บทที่ 2 สารอินทรีย์ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตสิ่งมีชีวิต

สสารต่าง ๆ รวมทั้งสิ่งมีชีวิตประกอบขึ้นด้วยอะตอมของธาตุต่างๆ เป็นหน่วยย่อยพื้นฐานที่สามารถเกิดปฏิกิริยาทางเคมีได้ โดยอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันหรือต่างชนิดกันสามารถยึดจับกันได้ด้วยพันธะทางเคมี เกิดเป็นโมเลกุล (molecule) ของสารบริสุทธิ์และสารประกอบชนิดต่างๆ ที่มีความซับซ้อนมากขึ้น และมีคุณสมบัติทางเคมีแตกต่างกันไป สารประกอบที่พบในสิ่งมีชีวิตสามารถแบ่งได้เป็น 2 ชนิดคือ สารประกอบนินทรีย์ ได้แก่ น้ำ แร่ธาตุต่างๆ และสารประกอบอินทรีย์ (organic compound) ที่สำคัญ คือ คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) ลิพิด (lipid) โปรตีน (protein) และกรดนิวคลีอิก (nucleic acid) ดังนั้นการศึกษาเรื่องของอะตอม โมเลกุล น้ำ และสารประกอบอินทรีย์ จึงเป็นพื้นฐานสำคัญของการศึกษาคุณลักษณะและกลไกการทำงานของเซลล์สิ่งมีชีวิตให้เข้าใจได้มากยิ่งขึ้น

1. ธาตุและสารประกอบภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

สารประกอบต่างๆ ที่พบในสิ่งมีชีวิต เมื่อถูกย่อยด้วยวิธีทางเคมีต่างๆ สุดท้ายจะได้เป็นธาตุต่างๆ ในธรรมชาติพบว่ามีธาตุอยู่ 92 ธาตุ แต่มีเพียง 25 ธาตุที่พบทั่วไปในสิ่งมีชีวิต ปริมาณของธาตุที่พบในคน แสดงดังตารางที่ 1 โดยส่วนใหญ่เป็นธาตุ N O C และ H ซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของสารอินทรีย์ต่างๆ ที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต ธาตุที่พบมีปริมาณน้อยได้แก่ Ca , Na , K , Mg , Cl เป็นต้น 

ตารางที่ 1  ธาตุสำคัญที่พบในคน (ที่มา ; Raven & Johnson , 1995 , หน้า 29)

Element	Symbol	Atomic Number	Percent of Human Body by Weight
Oxygen Silicon Aluminum Iron Calcium Sodium Potassium Magnesium Hydrogen Manganese Fluorine Phosphorus Carbon Sulfur Chlorine Vanadium Chromium Copper Nitrogen Boron Cobalt Zinc Selenium Molybdenum Tin Iodine	O Si Al Fe Ca Na K Mg H Mn F P C S Cl V Cr Cu N B Co Zn Se Mo Sn I	8 14 13 26 20 11 19 12 1 25 9 15 6 16 17 23 24 29 7 5 27 30 34 42 50 53	65.0 Trace Trace Trace 1.5 0.2 0.4 0.1 9.5 Trace Trace 1.0 18.5 0.3 0.2 Trace Trace Trace 3.3 Trace Trace Trace Trace Trace Trace Trace

1.1 อะตอม

โครงสร้างของอะตอม (atom) ประกอบด้วยส่วนที่เรียกว่านิวเคลียส (nucleus) ซึ่งภายในเป็นที่อยู่ของอนุภาคโปรตอน (proton) ที่มีประจุบวก และนิวตรอน (neutron) ซึ่งไม่มีประจุยกเว้นธาตุไฮโดรเจนไม่มีนิวตรอน เลขอะตอมของธาตุ (atomic number) เท่ากับจำนวนโปรตอนของธาตุนั้น และน้ำหนักอะตอม (mass number) เท่ากับผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอน นิวเคลียสของธาตุต่างไอโซโทปกันจะมีจำนวนโปรตอนเท่ากันแต่มีจำนวนนิวตรอนแตกต่างกัน เช่น ธาตุไฮโดรเจนมี 3 ไอโซโทป คือ ไฮโดรเจน ดิวทีเรียม (deuterium) และทริเตรียม (tritium) ซึ่งประกอบด้วย จำนวนนิวตรอนเท่ากับ 0, 1 และ 2 ตามลำดับ

ภาพที่ 1 โครงสร้างอะตอม

ดังนั้นธาตุที่มีไอโซโทปต่างกันจะมีเลขอะตอมเท่ากัน แต่น้ำหนักอะตอมแตกต่างกัน

แต่ละธาตุประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่า อะตอม ประมาณต้นศตวรรษที่ 20 Danish และ Niels Bohr ได้เสนอโครงสร้างอะตอมอย่างง่ายคือ อะตอม มี nucleus ที่ประกอบด้วย proton (ประจุ +) และ neutron (ไม่มีประจุ) อยู่รวมกัน โดยมี electron (ประจุ -) วิ่งอยู่รอบนอกใน orbital ต่างๆ ตามระดับพลังงาน proton และ neutron มีมวลใกล้เคียงกัน คือ ประมาณ 1.67 x 10^-24 กรัม ส่วน electon มีมวลน้อยมากเมื่อเทียบกับ proton คือประมาณ 1/1 , 840 ของมวล proton แต่ละอะตอมมีจำนวน proton และ electron เท่ากันจึงทำให้อะตอมเป็นกลาง สำหรับจำนวน neutron ในแต่ละธาตุอาจมีได้หลายจำนวน เช่น H มี neutron ได้ตั้งแต่ 0 , 1 และ 2 ตัวอย่างโครงสร้างอะตอมของ H , He และ Li ซึ่งมีจำนวน proton 1 , 2 และ 3 ดังนี้

ภาพที่ 2 โครงสร้างอะตอมของ H He และ Li

แต่ละธาตุมีจำนวน proton ที่แตกตางกัน ดังนั้นจำนวน proton จึงตัดสินลักษณะของแต่ละธาตุ จำนวนของ proton ใน nucleus เรียกว่า atomic number ของธาตุนั้น เช่น H มี proton เท่ากับ 1 จึงมี atomic number เท่ากับ 1 หรือ He มี proton เท่ากับ 2 จึงมี atomic number เท่ากับ 2 ส่วนจำนวน proton และ neutron รวมกันเรียกว่า mass number (atomic mass) ซึ่งน้ำหนักของอะตอม (atomic weight) ส่วนใหญ่เป็นน้ำหนักของ nucleus นั่นเอง

ภาพที่ 3 atomic number และ mass number ของ H

อะตอมของธาตุเดียวกัน มีจำนวน proton คงที่แต่มีจำนวน neutron แตกต่างกัน เรียกว่า isotope ของธาตุนั้น เช่น H มี 3 ค่า จึงมี isotope 3 ชนิด เขียนได้เป็น H¹ , H² และ H³ หรือ isotope ของ C คือ C¹² , C¹³ และ C¹⁴ โดยมีค่า proton เท่ากับ 6 และ neutron มีค่าเท่ากับ 6 , 7 และ 8 ในธรรมชาติพบ C¹² อยู่ประมาณ 99% และส่วนที่เหลือส่วนใหญ่เป็น C¹³ ส่วน C¹⁴ มีโครงสร้างไม่เสถียรจึงพบน้อยมาก ปกติอะตอมจะเป็นกลางเนื่องจากมีจำนวน proton และ electron เท่ากัน ถ้าอะตอมมีจำนวน proton ไม่เท่ากับ electron จะเรียก ion ซึ่งจะมีประจุ กรณี Na เมื่อมีการสูญเสีย electron จะทำให้มีประจุ + (Na⁺ ) เรียกว่า cation ทำนองเดียวกัน Cl เมื่อได้รับ electron จะทำให้มีประจุ – (Cl^- ) เรียกว่า anion

1.2 วงจรของอะตอม

เนื่องจาก electron มีประจุ – จึงถูกดึงดูดด้วยประจุ + ของ nucleus ทำให้ electron โคจรอยู่ในวงโคจรรอบ nucleus ได้ การเคลื่อนที่ของ electron รอบนิวเคลียส เรียกว่า วงโคจร electron ที่วิ่งใกล้นิวเคลียสมากที่สุดจะมีระดับพลังงานต่ำสุด ส่วน electron ที่อยู่ไกล nucleus จะมีพลังงานสูงสุด แต่ละระดับพลังงานที่อยู่รอบ nucleus ของอะตอมเรียกว่า energy level หรือ electron shell โดยปกติจะมีชั้นพลังงานอยู่มากสุด 7 ระดับ คือ ระดับแรก K จนถึงระดับ Q ซึ่งแต่ละระดับจะมีจำนวน orbital แตกต่างกัน และแต่ละ orbital มี electron ได้สูงสุด 2 ตัว เช่น ระดับพลังงานแรกคือระดับ K มีเพียง 1 orbital ระดับพลังงานที่สองคือ ระดับ L มีทั้งหมด 4 orbital ดังนั้นระดับ L จึงมีมากถึง 8 electron ตัวอย่างเช่น He มี proton 2 ตัว จึงมีระดับพลังงานเดียว (K) ซึ่งมี 1 orbital ที่มี 2 electron ส่วน N มี proton 7 ตัว จึงมีสองระดับพลังงาน (K , L) โดยระดับ K มี 1 orbital (2 electron) ระดับ L มี 4 orbital ซึ่ง orbital แรกมี 2 electron ส่วน 3 orbitals ที่เหลือมีเพียง 1 electron / orbital

ภาพที่ 4 ระดับพลังงานใน orbital ของ He (ที่มา ; Raven & Johnson , 1995  หน้า 25)

electron ที่อยู่ใน shell นอกสุดของอะตอม เรียกว่า valence electron ซึ่ง valence electron จะมีจำนวนครบ 2 (กรณี H) หรือ 8 นั้น อาจทำได้โดยการให้หรือรับ หรือใช้ electron ร่วมกันกับอะตอมอื่น ดังนั้น ธาตุที่มี valence electron ไม่ครบ 8 จึงเป็นธาตุที่สามารถทำปฏิกิริยาเคมีกับธาตุอื่นได้ กรณีธาตุที่มี electron ชั้นนอกสุด เป็น 1 , 2 และ 3 เรียกว่าโลหะ และธาตุที่มีจำนวน electron ชั้นนอกเป็น 4 , 5 , 6 และ 7 เรียกว่า อโลหะ ส่วนธาตุที่มีจำนวน electron ชั้นนอกสุดเท่ากับ 8 ได้แก่ neon และ argon ที่มีคุณสมบัติไม่ทำปฏิกิริยากับสารอื่น

1.3 โมเลกุล

แต่ละอะตอมสามารถรวมกันกลายเป็นโมเลกุลด้วยพันธะทางเคมี ในสิ่งมีชีวิตมีพันธะที่สำคัญได้แก่

1. covalent bond เป็นพันธะที่เกิดจากการใช้ electron ร่วมกันของ 2 อะตอม เช่น  ก๊าซไฮโดรเจน (H₂) ออกซิเจน (O₂) น้ำ (H₂O) และมีเทน (CH₄) เป็นต้น

ภาพที่ 5 covalent bond ของน้ำ และมีเทน

1.1  nonpolar covalent  เป็นการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน โดยอิเล็กตรอนวิ่งรอบอะตอมทั้งสองเท่ากัน เช่น H₂ , O₂ และ CH₄

1.2  polar covalent  เป็นการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันโดยอะตอมที่มี electronegativity สูง จะดึงอิเล็กตรอนมาใกล้ตัวมากกว่า จึงทำให้มีประจุ เช่น H₂O

O มี electronegativity สูงสามารถดึงอิเล็กตรอนเข้ามาวน รอบตัวเองได้มากกว่า H จึงทำให้ O เป็นลบ H เป็นบวก

2. ionic bond  เป็นพันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีประจุต่างกัน เช่น NaCl เกิดจากอะตอมของ Na ให้ electron แก่ Cl กลายเป็น Na⁺ ขณะที่ Cl กลายเป็น Cl^- ผลทำให้ electron วงนอกของอะตอม Na และ Cl ครบ 8 กลายเป็นสารประกอบ NaCl

3. hydrogen bond  เป็นพันธะที่ไม่แข็งแรงนัก เกิดกับ H ที่ต่อด้วย covalent bond กับอะตอมของธาตุที่ดึงดูด electron ได้ดี เช่น N หรือ O โดย electron ในพันธะนั้น จะดึงดูดไปใกล้ N หรือ O มากจนทำให้ H เกิดเป็นประจุ + ทำให้สามารถดึงดูดกับอะตอมอื่นที่มี electron มากเช่น O หรือ N

ภาพที่ 6 Hydrogen bond

4. Van der Waals interaction เป็นแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลหรือภายในโมเลกุลเดียวกัน มีผลทำให้เกิดรูปร่างของโมเลกุล

5. hydrophobic interaction แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่ไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) เช่น หยดน้ำมันเล็กๆ ลงในน้ำ หยดน้ำมันเหล่านี้ จะรวมกันเป็นหยดใหญ่เพื่อสัมผัสกับน้ำน้อยที่สุด แรงดึงดูดระหว่างหยดนี้ คือ hydrophobic interaction ระหว่างโมเลกุล

โมเลกุลที่พบในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เป็นพวกน้ำกับสารประกอบอินทรีย์ (organic molecule)

Oxidation – Reduction (Redox)

ปฏิกิริยาเคมีในสิ่งมีชีวิต เช่น การหายใจ หรือการสังเคราะห์ด้วยแสง จะมีการถ่ายทอดอิเล็กตรอนเป็นทอดๆ จากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง ปฏิกิริยาที่สูญเสียอิเล็กตรอน เรียกว่า Oxidation ส่วนปฏิกิริยาที่มีการรับอิเล็กตรอน เรียกว่า Reduction ปฏิกิริยาทั้งสองจะเกิดควบคู่กันไป ซึ่งเรียกว่า oxidation – reduction reaction หรือเขียนย่อว่า ปฏิกิริยา Redox

การหายใจ

1.4 น้ำ

เซลล์มีน้ำเป็นส่วนประกอบอยู่ภายใน 70 – 90%

ความสำคัญของน้ำ

1. เป็น polar molecule จึงเป็นตัวทำละลายที่ดี เช่น เกลือ NaCl ละลายในน้ำได้ เนื่องจากโมเลกุลของน้ำมี O ประจุลบ และ H ประจุบวก ดังนั้น O^- จึงจับกับ Na⁺ ขณะที่ H⁺ จับกับ Cl^-

โมเลกุลน้ำที่ล้อมรอบ Na⁺ หรือ Cl^- เรียก hydration shell

สารที่ชอบน้ำ เรียกว่า hydrophilic ส่วนสารที่ไม่ชอบน้ำ เรียกว่า hydrophobic

2. เกิด hydrogen bond ระหว่างโมเลกุลของน้ำ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำ เรียกว่า cohesion ซึ่งจะทำให้น้ำเคลื่อนที่จากรากไปยังส่วนต่างๆ ของพืชได้ขณะที่มีการคายน้ำ (Transpiration) ถ้าน้ำเกิด hydrogen bond กับสารอื่น เช่น ผนังเซลล์พืช เรียกว่า adhesion

3. มีความร้อนจำเพาะสูง จึงทำให้อุณหภูมิภายในเซลล์สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลงไม่มากนัก มีผลทำให้ metabolism ภายในเซลล์ยังคงปกติ

4. ความร้อนแฝงกลายเป็นไอสูง เมื่อร่างกายสูญเสียเหงื่อ หรือการที่พืชคายน้ำ จึงช่วยลดความร้อนภายในสิ่งมีชีวิตได้

1.5 Acids และ Bases

Acid เป็นสารที่ละลายน้ำแล้วได้ H⁺ เช่น ไฮโดรคลอริก (HCl)

Base เป็นสารที่ละลายน้ำแล้วลดความเข้มข้นของ H⁺ โดยจะแตกตัวให้ OH^- ซึ่งจะไปรวมกับ H⁺ ได้เป็น H₂O เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH)

หรือสารบางชนิดลดความเข้มข้นของ H⁺ โดยไปรวมกับ H⁺ โดยตรง เช่น แอมโมเนีย (NH₃)

1.6 Buffer

เนื่องจาก pH ภายในร่างกายค่อนข้างคงที่ ถ้ามีการเปลี่ยนแปลง pH เกิดขึ้น จะเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ดังนั้น ร่างกายจะมีระบบ buffer ควบคุม pH ภายในร่างกายไม่ให้เปลี่ยนแปลง เมื่อได้รับกรดหรือเบสเพิ่มขึ้น

Buffer ประกอบด้วย กรดอ่อน และเบสอ่อน ถ้าสารละลายมี H⁺ มากเกินไป มันสามารถจับ H⁺ หรือถ้ามี H⁺ น้อยเกินไป มันสามารถให้ H⁺ ตัวอย่าง เลือดคนมี pH 7.4 ถ้า pH ลดลงจะทำให้เกิดโรค acidosis ( 7) ทำนองเดียวกันถ้า pH เพิ่มขึ้น ( 7.5 – 7.8) จะทำให้เกิดโรค alkalosis ในเลือดมี H₂CO₃ เป็น buffer

ถ้าสารละลายมี H⁺ มาก เบสจะทำหน้าที่จับ H⁺ ทำนองเดียวกัน ถ้าสารละลายมี H⁺ น้อย กรดจะเป็นตัวให้ H⁺

สารประกอบอินทรีย์

สารสำคัญที่พบในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ได้แก่ สารอินทรีย์ (organic molecule) และสารอนินทรีย์ (inorganic molecule) สารอินทรีย์เป็นสารประกอบที่มีธาตุ C เรียงตัวเป็นแกน (carbon skeleton) โดยมีกลุ่มของอะตอมที่เรียกว่า functional group ได้แก่หมู่ hydroxyl หมู่ carboxyl และหมู่ amino เป็นต้น ดังรูป จับอยู่ที่ C ดังนั้นคุณสมบัติทางเคมีของสารประกอบอินทรีย์จึงขึ้นกับการเรียงตัวของ C และ functional group ส่วนสาร อนินทรีย์ได้แก่ พวกน้ำ แร่ธาตุ CO₂ และ O₂

คาร์บอน

ความสำคัญของคาร์บอน

1. เป็นธาตุที่มี valence 4 สามารถเกิดพันธะ covalent กับ C  H  O  N  S

2. เกิดพันธะ covalent ได้ทั้งแบบ single (C - C) double (C = C) และ triple (C C)

3. โมเลกุลที่มี C เป็นส่วนประกอบจะเสถียร เนื่องจากพลังงานที่ใช้ในการทำลายพันธะค่อนข้างสูง เช่น C-C , C = C และ C C ต้องใช้พลังงาน 83 , 146 และ 212 kcal / mole ตามลำดับ

4. เกิด isomer ได้

isomer

สารประกอบที่มีสูตรโมเลกุลเหมือนกันแต่ไม่ใช่สารตัวเดียวกัน เรียกว่า isomer ปรากฏการณ์ที่มี isomer เรียกว่า isomerism ปรากฏการณ์นี้เองที่ทำให้มีสารอินทรีย์มากมาย ยิ่งมีจำนวนคาร์บอนมากเท่าใดยิ่งทำให้มีจำนวน isomer เพิ่มมากขึ้น แบ่งเป็น 3 ประเภท คือ

1. structural isomers ตัวอย่างเช่น C₄H₁₀ มี 2 isomer ดังนี้

2. geometric isomers หรือบางทีเรียก cis-trans isomers ตัวอย่างเช่น C₄H₈

3. optical isomer โมเลกุลที่มีโครงสร้างเป็นเงาในกระจกของกันและกัน ตัวอย่างเช่น D - glucose , L - glucose

Carbon skeleton

ความยาวของสายคาร์บอน จะเป็นโครงสร้างแกน จึงเรียกว่า carbon skeleton ซึ่งมีจำนวนคาร์บอนในสายได้หลายอย่าง เช่น 2 , 3 , 4 , 5 เป็นต้น และมีทั้งแบบเป็นเส้นตรง หรือวงแหวน

ความยาวของ carbon skeleton แบบต่างๆ

Carbon skeletons vary in length.

Skeletons may be branched or unbranched.

The skeleton may have double bonds , which can vary in location.

Some carbon skeletons are arranged inrings. (The abbreviated structural formulars omit the corner carbons and the hydrogensattached to them)

สารประกอบอินทรีย์ที่พบในสิ่งมีชีวิตเป็นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ (macromolecule) มีหลายชนิด ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน และกรดนิวคลีอิก โมเลกุลขนาดใหญ่เหล่านี้ เกิดจากแต่ละหน่วยย่อย หรือ monomer มาเชื่อมต่อกันโดย covalent bond ซึ่งถูกสร้างระหว่าง 2 monomer ด้วยกระบวนการที่เรียกว่า dehydration synthesis หรือ condensation ซึ่งจะทำให้ได้ H₂O 1 โมเลกุล และเมื่อ monomer มาต่อกันเป็นจำนวนมากจะเรียกว่า polymer จะต้องการพลังงานโดยได้รับความช่วยเหลือจาก enzyme ทำให้ monomer มาต่อกันได้ด้วยพันธะเคมีที่ถูกต้อง ในทำนองเดียวกัน อาหารที่รับประทานเข้าไปก่อน จะถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานจะต้องถูกย่อยเป็น monomer ด้วยกระบวนการที่เรียกว่า hydrolysis ซึ่งเป็นกระบวนการย้อนกลับของ dehydration โดยต้องมีการเติม H₂O เข้าร่วมปฏิกิริยา

การสร้างและสลาย polymer

               (a) Condensation (dehydration) synthesis of a polymer.         

               (b) Hydrolysis of a polymer.

1. คาร์โบไฮเดรต มีสูตรโครงสร้างอย่างง่าย คือ (CH₂O) n , n คือ จำนวนอะตอมของ C ซึ่งอาจ เป็น 3 , 4 , 5 , 6 และ 7

จำนวน C	ชนิด	ตัวอย่าง
3 4 5 6 7	Triose Tetrose Pentose Hexose Heptose	Glyceraldehyde Erythrose Ribose , deoxyribose Glucose , fructose , galactose Sedoheptulose

คาร์โบไฮเดรตแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม

1. monosaccharide ได้แก่ กลูโคส ฟรุคโตส และแกแลคโตส น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว เช่น กลูโคส มีโครงสร้างเป็นทั้งสายยาว หรือวงแหวน และมี 2 configuration คือ แบบ หรือ configuration  พันธะที่เชื่อมระหว่างน้ำตาล  2 โมเลกุลเรียก glycosidic เช่น ถ้าเชื่อมระหว่าง - glucose 2 โมเลกุล จะเรียกว่า  1 - 4 linkage  และเชื่อมระหว่าง - glucose จะเรียกว่า  - linkage  นอกจากนี้น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่มีหมู่ อยู่ปลายสาย จะเรียกว่า Aldose และไม่อยู่ปลายสายเรียกว่า ketose และการเป็น isomer กันก็ทำให้เกิดน้ำตาลคนละชนิด เช่น กลูโคส กับ แกแลคโตส ดังนั้น น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวจึงมีความหลากหลายชนิด

รูปแสดงโครงสร้างกลูโคสแบบ หรือ

               an d glucose ring structure

รูปแสดง monosaccharides

2. Disaccharide ประกอบด้วย 2 monosaccharide เชื่อมด้วย glycosidic bond เช่น ซูโครส (กลูโคส + ฟรุกโทส) มอลโทส (กลูโคส + กลูโคส) แลคโทส (กลูโคส + แกแลคโทส) ถ้ามีน้ำตาล monomer ตั้งแต่ 3 - 15 โมเลกุล เรียกว่า oligosaccharide

รูปแสดง disaccharides

Condensation synthesis of maltose

Sucrose

3. Polysaccharide ประกอบด้วย monosaccharide จำนวนมากเป็นหลายพันโมเลกุล ได้แก่ พวกแป้ง (อาหารสะสมในพืช) glycogen (ในสัตว์) และ cellulose (ส่วนประกอบของผนังเซลล์)

แป้ง : ประกอบด้วย glucose ต่อกันเป็นจำนวนมากด้วยพันธะ 1  4 ถ้าต่อกันแบบเป็นสายยาวไม่มีกิ่งก้านเรียก amylose มีประมาณ 20% และถ้าต่อกันเป็นกิ่งก้านเรียก amylopectin มีประมาณ 80%

เซลลูโลส : ประกอบด้วย glucose ที่ต่อกันเป็นสายยาวด้วยพันธะ 1  4 หลังจากนั้นแต่ละเส้นใยเซลลูโลสมาเรียงขนานกันจับกันด้วย H - bond อยู่รวมกันเป็น microfibril ซึ่งหลาย microfibril จะรวมกันเป็น fibril ร่างกายมนุษย์ไม่สามารถย่อยเซลลูโลสได้ เพราไม่มี enzyme ที่ทำลายพันธะที่เชื่อมระหว่างโมเลกุลน้ำตาลทั้งสอง ( - linkage) ในวัวสามารถย่อยเซลลูโลสได้เนื่องจากมีแบคทีเรียบางชนิดย่อยสลายเซลลูโลสได้

ไคทิน : พบในแมลง กุ้ง ปู และราคล้ายกับเซลลูโลสแต่มีหมู่ N จับอยู่ที่น้ำตาล นั่นคือเป็น polymer ของ amino sugar 

รูปแสดง polysaccharides

น้ำตาลที่เป็นส่วนประกอบ chitin

2. ไขมัน เป็นกลุ่มโมเลกุลที่ไม่ละลายน้ำ แต่สามารถละลายในตัวทำละลายที่เป็น non polar เช่น ether , benzene เป็นต้น ได้แก่ fat , wax , phospholipid และพวก steroid เป็นต้น

ไขมันและน้ำมัน ประกอบด้วย 2 หน่วยย่อย คือ glycerol กับ fatty acid ซึ่งมีทั้งชนิดอิ่มตัว และไม่อิ่มตัว มีหลายชนิด ได้แก่ monoglyceride diglyceride และ triglyceride ทั้งสามประกอบด้วยโมเลกุลของ glycerol 1โมเลกุล จับกับ fatty acid 1 , 2 หรือ 3 โมเลกุลตามลำดับ โดยโมเลกุลของ fatty acid ตรงส่วนหมู่ carboxyl ทำปฏิกิริยากับหมู่ –OH ของ glycerol เกิดพันธะ ester linkage

Wax เป็นไขมันที่ประกอบด้วย fatty acid กับ แอลกอฮอล์ทั่วๆ ไปที่มีหมู่ hydroxyl เพียงหมู่เดียว เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง ทำหน้าที่กันน้ำ เช่น cutin และ suberin

Phospholipid มีโครงสร้างคล้ายไขมัน แต่มี fatty acid เพียง 2 โมเลกุล และมีหมู่

phosphate จับกับ C ตัวที่ 3 ของ glycerol พบเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์

Terpenes เป็นไขมันที่เกิดจาก isoprene มารวมกัน เช่น vitamin A carotenoid และ coenzyme Q

Terpenes เป็นไขมันที่เกิดจาก isoprene มารวมกัน เช่น vitamin A carotenoid และ coenzyme Q Terpenes เป็นไขมันที่เกิดจาก isoprene มารวมกัน เช่น vitamin A carotenoid และ coenzyme Q

Steroids เป็นไขมันที่สาย C เกาะกันเป็นวง 4 วงเชื่อมติดกัน มีหลายชนิดขึ้นกับหมู่ functional ที่จับกับวง ตัวอย่างเช่น cholesterol ฮอร์โมนเพศหญิง และชาย เป็นต้น

รูปแสดงโครงสร้างฮอร์โมนเพศหญิง และชาย แตกต่างกันที่หมู่ฟังก์ชัน

หญิง                                            ชาย

3. โปรตีน มีหน้าที่หลายอย่าง ดังนี้

1. เป็น enzyme เร่งปฏิกิริยาเคมี

2. เป็นโปรตีนโครงสร้าง เช่น พวก collagen , elastin , keratin

3. เป็นตัวขนส่ง ทำหน้าที่ขนส่งสาร เช่น hemoglobin หรือ เป็นตัวขนส่ง (transporter) ที่ cell membrane

4. เป็นฮอร์โมน เช่น insulin

5. เกี่ยวข้องกับภูมิคุ้มกัน เช่น เป็น antibody

หน่วยย่อย หรือ monomer ของโปรตีน คือ กรดอมิโน ซึ่งประกอบด้วยหมู่ carboxyl หมู่ NH₂ และหมู่ R แบ่งกรดอมิโนเป็น 5 กลุ่มตามโครงสร้างทางเคมีของหมู่ R แต่ละกรดอมิโนจะมาเชื่อมต่อกันเป็นสายยาวด้วย peptide bond ซึ่งเรียกว่า polypeptide โดยสาย polypeptide จะมีปลายด้านหนึ่งเป็นหมู่ NH₂ และปลายอีกด้านหนึ่งเป็นหมู่ COOH กรดอมิโนมีประมาณ 20 ชนิด ดังนั้นการจัดเรียงตัวของกรดอมิโนที่แตกต่างกันมาก จึงก่อให้เกิดความหลากหลายของชนิดโปรตีน และทำหน้าที่ที่แตกต่างกัน กรดอมิโนที่ร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ได้เอง จะได้จากอาหารเท่านั้น เรียกว่า กรดอมิโนที่จำเป็น (essential amino acid) ส่วนกรดอมิโนที่ร่างกายสังเคราะห์เองได้ เรียกว่า กรดอมิโนที่ไม่จำเป็น (non essential amino acid)

โครงสร้างของโปรตีน มี 4 ระดับ คือ

1. primary structure การเรียงลำดับของกรดอมิโนในสาย polypeptide

2. secondary structure มีการสร้าง H-bond ระหว่างกรดอมิโนทำให้มีการขดเป็น helix หรือพับทบไปทบมาเป็น sheet

3. tertiary structure หมายถึงโครงรูปของสาย polypeptide ทั้งสายซึ่งประกอบด้วย secondary structure หลายสายรวมกัน โดยเกิดพันธะต่าง ๆ ภายในสาย secondary structure ได้แก่ พันธะ ionic , hydrogen และ hydrophobic เป็นต้น

4. quaternary structure แต่ละ polypeptide มาอยู่รวมกันเพื่อทำหน้าที่ เช่น hemoglobin ประกอบด้วยสาย polypeptide ชนิด  a และ b อย่างละ 2 สายมาอยู่รวมกัน

4. กรดนิวคลีอิก เป็น polymer สายยาวที่เกิดจาก monomer ชื่อ nucleotide มาต่อกันด้วย  phosphodiester bond สายยาวที่ประกอบด้วยโมเลกุล nucleotide จำนวนมาก เรียกว่า  polynucleotide แต่ละ nucleotide ประกอบด้วย 3 ส่วน คือ 

                             1. น้ำตาล 5 - C 

                             2. Nitrogenous base และ 

                             3. หมู่ PO₄  

กรดนิวคลีอิกมี 2 ชนิด คือ DNA และ RNA ข้อแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA มีดังนี้

ลักษณะ	DNA	RNA
1. จำนวน polynucleotide 2. ชนิดน้ำตาล 3. เบส	2 สายเป็น double helix น้ำตาล deoxyribose เบส A T C G	1 สาย น้ำตาล ribose เบส A U C G