Transcript 01402311 ชีวเคมี I - ชีวเคมี กำแพงแสน Biochemistry KU KPS

01402311 ชีวเคมี I
Biochemistry I
คำอธิบำยรำยวิชำ
01402311 ชีวเคมี I (Biochemistry I) 2(2-0)
พืน้ ฐาน: 01403221 หรือ 01403223 หรือเรียนพร้อมกัน
เซลล์และองค์ประกอบของเซลล์ โครงสร้างและหน้าทีข่ องนํ้าในกระบวนการทาง
ชีวเคมีในเซลล์ สารละลายบัฟเฟอร์ โครงสร้าง สมบัติ หน้าทีข่ องคาร์โบไฮเดรท
โปรตีน กรดนิวคลีอกิ ลิพดิ เอนไซม์และโคเอนไซม์ และการประยุกต์
Cells and cell components; structure and functions of water in cellular
biochemical processes; buffer solutions; structure, properties, functions of
carbohydrates, proteins, nucleic acids, lipids, enzymes and coenzymes; and
applications.
เนื้อหารายวิชา
•
•
•
•
•
•
บทนํา เซลล์ นํ้า บัฟเฟอร์ (3 ชัวโมง)
่
อ.พุทธพร ส่องศรี 10%
คาร์โบไฮเดรต (5 ชัวโมง)
่
อ.ชัยวัฒน์ วามวรรัตน์ 18%
โปรตีน (6 ชัวโมง)
่
อ.พริมา พิรยิ างกูร 22%
เอนไซม์และโคแฟกเตอร์ (4 ชัวโมง)
่
อ.พริมา พิรยิ างกูร 14%
ลิพดิ (5 ชัวโมง)
่
อ.ชัยวัฒน์ วามวรรัตน์ 18%
กรดนิวคลีอกิ (5 ชัวโมง)
่
อ.พริมา พิรยิ างกูร 18%
บทนํา เซลล์ นํ้าและบัฟเฟอร์
•
•
•
•
•
•
ชีวเคมี เรียนเกีย่ วกับอะไร
เซลล์ชนิดโปรคาริโอตและยูคาริโอต
เซลล์พชื เซลล์สตั ว์ เซลล์จุลนิ ทรีย์
หน้าทีข่ องออร์แกเนลล์
ความสําคัญของนํ้าต่อสิง่ มีชวี ติ
องค์ประกอบและหน้าทีข่ องบัฟเฟอร์ในสิง่ มีชวี ติ
ชีวเคมี คือ อะไร?
• ชีวเคมี เป็ นวิชาทีว่ า่ ด้วยการศึกษาโครงสร้าง องค์ประกอบและหน้าที่
ของสารทีพ่ บในสิง่ มีชวี ติ ในระดับโมเลกุล
• ต่างจากเคมีอนิ ทรีย์ ตรงทีเ่ คมีอนิ ทรียส์ นใจศึกษาสารประกอบของ
คาร์บอนทุกชนิด แต่ชวี เคมีศกึ ษาลงรายละเอียดเฉพาะสารทีพ่ บใน
สิง่ มีชวี ติ เท่านัน้
• สารทีพ่ บในสิง่ มีชวี ติ เรียกว่า สารชีวโมเลกุล
เนื้อหาของวิชาชีวเคมี
1. ระดับโมเลกุล (Molecular level)
องค์ประกอบทางเคมีของสิง่ มีชวี ติ ทีเ่ รียกว่า “สารชีวโมเลกุล” ได้แก่ Carbohydrate,
Lipid, Protein, Nucleic acid, Vitamin, Hormone เป็ นต้น เคมีของสารพันธุกรรมและ
กระบวนการถ่ายทอดทางพันธุกรรม
2. ระดับเมแทบอลิซึม (Metabolism level)
ศึกษาการเปลีย่ นแปลงชีวโมเลกุลต่างๆ ในสิง่ มีชวี ติ โดยมีเอนไซม์เป็ นตัวเร่งปฏิกริ ยิ า มี
ทัง้ กระบวนการสร้าง(Anabolism) และกระบวนการสลาย (Catabolism)
3. ระดับควบคุม (Regulatory level)
ศึกษากระบวนการต่างๆ ทีค่ วบคุมเมแทบอลิซมึ ในสิง่ มีชวี ติ เพือ่ รักษาสมดุลของร่างกาย
ในวิชา 01402311 ชีวเคมี I นี้ จะเน้นหนักเนื้อหาข้อแรก
ต้นกําเนิดของวิชาชีวเคมี
•
•
•
•
•
•
•
การสังเคราะห์ยเู รียของ Wohler
การหมักนํ้าตาลด้วยสารสกัดจากยีสต์ของ Buchners
การตกผลึกเอนไซม์ยรู เี อสของ Sumner
การค้นพบโครโมโซมของ Flemming
การศึกษาองค์ประกอบของยีนโดย Mendel
การแยกกรดนิวคลีอกิ ของ Meischer
โครงสร้างดีเอ็นเอของ Watson กับ Crick
ค.ศ.1828: การสังเคราะห์ยเู รียของ Wohler
The first organic compound to be synthesised from
inorganic starting materials.
Friedrich Wöhler
"I must tell you that I can make urea without the use of kidneys, either man or dog.
Ammonium cyanate is urea."
This synthesis undermined the Vitalism Theory, by showing that
organic compounds could be synthesized from inorganic materials.
การหมักนํ้าตาลด้วยสารสกัดจากยีสต์ของ Buchners
The winner of the 1907 Nobel Prize
in Chemistry for his work on fermentation.
Eduard Buchner
การตกผลึกเอนไซม์ยรู เี อสของ Sumner
James B. Sumner
การค้นพบโครโมโซมของ Flemming
German anatomist Walter
Flemming
recognized
and
explored the fibrous network
within the nucleus, which he
termed
had
chromatin. (Flemming
actually
discovered
chromosome)
Drawing of mitosis by Walther Flemming. (F. C. W. Vogel, Leipzig, 1882).
Reproduced from Flemming, W. Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung
the
การศึกษาองค์ประกอบของยีนโดย Mendel
การแยกกรดนิวคลีอกิ ของ Meischer
• Friedrich Miescher, The man who discover DNA.
• Miescher carried out for the isolation, analysis and
characterization of DNA.
Johannes Friedrich Miescher
โครงสร้างดีเอ็นเอของ Watson กับ Crick
James Watson and Francis Crick,
crackers of the DNA code, in 1959
วิชาชีวเคมีเกีย่ วข้องกับวิชาเหล่านี้
•
•
•
•
•
•
เคมีอนิ ทรีย์ เพือ่ ศึกษาสมบัตขิ องสารชีวโมเลกุล
Biophysics ประยุกต์ใช้เทคนิคทางฟิสกิ ส์ในการศึกษาสารชีวโมเลกุล
งานวิจยั ทางการแพทย์ เกษตรและอุตสาหกรรม
โภชนาการ
จุลชีววิทยา
สรีรวิทยา ชีววิทยาของเซลล์ และพันธุศาสตร์
วิชาพืน้ ฐานก่อนเรียนวิชาชีวเคมี
1. เคมี
2. ชีววิทยา
3. ฟิสิกส์
อะตอมของสารชีวโมเลกุล เช่น C,H,O,N,P
หมู่ฟังก์ชนั นอล
กรด เบส สารละลายบัฟเฟอร์
ความสมมาตร และสเตอริโอเคมี
เซลล์และออร์กาเนลล์
วัฏจักรชีวิต
นิเวศวิทยา
 แรง และการเคลื่อนที่
 พลังงาน ไฟฟ้ า ความร้อน
 มวล น้าหนัก
เซลล์
• เซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอต แตกต่างกันอย่างไรบ้าง
• เซลล์พชื และเซลล์สตั ว์ แตกต่างกันอย่างไรบ้าง
• ในออร์แกเนลแต่ละชนิด พบสารชีวโมเลกุลประเภทใดบ้าง
โปรคาริโอต (Prokaryotic)
• ไม่มเี ยือ่ หุม้ นิวเคลียส
• ได้แก่ แบคทีเรีย
• แฟลกเจลลา ช่ วยในการเคลือ่ นที่
• พิไล ทางผ่ านเข้ า-ออกของ DNA ขณะผสมพันธ์ ุ
ยูคาริโอต
• มีนิวเคลียสชัดเจน
• ดีเอ็นเออยูภ่ ายในนิวเคลียส
• ได้แก่ สัตว์ พืช โปรโตซัว เชือ้ รา
1. prokaryotic cell
2. eukaryotic cell
 พบเฉพาะใน Kingdom Monera
 พบใน
(แบคทีเรีย, สาหร่ ายสี เขียวแกมนา้ เงิน)
Kingdom Protista (สาหร่ ายทัว่ ไป, โปรโต
ซัว)
 ไม่ มนี ิวเคลียสแท้ จริง, ไม่ มเี ยือ่ หุ้มนิวเคลียส
 สารพันธุกรรมอยู่ในบริเวณทีเ่ รียกว่ า
nucleoid
 ไม่ มี organelles ทีม่ เี ยือ่ หุ้ม
Kingdom Fungi (เห็ด, รา, ยีสต์ )
Plantae (สาหร่ ายทัว่ ไป, พืช)
Animalia (สั ตว์ )
 มีนิวเคลียสทีแ่ ท้ จริง, หุ้มด้ วยเยือ่ หุ้ม
นิวเคลียส
 สารพันธุกรรมอยู่ในนิวเคลียส
 ภายใน cytoplasm ประกอบด้ วย cytosol
และมี organelles ทีม่ เี ยือ่ หุ้ม
เซลล์สตั ว์
• ลักษณะเด่นมีอะไรบ้าง
เซลล์พชื
• ลักษณะเด่นมีอะไรบ้าง
เปรียบเทียบเซลล์พชื กับเซลล์สตั ว์
• ออร์แกเนลทีพ่ บทัง้ ในพืชและสัตว์
• ออร์แกเนลทีพ่ บเฉพาะในพืช
• ออร์แกเนลทีพ่ บเฉพาะในสัตว์
Cell Animation
http://www.cellsalive.com/cells/cell_model.htm
A plant cell
An animal cell
ประเภทของสารชีวโมเลกุลในออร์แกเนลล์
•
•
•
•
พบคาร์โบไฮเดรตทีไ่ หน
โปรตีน
ลิพดิ
กรดนิวคลีอกิ
น้ ำ
• น้ ำจัดเป็ นสำรชีวโมเลกุลหรื อไม่ อภิปรำย ?
• น้ ำจำเป็ นต่อสิ่ งมีชีวิตในแง่ใดบ้ำง
- พันธะไฮโดรเจน
- จุดเดือดสูง
- ขยำยตัวเมื่อเป็ นของแข็ง ทำให้น้ ำแข็งลอยน้ ำได้
- ละลำยสำรต่ำงๆ ได้ดีมำก
เปรียบเทียบนํ้ากับสารทีไ่ ม่มพี นั ธะ H
การเกิดพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลนํ้า
สาร hydrophilic
ได้แก่
- สารทีแ่ ตกตัวเป็ นไอออน เช่น เกลือแกง
- สารทีส่ ามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับนํ้าได้ เช่น นํ้าตาลทราย
The coating also has a hydrophilic property that makes water droplets spread out, or sheet, across the surface of the glass.
สาร hydrophobic
ได้แก่
- สารทีไ่ ม่แตกตัวเป็ นไอออน และไม่เกิดพันธะไฮโดรเจนกับนํ้า
- ไม่เปียกนํ้า ไม่ละลายนํ้า เช่น นํ้ามันพืช ไขมันสัตว์
- สารนอนโพลาร์
สาร amphipathic
ได้แก่
- สารทีม่ สี ว่ นหนึ่งเป็ น hydrophilic อีกส่วนหนึ่งเป็ น hydrophobic
- เช่น กรดไขมันและ detergents (ส่วนไหนเป็ นอะไร อภิปราย)
ตัวอย่างสาร amphipathic
Membrane Structure
เกลือละลายนํ้าได้อย่างไร
• เกลือแตกตัวเป็ นไอออน มีไอออนบวกกับไอออนลบ
• Na+ ถูกโมเลกุลของนํ้าล้อมไว้ โดยหันด้าน O เข้าหา เพราะ O มี
สภาพเป็ นขัว้ ลบ
• เหตุใด O จึงมีสภาพเป็ นขัว้ ลบ : เพราะ O ดึงอิเล็กตรอนเข้าหาตัวมัน
ได้ดกี ว่า H จึงแย่งอิเล็กตรอนไปจาก H
• อภิปรายสาเหตุท่ี Cl- ถูกโมเลกุลนํ้าล้อมไว้ โดยหัน H เข้าหา
นํ้าตาลทรายละลายนํ้าได้อย่างไร
•
•
•
•
นํ้าตาลทรายแตกตัวเป็ นไอออนใช่หรือไม่
นํ้าตาลทรายเกิดพันธะไฮโดรเจนกับนํ้าได้หรือไม่
ถ้าได้ เพราะนํ้าตาลทรายมีหมูอ่ ะไรอยูใ่ นโมเลกุล : หมู่ –OH
นํ้าตาลทรายกระจายตัว (ไม่ใช่แตกตัว) แล้วถูกโมเลกุลของนํ้าล้อมไว้
physiological pH
• คือ ค่ำ pH ที่พบภำยในเซลล์ส่วนใหญ่
• ถ้ำจะทำกำรทดลองในหลอดทดลอง ส่ วนมำกต้องปรับค่ำ pH ให้ได้
ใกล้เคียงกับ physiological pH
• มีค่ำอยูใ่ นช่วง pH 6.8-8.0
• ในกำรทดลอง ต้องใช้สำรละลำยบัฟเฟอร์เป็ นตัวป้ องกันไม่ให้ pH
เปลี่ยนแปลงมำกเกินไป
• ในร่ ำงกำยมนุษย์ ใช้ bicarbonate และ phosphate เป็ น
บัฟเฟอร์
http://www.waterontheweb.org/under/waterquality/pH.html
สมการ Henderson-Hasselbalch
ใช้ในการเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์ ให้มคี วามเข้มข้นและค่า pH ทีต่ อ้ งการ
pH = pKa + log {[A ]/[HA]}
การเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์
• ต้องการสารละลายบัฟเฟอร์ pH เท่าใด ต้องเลือกกรดอ่อนทีม่ คี า่ pKa
ไม่ต่างจาก pH นัน้ ๆ เกิน 1 จึงจะมีประสิทธิภาพดี
• ดูคา่ pKa จากตารางได้
• แทนค่าลงในสมการ Henderson-Hasselbalch
ตัวอย่าง ต้องการเตรียมบัฟเฟอร์ pH 4.00
•
•
•
•
กรดอ่อนทีม่ คี า่ pKa ใกล้เคียง 4.00 คือกรดฟอร์มกิ (3.75)
ใช้กรดอะซีตกิ (pKa = 4.76) แทนดีหรือไม่ อภิปราย
ลองฝึกคํานวณดูดว้ ยตนเอง
ถ้าใช้กรดฟอร์มกิ ความเข้มข้น 0.1 M จะต้องใช้ sodium formate
ความเข้มข้นเท่าใดในปริมาตรเท่ากัน มาผสมกัน จึงจะได้สารละลาย
บัฟเฟอร์ pH = 4.00 ตามต้องการ (Ans. = 0.178 M)
• ในทางปฏิบตั ิ ไตเตรตกรดฟอร์มกิ 0.1 M ให้ได้ pH 4.00 ด้วย NaOH
ก็ได้ ใช่หรือไม่
The end
Blog Biochem
www.gotoknow.org/blog/biochem