สารชีวโมเลกุลและเมแทบอลิซึม (Biomolecule and metabolism) หน่วยที่ 2 สารชีวโมเลกุลและเมแทบอลิซึม (Biomolecule and metabolism)

การจัดแบ่งสสาร สสาร (Matter) สารเนื้อเดียว (Homogenous substance) สารเนื้อผสม (Heterogenous substance) สารบริสุทธิ์ (Pure substance) สารละลาย (Solution) ธาตุ (Element) สารประกอบ (Compound) ของผสม (Mixture)

ธาตุและสารประกอบ ธาตุ (Element) คือสารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่ประกอบด้วยอะตอมเพียง ชนิดเดียว ไม่สามารถแยกออกเป็นส่วนประกอบย่อยๆ สารประกอบ (Compound) คือสารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่เกิดจากการนำ ธาตุหรือสารประกอบมาทำปฏิกิริยากันในตอนเริ่มต้น

ประเภทของธาตุ โลหะ (Metal) เช่น K, Na, Mg, Ca, Al, Fe, Cu, Mn อโลหะ(Non-metal) เช่น H, C, P, S, N, O, F, Cl, I กึ่งโลหะ(Methalloid) ได้แก่ B, Si, Ge, As, Sb, Te, At

โลหะ (Metals) ส่วนใหญ่มีสถานะเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง ยกเว้น Hg เป็นมันวาว สามารถใช้ฆ้อนตีเพื่อเปลี่ยนรูปร่างได้ เป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อน มีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดจะสูง ยกเว้น Hg ส่วนใหญ่มีความหนาแน่นสูง ยกเว้นหมู่ IAและ IIA มีความแข็งและเหนียว จะสูญเสีย e เมื่อเกิดปฏิกิริยากับอโลหะ

อโลหะ (Non-metal) มีทั้ง 3 สถานะที่อุณหภูมิห้อง เช่น Cl2 เป็นแก๊ส Br2 เป็นของเหลว และI2 เป็นของแข็ง เป็นตัวนำความร้อนและไฟฟ้าที่ไม่ดี ไม่มีความมันวาว จุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำ ยกเว้นคาร์บอนในรูปของแกรไฟต์ ความหนาแน่นต่ำ มีความแข็งแต่เปราะ ยกเว้นคาร์บอนในรูปของเพชรและแกรไฟต์ หลายธาตุปรากฏเป็น Diatomic moleculeจะรับ e เมื่อเกิดปฏิกิริยากับโลหะ แต่จะร่วมกันใช้ (Share) e เมื่อทำปฏิกิริยากับอโลหะ

กึ่งโลหะ (Metalloid) มีสมบัติทางเคมีที่หลากหลาย ทำตัวเป็นโลหะ เมื่อทำปฏิกิริยากับอโลหะ ทำตัวเป็นอโลหะ เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะ มีสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductor)

สารประกอบกรด เบส เกลือ กรด (Acid) คือสารประกอบที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน และอนุมูลกรด เบส (Base) คือสารประกอบที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ไอออน เกลือ (Salt) คือสารประกอบที่เกิดจากการรวมตัวระหว่างไอออนของโลหะกับอนุมูลกรด

ประเภทของกรด 1. กรดอินทรีย์ หมายถึงกรดที่มีหมู่คาร์บอกซิล (-HCOOH) หรือ หมู่ ซัลโฟนิก (-SO3H) เป็นหมู่ฟังก์ชัน เป็นกรดที่มีอยู่ในธรรมชาติหรือได้จาก สิ่งมีชีวิต เช่น กรดฟอร์มิก (HCOOH) กรดแอซิติก (CH3COOH) กรดเบนโซอิก (C6H5COOH) กรดเบนซีนซัลโฟนิก (C6H5SO3H) เป็นต้น 2. กรดอนินทรีย์ หมายถึงกรดที่เกิดจากสิ่งไม่มีชีวิต 2.1 กรดไฮโดร (Hydro acid) คือกรดที่ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจนและ อโลหะอื่นโดยไม่มีธาตุออกซิเจนรวมอยู่ด้วย เช่น HF, HCI, HBr, HI, HCN, H2S 2.2 กรดออกซิ (Oxy acid ) คือกรดที่ประกอบด้วยธาตุ ไฮโดรเจน ออกซิเจนและอโลหะอื่น เช่น H2CO3, H2SO4 , HNO3 , H3 PO4

ตัวอย่างกรด

ประเภทของเบส 1. เบสอินทรีย์ หมายถึงเบสที่อยู่ในธรรมชาติ หรือได้จากสิ่งมีชีวิตได้แก่ สารประกอบประเภทเอมีน เช่น CH3 –NH2 C6 H5 NH2 (CH3)2 NH เป็นต้น 2. เบสอนินทรีย์ หมายถึง เบสที่เกิดจากสิ่งไม่มีชีวิต เบสพวกนี้ได้แก่ สารประกอบไฮดรอกไซด์ เช่น NaOH, KOH, Ca(OH)2 สารประกอบออกไซด์ เช่น Na2O, CaO เป็นต้น

ตัวอย่างเบส

ประเภทของเกลือ 1. เกลือที่ละลายน้ำได้ ได้แก่ เกลือไนเตรต (NO3-) เกลือคลอเรต (ClO3-) เกลืออะซิเตต (CH3COO-) เกลือคลอไรด์ (Cl-) 2. เกลือที่ไม่ละลายน้ำ ได้แก่ เกลือคาร์บอเนต(CO3- ยกเว้นเกลือคาร์บอเนตของโลหะหมู่ IA และเกลือแอมโมเนีย)

ตัวอย่างเกลือ ชื่อสามัญ สูตรเคมี ประโยชน์ ชื่อสามัญ สูตรเคมี ประโยชน์ เกลือแกง NaCl ปรุงอาหาร ทำสารละลายน้ำเกลือ เป็นวัตถุดิบในการ ผลิตโซเดียมไฮดรอกไซด์ ดีเกลือ MgSO4 .7H2O เป็นส่วนผสมยาถ่ายบางชนิด แบเรียม BaSO4 รับประทานเพื่อเคลือบกระเพาะก่อนฉายรังสีเอกซ์ ปาสเตอร์ของปารีส CaSO4. H2O ทำเฝือก ดินประสิว KNO3 เป็นส่วนผสมของยาขับปัสสาวะ ดินปืน จุนสี CuSO4 ใช้เตรียม Reagent ต่างๆ หินปูน CaCO3 เป็นส่วนผสมยาแก้ท้องอืดท้องเฟ้อ โซดาปิ้งขนมปัง NaHCO3 เป็นยาลดกรด โซดาซักผ้า Na2CO3.10H2Oวัตถุดิบทำแก้ว สบู่ กระดาษ ผงซักฟอก ด่างทับทิม KMnO4 ใช้ทำน้ำยาฆ่าเชื้อภายนอก

การทดสอบกรดและเบส

ช่วง pH ของกรด เบส เกลือ

การจำแนกสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ไฮโดรคาร์บอน (Hydrocarbon) อะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน (Aliphatic hydrocarbon) อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (Aromatic hydrocarbon) อัลเคน(Alkane) อัลคีน (Alkene) อัลไคน์ (Alkyne) เบนซีนและอนุพันธ์ของเบนซีน(Benzene and its derivative พอลินิวเคลียร์ อะโรมาติก(Polynuclear aromatic) อะลิไซคลิกไฮโดรคาร์บอน (Alicyclic hydrocarbon) ไซโคลอัลเคน(Cycloalkane) ไซโคลอัลคีน (Cycloalkene)

อัลเคน (Alkane) หรือพาราฟีน (Parafine) หรือ Methane series of hydrocarbon เป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนจับกันด้วยพันธะเดี่ยวทั้งหมด มีสูตรโมเลกุลทั่วไปเป็น CnH2n+2 (n = 1, 2, 3 ,4…) เรียกชื่อตามจำนวนอะตอมของคาร์บอน แต่จะลงท้ายด้วยเอน (-ane) ที่พบโดยทั่วไปและใช้เป็นเชื้อเพลิงส่วนใหญ่มาจากผลิตภัณฑ์ของการ กลั่นปิโตรเลียม

อัลคีน (Alkene) หรือ The olefins เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนคู่หนึ่งจับกันด้วยพันธะคู่ มีสูตรโมเลกุลทั่วไปเป็น CnH2n (n = 2, 3, 4, 5.) เรียกชื่อตามอะตอมของคาร์บอน แต่จะลงท้ายด้วยอีน (-ene)

อัลไคน์ (Alkyne) เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว เนื่องจากอะตอมของคาร์บอนคู่หนึ่งจับกันด้วยพันธะสาม มีสูตรโมเลกุลทั่วไปเป็น CnH2n-2 เรียกชื่อตามจำนวนอะตอมของคาร์บอน แต่ท้ายด้วยไอน์ (-yne)

อนุพันธ์ของไฮโดรคาร์บอน แอลกอฮอล์ (Alcohol) อีเทอร์ (Ether) อัลดีไฮด์ (Aldehyde) คีโตน(Ketone) กรดคาร์บอกซิลิก (Carboxylic acid) เอสเทอร์ (Ester)

ตัวอย่างแอลกอฮอล์ ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ เมทานอล CH3OH เข้าสู่ร่างกายทำให้ตาบอดหรือตายได้ (Methanol) เป็นตัวทำละลาย เอทานอล C2H5OH เข้าสู่ร่างกายจำนวนน้อย ทำให้เส้นเลือดขยายตัว (Ethanol) โลหิตต่ำ ลดความตึงเครียด ถ้าเข้าสู่ร่างกายมากเกินไปทำให้ตายได้ กลีเซอรอล เป็นส่วนผสมของโลชั่น ผสมกับกรดไนตริกที่อุณหภูมิต่ำได้สารไตรไนโตรกลีเซอรีน ซึ่งใช้ทำวัตถุระเบิด CH2-CH-CH2 OH OH OH

ตัวอย่าง อีเทอร์ ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ ไดเอทิลอีเทอร์ CH3CH2OCH2CH3 -ใช้เป็นยาสลบ (Diethyl ether) -ใช้เป็นตัวทำละลายสารอินทรีย์ - ใช้เตรียมเอธิลีนไกลคอล

ตัวอย่างอัลดีไฮด์ ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ เมทานาไมด์ HCOH - มีกลิ่นฉุน กัดเยื่อบุของร่างกาย (Methanamide) - ใช้ฆ่าเชื้อโรค หรือฟอร์มัลดีไฮด์ - สารละลายใช้ดองสัตว์ (Formaldehyde) - เป็นสารตั้งต้นในการเตรียมสารอินทรีย์ หลายชนิด เช่น เรซิน

ตัวอย่างคีโตน ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ โพรพาโนน CH3COCH3 - ใช้เป็นสารตั้งต้นในการเตรียมวัตถุระเบิด (Propanone) คลอโรฟอร์ม ไอโอโดฟอร์ม เป็นต้น หรืออะซีโตน - เป็นตัวทำละลายสารอินทรีย์ (Acetone)

ตัวอย่างกรดคาร์บอกซิลิก ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ เอทาโนอิก แอซิด CH3COOH - ใช้ในการปรุงอาหาร (Ethanoic acid) - ใช้ในการแยกเนื้อยางออกจากน้ำยางพารา กรดอะซีติก (Acetic acid) กรดมด HCOOH - กัดผิวหนังทำให้เกิดการปวดแสบปวดร้อน - ใช้แยกเนื้อยางออกจากน้ำยางพารา

ตัวอย่างเอสเทอร์ ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ ชื่อ สูตรเคมี ประโยชน์/โทษ เอทิล ฟอร์เมต HCOOCH2CH3 - เป็นตัวทำละลายไนโตรเซลลูโลส เอทิล อะซีเตต CH3COOCH2CH3 - ใช้ล้างเล็บ (Ethyl acetate)

การจำแนกคาร์โบไฮเดรท น้ำตาล (Sugar) - มอนอแซคคาไรด์ (Monosaccharides) หรือน้ำตาลอย่างง่าย - ไดแซคคาไรด์ (Disaccharides) - ไตรแซคคาไรด์ (Trisaccharides) พอลิแซคคาไรด์ (Polysaccharides) - พอลิแซคคาไรด์สะสม (Storage polysaccharide) - พอลิแซคคาไรด์โครงสร้าง (Structural polysaccharide)

ประเภทของน้ำตาล มอนอแซคคาไรด์ (Monosaccharides) หรือน้ำตาลอย่างง่าย - ไตรโอส (Triose) เช่น Glyceraldehyde, Dihydroxyacetone - เตโตส (Tetrose) เช่น Erythrose, Erythrulose - เพนโตส (Pentose) เช่น Ribose, Ribulose - เฮกโซส (Hexose) เช่น Glucose, Fructose ไดแซคคาไรด์ (Disaccharides) เช่น Sucrose ประกอบด้วย Glucose รวมกับ Glucose ไตรแซคคาไรด์ (Trisaccharides) เช่น Rafinose ประกอบด้วย Glucose, Fructose และ Galactose

คุณสมบัติของน้ำตาล เกือบทั้งหมดมีลักษณะเป็นผลึกสีขาว ละลายน้ำได้ดี มักมีรสหวาน เกิดปฏิกิริยาเคมีได้หลายปฏิกิริยา เช่น - ดีไฮเดรชัน (Dehydration) - ปฏิกิริยารีดอกซ์ - การหมักแอลกอฮอล์

ประเภทของพอลิแซคคาไรด์ พอลิแซคคาไรด์สะสม (Storage polysaccharides) - แป้ง (Strach) - ไกลโคเจน (Glycogen) - เดกซ์แทรนส์ (Dextrans) พอลิแซคคาไรด์โครงสร้าง (Structural polysaccharides) - เซลลูโลส (Cellulose) - ไคทิน (Chitin) - แอซิด มิวโคพอลิแซคคาไรด์ (Acid mucopolysaccharides)

คุณสมบัติของพอลิแซคคาไรด์ น้ำหนักโมเลกุลมาก ไม่ละลายน้ำ ไม่มีรสหวาน

ความสำคัญของคาร์โบไฮเดรต ร่างกายนำไปใช้พลังงาน ร่างกายนำไปสังเคราะห์เป็นไขมัน ช่วยให้ร่างกายประหยัด ไขมัน โปรตีน ร่างกายนำไปสร้างสารบางชนิด เช่น - เพนโตสนำไปสร้าง DNA, RNA, ATP - กาแลคโตสนำไปสร้างการแลคโตสไลปิด สำหรับเซลล์ระบบประสาท - กลูโคสเปลี่ยนเป็นกรดอะมิโนไม่จำเป็นบางชนิด

โปรตีน (Protein) ประกอบด้วยกรดอะมิโน - กรดอะมิโนที่จำเป็น (Essential amino acid) มี 10 ชนิด คือ Met, Arg, Thr, Trp, Val, Ile, Leu, Phe, His และ Lys (Arg และ His จำ เป็นเฉพาะในเด็ก) - กรดอะมิโนกึ่งจำเป็น (Semi-essential amino acid) มี 4 ชนิด คือ Gly, Tyr, Ser, และ Cys-Cys - กรดอะมิโนไม่จำเป็น (Non-essential amino acid) ได้แก่ Asp, Asn, Glu, Gln, Ala และ Pro

ประเภทของโปรตีน เอนไซม์ (Enzyme) เช่น Pepsin, Trypsin โปรตีนสะสม (Storage protein) เช่น Casein, Ferritin โปรตีนขนส่ง (Transport protein) เช่น Hemoglobin โปรตีนเคลื่อนไหว (Contractile protein) เช่น Myosin, Actin โปรตีนป้องกัน (Protective protein) เช่น Antibodies สารพิษ (Toxins) เช่น Snaka venoms, Clostridium hotulinum toxin ฮอร์โมน (Hormones) เช่น Insulin โปรตีนโครงสร้าง (Structural protein) เช่น Collagen, Keratin โปรตีนต้อนรับ (Receptor protein) เช่น Neurotransmitter

โครงสร้างของโปรตีน โครงสร้างปฐมภูมิ (Primary structure) กรดอะมิโนจับกันเป็นสายยาวเรียกว่า สายพอลิเป็บไทด์ (Polypeptide) โครงสร้างทุติยภูมิ (Secondary structure) สายพอลิเป็บไทด์บางส่วนหรือต่างเส้น เกิดการเชื่อมโยงกันด้วยพันธะไฮโดรเจนเป็นเกลียว (Helix) แผ่นจีบ (Pleated sheet) โครงสร้างตติยภูมิ (Tertiary structure) เกิดการม้วน ขดเป็นวง (Looping) หมุนรอบ (Coil) ก้อนกลม (Globular) แท่งยาว (Rod) เส้น (Fibrous) โครงสร้างจตุรภูมิ (Quaternary structure) สายพอลิเป็บไทดืหลายสายเข้ารวมตัวกัน แต่ละสายเรียกว่า หน่วยย่อย

ความสำคัญของโปรตีน ทำให้ร่างกายเจริญเติบโตและซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอ ให้พลังงานแก่ร่างกาย ทำให้ร่างกายมีภูมิต้านทานต่อโรค ช่วยทำลายพิษของสารมีพิษต่างๆ ในร่างกาย ให้ธาตุที่จำเป็นต่อร่างกาย ควบคุมการทำงานของร่างกาย

ประเภทของไขมัน 1. ไขมันธรรมดา (Simple lipids) คือเอสเทอร์ (ไขมัน+แอลกอออล์) 2. ไขมันประกอบ (Compound lipids) - Phospholipid - Glycolipid - Lipoprotein 3. อนุพันธ์ไขมัน (Derived lipid) 4. ไขมันเบ็ดเตล็ด (Miscellaneous lipid) - Steroid - Terpene

คุณสมบัติของไขมัน จุดเดือดขึ้นอยู่กับจำนวนคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบของไขมัน และจำนวนพันธะคู่ ความสามารถในการละลาย ส่วนใหญ่ละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ เกิดปฏิกิริยากับด่างได้สบู่ เกิดการเหม็นหืน (Rancidity)เนื่องจาก - ออกซิเดชัน (Oxidation) - ไฮโดรไลซิส (Hydrolysis)

ความสำคัญของไขมัน เป็นโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ เป็นสารที่ใช้ในการสะสมพลังงานของร่างกาย (แหล่งพลังงานของร่างกาย) เป็นตัวป้องกันอวัยวะต่างๆ ภายในไม่ให้ได้รับการกระทบกระเทือน เป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์แบคทีเรียและพืชชั้นสูง