สารโมเลกุลเล็ก (small & building block molecules)

1.      บทบาทที่สำคัญของสารโมเลกุลเล็ก

 สารโมเลกุลเล็กๆ เป็นโมเลกุลที่จำเป็นต่อกระบวนการต่างๆของสิ่งมีชีวิต ดังเช่น สารโมเลกุลต่าง ๆ ที่สังเคราะห์ขึ้นจากกระบวนการเมตตาโบลิซึม (metabolisms) ของสิ่งมีชีวิต สารโมเลกุลเหล่านี้ รวมถึงเมตตาโบไลท์ (metabolites) ถูกสังเคราะห์ขึ้นมาเพื่อนำมาใช้เป็นพลังและโครงสร้างของชีวิต

ในบทนี้เราจะกล่าวถึงว่า สารโมเลกุลเล็ก (small molecules) ที่ได้จากกระบวนการเมตตาโบลิซึมนั้นถูกนำมาใช้เป็นหน่วยโครสร้าง (building blocks) ในกระบวนการสังเคราะห์สารประกอบขนาดใหญ่ (macromolecular synthesis) ได้อย่างไร ซึ่งจะกล่าวถึงการสร้าง nucleic acids, proteins และ lipids ส่วนการการสร้างของ carbohydrates จะกล่าวในบทต่อไป การสังเคราะห์สารทั้ง 4 ชนิดนี้เป็นสารที่มีความสำคัญมากต่อจุลินชีพและรวมถึงสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ด้วย

2.      The Synthesis of Purines, Pyrimidines, and Nucleotides

Biosynthesis ของ purine และ pyrimidine เป็นกระบวนการที่สำคัญเนื่องจากสาร purine และ pyrimidine ใช้ในการสังเคราะห์ ATP, cofactors ต่างๆ, RNA, DNA และองค์ประกอบที่สำคัญของเซลล์

·    purines และ pyrimidines เป็น cyclic nitrogenous bases ซึ่งมีพันธะคู่อยู่และมีคุณสมบัติของ aromatic (aromatic properties) purines ประกอบด้วย 2 rings ในขณะที่ pyrimidines มี 1 ring 

·       purines = adenine และ guanine

·       pyrimidine = cytosine, thymine และ uracil

·       nucleoside = purine or pirimidine + pentose sugar

·       nucleotide = purine or pirimidine + pentose sugar + phosphate groups

2.1  Purine Biosynthesis

·    กระบวนการสังเคราะห์ purine นั้นค่อนข้างซับซ้อน มีทั้งหมด 11 ขั้นตอน  ซึ่งใช้โมเลกุลจากสารต่าง ๆ 7 โมเลกุลมาประกอบเป็น purine skeleton กระบวนการสังเคราะห์ purines เริ่มต้นจากสาร ribose 5-phosphate และได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายเป็น inosinic acid ในกระบวนการสังเคราะห์ purine มี cofactor ที่สำคัญคือ folic acid       จาก pathway การสังเคราะห์ purine จะเห็นว่า folic acid derivatives ให้หมู่ Carbon    2 ตัว กับ purine skeleton ตรงตำแหน่ง C₂ และ C₈      มียาปฏิชีวนะตัวหนึ่งชื่อ sulfonamide จะไปยับยั้งการเจริญของแบคทีเรียโดยมันจะไปยับยั้งการสังเคราะห์ folic acid ทำให้ไปรบกวนการสังเคราะห์ purine และกระบวนการอื่น ๆ ที่ต้องการ folic acid ในแบคทีเรีย

·    เมื่อได้ inosinic acid แล้วจะมีกระบวนการสั้น ๆ ในการสังเคราะห์ adenosine monophosphate และ guanosine monophosphate 

·    หลังจากนั้น adenosine monophosphate และ guanosine monophaophate จะถูกเติมด้วย phaosphate จาก ATP ได้เป็น nucleoside di- และ triphosphate

2.2  Pyrimidine Biosynthesis

·    กระบวนการสังเคราะห์ pyrimidine เริ่มต้นจากสารตั้งต้น 2 ตัว คือ aspartic acid และ carbamoyl phosphate (สังเคราะห์จาก CO₂ และ ammonia) เอนไซม์ aspartate carbamoyl transferase จะทำการรวมโมเลกุลทั้ง 2 ข้างต้นฟอร์มเป็น carbamoyl aspartate แล้วจึงถูกเปลี่ยนให้เป็น orotic acid

·    หลังจากนั้น orotic acid จะถูกเติมด้วย ribose 5-phosphate โดยสาร intermediate ที่มีพลังงานสูงชื่อ PRPP : 5-phosphoribose 1- pyrophosphoric acid 

·    การสังเคราะห์ pyrimidines ต่างจาก purines  ตรงที่สังเคราะห์ pyrimidine ก่อนแล้วจึงเติมหมู่ ribose sugar เข้าไปแต่ใน purines เริ่มจาก ribose 5-phosphate แล้วจึงสังเคราะห์ purine ขึ้นมา 

·    ในการสังเคราะห์ thymine ได้จากการการเติมหมู่ methyl เข้าไปที่โมเลกุลของ deoxyuridine monophosphate โดย folic acid derivative 

·       ส่วน deoxyribonucleotides เกิดจากการ reduction โดย sulfur-containing protein ชื่อ thioredoxin 

3.      The Synthesis of Amino Acids

การสังเคราะห์กรดอะมิโนนั้นสิ่งแรกที่จำเป็นคือ การสังเคราะห์โครงสร้างหลักที่สำคัญก่อน ซึ่งกระบวนการเหล่านี้จะค่อนข้างซับซ้อนและมีขั้นตอนมาก และเนื่องจากว่าสิ่งมีชีวิตจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องคอยอนุรักษ์ธาตุไนโตรเจน ธาตุคาร์บอน ดังนั้นพลังงานการสังเคราะห์กรดอะมิโน จึงมักจะถูกควบคุมอย่างเข้มงวดด้วย allosteric และ feedback mechanisms ในหัวข้อนี้เราจะไม่พูดถึงการสังเคราะห์กรดอะมิโนที่เป็นรายละเอียดมาก ซึ่งรายละเอียดการสังเคราะห์อะมิโนนักศึกษาสามารถหาอ่านได้จากหนังสือชีวเคมี

·    ใน amino acid biosynthetic pathways โดยที่ amino acid skeletons นั้นได้มาจาก 1) acetyl-coA จาก TCA cycle 2 ) glycolysis และ 3) pentose phosphate pathway

·    alanine, aspartate และ glutamate เกิดจากกระบวนการ transamination โดยตรงจาก pyruvate, oxaloacetate และ  a- ketoglutarate ตามลำดับ 

·       การสังเคราะห์กรดอะมิโนบางชนิดเกิดมาจาก intermediate ตัวเดียวกัน 

  

4.      Lipid Synthesis

·    ไขมันที่พบในสิ่งมีชีวิต จะมีความหลากหลายมากโดยเฉพาะไขมันที่ cell membranes ไขมันส่วนมากจะประกอบด้วย fatty acids หรือ derivatives ของ fatty acids

·    fatty acids เป็น monocarboxylic acids ที่มี alkyl chains    ในแบคทีเรีย Gram- negative มักจะมี cyclopropane fatty acids

·    fatty acids นั้นถูกสังเคราะห์โดยเอนไซม์  fatty acid synthetase จาก สารตั้งต้น acetyl-CoA และ malonyl-CoA โดยใช้ NADPH เป็น reductant

·       Malonyl-CoA ได้มาจากปฏิกิริยา carboxylation ของ acetyl-CoA กับ ATP

·       ในการสังเคราะห์ fatty acid นั้นมีโปรตีนตัวหนึ่งคอยช่วยเหลือชื่อว่า acyl carrier protein (ACP)

·       fatty acid synthesis  เริ่มจาก

1)      malonyl-ACP ทำปฏิกิริยากับ fatty acyl-ACP ได้ acyl-ACP ที่มีธาตุคาร์บอนเพิ่มขึ้นมา 2 ตัว กับ CO₂

2)   เกิดปฏิกิริยา reductions (2ครั้ง) และ dehydration (1 ครั้ง) ได้ หมู่ b- keto group บน fatty acid หลังจากนั้น fatty acid โมเลกุลนี้จะพร้อมที่จะถูกเติมด้วย 2 carbon atoms ต่อไป

·       กรดไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty acid) เกิดขึ้นโดยกระบวนการ

1)   aerobic pathway ใช้ NADPH และ O₂ ทำให้เกิด double bond ระหว่าง C9 และ C10 พบใน eucarydtes และ aerobic bacteria

2)   anaerobic pathway โดยทำการ dehydration โมเลกุลของ hydroxy fatty acid พบใน Gram- negative bacteria เช่น E. coli,  Salmonella typhimurium, Gram- positive bacteria เช่น Lactobacillus plantarum และ Clostridium pasteurianum และพบใน cyanobacteria

·    Phospholipids มักจะสังเคราะห์มาจาก phosphatidic acid ใน procaryotes ยกตัวอย่าง phosphatidylethanolamine ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของ cell membrane ของ bacteria สังเคราะห์จาก CDP-diacylglycerol (CDP = Cytidine diphosphate เป็น carrier) ซึ่งทำปฏิกิริยากับ serine ได้เป็น phospholipid phosphatidylserine และต่อไปจะถูก decarboxylation ได้เป็น phosphatidylethanolamine ในที่สุด จาก pathway นี้จะเห็นว่า membrane lipid ต่างๆนั้น สังเคราะห์มาจากสารที่ได้จากทั้ง glycolysis, fatty acid biosynthesis และ amino acid biosynthesis 

_________________________________________

สัญญาณเคมีในคน (chemical signals (hormones) in humans)

สัญญาณเคมีในคน (Chemical signals (hormones) in humans)

• ฮอร์โมน (hormone, ภาษากรีก hormon = excite) เป็นสัญญาณเคมีที่ส่งออกมาเพื่อการสื่อสารและควบคุมร่างกาย

1. บทนำ: ระบบการควบคุมการทำงานของร่างกาย

ในสัตว์ทั่วๆไป    มีระบบที่คอยควบคุมการทำงานของร่างกาย 2 ระบบคือ

1) ระบบประสาท (nervous system)   

2) ระบบต่อมไร้ท่อ (endocrine  system)

ซึ่งอวัยวะที่ขับฮอร์โมนออกมาเรียกว่า  ต่อมไร้ท่อ (endocrine or ductless glands)

    1.1 ระบบประสาทกับระบบต่อมไร้ท่อมีโครงสร้างหน้าที่การทำงานสัมพันธ์กัน

•  อวัยวะต่อมไร้ท่อ (endocrine  organs)  และ เนื้อเยื่อ (tissue) มีเซลล์ที่ชื่อว่า neurosecretory  cells  ซึ่งจะขับฮอร์โมน (hormone) ออกมาสู่กระแสเลือด
•   การทำงานของระบบประสาท สัมพันธ์กับระบบต่อมไร้ท่อ  

1.2 การทำงานร่วมกันของระบบประสาทและระบบต่อมไร้ท่อ

        ในแมลงและสัตว์ที่มีเปลือกหุ้ม การเจริญเป็นตัวเต็มวัยจะถูกกระตุ้นด้วยฮอร์โมน “ecdysone”   ในแมลง ecdysone  ขับมาจาก   prothoracic  glands (อยู่ด้านหลังหัว) นอกจากนี้แล้ว  ecdysone  ยังช่วยให้เกิดการพัฒนาจากตัวหนอนไปเป็นผีเสื้อเต็มวัยอีกด้วย

             ในแมลงการขับ ecdysone  ถูกควบคุมโดย brain  hormone (BH) นอกจากนี้ยังมี  juvenile  hormone (JM) ที่คอยช่วยในการพัฒนาของ larvae

2. สัญญาณเคมีและหน้าที่ของสัญญาณเคมี

2.1 เป็นโมเลกุลที่ควบคุมเซลล์เป้าหมายที่อยู่ใกล้ๆ

•        ตัวอย่างเช่น  neurotransmitters ที่ส่งสัญญาณประสาท
•        มีเซลล์หลายๆชนิดที่สร้างก๊าซไนตริกอ๊อกไซด์,  nitric  oxide (NO)   NO จะถูกส่งไปยังเซลล์เป้าหมาย และมีผลต่อเซลล์นั้นภายในไม่กี่วินาทีแล้วก็จะถูกทำลายไป       เซลล์เม็ดเลือดขาวขับ NO ออกมาเพื่อฆ่าเซลล์มะเร็งและแบคทีเรีย        นอกจากนี้ก็ยังมี endothelial  cells ที่ผนังหลอดเลือดซึ่งขับ NO ออกมาเพื่อช่วยให้กล้ามเนื้อที่ผนังเส้นเลือดคลายตัว
•        Growth  factors  เป็นโปรตีนที่ควบคุมการเจริญของเซลล์  เช่น  epidermal  growth factor (EGF)  ในหนูจะช่วยในการพัฒนาของผิวหนัง
•        insulinlike growth  factor  (IGF_s) จำเป็นต่อการพัฒนาของโครงกระดูก
•        Prostaglandins (PG) เป็นกรดไขมันที่สร้างมาจาก plasma  membrane 
•        Postaglandins ทำหน้าที่ในการเหนี่ยวนำให้เกิดระบบภูมิคุ้มกันให้กับร่างกายช่วย ในการยืดหดตัวของกล้ามเนื้อช่องคลอดขณะคลอด      prostaglandin E (PGE)  และ Prostaglandin  F (PGF) ทำให้กล้ามเนื้อเรียบที่ผนังของหลอดเลือดคลาย และหดตัวตามลำดับ

2.2  สัญญาณเคมีจับกับตัวรับที่เป็นโปรตีน

สัญญาณเคมี (chemical signals) แต่ละชนิดมีโครงสร้างต่างๆกันและจะจับกับตัวรับ (receptor) ที่เฉพาะที่อยู่ที่พลาสมาเมมเบรน (plasma  membrane)  หรือภายในเซลล์ของเซลล์เป้าหมาย      สัญญาณเคมีตัวหนึ่งสามารถออกฤทธิ์ได้กับเซลล์เป้าหมายมากกว่า 1 เซลล์เป้าหมาย 

สัญญาณเคมีตัวหนึ่งสามารถออกฤทธิ์ได้กับเซลล์เป้าหมายมากกว่า 1 เซลล์เป้าหมาย เช่นสารสื่อประสาทชื่อ acetylcholine

2.3 สัญญาณเคมีมักจะจับกับ  plasma – membrane  proteins ซึ่งทำให้เกิด signal – transduction  pathways

•        ในกบ  การที่กบเปลี่ยนสีเพื่อใช้อำพรางตัวเอง   เกิดจากการทำงานของ  peptide  hormone  ชื่อ melenocyte–stimulating  hormone (MSH) ซึ่งขับมาจาก pituitary  gland 
•        กบมีเซลล์ผิวหนังชื่อ  melanocytes ซึ่งมีเม็ดสีสีดำ น้ำตาลชื่อ  melanosomes 
•        melanosomes  เกาะกันเป็นก้อนรอบๆ นิวเคลียสซึ่งจะทำให้เห็นผิวกบเป็นสีจางๆ แต่เมื่อ melanosomes  กระจายออกไปทั่วๆเซลล์ จะเห็นผิวกบเป็นสีน้ำตาลเข้ม
•        มีการทดลองฉีด MSH  เข้าไปภายในเซลล์  melanocytes  แต่ผลการทดลองกลับพบว่า  MSH ไม่ทำให้  melanosome   กระจายตัว
•        แต่ถ้าใส่ MSH ไว้รอบๆ เซลล์ผิวหนังกบ จะทำให้ melanosome  กระจายตัวออกไป
•        ดังนั้น MSH  ไม่สามารถผ่านเซลล์ plasma  membrane เข้าไปได้ แต่จะจับกับ receptor  ที่ plasma  membrane  ซึ่งเรียกว่าเป็นส่วนหนึ่งของ signal – transduction  pathways  ที่จะรับสัญญาณจากสัญญาณเคมีจากภายนอกเซลล์ แล้วส่งสัญญาณต่อไปยังเป้าหมายภายในเซลล์

2.4  Steroid  hormones , thyroid  hormones  และ local  regulators  บางชนิด จะเข้าไปจับกับ  receptors ภายในเซลล์เป้าหมายโดยตรง

•        estrogen และ progesterone เป็นฮอร์โมนที่ออกฤิทธิ์กับเซลล์ใน  reproductive  tract  ในผู้หญิง 

3. Endocrine  system  ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

•        tropic  hormones  = ฮอร์โมนที่มีเซลล์เป้าหมายเป็น endocrine  glands
•        sex  hormones  มีผลต่อเซลล์เกือบทุกเซลล์ในร่างกาย  ฮอร์โมนบางชนิดมีหน้าที่ควบคุม หน้าที่ของร่างกาย  และบางฮอร์โมนที่จะมีผลต่อบางเซลล์เท่านั้น

3.1 ฮอร์โมนใน hypothalamus  และ pituitary

•    Hypothalamus  และ pituitary  เป็นตัวกลางรับส่งสัญญาณสั่งงานการทำงานของ endocrine  system โดยจะรับความรู้สึกมาจากระบบประสาทที่ร่างกายแล้วจึงขับสัญญาณเคมีเพื่อควบคุมการทำงานต่างๆ

•        pituitary  gland  หรือเคยถูกเรียกว่า  master  gland (เพราะว่ามีหน้าที่หลายหน้าที่)
•        pituitary  gland  แบ่งเป็นส่วน

      1)      anterior  pituitary หรือเรียกอีกอย่างว่า  adenohypophysis  ซึ่งจะขับฮอร์โมน หลายๆชนิดออกมาสู่เลือด hyporthalamus  มีการควบคุมการขับฮอร์โมนของ anterior pituitary โดย  hypothalamus  จะปล่อย releasing  hormones  สั่งงานให้ anterior  pituitary  ขับ hormones  ออกมา  และจะปล่อย inhibiting  hormones ออกมา  ยับยั้งการขับ hormones ออกมาจาก  anterior  pituitary

       releasing และ inhibiting  hormones จาก hypothalamus  จะขับมาสู่ capillaries ที่  

       อยู่ด้านล่างของ hypothalamus

      2)      posterior  pituitary หรือ neurohypophysis เป็นต่อมต่อกับสมอง  หน้าที่ขับฮอร์โมน 2 ชนิด  ที่สร้างมาจาก neurosecretory  cells  ของ hypothalamus

                               3.1.1 Posterior  pituitary  hormones

•        ฮอร์โมนขับออกจากต่อมนี้มี 2 ชนิด คือ 1) oxytocin  2)  antidiuretic  hormone (ADH) ซึ่งฮอร์โมนทั้ง 2  ชนิดนี้สร้างที่  Hypothalamus 
•        oxytocin  เป็นฮอร์โมนที่ทำให้ช่องคลอด (Uterine) หดตัว  ระหว่างที่มีการคลอดบุตร และทำให้ต่อมสร้างน้ำนม (mammary  glands) ขับนมออกมาในระหว่างช่วงที่แม่ต้องให้นมบุตร
•        ADH   มีผลต่อไตโดยจะทำให้เกิดการกักเก็บน้ำมากขึ้น  และทำให้ปริมาตรของปัสสาวะลดลง 
•        ADH  ยังเป็นฮอร์โมนที่ควบคุม  osmolarity  ในเลือดด้วย

                 3.1.2  Anterior  pituitary  hormones

•        ฮอร์โมนทั้งหมด  8 ชนิด  ที่สร้างจาก anterior  pituitary
•        มีฮอร์โมน 4 ชนิดที่ทำหน้าที่กระตุ้นการสังเคราะห์และขับของฮอร์โมนจาก ต่อมไร้ท่ออื่น

                    1) Thyroid  stimulating  hormone (TSH) ควบคุมการปล่อย thyroid   

                         hormones

                    2) Adrenocorticotropic  hormone (ACTH) ควบคุมการผลิตและขับ steroid 

                         hormone จากadrenal  cortex

                    3) Follicle- stimulating  hormone  (FSH)

                    4) Luteinizing hormone (LH)

       FSH และ LH ควบคุมระบบสืบพันธุ์โดยจะ ไปควบคุม gonads (testes ในผู้ชาย และ ovaries ในผู้หญิง)  FSH และ LH มีชื่ออีกชื่อว่า gonadotropins

•        Growth  hormone  (GH) จะกระตุ้นการเจริญ ( growth) โดยตรงหรือทำหน้าที่กระตุ้นการผลิต growth  factors  เช่น GH จะกระตุ้นการเจริญของกระดูก  และกระดูกอ่อนโดยการไป signals  ให้ตับสร้าง insulinlike growth  factors  (IGFs) ซึ่งจะปล่อยเข้าสู่กระแสเลือดแล้วไปกระตุ้นการเจริญของกระดูกและ กระดูกอ่อน                                                                     

     GH  มาก ทำให้เป็น gigantism ทำให้มีอาการของ acromegaly คือ มือ ขา หัว โตผิดปกต  

     GH ในช่วงวัยเด็กไม่เพียงพอ ทำให้เกิด  hypopituitary dwarfism 

•        Prolactin  (PRL) เป็นโปรตีนที่คล้ายกับ GH  ซึ่งเชื่อว่ายีนที่สร้างโปรตีนทั้ง 2 ชนิดนี้ มีวิวัฒนาการมาจากยีนตัวเดียวกัน     PRL มีหน้าที่หลายอย่าง เช่น PRL จะกระตุ้นให้ mammary  glands เจริญและสร้างน้ำนมใน  mamals  
• PRL  ควบคุมเมตาโบลิซึมของไขมันและการสืบพันธุ์ในนกต่างๆ  ลดการเจริญเป็นตัวเต็มวัย (metamorphosis) ใน amphibians  เพิ่มการเจริญของดักแด้    ในปลาน้ำจืด PRL ควบคุมสมดุลย์ของเกลือและน้ำ

•        Melanocyte – stimulating hormone (MSH) ทำหน้าที่ควบคุมเซลล์ที่มีเม็ดสี (pigment – containg  cells) ที่ผิวหนังของสัตว์มีกระดูกสันหลังบางชนิด MSH ยังทำหน้าที่ใน fat  metabolism  ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอีกด้วย
•        endorphins  สร้างมาจาก pro-opiomelanocortin  ซึ่งเป็นโปรตีนสายยาวแต่จะถูกตัดให้สั้นลง  ที่ pituitary  cells  ได้เป็น ACTH, MSH  และ  endorphins   endorphins ยังสร้างได้มาจากเซลล์ในสมองอีกด้วย  endorphins  จะทำหน้าที่ยับยั้งการรับความรู้สึกเจ็บปวด ยาเสพติดในกลุ่มพวก ฝิ่น  (opiate) จะเป็นโมเลกุลที่เลียนแบบ  (mimic)  endrophis  ซึ่งจะไปจับที่ receptors ที่สมองยับยั้งการรับรู้ความรู้สึกเจ็บปวด

3.2 Pineal  gland กับ  biorhythms

•        pineal gland  เป็นก้อนเนื้อเยื่ออยู่ใกล้ศูนย์กลางของสมองคนเรา 
•        pineal  ขับฮอร์โมนชื่อ  melatonin (modified  amino acid) ออกมา
•        pineal  จะควบคุมเซลล์ที่ไวต่อแสง (light – sensitive  cells) หรือเซลล์ที่มีระบบประสาทเชื่อมอยู่กับตา ขึ้นอยู่กับสปีชีส์  การควบคุมการสร้าง  melatonin จาก pineal   นั้นขึ้นอยู่กับแสงและฤดูกาลที่เปลี่ยนไป
•        หน้าที่ของ  pineal  จะสัมพันธ์กับนาฬิกาชีวภาพ (biological  rythms) หรือ biolocal  clock)  ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง  ซึ่งมีผลต่อระบบการสืบพันธุ์  คือ ทำให้เกิดกิจกรรมต่างๆ ในช่วงของวันและฤดูที่ต่างไป

3.3 Thyroid  hormones  กับการรักษาสมดุลย์และการพัฒนาการ

•        ในคนเราและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ  thyroid  gland  อยู่ที่บริเวณคอ  และมีอยู่ 2  lobes
•        ต่อม thyroid  ผลิต ฮอร์โมน 2 ชนิด  ซึ่งเป็นฮอร์โมนที่สังเคราะห์จาก กรดอะมิโน  tyrosine  ฮอร์โมนทั้ง 2 ชนิดนี้คือ

                1) triiodothyronine (T₃)   มี iodine  อยู่ 3 อะตอม

                2) thyroxine (T₄ ) มี iodine 4 อะตอม

•        การหลั่งของ  thyroid  hormones  ควบคุมโดย hypothalamus และ pituitary แบบ negative feedback   
•        thyroid  gland  มีบทบาทสำคัญต่อการพัฒนาการ  ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง เช่น ในการพัฒนาการของลูกอ๊อดเป็นกบ
•        โรคพันธุกรรมที่มีการสร้าง ฮอร์โมน  thyroid น้อย  ทำให้เกิด cretinism  คือ จะมีการเจริญของกระดูกช้าและการพัฒนาของสมองช้า 
•        thyroid  hormones ช่วยรักษาสมดุลย์ของความดันเลือด ,อัตราการเต้นของหัวใจ, การทำงานของกล้ามเนื้อ, ระบบย่อยอาหารและการทำงานของระบบสืบพันธุ์
•        hyperthyroidism = อุณหภูมิของร่างกายสูง , เหงื่อออกมาก ,น้ำหนักลด, คลั่นเนื้อคลั่นตัว  และมีความดันเลือดสูง
•        hypothyroidism = มีอาการตรงข้ามกัน และทำให้เกิด cretinism
•        goiter  = โรคที่เกิดจากต่อม thyroid  โต  เนื่องจากมีการสะสมเก็บ thyroid  hormones  ไว้ในต่อม thyroid  ไม่เพียงพอ  สาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากขาดสารอาหาร iodine
•        thyroid  gland  เป็น endocrine  gland  สร้าง calcitonin ซึ่งจะทำหน้าที่ลดระดับ calcium  ในกระแสเลือด

3.4 Parathyroid  hormone  กับ  Calcitonin  ช่วยในการรักษาสมดุลย์ของ calcium  ในเลือด

•        Parathyroid  glands  ทำหน้าที่รักษาสมดุลของ  calcium  ions  โดยจะขับ parathyroid  hormaone  (PTH) ออกมาทำให้ระดับ calcium ในกระแสเลือดสูงขึ้น โดยจะไปกระตุ้น การดูดกลับ ของ Ca²⁺  ที่ไต และโดยการเหนี่ยวนำให้เซลล์กระดูก ชนิดหนึ่งชื่อ osteoclastes ให้กระดูกถูกย่อยและปล่อย Ca²⁺  สู่กระแสเลือด
•        vitamin D สำคัญต่อการทำงานของ PTH
•        ถ้าขาด PTH  ทำให้ calcium  ในเลือดลดลงอย่างรวดเร็ว  ทำให้เกิดการชักกระตุก ถ้าปล่อยไปอาจทำให้ถึงตายได้  อาการแบบนี้เรียกว่า  tetany

3.5  Pancreas  สร้าง insulin กับ  glucagon ซึ่งเป็น antagonistic hormones  ที่คอยควบคุม glucose ในเลือด

•        Pancreas ทำหน้าที่เป็นทั้ง  endocrine และ exocrine functions

ที่ pancreas 1-2 %  ของ cells เป็น endocrine  cells ที่เหลือเป็น  exocrine cells ที่สร้าง bicarbonate  ions  และ  digestive  enzyme

•        endocrine  cells ชื่อว่า islets  of  Langerhans  จะปะปนอยู่กับ exocrine cells  islets  of  Langerhans  มี alpha  cells  ที่ขับ  peptide  hormone ชื่อว่า glucagon  และ beta  cells  ที่ขับฮอร์โมน insulin
•        ในคนเราระดับกลูโคสในเลือดจะอยู่ที่ 90 mg/100 ml
•        insulin  กับ glucagon เป็น   antagonistic   hormones ที่ควบคุมระดับกลูโคสในกระแสเลือด  (insulin ทำให้ glucose ลด / ส่วน glucagons ทำให้ glucose ในกระแสเลือดเพิ่ม)

•        liver  และ muscels เก็บน้ำตาลไว้ในรูปของ glycogen
•        adipose tissue cells  เปลี่ยน sugars ให้เป็นไขมัน

•        diabetes  mellitus  (Diabetes  ,Gr = copious  urination  และ mellitus  , Gr= honey) เกิดจากการขาด isulin  หรือเซลล์เป้าหมายไม่ตอบสนองต่อฮอร์โมน insulin  ทำให้มีระดับของกลูโคสในกระแสเลือดสูง ยิ่งกลูโคสในเลือดสูงก็ทำให้ เพิ่มน้ำที่ขับกลูโคสออกมามากตามไปทำให้มีปริมาณปัสสาวะมากและกระหาย บ่อยๆ
•        type I diabetes  mellitus (insulin-dependent diabetes) เป็น autoimmune  disorder   ซึ่งทำให้ระบบภูมิคุ้มกันของเราโจมตี cells  ที่  pancreas  ทำให้ไม่สามารถสร้าง insulin  ได้  มักจะเกิดขึ้นในวัยเด็ก สามารถรักษาโดยฉีด insulin  ทดแทน 
•        type  II  diabetes  mellitus  (non-insulin –dependent  diabetes) เกิดจากการขาด insulin หรือที่พบมากคือ target  cells ที่มี insulin  receptors  ไม่ตอบสนองต่อ insulin  ซึ่งเกิดตามอายุที่เพิ่มขึ้น  มักเกิดขึ้นเมื่อคนเรามีอายุมากกว่า 40 ปี  สามารถรักษาได้โดยการออกกำลังกายมากๆ และควบคุมการทานอาหาร

3.6 Adrenal  medulla กับ adrenal  cortex กับการจัดการความเครียด(stress)

•        adrenal  glands = ต่อมหมวกไต ประกอบด้วย adrenal  cortex และ adrenal  medulla (central  part)
•        ส่วน adrenal  medulla  มีการพัฒนาและหน้าที่สัมพันธ์กับระบบประสาท  secretory  cells  ของ adrenal  medulla  นั้นพัฒนามาจาก neural  crest  cells 

•        epinephrine  (or  adrenaline) และ norepinephrine (or noradrenaline) เป็น hormones ที่ขับมาจาก adrenal  medulla  ฮอร์โมนทั้ง 2 ชนิดนี้จัดอยู่ในสารประกอบพวก catecholamine ซึ่งสังเคราะห์มาจากกรดอะมิโน tyrosine
•        apinephrine , norepinephrine และ catecholamines ชนิดอื่นๆ จะถูกขับออกมาเพื่อตอบสนองกับ positive และ negative  stress ทำให้เรามีอัตราการเต้นของหัวใจเร็วขึ้น เหงื่อออก หรือทำให้เรารู้สึกตื่นเต้น
•        epinephrine กับ norepinephrine ทำให้ glycogen ที่ตับถูกย่อยให้เป็น glucose แล้วปล่อยเข้าสู่กระแสเลือด  นอกจากนี้แล้วฮอร์โมนทั้ง 2 ตัวยังทำให้ fatty  acid  ปลดปล่อยออกมาจาก fat cells
•        epinephrine  กับ norepinephrine ยังทำให้อัตราการเต้นของหัวใจเพิ่มขึ้น และทำให้ท่อหลอดลม bronchioles ในปอดขยายขึ้น ทำให้ O₂ มีการส่งสู่เซลล์ ในร่างกายมากขึ้น (หมอจึงจ่ายยา epinephrine กับคนที่เป็นหืดหอบ)
•        เมื่อ nerve  cells ถูกกระตุ้นจากความเครียด เซลล์จะปล่อย neurotransmitter  acetylcholine ใน adrenal  medulla  acetylcholine นี้จะจับกับ receptors ของ cells ที่ adrenal  medulla  แล้วกระตุ้นการปล่อย epinephrine กับ  norepinephrine
•        adrenal  cortex  ทำหน้าที่สัมพันธ์กับความเครียดเช่นกัน แต่จะตอบสนองต่อ endocrine  signals
•        เมื่อสิ่งเร้าที่ทำให้เกิดความเครียดทำให้ hypothalamus  ขับ ฮอร์โมนออกมาไปกระตุ้น anterior  pituitary  ให้ปล่อย ACTH เข้าสู่กระแสเลือด  acth  จะไปกระตุ้นเซลล์ที่ adrenal  cortex  ให้สร้างและขับ steroid ชื่อว่า corticosteroids
•        corticosteroids ในคนเรามี 2 ชนิดหลักๆคือ 1) glucocorticoids เช่น cortisol  2) mineralocorticoids เช่น aldosterone

              - glucocorticoids ทำให้เกิดการสังเคราะห์  glucose จากแหล่ง noncarbohydrate sources เช่น proteins และทำให้เกิดการแตกตัวของ muscel  proteins  ที่ skeletal  muscel  ซึ่งจะถูกขนส่งไปยัง ตับและไต ซึ่งเป็นที่ที่โปรตีนนี้ถูกเปลี่ยนเป็น glucose  นอกจากนี้แล้ว glucocorticcids เช่น cortisone เคยใช้เป็นยารักษา  inflammatory  conditions เช่น ข้ออักเสบ แต่ผลในระยะยาวจะทำให้สารนี้ไปลดระบบภูมิคุ้มกันทำให้ร่างกายอ่อนแอ

             - mineralocorticoids ควบคุมความสมดุลย์ของเกลือและน้ำในร่างกายเราเช่น aldosterone จะกระตุ้นการดูด sodium  ions และน้ำกลับที่ไตนอกจากนี้แล้ว  mineralocorticoids ยังทำให้ความดันเลือดและปริมาณของเลือดในกระแสเลือดเพิ่มขึ้นด้วย

3.7  Gonadal  steroids  ฮอร์โมนเพศ 

•        gonads  สร้างฮอร์โมนหลักๆ 3 ชนิด  คือ 1) androgens  2) estrogens 3) progestins (ดูรูปที่ 45.14) ฮอร์โมนทั้ง 3 ชนิดนี้พบทั้งในผู้ชายและผู้หญิง  แต่สัดส่วนปริมาณไม่เท่ากัน
•        testes สร้าง androgens ตัวหลักคือ testosterone                                                              androgens จะช่วยในการพัฒนาและเสริมสร้าง male  reproductive  system  และในช่วงสืบพันธุ์จะมีความเข้มข้นของ androgens  สูง ทำให้มีการพัฒนาของ sex  characteristics ในเพศชายคือ มีขนและเสียงต่ำ

•        ในกลุ่ม estrogens ฮอร์โมนที่สำคัญคือ estradiol  ซึ่งมีหน้าที่คล้ายๆกับ androgens แต่จะเป็นในเพศหญิง  ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมฮอร์โมน progestins (ซึ่งรวมถึง progesterone ด้วย) จะทำหน้าที่ในการเสริมสร้างท่อรังไข่ (uterus) เพื่อรองรับการเจริญและพัฒนาของไข่ที่ผสมแล้ว
•        การสังเคราะห์ของ estrogens  และ androgens นั้นถูกควบคุมด้วย gonadotropins ซึ่งคือ FSH และ LH  จากต่อม anterior pituitary  และการควบคุมการขับ FSH และ LH  จะถูกควบคุมด้วย GnRH (gonadotropin  releasing  hormone) จาก hypothalamus

_______________________________________

โครงสร้างและหน้าที่ของสารโมเลกุลใหญ่ : Macromolecules

โครงสร้างและหน้าที่ของสารโมเลกุลใหญ่

(Macromolecules)

 สารโมเลกุลใหญ่ (หรือ macromolecules) ยกตัวอย่างเช่น  โปรตีน (protein) ซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโน ต่อกันนับร้อยตัว มีน้ำหนักมวลโมเลกุล (molecular  weight)  มากกว่า 100,000  ดาลตัน (daltons) 

• สารโมเลกุลใหญ่ส่วนใหญ่เป็น โพลีเมอร์ (polymers)  (ภาษากรีก (Gr.) Polys = many, meris = part)
• โพลีเมอร์เป็นโมเลกุลยาว ที่ประกอบด้วยหน่วยโมเลกุลย่อยๆ ชนิดเดียวกัน หรือเหมือนกันต่อกันด้วยพันธะโควาเลนท์ (covalent  bonds)  เหมือนตู้รถไฟที่ต่อกันเป็นขบวน   หน่วยโมเลกุลย่อยๆ นี้เรียกว่า โมโนเมอร์ (monomers = building  blocks of  a  polymer)
• เซลล์มีกลไกการสร้างและสลายโพลีเมอร์ชนิดต่างๆ ดังนี้

  -    Condensation = โมโนเมอร์จะถูกเชื่อมด้วยพันธะโควาเลนท์ และในปฏิกิริยานี้จะได้น้ำ ออกมา  (ปฏิกิริยานี้เรียกได้อีกชื่อว่า dehydration  reaction)

                 -     Hydrolysis  reaction = ปฏิกิริยาการแตกตัวของโพลีเมอร์โดยมีน้ำเข้าทำปฏิกิริยาร่วม    โดยที่ ไฮโดรเจน (H) จากน้ำจะจับกับ โมโนเมอร์โมเลกุลหนึ่ง  ส่วนหมู่ไฮดร็อกซิล (OH)  ก็จะจับกับโมโนเมอร์อีกโมเลกุลหนึ่ง

1.  คาร์โบไฮเดรต (Carbohydrates)  

·         คาร์โบไฮเดรต = น้ำตาล (sugars) และ โพลีเมอร์ของน้ำตาล

·         โมเลกุลของคาร์โบไฮเดรตที่เป็นโมเลกุลเล็กและมีโครงสร้างง่ายๆคือ  โมโนแซคคาไรด์ (monosaccharide)

·         ถ้าไดแซคคาไรด์ (disaccharides) จะเป็นโมโนแซคคาไรด์  + โมโนแซคคาไรด์                (โมโนแซคคาไรด์ 2 โมเลกุลต่อกัน)

  

1.1 น้ำตาล (sugars)

·         โมโนแซคคาไรด์ (monosaccharide) (ภาษากรีก (Gr.) monos = single: sacchar = sugar)

·          มีสูตรโครงสร้างเป็นทวีคูณของ CH₂O (multiple of CH₂O)  ตัวอย่างเช่นกลูโคส (glucose : C₆H₁₂O₆ ) เป็นโมโนแซคคาไรด์ ที่สำคัญมากในปฏิกิริยาเคมีในสิ่งมีชีวิต

·         น้ำตาลอัลโดส (aldoses) เป็นน้ำตาลอัลดีไฮด์ (aldehyde sugar)            

·         น้ำตาลคีโตส (ketose) เป็นน้ำตาลคีโตน (ketone sugar)  ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของกลุ่ม คาร์บอนิล (carbonyl  group) ว่าอยู่ตำแหน่งใด ­  

·         น้ำตาลไตรโอส (trioses) มีคาร์บอน 3 อะตอม (3C)

·         น้ำตาล เพนโตส (pentose) มีคาร์บอน 5 อะตอม (5C) และน้ำตาล เฮ็กโซส (hexose) ) มีคาร์บอน 6 อะตอม (6C)

·         ในความเป็นจริง  โมเลกุลของน้ำตาล เมื่ออยู่ในสารละลายจะมีโครงสร้างเป็น รูปวงแหวน (ring  forms)

• ไดแซคคาไรด์  (disaccharide)  เป็นโมโนแซคคาไรด์ 2 โมเลกุล ต่อกันด้วย  พันธะไกลโคไซดฺ์ (glycosidic likage)  ซึ่งเป็นพันธะโควาเลนท์ (covalent bond) เช่นเดียวกัน

          Maltose  = glycose  + glucose

          Sucrose  = glucose + fructose ( น้ำตาลที่เรารับประทานกันอยู่)

          Lactose  = glucose + galactose

1.2  โพลีเแซคคาไรด์ (polysaccharides) 

• โพลีแซคคาไรด์ (polysaccharide) เป็นสารโมเลกุลใหญ่ (macromolecule) ที่ประกอบด้วยโมโนแซคคาไรด์ 200 - 1,000 หน่วย ต่อกันด้วยพันธะไกลโคไซดฺ์  (glycosidic  linkages)
• โพลีแซคคาไรด์ บางตัวเป็นอาหารสะสม   เมื่อถูกย่อยจะได้เป็นน้ำตาลสำหรับเซลล์
• โพลีแซคคาไรด์ บางตัวทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของเซลล์

โพลีแซคคาไรด์ที่เก็บสะสม (storage  polysaccharide) เป็น  polysaccharide 

ที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อเก็บสะสมไว้ ได้แก่

-          แป้ง (starch) พบในพืช ประกอบไปด้วยโมโนเมอร์ของกลูโคส (glucose  monomers)  เชื่อมต่อกันด้วยพันธะคาร์บอนที่ 1 กับ 4   คล้ายน้ำตาลมอลโตส  (maltose)  แป้งที่มีโครงสร้างโมเลกุลอย่างง่ายที่สุดคือ  อะไมโลส (amylose) เป็นโมเลกุลที่ไม่มีกิ่งก้าน  ส่วนอะไมโลเพคติน (amylopectin) เป็นแป้งที่มีโครงสร้างซับซ้อนกว่า   พืชจะเก็บแป้งไว้ที่พลาสติด (plastids)  และที่คลอโรพลาส (chloroplasts)  เวลาที่พืชต้องการกลูโคส  แป้งที่ถูกสะสมไว้จะถูก  ไฮโดรไลซ์ (hydrolyzed)  ไห้ได้เป็นกลูโคส  ซึ่งเซลล์สามารถนำไปใช้ได้ต่อไป

-          ไกลโคเจน (glycogen) พบในสัตว์และคน เป็นโมโนเมอร์ของกลูโคสต่อกัน เช่นกัน  แต่จะมีลักษณะคล้ายอะไมโลเพคติน (amylopectin)

-         แป้งที่เป็นอะมิโลสและอะมิโลเพคตินพบในพืช ส่วนไกลโคเจนซึ่งพบในเซลล์ตับและเซลล์กล้ามเนื้อสัตว์ 

โครงสร้างของโพลีแซคคาไรด์

• ยกตัวอย่างเช่น เซลลูโลส (cellulose)  เป็นส่วนประกอบของเซลล์พืช  รวมกันทั่วโลกพืชจะสร้างเซลลูโลสปีละนับพันล้านตัน  เซลลูโลสเป็นสารประกอบออร์กานิก (organic compound)   ที่มีมากที่สุดในโลกก็ว่าได้
• เซลลูโลสเป็นกลูโคสหลายๆ โมเลกุลเชื่อมต่อกันด้วยพันธะ 1-4 (1 - 4 linkage) ในแบบ  beta- configuration โครงสร้างของกลูโคสมี 2 แบบ คือ แบบ α (alpha) และ β (beta) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของหมู่ไฮดรอกซีที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 1

• โมเลกุลของแป้ง มีโครงสร้างเป็นแบบเกรียว (helical)  โมเลกุลของเซลลูโลส (cellulose  molecule)  เป็นเส้นตรง (straight) ไม่มีกิ่งก้านและหมู่ไฮดร็อกซิล (OH)  และไม่ต่อกับโมเลกุลอื่น  ในผนังเซลล์ของพืชโมเลกุลของเซลลูโลสรวมกันเป็นหน่วยเรียกว่า    ไมโคลไฟบริล (microfibrils)

• คนเราย่อยเซลลูโลสไม่ได้เพราะเซลลูโลสมีพันธะ  β-linkages เซลลูโลสจึงออกมาเป็นกากอาหาร  เอนไซม์ของเราย่อย แป้งได้  ซึ่งเรามีเอนไซม์ที่ใช้ตัดพันธะ α- linkage
• ไคติน (chitin)  เป็นคาร์โบไฮเดรตที่พบในแมลงปีกแข็ง (arthropods)  แมลงเหล่านี้ใช้ไคตินสร้างโครงสร้างภายนอก (exoskeletons)  ไคติน ประกอบด้วยโมเลกุลกลูโคสอีกแบบหนึ่งที่มีหมู่ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ

2. Lipids (ไขมัน)

            ไขมัน (lipids) ไขมันมีคุณสมบัติพิเศษคือ ไม่ละลายน้ำ (no affinity for water)    เรียกว่า  ไฮโดรโฟบิก (hydrophobic)

2.1 Fats

·         ไขมัน   (fat)  =  กลีเซอรอล (glycerol) + กรดไขมัน (fatty acids)

กลีเซอรอล    =  แอลกอฮอล์คาร์บอน 3 อะตอม

กรดไขมัน     =  สารประกอบที่มีคาร์บอน 16-18 อะตอม  ที่ปลายข้างหนึ่งมีหมู่คาร์บอนิลเป็นหมู่ฟังชั่น (functional group)

ไตรเอซิลกลีเซอรอล    =  3  กรดไขมัน + 1 กลีเซอรอล (triacylglycerol หรือ triglyceride)

• Triacylglycerol  =  3  fatty  acids + 1 glycerol  (triglyceride)
• Saturated  fatty  acid  = ไขมันอิ่มตัว
• Unsaturated  fatty  acid  = ไขมันไม่อิ่มตัว มี C=C ในโครงสร้าง  มักเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง  พันธะคู่ในไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty  acid)  ทำโครงสร้างของมันงอและทำให้โมเลกุล  ไม่อยู่ชิดกันมาก  ด้วยเหตุนี้ไขมันไม่อิ่มตัวจึงมีสถานะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง

• Hydrogenated vegetable  oil  = unsaturated fatty acid + hydrogen --> saturated  fats ลดการเหม็นหืน พบในขนมบิสกิท (biscuits) เค้ก มาการีน ทำให้เก็บไว้บนชั้นได้นาน
• แต่ไขมันอิ่มตัว (saturated fats)  ก่อให้เกิดโรคเส้นเลือดหัวใจอุดตัน เป็นภัยมหันต์
• 1 กรัมของไขมัน (fat) ให้พลังงานได้มากกว่า 1 กรัมของโพลีแซคคาไรด์
• มนุษย์เก็บสะสมไขมันไว้ที่เซลล์ที่เรียกว่า  adipose cells

2.2 Phospholipids

         ฟอสโฟลิปิด (phospholipids) = 2 fatty acids + phosphate group + 1 small  molecule

 ยกตัวอย่างเช่น  2 fatty acids +  phosphate  group  + choline phosphatidylcholine

ฟอสโฟลิปิด =  2 กรดไขมัน + 1 หมู่ฟอสเฟต + 1 โมเลกุลเล็ก

•  ฟอสโฟลิปิด (phospholipids)  มีหัวเป็น hydrophilic มีหางเป็น hydrophobic
• เมื่อผสมฟอสโฟลิปิดลงในน้ำ ฟอสโฟลิปิดจะเกาะกันเป็นก้อนกลมเรียกว่า ไมเซล “micelle” โดยจะหันด้าน  hydrophilic head ออก (หันหัวออกไปหาน้ำ ชอบน้ำ)
• ที่เซลล์เมมเบรน  ฟอสโฟลิปิดเรียงตัวกันเป็นไบแลย์ร (bilayer) โดยหันด้าน hydrophobic   ชนกัน   และ hydrophilic head  ออก 

2.3 สเตียรอยด์ (steroids)

·         สเตียรอยด์ (steroids) มีโครงสร้างเป็นวงแหวนคาร์บอน 4 วง

·         คลอเรสเตอรอล (cholesterol) เป็นสารตั้งต้นของการสังเคราะห์สเตียรอยด์ (steroid  precursor) และ เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเซลล์เมมเบรนในสัตว์

3. โปรตีน (proteins)

ชื่อมาจากภาษากรีก (Gr. proteios = first place)

·         โปรตีนคิดเป็น 50 % ของน้ำหนักแห้ง (dry weight) ของเซลล์ทั่วไป

·         โปรตีนเป็นโพลีเมอร์ที่เกิดจากกรดอะมิโน (polymer of amino acids) ต่อๆกันเป็น polypeptide

·         โปรตีนประกอบด้วยสาย polypeptide จับกันในรูปแบบที่เฉพาะ

·         รูปแบบเป็น 3 มิติ (3-dimensional  shape)

  

โพลีเปปไทด์ (polypeptide)

• ก่อนอื่นมาทำความรู้จักกรดอะมิโน (amino acids) กันก่อน  กรดอะมิโนเป็นโมเลกุลที่มีหมู่ฟังก์ชันทั้ง amino  และ carboxyl  group
• กรดอะมิโนมี 20 ชนิด

·         กรดอะมิโนต่อกันด้วยพันธะเปปไทด์ (peptide bond) เป็นโพลีเปปไทด์

·         โพลีเปปไทด์จะมีส่วนที่เรียกว่า N- terminus และ C-terminus (carboxyl end)

โครงสร้างของโปรตีน

          โปรตีนสามารถ denaturation ด้วย denaturing  agents หรือความร้อน  ในสิ่งมีชีวิต มีโปรตีนชนิดหนึ่งเรียกว่า chaperon proteins มีหน้าที่คอยช่วยในการพับหรือขึ้นรูป (folding) ของโปรตีนต่างๆ

          1.      Primary  structure

 โครงสร้างระดับปฐมภูมิ (primary structure) = amino acid- amino acid- amino acid...
เช่น Gly-Ser-Val...   เรียกได้ว่าเป็น polypeptide

• ถ้าเปลี่ยนกรดอะมิโน 1 ตัว ในโปรตีนโมโกลบิน (hemoglobin) ทำให้เกิดโรคทางพันธุกรรมชื่อว่า sickle – cell disease    การเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโน 1 ตัว  ในตำแหน่งที่ 6 ของโปรตีน ฮีโมโกลบิล ทำให้เกิดโรค sickle – cell disease

           2.      Secondary  structure

          ประกอบด้วยโครงสร้าง 

         1) alpha- helix เป็นโครงสร้างสาย polypeptide ที่ม้วนเป็นเกรียวเหมือนบันไดวน
         และ 2) pleated sheet  เป็นโครงสร้างสาย polypeptide ที่เรียงกันเป็นแผ่น

    3.      Tertiary  structure

• รูปทรงที่เกิดจาก การจับกันของพันธะของกลุ่ม R-group  ของกรดอะมิโน ในโครงสร้างสาย polypeptide ดังนี้

               -      hydrophobic  interaction amino  acids  ที่มี hydrophobic  group

                  R-group นี้ จะจับกันอยู่ที่ใจกลาง (core) ของโปรตีน  หนีจากการสัมผัสน้ำ

          -     disulfide bridge นั่นคือ  cysteine  + cysteine (S-H) เกิดเป็นพันธะ –S-S –     

                  ซึ่งเป็นพันธะที่แข็งแรงกว่า

    4.      Quaternary  Structure 

      เกิดจากการรวมกันของ polypeptide มากกว่า 1 subunit ยกตัวอย่างเช่น ฮีโมโกลบิน (hemoglobin) ที่ประกอบด้วย 4 subunits รวมกัน

4. Nucleic  acids

• Gene --->  mRNA ---> polypeptide

• ยีน (gene) ประกอบด้วย ดีเอ็นเอ (DNA) ซึ่งเป็นโพลีเมอร์  จัดอยู่ในกลุ่มของ  กรดนิวคลีอิก (nucleic acids)

            DNA = deoxyribonucleic acid

            RNA = ribonucleic acid

  

• กรดนิวคลีอิก (nucleic  acids) ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ (nucleotides) หลายๆโมเลกุล
• นิวคลีโอไทด์ (nucleotide  = nitrogenous  base  + pentose  + phosphate  group)
• Nitrogenous bases แบ่งเป็น

            1. Pyrimidine มีโครงสร้าง 1 วง สมาชิกมี cytosine (C), thymine (T) และ Uracil ( U )

          2. Purines  มีโครงสร้าง 2 วง  สมาชิกคือ adenine(A) และ guanine (G) 

              T พบเฉพาะที่ DNA, U มีอยู่ที่ RNA เท่านั้น และ เบส A จับกับ T ด้วยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ

              และ G จับกับ C ด้วยพันธะไฮโดรเจน 3 พันธะ

• น้ำตาลเพนโตส (pentose) ในดีเอ็นเอ เป็นชนิด deoxyribose ใน RNA เป็นชนิด ribose
• polynucleotide  เชื่อมกันด้วย phosphodiester  linkages  เป็น back  bone  ของดีเอ็นเอ 
• ดีเอ็นเอ มีโครงสร้างเป็น double  helix

_____________________________________________