เคมีกับชีวิต

รูปภาพของ naiii_ja

 เซลล์ : ผลิตผลของสารประกอบคาร์บอน

       หากเราพิจารณาโครงสร้างระดับโมเลกุลของเยื่อเซลล์ เราจะพบว่าเยื่อเซลล์ประกอบด้วยแผ่นลิพิดสองชั้นประกบกันอยู่ และมีโปรตีนแทรกอยู่เป็นระยะๆ โปรตีนบางตัวทำหน้าที่เป็นช่องทางให้โมเลกุล หรืออะตอมบางชนิดผ่านเข้าออกได้ บางชนิดจับกับคาร์โบไฮเดรตเพื่อเป็นสัญลักษณ์ของเซลล์ในการทำหน้าที่ต่างๆ
โมเลกุลของลิพิด โปรตีน และคาร์โบไฮเดรตที่เยื่อเซลล์ หรือที่เป็นองค์ประกอบของโมเลกุลอื่นๆ ในเซลล์ ล้วนประกอบขึ้นจากธาตุพื้นฐาน คือ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน สำหรับโมเลกุลของโปรตีนนอกจากจะประกอบด้วยธาตุหลัก 3 ตัวดังกล่าวแล้ว ยังมีไนโตรเจนเป็นธาตุองค์ประกอบที่สำคัญอีกด้วย

 

โครงสร้างระดับโมเลกุลของเยื่อเซลล์

       ในบรรดาธาตุที่พบมากที่สุดในร่างกาย คือ ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และคาร์บอน นั้น คาร์บอนอย่างเดียวมีปริมาณถึงครึ่งหนึ่งของน้ำหนักแห้งของเซลล์ นั่นหมายความว่า ชีวโมเลกุลส่วนใหญ่ในเซลล์เป็นสารประกอบของคาร์บอน
ธาตุคาร์บอนสามารถทำ พันธะเดี่ยว (single bond) กับอะตอมของธาตุอื่นได้ 4 พันธะ โดยการใช้อิเล็กตรอน 1 คู่ ร่วมกับอะตอมอื่น เกิดเป็นพันธะโควาเลนต์ (covalent bond) ยึดระหว่าง 2 อะตอมนั้นเข้าไว้ด้วยกัน ในขณะที่ไฮโดรเจนทำพันธะเดี่ยวได้ 1 พันธะ ส่วนออกซิเจนและไนโตรเจนทำพันธะเดี่ยวกับอะตอมอื่นได้ 2 และ 3 พันธะ ตามลำดับ คาร์บอนในเซลล์สามารถทำพันธะเดี่ยวกับไฮโดรเจน และยังสามารถทำพันธะเดี่ยวหรือพันธะคู่ก็ได้กับไนโตรเจนหรือออกซิเจน
คาร์บอนแต่ละอะตอมยังสามารถทำพันธะเดี่ยวกับคาร์บอนอะตอมอื่นได้เป็นจำนวน 1, 2, 3 หรือ 4 พันธะ
นอกจากนี้คาร์บอน 2 อะตอม ยังอาจใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 หรือ 3 คู่ เกิดเป็น พันธะคู่ (double bond) และ พันธะสาม (triple bond) ตามลำดับ
สารประกอบคาร์บอนในเซลล์อาจมีอะตอมของคาร์บอนเชื่อมต่อกันเป็น สายตรง (linear chain) เป็น สายตรงที่มีกิ่งก้านสาขา (branched chain) หรือ โครงสร้างรูปวง (cyclic structure) ก็ได้ นอกจากนี้ยังมี หมู่ฟังก์ชัน (functional group) มาเชื่อมต่อกับอะตอมของคาร์บอนด้วย ทำให้ชีวโมเลกุลแต่ละตัวมีคุณสมบัติทางเคมีเฉพาะตัวของมัน

        หมู่ฟังก์ชัน  หมายถึง   หมู่ที่เข้าทำปฏิกิริยาเคมีได้ดีกว่าหมู่อื่นๆ ในโมเลกุล

 บทบาทของชีวโมเลกุลในเซลล์

       การทำงานต่างๆ ของเซลล์เกิดขึ้นได้จากการที่สารอนินทรีย์และสารอินทรีย์ทั้งหลายในเซลล์เกิดการดึงดูดกัน ชนกัน หรือเข้าทำปฏิกิริยาเคมีกัน โดยอาศัยการช่วยเหลือจากชีวโมเลกุลบางตัว รวมทั้งปัจจัยแวดล้อมอื่นๆ ในร่างกาย ได้แก่ อุณหภูมิ ความเข้มข้นของสารละลาย และ pH ในการทำหน้าที่เป็นกลไกควบคุมการเกิดปฏิกิริยาเคมีเหล่านั้นให้เกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะของร่างกาย ซึ่งปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นนั้นไม่จำเป็นต้องใช้กรดด่างหรืออุณหภูมิที่สูงเกินไปดังเช่นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในหลอดทดลอง
ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์แต่ละเซลล์ของร่างกายมีจำนวนนับร้อยนับพัน กระบวนการควบคุมที่แม่นยำและเชื่อมโยงกันอย่างเป็นระบบระเบียบเท่านั้นที่จะทำให้ปฏิกิริยาเคมีทั้งหลายในเซลล์สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ นั่นคือ เกิดประโยชน์สูงสุดและโดยที่ใช้พลังงานอย่างคุ้มค่าที่สุด
ในการทำงานของเซลล์นอกจากจะขึ้นอยู่กับการเข้าทำปฏิกิริยาของหมู่ฟังก์ชันของชีวโมเลกุลแล้ว การเปลี่ยนแปลงรูปร่าง 3 มิติ (conformational change) ของชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ก็ยังเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้การทำงานในเซลล์เกิดขึ้นได้ โดยไม่ต้องการการเปลี่ยนแปลงหมู่ฟังก์ชันเลย
ชีวโมเลกุลในร่างกายสิ่งมีชีวิตมักรวมตัวอยู่กับโมเลกุลอื่นๆ เช่น เยื่อเซลล์มีโปรตีนแทรกตัวอยู่ในผืนลิพิดเป็นระยะๆ โปรตีนบางชนิดที่เยื่อเซลล์ยังมีคาร์โบไฮเดรตสายสั้นๆ เชื่อมต่ออยู่ด้วย ในโครโมโซมมีดีเอ็นเอรวมตัวกับโปรตีนฮิสโตนในสัดส่วนพอๆ กันและยังมีอาร์เอ็นเออยู่ด้วยในปริมาณเล็กน้อย ในกระดูกอ่อน เอ็น ผิวหนัง มีโปรตีนคอลลาเจนและอีลาสตินฝังตัวอยู่ในของเหลวข้นหนืดที่มีองค์ประกอบหลักเป็นคาร์โบไฮเดรต
ในการดูลักษณะชีวโมเลกุลที่มีการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลเชิงซ้อนที่มีขนาดใหญ่นั้น เราอาจเรียนรู้ได้โดยการใช้กล้องจุลทรรศน์หรือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนดูภาพหลังจากการย้อมสีหรือการแช่ให้แข็ง
แต่ในการศึกษาหน้าที่การทำงานของชีวโมเลกุลหรือการศึกษาปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในสิ่งมีชีวิต เราจำเป็นต้องเรียนรู้จากโมเลกุลที่แยกออกมาเป็นอิสระและโดยที่ต้องอยู่สภาวะธรรมชาติด้วย
แต่เนื่องจากโครงสร้างของชีวโมเลกุลย่อมมีการเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพแวดล้อม ในการศึกษาโครงสร้างของโมเลกุล นักวิทยาศาสตร์จึงต้องกำหนดสิ่งแวดล้อมให้ชัดเจนเลียนแบบสภาพความมีชีวิต เช่น กำหนด pH ความเข้มข้นของสารละลาย หรืออุณหภูมิที่แน่นอน ชีวโมเลกุลที่แยกออกมาเป็นอิสระจึงจะมีความสามารถในการทำงานใกล้เคียงกับชีวโมเลกุลที่อยู่ในสิ่งมีชีวิต

สร้างโดย: 
นายดนัย ทัดแก้ว โรงเรียนจุฬาภรณราชวิทยาลัย ลพบุรี

มหาวิทยาลัยศรีปทุม ผู้ใหญ่ใจดี
 

 ช่วยด้วยครับ
นักเรียนที่สร้างบล็อก กรุณาอย่า
คัดลอกข้อมูลจากเว็บอื่นทั้งหมด
ควรนำมาจากหลายๆ เว็บ แล้ววิเคราะห์ สังเคราะห์ และเขียนขึ้นใหม่
หากคัดลอกทั้งหมด จะถูกดำเนินคดี
ตามกฎหมายจากเจ้าของลิขสิทธิ์
มีโทษทั้งจำคุกและปรับในอัตราสูง

ช่วยกันนะครับ 
ไทยกู๊ดวิวจะได้อยู่นานๆ 
ไม่ถูกปิดเสียก่อน

ขอขอบคุณในความร่วมมือครับ

อ่านรายละเอียด

ด่วน...... ขณะนี้
พระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ (ฉบับที่ 2) พ.ศ. 2558 
มีผลบังคับใช้แล้ว 
ขอให้นักเรียนและคุณครูที่ใช้งาน
เว็บ thaigoodview ในการส่งการบ้าน
ระมัดระวังการละเมิดลิขสิทธิ์ด้วย
อ่านรายละเอียดที่นี่ครับ

 

สมาชิกที่ออนไลน์

ขณะนี้มี สมาชิก 0 คน และ ผู้เยี่ยมชม 48 คน กำลังออนไลน์