ลิพิดหรือไขมันคือ สารอินทรีย์ที่ไม่ละลายนํ้า แต่ละลายได้ในตัวทำละลายอื่น เช่น อีเทอร์ คลอโรฟอร์ม เบนซิน อะซีโตน ฯลฯโมเลกุลลิพิดประกอบด้วย คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน เช่นเดียวกับ คาร์โบไฮเดรต แต่สัดส่วนของธาตุแตกต่างกัน ลิพิดที่สำคัญ ได้แก่

-ไขมันธรรมดา (Simple Lipid)

ประกอบด้วย กลีเซอรอล (glycerol) 1 โมเลกุล กับกรดไขมัน 1, 2 หรือ 3 โมเลกุลก็ได้ ซึ่งเรียกว่ามอโนกลีเซอไรด์(monoglyceride),ไดกลีเซอไรด์(diglyceride)หรือไตรกลีเซอไรด์(triglyceride)ตามลำดับ ไขมันที่พบมากที่สุดในสัตว์และพืชคือ ไตรกลีเซอไรด์ ไขมันและนํ้ามันทุกชนิดมีกลีเซอรอลเหมือนๆ กัน สิ่งที่ทำให้ไขมันและนํ้ามันมีหลายชนิดและมีสมบัติทางเคมีและทางกายภาพแตกต่างกัน คือ กรดไขมันต่าง ๆ ที่เป็นองค์ประกอบ

กรดไขมันมีทั้งที่เป็นองค์ประกอบของลิพิดต่างๆ และอยู่ในรูปอิสระ โดยทั่วไปกรดไขมันจากธรรมชาติ มีแกนโมเลกุลเป็นคาร์บอน จำนวนเป็นคู่ เรียงเป็นสายยาวไม่แตกแขนง ที่พบมากที่สุดคือ กรดไขมันคาร์บอน 16 ตัว และ 18 ตัว กรดไขมันแบ่งเป็นชนิดต่าง ๆ โดยอาศัยหลักเกณฑ์ได้หลายอย่าง ดังนี้

แบ่งตามระดับความอิ่มตัว

1.กรดไขมันอิ่มตัว(saturated fatty acid)คือ กรดไขมันที่คาร์บอนต่อกับคาร์บอนด้วยพันธะเดี่ยวเช่น กรดปาลมิติก (C15H31COOH), กรดสเตียริก (C17H35COOH)

2.กรดไขมันไม่อิ่มตัว(unsaturated fatty acid)คือ กรดไขมันที่มีคาร์บอนบางอะตอมต่อกันด้วยพันธะคู่ทำให้โมเลกุลไขมันจับไฮโดรเจนได้ลดลง 2 อะตอมต่อพันธะคู่ 1 พันธะ เช่น กรดโอเลอิก (C17H33COOH) ซึ่งมีพันธะคู่ 1 พันธะกรดไลโนเลอิก (C17H31COOH)

แบ่งตามความต้องการทางโภชนาการ

1.กรดไขมันจำ เป็น(essential fatty acid)เป็นกรดไขมันที่ร่างกายสังเคราะห์ขึ้นเองไม่ได้ ต้องได้รับจากอาหาร มีชนิดเดียวคือ กรดไลโนเลอิก มีมากในนํ้ามันพืชต่าง ๆ (ยกเว้นนํ้ามันปาล์มและนํ้ามันมะพร้าว) และไขมันสัตว์นํ้า เช่น ปลา หอยความสำคัญคือ เสริมสร้างความแข็งแรงให้แก่ผนังหลอดเลือด และเยื่อหุ้มเซลล์ รวมตัวกับโคเลสเตอรอลเพื่อขนส่งไปในกระแสเลือด ซึ่งจะมีผลให้ลดระดับ โคเลสเตอรอลและไตรกลีเซอไรด์ในเลือด

2.กรดไขมันไม่จำเป็น(nonessential fatty acid)เป็นกรดไขมันที่ร่างกายของคนเราสามารถสังเคราะห์ขึ้นเองได้ และมีอยู่มากในอาหารไขมันทั่ว ๆ ไป

แบ่งตามความยาวของสาย

1.กรดไขมันสายสั้น และกรดไขมันสายปานกลาง(shot and medium chain fatty acids)เป็นกรดไขมันที่ประกอบด้วยคาร์บอน 4 – 8 อะตอม และ 10 – 12 อะตอม พบมากในไขมันจากพืช (ยกเว้นนํ้ามันมะพร้าวและนํ้ามันปาล์ม) อยู่ในสภาพที่เป็นนํ้ามัน

2.กรดไขมันสายยาว(long chain fatty acid)ประกอบด้วยคาร์บอนตั้งแต่ 14 อะตอมขึ้นไปจนอาจจะมากถึง 24 อะตอม พบมากในไขมันสัตว์ แข็งตัวง่าย

-ไขมันเชิงประกอบ (Compound Lipid)

ฟอสโฟลิพิด (Phospholipid)โครงสร้างคล้ายไตรกลีเซอไรด์ (กลีเซอรอลจับกับกรดไขมัน 3 โมเลกุล) แต่มีหมู่ฟอสเฟตแทนที่กรดไขมัน 1 โมเลกุลโดยหมู่ฟอสเฟตมักจับหมู่สารประกอบไนโตรเจนที่มีประจุ ทำให้โมเลกุลฟอสโฟลิพิดประกอบด้วย 2 ส่วนที่มีสมบัติต่างกัน

• ส่วนที่ชอบนํ้า(hydrophilic part)คือ ส่วนที่เป็นหมู่ฟอสเฟตและสารประกอบไนโตรเจนที่มีประจุ เป็นส่วนหัวที่มีขั้ว (polar head) มีสมบัติละลายนํ้า
• ส่วนที่ไม่ชอบนํ้า(nonpolar tail)คือ ส่วนใหญ่ของโมเลกุลที่เป็นกรดไขมัน เป็นส่วนหางที่ไม่มีขั้ว (nonpolar tail) ไม่ละลายนํ้า

โมเลกุลฟอสโฟลิพิดเป็นองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ โดยมีโมเลกุลฟอสโฟลิพิด หนา 2 ชั้น เรียงตัวจัดส่วน ไม่ชอบนํ้าอยู่ด้านในและประกบกัน ส่วนชอบนํ้าอยู่ด้านนอก ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์มีสมบัติเป็นเยื่อเลือกผ่าน สารไม่มีขั้วและสารละลายได้ในไขมันผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้โดยการแพร่ สารมีขั้วต้องใช้โปรตีนเป็นตัวพาหรือใช้พลังงานด้วย นอกจากนี้โมเลกุลฟอสโฟลิพิดยังทำหน้าที่ล้อมรอบหยดไขมัน ทำให้ลำเลียงไขมันไปในเลือดซึ่งเป็นตัวกลางแบบนํ้าได้

-อนุพันธ์ของไขมัน (Derived Lipid)

สเตรอยด์เป็นลิพิดที่มีโครงสร้างแตกต่างจากไขมันและฟอสโฟลิพิด ประกอบด้วยวงของคาร์บอน 5 หรือ 6 อะตอม ต่อกัน 4 วงสเตรอยด์ที่สำคัญได้แก่ ฮอร์โมนเพศ,ฮอร์โมนจากต่อมหมวกไต, โคเลสเตอรอล, วิตามินดี

โคเลสเตอรอลเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์โดยเพาะเซลล์ประสาท เป็นสารต้นกำเนิดของฮอร์โมนสเตรอยด์

โปรตีนทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของเซลล์และเนื้อเยื่อทุกชนิด และเป็นสารสำคัญ เช่น เอนไซม์ ฮอร์โมน แอนติบอดี ฯลฯ ประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน (C, H, O) บางชนิดอาจมี กำมะถัน ฟอสฟอรัส และเหล็ก เป็นองค์ประกอบด้วย หน่วยย่อยที่สุดของโปรตีน คือกรดอะมิโน(amino acid)มีอยู่ 20 กว่าชนิด โปรตีนต่างชนิดกันเกิดจากความแตกต่างของชนิด จำนวน และลำดับกรดอะมิโน โครงสร้างกรดอะมิโนทุกชนิด ประกอบด้วยหน่วยย่อย 3 กลุ่ม คือกลุ่มอะมิโน(-HN2),กลุ่มคาร์บอกซิลหรือกลุ่มกรด (-COOH),กลุ่มข้าง(side chain)หรือกลุ่ม R เฉพาะกลุ่มนี้แตกต่างกันในกรดอะมิโนแต่ละชนิด

การสังเคราะห์โปรตีน

โปรตีนสังเคราะห์ได้ในเซลล์สิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตามกำหนดของรหัสพันธุกรรมในโมเลกุล DNA โปรตีนแต่ละชนิดมีจำนวนและลำดับของกรดอะมิโนบนสายพอลิเพปไทด์ที่จำเพาะแน่นอน กรดอะมิโนจับกันเป็นสายยาวด้วยพันธะเพปไทด์(peptide bond)เป็นพันธะโควาเลนต์ ระหว่างกลุ่มคาร์บอกซิลของกรดอะมิโนตัวแต่ละตัว เกิดเป็นสายของกรดอะมิโน เรียกว่าเพปไทด์โปรตีนอาจประกอบด้วยพอลิเพปไทด์ 1 สาย หรือหลายสายก็ได้ สายพอลิเพปไทด์มักเกิดพันธะไฮโดรเจน ทำให้ม้วนขดหรือพับทบในสายเดียวกันหรือหลายสายจับตัวกัน แล้วอาจพับ หมุนรอบเป็นเส้น หรือขดเป็นก้อน หรือแต่ละก้อนยังอาจจะมาจับรวมกันอีก

กรดอะมิโนแบ่งตามคุณค่าโภชนาการ เป็น2 ประเภท

1.กรดอะมิโนจำ เป็น(essential amino acid)คือ กรดอะมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์ไม่ได้ จำเป็นต้องได้รับจากอาหารโปรตีน

2.กรดอะมิโนไม่จำ เป็น(nonessential amino acid)คือ กรดอะมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์ขึ้นได้เองจากอาหารที่ได้รับเข้าไป

**อาร์จีนีน และ ฮีสทิดีน เป็นกรดอะมิโนที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและพัฒนาการของเด็ก

กรดนิวคลีอิกคือ สารประกอบที่เก็บรหัสพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด และถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากสิ่งมีชีวิตจากรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่ง เป็นสายของนิวคลีโอไทด์ (nucleotide) เรียงต่อกัน เรียกว่าพอลินิวคลีโอไทด์(polynucleotide)กรดนิวคลีอิกที่สำคัญมี 2 ชนิด ได้แก่ DNA (deoxyribonucleic acid) และ RNA (ribonucleic acid)

นิวคลีโอไทด์แต่ละโมเลกุลมีโครงสร้างประกอบด้วยหน่วยย่อย 3 ชนิด คือกลุ่มฟอสเฟต(-PO4),กลุ่มนํ้าตาลเพนโทส(ใน DNA คือ ดีออกซีไรโบส, ใน RNA คือ ไรโบส),กลุ่มไนโตรเจนเบส(ชนิดหนึ่งใน 4 ชนิด คือ อะอีนีน, ไทมีน, กวานีน, ไซโทซีน สำหรับ DNA, แต่ RNA มียูราซิลแทนไทมีน)

** รหัสพันธุกรรมในโมเลกุล DNA คือ ลำดับที่แตกต่างกันของเบสของนิวคลีโอไทด์ที่เรียงต่อกัน **

ปฏิกิริยาเคมีในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีทั้งการสังเคราะห์และการสลายสารชีวโมเลกุล ซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานเคมีและการผลิตพลังงานเคมีของเซลล์ เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมี สารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงเป็นสารผลิตภัณฑ์ และจะมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานควบคู่ไปกับการเปลี่ยนแปลงพันธะเคมีด้วย กล่าวคือ ต้องการใช้พลังงานไปสลายพันธะของสารตั้งต้น พันธะเคมีที่สลายก็จะมีพลังงานปล่อยออกมา ซึ่งบางส่วนถูกใช้ไปสร้างพันธะใหม่ของสารผลิตภัณฑ์ สารผลิตภัณฑ์ที่ได้อาจจะมีพลังงานพันธะสูงหรือตํ่ากว่าสารตั้งต้นก็ได้

ปฎิกิริยาเคมีดูดพลังงานคือ ปฏิกิริยาเคมีที่ใส่พลังงานกระตุ้นมากกว่าพลังงานที่ปฏิกิริยาปล่อยออกมา สารผลิตภัณฑ์ที่ได้มีพลังงานพันธะสูงกว่าสารตั้งต้นตัวอย่างปฏิกิริยาดูดพลังงาน เช่น ปฏิกิริยาการแยกนํ้าด้วยไฟฟ้า ปฏิกิริยาการสังเคราะห์แสง

2H2O + พลังงานไฟฟ้า --> 2H2+ O2

6CO2+ 12H2O2+ พลังงานแสง --> C6H12O6+ 6H2O + 6O2

ปฎิกิริยาเคมีคายพลังงานคือ ปฏิกิริยาเคมีที่ใส่พลังงานกระตุ้นน้อยกว่าพลังงานที่ปฏิกิริยาปล่อยออกมา สารผลิตภัณฑ์ที่ได้มีพลังงานพันธะตํ่ากว่าสารตั้งต้น ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยารวมตัวของไฮโดรเจนกับออกซิเจนเกิดนํ้า, ปฏิกิริยาสลายกลูโคส

2H2O + O2--> 2H2O2+ พลังงาน

C6H12O6+ 6O2+ 6H2O --> CO2O6+ 12H2O + พลังงาน

ปฏิกิริยาคายพลังงานเกิดขึ้นได้เองโดยง่าย (ต้องการพลังงานกระตุ้นน้อย)

ปฏิกิริยาดูดพลังงานเกิดขึ้นยาก เพราะต้องการพลังงานกระตุ้นในปริมาณมากและต้องให้ตลอดเวลาของการเกิดปฏิกิริยา

พลังงานเคมีที่เซลล์สิ่งมีชีวิตนำ มาใช้ทำ กิจกรรมต่าง ๆ ในการดำรงชีวิต ได้มาจากปฏิกิริยาสลายอาหารต่าง ๆ ที่เรียกว่าปฏิกิริยาการหายใจของเซลล์ซึ่งเป็นปฏิกิริยาเคมีประเภทคายพลังงาน

เมแทบอลิซึมคือ ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดที่เกิดในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต แบ่งเป็น 2 ประเภท

-คะตะบอลิซึม(catabolism)เป็นปฏิกิริยาสลายสารชีวโมเลกุล เป็นสารโมเลกุลเล็ก (เช่น กรดแลกติก, กรดแอซีติก, คาร์บอนไดออกไซด์, แอมโมเนีย, ยูเรีย) เป็นผลให้มีการปล่อยพลังงานเคมีที่สะสมในสารโมเลกุลใหญ่ออกมาและถูกนำ ไปใช้สังเคราะห์สารพลังงานสูง (ATP) ซึ่งเป็นพลังงานเคมีรูปที่เซลล์นำ ไปใช้ได้

-อะนาบอลิซึม(anabolism)เป็นปฏิกิริยาสังเคราะห์สารชีวโมเลกุลขึ้นมาจากสารตั้งต้นหรือหน่วยย่อยของสารเหล่านี้ อะนาบอลิซึมต้องใช้พลังงาน ATP ที่ได้จากคะตะบอลิซึม

เมแทบอลิซึมของสารใดสารหนึ่ง จะมีทั้งคะตะบอลิซึมและอะนาบอลิซึมเกิดขึ้นในเซลล์ตลอดเวลา แต่ไม่ใช่ปฏิกิริยาย้อนกลับ และมีการควบคุมแยกจากกัน เพราะการสลายสารและการสังเคราะห์สารชีวโมเลกุล ไม่ใช่ปฏิกิริยาเดี่ยวแต่ประกอบด้วยปฏิกิริยาย่อยๆ ที่เปลี่ยนแปลงสารไปทีละขั้น สารที่เกิดขึ้นระหว่างเปลี่ยนแปลงเป็นสารผลิตภัณฑ์ เรียกว่าสารอินเทอร์มีเดียทหรือสารเมทาบอไลต์(intermediateหรือmetabolite)ทุกปฏิกิริยาในเมแทบอลิซึมเกิดขึ้นได้ต้องมีปัจจัยต่างๆ เหมาะสม และต้องมีเอนไซม์เฉพาะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา