สารชีวโมเลกุล

                                                     

สิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลกนี้มีลักษณะเหมือนกันประการหนึ่ง คือประกอบด้วยธาตุหลายชนิดมารวมอยู่ด้วยกั่น ธาตุหลักที่พบมากในสิ่งมีชีวิต คือ คาร์บอน (carbon, C) ไฮโดรเจน (hydrogen, H) ออกซิเจน (oxygen, O)ไนโตรเจน (nitrogen, N) ซัลเฟอร์ (sulfer, S) และฟอสฟอรัส (phosphorus, P) ธาตุต่าง ๆ เหล่านี้สามารถจะรวมตัวกันหลายรูปแบบ ก่อกำเนิดเป็นโมเลกุลของสิ่งมีชีวิตขึ้น การที่ธาตุต่าง ๆ สามารถรวมอยู่ด้วยกันได้ เพราะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมที่เรียกว่าพันธะโควาเลนต์ (covalent bond) เป็นสำคัญ แต่ก็ยังมีพันธะเคมีอื่น ๆ ซึ่งมีส่วนทำให้การยึดเหนี่ยวภายในโมเลกุล และระหว่างโมเลกุลสมบูรณ์ยิ่งขึ้น พันธะเหล่านี้คือ พันธะไอออนิก (Ionic bond) พันธะไฮโดรเจน (Hydrogen bond) และพันไฮโดรโฟบิก (hydrophobic bond)

         พันธะโควาเลนต์เป็นพันธะเคมีที่ไม่แตกสลายง่าย ดังนั้น โมเลกุลเล็ก ๆ หลายชนิดจึงมีความคงทนเป็นพิเศษ และถูกใช้เป็นหน่วยย่อย (monomer)ในการสร้าง โมเลกุลใหญ่ๆ (polymer) โพลิเมอร์หนึ่ง ๆ นั้น ปกติจะประกอบด้วยหน่วยย่อยเหมือน ๆ กันเป็นจำนวนมากต่อกันยาวเป็นโซ่ ในการย่อยสลายโพลิเมอร์ลงเป็นหน่วยย่อยเหมือนๆ กันเป็นจำนวนมากต่อกันยาวเป็นโซ่ ในการย่อยสลายโพลิเมอร์ลงเป็นหน่วยย่อยนั้นทำได้ง่ายมากกว่าการสลายหน่วยย่อยเอง
       เราสามารถจำแนกชีวโมเลกุลได้โดยดูที่หมู่ฟังก์ชันของโมเลกุลนั้นเป็นสำคัญหมู่ฟังก์ชันเหล่านี้ ได้แก่ โมเลกุลใดมีหมู่คาร์บอกซิล ก็จัดเป็นกรด ตัวอย่างเช่น กรดไขมัน จะมีหมู่คาร์บอกซิลและสายคาร์บอน–ไฮโดรเจนหนึ่งสาย หรือกรดอะมิโน ก็มีทั้งหมู่อะมิโนและหมู่คาร์บอกซิล อยู่ในโมเลกุลเดียวกัน สำหรับคาร์โบไฮเดรต เช่น มอโนแซ็กคาไรด์ จะมีหมู่อัลดีไฮด์หรือหมู่คีโตน และหมู่ไฮดรอกซิล การศึกษาสมบัติทางเคมีของชีวโมเลกุล ตั้งแต่โมเลกุลหน่วยย่อย เช่น กรดอะมิโน มอโนแซ็กคาไรด์ และลิพิดตามลำดับนั้น เป็นส่วนหนึ่งของวิชาชีวเคมี (biochemistry)
      สารชีวโมเลกุล  (biomolecule) เป็นสารเคมีที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิต อยู่ในกลุ่มของสารอินทรีย์ มีหลายชนิด ทำหน้าที่ต่างๆ กันในร่างกาย เช่น เป็นองค์ประกอบของอวัยวะต่างๆ ใช้ในการสร้างพลังงาน  ทำให้ร่างกายเจริญเติบโต  ทำให้ร่างกายทำงานเป็นปกติ  เป็นน้ำย่อย  รวมทั้งเป็นสารพันธุกรรม
 สาระสำคัญ
     1. คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate)
     2. โปรตีน  (protein)
     3. ลิพิด  (lipid)
     4. กรดนิวคลีอิก  (nucleic acid)

คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอาหารที่ให้พลังงานแก่ร่างกาย โดยพลังงานส่วนใหญ่ที่ร่างกายใช้จะมาจากคาร์โบไฮเดรต คือ ประมาณ ร้อยละ 45- 65 ของพลังงานทั้งหมด ดังนั้นเราจึงควรให้ความสนใจ และศึกษาถึงความสำคัญของคาร์โบไฮเดรต โดยเริ่มตั้งแต่ ความรู้ทั่วไป ประเภท  การเปลี่ยนแปลง ปริมาณความต้องการ ผลที่เกิดจากการได้รับ และแหล่งอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรต
          ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับคาร์โบไฮเดรต  คาร์โบไฮเดรต หรือ แซ็กคาไรด์ (saccharide) มาจากคำว่า  Sakchron  เป็นภาษากรีก แปลว่า น้ำตาล ในทางเคมี คาร์โบไฮเดรต มาจาก คำว่า “carbon”  และ “hydro”           คำนิยาม คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอินทรีย์ที่ประกอบด้วยธาตุ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน หน่วยที่เล็กที่สุดของคาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนต่อกันเป็นลูกโซ่ โดยไฮโดรเจน และออกซิเจนในโมเลกุลที่มาต่อกับคาร์บอนอยู่ในอัตราส่วน 2 : 1  เช่น กลูโคส ฟรักโทส กาแลกโทส ซึ่งเป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวจะมีสูตรพื้นฐานเป็น C₆H₁₂O₆ มีอัตราส่วนระหว่างไฮโดรเจนต่อออกซิเจนเป็น 2 : 1 (H:O = 2:1) เหมือนสูตรของน้ำ (H₂O) จึงมีผู้ให้ความหมายของคาร์โบไฮเดรตว่า “คาร์บอน” และ “น้ำ” แต่มีสารอินทรีย์หลายตัวที่ไม่ใช่คาร์โบไฮเดรตแต่มีสูตรทางเคมี และนิยามตามนี้ เช่น กรดน้ำส้มซึ่งเป็นกรดไขมันมีสูตรเป็น C₂H₄O₂ ดังนั้นในทางเคมี คาร์โบไฮเดรต คือ สารประกอบอินทรีย์พวกแอลดีไฮด์ (aldehyde) หรือคีโตน (ketone) ซึ่งมีหมู่ ไฮดรอกซิล (-OH) จับเกาะที่คาร์บอนอะตอมเป็นจำนวนมาก  หรือสารใดก็ตามที่แตกตัวแล้วให้แอลดีไฮด์ หรือคีโทนก็ถือว่าสารนั้นเป็นคาร์โบไฮเดรตอาจเรียกย่อว่า CHO  ซึ่งมาจาก คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน
          การเกิดคาร์โบไฮเดรตในพืช  พืชสามารถสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตได้โดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) คือ ใช้คลอโรฟิลล์ (chlorophyll) หรือสารสีเขียวในพืช  น้ำจากดิน และอากาศ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ และพลังงานจากแสงอาทิตย์  ดังภาพ

 

การสังเคราะห์ด้วยแสง

          จากนั้นเซลล์ของพืชจะรวมโมเลกุลของน้ำตาลเชิงเดี่ยวให้เป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่และน้ำตาลเชิงซ้อน โดยน้ำตาลเชิงเดี่ยว และน้ำตาลสองชั้นมักพบในผลไม้  น้ำตาลเชิงซ้อน หรือคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนพบในพืช ส่วนเมล็ด หัว และลำต้น 
          มนุษย์ และสัตว์สังเคราะห์แสงไม่ได้  แต่นำคาร์โบไฮเดรตที่พืชสะสมมาใช้เป็นอาหารในรูปของข้าว แป้ง และน้ำตาล มาเผาผลาญเป็นพลังงานเพื่อการดำรงชีวิต          
          ตัวอย่างอาหารประเภทคาร์โบไฮเดรต เช่น ข้าว มันสำปะหลัง น้ำตาล มัน เผือก อ้อย เป็นต้น

คาร์โบไฮเดรต แบ่งได้ 2 ประเภท คือ คาร์โบไฮเดรตอย่างง่าย และคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน ซึ่งมีรายละเอียด (Smolin and Grosvenor, 2003)  ดังนี้

สูตรโครงสร้างของน้ำตาลกาแลกโทส 

      น้ำตาลคีโทส คือ น้ำตาลที่มี ketone group   เช่น น้ำตาลฟรักโทส

 

         ฟรักโทส (fructose) เลวูโลส (levulose) หรือฟรุตซูการ์ (fruit sugar) คือ น้ำตาลเชิงเดี่ยวที่พบอิสระในธรรมชาติ พบตามเกสรดอกไม้ น้ำผึ้ง ผัก และผลไม้ พบปนอยู่กับกลูโคส ฟรักโทสเป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวที่มีความหวานมากที่สุด ตารางที่ 3.1 ในร่างกายพบหลังจากกินอาหารประเภทผัก ผลไม้ และอาหารที่ปรุงโดยใช้น้ำตาลทุกชนิด ฟรักโทสได้จากการย่อยซูโครส ซึ่งเป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่หลังการดูดซึมฟรักโทสจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคสที่ตับ

 

สูตรโครงสร้างของน้ำตาลฟรักโทส  

    

เป็นน้ำตาลที่ประกอบด้วยน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว 2 โมเลกุล เรียกว่า น้ำตาลโมเลกุลคู่ สามารถแบ่งตามชนดของน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่มารวมกันได้  3 ชนิด ดังนี้

         1. น้ำตาลมอลโทส (maltose)  ประกอบด้วยน้ำตาลกลูโคสกับน้ำตาลกลูโคส เกิดจากการสร้างพันธะไกลโคซิดิก (glycosidic bond) ระหว่างคาร์บอนตำแหน่งที่ 1 ของ a-D-glucose ของโมเลกุลแรกกับคาร์บอนตำแหน่งที่ 4 ของ a- หรือ β-D-glucose ของโมเลกุลที่สอง จึงทำให้เกิดพันธะที่เรียกว่า 1-4 glycosidic linkage

        สมบัติทั่วไป
        - เป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่ที่เกิดจาการรวมตัวของกลูโคส 2 โมเลกุล มีสูตรโมเลกุล   คือ

C₆ H₁₂O₆ + C₆ H₁₂O₆  -------> C₁₂ H₂₂O₁₁ +  H₂O

glucose  + glucose  ------->    maltose  +   H₂O 

          - ละลายน้ำได้ค่อนข้างดี ไม่เกิดในรูปอิสระในธรรมชาติ แต่จะพบมากในเมล็ดข้าวที่กำลังงอกหรือน้ำที่สกัดจากข้าวงอก (malt-liquors)   

เมล็ดข้าวที่กำลังงอก

ข้าวบาร์เลย์

          - เกิดจากกระบวนการย่อย แป้งหรือไกลโคเจนโดยใช้เอนไซม์อะไมเลส เช่น ในเมล็ด ธัญพืชที่กำลังงอกหรือในข้าวมอลต์ หรือเรียก มอลท์ซูการ์ (malt sugar) หรือข้าวบาร์เลย์ที่นำมาผลิตเบียร์ เครื่องดื่มและอาหารสำหรับเด็ก ที่มีการย่อย สลายแป้งจนกลายเป็นมอลโทส
          - เมื่อย่อยมอลโทสโดยน้ำย่อย มอลเทส (maltase) จะแตกตัวได้กลูโคส 2 โมเลกุล ในร่างกายมอลโทสเกิดจากการย่อยแป้ง

 

          2. น้ำตาลซูโครส (sucrose) คือ น้ำตาลโมเลกุลคู่ที่ใช้มากที่สุดในชีวิตประจำวันที่รู้จักกันดีในชื่อน้ำตาลทราย หรือเรียกว่า “table sugar” ได้จากอ้อย หรือหัวบีท นอกจากนี้ยังพบในน้ำผึ้ง ผลไม้ และผัก ผลิตภัณฑ์น้ำตาลทุกชนิดจะมีซูโครสปริมาณสูง คนทั่วไปได้รับพลังงานจากซูโครส ประมาณร้อยละ 25 ของพลังงานที่ได้จากคาร์โบไฮเดรต เป็นผลึก ละลายน้ำได้ดี 
ซูโครส เกิดจากการเชื่อมต่อกันของกลูโคส กับฟรักโทส

C₆ H₁₂O₆ + C₆ H₁₂O₆   -------> C₁₂ H₂₂O₁₁ +  H₂O 

glucose  +  fructose  ------>    sucrose  + H₂O 

เมื่อแตกตัวโดยเอนไซม์ซูเครส (sucrase) จะได้กลูโคส กับฟรักโทส

 

 

          -
          3. น้ำตาลแลกโทส (lactose)หรือมิลค์ ซูการ์ (milk sugar) คือน้ำตาลที่พบในต่อมน้ำนมของคน และสัตว์ อาหารนม และผลิตภัณฑ์จากนม แลกโทสเป็นน้ำตาลที่หวานน้อยกว่าซูโครส 5 เท่า ละลายน้ำได้น้อย ย่อยช้ากว่าน้ำตาลตัวอื่น และบูด (ferment) ยากกว่าน้ำตาลซูโครส  มีลักษณะเป็นผลึก ละเอียดคล้ายทราย ละลายน้ำได้ไม่ดี มีความหวานน้อยมากเมื่อเทียบกับซูโครส

  เป็นคาร์โบไฮเดรตที่เกิดจากมอนอแซ็กคาไรด์หลายๆ หน่วยมาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก (glycosidic bond : – C – O – C –)
          พอลิแซ็กคาไรด์จะมีขนาดใหญ่กว่าโอลิโกแซ็กคาไรด์ ส่วนใหญ่จะมีมอนอแซ็กคาไรด์เป็นร้อยถึงพันหน่วยมาจับต่อกัน
          ตัวอย่างพอลิแซ็กคาไรด์อย่างง่าย ได้แก่ เซลลูโลส (cellulose) แป้ง (starch) ไกลโคเจน (glycogen) ไคติน (chitin) เป็นต้น
          การแบ่งชนิดของพอลิแซ็กคาไรด์  ใช้หน่วยย่อย (monomer) เป็นเกณฑ์ ได้ดังนี้
              Glucan  มีหน่วยย่อยคือ กลูโคส ได้แก่ แป้ง (starch) เซลลูโลส (cellulose) ไกลโคเจน (glycogen)
                        แป้ง (starch)   เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่สะสมในพืช ทั้งในใบ ลำต้น ราก ผล และเมล็ด ไม่ละลายน้ำเย็น แต่สามารถละลายในน้ำร้อน

แบ่งตามโครงสร้างได้ 2 แบบ คือ
                                อะไมโลส (amylose) โมเลกุลของกลูโคสต่อกันเป็นสายยาว 70-300 โมเลกุล บิดเป็นเกลียว (helix) ไม่แตกแขนง ไม่ละลายน้ำ ทดสอบด้วยสารละลายไอโอดีน ได้สารสีน้ำเงินปนดำ
                               อะไมโลเพคติน (amylopectin) โมเลกุลของกลูดคสต่อเป็นสายยาวและแตกกิ่งก้านละลายน้ำได้   ทดสอบด้วยสารละลายไอโอดีน ได้สารสีม่วง

ภาพแสดงชนิดของแป้งในรูปอะไมโลสและอะไมโลเพคติน

ที่มา :http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/starch.html

                         แป้งในพืช ประกอบด้วยอะไมโลสและอะไมโลเพกตินในอัตราส่วนที่แตกต่างกัน เช่น ข้าวเจ้ามีอะไมโลส 17-30% เท่านั้น ขณะที่ข้าวเหนียวมีอะไมเลสไม่เกิน 1% ที่เหลือเป็นอะไมโลสเพกตินทั้งหมด สำหรับแป้งมันสำปะหลังมีอะไมเลสประมาณ 18% ในขณะที่แป้งมันข้าวโพดมีอะไมโลสประมาณ 26%
                        เซลลูโลส (cellulose)    ประกอบด้วยกลูโคสประมาณ 3,000 โมเลกุล ต่อกันเป็นเส้นใยยาว โดยไม่มีกิ่งก้านสาขา ส่วนใหญ่เซลลูโลสจะเรียงตัวเป็นมัดๆ เรียกว่า ไฟบริล (fibril)  เป็นสารอินทรีย์ที่มีมากที่สุดในโลก พบเป็นโครงสร้างหลักของผนังเซลล์พืช
                              เซลล์ของมนุษย์และสัตว์โดยทั่วไปไม่มีเอนไซม์สำหรับย่อยเซลลูโลส เซลลูโลสจึงเป็นกากอาหารที่ช่วยในการขับถ่ายให้ดีขึ้น ช่วยดูดซึมสารพิษในลำไส้ใหญ่และไม่ก่อให้เกิดมะเร็งลำไส้ใหญ่ ส่วนสัตว์เคี้ยวเอื้องมีแบคทีเรียในกระเพาะอาหาร ซึ่งผลิตเอนไซม์เซลลูเลส (cellulase) สามารถย่อยเซลลูโลสเป็นกลูโคสได้

โครงสร้างของเซลลูโลส

    

น้ำนมและผลิตภัณฑ์จากนม

          แลกโทสเกิดจากการเชื่อมต่อกันของกลูโคสและกาแลกโทส

C₆ H₁₂O₆ + C₆ H₁₂O₆  -------> C₁₂ H₂₂O₁₁ +  H₂O 

glucose  + galactose  ------->   lactose  +   H₂O 

          เมื่อถูกย่อยโดยเอนไซม์แลกเทส (lactase) จะได้กลูโคส และกาแลกโทส 

 

ตารางเปรียบเทียบความหวานของน้ำตาลชนิดต่างๆ

          คาร์โบไฮเดรตที่รู้จักกันดี คือ น้ำตาล ซึ่งมี 2 รูปแบบ คือ ชนิดที่มีกลุ่มอัลดีไฮด์ (aldehyde (CHO) group) เรียกว่า น้ำตาลอัลโดส (aldose sugar) และชนิดที่มีกลุ่มคีโตน (ketone (C = O)group) (เรียกว่า น้ำตาลคีโตส (ketose sugar)
         คาร์โบไฮเดรตอย่างง่าย หรือพวกน้ำตาล (saccharide) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีรสหวาน ละลายน้ำได้ดี 
         การแบ่งประเภทของคาร์โบไฮเดรตตามขนาดของโมเลกุลได้ 3 ประเภท  ดังนี้

  
          เป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยว (simple sugar)  ซึ่งมีจำนวนอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 3-8 อะตอม และเป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีขนาดโมเลกุลเล็กที่สุด (monomer) มีสูตรอย่างง่าย คือ (CH₂O)_n  โดยอัตราส่วนระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจน เท่ากับ  2:1  เมื่อนำน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวมารวมกันหลายๆ โมเลกุล จะได้น้ำตาลโมเลกุลใหญ่ขึ้น

             – ไตรโอส (triose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 3 อะตอม
          – เทโทรส (tetrose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 4 อะตอม เช่น อีริโทรส (erythrose)
          – เพนโทส (pentose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 5 อะตอม เช่น ไรโบส (ribose) ดีออกซีไรโบส (deoxyribose)
            – เฮกโซส (hexose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 6 อะตอม ได้แก่ กลูโคส ฟรักโทส และกาแลกโทส เป็นเฮกโซสที่พบมากที่สุด
            – เฮปโทส (heptose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 7 อะตอม เช่น ซีโดเฮปทูโลส (sedoheptulose)
            – ออกโทส (octose) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่มีคาร์บอน 8 อะตอม

          มอนอแซ็กคาไรด์ สามารถจำแนกตามหมู่ฟังก์ชันที่แตกต่างกันในโมเลกุลได้เป็นแอลโดส (aldose) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันเป็นแอลดีไฮด์ และคีโทส (ketose) ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันเป็นคีโตน เช่น กลูโคสจัดเป็นน้ำตามแอลโดสและฟรักโทสจัดเป็นน้ำตาลคีโทส เป็นต้น
    น้ำตาลเฮกโซส (hexose)
ตารางแสดงสูตรโครงสร้าง ลักษณะและความสำคัญและแหล่งที่พบของน้ำตาลเฮกโซส        โครงสร้างของน้ำตาลกลูโคส มีหลายแบบ เช่น โครงสร้างแบบโซ่เปิด (open-chain structure) หรือ Fischer projection โครงสร้างสร้างแบบวง (cyclic หรือ ring structure) หรือ Haworth projection กลูโคสมีโครงสร้างแบบวง ที่มีขนาดของวง 6 อะตอม (เรียกว่า six-membered ring) ซึ่งเกิดจากการปิดวง โดยหมู่ไฮดรอกซิลทำปฏิกิริยากับหมู่คาร์บอนิลของแอลดีไฮด์ ให้อะซิตัล (acetal)

 

       น้ำตาลแอลโดส  คือ น้ำตาลที่มี aldehyde group      

             น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวที่เป็นน้ำตาลแอลโดส เช่น น้ำตาลกลูโคส และน้ำตาลกาแลกโทส

       น้ำตาลกลูโคส (glucose) เป็นน้ำตาลเชิงเดี่ยวที่มีความสำคัญ เพราะเป็นน้ำตาลพื้นฐานของคาร์โบไฮเดรตทุกตัว หรือเป็นสารตั้งต้นของการผลิตพลังงาน น้ำตาลเชิงเดี่ยวทุกตัวจะต้องเปลี่ยนเป็นน้ำตาลกลูโคสที่ตับก่อน จึงจะนำไปใช้ได้ ด้วยเหตุนี้น้ำตาลกลูโคสจึงเป็นน้ำตาลที่พบมากในร่างกายโดยเฉพาะในเลือดบางครั้งจึงเรียกว่า บลัด ซูการ์ (blood sugar) ระดับน้ำตาล หรือน้ำตาลกลูโคสในเลือดปกติจะประมาณ 70-110มิลลิกรัมต่อเดซิลิตร เซลล์ในสมองใช้กลูโคสเพียงอย่างเดียวเป็นแหล่งพลังงาน สมองจึงต้องได้รับกลูโคสจากเลือดตลอดเวลา
       แหล่งอาหารธรรมชาติที่พบกลูโคส คือ ข้าว แป้ง น้ำตาล น้ำผึ้ง ผัก และผลไม้ ผลไม้ที่พบว่ามีมาก คือ องุ่น ในร่างกายของคน และสัตว์ได้จากการย่อยแป้ง และน้ำตาลทุกชนิด ด้วยเหตุนี้กลูโคสจึงเป็นน้ำตาลที่พบมากในร่างกาย

 

 

สูตรโครงสร้างของน้ำตาลกลูโคส  

       น้ำตาลกาแลกโทส (galactose) เรียกอีกอย่างว่า น้ำตาลสมอง (brain sugar) คือ น้ำตาลเชิงเดี่ยวที่ไม่พบอิสระในธรรมชาติได้จากการย่อยแลกโทส (lactose) หรือน้ำตาลในนม (milk sugar) ซึ่งเป็นน้ำตาลโมเลกุลคู่เมื่อดูดซึมที่ลำไส้เล็กจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคสที่ตับ และกาแลกโทส สามารถเปลี่ยนเป็นไกลโคเจนได้โดยตรงเก็บสะสมที่ตับ ในเด็กจะพบกาแลกโทสมาก เพราะดื่มนมเป็นอาหารหลัก กาแลกโทสเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของสมอง การเจริญเติบโตของสมองจะอยู่ในช่วงแรกเกิดถึงอายุ 3 ขวบ ซึ่งเป็นช่วงที่สมองมีการเจริญเติบโตถึงร้อยละ 25 ดังนั้นถ้าเด็กขาดนม ซึ่งนอกจากจะทำให้ขาดโปรตีนแล้วยังขาดทำให้กาแลกโทส ซึ่งมีผลทำให้เด็กสมองเสื่อม  
         กาแลกแทน (Galactan) เป็นพอลิเมอร์ของกาแล็กโทสพบในเอมิเซลลูโลส (hemicellulose) และสามารถเปลี่ยนเป็นกาแลกโทสได้โดยการไฮโดรไลซีส (hydrolysis)

โปรตีน

     โปรตีนเป็นพอลิเมอร์ของกรดอะมิโน เกิดจากการเรียงตัวของกรดอะมิโน ด้วยพันธะเพปไทด์ ได้ พอลิเพปไทด์ โปรตีนเป็นพอลิเพปไทด์ที่มีมวลมากกว่า 5000 ขึ้นไป
       กรดอะมิโน มีสูตรทั่วไปเป็น ส่วน R เป็นหมู่ฟังก์ชันอื่น ๆ ในสิ่งมีชีวิตจะมีกรดอะมิโนประมาณ 20 ชนิด ซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่จำเป็น (essential amino acids) ร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ได้ 10 ชนิด คือ อาร์จินีน ฮิสทิดีน ไอโซลิวซีน ลิวซีน ไลซีน เมไทโอนีน ฟีนิลอลานีน ทรีโอนิน ทริปโตเฟน และแวลีน    

การเกิดพอลิเมอไรเซชันของกรดอะมิโน มีลักษณะเฉพาะ เช่น ปฏิกิริยาไดเมอไรเซชัน

การทดสอบโปรตีน
     เป็นการทดสอบการมีพันธะเพปไทด์ตั้งแต่ 2 พันธะขึ้นไป โดยใช้สารละลาย CuSO₄ ในเบส ซึ่งมีสีฟ้า จะถูกเปลี่ยนเป็นสารละลายสีม่วง

     หมู่ฟังก์ชันและหมู่แอลคิลของกรดอะมิโน สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจน และแรงวันเดอร์วาล ทำให้เป็นเกลียว หรือเป็นแผ่น เมื่อแรงต่าง ๆ ถูกทำลาย จะทำให้เกิดการเสียสมรรถภาพทางชีวภาพ เช่น เอนไซม์ไม่ทำงาน การตกตะกอน บางครั้ง การเปลี่ยนแปลงนี้ก็เป็นประโยชน์ เช่น ใช้แก้พิษไอออนของโลหะหนัก โดยกินไข่ขาว นมสด ให้ตกตะกอน

     โปรตีนในพืชและในสัตว์ มี 2 แบบคือเป็นแบบเส้นใย (เคราติน คอลลาเจน) และแบบก้อนกลม (เอนไซม์ แอนติบอดี ฮีโมโกลบิน)

     เอนไซม์ เป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยทำปฏิกิริยากับสับสเตรท ได้ผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น เอนไซมื โบรมิเลนในสับปะรด หรือ ปาเปนในยางมะละกอ สามารถย่อยเนื้อสัตว์ให้นุ่มได้
     ยีสต์ มีเอนไซม์เร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของน้ำตาลทรายไปเป็นกลูโคส และฟรุกโตส
     ยูรีเอส ย่อยสลายยูเรียด้วยน้ำ ให้กลายเป็นแอมโมเนีย และคาร์บอนไดออกไซด์

แป้ง

     เป็นพอลิเมอร์ของกลูโคส เมื่อสลายด้วยกรด หรือเอนไซม์ จะกลายเป็นน้ำตาลสารโมเลกุลเล็ก แป้งจะใช้สารละลายไอโอดีนทดสอบ ซึ่งจะให้ได้สารละลายสีน้ำเงิน

HCl หรือเอนไซม์               แป้ง   ------------------->   กลูโคส

 ลิพิด (Lipid) หรือไขมัน คือ สารประกอบอินทรีย์ที่ประกอบด้วยธาตุหลัก คือ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน บางครั้งอาจมีไนโตรเจนและฟอสฟอรัสประกอบด้วย มีคุณสมบัติที่สำคัญต่างจากคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนคือ มีคุณสมบัติไม่ละลายน้ำ แต่จะละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ (organic solvent) เช่น อีเทอร์ คลอโรฟอร์ม เบนซิน อะซิโตน เอธานอล และคาร์บอนเตตระคลอไรด์ เป็นต้น ดังนั้นในการสกัดแยกลิพิดออกจากเซลล์หรือเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตสามารถทำได้โดยใช้ตัวทำละลายอินทรีย์เหล่านี้ ลิพิดจะพบมากในเนื้อเยื่อของพืชและสัตว์ และจะทำหน้าที่แตกต่างกันไปตามชนิดและโครงสร้างทางเคมี

โครงสร้างและสมบัติของลิพิดลิพิดเป็นสารประกอบประเภทเอสเทอร์ของแอลกอฮอล์กับกรดไขมัน (fatty acid) มีโครงสร้างทางเคมีที่หลากหลายแต่มีโครงสร้างโดยทั่วไปที่เหมือนกันคือ จะมีส่วนของโครงสร้างที่เป็นไฮโดรคาร์บอน (CH) ซึ่งเป็นส่วนที่ไม่มีขั้ว (non-polar) มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ (hydrophobic) จึงไม่ละลายน้ำแต่ละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์ ลิพิดบางชนิดอาจประกอบด้วยส่วนที่มีขั้ว (polar) มีคุณสมบัติชอบน้ำ (hydrophillic) ทำให้ลิพิดเหล่านี้มีคุณสมบัติทั้งชอบน้ำและไม่ชอบน้ำอยู่ในโมเลกุล เรียกคุณสมบัติแบบนี้ว่า แอมฟิไฟด์ (amphiphiles) (เป็นภาษากรีกแปลว่า ชอบทั้งคู่) ลิพิดเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นตัวกลางที่ทำให้ลิพิดที่เกลียดน้ำสามารถกระจายตัวอยู่ในน้ำได้ ลิพิดที่มีคุณสมบัติเป็นแอมฟิไฟด์ ได้แก่ ฟอสโฟกลีเซอไรด์ และ สฟิงโกลิพิด

การจำแนกประเภทของลิพิด เราสามารถจำแนกลิพิดออกได้หลายกลุ่ม ดังนี้
1. แบ่งออกเป็น 3 กลุ่มตามลักษณะของการทำหน้าที่ ได้แก่1.1 ลิพิดที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งสะสมพลังงาน ได้แก่ กรดไขมัน (fatty acid) ไข (waxes) และ ไทรเอซิลกลีเซอรอล (triacylglyceral)
1.2 ลิพิดที่ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของเมมเบรน ได้แก่ ฟอสโฟลิพิด (phospholipids)
กลีเซอโรฟอสโฟลิพิด (glycerophospholipids) สเตอรอยด์ (steroids)
1.3 ลิพิดที่ทำหน้าที่อื่นๆ เช่น เป็นตัวให้สัญญาณ (signal) เป็นโคแฟคเตอร์ และสารสี (pigments)

2. แบ่งออกเป็น 4 กลุ่มตามโครงสร้างทางเคมี ได้แก่2.1 ลิพิดอย่างง่าย (Simple lipid) เป็นเอสเทอร์ของกรดไขมันกับแอลกอฮอล์ชนิด
ต่าง ๆ แบ่งย่อยได้เป็น 2 ชนิด ได้แก่ ไขมันและน้ำมัน (fat and oil) กับไข (waxes)
2.2 ลิพิดประกอบ (Compound lipid) เป็นสารประกอบที่เกิดจากเอสเทอร์ของกรดไขมันกับแอลกอฮอล์และมีสารประกอบอื่น ๆ รวมอยู่ด้วย ลิพิดกลุ่มนี้ได้แก่ ฟอสโฟลิพิด สฟิงโกลิพิด และไกลโคลิพิด
2.3 อนุพันธ์ของลิพิด (Derived lipid) เป็นอนุพันธ์ที่เกิดจากการสลายตัวของลิพิดธรรมดาและลิพิดประกอบ ซึ่งยังคงคุณสมบัติความเป็นลิพิดอยู่ ได้แก่ กรดไขมัน กลีเซอรอล มอโนกลีเซอไรด์ ไดกลีเซอไรด์ รวมทั้งแอลกอฮอล์ชนิดต่าง ๆ
2.4 ลิพิดเบ็ดเตล็ด (Miscellaneous lipid) เป็นลิพิดที่ไม่เข้าพวกในกลุ่มทั้ง 3 ได้แก่
สเตอรอยด์ และ เทอร์พีน

3. แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มตามคุณสมบัติ3.1 Neutral lipids คือลิพิดที่มีคุณสมบัติเป็นกลาง ได้แก่ ไทรกลีเซอไรด์ วิตามิน เอ ดี อี เค คอเลสเทอรอลและสเตอรอยด์ต่าง ๆ
3.2 Amphiphilic lipids คือลิพิดที่มีคุณสมบัติเป็นแอมฟิไฟด์ ได้แก่ ฟอสโฟลิพิด สฟิงโกลิพิด

4. แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มตามการเกิดสบู่ 4.1 ลิพิดที่ให้สบู่ (Saponifiable lipid) ได้แก่ลิพิดที่ทำปฏิกิริยากับเบสแล้วได้เกลือของกรดไขมัน ได้แก่ ไทรกลีเซอไรด์ ฟอสโฟลิพิด สฟิงโกลิพิด เป็นต้น
4.2 ลิพิดที่ไม่ให้สบู่ (Non-saponifiable lipid) ได้แก่ลิพิดที่ทำปฏิกิริยากับเบสแล้วไม่ให้เกลือของกรดไขมัน ได้แก่ สเตอรอยด์ เทอร์พีน พรอสตาแกลดิน เป็นต้น

กรดนิวคลีอิกถูกค้นพบครั้งแรกในนิวเคลียสของเซลล์ มี 2 ชนิด คือ

กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (deoxyribonucleic acid, DNA ) พบ DNA ในโครโมโซม เป็นตัวสำคัญในการถ่ายทอด

ทางพันธุกรรมในนิวเคลียส กรดนิวคลีอิกอีกชนิดหนึ่ง คือ กรดไรโบนิวคลีอิก (ribonucleic acid ,RNA)พบในไรโบโซม

RNA และในไซโตพลาสซึม มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีน ทั้ง DNA และ RNA เป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ

Nucleic acid มี 2 ชนิด ได้แก่

- Ribonucleic acid (RNA)

- Deoxyribonucleic acid (DNA)


DNA ทำหน้าที่หลักในการเก็บรักษาและถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด
RNA ทำหน้าที่หลักในการถ่ายทอดข้อความทางพันธุกรรมจาก DNA ไปเป็นโปรตีน

         กรดนิวคลีอิกทั้ง DNA และ RNA ถูกไฮโดรไลซ์แล้ว จะให้มอนอเมอร์ เรียกว่านิวคลีโอไทด์

ถ้าไฮโดรไลซ์นิวคลีโอไทด์์ต่อไปจะให้นิวคลีโอไซด์ และกรดฟอสฟอริก นิวคลีโอไซด์ถูกไฮโดรไลซ์ต่อไปให้

เฮเทอโรไซคลิกเบสและน้ำตาลเพนโทส ซึ่งถ้าเป็น RNA เพนโทส คือ D-Ribose และ 2-Deoxyribose

ในกรณีที่เป็น DNA จะเป็นไปตามแผนผังนี้

 กรดนิวคลีอิกสามารถแบ่งได้ 2 ประเภทใหญ่ๆคือ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก

(deoxyribonucleicacid, DNA ) และกรด ไรโบนิวคลีอิก (ribonucleic acid , RNA) DNA และ RNA ตามลำดับ

มีโครงสร้างโมเลกุลพื้นฐานเป็น 3 ส่วน เหมือนกันคือ ไนโตรเจนเบส ( nitrogenous base) น้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 ตัว

(น้ำตาลไรโบส และ ดีออกซีไรโบส)และหมู่ฟอสเฟต

• ถ้านำส่วนของไนโตรเจนเบส กับน้ำตาลรวมกันเรียกว่า Nucleoside

• ถ้านำส่วนของไนโตรเจนเบส น้ำตาล และกรดฟอสฟอริค รวมกันเรียกว่า Nucleotide

• ถ้านำ nucleotide หลายโมเลกุลมาต่อนกันเรียกว่า กรดนิวคลีอิก จึงสามารถกล่าวได้ว่ากรดนิวคลีอิกเป็นโพลีเมอร์

ของโมโนนิวคลีโอไทด์



       เบสในกรดนิวคลีอิกเป็นเบสที่เป็นวงและมีไนโตรเจนเป็นองค์ระกอบ (heterocyclic amine )

สามารถแบ่งออกได้ 2 ชนิดคือ ไพริมิดีน (pyrimidine) และพิวรีน (purine)

ดีเอ็นเอ จะมีเบสที่พบมากอยู่ 4 ชนิด คือ A, G, T และ C 

 อาร์เอ็นเอ จะมีเบสเป็นชนิด A, G, U และ C



       กรดฟอสฟอริค ที่พบในสารชีวโมเลกุลมีทั้งแบบโมโนเอสเทอร์ (Monoester linkage)

ไดเอสเทอร์ (Diester linkage) พันธะระหว่างแอนไฮไดรด์กับ ไดแอนไฮไดรด์ (ester-anhydride linkage)

           นิวคลีโอไซด์ เกิดจากการรวมตัวระหว่าง เพียวรีน , ไพริมิดีน กับน้ำตาลไรโบส , ดีออกซีไรโบสด้วยพันธะ

ไกลโคซิดิคชนิดเบต้า ( β-N-glycosidic linkage) ซึ่งเกิดระหว่างคาร์บอนตำแหน่งที่ 1 ( 1/) ของน้ำตาล

กับไนโตรเจนตำแหน่งที่ 1 ของไพริมิดีน หรือ ไนโตรเจนตำแหน่งที่ 9 ของเพียวรีน ปฏิกิริยาการเกิดนิวคลีโอไซด์

์จะมีการสูญเสียน้ำออกไป 1 โมเลกุลพันธะโควาเลนต์ระหว่างน้ำตาลกับเบสเป็นพันธะที่เชื่อมระหว่างคาร์บอน

ตำแหน่งที่ 1 ของน้ำตาลกับไนโตรเจนตำแหน่งที่ 1 ของไพริมิดีน หรือไนโตรเจนตำแหน่งที่ 9 ของพิวรีน

ส่วนหมู่ฟอสเฟตนั้นจับกับน้ำตาลที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 5

ไรโบนิวคลีโอไทด์ และดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์

         นิวคลีโอไซด์ที่เกิดจากไนโตรเจนเบสสร้างพันธะกับน้ำตาลไรโบส เรียกว่า ไรโบนิวคลีโอไซด์
         นิวคลีโอไซด์ที่เกิดจากไนโตรเจนเบสสร้างพันธะกับน้ำตาลดีออกซีไรโบส เรียกว่า ดีออกซีนิวคลีโอไซด์