สารชีวโมเลกุล (biomolecule)

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 จะมีหมู่คาร์บอกซิลและสายคาร์บอนไฮโดรเจนหนึ่งสาย 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 ประกอบไปด้วย 4 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
1. คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) 
คาร์โบไฮเดรต เป็นสารอินทรีย์ที่ประกอบด้วย ธาตุ คาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) และ ออกซิเจน (O) มีโ มเลกุลตั้งแต่ขนาดเล็กจนถึงขนาดใหญ่มาก เป็นสารอาหารที่มีความสำคัญและจำเป็นต่อสิ่งในสัตว์
2. ไขมันและน้ำมัน หรือ ลิปิด (lipids) 
ไขมัน ประกอบด้วย คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน โมเลกุลของไขมัน ประกอบด้วยกรีเซอรีน 1 โมเลกุล และกรดไขมัน 3 โมเลกุล ซึ่งอาจเป็นกรดไขมันชนิดเดียวกันหรือต่างกันได้ ไขมันมีหลายชนิด แล้วแต่ชนิดของกรดไขมันที่เป็นส่วนประกอบ ไขมันในอาหาร ประกอบด้วย ไตรกลีเซอไรด์ (Triglycerides) เป็นส่วนใหญ่ และ โคเลสเตอรอล (Cholesterol) เป็นส่วนน้อย ไตรกลีเซอไรด์เมื่ออยู่ในรูปของแข็งที่อุณหภูมิห้องปกติจะเรียกว่าไขมัน(Fat) หากเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องปกติจะเรียกว่าน้ำมัน(Oil)
3. โปรตีน (protein) 
โปรตีน คือ สารชีวโมเลกุลประเภทสารอินทรีย์ที่ประกอบด้วยธาตุ C, H, O, N เป็นองค์ประกอบสำคัญนอกจากนั้นยังมีธาตุอื่น ๆ เช่น S, P, Fe, Zn ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของโปรตีน
องค์ประกอบย่อยของโปรตีนเรียกว่ากรดอะมิโน โปรตีนและเพปไทด์ ประกอบด้วยกรดอะมิโนเรียงตัวกันเป็นสายยาวโดยมีพันธะเพปไทด์เป็นพันธะเชื่อมโยง พันธะเพปไทด์ เป็นพันธะเอไมด์ ที่เกิดจากการรวมตัวกันของหมู่คาร์บอกซิลของกรดอะมิโนตัวที่หนึ่งกับหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนตัวถัดไปและมีการสูญเสียน้ำหนึ่งโมเลกุล
4. กรดนิวคลีอิก (nucleic acid) 
กรดนิวคลีอิก ( nucleic acid ) เป็นสารชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ทำหน้าที่เก็บและถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุ์กรรมของสิ่งมีชีวิต จากรุ่นหนึ่งไปยังรุ่นต่อไปให้แสดงลักษณะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ยังทำหน้าที่ควบคุมการเจริญเติบโตและกระบวนการต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต กรดนิวคลีอิกมี 2 ชนิดคือ DNA ( deoxyribonucleic acid ) และ RNA ( ribonucleic acid ) โมเลกุลของกรดนิวคลีอิก ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ ( nucleotide ) โมเลกุล DNA ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายเรียงตัวสลับทิศทางกันและมีส่วนของเบสเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนโมเลกุลบิดเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียน ส่วนRNA เป็นพอลินิวคลีอิกเพียงสายเดียว DNA และRNA มีน้ำตาลที่เป็นองค์ประกอบต่างกันใน DNA เป็นน้ำตาลดีออกซีไรโบส ( deoxyribose sugar ) ส่วนในRNA เป็นน้ำตาลไรโบส (ribose sugar) เบสที่พบใน DNA และ RNA มีบางชนิดที่เหมือนกัน และบางชนิดต่างกัน

ประโยชน์ของชีวโมเลกุล

ชีวโมเลกุลมีความจำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของชีวิต ตัวอย่างเช่นมนุษย์ มีผิวหนังและขน ส่วนประกอบหลักของขนคือเคอราติน (keratin) ที่เกิดจากการจับกลุ่มกันเป็นก้อนของโปรตีน ซึ่งตัวมันเองก็เป็นพอลิเมอร์ที่ถูกสร้างจากกรดอะมิโน โดยกรดอะมิโนนั้นเปรียบเสมือนก้อนอิฐที่สำคัญในธรรมชาติที่จะประกอบ กันเป็นโมเลกุล ใหญ่ รูปแบบของก้อนอิฐอีกตัวหนึ่งคือ นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) ซึ่งมีส่วนประกอบที่สำคัญ 3 ส่วน (purine) หรือ ไพริมิดีน(pyrimidine) ซึ่งเป็นด่าง
- น้ำตาล เพนโตส
- ฟอสเฟตกรุป

นิวคลีโอไทด์เหล่านี้มีหน้าที่สร้าง กรดนิวคลีอิก (nucleic acid)

ประเภทของชีวโมเลกุล

ชีวโมเลกุลขนาดต่างๆ ที่พบในธรรมชาติมีดังนี้:

1. โมเลกุลขนาดเล็ก: 
– ลิพิด, ฟอสโฟลิพิด, ไกลโคลิพิด, สเตอรอล
– ไวตามิน
– ฮอร์โมน, นิวโรทรานสมิตเตอร์
– คาร์โบไฮเดรต, น้ำตาล
– ไดแซคคาไรด์
2. โมโนเมอร์: 
– กรดอะมิโน
– นิวคลีโอไทด์
– ฟอสเฟต
– โมโนแซคคาไรด์
3. พอลิเมอร์: 
– เปปไทด์, โอลิโกเปปไทด์, พอลิเปปไทด์, โปรตีน
– กรดนิวคลีอิก, ได้แก่ DNA, RNA
– โอลิโกแซคคาไรด์, พอลิแซคคาไรด์
4. แมคโครโมเลกุล: 
– พรีออน (Prion)
– เอนไซม์