Upload
others
View
0
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
30/01/59
1
เคมทเปนพนฐานของชวต(Chemical of life)
ผสอน
อ.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 อากาศสารประกอบหลายชนดปะปนกน โดยไมมอตราสวนทคงทแนนอน
2
30/01/59
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
30/01/59
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
30/01/59
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
30/01/59
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
30/01/59
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
30/01/59
7
Carbohydrates เปนสารประกอบจาพวก นาตาล และ polymer ของนาตาล
แบงกลม carbohydrates ไดเปน 3 กลม ตามจานวนโมเลกลของนาตาลทเปนองคประกอบ ไดแก
Monosaccharide
Disaccharide
Polysaccharide
Carbohydrates
13
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
14
30/01/59
8
The structure and classification of some monosaccharides
15
นาตาลโมเลกลค (Disaccharides) เกดจากการรวมตวของนาตาลโมเลกลเดยว 2 โมเลกล โดยปฏกรยา condensation
Covalent bond ทเกดขน เรยกวา Glycosidic linkage
16
30/01/59
9
Examples of disaccharides synthesis
17
Polysaccharide เปน carbohydrate ทมขนาดใหญมาก ประกอบดวย monosaccharides จานวนมากตอกนดวย glycosidic linkage
ชนดของ polysaccharide ขนอยกบ
1. ชนดของ monosaccharide
2. ชนดของ Glycosidic linkage
ตวอยาง polysaccharide ไดแก starch, glycogen, cellulose และ chitin
18
30/01/59
10
Storage polysaccharides
19
Starch: 1-4 linkage of glucose monomers
Cellulose: 1-4 linkage of glucose monomers
20
30/01/59
11
Cellulose ม glucose เปนองคประกอบเชนเดยวกบ แปง แตมพนธะแบบ 1-4 glycosidic linkage ผนงเซลลของพชประกอบดวย cellulose เปนจานวนมาก
21
Chitin, a structural polysaccharide
Chitin forms the exoskeleton of Arthropods
Chitin is used to make a strong and flexible surgical thread
22
Chitin มโครงสรางคลายกบ Cellulose ตางกนทวา หนวยยอยเปน N-acetylglucosamine ตอกนเปนโมเลกลสายยาว
30/01/59
12
Lipids
Diverse Hydrophobic molecules
23
Lipids เปนสารทไมเปน polymer
Lipids ไมละลายนา เนองจากโครงสรางของ lipids ประกอบดวย nonpolar covalent bonds เปนสวนมาก
Lipids ไดแก
ไขมน (Fat)
Phospholipid
Steroid
ขผง (Wax)
24
30/01/59
13
Fats : เปนแหลงสะสมพลงงาน
Fats ถงแมจะไมเปน polymer แตเปนสารทมโมเลกลขนาดใหญ ประกอบดวยสารทมโมเลกลขนาดเลกกวามาตอกนดวยปฏกรยา Dehydration
Fats ประกอบดวย Glycerol และ กรดไขมน (Fatty acid)
25
สวน “tail” ของ fatty acid ทเปน hydrocarbon ทมกมอะตอมคารบอนตอกนประมาณ 16-18 อะตอม เปนสวนททาให fats ไมละลายนา (hydrophobic)
26
30/01/59
14
Phospholipids
เปนองคประกอบหลกของ cell membrane
ประกอบดวย glycerol 1 โมเลกล fatty acid 2 โมเลกล และ phosphate group (phosphate group มประจ -)
มสวนหวทมประจ และเปนสวนทชอบนา (hydrophilic) และสวนหางทไมชอบนา (hydrophobic)
27
The structure of phospholipid
28
30/01/59
15
Micelle
Phospolipid in aqueous environments
เมอเตม phospholipids ลงในนา phospholipids จะรวมตวกน โดยเอาสวนหางเขาหากน และสวนหวหนออกทางดานนอก กลายเปนหยดเลกๆ เรยกวา micelle
29
Phospholipid bilayer
ท cell membrane ของสงมชวต Phospholipids จะเรยงตวเปน 2 ชน โดย hydrophilic head จะหนออกทางดานนอกเขาหากน สวน hydrophobic tail อยตรงกลาง
30
30/01/59
16
Steroids
เปน lipids ประกอบดวย คารบอนเรยงตวเปนวงแหวน 4 วง
Steroids ชนดตางๆ มหม functional group ทตอกบวงแหวนแตกตางกน
Cholesterol เปน steroid ทเปนองคประกอบของ cell membrane
31
Cholesterol, a steroid
Cholesterol ยงเปน precusor สาหรบการสงเคราะห steroid อนๆหลายชนด เชน hormones
32
30/01/59
17
Protein เปน polypeptide ของ amino acid ทตอกนเปนลาดบเฉพาะตวสาหรบโปรตนแตละชนด
โปรตนสามารถทางานได ตองมรปราง (conformation) ทเปนลกษณะเฉพาะตว
มนษยมโปรตนมากกวา 10,000 ชนด แตละชนดมโครงสรางและหนาทแตกตางกน
33
Amino acid เปนสารอนทรยทมหม carboxyl และหม amino ตอกบอะตอมคารบอนทเปนศนยกลาง อะตอมทเปนศนยกลางยงตอกบอะตอม hydrogen และหม R group 1 หมทแตกตางกน
34
30/01/59
18
Making a polypeptide chain
Amino acid ตอกนเปนสายยาวดวย covalent bond เรยกวา peptide bond
35
ปลายทมหม amino เรยกวา N-terminus ปลายทมหม carboxyl เรยกวา C-terminus
36
30/01/59
19
สาย polypeptide ประกอบดวย amino acid ทง 20 ชนด เรยงตอกนเปนอสระ สาย polypeptide จงสามารถมรปแบบทไมเหมอนกนนบหมนชนดได
37
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 สาหรบโปรตนทประกอบดวย polypeptide มากกวา 1 สาย
38
30/01/59
20
The four levels of protein structure
39
Denaturation and renaturation of a protein
40
รปรางของโปรตนบางชนดสามารถเปลยนแปลงได ถาสภาพแวดลอมของโปรตนเปลยนไป เชน pH อณหภม ตวทาลาย เปนตน เนองจากแรงยดเหนยวตางๆระหวาง amino acid ในสาย polypeptide ถกทาลาย การเปลยนแปลงนเรยกวา Denaturation
โปรตนบางชนดเมอเกด denaturation แลว ยงสามารถกลบคนสสภาพเดมได เรยกวา Renaturation
30/01/59
21
Nucleic acid
(Informational polymer)
41
1. Nucleic acid เปนแหลงเกบขอมลทางพนธกรรมและถายทอดลกษณะของสงมชวต
Nucleic acid ม 2 ชนด ไดแก
Ribonucleic acid (RNA)
Deoxyribonucleic acid (DNA)
42
30/01/59
22
DNA
RNA
protein
DNA ถกใชเปนแมแบบในการสงเคราะห mRNA ซงถกใชเปนตวกาหนดในการสงเคราะหโปรตนอกทอดหนง
43
สงมชวตไดรบการถายทอด DNA จากรนพอแม
โมเลกลของ DNA เปนสายยาวมยนเปนจานวนมากเปนองคประกอบ
DNA อาจเกดการเปลยนแปลงได เนองจากสาเหตตางๆ เชน ฤทธของสารเคม หรอ รงสจากสารกมมนตรงส
การเปลยนลาดบ nucleotide ใน DNA อาจมผลใหสงมชวตมลกษณะเปลยนแปลงไปจากเดมได
การเปลยนแลงลกษณะของสงมชวตทมผลมาจากการเปลยนแปลงลาดบ nucleotide สามารถถายทอดตอไปยงรนลกได
44
30/01/59
23
2. สายของ nucleic acid ประกอบดวย polymer ของ nucleotides
แตละ nucleotide ประกอบดวย 3 สวน ไดแก
Nitrogen base
Pentose sugar
Phosphate group
45
Nitrogen base แบงออกเปน 2 กลม ตามโครงสรางทางเคม ไดแก
Pyrimidines
Purines
46
30/01/59
24
ใน DNA และ RNA มเบสอย 4 ชนดเทานน
DNA มเบส A, G, C, T
RNA มเบส A, G, C, U
47
นาตาล pentose
ใน RNA คอ ribose
ใน DNA คอ deoxyribose
48
30/01/59
25
ตรงตาแหนงอะตอมคารบอนท 5 (5’) ของนาตาล pentose มหม phosphate group มาตอ
รวมเรยก pentose + nitrogen base + phosphate group วา nucleotide
49
The components of nucleic acids
50
30/01/59
26
Nucleotide หลายโมเลกลมาเชอมตอกน ไดสายยาวของ polynucleotide ทมหม phosphate และ pentose เรยงตอกนเปนสาย โดย nitrogen base ยนออกมาจากสวนยาวของ nucleic acid
Bond ทมาเชอมตอระหวาง nucleotide 2 โมเลกล เรยกวา Phosphodiester linkage
51
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
52
30/01/59
27
สายทงสองของ DNA มการเรยงตวสลบปลายกน คอ ปลายดาน 5’ ของ DNA สายหนงจะเขาคกบปลายดาน 3’ ของอกสายหนง โดยยดตดกนดวย H-bond ระหวาง A กบ T และ G กบ C (ดงรป)
ลกษณะการเขาคกนของ base เรยกวา complementary
53
Thymine Adenine Cytosine Guanine
Structure of the Double Helix
Arrangement of DNA into Chromosomes
30/01/59
28
The DNA double helix and its replication
เมอเซลลจะมการแบงตว DNA จะจาลองตวเอง และถายทอดตอไปใหเซลลใหม การสราง DNA โมเลกลใหม เรยกวา
DNA replication
55
The Role of DNA and RNA in Protein Synthesis
30/01/59
29
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
57
58
วตามนแตละประเภทแบงออกเปนยอยๆไดอกหลายประเภท ทพบมากทสดคอ วตามน บ รวม (B complex)
ประโยชนของวตามนทมตอรางกาย1. ชวยในการควบคมอวยวะตางๆของรางกายใหทาหนาทปกต2. ชวยบารงผวพรรณ ผม เหงอก และตาใหดสวยงามและสดชน3. ชวยสรางเซลลใหเจรญเตบโตและเพมความตานทานโรคของ
รางกาย
30/01/59
30
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
59
ตารางแสดงประโยชนของวตามน
60
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 (pantothenicacid)
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
30/01/59
31
1. นา (Water)
2. แรธาตหรอเกลอแร (Mineral)
สารอนนทรย (Inorganic Substance)
61
รางกายของคนประกอบดวยนาประมาณรอยละ 65 ในสมองมนาอยถงรอยละ 80 แตในกระดกมนาเพยงรอยละ 25 เทานน รางกายตองการนาวนละประมาณ 3 ลตร รางกายไดนาในรปของนาดม นาในผก ผลไม และอาหารอนๆ ทกนเขาไป ความสาคญของนา
นา (water)
62
30/01/59
32
ในรางกายคนเราสวนใหญจะประกอบดวยธาตคารบอน ไฮโดรเจน ออกซเจน และไนโตรเจน ซงเมอรวมกนจะมประมาณถง 95-96% ของนาหนกรางกาย สวนทเหลอประมาณ 4-5% ของนาหนกตวจะเปนพวกแรธาตอนๆ ดงนนเกลอแรตางๆ ทจาเปนตอการดารงชวต กคอ สวนของแรธาตประมาณ 4-5% ของนาหนกรางกายนเอง แบงออกเปน 3 กลม คอ
1. ธาตทมปรมาณมาก (Macro nutrient elements) คอ ธาตทมอยในรางกายมากกวา 0.01% ของนาหนกรางกายม 7 ชนด คดเปน 60-80% ของแรธาตทงหมดท มอย ในรางกาย คอ แคลเซยม ฟอสฟอรส โพแทสเซยม กามะถน โซเดยม คลอรน แมกนเซยม
แรธาต (mineral)
63
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
64
30/01/59
33
เอกสารอางอง
ชววทยาพนฐาน, 2540, ประดษฐ เหลาเนตร. สานกพมพแมค.
หลกชววทยา, 2548, สรภทร พราหมณย. สานกพมพ มก.
65
ชววทยา, 2554, ธนวรรณ พาณชพฒน. สานกพมพ โอ เอส พรนตง เฮาส.