Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
24/01/62
1
เคมทเปนพนฐานของชวต(Chemical of life)
ผสอน
ผศ.ดร.รชพล พะวงศรตน
1
ดร.รชพล พะวงศรตน ผสอน
ธาต สารประกอบ และสารผสม (elements, compounds and mixtures)
• ธาต (element) เชน เหลก (Fe) เงน (Ag) ออกซเจน (O)
สารบรสทธ ไมอาจสรางขนจากสารอน หรอสลายตอไปไดดวยวธทางเคม
• สารประกอบ (compounds) เชน นา (H2O) นาตาลซโครส (C12H22O11)
สารบรสทธตงแต 2 ชนด หรอมากกวา รวมกนในสดสวนทคงท
• สารผสม (mixtures) เชน ดน หน อากาศ
สารประกอบหลายชนดปะปนกน โดยไมมอตราสวนทคงทแนนอน
2
24/01/62
2
อะตอม และโมเลกล (atoms and molecules)
• อะตอม คอหนวยทเลกทสดของธาตทยงคงแสดงคณสมบตเฉพาะเจาะจงของธาตน นๆ อะตอมประกอบดวยอนภาค (subatomic particles) ทมประจตางๆกน คอ– ประจบวก เรยกวา โปรตรอน (proton)
– ประจลบ เรยกวา อเลคตรอน (electron)
– ไมมประจ หรอ เปนกลาง เรยกวา นวตรอน (neutron)
3
4
IsotopeIsobarIsotone
The Periodic Table of Elements
24/01/62
3
• โมเลกล คอ อะตอมของธาตเดยวกนหรอตางกนมาจบตวกนดวยแรงยดเหนยวทเรยกวา พนธะโมเลกล (molecular bonds)
• macromolecules• Reaction cycle และ กระบวนการทางเคมตางๆ
• Oxidation (ให e’)
• Reduction (รบ e’)
• Redox (ให-รบ e’)
5
พนธะเคม (chemical bonds)
ชนดของพนธะ
เคมพนฐาน แรงเกาะ ตวอยาง
โควาเลนท
อออนก
ไฮโดรเจน
อะตอม 2 อะตอมใชอเลคตรอน รวมกนแรงเกาะกนระหวางธาตทมประจตางกนแรงเกาะกนระหวางไฮโดรเจนทมประจบวกออน
แขงแรง
แขงแรง
ออนแอ
พนธะระหวางคารบอน (C=C)
โซเดยมคลอไรด (NaCl)
หยดนา (การเกาะกนระหวางโมเลกลของนา)
ทมา: สรภทร (2548)6
24/01/62
4
ไฮดรอกซล (hydroxyl) O HR นาตาล กลเซอรอล
ชอ โครงสราง แหลงทพบ
คารบอกซล (carboxyl) กรดไขมน กรดอะมโนRO H
CO
คารบอนลกลมคโตน
(ketone)นาตาลR C
OR
คารบอนลกลมอลดไฮด
(aldehyde)นาตาลR
HC
O
อะมโน
(amino)กรดอะมโน โปรตนR
HN
H
7
ซลฟไฮดรล
(sulfhydryl) S HR กรดอะมโน โปรตน
ชอ โครงสราง แหลงทพบ
ฟอสเฟต
(phosphate)ฟอสโฟลพด นวคลโอไทด
กรดนวคลอก
P O-OO
O
R
R = hydrocarbon
8
24/01/62
5
สารอนทรย (Organic Substance) เชน แปง ไกลโคเจน เซลลโลส นาตาล วตามน ลพด โปรตน และ กรดนวคลอก
สารอนนทรย (Inorganic Substance) เชน นา แรธาต แกสออกซเจน
9
สารอนทรย (Organic Compounds)
10
24/01/62
6
ปฏกรยาเคมของ macromolecules ม 2 ปฏกรยา
11
-Hydrolysis-Condensation
สารประกอบขนาดใหญ (macromolecules) ในสงมชวต จดเปน 4 กลมตามลกษณะโครงสรางของโมเลกล ไดแก
Carbohydrate ประกอบดวยธาต C, H, O
Protein “ C, H, O, N
Lipid “ C, H, O
Nucleic acid “ C, H, O, N, P
12
24/01/62
7
Carbohydrates
Carbohydrates เปนสารประกอบจาพวก นาตาล และ polymer ของนาตาล
แบงกลม carbohydrates ไดเปน 3 กลม ตามจานวนโมเลกลของนาตาลทเปนองคประกอบ ไดแก
Monosaccharide
Disaccharide
Polysaccharide
14
24/01/62
8
Monosaccharide เปนนาตาลโมเลกลเดยว ทประกอบดวย C, O และ H มสตรคอ (CH2O)n
โดยมอะตอมของ C ตอกนเปนสาย และม Carbonyl group และ hydroxy group ตอกบอะตอมของ C
aldehydes ketones
Carbonyl group
15
The structure and classification of some monosaccharides
16
24/01/62
9
นาตาลโมเลกลค (Disaccharides) เกดจากการรวมตวของนาตาลโมเลกลเดยว 2 โมเลกล โดยปฏกรยา condensation
Covalent bond ทเกดขน เรยกวา Glycosidic linkage
17
Examples of disaccharides synthesis
18
24/01/62
10
Polysaccharide เปน carbohydrate ทมขนาดใหญมาก ประกอบดวย monosaccharides จานวนมากตอกนดวย glycosidiclinkage
ชนดของ polysaccharide ขนอยกบ
1. ชนดของ monosaccharide
2. ชนดของ Glycosidic linkage
ตวอยาง polysaccharide ไดแก starch, glycogen, cellulose และ chitin
19
Storage polysaccharides
20
24/01/62
11
Starch: 1-4 linkage of glucose monomers
Cellulose: 1-4 linkage of glucose monomers
21
Cellulose ม glucose เปนองคประกอบเชนเดยวกบ แปง แตมพนธะแบบ 1-4 glycosidic linkage ผนงเซลลของพชประกอบดวย cellulose เปนจานวนมาก
22
24/01/62
12
Chitin, a structural polysaccharide
Chitin forms the exoskeleton of Arthropods
Chitin is used to make a strong and flexible surgical thread
23
Chitin มโครงสรางคลายกบ Cellulose ตางกนทวา หนวยยอยเปน N-acetylglucosamine ตอกนเปนโมเลกลสายยาว
Lipids
Diverse Hydrophobic molecules
24
24/01/62
13
Lipids เปนสารท ไมเปน polymer
Lipids ไมละลายนา เนองจากโครงสรางของ lipids ประกอบดวย nonpolar covalent bonds เปนสวนมาก
Lipids ไดแก
ไขมน (Fat)
Phospholipid
Steroid
ขผ ง (Wax)
25
Fats : เปนแหลงสะสมพลงงาน
Fats ถงแมจะไมเปน polymer แตเปนสารท มโมเลกลขนาดใหญ ประกอบดวยสารท มโมเลกลขนาดเลกกวามาตอกนดวยปฏกร ยา Dehydration
Fats ประกอบดวย Glycerol และ กรดไขมน (Fatty acid)
26
24/01/62
14
สวน “tail” ของ fatty acid ทเปน hydrocarbon ทมกมอะตอมคารบอนตอกนประมาณ 16-18 อะตอม เปนสวนททาให fats ไมละลายนา (hydrophobic)
27
Phospholipids
เปนองคประกอบหลกของ cell membrane
ประกอบดวย glycerol 1 โมเลกล fatty acid 2 โมเลกล และ phosphate group (phosphate group มประจ -)
มสวนหวท มประจ และเปนสวนท ชอบนา (hydrophilic) และสวนหางท ไมชอบนา (hydrophobic)
28
24/01/62
15
The structure of phospholipid
29
Micelle
Phospolipid in aqueous environments
เมอเตม phospholipids ลงในนา phospholipids จะรวมตวกน โดยเอาสวนหางเขาหากน และสวนหวห นออกทางดานนอก กลายเปนหยดเลกๆ เรยกวา micelle
30
24/01/62
16
Phospholipid bilayer
ท cell membrane ของสงมช วต Phospholipidsจะเรยงตวเปน 2 ชน โดย hydrophilic head จะหนออกทางดานนอกเขาหากน สวน hydrophobic tail อยตรงกลาง
31
Steroids
เปน lipids ประกอบดวย คารบอนเรยงตวเปนวงแหวน 4 วง
Steroids ชนดตางๆ มหม functional groupทตอกบวงแหวนแตกตางกน
Cholesterol เปน steroid ทเปนองคประกอบของ cell membrane
32
24/01/62
17
Cholesterol, a steroid
Cholesterol ยงเปน precusor สาหรบการสงเคราะห steroid อนๆ หลายชนด เชน hormones
33
Protein
24/01/62
18
เปน polypeptide ของ amino acid ทตอกนเปนลาดบเฉพาะตวสาหรบโปรตนแตละชนด
โปรตนสามารถทางานได ตองมรปราง (conformation) ทเปนลกษณะเฉพาะตว
มนษยมโปรตนมากกวา 10,000 ชนด แตละชนดมโครงสรางและหนาทแตกตางกน
35
Amino acid เปนสารอนทรยท มหม carboxyl และหม amino ตอกบอะตอมคารบอนทเปนศนยกลาง อะตอมทเปนศนยกลางยงตอกบอะตอม hydrogen และหม R group 1 หมท แตกตางกน
36
24/01/62
19
Making a polypeptide chain
Amino acid ตอกนเปนสายยาวดวย covalent bond เรยกวา peptide bond
37
ปลายทมหม amino เรยกวา N-terminus ปลายทมหม carboxyl เรยกวา C-terminus
38
24/01/62
20
สาย polypeptide ประกอบดวย amino acid ทง 20 ชนด เรยงตอกนเปนอสระ สาย polypeptide จงสามารถมรปแบบทไมเหมอนกนนบหมนชนดได
39
โปรตนสามารถทางานไดตองมรปราง (conformation) ทเปนลกษณะเฉพาะตว
โปรตนททางานไดประกอบดวย polypeptide 1 สายหรอมากกวา ซงมวนพบไปมาตามแรงยดเหนยวระหวาง side chain ของ amino acid
รปรางของโปรตนจงขนอยกบลาดบของ amino acid ทเรยงกนอย
โครงสรางของโปรตนถกแบงออกเปน
Primary structure
Secondary structure
Tertiary structure
Quaternary structure สาหรบโปรตนท ประกอบดวย polypeptide มากกวา 1 สาย
40
24/01/62
21
The four levels of protein structure
41
Denaturation and renaturation of a protein
42
รปรางของโปรตนบางชนดสามารถเปลยนแปลงได ถาสภาพแวดลอมของโปรตนเปลยนไป เชน pH อณหภม ตวทาลาย เปนตน เนองจากแรงยดเหนยวตางๆระหวาง amino acid ในสาย polypeptide ถกทาลาย การเปลยนแปลงนเรยกวา Denaturation
โปรตนบางชนดเมอเกด denaturation แลว ยงสามารถกลบคนสสภาพเดมได เรยกวา Renaturation
24/01/62
22
Nucleic acid
(Informational polymer)
43
1. Nucleic acid เปนแหลงเกบขอมลทางพนธกรรมและถายทอดลกษณะของสงมช วต
Nucleic acid ม 2 ชนด ไดแก
Ribonucleic acid (RNA)
Deoxyribonucleic acid (DNA)
44
24/01/62
23
DNA
RNA
protein
DNA ถกใชเปนแมแบบในการสงเคราะห mRNA ซงถกใชเปนตวกาหนดในการสงเคราะหโปรตนอ กทอดหนง
45
สงมช วตไดรบการถายทอด DNA จากร นพอแม
โมเลกลของ DNA เปนสายยาวมยนเปนจานวนมากเปนองคประกอบ
DNA อาจเกดการเปลยนแปลงได เนองจากสาเหตตางๆ เชน ฤทธของสารเคม หรอ รงสจากสารกมมนตรงส
การเปลยนลาดบ nucleotide ใน DNA อาจมผลใหสงมช วตมลกษณะเปลยนแปลงไปจากเดมได
การเปลยนแลงลกษณะของสงมช วตท มผลมาจากการเปลยนแปลงลาดบ nucleotide สามารถถายทอดตอไปยงร นลกได
46
24/01/62
24
2. สายของ nucleic acid ประกอบดวย polymer ของ nucleotides
แตละ nucleotide ประกอบดวย 3 สวน ไดแก
Nitrogen base
Pentose sugar
Phosphate group47
Nitrogen base แบงออกเปน 2 กลม ตามโครงสรางทางเคม ไดแก
Pyrimidines
Purines
48
24/01/62
25
ใน DNA และ RNA มเบสอย 4 ชนดเทานน
DNA มเบส A, G, C, T
RNA มเบส A, G, C, U
49
นาตาล pentose
ใน RNA คอ ribose
ใน DNA คอ deoxyribose
50
24/01/62
26
ตรงตาแหนงอะตอมคารบอนท 5 (5’) ของนาตาล pentose มหม phosphate group มาตอ
รวมเรยก pentose + nitrogen base + phosphate group วา nucleotide
51
The components of nucleic acids
52
24/01/62
27
Nucleotide หลายโมเลกลมาเชอมตอกน ไดสายยาวของ polynucleotide ทมหม phosphate และ pentose เรยงตอกนเปนสาย โดย nitrogen base ยนออกมาจากสวนยาวของ nucleic acid
Bond ทมาเชอมตอระหวาง nucleotide 2 โมเลกล เรยกวา Phosphodiester linkage
53
ลาดบของ nitrogen base บนสาย DNA หรอ mRNA มลกษณะเฉพาะตว
ลาดบของ base ในยนจะเปนตวกาหนดลาดบของ amino acid ของ polypeptide ของโปรตน
3. การถายทอดลกษณะทางกรรมพนธเกดขน เนองจาก DNA มการจาลองตวเอง
RNA ประกอบดวยสาย polynucleotide เพยงสายเดยว
DNA ประกอบดวยสาย polynucleotide 2 สายเรยงตอขนานกน และมโครงสรางเปนเกลยว เรยกวา double helix
54
24/01/62
28
สายทงสองของ DNA มการเรยงตวสลบปลายกน คอ ปลายดาน 5’ ของ DNAสายหนงจะเขาคกบปลายดาน 3’ ของอกสายหนง โดยยดตดกนดวย H-bond ระหวาง A กบ T และ G กบ C (ดงรป)
ลกษณะการเขาคกนของ base เรยกวา complementary
55
Thymine Adenine Cytosine Guanine
Structure of the Double Helix
Arrangement of DNA into Chromosomes
24/01/62
29
The DNA double helix and its replication
เมอเซลลจะมการแบงตว DNA จะจาลองตวเอง และถายทอดตอไปใหเซลลใหม การสราง DNA โมเลกลใหม เรยกวา
DNA replication
57
The Role of DNA and RNA in Protein Synthesis
24/01/62
30
วตามน (Vitamin)• กลมของสารอนทรยทจาเปนตอการดารงชวตใหเปนปกตอยได
• วตามนรางกายตองการเพยงเลกนอย แตเนองจากรางกายสงเคราะหไมไดจงตองไดรบจากอาหาร
• ควบคมการทางานตางๆในรางกายใหเปนปกต ไมใหพลงงาน
• แบงออกเปน 2 ประเภท
– วตามนทละลายในนา เปนวตามนทประกอบดวยธาต C H O และธาตอนๆ เชน N S Co ไดแก วตามน B C
– วตามนทละลายในไขมน เปนวตามนทประกอบดวยธาต C H O เทานน ไดแก วตามน A D E K
59
60
วตามนแตละประเภทแบงออกเปนยอยๆไดอกหลายประเภท ทพบมากทสดคอ วตามน บ รวม (B complex)
ประโยชนของวตามนทมตอรางกาย1. ชวยในการควบคมอวยวะตางๆของรางกายใหทาหนาทปกต2. ชวยบารงผวพรรณ ผม เหงอก และตาใหดสวยงามและสดชน3. ชวยสรางเซลลใหเจรญเตบโตและเพมความตานทานโรคของรางกาย
24/01/62
31
ชนดของวตามน แหลงอาหาร ความสาคญวตามน เอ (retinol) ตบไขแดง นามนตบ
ปลา มะละกอสก มนเทศ มะมวงสก
-ชวยบารงสายตา ผวหนง กระดกและฟน ถาขาดไมสามารถมองเหนแสงทสลวๆ ตาแหง ผวหนงแหง
วตามน ด (calciferol) เนอ ตบ ปลา นามนตบปลา ไข นม
-ชวยรกษาระดบแคลเซยมและฟอสฟอรสในรางกาย-ชวยดดซมแคลเซยมและฟอสฟอรสเพอสรางกระดกและฟนถาขาดเปน เปนโรคกระดกออน
วตามน อ (tocopherol) ผกใบเขยว นามนพช ถวชนดตางๆ
-ชวยใหเมดเลอดแดงแขงตว -ชวยปองกนการเปนหมนถาขาด เปนหมนงาย แทงงายเมดเลอดแดงแตก
วตามน เค (naphthoquinone) ผกขม กะหลาปล มะเขอเมศ ถวเหลอง เนอหม ตบ
-ชวยใหเลอดแขงตวถาขาด เลอดแขงตวชา เลอดไหลไมหยด
61
ตารางแสดงประโยชนของวตามน
62
ชนดของวตามน แหลงอาหาร ความสาคญ
วตามน บ 1 (thiamine) ขาวซอมมอ เนอหม ตบ ไข ถว มนเทศ
-บารงประสาทและหวใจถาขาด เปนโรคเหนบชา เบออาหาร การเจรญเตบดตหยดชะงก
วตามน บ 2 (riboflavin) เนอสตว ตบ นม ยสต -การเจรญเตบโตเปนปกต ผวหนง ลน ตา มสขภาพดถาขาดเปนปากนกกระจอก ผวหนงแตก ลนเปนแผล
วตามน บ 5 (pantothenic acid) เนอสตว ตบ นม ยสต -เปนสวนประกอบของโคเอนไซมถาขาด ออนเพลย ผวหนงแหง ประสาทหลอน
วตามน บ 6 (pyridoxalphosphate)
เนอสตว ตบ ผกเขยว ถวเหลอง
-ชวยในการทางานของระบบยอยอาหารถาขาด จะบวมตามรางกาย ประสาทเสอมผมรวง
วตามน บ 12 (cyanocobalamin) เนอสตว ตบ ผกเขยว ถวเหลอง
ถาขาด เปนโรคโลหตจาง เจบลนและปาก ไขสนหลงเสอม
วตามน ซ (ascorbic acid) ผลไมรสเปรยว -รกษาสขภาพเหงอกและฟน หลอดเลอดแขงแรง ถาขาดโรคเลอดออกตามไรฟน เสนเลอดฝอยเปราะ
24/01/62
32
1. นา (Water)
2. แรธาตหรอเกลอแร (Mineral)
สารอนนทรย (Inorganic Substance)
63
รางกายของคนประกอบดวยนาประมาณรอยละ 65 ในสมองมนาอยถงรอยละ 80 แตในกระดกมนาเพยงรอยละ 25 เทานน รางกายตองการนาวนละประมาณ 3 ลตร รางกายไดนาในรปของนาดม นาในผก ผลไม และอาหารอนๆ ทกนเขาไป ความสาคญของนา
นา (water)
64
24/01/62
33
ในรางกายคนเราสวนใหญจะประกอบดวยธาตคารบอน ไฮโดรเจน ออกซเจน และไนโตรเจน ซ งเมอรวมกนจะมประมาณถง 95-96% ของนาหนกรางกาย สวนทเหลอประมาณ 4-5% ของนาหนกตวจะเปนพวกแรธาตอ นๆ ดงนนเกลอแรตางๆ ทจาเปนตอการดารงชวต กคอ สวนของแรธาตประมาณ 4-5% ของนาหนกรางกายนเอง แบงออกเปน 3 กลม คอ
1. ธาตท มปรมาณมาก (Macro nutr ient elements) คอ ธาตท มอยใน ร างกายมากกวา 0.01% ของนาหนก รางกายม 7 ชนด คดเปน 60-80% ของแ รธาตท งหมดทมอย ใน ร างกาย คอ แคลเซ ยม ฟอสฟอรส โพแทสเซ ยม กามะถน โซเดยม คลอรน แมกนเซ ยม
แรธาต (mineral)
65
2. ธาตทมปรมาณนอย (Micro nutrient elements) เปนพวกทรางกายตองการเพยงเลกนอย แตมความจาเปนรางกายจาเปนตองไดรบแรธาตเหลาน จงเรยกธาตเหลานวาเปนธาตทมปรมาณนอยมาก แตจาเปน (essential trace elements) ซงมนอยกวา 0.005% ของนาหนกรางกาย คอ เหลก สงกะส แมงกานส ทองแดง ไอโอดน โมลบดนม โคบอลต ฟลออรน เซลเนยม
3. ธาตทมอยนอยมาก และยงไมรหนาททแทจรง ไดแก อะลมเนยม โบรอน โครเมยม แคดเมยม ซลคอน แวนาเดยม
66
24/01/62
34
เอกสารอางอง
ชววทยาพนฐาน, 2540, ประดษฐ เหลาเนตร. สานกพมพแมค.
หลกชววทยา, 2548, สรภทร พราหมณย. สานกพมพ มก.
67
ชววทยา, 2554, ธนวรรณ พาณชพฒน. สานกพมพ โอ เอส พรนตง เฮาส.