1

ชท BIOCHEM I (01402311)

เรอง บทนา เซลล นาและบฟเฟอร (อ.พทธพร สองศร)

-----------------

วชาชวเคม I เรยนเกยวกบ เคมของสงมชวต หรอการศกษาสารทพบในสงมชวตในระดบโมเลกล สารทพบ

ในสงมชวตนเรยกวา biomolocules

สมบตของสงมชวต

1) สงมชวตมความซบซอนและมการจดการอยางด หนวยยอยของสงมชวตคอ เซลล ภายในเซลล

ประกอบดวย organelles และสารทพบในเซลลและ organelles เปนสารโมเลกลใหญ (macromolecules)

2) โครงสรางทางชวภาพทประกอบดวยสารโมเลกลใหญเหลาน มไวเพอทาหนาทตาง ๆ โดยเฉพาะ ทาให

การศกษาวชาชววทยา มความแตกตางจากการศกษาโลกของสงไมมชวต

3) ระบบของสงมชวตจะมการเปลยนรปของพลงงาน โดยแหลงพลงงานเบองตนคอ แสงอาทตย จากนน

สงมชวตทสงเคราะหแสงไดกจะเปลยนพลงงานแสงอาทตยใหอยในรปของพลงงานเคมในอาหาร โดยใช “ตวกลาง”

คอ ATP และ NADPH

4) สงมชวตมความสามารถในการจาลองตวเองได (สบพนธได) โดยมสารพนธกรรมคอ กรดนวคลอก

(DNA)

สมบตของสารชวโมเลกล

องคประกอบของธาตทพบในสงมชวตจะแตกตางจากองคประกอบของธาตทพบในเปลอกโลกอยางเหนได

ชด ไฮโดรเจน ออกซเจน คารบอนและไนโตรเจนรวมกนไดมากกวา 99% ของอะตอมในรางกายของมนษย

สารชวโมเลกลทกชนดมคารบอนเปนองคประกอบ เนองจากธาตคารบอนมความสามารถในการสราง

พนธะโควาเลนตไดด และสรางไดถง 4 พนธะตอหนงอะตอม ทาใหเกดโครงสรางทงแบบเสนตรง แบบกงและแบบ

cyclic (วงกลม)

2

สารโมเลกลใหญสรางขนจากหนวยองคประกอบยอย

สารตงตน (precursors) ทใชในการสรางสารชวโมเลกลคอ นา คารบอนไดออกไซดและสารประกอบ

ไนโตรเจนอนนทรย 3 ชนดคอ แอมโมเนยม (NH4+), ไนเตรต (NO3

-) และไดไนโตรเจน (N2)

การสรางสารชวโมเลกลนใชกระบวนการเมแทบอลซม เปลยน precursors เปน metabolites ซง

หมายถง สารประกอบอนทรยอยางงายทใชสงเคราะหหนวยองคประกอบยอย (building blocks) เชน กรดอะมโน

นาตาล นวคลโอไทด กรดไขมนและกลเซอรอล

เมอนา building blocks มาตอกนดวยพนธะโควาเลนตกจะไดสารโมเลกลใหญ (macromolecules)

คอ โปรตน โพลแซกคาไรด โพลนวคลโอไทด (DNA และ RNA) และลพด

ปฏกรยาระหวางสารโมเลกลใหญทาใหเกดโครงสรางอกระดบทใหญขนไปอก เรยกวา supramolocular

complexes เชน enzyme complexes ททาหนาทไดหลายอยาง ไรโบโซม โครโมโซม เปนตน

organelles พบเฉพาะในเซลล eukaryote เทานน เชน นวเคลยส ไมโตคอนเดรย คลอโรพลาสต

endoplasmic reticulum, Golgi apparatus และ vacuoles

นวเคลยส เปนทเกบขอมลทางพนธกรรมอยในรปของลาดบนวคลโอดในดเอนเอของโครโมโซม ไมโตคอน

เดรยทาหนาทเปน “โรงไฟฟา” ของเซลล โดยการเกดเมแทบอลซมของคารโบโฮเดรตและกรดไขมน เกบพลงงานท

ไดไวในรปของ ATP คลอโรพลาสต เปนทเกดการสงเคราะหแสง เปลยนพลงงานแสงเปนพลงงานเคม

เมมเบรน เปน supramolecular assemblies ทกาหนดขอบเขตของเซลล

การรกษาโครงสรางของเมมเบรนใหคงรปอยไดนน เกดจาก hydrophobic interaction ซงเปน

ปฏกรยาทเกดขนจากสมบตของนาทชอบดงดดกนเองมากกวาไปดงดดสารทไมมขว

สารชวโมเลกลและหนวยองคประกอบยอยม “sense” หรอทศทางการเชอมตอ

สารโมเลกลใหญภายในเซลล สรางขนจากหนวยยอย เชน กรดอะมโนในโปรตน นวคลโอไทดในกรด

นวคลอก และคารโบไฮเดรตในโพลแซกคาไรด จะมทศทางในการมาตอกน นนคอมหวมหาง

สารชวโมเลกลมขอมลเกบอย

ดเอนเอและโปรตน มลาดบทแนนอนขององคประกอบยอย สวนโพลแซกคาไรดมกจะประกอบดวย

homopolymers เชน เซลลโลสประกอบดวยนาตาลกลโคสเทานนมาตอกน

3

แรง Van der Waals มบทบาทสาคญในการกระทากนระหวางสารชวโมเลกล

แมแรง Van der Waals จะเปนแรงออน ๆ ทเกดจากการดงดดกนระหวางอะตอม แตในสารชวโมเลกลท

มขนาดโมเลกลใหญ กสามารถทาใหเกดแรงดงดดกนได เชนระหวางเอนไซม lysozyme กบนาตาลทเปน

substrate กพบวาดดกบดวยพลงงาน 60 kJ/mol

พนธะไฮโดรเจนมความสาคญในการกระทากนระหวางสารชวโมเลกล

พนธะไฮโดรเจน เกดขนระหวางอะตอมของไฮโดรเจนทสรางพนธะโควาเลนตเชอมกบอะตอมของธาตทม

คา electronegativity สง (มแรงดงอเลกตรอนเขาหาตวมาก เชน ออกซเจนหรอไนโตรเจน) กบ อะตอมของธาตอก

อะตอมททาหนาทเปนตวรบพนธะไฮโดรเจน

Ionic interactions

เกดจากแรงดงดดระหวางโครงสรางทมประจตรงขาม

กน เชน หมคารบอกซลทมประจลบกบหมอะมโนทมประจบวก

การจดจากนไดของโมเลกล เนองจากโครงสรางทเขา

กนได

เชนกรณของ antigen กบ antibody

4

แรงดงดดอยางออน เปนขอจากดทาใหสงมชวตอยไดในสภาวะแวดลอมทมชวงแคบ ๆ

เนองจากปฏกรยาระหวางสารชวโมเลกลเกดจากแรงดงดดอยางออน ดงนนสารชวโมเลกลจงทางานได

เฉพาะในสภาวะแวดลอมชวงแคบ ๆ เชน อณหภม ความเขมขนของไอออน และความเปนกรด

สภาพทรนแรงจะทาลายแรงออน ๆ น สารชวโมเลกลทไดรบผลกระทบจะเรยกวาเกด denaturation

หรอเสยสภาพธรรมชาต

เซลลตองมยนมากนอยแคไหน

จโนมของ Mycoplasma genitalium ประกอบดวยยน 523 ยน ถอดรหสเปนโปรตนได 484 ชนด ม

จานวนเบสเพยง 580,074 คเบส

เซลลทงายทสด อยางนอยตองมลกษณะดงน (1) มเมแทบอลซมและการสรางพลงงานระดบหนง (2) ม

การถายทอดทางพนธกรรม โดยใชแมแบบ (เชน DNA หรอ RNA) (3) มการสรางและรกษาขอบเขตของเซลล (เมม

เบรน)

5

เซลล prokaryote

เซลล eukaryote

6

นาเปนตวกลางของชวต

นามสมบตหลายอยางทไมเหมอนสารอน ๆ ทมโครงสรางองคประกอบคลายกน เชน

1) จดเดอดสง เปนของเหลวทอณหภมหอง

2) พบไดทง 3 สถานะในชวตประจาวน (นาแขง นา ไอนา)

3) เปนของแขงแลวขยายตว (นาแขงลอยนาได)

4) เปนตวทาละลายทดมาก

สมบตเหลาน เกดขนเนองจากโมเลกลของนาสามารถสรางพนธะไฮโดรเจนได

7

การละลายของเกลอในนา

Amphiphilic molecule

หมายถงโมเลกลทมทงสวนทมขว (polar) และไมมขว (nonpolar ) อยในโมเลกลเดยวกน เชน กรดไขมน

เกลอของกรดไขมน (สบ) เมอละลายนาจะเกดเปน micelles หนเอาสวนหางทเปน nonpolar เขาดาน

ในดวยแรง hydrophobic และหนเอาสวน polar ออกสนา แลวโดนโมเลกลของนาลอมไว

pH scale

pH คอ คาทใชวดความเขมขนของ hydrogen ion โดยอยในรปของ negative logarithm

pH = -log10[H+]

8

บฟเฟอร

บฟเฟอร คอ สารละลายทสามารถตานทานการเปลยนแปลง pH ได เมอมการเตมกรดหรอเบสลงไป

โดยทวไปจะประกอบดวยกรดออนและ conjugate base ของกรดออนนน

เมอเตม H+ ลงในสารละลายบฟเฟอร H+ จะรวมตวกบแอนไอออน A- กลายเปน กรดออน HA ทแตกตว

ไดนอย คา pH จงไมคอยเปลยน

ในทานองเดยวกน ถาเตม OH- ลงในสารละลายบฟเฟอร จะรวมตวกบ H ทอยใน HA กลายเปนนากบ A-

คา pH จงไมคอยเปลยนเชนกน

บฟเฟอรในระบบชวภาพ คอ ฟอสเฟต

(HPO42-/H2PO4

-) และ ไบคารบอเนต/กรดคารบอนก

(HCO3-/H2CO3)