ภาพที่ 1 อาหารประเภทโปรตีน
ที่มา: https://pixabay.com/photos/egg-milk-butter-out-garden-herbs-2191991/

           โปรตีนเป็นสารประกอบที่พบมากในเซลล์ทุกชนิด โปรตีนมีความสำคัญต่อร่างกายมาก จะเป็นโครงสร้างของเนื้อเยื่อของสัตว์ โปรตีนเป็นส่วนประกอบของผิวหนัง ผม ขนนก ขนสัตว์ เล็บ เขา กีบ กล้ามเนื้อ เอ็น ตลอดจนกระดูกอ่อน นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับระบบประสาท ระบบภูมิคุ้มกัน ระบบต่อมไร้ท่อ ฮอร์โมน เอนไซม์ เป็นองค์ประกอบของฮีโมโกลบิน โปรตีนจะถูกใช้ในสร้างเนื้อเยื่อใหม่ ๆ มาทดแทนส่วนที่สึกหรอเพื่อให้มีสภาพสมบูรณ์อยู่เสมอ

           โปรตีนเป็นสารโมเลกุลขนาดใหญ่ประกอบด้วยหน่วยย่อยคือ กรดแอมิโน (amino acid) มาเชื่อมต่อกัน กรดแอมิโนประกอบไปด้วย อะตอมของธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน เป็นองค์ประกอบหลัก นอกจากนี้กรดแอมิโนบางชนิดอาจมีอะตอมของธาตุอื่น ๆ อีก เช่น กำมะถัน

           โครงสร้างของกรดแอมิโน ประกอบด้วย อะตอมของธาตุไฮโดรเจน หมู่แอมิโน (-NH₂) หมู่คาร์บอกซิล ซึ่งเชื่อมกับอะตอมของคาร์บอนตัวเดียวกัน เรียกว่า ไครอลคาร์บอน (Chiral carbon) และมีหมู่ที่เชื่อมกับไครอลคาร์บอนที่เรียกว่า หมู่ R กรดแอมิโนแต่ละชนิดจะแตกต่างกันที่หมู่ R ที่ให้แสดงคุณสมบัติที่ต่างกัน เช่น ไกลซีน อะลานีน ซิสเทอีน

ภาพที่ 2 โครงสร้างของกรดแอมิโน
ที่มา: ดัดแปลงจาก พิมพ์เพ็ญ พรเฉลิมพงศ์

           การแบ่งชนิดของกรดแอมิโนตามการสร้างของร่างกาย ได้ 2 กลุ่ม คือ กรดแอมิโนจำเป็น ที่ร่างกายสังเคราะห์ขึ้นได้เอง 9 ชนิด ต้องการได้รับจากอาหารที่กินเข้าไป และกรดแอมิโนที่ไม่จำเป็น คือกรดแอมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์ขึ้นมาได้เอง มี 11 ชนิด ดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 ตารางแสดงกรดแอมิโนไม่จำเป็นและกรดแอมิโนจำเป็นทั้ง 20 ชนิด

U.S. National Research Council. National Academy of Science, Recommended Dietary Allowances (Washington, D.C., 1980) อ้างอิงใน Christian, 1985: 175.

* อาร์จินีน เป็นกรดแอมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์ได้ แต่ในเพียงพอในเด็ก ต้องการได้จากอาหารด้วย** ฮีสทิดีน เป็นกรดแอมิโนที่จำเป็นในเด็ก

           กรดแอมิโนที่จำเป็น (Essential amino acid) เป็นกรดแอมิโนที่ได้จากอาหารเท่านั้น ร่างกายไม่สามารถสร้างขึ้นได้เองหรือเปลี่ยนมาจากสารอาหารอื่น ๆ ที่สะสมไว้ในร่างกายได้ มีอยู่ 9 ชนิด กรดแอมิโนเหล่านี้พบในไข่ นม เครื่องในสัตว์ หากร่างกายได้รับกรดแอมิโนเหล่านี้อย่างเพียงพอ จะทำให้ร่างกายสมบูรณ์แข็งแรง และมีความต้านทานโรคภัยได้สูง โดยเฉพาะเด็ก ๆ ที่กำลังเจริญเติบโต หากขาดจำทำให้การเจริญเติบโตเกิดขึ้นได้ช้า

           กรดแอมิโนที่ไม่จำเป็น (Non-essential amino acid) เป็นกรดแอมิโนที่ร่างกายสามารถสร้างได้จากอาหารที่ร่างกายสะสมเอาไว้ แต่ก็จำเป้นต้องกินจากอาหารเพื่อทำให้ร่างกายเจริญเติบโต หากไม่ได้รับกรดแอมิโนเหล่านี้ร่างกายจะเติบโตช้ากว่าปกติ

โครงสร้างของโปรตีน

           จากโครงสร้างของกรแอมิโน เมื่อกรดแอมิโนตั้งแต่ 2 โมเลกุลรวมตัวกัน โดยหมู่คาร์บอกซิลของกรดแอมิโนตัวแรกจะรวมตัวกับหมู่แอมิโนของกรดแอมิโนตัวที่สอง ได้สารประกอบไดเพปไทด์ (dipeptide) ดังสมการ

ภาพที่ 3 แสดงการจับกันของกรดแอมิโน 2 โมเลกุล
ที่มา: Garrett & Grisham (2005), หน้า 104.

           ไดเพปไทด์ คือ กระแอมิโน 2 ตัวรวมกันโดยเกิดพันธะเพปไทด์ (peptide bond) เป็นตัวเชื่อม

           เมื่อกรดแอมิโนตั้งแต่ 10 โมเลกุล ทำปฏิกิริยากันได้สารที่เรียกชื่อรวมว่า พอลิเพปไทด์ (polypeptide) พอลิเพปไทด์แต่ละชนิดจะขึ้นอยู่กับจำนวนกรดแอมิโน เช่น เอนไซม์พาเพน (papain) ที่พบในยางมะละกอ มีกรดแอมิโน 198 โมเลกุล ฮอร์โมนอินซูลินจากตับอ่อนมีกรดแอมิโน 51 โมเลกุล

           เนื่องจากโปรตีนเป็นสารประกอบโมเลกุลใหญ่และมีโครสร้างที่ซับซ้อน ซึ่งโปรตีนบางชนิดอาจจะประกอบ พอลิเพปไทด์ 1 สาย หรือหลายสาย เราสามารถแบ่งโครงสร้างโปรตีนได้ 4 แบบ เพื่อให้เหมาะสมกับการทำงาน

          1. โครงสร้างปฐมภูมิ (primary structure) กรดแอมิโนจะเรียงต่อกันเป็นสายพอลิเพปไทด์ 1 สาย ซึ่งสายโปรตีนแต่ละชนิดจะมีจำนวนและลำดับของกรดแอมิโนที่จำเพาะ เช่น ฮอร์โมนอินซูลิน

          2. โครงสร้างทุติยภูมิ (secondary structure) เกิดจากการสร้างพันธะไฮโดรเจนของกรดแอมิโน ทำให้สายพอลิเพปไทด์มีโครงสร้างที่มีลักษณะบิดเป็นเกลียวและเป็นแผ่น เช่น ไลโซไซม์ (lysozyme)

          3. โครงสร้างตติยภูมิ (tertiary structure) เกิดจากโครงสร้างทุติยภูมิพับม้วนเข้าหากัน โดยอาศัยแรงยึดเหนี่ยว เช่น แรงไฮโดรโฟบิก พันธะไฮโดรเจน พันธะไอออนิก เกิดเป็นโครงสร้างที่มีความเหมาะสมต่อการทำหน้าที่ต่าง ๆ ของโปรตีน มีลักษณะเป็นสามมิติ เช่น b ฮีโมโกลบิน

          4. โครงสร้างจตุภูมิ (quaternary structure) ในโปรตีนบางชนิดอาจมีการรวมตัวกันของพอลิเพปไทด์มากกว่า 1 สาย ซึ่งอาจเป็นชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกัน อาจมีลักษณะเป็นก้อน เช่น ฮีโมโกลบิน ประกอบด้วย พอลิเพปไทด์ 4 สาย คือ โดยมีสายแอลฟาและบีต้าอย่างละ 2 สาย ฮีโมโกลบินมีสูตรเคมี C₃₀₃₂H₄₈₁₆O₈₇₂N₇₈₀S₈F₄

ภาพที่ 4 โครงสร้างของโปรตีนทั้ง 4 แบบ
ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Main_protein_structure_levels_en.svg, LadyofHats

          โปรตีนมีหลากหลายชนิด แต่ละชนิดมีลำดับการเรียงตัวและชนิดของกรดแอมิโนแตกต่าง ทำให้มีโครงสร้างต่างกัน จึงทำให้โปรตีนมีหน้าที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ยังมีโปรตีนที่มีคาร์โบไฮเดรตสายสั้น ๆ เป็นส่วนประกอบ เรียกว่า ไกลโคโปรตีน (glycoprotein) เช่น โปรตีนที่เยื่อหุ้มเซลล์ ทำหน้าที่เกี่ยวกับการจดจำของเซลล์ ซึ่งโปรตีนสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่าง ๆ ดังตัวอย่างในตารางที่ 2

ตารางที่ 2 ตัวอย่างประเภทโปรตีนที่มีหน้าที่ต่างกัน

แหล่งที่มาท้ายบทเรียน

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). หนังสือเรียนรายวิชา

           เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ชีววิทยา ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เล่ม 1.  กรุงเทพฯ: สกสค. ลาดพร้าว.

ปรีชา สุวรรณพินิจ และนงลักษณ์ สุวรรณพินิจ. (2555). High School Biology ชีววิทยา ม.4-6 เล่ม 1

           (รายวิชาเพิ่มเติม). กรุงเพทฯ: ชัยภัทร พริ้นติ้ง.

Garrett, Reginald H. and Grisham, Charles M. (2005). Biochemistry. (3rd ed).  Australia:

           Thomson Brooks/Cole.

ภาพที่ 1 น้ำมันมะกอก
ที่มา: https://pixabay.com/photos/olive-oil-salad-dressing-cooking-968657/, Steve Buissinne

           ลิพิด (lipid) เป็นสารประกอบที่มีธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เหมือนคาร์โบไฮเดรต แต่ลิพิดบางชนิดยังมีธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ ไขมันไม่ละลายน้ำ แต่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ (organic solvent) เช่น อีเทอร์ เบนซิน คลอโรฟอร์ม และเอทานอล ไขมันพบในอาหารเกือบทุกชนิด

           ลิพิดเป็นองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์และเป็นสารอาหารที่ให้พลังงานมากที่สุด คือ  9 kcal/g ช่วยป้องกันการสูญเสียน้ำ เป็นฉนวนช่วยควบคุมอุณหภูมิของร่างกาย และป้องกันการกระแทกของอวัยวะภายใน อีกทั้งยังเป็นตัวทำละลายที่สำคัญของวิตามิน A D E และ K

           ลิพิดมีโครงสร้างพื้นฐานทางเคมีที่หลากหลาย ซึ่งกลุ่มของลิพิดที่พบในสิ่งมีชีวิต เช่น กรดไขมัน (fatty acid) ไตรกลีเซอไรด์ (triglyceride) ฟอสโฟลิพิด (phospholipid) สเตอรอยด์ (steroid)

ประเภทของลิพิด

          1. ลิพิดธรรมดาหรือลิพิดเชิงเดี่ยว (Simple lipid) เป็นลิพิดที่ประกอบด้วย กรดไขมัน (fatty acid) กับแอลกอฮอล์ชนิดต่าง ๆ ซึ่งมักจะเป็นกลีเซอรอล (glycerol) จึงเรียกสารที่ประกอบด้วยกรดไขมันและกลีเซอรอลว่า กลีเซอไรด์ (glyceride) ลิพิดเชิงเดี่ยว ได้แก่ น้ำมัน (oil) ไขมัน (fat) และไข (wax)

               ไตรกลีเซอไรด์ (Triglyceride) เมื่อกรดไขมันทำปฏิกิริยากับกลีเซอรอล จะเกิดเป็นกลีเซอไรด์ (glyceride) ถ้ามีกรดไขมันมาจับ 1 โมเลกุล เรียกว่า มอโนกลีเซอไรด์ (monoglyceride) ถ้ามี 2 โมเลกุล เรียกว่า ไดกลีเซอไรด์ (diglyceride) และถ้ามี 3 โมเลกุล เรียกว่า ไตรกลีเซอไรด์ (triglyceride) ดังภาพที่ 2  และไตรกลีเซอไรด์เป็นลิพิดที่พบมากที่สุดในพืชและสัตว์ ถ้ามีสถานะเป็นของแข็งที่อุณหูมิห้อง เรียกว่า ไขมัน (fat) แต่ถ้ามีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง เรียกว่า น้ำมัน (oil)

ภาพที่ 2 การสังเคราะห์ไตรกลีเซอไรด์
ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:220_Triglycerides-01.jpg, OpenStax College

                    กรดไขมันที่มาจับกับกลีเซอรอล อาจจะเป็นกรดไขมันอิ่มตัวทั้งหมด หรือกรดไขมันไม่อิ่มตัวทั้หมด หรือมีทั้งกรดไขมันอิ่มตัวและกรดไขมันไม่อิ่มตัวอยู่ด้วยกัน ดังภาพที่ 3

ภาพที่ 3 ตัวอย่างไตรกลีเซอไรด์ที่มีทั้งกรดไขมันอิ่มตัวและกรดไขมันไม่อิ่มตัวมาจับ
ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fat_triglyceride_shorthand_formula.PNG, Wolfgang Schaefer

          2. ลิพิดประกอบ (Compound lipid) คือ ไขมันที่มีสารอื่นเพิ่มขึ้น แบ่งเป็น

                    ฟอสโฟลิพิด (phospholipid) เป็นองค์ประกอบสำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์และเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์อื่น ๆ ทำให้สารที่ละลายในไขมันแพร่ผ่านเข้าออกเซลล์ได้ ฟอสโฟลิพิดมีโครงสร้งาที่ประกอบด้วย กรดไขมัน 2 โมเลกุล เชื่อมต่อกับกลีเซอรอล 1 โมเลกุล และหมู่ฟอสเฟต 1 หมู่ ที่เชื่อมอยู่กับหมู่ R ทำให้ด้านหนึ่งของโมเลกุลมีสมบัติไฮโดรโฟบิก (hydrophobic = hydro (น้ำ) + phobic =เกลียด, ไม่ชอบ) ส่วนอีกด้านหนึ่งมีสมบัติไฮโดรฟิลิก (hydrophilic; philic =ชอบ) เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิด 2 ชั้น โดยจะหันส่วนของไฮโดรโฟบิกเข้าหากัน ดังภาพที่ 4

ภาพที่ 4 โครงสร้างของฟอสโฟลิพิด
ที่มา: https://www.khanacademy.org/science/biology/bacteria-archaea/prokaryote-structure/v/bacteria

                         ฟอสโฟลิพิดที่มีมากในคน สัตว์ และพืชชั้นสูง ได้แก่ เลซิทิน พบในเยื่อหุ้มเซลล์เป็นองค์ประกอบของลิโพโปรตีน (lipoprotein) ใช้ในการสังเคราะห์แอซิทิลโคลีน (acetylcholine) ที่เป็นสารสื่อประสาทที่มีเกี่ยวข้องกับความจำ โดยพบมากในไข่แดง ถั่วเมล็ดแห้ง เนื้อสัตว์ และเซฟาลิน พบมากในเนื้อสัตว์ เกี่ยวข้องกับการแข็งตัวของเลือด (blood clotting)

                    ไกลโคโปรตีน (glycoprotein) เป็นไขมันที่มีคาร์โบไฮเดรตเป็นองค์ประกอบ ได้แก่ ซีรีโบรไซด์ (cerebroside) และแกงกลิโอไซด์ (glanglioside)

ภาพที่ 5 โครงสร้างของซีรีโบรไซด์ (A) และแกงกลิโอไซด์ (B)
ที่มา: Garrett & Grisham (2005) & Campbell & Farrell (2006)

                    ลิโพโปรตีน (lipoprotein) เป็นไขมันที่จับกับโปรตีน เป็นองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ ช่วยในการขนส่งไขมันในกระแสเลือด

          3. อนุพันธ์ของลิพิด (derived lipid) เกิดจากการสลายตัวของลิพิดธรรมดาและลิพิดประกอบ ได้แก้ กรดไขมัน สเตอรอยด์ (steroid)

                 กรดไขมัน (fatty acid) เป็นสายไฮโดรคาร์บอนที่มีหมู่คาร์บอกซิลเป็นหมู่ฟังฏืชันที่อยู่ปลายอีกด้านหนึ่ง กรดไขมันแต่ละชนิดมีจำนวนอะตอมของธาตุคาร์บอนที่แตกต่างกัน ทำให้มีคุณสมบัติต่างกัน กรดไขมันแบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ กรดไขมันอิ่มตัว (saturated fatty acid) มีคาร์บอนทุกอะตอมเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเดี่ยว และกรดไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty acid) จะมีพันธะคู่อย่างน้อย 1 ตำแหน่ง ดังรูปที่ 6

ภาพที่ 6 ตัวอย่างโครงสร้างของกรดไขมันอิ่มตัว (a) และกรดไขมันไม่อิ่มตัว (b)
ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:221_Fatty_Acids_Shapes-01.jpg,OpenStax College

          โดยทั่วไปกรดไขมันอิ่มตัวได้จากไขมันของสัตว์ เช่น เนย ไขมันจากสัตว์ และน้ำมันพืชบางชนิด เช่น น้ำมันมะพร้าว น้ำมันปาล์ม ส่วนกรดไขมันไม่อิ่มตัวส่วนใหญ่ได้จากพืช เช่น น้ำมันข้าวโพด น้ำมันถั่วเหลือง น้ำมันทานตะวัน น้ำมันงา กรดไขมันที่ร่างกายต้องการและไม่สามารถสังเคราะห์ ต้องได้รับจากอาหาร เรียกว่า กรดไขมันที่จำเป็น (essential fatty acid) และกรดไขมันที่ร่างกายสังเคราะห์ได้เอง เรียกว่า กรดไขมันที่ไม่จำเป็น (non-essential fatty acid)

ตารางที่ 1 แสดงตัวอย่างกรดไขมันอิ่มตัวและกรดไขมันไม่อิ่มตัว

                    สเตอรอยด์ (steroid) เป็นอนุพันธ์ของไซโคลเพนทาโนเพอร์ไฮโดรฟีแนนทรีน (cyclopentanoperhydrophenanthrene) มีสูตรโครงสร้าง ดังภาพที่ 7 (a) สเตอรอยด์ที่มีโครงสร้างเป็นวงแหวนหลายวง ได้แก่ สเตอรอล (sterol) เช่น คอเลสเทอรอล (cholesterol) เป็นสารที่จำเป็นต่อร่างกายพบที่เยื่อหุ้มเซลล์ และเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มไมอีลินในเซลล์ประสาท

ภาพที่ 7 โครงสร้างของสเตอรอยด์ (a) cyclopentanoperhydrophenanthrene
(b) โครงสร้างของคอเลสเทอรอล (c) ตัวอย่างสเตอรอลที่เป็นฮอร์โมนเพศ 
ที่มา: Campbell & Farrell (2006)

           ในการตรวจสุขร่างกายจะมีการตรวจคอเลสเทอรอล ไตรกลีเซอไรด์ HDL (high-density lipoproteins) และ LDL (low-density lipoproteins)

           การรับประทานอาหารที่มีกรดไขมันอิ่มตัวหรือมีคอเลสเทอรอลมากเกินความต้องการของร่างดาย ไตรกลีเซอไรด์และคอเลสเทอรอลส่วนเกินที่อยู่ใน LDL จะสะสมที่ผนังหลอดเลือดทำให้หลอดเลือดแข็งตัวหรือหลอดเลือดตีบ การรับประทานอาหารที่มีกรดไขมันไม่อิ่มตัว จะมี HDL ทำหน้าที่นำคอเลสเทอรอลส่วนเกินไปทำลายที่ตับ ลดการสะสมของคอเลสเทอรอลที่ผนังหลอดเลือด และยังช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมของ LDL ที่ผนังหลอดเลือด ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้หลอดเลือดแข็งตัวหรือุดตัน อาจก่อให้เกิดภาวะหัวใจขาดเลือดหรือหลอดเลือดในสมองตีบ นำไปสู่การเสียชีวิตในที่สุด

ภาพที่ 8 การะสะสมของ LDL และคอเลสเทอรอลบริเวณหลอดเลือด
ที่มา: https://www.flickr.com/photos/thaotyphucom/7123261417

           นอกจากนี้ยังมีลิพิดประเภทอื่น ๆ เช่น ไข (wax) เป็นของแข็ง ไม่ละลายน้ำ ทำหน้าที่หล่อลื่นหรือป้องกันการสูญเสียน้ำ พบได้ในขี้ผึ้ง ผิวของใบไม้ หลือผลไม้บางชนิด และยังพบที่ผิวหนังหรือขนของสัตว์บางชนิด เช่น ขนนก ขนเป็ด

แหล่งที่มา

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). หนังสือเรียนรายวิชา

           เพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ชีววิทยา ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เล่ม 1.  กรุงเทพฯ: สกสค. ลาดพร้าว.

ปรีชา สุวรรณพินิจ และนงลักษณ์ สุวรรณพินิจ. (2555). High School Biology ชีววิทยา ม.4-6 เล่ม 1

           (รายวิชาเพิ่มเติม). กรุงเพทฯ: ชัยภัทร พริ้นติ้ง.

Campbell, Mary K. and Farrell, Shawn O. (2006). Biochemistry. (5th ed).  Australia:

           Thomson Brooks/Cole.

Garrett, Reginald H. and Grisham, Charles M. (2005). Biochemistry. (3rd ed).  Australia:

           Thomson Brooks/Cole.

ภาพที่ 1 สารพันธุกรรม
ที่มา: https://pixabay.com/, Gerd Altmann

           กรดนิวคลีอิก (nucleic acid) เป็นสารชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ ทำหน้าที่เก็บรหัสข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต สามารถจำลองตัวเองได้ (duplication, replication) เพื่อถ่ายทอดรหัสทางพันธุกรรมไปยังรุ่นต่อ ๆ ไป อีกทั้งยังทำหน้าที่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนและกระบวนการต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต กรดนิวคลีอิกมี 2 ชนิด คือ DNA (Deoxyribonucleic acid) และ RNA (ribonucleic acid)

โครงสร้างของกรดนิวคลีอิก

           กรดนิวคลีอิก เรียกอีกชื่อว่า พอลินิวคลีโอไทด์ (polynucleotide) ประกอบไปด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) ซึ่งแต่ละนิวคลีโอไทด์ก็จะประกอบด้วยส่วนย่อย 3 ส่วน ได้แก่ น้ำตาลที่มีธาตุคาร์บอน 5 อะตอม (pentose) เบสที่มีไนโตเรเจนเป็นองค์ประกอบ (Nitrogenous base) และหมู่ฟอสเฟส (PO₄^3-) โดยน้ำตาลเพนโทสใน DNA และ RNA จะเป็นคนละชนิดกัน ดังภาพที่ 2

           นิวคลีโอไทด์จะมี nitrogenous base แบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มพิวรีน (purine) จะมี 2 ชนิด คือ เบสอะดีนีน (Adenine) และเบสกวานีน (Guanine) และกลุ่มไพริมิดีน (pyrimidine) จะมี 3 ชนิด คือ เบสไซโทซีน (Cytosine) เบสไทมีน* (Thymine) และเบสยูราซิล** (Uracil) ดังภาพที่ 2

               * เบสไทมีน จะพบเฉพาะใน DNA               ** เบสยูราซิล จะพบเฉพาะใน RNA

ภาพที่ 2 โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์
(a) นิวคลีโอไทด์  (b) เบสไนโตรจีนัส  (c) ชนิดของน้ำตาลใน DNA และ RNA
ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:228_Nucleotides-01.jpg, OpenStax College

ภาพที่ 3 โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์ในสาย RNA และ DNA
ที่มา: Garrett & Grisham (2005)

           จากภาพที่ 3 เปรียบเทียบโครงสร้างของนิวคลีโอไทด์ในสาย RNA และ DNA ซึ่งแต่ละนิวคลีโอไทด์จะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ (phosphodiester bond) ระหว่างหมู่ฟอสเฟต (PO₄^3-) ของนิวคลีโอไทด์กับไฮดรอกซี (-OH) ของคาร์บอนตำแหน่งที่ 3 ของน้ำตาลเพสโทสของอีกนิวคลีโอไทด์หนึ่ง

           DNA เป็นสายพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายพันกัน และบิดเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียน (ภาพที่ 4) ด้วยการจับคู่กันของเบส (base pairing) ด้วยพันธะไฮโดรเจน (hydrogen pond) ซึ่งเบสที่จับกันต้องเป็นเบสคู่สมกัน (complementary base) คือ เบส A กับเบส T ด้วยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ และเบส G กับเบส C ด้วยพันธะไฮโดรเจน 3 พันธะ ดังภาพที่ 5 (b) 

ภาพที่ 4 โครงสร้างและขนาดของ DNA
ที่มา: Campbell & Farrell (2006)

ภาพที่ 5 เปรียบเทียบ RNA สายเดียว กับ DNA สายคู่ และไนโตรจีนัสเบสที่จับกัน (a)
พันธะไฮโดรเจนที่เกิดจากจับกันของเบสพิวรีนกับเบสไพริมิดีน (b)

ที่มา: (a) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-EN.svg, Sponk (b) Reece, Jane B. & et al. (2017)

           ลักษณะของ RNA ที่ต่างจาก DNA

               RNA แตกต่างจาก DNA ที่

               1. เบสไพริมิดีน เป็น ยูราซิล (Uracil หรือ U) แทนที่จะเป็นไทมีน (Thymine หรือ T)

               2. น้ำตาลเพนโทส เป็นชนิดไรโบส แทนที่ดีออกซิไรโบสใน DNA

               3. RNA เป็นพอลินิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว (single strand) แต่ DNA เป็นพอลินิวคลีโอไทด์สายคู่บิดเป็นเกลียว (double helix strand)

               4. RNA พบทั้งในนิวเคลียส และไซโทพลาสซึม แต่ DNA พบในนิวเคลียส

             RNA ที่พบในธรรมชาติมี 3 ชนิด ซึ่งจะมีหน้าที่แตกต่างกัน ได้แก่

               1. messenger RNA (mRNA)

               2. transfer RNA (tRNA)

               3. ribosoma lRNA (rRNA)

               เอ็มอาร์เอ็นเอ (mRNA) หรือ เมสเซนเจอร์ อาร์เอ็นเอ (messenger RNA) คือ อาร์เอ็นเอ (RNA) ชนิดหนึ่ง โดย mRNA มีการเรียงลำดับของนิวคลีโอไทด์ที่ Complement กับข้อมูลทางพันธุกรรมที่บริเวณจำเพาะของ DNA ในส่วนที่เป็นยีน mRNA ทำหน้าที่เป็นแม่แบบ (template) ในการสร้างโปรตีนหรือนำข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ไปใช้สร้างโปรตีน

                    โดยที่ mRNA ถูกสร้างโดยการถอดรหัสหรือการทรานสคริปชั่น (Transcription) จากดีเอ็นเอแม่แบบ (DNA template) ข้อมูลทางพันธุกรรมใน mRNA จะอยู่ในรูปลำดับเบสของนิวคลีโอไทด์ที่เรียงเป็นรหัสพันธุกรรม (Codon) ซึ่งหนึ่งรหัสประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 3 เบส ซึ่งรหัสพันธุกรรมแต่ละตัวจะกำหนดกรดอะมิโนหนึ่งชนิดยกเว้นรหัสพันธุกรรมหยุด (Stop Codon) ซึ่งจะทำให้การสังเคราะห์โปรตีนสิ้นสุด ซึ่งกระบวนการนี้ต้องทำงานร่วมกับอาร์เอ็นเอ (RNA) อีกสองชนิด คือ tRNA ที่จดจำรหัสพันธุกรรมและนำกรดอะมิโนเข้ามาต่อกัน กับ rRNA ที่เป็นองค์ประกอบหลักของไรโบโซม (Ribosome)

               ทีอาร์เอ็นเอ (tRNA) หรือ ทรานสเฟอร์ อาร์เอ็นเอ (transfer RNA) คือ RNA ชนิดหนึ่งเป็นโมเลกุลสายเดี่ยวที่มีขนาดเล็กที่สุด ในแบคทีเรียและในไซโทพลาซึมของเซลล์ยูคาริโอตประกอบด้วย tRNA มีขนาดประมาณ 73-93 นิวคลีโอไทด์ ทำหน้าที่เป็นตัวพาหะที่จำเพาะของกรดอะมิโนที่ถูกกระตุ้นนำไปยังตำแหน่งที่จำเพาะบนแม่พิมพ์ สำหรับสร้างโปรตีน มาต่อเป็นสายพอลิเปบไทด์ที่ไรโบโซม (Ribosome) ระหว่างกระบวนการแปลรหัส หรือ ทรานสเลชั่น (translation) กรดอะมิโนจับกับปลาย 3′ การสร้างพันธะเปบไทด์ (peptide bond) tRNA มีบริเวณที่มีเบส 3 ตัว เรียก แอนติโคดอน (Anti-codon) ซึ่งจะจับกับโคดอนหรือรหัสพันธุกรรม (Codon) บน mRNA tRNA แต่ละชนิดจะจับกับกรดอะมิโนตัวเดียวเท่านั้น แต่รหัสพันธุกรรม (Codon) อาจจะมีหลายรหัสที่กำหนดกรดอะมิโนตัวเดียวกัน

               อาร์อาร์เอ็นเอ (rRNA) หรือ ไรโบโซมอล อาร์เอ็นเอ (ribosomal RNA) คือ RNAชนิดหนึ่ง เป็นองค์ประกอบสำคัญของไรโบโซม (Ribosome) เป็นโมเลกุลสายเดี่ยวที่มีโครงสร้างเป็นเกลียวตรงบริเวณที่มีพันธะไฮโดรเจน ของเบสคู่สม (complementary base) กัน รวมถึงเป็นนิวคลีโอโปรตีน (nucleoprotein) ที่เรียกว่า ไรโบโซม (ribosome) ซึ่งมีประมาณ 75-80 % ของ RNA ทั้งหมด ทำหน้าที่เป็นบริเวณของการสังเคราะห์โปรตีนภายในเซลล์ ในเซลล์โพรคาริโอติก มักพบในลักษณะอิสระหรือมอโนโซม (monosome) และรวมกับ tRNA เป็นพอลิโซม (polysome) การทำงานของ rRNA เกี่ยวข้องกับกลไกการถอดรหัส (transcription) จาก mRNA ไปเป็นกรดอะมิโน และทำปฏิกิริยากับ tRNA ที่นำกรดอะมิโนเข้ามาต่อกันระหว่างแปลรหัส หรือ ทรานสเลชั่น (translation) โดยการเร่งปฏิกิริยาด้วย peptidyl transferase

ตารางที่ 1 สรุปความแตกต่างระหว่าง RNA และ DNA

           นอกจากนิวคลีโอไทด์ จะเป็นองค์ประกอบของ DNA และ RNA แล้ว ยังเป็นองค์ประกอบของสารให้พลังงานสูง เช่น ATP (Adenosine triphosphate) ATP 1 โมเลกุล ประกอบด้วย เบสอะดินีน กับน้ำตาลไรโบส เป็นสารประเภทนิวคลีโอไซด์ (nucleoside) ที่เรียกว่า อะดีโนซีน (adenosine) แล้วต่อกับฟอสเฟตอีก 3 หมู่ (ภาพที่ 5) พันธะที่จับกันระหว่างหมู่ฟอสเฟต (P_i) เป็นพันธะที่มีพลังงานสูง เมื่อแยกด้วยน้ำในกระบวนการไฮโดรลิซิส (hydrolysis) จะปล่อยพลังงานออกมาจำนวนมาก ดังสมการ

ATP + H₂O ® ADP + P_i + พลังงาน 7.3 กิโลแคลอรี/โมล

ภาพที่ 6 แสดงโครงสร้างของ AMP ADP และ ATP
ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:230_Structure_of_Adenosine_Triphosphate_(ATP)-01.jpg, OpenStax College

           นอกจากนี้ยังมีสารไดนิวคลีโอไทด์ (dinucleotide) หลายชนิดที่มีความสำคัญในกระบวนการเมทาบอลิซึม เช่น NAD (Nicotinamide adenine dinucleotide) FAD (Flavin adenine dinucleotide)

ภาพที่ 7 โครงสร้างของ (a) NAD และ (b) FAD
ที่มา: Campbell & Farrell (2006)

แหล่งที่มา

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ. (2561). หนังสือเรียนรายวิชาเพิ่มเติมวิทยาศาสตร์ ชีววิทยา ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 เล่ม 1.  กรุงเทพฯ: สกสค. ลาดพร้าว.

ปรีชา สุวรรณพินิจ และนงลักษณ์ สุวรรณพินิจ. (2555). High School Biology ชีววิทยา ม.4-6 เล่ม 1 (รายวิชาเพิ่มเติม). กรุงเพทฯ: ชัยภัทร พริ้นติ้ง.

Campbell, Mary K. and Farrell, Shawn O. (2006). Biochemistry. (5th ed).  Australia: Thomson Brooks/Cole.

Garrett, Reginald H. and Grisham, Charles M. (2005). Biochemistry. (3rd ed).  Australia: Thomson Brooks/Cole.

Reece, Jane B.; et al. (2017). Campbell biology. 11th ed. New York: Pearson Education.THAIBIOTECH.INFO. (2018). เทคโนโลยีชีวภาพ แหล่งรวมความรู้ทางเทคโนโลยีชีวภาพ. สืบค้นเมื่อ 22 สิงหาคม 2562, จาก https://www.thaibiotech.info

ภาพที่ 1 ผลไม้นานาพันธุ์
ที่มา: https://pixabay.com/, Jenő Szabó

           ในปี ค.ศ. 1912 นักเคมีชาวโปแลนด์ สามารถสกัดสารบางอย่างจากข้าว ซึ่งใช้รักษาโรคเหน็บชาได้ จึงตั้งชื่อว่า vitamine เพราะคิดว่าเป็นสารจำพวกเอมีน (amine) ต่อมาได้มีการค้นคว้าเรื่องวิตามินอย่างกว้างขวาง พบว่า สารนี้จำเป็นต่อร่างกาย และไม่ได้เป็นสารพวกเอมีนเพียงอย่างเดียว จึงเรียกว่า vitamin แทน vitamine

           วิตามินอยู่ในกลุ่มสารอาหารที่ไม่ให้พลังงาน แต่ร่างกายขาดไม่ได้ หากขาดจะมีอาการของโรคต่าง ๆ เกิดขึ้น วิตามินแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มที่ละลายในน้ำ ได้แก่ วิตามิน B และวิตามิน C กับกลุ่มที่ละลายในไขมัน ได้แก่ วิตามิน A วิตามิน D วิตามิน E และวิตามิน K ดังนั้นในการปรุงอาหาร หากหั่นผักก่อนแล้วนำไปล้าง วิตามินจะละลายไปกับน้ำหมด จึงควรล้างผักก่อนหั่นหรือปอก

           สำหรับวิตามินที่ละลายในไขมัน เมื่อเข้าไปในร่างกายจะถูกดูดซึมไปพร้อมกับไขมันในร่างกาย และสะสมเอาไว้ในปริมาณที่พอเหมาะ หากมากเกินไปอาจส่งผลเสียต่อร่างกาย

           สำหรับวิตามินที่ละลายในน้ำ ส่วนมากทำหน้าที่เป็นเอนไซม์หรือโคเอนไซม์ในร่างกาย ปกติส่วนเกิดนจะขับออกนอกร่างกายทางปัสสาวะ แต่วิตามินกลุ่มนี้จะถูกทำลายได้เมื่อใช้อุณหภูมิสูงในขณะปรุงอาหาร

ตารางแสดงความสำคัญและแหล่งที่พบวิตามินชนิดต่าง ๆ (1)

 
ตารางแสดงความสำคัญและแหล่งที่พบวิตามินชนิดต่าง ๆ (2)

ตารางแสดงความสำคัญและแหล่งที่พบวิตามินชนิดต่าง ๆ (3)

          ถึงแม้พืชและสัตว์จะต้องการวิตามินเพื่อใช้ในกระบวนการเมแทบอลิซึมต่าง ๆ ภายในร่างกาย แต่ต่องการวิตามินแต่ละชนิดแตกต่างกันไป พืชสามารถสังเคราะห์วิตามินที่ต้องการทุกชนิดได้เอง แต่ในสัตว์ต้องได้จากอาหาร คนต้องการวิตามิน C จากอาหาร แต่สัตว์หลายชนิดสังเคราะห์วิตามิน C ได้เอง คนต้องการวิตามิน D และ K แต่ในสัตว์ไม่มีกระดูสันหลังไม่ต้องการ เป็นต้น

แหล่งที่มา

ปรีชา สุวรรณพินิจ และนงลักษณ์ สุวรรณพินิจ. (2555). High School Biology ชีววิทยา ม.4-6 เล่ม 1 (รายวิชาเพิ่มเติม). กรุงเพทฯ: ชัยภัทร พริ้นติ้ง.

สุเทพ ดุษฎีวณิชยา. (2546). คู่มือเตรียมสอบเข้ามหาวิทยาลัย ชีววิทยา. กรุงเทพฯ: จิรรัชการพิมพ์.

ภาพที่ 1 ผักที่อุดมไปด้วยแร่ธาตุต่าง ๆ
ที่มา: https://pixabay.com/, congerdesign

           แร่ธาตุ (mineral) เป็นสารอนินทรีย์ซึ่งร่างกายได้รับในรูปของเกลือแร่ หรือเป็นส่วนประกอบหนึ่งของสารอินทรีย์ต่าง ๆ แร่ธาตุมีความจำเป็นต่อร่างกาย มีอยู่ประมาณ 21 ชนิด ซึ่งแต่ละชนิดมีบทบาทหน้าที่แตกต่างกัน เช่น รักษาสมดุลของกรด-เบส และของเหลวในร่างกาย เป็นส่วนประกอบของเอนไซม์ต่าง ๆ ช่วยในการทำงานของปลายประสาท กล้ามเนื้อ และการแข็งตัวของเลือด

           แคลเซียม ฟอสฟอรัส ซัลเฟอร์ โพแทสเซียม คลอรีน และแมกนีเซียม เป็นแร่ธาตุที่ร่างกายต้องการในปริมาณที่ค่อนข้างมาก (มากกว่า 100 มิลลกรัม/วัน) เรียกว่า แร่ธาตุที่ต้องการมาก (major elements) ส่วนแร่ธาตุอื่น ๆ ร่างกายต้องการในปริมาณน้อยมาก (น้อยกว่า 20 มิลลิกรัม/วัน) เรียกว่า แร่ธาตุที่ต้องการน้อย (minor element หรือ trace element) เช่น สังกะสี ฟลูออรีน เหล็ก ทองแดง เป็นต้น

           ประโยชน์ของแร่ธาตุ

1. สร้างโครงกระดูก ฟัน และหล่อเลี้ยงร่างกาย (เลือดและอื่น ๆ)

2. ช่วยควบคุมน้ำที่หล่อเลี้ยงร่างกายให้มีปฏิกิริยาเป็นด่างหรือกรดตามที่ร่างกายต้องการ

3. ช่วยควบคุมกระบวนการต่าง ๆ และการทำงานของอวัยวะในร่างกายให้ดำเนินไปด้วยดี

4. ช่วยควบคุมการผ่านเข้าออกของสารในร่างกายให้เป็นไปตามปกติ เช่น ควบคุมสารอาหารที่ย่อยและซึมผ่านผนังลำไส้เข้าสู่กระแสเลือดไม่ให้กลับคืนเข้าสู่ลำไส้

5. ช่วยรักษาสมดุลของไอออนและอิเล็กทรอไลท์ในสารละลาย เป็นต้น

ตารางสรุปหน้าที่ อาการขาด แหล่งอาหาร และความต้องการแร่ธาตุของร่างกาย (1)

ตารางสรุปหน้าที่ อาการขาด แหล่งอาหาร และความต้องการแร่ธาตุของร่างกาย (2)

ตารางสรุปหน้าที่ อาการขาด แหล่งอาหาร และความต้องการแร่ธาตุของร่างกาย (3)

แหล่งที่มา

เชาวน์ ชิโนรักษ์ และพรรณี ชิโนรักษ์. (2540). ชีววิทยา เล่ม 1. พิมพ์ครั้งที่ 5. กรุงเทพฯ: โสภณการพิมพ์.

สมาน แก้วไวรยุทธ. (2544). คู่มือเตรียมสอบ ชีววิทยา ม.4-5-6. กรุงเทพฯ: ไทเนรมิต อินเตอร์ โปรเกรสซิฟ.

สุเทพ ดุษฎีวณิชยา. (2546). คู่มือเตรียมสอบเข้ามหาวิทยาลัย