สารประกอบคาร์บอนในสิ่งมีชีวิต

                                                         สารประกอบคาร์บอนในสิ่งมีชีวิต

           สารประกอบคาร์บอนที่พบในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่จัดเป็นสารอินทรีย์ซึ่งมีหลายประเภท เช่น คาร์โบไฮเดรต กรดแอมิโน โปรตีน ยูเรีย มีเทน ลิพิด และกรดนิวคลิอิก ซึ่งสารประกอบคาร์บอนเหล่านี้จะมีอะตอมไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ และอาจมีธาตุอื่นๆ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และกำมะถันเป็นองค์ประกอบอยู่ด้วย
           อะตอมคาร์บอนมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 4 จึงสามารถใช้อิเล็กตรอนร่วมกับอะตอมอื่นเกิดเป็นพันเะโคเวเลนต์ได้สุงสุด 4 พันธะ เมื่อเกิดการสร้างพันธะโคเวเลนต์ระหว่างอะตอมของคาร์บอนอาจเกิดเป็นพันธะเดี่ยว พันธะคู่ พันธะสาม


     
          นอกจากนี้อะตอมคาร์บอนยังสามารถสร้างพันธะโคเวเลนต์กับอะตอมของธาตุอื่นๆ เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจนโดยสารอินทรีย์ที่มีอะตอมของคารืบอนและไฮโดรเจนเท่านั้นเป้นองค์ประกอบ เรียกว่า สารประกอบไฮโดรคาร์บอน เช่น มีเทน อีเทน เอทิลีน และอะเซทิลีน


                      มีเทน                                           อีเทน                                       เอทิลีน


                        อะเซทิลีน
       
กลุ่มของอะตอมที่แสดงสมบัติเฉพาะในโมเลกุล เรียกว่า หมูฟังก์ชัน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี ในการจำแนกสารประกอบคาร์บอนชนิดต่างๆ จึงมักใช้หมุ่ฟังก์ชันเป็นเกณฑ์




        สารประกอบคาร์บอนขนาดใหญ่ส่วนมากเป็นพอลิเมอร์ ที่เกิดจากหน่อยย่อย เรียกว่า มอโนเมอร์หลายโมเลกุลเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมี เช่น การเชื่อมต่อกันของกลูโคสกลายเป็นแป้ง การเชื่อมต่อกันของกรดแอมิโนเปิดเป็นโปรตีน การเชื่อมต่อกันของนิวคลีโอไทด์เกิเป็นสาย DNA ซึ่งสารเหล่านี้เป็นองค์ประกอบภายในเซลล์สิ่งมีชีวิต



•คาร์โบไฮเดรต
       คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอาหารหลักที่ใช้พลังงานกับสิ่งมีชีวิต ประกอบด้วยคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน พบได้ทั่วไป เช่น น้ำตาล แป้ง เซลลูโลส และไกลโคเจน โดยส่วนใหญ่จะพบแป้งและเซลลูโลสในพืช ส่วนไกลเจนพบในเซลล์ตับและกล้ามเนื้อของสัตว์

       มอโนแซ็กคาไรด์

น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว เป็นรูปแบบ คาร์โบไฮเดรตที่ง่ายที่สุด ประกอบด้วย หนึ่งโมเลกุลของ น้ำตาล ซึ่งอยู่ในรูปของ ผลึก ของแข็งไม่มีสี ละลายน้ำได้ดี มอโนแซ็กคาไรด์ บางตัวมีรสหวาน ตัวอย่างของมอโนแซ็กคาไรด์ มีดังนี้

• กลูโคส (glucose หรือ dextrose)
• ฟรักโทส (fructose)
• กาแล็กโทส (galactose)

กลูโคสเป็นน้ำตาลที่สำคัญที่สุด เพราะร่ากายสามารถดูดซึมเอาไปใช้ได้โดยตรง ถ้าร่างกายมีกลูโคสในเลือดต่ำกว่า 90-110 มิลลิกรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ของเลือด จะมีอาการวิงเวียน อ่อนเพลีย ไม่มีแรง และอาจมำให้หมดสติได้ ผู้ป่วยหลังผ่าตัดจะได้รับสารละลายกลูโคส 0.6-0.9% ผ่านทางหลอดเลือด

กลูโคสร่างกายสามารถดูดซึมเข้าไปในผนังลำไส้เล็กได้ทันที แต่แป้งหรือน้ำตาลชนิดอื่น ร่างกายไม่สามารถนำไปใช้ได้โดยตรง 

กลูโคสจะถูกดูดซึมไปที่ลำไส้เล็ก เพื่อสลายเป็นพลังงานให้พอเพียงกับความต้องการของร่างกาย ที่เหลือจะนำไปเก็บไว้ที่ตับ เพื่อรักษาระดับกลูโคสในเลือดและส่งไปเลี้ยงสมอง เมื่อร่างกายขาดแคลนพลังงาน ไกลโคเจนที่ถูกสะสมจะถูกนำมาสลายเป็นกลูโคส ซึ่งทำปฏิกิริยากับออกซิเจน ที่เราหายใจ เรียกว่าเป็นการหายใจระดับเซลล์






 ไดแซ็กคาไรด์

    เป็นน้ำตาลที่เป็นสารประกอบประเภทคาร์โบไฮเดรต ประกอบด้วยสองโมเลกุลของมอโนแซ็กคาไรด์

คุณสมบัติทางเคมี

    สองโมเลกุลของมอโนแซ็กคาไรด์ มีพันธะต่อกันโดยปฏิกิริยาการควบแน่น (condensation reaction) พันธะนี้สามารถเกิดขึ้นได้ที่ตำแหน่งระหว่าง 1–4 หรือ 6 คาร์บอน ในแต่ละโมเลกุลโมโนแซ็กคาไรด์ ดังนั้นถ้าโมโนแซ็กคาไรด์ทั้งสองเป็นโมเลกุลชนิดเดียวกัน เช่น กลุโคส การเชื่อมต่อ
ด้วยพันธะที่แตกต่างกันจะทำให้คุณสมบัติทั้งทางฟิสิกส์และเคมีแตกต่างกันด้วย ไดแซ็กคาไรด์ จะมีลักษณะเป็นผลึกของแข็งละลายน้ำได้ดีมีรสหวานเช่นเดียวกับมอโนแซ็กคาไรด์

        พอลิแซ็กคาไรด์

เป็นโมเลกุละคาร์โบไฮเดรตสายยาวที่ประกอบด้วยหน่วยมอนอเมอร์ซ้ำ ๆ มาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก โครงสร้างมีได้ตั้งแต่เส้นตรงไปจนถึงแตกกิ่งมากมาย พอลิแซ็กคาไรด์มักพบเป็นวิวิธพันธุ์ (heterogeneous) ซึ่งประกอบด้วยการดัดแปลงหน่วยซ้ำ ๆ เล็กน้อย โมเลกุลใหญ่เหล่านี้สามารถมีคุณสมบัติแตกต่างจากเป็นโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตสายยาวที่ประกอบด้วยหน่วยมอนอเมอร์ซ้ำ ๆ มาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก โครงสร้างมีได้ตั้งแต่เส้นตรงไปจนถึงแตกกิ่งมากมาย พอลิแซ็กคาไรด์มักพบเป็นวิวิธพันธุ์ (heterogeneous) ซึ่งประกอบด้วยการดัดแปลงหน่วยซ้ำ ๆ เล็กน้อย โมเลกุลใหญ่เหล่านี้สามารถมีคุณสมบัติแตกต่างจากมอโนแซ็กคาไรดืที่เป็นองค์ประกอบได้ ขึ้นอยู่กับโครงสร้าง เช่น อาจอสัณฐานหรือละลายน้ำไม่ได้ก็ได้ 

เมื่อมอโนแซ็กคาไรด์ในพอลิแซ็กคาไรด์เป็นชนิดเดียวกัน เรียกพอลิแซ็กคาไรด์นั้นว่า โฮโมพอลิแซ็กคาไรด์ หรือ โฮโมไกลแคน แต่เมื่อมีมอโนแซ็กคาไรด์มากกว่าหนึ่งชนิด จะเรียกว่า เฮเทอโรพอลิแซ็กคาไรด์ หรือ เฮเทอโรไกลแคน

ตัวอย่างมีพอลิแซ็กคาไรด์สะสม เช่น แป้งและไกลโคเจน และพอลิแซ็กคาไรด์โครงสร้าง เช่น เซลลุโลสและไคติที่เป็นองค์ประกอบได้ ขึ้นอยู่กับโครงสร้าง เช่น อาจอสัณฐานหรือละลายน้ำไม่ได้ก็ได้ 

เมื่อมอโนแซ็กคาไรด์ในพอลิแซ็กคาไรด์เป็นชนิดเดียวกัน เรียกพอลิแซ็กคาไรด์นั้นว่า โฮโมพอลิแซ็กคาไรด์ หรือ โฮโมไกลแคน แต่เมื่อมีมอโนแซ็กคาไรด์มากกว่าหนึ่งชนิด จะเรียกว่า เฮเทอโรพอลิแซ็กคาไรด์ หรือ เฮเทอโรไกลแคน

  ตัวอย่างมีพอลิแซ็กคาไรด์สะสม เช่น แป้งและไกลโคเจน และพอลิแซ็กคาไรด์โครงสร้าง เช่น เซลลุโลส และไคติน

แป้ง

   เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ประกอบด้วยโมเลกุล 2 แบบ คืออะไมโลส และ อะไมโลเพกซิน

ไกลโคเจน

    เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่พบในเซลล์สัตว์ เป็นอาหารสะสมประเภทคาร์โบไฮเดรตในสัตว์ ซึ่งสร้างจากกลูโคส ประกอบไปด้วยกลุโคสต่อกันเป็นสายยาวด้วยพันะะไกลโคซิดิก โดยมีการแตกกิ่งสั้น ๆ จำนวนมาก เหมือนกับอะไมโลเพกทิน แต่มีจำนวนกิ่งมากกว่า



เซลลูโลส

   เป็นสารประกอบอินทรียืที่เกิดจากกลุโคสประมาณ 50,000 โมเลกุลมาเชื่อมต่อกันเป็นสายยาว แต่ละสายของสายของเซลลูโลสเรียงขนานกันไป มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างสาย ทำให้มีลักษณะเป็นเส้นใย สะสมไว้ในพืช ไม่พบในเซลล์สัตว์ เซลลูโลสไม่ละลายน้ำและร่างกายของมนุษย์ไม่สามารถย่อยสลายได้ แต่ในกระเพาะของวัว ควาย ม้า และสัตว์ที่เท้ามีกีบ มีแบคทีเรียที่สามารถย่อยสลายเซลลูโลสให้เป็นกลูโคสได้ ถึงแม้ว่าร่างกายของมนุษย์จะย่อยเซลลูโลสไม่ได้ แต่เซลลูโลสจะช่วยในการกระตุ้นลำไส้ใหญ่ให้เคลื่อนไหว เส้นใยบางชนิดสามารถดูดซับน้ำได้ดี จึงทำให้อุจจาระอ่อนนุ่ม ขับถ่ายง่าย ท้องไม่ผูก ลดโอกาสการการเกิดโรคริดสีดวงทวารเซลลูโลสเมื่อถูกย่อยจะแตกตัวออก ให้น้ำตาลกลูโคสจำนวนมาก