางค์เป็น เ-ส เช่น ซูโครส เป็น ซูเครส อะไมโลส เป็น อะไมเลส มอลโทส เป็น มอลเทสเป็นต้น 3.1.8.1 สมบัติของเอนไซม์ 1) มีความจําเพาะเจาะจง เอนไซม์ชนิดหนึงใช้ได้กับสับสเตรตเพียงชนิดเดียว เท่านัน 2) เอมไซม์ทําหน้าทีเป็นคะตะเลสทีมีประสิทธิภาพสูง สามารถเร่งปฏิกิริยาได้หลาย เท่ามากกว่าเมือไม่ใส่เอมไซม์ 3.1.8.2 การทํางานของเอนไซม์ เริมต้นด้วยสารตังต้นทีเรียกว่า สับสเตรต จับกับโมเลกุลของเอนไซม์ด้วยการต่อ กับผิวของเอนไซม์ในส่วนทีเรียกว่า บริเวณเร่ง (Active site) ซึงเป็นบริเวณทีมีความจําเพาะและ สามารถต่อกันได้พอดีกับสับสเตรทเพียงชนิดเดียวเท่านัน จึงเปรียบได้กับแม่กุญแจกับลูกกุญแจ จากนันเอนไซม์กับสับสเตรตเกิดการเปลียนแปลงไปเป็นสารประกอบเชิงซ้อน ซึงจะสลายตัวให้ ผลิตภัณฑ์และเอนไซม์กลับคืนมาซึงเอนไซม์เมือเกิดสารประกอบเชิงซ้อนจะทําให้พลังงานกระตุ้นมี ค่าน้อยลงจึงทําให้เกิดปฏิกิริยาได้ง่ายขึน E + S ES P + E เอนไซม์สับสเตรด สารประกอบเชิงซ้อน ผลิตภัณฑ์ เอนไซม์
  • 17. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า17 สารชีวโมเลกุล 2/2554 รูปที 3.8ขันตอนการทํางานของเอนไซม์ (ทีมา http://fig.cox.miami.edu/~cmallery/255/255enz/ES_complex.jpg) a) b) รูปที 3.9ระดับพลังของการดําเนินไปของปฏิกิริยา a) ไม่เกิดและ b) เกิดสารประกอบเชิงซ้อน (ทีมา http://www.atom.rmutphysics.com/charud/scibook/chemistry2/kinetics/pictures/graph9st.gif) ต่อมานักวิทยาศาสตร์พบว่าบริเวณตัวเร่งของเอนไซม์สามารถถูกเหนียวนําให้เหมาะสมกับ สับสเตรตทีเข้ามาจับหรืออาจเปลียนแปลงรูปร่างได้
  • 18. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า18 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.1.8.3 ปัจจัยทีมีผลต่อการทํางานของเอนไซม์ 1) อุณภูมิ เอนไซม์จะทํางานได้ดีจะต้องอยู่ในอุณหภูมิทีเหมาะสม 2) pHเป็นปัจจัยหนึงทีมีผลต่อการทํางานของเอนไซม์ทีทําหน้าทีเร่งปฏิกิริยา หาก pH ไม่เหมาะสมจะทําให้เอนไซม์ทําหน้าทีไม่เต็มที 3) ความเข้มข้นของเอนไซม์ หากเพิมความเข้มข้นจะช่วยเร่งปฏิกิริยาให้เกิดเร็วขึน แต่ถ้ามากเกินพออัตราการเกิดปฏิกิริยาจะมีค่าคงที 4) ปริมาณสารตังต้น มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาของเอนไซม์ เมือเพิมสับสเตรต อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิมขึน แต่เมือยิงเพิมปริมาณของสับสเตรตมากเกินพอ อัตราการ เกิดปฏิกิริยาจะไม่เกิดเร็วขึน เมือระดับหนึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะคงทีเนืองจากไม่ได้เพิมปริมาณ ของเอนไซม์ 3.1.9 การแปลงสภาพโปรตีน โปรตีนแต่ละชนิดมีโครงสร้างสามมิติทีจําเพาะต่อการทํางานทีแตกต่างกัน ถ้าแรงยึดเหนียว ในโครงสร้างสามมิติของโปรตีนถูกทําลาย จะทําให้โครงสร้างของโปรตีนเปลียนแปลงไป โดยการ คลายตัวออกและไม่สามารถทําหน้าทีทางชีวภาพได้ เรียกว่า การแปลงสภาพโปรตีน ซึงปัจจัยทีทํา ให้โปรตีนเกิดเปลียนสภาพได้แก่ ความร้อน pH เติมเอทานอลการเติม Pb(NO3)2 ลักษณะการแปลง สภาพของโปรตีน ได้แก่ การแข็งตัว ไม่ละลายนํา เกิดตะกอนขุ่นขาว จับตัวเป็นก้อนขุ่นขาว เนืองจากเสียสภาพทางชีวภาพและความเป็นระเบียบของโครงสร้าง กลไกการเสียสภาพโปรตีนใน สภาวะทีเป็นกรด-เบส ได้แก่ โปรตีนจะให้หรือรับ H+ แล้วเกิดเป็นไอออน สามารถจับไอออนอืนได้ และไอออนลบทีแตกตัวออกจากสารละลายกรดเป็นไอออนขนาดใหญ่ จึงทําให้ไอออนของโปรตีน รวมตัวกันเป็นก้อนได้ ในตัวทําละลายอินทรีย์สารจะเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโปรตีน ทําให้โปรตีน แข็งตัวและละลายนําได้น้อยลง ในสารละลายทีมีไอออนของโลหะหนัก เช่น Pb2+ และ Ag+ จะเกิด การจับตัวระหว่างไอออนบอกของโลหะหนักกับกรดอะมิโนในโปรตีนด้านคาร์บอกซิล เกิดเกลือคาร์ บอกซิเลต ซึงละลายนําได้น้อยลง จึงเกิดการตกตะก้อน
  • 19. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า19 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.2 คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrate) คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrate)(มนตรี, 2542) เป็นสารชีวโมเลกุลทีสําคัญทีเป็น องค์ประกอบของสิงมีชีวิตทุกชนิด คําว่าคาร์โบไฮเดรตมีรากศัพท์มาจากคําว่า คาร์บอน (carbon) และคําว่าไฮเดรต (hydrate) อิมตัวไปด้วยนํา ซึงรวมกันก็หมายถึงคาร์บอนทีอิมตัวไปด้วยนํา เนืองจากสูตรเคมีอย่างง่ายก็คือ (C•H2O)nซึง n≥3 หน่วยทีเล็กทีสุดของคาร์โบไฮเดรตก็คือนําตาล โมเลกุลเดียวหรือเรียกว่าโมโนแซคคาร์ไรด์ คาร์โบไฮเดรตทีพบทัวไปในชีวิตประจําวัน ได้แก่ นําตาล แป้ง เซลลูโลส และไกลโคเจน โดยส่วนใหญ่พบแป้งและเซลลูโลสในพืช ส่วนไกลโคเจนพบ ในเซลล์เนือเยือ นําไขข้อในสัตว์และผนังเซลล์ คาร์โบไฮเดรตเป็นสารประกอบประเภทแอลดีไฮด์ (aldehyde) หรือ คีโตน (ketone) ทีมี หมู่ไฮดรอกซีหลายหมู่ซึงเราสามารถจําแนกคาร์โบไฮเดรตสามจําพวกใหญ่ๆ ตามจํานวนหน่วยของ นําตาลได้ดังนี 3.2.1 มอนอแซ็กคาไรด์ (Monosaccharide) หรือนําตาลโมเลกุลเดียว นําตาลโมเลกุลเดียวเป็นหน่วยนําตาลทีเล็กทีสุดประกอบด้วยคาร์บอน 3 ถึง 8 อะตอม จึง สามารถจําแนกนําตาลประเภทโมเลกุลเดียวตามจํานวนคาร์บอนทีเป็นองค์ประกอบคือ จํานวนคาร์บอน ชือ 3 ไตรโอส 4 เทโทรส 5 เพนโทส 6 เฮกโซส มอนอแซ็กคาไรด์ทีพบมากในธรรมชาติส่วนใหญ่เป็นเพนโทสและเฮกโซส เพนโทสทีพบ มากได้แก่ ไรโบสและไรบูโรส และ เฮกโซสทีมากได้แก่ กลูโคส ฟรักโทส และกาแลกโทสซึงมี โครงสร้างดังนี
  • 20. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า20 สารชีวโมเลกุล 2/2554 รูปที 3.10โครงสร้างของนําตาลโมเลกุลเดียวทีพบมากในธรรมชาติ และหากจําแนกนําตาลเพนโทสและเฮกโซสตามหมู่ฟังก์ชันสามารถจําแนกได้สองกลุ่ม ได้แก่ กลุ่มของนําตาลทีมีหมู่อัลดีไฮด์จะเรียกนําตาลเหล่านีว่าอัลโดส (Aldose) เช่น ไรโบส กลูโคส กาแลกโทส แอลโทรส แอลโลส เป็นต้น และกลุ่มนําตาลทีมีหมู่ฟังก์ชันเป็นคีโตนจะเรียกนําตาลกลุ่ม นีว่าคีโตส (Ketose) ตัวอย่างเช่น นําตาลไรบูโรสนําตาลฟรักโทส นําตาลซอร์โบส เป็นต้น นําตาล โมเลกุลเดียวเหล่านีมักมีคาร์บอนทีไม่สมมาตร (Asymmetric carbon) กล่าวคือ พันธะทังสีของ อะตอมนีจับกับหมู่ทีไม่เหมือนกัน ซึงเมือนําตาลโมเลกุลเดียวมีคาร์บอนทีไม่สมมาตรมากกว่าหนึง อะตอมจะมีจํานวนไอโซเมอร์เพิมขึน โดยจํานวนไอโซเมอร์สามารถคิดได้จาก 2n โดยที n คือ จํานวนคาร์บอนทีไม่สมมาตรในโมเลกุล และการกําหนดไอโซเมอร์หน้าชือของนําตาลว่าเป็น D- หรือ L- ให้ดูตําแหน่งของหมู่ OH บนคาร์บอนทีไม่สมมาตรทีอยู่ห่างจากหมู่ฟังก์ชันคาร์บอนิลมาก ทีสุด โดยทีหาก OH อยู่ด้านขวามือ จะเป็น D-isomer (R configuration) แต่ถ้า OH อยู่ซ้ายมือจะ เป็น L-isomer (S configuration) และถ้านําตาลโมเลกุลเดียวมีหมู่ OH ทีต่ออยู่กับคาร์บอนทีไม่ สมมาตรต่างกันเพียงตําแหน่งเดียวเรียกว่าเป็น epimer กันดังนัน D-Glucose กับ D-Galactose จึง เป็นคู่ epimer กัน และหากตําแหน่ง OH ต่างกันมากกว่าหนึงตําแหน่ง เรียกว่าเป็นไอโซเมอร์ชนิด diastereomer หรือ diastereoisomer กัน เมือพิจารณาโครงสร้างของมอนอแซ็กคาไรด์ทัง 5 ชนิดทีพบมากทีสุด พบว่ามีสูตรทัวไป RCOH และ RCOHCOR ซึงจะมีสมบัติเป็นตัวรีดิวซ์และสามารถรีดิวซ์คอปเปอร์ (II) ไอออนใน สารละลายเบเนดิกต์ เกิดเป็นคอปเปอร์ (I) ออกไซด์ซึงเป็นตะกอนอิฐสีแดง ดังนัน ไรโบส กลูโคส กาแลกโทส ไรบูโรสและฟรักโทสแบบโซ่เปิดซึงมีหมู่ฟังก์ชันดังกล่าวจึงสามารถ ทดสอบได้ด้วยสารละลายเบเนดิกต์
  • 21. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า21 สารชีวโมเลกุล 2/2554 C C OHH CH2OH O H C C OHH C OHH C OHH CH2OH O H D-Glyceraldehyde C C OHH C OHH CH2OH O H C C HHO C OHH CH2OH O H D-Erythrose D-Threose C C HHO C OHH C OHH CH2OH O H C C OHH C HHO C OHH CH2OH O H C C HHO C HHO C OHH CH2OH O H D-ribose* D-Arabinose D-Xylose D-Lyxose C C OHH C OHH C OHH C OHH CH2OH O H C C HHO C OHH C OHH C OHH CH2OH O H C C OHH C HHO C OHH C OHH CH2OH O H C C HHO C HHO C OHH C OHH CH2OH O H C C OHH C OHH C HHO C OHH CH2OH O H C C HHO C OHH C HHO C OHH CH2OH O H C C OHH C HHO C HHO C OHH CH2OH O H C C HHO C HHO C HHO C OHH CH2OH O H D-Allose D-Altrose D-Glucose* D-Mannose D-Gulose D-Idose D-Galactose* D-Talose รูปที 3.11กลุ่มนําตาลแอลโดส CH2OH C O CH2OH CH2OH C O C OHH C OHH CH2OH Dihydroxyacetone CH2OH C O C OHH CH2OH D-Erythrulose CH2OH C O C HHO C OHH CH2OH D-riburose* D-Xylulose CH2OH C O C OHH C OHH C OHH CH2OH CH2OH C O C HHO C OHH C OHH CH2OH D-Psicose D-Fructose* CH2OH C O C OHH C HHO C OHH CH2OH D-Sorbose CH2OH C O C HHO C HHO C OHH CH2OH D-Tagatose รูปที 3.12กลุ่มนําตาลคีโตส
  • 22. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า22 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.2.1.1 การเกิดวงในนําตาล ในธรรมชาติมอนอแซ็กคาไรด์ส่วนใหญ่มีโครงสร้างทีเป็นวง เนืองจากเป็น โครงสร้างทีเสถียรกว่าโครงสร้างแบบโซ่เปิด โดยการสร้างโครงสร้างแบบวงเกิดจากการ เกิดปฏิกิริยาระหว่าง -C=O กับ –OH ในโมเลกุลเดียวกัน แสดงดังภาพซึงการปิดวงของนําตาล D- Glucose มีลักษณะคล้ายวง pyran จึงเรียกนําตาลทีมีวงชนิดนีว่า Pyranose ส่วนนําตาล D- fructose มีลักษณะวงคล้าย Furan จึงเรียกนําตาลชนิดนีว่า Furanose ในการเกิดวงทําให้นําตาลมีไอโซเมอร์เพิมอีกสองรูปคือ อัลฟา (α) และ เบต้า (β) ซึงต่างกันทีตําแหน่ง OH และ H เมือเกิดการปิดวง วง –OH อยู่ด้านล่างของวงจะเรียกว่าโครงสร้าง แบบอัลฟา และ –OH อยู่ด้านบนเรียกเบต้า ซึงเรียกไอโซเมอร์ชนิดนีว่าอะโนเมอร์ (anomer) และ คาร์บอนตําแหน่งทีเกิดจะเรียกว่า anomeric carbon การแสดงสูตรโครงสร้างนําตาลสามารถแสดง แบบ Fischer projection Haworth projection หรือ แบบ chair form ดังตัวอย่าง รูปที 13 โครงสร้างแบบ Fischer projection Haworth projection และ Chair form
  • 23. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า23 สารชีวโมเลกุล 2/2554 รูปที 3.14การเกิดวงของนําตาล D-Glucose
  • 24. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า24 สารชีวโมเลกุล 2/2554 รูปที 3.15การเกิดวงของนําตาล D-Fructose 3.2.2 ปฏิกิริยาของนําตาล 1) Glycoside formation เมือนํา D-glucose ละลายใน ethanol โดยมีแก๊ส HCl จะเกิด methyl acetals เกิดขึน โดย acetal ของ glucose เรียกว่า glucoside, acetal ของ mannose เรียกว่า mannosides, acetal ของ fructose เรียกว่า fructosides เป็นต้น CH3OH, HClO H HO H HO H OHH OH O H HO H HO H OCH3 OHH H OH O H HO H HO H H OHH OCH3 OH OH
  • 25. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า25 สารชีวโมเลกุล 2/2554 กลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี Glycosides เสถียรในสภาวะทีเป็นเบสแต่เมืออยู่ในสภาวะทีเป็นกรดจะถูก hydrolysis ได้ นําตาลและแอลกอฮอล์ 2) Enolization, Tautomerization และ Isomerization เมือนํา monosacharides ละลายในเบสจะเกิด enolization และ keto-enol tautomerization และนําไปสู่การเกิด isomerization ตัวอย่างเช่น ถ้านํา D-glucose ละลายใน calcium hydroxide ทิงไว้ประมาณ 2-3 วันจะเกิดผลิตภัณฑ์เป็น D-fructose และ D-mantose เกิดขึนในสารละลายด้วย เราเรียกปฏิกิริยาเหล่านีว่า Lobry de Bruyn-Alberda van Ekenstein transformation
  • 26. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า26 สารชีวโมเลกุล 2/2554 CHO OHH HHO OHH OHH CH2OH CHO C OH HHO OHH OHH CH2OH C C OH HHO OHH OHH CH2OH CHO HOH HHO OHH OHH CH2OH O- H OH- OH- H2O H2O H2O OH- D-glucose D-Mannose Enolate ion C C OH HHO OHH OHH CH2OH OHH CH2OH C O HHO OHH OHH CH2OH Tautomerization D-Fructose Enediol 3) การเกิดสารประกอบ ethers ไฮดรอกซีทีเกาะอยู่บนนําตาลสามารถเกิดสารประกอบอีเทอร์ได้โดยใช้ alkyl halide เช่น
  • 27. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า27 สารชีวโมเลกุล 2/2554 ซึง Methyl group ดังกล่าวอาจทําหน้าทีเป็น protecting group ของวงนําตาล หากนํา pentamethyl deirvetive ทําปฏิกิริยากับกรดจะสามารถทําปฏิกิริยากับ –OCH3 เฉพาะตําแหน่งแอลฟาคาร์บอน เท่านันดังสมการเคมี หากใช้ tert-butyldiphenylsilyl (TBDPS) จะสามารถเกิดปฏิกิริยาเฉพาะ primary hydroxyl group เท่านันดังสมการ และสามารถสลาย deprotect TBDBS โดยใช้ Bu4N+ F- ใน THF 4) การเกิดสารประกอบ Ester สาหรับ monosaccharide เมือทําปฏิกิริยากับ acetic anhydride ใน เบสอ่อน จะสามารถ เกิดปฏิกิริยากับหมู่ –OH ในวงนําตาลเกิดเป็น ester ดังสมการ
  • 28. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า28 สารชีวโมเลกุล 2/2554 5) Cyclic acetals จากปฏิกิริยา 1,2-diol กับ ketone จะเกิดสารประกอบ cyclic acetal ได้ 6) ปฏิกิริยา Oxidation ของ Monosacharide รีเอเจนท์ทีใช้ในการระบุหมู่ฟังก์ชันโดยทัวไปจะใช้ปฏิกิริยา oxidation ช่วยในการ ระบุหมู่ฟังก์ชันทีมีอยู่บนสายนําตาล ตัวอย่างปฏิกิริยา Oxidation ของนําตาลโมเลกุลเดียวได้แก่ 6A Benedict’s หรือ Tollens’ reagents: Reducing sugar Tollens testหรือบางครังรู้จักในชือ Silver mirror test เป็นปฏิกิริยาทีใช้ทดสอบนําตาลทีทํา หน้าทีเป็นนําตาลรีดิวซ์ (reducing sugar) ซึงจะให้ผล positive กับนําตาล aldoses และ ketose สารละลาย Benedict เป็นสารละลายทีทําหน้าทีตรวจสอบนําตาลรีดิวซ์เช่นเดียวกับ Tollens ทีสามารถทําสอบนําตาลรีดิวซ์ได้ ซึงนําตาลรีดิวซ์จะเปลียนสารละลาย Benedict จากสีนํา เงินเป็นสีแดง โดยปฏิกิริยาทีเกิดขึนเกิดจาก Cu2+ ไปเป็น Cu+ ดังสมการ
  • 29. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า29 สารชีวโมเลกุล 2/2554 คาร์โบไฮเดรตทีมีโครงสร้างเป็น hemiacetal จะสามารถให้ผลเชิงบวกกับสารละลายทังสอง ซึงจะเรียกนําตาลกลุ่มนีด้วยว่านําตาลรีดีวซ์ 6B) Bromine water: การสังเคราะห์ aldonic acid โบรมีนในนําเป็นรีเอเจนท์ทีใช้ในการเกิด oxidizes –CHO ให้กลาเป็น -CO2H ดังนันจึง สามารถเปลียน aldose ให้กลายเป็น aldonic acid ได้ดังสมการ 6C) Nitric Acid Oxidation: Aldaric acid Nitric acid เป็น strong oxidizing agent มากว่า bromine ในนํา โดยจะ oxidize ทัง –CHO และ –CH2OH ของ aldose ไปเป็น –COOH เกิดเป็น dicarboxylic acid หรือเรียกว่า aldaric acid
  • 30. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า30 สารชีวโมเลกุล 2/2554 6D) Periodate Oxidations: Oxidative Cleavage ของ Polyhydroxy compounds Periodic acid (HIO4) สามารถสลายพันธะระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนทีมี hydroxyl group ทีอยู่ติดกันดังสมการ กลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี ตัวอย่างการเกิดปฏิกิริยา periodate oxidations ในกรณีต่างๆ
  • 31. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า31 สารชีวโมเลกุล 2/2554 Periodic acid ไม่สามารถสลายพันธะทีมี –CH2- ขันระหว่าง C-OH กับ C-OH ดังสมการ 7) ปฏิกิริยา Reduction ของ Monosacharide Aldose และ Ketose สามารถถูกรีดิวซ์โดย NaBH4เกิดสารประกอบ alditols C C OHH CH2OH HO n Aldose Alditol C CH2OH OHH CH2OH n NaBH4 or H2,Pt 8) การสังเคราะห์และการสลายพันธะของนําตาล Monosacharide 8A) Kiliani-Fischer Synthesis เป็นวิธีการเติมคาร์บอนลงในสายโซ่ของ monosaccharide ตัวอย่างเช่นในการสังเคราะห์ D-Erythrose และ D-Threose จาก D-Glyceraldehyde วิธีการสังเคราะห์ขันแรกเติม HCN เกิดเป็น Epimeric cyanohydrin 2 epimer จากนันเติม Ba(OH)2ตามด้วย H3O+ จะเกิดผลิตภัณฑ์เป็น Epimeric aldonic acids ต่อจากนันเติม Na-Hg/H2O ที pH 3-5 ขันตอนโดยสรุปดังสมการ
  • 32. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า32 สารชีวโมเลกุล 2/2554 OH H OH H O D-Glyceraldehyde HCN OH H OH OHH CN OH H OH HHO CN 1) Ba(OH)2 1) Ba(OH)2 2) H3O+ 2) H3O+ OH H OH OHH HO O OH H OH HHO HO O O OH OH O O OH O OH Na-Hg, H2O pH 3-5 Na-Hg, H2O pH 3-5 OH H OH OHH H O OH H OH HHO H O Epimeric cyanohydrins Epimeric aldonic acids D-erythrose D-threose
  • 33. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า33 สารชีวโมเลกุล 2/2554 8B) The Ruff degradation ปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถสลายอะตอมของคาร์บอนออกจากนําตาลได้ ดังสมการ 3.2.3โอลิโกแซ็กคาไรด์ (oligosaccharide) โอลิโกแซ็กคาไรด์ (oligosaccharide) นําตาลจําพวกโอลิโกแซ็กคาไรด์ประกอบด้วยนําตาล โมเลกุลเดียวประมาณ 2-15 หน่วยสร้างพันธะด้วยพันธะไกลโคซิดิก ทีพบมากทีสุดของนําตาลชนิด นีคือนําตาลไดแซ็กคาไรด์ ซึงเกิดจากนําตาลโมเลกุลเดียวรวมตัวกัน 2 หน่วยต่อกัน ได้แก่ ซูโครส เป็นนําตาลทีได้จากต้นอ้อย แล็กโตส นําตาลในนํานม เป็นต้น OH OH H OH H OHH OH CH2OH H OH OH H OH H OHH OH CH2OH H OH OH H H OHH OH CH2OH H OH H OH H OHH OH CH2OH H O H2O รูปที 3.16การเกิดพันธะไกโคซิดิก คุณสมบัติของนําตาลรีดิวซ์ของไดแซ็กคาไรด์จะยังคงมีอยู่ถ้าหากว่าหมู่ –OH ทีต่ออยู่กับ anomeric carbon ของมอนอแซ็กคาไรด์ตัวหลังยังเป็นอิสระทีจะทําให้วงแหวนเปิดออกได้ เช่น ใน กรณีของแลคโตส มอลโตส ในขณะทีนําตาลซูโครสจะหมดคุณสมบัติในการเป็นนําตาลรีดิวซ์ เนืองจาก anomeric carbon ของฟรักโทสไปเชือมต่อกับหมู่ OH ที anomeric carbon ของกลูโคส
  • 34. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า34 สารชีวโมเลกุล 2/2554 OH OH H H OHH OH CH2OH H OH OH H H OHH OH CH2OH H O Maltose (reducing sugar) OOH H H OHH OH CH2OH H OH OH H H OHH OH CH2OH H H O Lactose (reducing sugar) OH OH H OHH OH CH2OH H H CH2OH CH2OH H H OH O H OH O Sucrose รูปที 3.17นําตาลโมเลกุลคู่ทีพบมากในธรรมชาติ 3.2.3 พอลิแซ็กคาไรด์ (polysaccharide) พอลิแซ็กคาไรด์ (polysaccharide) เป็นคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ทีประกอบด้วย มอนอแซ็กคาไรด์หลายๆ โมเลกุลเชือมต่อกันพอลิแซ็กคาไรด์ทีสําคัญต่อสิงมีชีวิต ได้แก่ แป้ง เซลลูโลส และไกลโคเจน ถ้าเราแบ่งพอลิแซ็กคาไรด์ตามหน้าทีสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ พอลิแซ็กคาไรด์สะสมและพอลิแซ็กคาไรด์โครงสร้าง 3.2.3.1 พอลิแซ็กคาไรด์สะสม ซึงทําหน้าทีสะสมอาหาร ได้แก่ แป้งในพืชและ ไกลโคเจนในสัตว์ 1) แป้ง (starch) เป็นสารโมเลกุลใหญ่ทีประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์ 2 ชนิด ด้วยกันคือ อะไมโลส ซึงเป็นพอลิแซ็กคาไรด์แบบโซ่ตรงและอะไมโลเพกตินซึงเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ แบบโซ่กิง โดยทัวไปแป้งประกอบด้วยอะไมโลสประมาณร้อยละ 20 และอะไมโลเพกตินประมาณ ร้อยละ 80 พืชจะสะสมกลูโคสในรูปของแป้งซึงพบแป้งมากในข้าว มันฝรัง ถัว และธัญพืช
  • 35. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ รูปที 3.18 (ทีมา http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b ยนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) สารชีวโมเลกุล OH H H OHH OH CH2OH H OH H O H OHH OH CH2OH H O n>500 α(1 4) Glycosidic linkage 18โมเลกุลของอะไมโลสและการพันเกลียวของโมเลกุลดังกล่าว http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b5/Amylose.png/ Amylose.png) หน้า35 2/2554 n โมเลกุลของอะไมโลสและการพันเกลียวของโมเลกุลดังกล่าว Amylose.png/750px-
  • 36. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า36 สารชีวโมเลกุล 2/2554 OH O H H OHH OH CH2OH H OH H O H OHH OH CH2OH H O α(1 4) Glycosidic linkage ... OH O H H OHH OH CH2OH H OH H H OHH OH H O OH O H H OHH OH CH2OH H OH H O ... H OHH OH CH2OH H O ... α(1 6) Glycosidic linkage รูปที 3.19โครงสร้างโมเลกุลของอะไมโลเพกติน 2) ไกลโคเจน (Glycogen) เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ซึงพบได้ในตับและกล้ามเนือสัตว์ ไกลโคเจนมีสูตรโครงสร้างคล้ายอะไมโลเพกติน แต่มีกิงมากกว่าและสายโมเลกุลสันกว่าละลายนํา ได้น้อย เกิดจากกลูโคสทีได้จากการย่อยอาหารสร้างพันธะต่อกัน แหล่งทีพบไกลโคเจนคือ ใน กล้ามเนือ ในตับ ไกลโคเจนมีความสําคัญต่อการรักษาระดับนําตาลในเลือดให้คงที รูปที 3.20โครงสร้างโมเลกุลของไกลโคเจน (ทีมาhttp://www.chm.bris.ac.uk/motm/glucose/glycogen.gif) 3.2.3.2 พอลิแซ็กคาไรด์โครงสร้าง คือพอลิแซ็กคาไรด์ทีทําหน้าทีเป็นโครงสร้าง ของพืชและสัตว์ ได้แก่ เซลลูโลสและไคติน
  • 37. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า37 สารชีวโมเลกุล 2/2554 1) เซลลูโลส (cellulose) ประกอบด้วยกลูโคสจํานวนมากเชือมต่อกันเป็นพอลิเมอร์ เช่นเดียวกับอะไมโลส แต่ลักษณะการเชือมต่อของกลูโคสต่างกัน OH H H OHH OH CH2OH H OH O H OHH OH CH2OH H O (1 4) Glycosidic linkage H n รูปที 3.21โครงสร้างโมเลกุลของเซลลูโลส 2) ไคติน (chitin) พบมากในเปลือกนอกของสัตว์ทีไม่มีกระดูกสันหลัง หรือผิวที ห่อหุ้มแมลง เช่นกระดองปู เปลือกกุ้ง ประกอบด้วยอะเซติลกลูโคซามีน (N-acetyl-D-glucosamine) โดย chitin ประกอบด้วยหน่วยย่อยของ N-acetyl-D-glucosamine ทีเชือมพันธะด้วยพันธะ β(1-->4) Glycosidic linkage OH H H NHCOCH3H OH CH2OH H OH O H NHCOCH3H OH CH2OH H O H (1 4) Glycosidic linkage n รูปที 3.22โครงสร้างโมเลกุลของไคติน 3.2.4 สมบัติและปฏิกิริยาของคาร์โบไฮเดรต กลูโคส ซูโครสหรือนําตาลทราย แป้ง และเซลลูโลสล้วนเป็นสารประกอบคาร์โบไฮเดรต แต่ จะแตกต่างกันทีขนาดโมเลกุลและมวลโมเลกุล เมือนํา นําตาลทราย แป้งและเซลลูโลสไปต้มกับกรด ซัลฟิวริกจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส เกิดผลิตภัณฑ์เป็นมอนอแซ็กคาไรด์สามารถทําปฏิกิริยากับ สารละลายเบเนดิกส์ได้ตะกอนสีแดงอิฐ ถ้าพิจาณาการละลายนํา พวกโมเลกุลขนาดใหญ่จะละลาย นําได้น้อยแต่ถ้าเป็นพวกมอนอแซ็กคาไรด์ และ ไดแซ็กคาไรด์ซึงเป็นโมเลกุลขนาดเล็กจะละลายนํา ได้ดี
  • 38. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า38 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.3 ลิพิด (Lipid) ลิพิด (Lipid) เป็นสารประกอบทีมีอยู่ในเนือเยือของพืชและสัตว์ เป็นสารชีวโมเลกุลทีมีธาตุ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนเป็นองค์ประกอบหลัก และลิพิดบางชนิดมีธาตุฟอสฟอรัส เป็น องค์ประกอบเช่นฟอสโฟลิฟิดคําว่า lipid มากจากภาษากรีกคําว่า lipos โดยาทัวไปลิปิดจะละลาย ในสตัวทําลายไม่มีขัวเช่น chloroform และ diethyl ether เป็นต้น ตัวอย่าง ลิปิด เช่น O O O R R, R'' O O O Triacylglycerol CH3 OH CH(CH3)2 Menthol (terpenoid) OH Vitamin A (terpenoid) O O O R R, O P O O- O N(CH3)3 Lecithin (phosphatide) O HO H H H Cholesterol ลิพิดเป็นส่วนสําคัญมาก สําหรับสิงมีชีวิตทังพืชและสัตว์ เช่นเป็นส่วนทีสะสมพลังงานเป็น หน่วยโครงสร้างของเซลล์เนือเยือ วิตามิน และอืนๆ สารพวกลิพิดมีโครงสร้างต่างกันเป็นหลายแบบ แบ่งออกเป็น 2 ดังนี (ชนิตา, 2547) 1) Complex Lipid เป็นลิพิดทีถูกไฮโดรไลซ์ได้ง่าย เช่นเอสเทอร์ของกรดไขมัน ขีผึง ฟอสฟอลิฟิด ไกลโคลิพิด 2) Simple Lipid เป็นลิพิดทีไม่ถูกไฮโดรไลซ์ด้วยกรดหรือเบส เช่นสเตอรอยด์ พรอสตา แกลนดินและเทอร์พีน
  • 39. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า39 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.3.1 ไตรเอซีลกลีเซอรอล (Triacylglycerols)(ชนิตา, 2547) ไตรเอซีลกลีเซอรอล (Triacylglycerols) หรือไตรกลีเซอไรด์ (Triglycerides) คือ นํามันและ ไขมันทีได้จากพืชและสัตว์ นํามัน คือไตรเอซิลกลีเซอรอลทีเป็นของเหลวทีอุณหภูมิปกติ ได้แก่นํามันพืชชนิดต่าง ๆ ไขมัน คือไตรเอซิลกลีเซอรอลทีเป็นของแข็งทีอุณหภูมิปกติ ได้แก่ไขมันสัตว์ โครงสร้างของนํามันและไขมัน เป็นไตรเอสเตอร์ของกลีเซอรอลและกรดไขมัน จํานวน คาร์บอนของส่วนไฮโดรเจนทีมาจากกรดไขมันจะเป็นเลขคู่เสมอ เนืองมาจากปฏิกิริยาสังเคราะห์ ทางชีวภาพเริมจากหน่วยอะซีเตด (CH3COO- ) เท่าทีพบมากจะมีจํานวนคาร์บอนเป็น 14, 16 หรือ 18 คาร์บอน ส่วนไฮโดรคาร์บอนของนํามันพืชจะมีพันธะคู่มากกว่าไขมันสัตว์ และมีคอนฟิกูเรชันพันธะคู่ จะเป็นแบบซีส ทําให้จุดหลอมเหลวของนํามันตํา เนืองจากโครงสร้างไม่เอืออํานวยให้โมเลกุลเข้ากัน ได้มาก แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลจึงตํา ส่วนในกรณีของไขมัน ส่วนไฮโดรคาร์บอนเป็นพันธะเดียวเกือบทังหมด ทําให้โมเลกุล สามารถอยู่ใกล้กันได้มาก แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลจึงสูง เป็นผลให้จุดหลอมเหลวของไขมันสูงกว่า นํามัน ตัวอย่างโครงสร้างไขมันสัตว์ เมือ R1, R2และ R3 คือส่วน ไฮโดรคาร์บอนทีมาจากกรดไขมัน
  • 40. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า40 สารชีวโมเลกุล 2/2554 ตัวอย่างโครงสร้างนํามันพืช H2C HC O C O O C O H2C C O O 3.3.2 สมบัติทางเคมีของไตรเอซิลกลีเซอรอล 3.3.2.1 เลขไอโอดีน (Iodine Number) เลขไอโอดีนใช้วัดความไม่อิมตัวของลิพิด ค่าเลขนีคือจํานวนกรัมของไอโอดีนทีต้องใช้ ในการทําปฏิกิริยารวมตัวกับส่วนพันธะคู่ของลิพิดทีมี นําหนัก 100 กรัม รีเอเจนต์ทีใช้คือ ไอโอดีนโบรไมด์ ลิพิดอิมตัวจะมีเลขไอโอดีนเป็น 0 ไขมันสัตว์ จะมีเลขไอโอดีนตํา แต่นํามันพืชจะมีเลขไอโอดีนสูง 3.3.2.2 เลขซาพอนนิฟิ เคชัน (Saponification number)คือค่าจํานวนมิลลิกรัม ของโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ ทีต้องใช้ในการไฮโดรไลซ์ไขมันหรือนํามันหนัก 1 กรัม ค่านีบอก นําหนักโมเลกุลโดยเฉลีย หรือความยาวเฉลียของโซ่คาร์บอนของกรดไขมัน ค่ายิงสูง ยิงมี เปอร์เซ็นต์ไตรกลีเซอไรด์ทีมีโซ่สัน ๆ และนําหนักโมเลกุลตําจํานวนมาก 3.3.2.3 ปฏิกิริยาไฮโดรลิซีสเมือเอนไซม์ ในการย่อยอาหาร เอนไซม์ทีอยู่ในระบบ ทางเดินอาหาร จะทําหน้าทีเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ทําให้เกิดปฏิกิริยาไฮโดรลิซีส กลีเซอรอล กรดไขมัน
  • 41. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า41 สารชีวโมเลกุล 2/2554 โดยทัวไปกรดไขมันจะมีโครสร้างแบบไม่มีกิงและพบจํานวนคาร์บอนทีเป็นจํานวนเลขคู่ เมือ พิจารณาโครงสร้างของกรดไขมันยังพบอีกว่าหากเป็นกรดไขมันชนิดไม่อิมตัวจะมีโครงสร้างแบบ cis-form และ จะไม่เกิดพันธะคู่ทีเป็น conjugate โดยทัวไปเราจะพบพันธะคู่เริมที C9 และ C10 จุด หลอมเหลวของกรดไขมันทีเป็นกรดไขมันอิมตัวจะมีจุดหลอมเหลวสูงกว่ากรดไขมันไม่อิมตัว ปฏิกิริยาทีเกิดขึนกับสายโซ่ของกรดไขมันทีเป็นหมู่ฟังก์ชันได้แก่ R OH O 1)LiAlH4 2)H2O CH3OH, H+ Br2, P SOCl2 R OH R OCH3 O R OH O Br R Cl O 3.3.2.4 ปฎิกิริยาซาปอนนิฟิ เคชัน (Saponification) เมือไตรเอซิลกลีเซอรอลทํา ปฏิกิริยากับเบสแก่เช่นโซเดียมไฮดรอกไซด์ หรือโปแตสเซียมไฮดรอกไซด์ จะให้ผลิตผลเป็นกลีเซ อรอลและเกลือของกรดไขมันซึงคือสบู่นันเอง กลีเซอรอล สบู่
  • 42. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า42 สารชีวโมเลกุล 2/2554 สบู่หรือเกลือของกรดไขมันนันประกอบด้วยส่วนทีมีขัว (Hydrophilic) ซึงเป็นส่วนที ชอบนํา คือ หมู่ –COO- และส่วนทีไม่มีขัว ซึงไม่ชอบนํา (Hydrophobic) คือ ส่วนของไฮโดรคาร์บอน โครงสร้างเช่นนี เรียกว่า Amphiphile โดยเมือละลายในนําจะรวมตัวกัน โดยหันส่วนทีชอบนําไว้ ด้านนอก และเก็บส่วนทีไม่ชอบนําไว้ด้านใน ทําให้เกิดโครงสร้างทีเรียกว่า micelle ซึงทําให้สบู่ สามารถละลายนําได้เพราะสบู่มีส่วนทีมีขัวซึงสามารถละลายนําได้ และสามารถชําระคราบไขมันที ติดอยู่บนภาชนะหรือเสือผ้าได้ เพราะสบู่จะดึงเอาไขมันเข้ามาละลายในส่วนทีไม่มีขัวซึงอยู่ด้านใน polarnon-polar รูปที 3.23ส่วนประกอบของสบู่ รูปที 3.24การจับตัวแบบ micelle 3.3.2 การละลายนําและการชําระล้างไขมันหรือนํามันของสบู่ เมือสบู่ละลายนํา สบู่จะหันส่วนทีไม่มีขัว (ส่วนทีไม่แตกตัว) เข้าหากัน และจับกันเป็นกลุ่มๆ ส่วนทางด้าน (-COO- Na+ ) จะแตกตัวออกเป็นโซเดียมไอออน (Na+ ) และคาร์บอนออกซิเลตไอออน (-COO- ) โซเดียมไอออนทีเกิดขึนจะถูกโมเลกุลของนําล้อมรอบกลายเป็นไอออนทีถูกไฮเดรต (Na+ (aq)) ส่วนทางด้านคาร์บอกซิเลตไอออน (-COO- ) ซึงยังจับอยู่กับส่วนทีไม่มีขัว (สายยาวของ ไฮโดรคาร์บอน) จะชีออกไปยังโมเลกุลของนําทีอยู่ล้อมรอบ
  • 43. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า43 สารชีวโมเลกุล 2/2554 รูปที 3.25การจัดตัวของโมเลกุลสบู่เมือละลายนํา สบู่สามารถกําจัดสิงสกปรกได้ เพราะว่าสิงสกปรกส่วนใหญ่จะถูกห่อหุ้มด้วยไขมันหรือ นํามัน ดังนันการกําจัดสิงสกปรกจึงเสมือนเป็นการกําจัดก้อนไขมันหรือนํามันนันเอง เนืองจาก ไขมันและนํามันไม่ละลายนํา จึงไม่สามารถล้างออกด้วยนําเปล่า แต่สบู่สามารถชําระล้างนํามัน หรือ ไขมันได้เพราะสบู่จะหันปลายข้างทีไม่มีขัว (สายยาวของไฮโดรคาร์บอน) ไปละลายในนํามันหรือ ไขมัน ส่วนด้านทีมีขัว คือ ด้านคาร์บอกซิเลตไอออนจะละลายในนํา โมเลกุลของสบู่จึงล้อมรอบ นํามันกลายเป็นหยดนํามัน รูปที 3.26การกําจัดคราบนํามันและสิงสกปรกของสบู่
  • 44. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า44 สารชีวโมเลกุล 2/2554 3.3.3ปฏิกิริยาของสบู่ในนํากระด้าง นํากระด้างเป็นนําทีประกอบด้วย Fe2+ , Mg2+ และ Ca2+ ของ HCO- 3, Cl- และ SO2- 4 รูปที 3.27ปฏิกิริยาระหว่างนําอ่อน นํากระด้างกับสบู่ (ทีมา“ปฏิกิริยาระหว่างนําอ่อน นํากระด้างกับสบู่” [Online]. Available http://web.ku.ac.th/schoolnet/snet5/topic8/soap.html) ในกรณีนํากระด้างซึงมีไอออนของแคลเซียม แมกนีเซียม หรือเหล็กละลายอยู่ ซึง เกลือ แคลเซียม เกลือแมกนีเซียม และเกลือเหล็กของกรดไขมันจะไม่รวมตัวเป็น Micelle ในนํา ดังนัน เมือใช้สบู่ในนํากระด้างจึงมักตกตะกอนเป็นไคลสีขาวทีเรียกว่า ไคลสบู่ เช่น เมือสบู่ละลายในนํา กระด้างจะได้เกลือแคลเซียม หรือแมกนีเซียมในปริมาณสูง ดังนันจึงถือได้ว่าสามารถใช้สบู่ในการ ทดสอบนําอ่อน ดังทีกล่าวมาจะเห็นได้ว่า นํากระด้างได้ทําให้ประสิทธิภาพการทําความสะอาดของ สบู่จึงลดลง และสินเปลืองในการใช้สบู่จึงได้มีการสังเคราะห์สารซักฟอกซึงมีสมบัติเหมือนเช่นสบู่ แต่ดีกว่าสบู่คือ เมือทําปฏิกิริยากับ Ca2+ , Mg2+ ในนํากระด้างก็ยังละลายนําได้ซึงมีสูตรโครงสร้าง ดังนี R SO3Na คือ เกลือโซเดียมของกรดอัลคิลเบนซัลโฟนิก หรือ R – OS- 3 Na+ คือ เกลือโซเดียมอัลคิลซัลเฟต โครงสร้างโมเลกุลของผงซักฟอกประกอบไปด้วย 2 ส่วนเช่นเดียวกับสบู่ คือส่วนทีไม่ชอบ นํา คือส่วนของไฮโดรคาร์บอน (หมู่ R) ซึงเป็นส่วนทีไม่ละลายนํา และส่วนทีชอบนํา คือส่วนของ หมู่ -OSO- 3Na+ , -SO- 3Na+ ซึงเป็นส่วนทีละลายนําได้
  • 45. สาขาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ (องค์การมหาชน) หน้า45 สารชีวโมเลกุล 2/2554 ผงซักฟอกทีใช้ในปัจจุบันมีสูตรแตกต่างกันดังนี (สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และ เทคโนโลยี, 2549) 3.3.3.1 ปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชัน (ชนิตา, 2547) ถ้านํามันพืชมาทําปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส นํามันพืชจะกลายเป็นไขมัน คือจะแข็งตัว การเติมไฮโดรเจนจะไม่ทําให้เลขไอโอดีนเป็นศูนย์ เพราะจะทําให้ไขมันนันแข็ง เปราะ ปราศจาก รสชาติ เนยเทียม ทํามาจากนํามันพืชบริสุทธิทีผ่านการเติมไฮโดรเจนแล้วนํามาเติมนมและ สารบางอย่างเพือให้รสชาติเนยแท้ 3.3.3.2 การเหม็นหืน (ชนิตา, 2547) ถ้าวางนํามันหรือไขมันไว้ในทีชืนและอบอุ่นในช่วงระยะเวลาหนึง จะทําให้เกิดการ เหม็นหืนขึนเกิดได้ 2 ปัจจัย คือ 1) ปฏิกิริยาไฮโดรลิซีสของเอสเทอร์ ไฮโดรลิซีสเกิดเนืองจากบัคเตรีบางชนิดใน อากาศทําหน้าทีเป็นเอนไซม์ ทําให้เกิดกรดไขมันต่าง ๆ ซึงมีกลินเหม็นเช่นกัน 2) ปฏิกิริยาออกซิเดชันของพันธะคู่ แล้วทําให้เกิดแอลดีไฮด์ และกรดไขมันต่างๆ ซึงมีกลินเหม็นเช่นกัน