Biomolecule

Lipid & Nucleic acid

1

ผศ.ชตมา คงจรญ

Biochemistry organization

2

3

Lipidโครงสรางทางเคมของไขมนและน ามน

สมบตทางกายภาพและเคมของกรดไขมน

4

- ลปดเปนสารชวโมเลกลทมอยในสงมชวตทกระดบ ทงพชและสตว

- มคณสมบตไมละลายน าแตละลายในตวท าละลายอนทรย

- ลปดทพบมากทสดคอ ไตรกลเซอรไรด

Lipid

5

- เปนฉนวนท าใหรางกายอบอนและไมสญเสยความรอน

- เปนโครงสรางของเมมเบรน

- เปนแหลงพลงงาน

- หนาทเฉพาะทส าคญในการด ารงชวต เชน เปนตวใหสญญาน

(signal) เปนโคแฟคเตอร และ สารส (pigment)

- ลดแรงกระแทกใหกบอวยวะภายใน

หนาท

6

ลปด (Lipids) ไขมน (Fats) และ น ามน (oils)

Fat เปนของแขงทอณหภมหอง

Oil เปนของเหลวทอณหภมหอง

Lipid สวนทชอบน า + สวนทไมชอบน า อยดวยกน

มขว ไมมขวHead Tail

amplipilic

7

ลกษณะโดยทวไปของโมเลกลลปดและการจบตว

micelle

monolayerbilayer

liposome

8

กรดไขมน (Fatty acids, FA)เปนหนวยยอยของไขมน/น ามน

Head Tail

มขว ไมมขว

หมคารบอกซลก

สายไฮโดรคารบอน -C-C-C-C-

R-COOH R-C-OHO

HO - C - R1

O

HO - C - R2

O

HO - C - R3

O

9

โครงสรางของกรดไขมน

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH(เดลตา)

12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

การนบจ านวนคารบอนอะตอม

n หรอ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

C 12 : 0

จ านวนคารบอนจ านวนพนธะค

COOH

10

COOH

ตวอยาง กรดไขมนอมตว คอ ไมมพนธะคในโครงสรางC12:0

Lauric acid

1 3 5 7 9 11

2 4 6 8 10 12

n หรอ (เดลตา)

11 9 7 5 3 112 10 8 6 4 2

C16:0

Palmitic acid

COOH

COOHC18:0

Steric acid

1

16116

1818

11

9

9

11

monounsaturated fatty acid

คอ กรดไขมนไมอมตวทมพนธะค (double bond) 1 พนธะ

ตวอยาง กรดไขมนไมอมตว คอ มพนธะคในโครงสรางC18:1

Oleic acid

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH=CH-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH

COOH181811

99

1010

C 18 : 1;9; n-9n

หรอ (เดลตา)

12

polyunsaturated fatty acid คอ กรดไขมนไมอมตวทมพนธะคมากกวา 1 พนธะ

COOH

COOH

n หรอ

181

9 1013

181910

(เดลตา)

C 18 : 2;9,12; n-6 = linoleic acid

6 7

18 110 76

943

n หรอ

1 912

6131516

C 18 : 3;9,12,15; n-3 = linolenic acid

ในธรรมชาตพนธะคหางกน 3 ต าแหนงของคารบอนอะตอม

12

(เดลตา)

13

รปแบบของพนธะค

cis form

trans form

COOH181811

99

1010

oleic acid = C 18 : 1;9 cis

H

H

หกงอ

ไมหกงอ

HH

14

C 18 : 1;9 trans = elaidic acid COOH

181

19

9

C 18:3 9c,12t,15t

C 18:3 9,12,15

15

COOH18110

769

43n

หรอ

110

129

131516

C 18 : 3;9c,12c,15c; n-3 = - linolenic acid

C 18 : 3;6c,9c,12c; n-6 = - linolenic acid

16

กรดไขมนไฮดรอกซ (Hydroxy fatty acids)

H2C - H2C - HC - COOHOH

– hydroxy fatty acid

H2C - H2C - HC - COOHOH

– hydroxy fatty acid

COOH

C18:19c,12-OH

ricinoleic acid12-hydroxy - oleic acid12-hydroxy - cis - octadecaenoic acid

11

C ยาวๆ พบใน พช ไขมนบรเวณผวหนง เนอเยอพเศษในสมองC สนๆ ใชเปนสารตวกลางทางเคม ในการผลตยารกษาโรคและสารเคม

COOH91012OH

17

ไขมน Butyric(C4) Caproic (C6) Caprylic (C8) Capric (C10)

มะพราว

เมลดปาลม

บาบาสส

เนยเหลว

-

-

-

3-4

0-0.8

0-0.5

-

1-2

5-10

3-5

4-7

1

5-11

3-7

3-8

2-3

ปรมาณกรดไขมนอมตวขนาดเลก (% โดยน าหนก) ในไขมนบางชนด

18

ปรมาณกรดไขมนอมตวขนาดใหญ (% โดยน าหนก) ทพบในไขมนจากเมลดพชบางชนด

ไขมน arachidic(C20) behenic (C22) lignoceric (C24)

repeseed

ทานตะวน

ถวลสง

มะกล าตน

มะรม

0.5-2.4

0.6-4.0

2.0-5.0

-

0-2.7

0.6-2.1

0.0-0.8

1.0-3.0

-

1.2-6.6

0.5-1.0

0.0-0.4

1.0-3.0

25.5

0.2-5.3

19

ขนดและปรมาณกรดไขมนจากพชบางชนด

Oil C12-14 C16:0 C16:1 C18:0 C18:1 C18:2 C18:3 C20-24Coconut

Olive

Palm oil

Rice bran

Safflower

Soybean

Sunflower

72-80

-

1

-

-

-

-

9-12

7-16

41-47

13-18

5

8-12

6-8

-

1-2

-

-

-

-

-

2-4

2-4

4-6

2

2-3

3-5

3-7

5-9

64-86

37-41

44

12-20

18-25

14-34

1-3

4-15

10

30-40

70-80

49-57

55-73

-

1

-

-

-

6-11

-

-

1

-

-

-

-

1

20

การจ าแนกชนดของลปด

Lipids

Simple lipid Structure lipid

GlycerideWax

PhospholipidTerpeneSteroidsSphingolipid

21

1. ไตรกลเซอรไรด (Triacylglyceride or Triglyceride, TG)

TG เปนเอสเทอรทเกดจากการรวมตวระหวางกลเซอรอลกบกรดคารบอกซลก

CH2- OHCH - OHCH2- OH

+

HO - C - R1

O

HO - C - R2

O

HO - C - R3

O

CH2- O - C - R1

O

CH - O - C - R2

O

CH2- O - C - R3

O + 3H2O

glycerol carboxylic acid triglyceride (TG)

ester bond

3RCOOH+C16C16C16

22

Monoglyceride (MG) Diglyceride (DG)

CH2- O - C - R1

O

CH - O - C - R2

O

CH2- OH

1

2

3

1,2 diglyceride

2,3 diglyceride

1,3 diglyceride

CH2- O - C - R1

O

CH - OH

CH2- OH

1

2

3

1 monoglyceride

3 monoglyceride

2 monoglyceride

23

CH2- OHCH - OHCH2- OH

+

HO - C - R1

O

HO - C - R2

O

HO - C - R3

O

CH2- O - C - R1

O

CH - O - C - R2

O

CH2- O - C - R3

O + 3H2O

glycerol carboxylic acid triglyceride (TG)

Triglyceride (TG)

24

2. ไข(Waxes)เปนเอสเทอรระหวางแอลกอฮอลกบกรดไขมนทมจ านวนคารบอนระหวาง 15-30 อะตอม

Long chain Fatty acid + Fatty alcohol Wax

CH3 – (CH2)28 – CH2 – O – C – (CH2)14 – CH3

O

พบในไขสตว เชน ผง น ามนทสกดจากอสจของปลาวาฬ น ามนพชทไดจากร าขาว ใชเคลอบผลไม ผสมในโลชน ลปสตก

25

3. Phospholipids

CH2- O - C - R1

O

CH - O - C - R2

O

CH2- O - P - O-O

O

polar

อาจม group ทเกาะกบ phosphate group อาจเปน

- choline เรยก phosphatidyl choline

- inositol เรยก phosphatidyl inositol

- ethanolamine เรยก phosphatidyl ethanolamine

- hydrogen เรยก phosphatidic acid

Phospholipid เมออยในน าสามารถรวมตวเปนแบบmiecelle เชน ไลโปโปรตนในเลอด หรอ bilayer เชน ทโครงสรางของเยอเซลล

26

27

4. Terpenoids

-ไดแก ลปดทมสวนของ terpene อยในโครงสราง- terpene เปนโพลเมอรของ isopene

CC

CH2H

H2C CH3

isopene (ม C 5 ตว)

2 isopene monoterpene เชน geraniol, limonine4 isopene diterpene เชน phytol6 isopene triterpene เชน squalene

-carotene เปนสารตนก าเนดของวตามน A E และ K

28

5. Steroidsเปนสารจ าพวกแอลกอฮอลโมเลกลใหญ ทในโมเลกลมวงแหวนperhydrohyclopentano phenanthrene อยในโครงสราง

steroid ในสตวทส าคญ คอcholesterol, steroid hormone, กรดน าด

สวนพชสงเคราะห cholesterol ไมได แตมตวอน เชนergosterol, sitosterol, stigmasterol

29

6. Sphingolipids• อยตามผนงเซลลของพชและสตวโดยเฉพาะในเซลลสมอง ตบออน และไขสนหลง

• โครงสรางทางเคมประกอบดวยแกนหลก คอ sphingosine (ในสตว) และ

phytosphingosine (ในพช)

• โดย FA จะเกาะท amino group ของ sphingosine ดวยพนธะ amide และอนพนธของกรดฟอสฟอรก เกาะดวยพนธะเอสเทอร

• หรอโมเลกลของน าตาลมาเกาะดวยพนธะ glycoside ตวอยางเชน สฟงโกลปดทมชอวา sphingomyelin และ cerebroside

30

1. จดหลอมเหลว ( melting point, mp.)

C mpอมตว

ไมอมตว พนธะคมาก mp. ลด

จ านวน C-atom mp.(0C)12:014:016:018:020:0

16:118:118:218:320:4

4458637077

-116-5

-11-49

สมบตทางกายภาพ

31

2. การละลาย ( solubility)

solubility

C-atom

Fat &oil ไมละลายน า แตละลายได

ในตวท าละลายอนทรย

หลกการละลายโมเลกลของตวท าละลายเขาลอมรอบ

โมเลกลตวถกละลาย ถาลอมไดหมดกละลายได

แตถาลอมไดไมหมดกไมละลาย

ดงนน เมอโมเลกลตวถกละลายใหญขน

ท าใหตวท าละลายเขาลอมไดยาก

32

3. ความหนด ( viscosity)

การทโมเลกลเกดการลนไถล หนด

ขนาดโมเลกลใหญ หนดมาก

อณหภมสง ความหนดต า

200C 300C 400C 500CCoconut oilPalm oilSoybean oilSunflower oiltallow

--

6568-

39-

4547-

26403335-

1928252625

Viscosity of naturally occurring fats and oils

33

4. ความหนาแนน (density, D)

FA เบากวาน า เพราะ hydrophobic interaction ของFA จะท าใหโมเลกลเขากนไดไมสนท สวนน าม H-bond มแรงสง ท าใหโมเลกลอดกนแนน

Density

ขนาดโมเลกล

ขนาดโมเลกลใหญขน D ลดลง

พนธะคท าให D เพมขนเลกนอย ปฎกรยา oxidation มผลท าให D เพมขน เนองจาก?

COOH

COOH

HH weak

34

สมบตทางเคมของกรดไขมน

Chemical properties

1. COOH gr.

2. Hydrocarbon chain + Double bond

35

1. ปฏกรยาทกรดคารบอกซลกหรอทพนธะเอสเทอร

1.1 Hydrolysis เปนการสลายไตรกลเซอรไรดดวยน า

Triglyceride Water Glycerol Fatty acid

36

1.2 Saponification เปนการสลายไตรกลเซอรไรดโดยใชดางแก

Saponification number : จ านวนมลลกรมของ KOH ทท าปฏกรยาพอดกบไขมน 1 กรม

โครงสรางของสบ

COO-

Na+สวนทละลายในน ามน (ไมมขว) สวนทละลาย(มขว)

การท างานของสบ จะหนดานไมมขวเขาหาน ามนและสงสกปรก และหนดานทมขวเขาหาน า

37

38

การละลายของสบในน า

การตกตะกอนของสบ

ในน ากระดางจะม Ca+ และ Mg+

2R-COONa + Ca2+ (R-COO)2Ca + 2Na+

สบ คราบไคล(ตะกอน)

39

ผงซกฟอก

เปนสารสงเคราะหสามารถเตรยมไดจาก

1. แอลกอฮอลโซยาว กบ กรดซลฟวรก

C12H25-OH + H2SO4 C12H25-OSO3H C12H25-OSO3- Na+

2. ผลตภณฑปโตเลยม กบ กรดซลฟวรก

C12H25- + H2SO4 C12H25- -SO3H

NaOH

O O

C12H25- -SO3- Na+O

NaOH

40

41

2.1.1 Hydrogenation : ใชบอกวา FA / oil ตวนม พนธะคหรอไม

COOH+ H2

COOH

- เปนการเพมความอมตวของน ามนโดยใหท าปฏกรยากบ gas hydrogen

- ใช Pt, Ni, Pb ในการชวย add H2 โดย 1 พนธะค H จะเขา 2 ตว

- H2(gas) เปน inert gas ซงวดยาก จงไมใชเปนฐานในการวดความไมอมตว (พนธะค)

2. ปฏกรยาทในสายโมเลกล

2.1 สวนตรงพนธะค

Ni

42

2.1.2 Halogenation : เปนการท าปฏกรยาของฮาโลเจนกบพนธะค เมอมเมอควรกคลอไรดเปนตวเรงปฏกรยา ท าใหเกดสารอมตว

COOH+ X2

I2 Br2 Cl2COOH

XX

Hg2Cl2

Iodine value (IV) ในการโยงสจ านวนพนธะค

43

Iodine value (IV)

คอ จ านวนกรมของไอโอดนทท าปฏกรยากบไขมนหรอน ามน 100 กรมสมมต: IV มคาเปน 120 จะม degree of unsaturated เทาไร (มพนธะคกพนธะ)?

I2 120 g ท าปฏกรยากบ fat/oil 100 กรม

MW. I2 = 127 FA ทม 1 พนธะค 1 mol ท าปฏกรยากบ I2 2 โมล

I2 1 g ท าปฏกรยากบ fat/oil 100/120 กรม

ดงนน I2 2x127 g ท าปฏกรยากบ fat/oil (100/120) x 2 x 127

ดงนน จ านวนพนะค = ((100/120) x 2 x 127)/2

44

2.1.3 Oxidation : ท าใหเกดกลนหนในน ามน ม แสง และ อณหภมเปนตวเรงปฏกรยา

COOH+ O2/ metal

COOHHO

OH

COOR

O

polymerization break

fragment

Hydroxy FA

Aldehydeเหมนหน

Hydroperoxide

peroxide

45

การเหมนหนมสาเหตดงนก. ปฏกรยาออกซเดชน เกดจากออกซเจนในอากาศเขาท าปฏกรยาตรงต าแหนงพนธะคระหวางอะตอมคารบอนในโมเลกลของกรดไขมน ไดแอลดไฮดและกรดไขมนโมเลกลเลก ๆ ซงมกลนเหมนหนข. ปฏกรยาไฮโดรลซส ระหวางไขมนกบน า โดยมเอนไซมจากจลนทรยในอากาศเปนตวเรงปฏกรยาไดผลตภณฑเปนกรดไขมนโมเลกลเลกทระเหยงายและมกลนเหมน

46

การเหมนหนของไขมนและน ามนเกดจากกรดไขมนไมอมตวในไขมนและน ามนท าปฏกรยากบออกซเจนบรเวณต าแหนงพนธะคระหวางอะตอมของคารบอนเกดเปนสารเปอรออกไซด ซงจะสลายตวเปนแอลดไฮดและกรดไขมนโมเลกลขนาดเลกทระเหยงายและมกลนเหมน สมการแสดงปฏกรยาทเกดขนเปนดงน

47

การปองกนการเหมนหน1. การเกบไขมนหรอน ามนโดยไมใหเกดการเหมนหน หรอชะลอการเหมนหนใหชาทสดจะตองเกบในบรเวณทมอณหภมต า ตองปดฝาภาชนะใหสนท ไมใหสมผสกบออกซเจนและไอน าในอากาศเพอปองกนการเกดปฏกรยาออกซเดชนและปฏกรยาไฮโดรลซส2. ในธรรมชาตจะมวตามนอ ชวยปองกนการเหมนหนได3. น ามนพชมกรดไขมนไมอมตวมากกวาไขมนสตว จงนาจะเหมนหนงายกวาไขมนสตว แตมการเตมสารเคมบางชนดลงไป เชน BHT , BHA เพอปองกนการเหมนหน สารทงสองชนดเปนสารประกอบประเภทฟนอล

48

4. การปองกนการเหมนหนของไขมนและน ามน นอกจากจะเกบไวในภาชนะทสะอาดและแหงในททมอณหภมต าและไมถกแสงสวางแลว อาจใชวธเตมสารกนหน เชน วตามนซ วตามนอ วตามนเอ บเอชเอ (BHA : Butylate hydoxyanisole) หรอ บเอชท ((BHT : Butylate hydoxytoluene)

C(CH3)3

OH

OCH3

BHA (Butylated hydroxyl anisole)

C(CH3)3

OH

CH3

(H3C)3C

BHT (Butylated hydroxyl toluene)

49

2.2 สวนตรงสายไฮโดรคารบอน

ท าโมเลกลใหแตก

COOH

Strong oxidation

เกดการแตกหก บอกไมไดวาจะเกดผลตภณฑอะไร และโอกาสเกดการแตกแตละต าแหนงเทาๆ กน

Nucleic acid

Nucleotides & Nucleosides

NA 50

„ สงมชวตถายทอดลกษณะทางพนธกรรมไปยงลกหลานโดยอาศยสารพนธกรรมคอ กรดนวคลอก

„ ในธรรมชาตมกรดนวคลอกอยเพยง 2 ชนด ไดแกกรดดออกซไรโบนวคลอก (deoxyribonucleic acid) หรอ ดเอนเอ (DNA) กบ กรดไรโบนวคลอก (ribonucleic acid) หรอ อาร เอน เอ (RNA)

„ กรดนวคลอกจดเปนสาร พวกแมโครโมเลกล เปนโพลเมอรของนวคลโอไทดเรยกวา polynucleotide

NA 52

องคประกอบทางเคมของกรดนวคลอก

NA 53

1. เบสไนโตรเจน (Nitrogenous base)

เบสพวรน (purine)„ เบสพวรนทพบเปนองคประกอบของกรดนวคลอกมสองชนดไดแก

Adenine กบ Guanine „ เบสทงสองแตกตางกนท คารบอนต าแหนงท 6 ซง adenine มหม amino

มาเกาะ ในขณะท Guanine เปนหม keto

„ เบสทงสองชนดสามารถพบได ทงใน DNA และ RNA

NA 54

ไพรมดน (pyrimidine)„ Thymine, Cytosine และ Uracil„ Pyrimidine แตกตางกนทคารบอนต าแหนงท 4 ซง Cytosine มหมอะมโนมาเกาะทต าแหนงน ในขณะท Thymine และUracil มหม keto มาเกาะแทน

NA 55

„ เบส Thymine แตกตางจาก Uracil ตรงทคารบอนต าแหนงท 5 ซงของ Thymine มหม methyl มาเกาะ ในขณะท Uracil ไมมหม methyl มาเกาะ

„ แหลงทพบ pyrimidine แตกตางกนดงน เบส Cytosine พบไดทงในโมเลกลของ DNA และ RNA ในขณะท Thymine พบไดเฉพาะใน DNA สวน Uracil พบไดเฉพาะใน RNA

NA 56

„ ทง purine และ pyrimidine เปนสารอะโรมาตก สามารถดดกลนแสงไดดทสดท 260 nm

„ ดงนนใชคณสมบตนในการศกษาการเปลยนแปลงโครงสรางของกรดนวคลอก

NA 57

„ น าตาล pentose: ribose และ deoxyribose

„ กรดฟอสฟอรก

NA 58

นวคลโอไซด (Nucleosides)

„ Nucleosides หมายถงสารทประกอบขนจากเบสและน าตาลเพนโทส

„ สารทงสอง เชอมตอกนดวยพนธะ -N- glycosidicโดยใชคารบอนต าแหนงท 1′ ของน าตาลเชอมกบไนโตรเจนต าแหนงท 9 ของพวรน หรอไนโตรเจนต าแหนงท 1 ของไพรมดน

NA 59

NA 60adenosine deoxyadenosine

NA 61

guanosine deoxyguanosine

cytidine deoxycytidine

uridine (deoxy)thymidine

นวคลโอไทด (nucleotide)

NA 62

„หนวยยอยทงสามมาประกอบกนขนเปน nucleotide โดยมน าตาลเปนตวเชอมกรดฟอสฟอรกเชอมตอกบน าตาลเพนโทสดวยพนธะเอสเธอรทคารบอนต าแหนงท 5′ของน าตาล สวนเบสไนโตรเจนนนจะมาเชอมตอกบน าตาลท คารบอนต าแหนงท 1′ ดวยพนธะ - glycosidic

„ นวคลโอไทดแตกตางกบนวคลโอไซดตรงทนวคลโอไทดมหมฟอสเฟตเพมขนมา

„ หมฟอสเฟตนเกดจากการสรางพนธะเอสเธอร ระหวางกรดฟอสฟอรกกบหมไฮดรอกซทคารบอนต าแหนง 5′ของน าตาลไรโบส

„ นวคลโอไทดทมหมฟอสเฟตทคารบอนต าแหนง 5′ นเรยกวา nucleoside-5′-monophosphate

NA 63

„ การเรยกชอนวคลโอไซดและนวคลโอไทด จะเรยกผนตามชอของน าตาลและเบสดงน

น าตาลเพนโทส

ชอเบสไนโตรเจน ชอนวคลโอไซด ชอนวคลโอไทด

Ribose Adenine Adenosine Adenosine-5′-monophosphate

Guanine Guanosine Guanosine-5′-monophosphate

Cytosine Cytidine Cytidine-5′-monophosphate

Uracil Uridine Uridine-5′-monophosphate

NA 64

น าตาลเพนโทส ชอเบสไนโตรเจน ชอนวคลโอไซด ชอนวคลโอไทด

Deoxyribose Adenine Deoxyadenosine deoxyadenosine-5′-monophosphate

Guanine Deoxyguanosine deoxyguanosine-5′-monophosphate

Cytosine Deoxycytidine deoxycytidine-5′-monophosphate

Thymine Thymidine deoxythymidine-5′-monophosphate

NA 65

NA 66

„ ดวยเหตทเมอเบสและน าตาลมาเชอมตอกนดวยพนธะ - glycosidic แลว อาจท าใหการเรยกต าแหนงอะตอมบน โมเลกลของเบสและน าตาลสบสนได

„ จงมขอก าหนดใหเรยกต าแหนงอะตอมของเบสโดยใชตวเลขธรรมดา

„ สวนต าแหนงอะตอมในโมเลกลของน าตาลใหใชเครองหมาย ′ ตอทายเลขต าแหนงดงตวอยาง

NA 67

NA 68

„ ความสมพนธระหวาง nucleotide กบ nucleoside:

„ pentose + purine (pyrimidine) = nucleoside „ nucleoside + phosphate = nucleotide

นวคลโอไทดมบทบาทหนาททางชวภาพดงน

„ 1) เปนหนวยยอย (building block) ส าหรบการสรางกรดนวคลอก โดยทไรโบนวคลโอไทดเปนหนวยโครงสรางของ อารเอนเอ และดออกซไรโบนวคลโอไทดเปนหนวยโครงสรางของ ดเอนเอ

„ 2) เปนตวกลางในการออกฤทธของฮอรโมน เชน cAMP

NA 69

„ 3) เปนสารตวกลางเกบพลงงาน ซงพลงงานทไดจากการเผาผลาญสารอาหาร สามารถเกบไวในรปพลงงานพนธะเคมระหวางหมฟอสเฟต (anhydride bond) ภายในโมเลกลของนวคลโอไทดทมฟอสเฟตมากกวา 1 หมสารตวกลางเกบพลงงาน ทรจกกนดไดแก ATP

„ 4) เปน coenzyme เชน FAD, FMN, NAD+ และ NADP+

NA 70

NA 71

โพลนวคลโอไทด(Polynucleotides)

„ โพลนวคลโอไทดเกดจากการเชอมตอกนของนวคลโอไทดเปนสายยาว ๆ โดยไมมการแตกแขนง

„ การเชอมตอกนของนวคลโอไทดนนเกดจากการสรางพนธะเอสเธอรระหวางหม ฟอสเฟตทต าแหนง 5′ ของนวคลโอไทดหนง กบหมไฮดรอกซทต าแหนง 3′ ของอกหนวยนวคลโอไทดหนง

NA 72

NA 73

„ พนธะนมชอเรยก เฉพาะวา phosphodiester bond เพราะการเชอมกนของหนวยนวคลโอไทดนน หมฟอสเฟตจะสรางพนธะเอสเธอร 2 พนธะ

„โพลนวคลโอไทดมลกษณะเปนเสนยาว ๆ มปลาย 2 ปลาย คอปลาย 5′-phosphate กบปลาย 3′-OH

การเขยนสตรโครงสรางแบบยอ „ เมอโพลนวคลโอไทดมขนาดใหญขน ท าใหเกดความยงยากในการเขยนสตรโครงสราง จงไดมขอตกลงในการเขยนสตรโครงสรางแบบยอโดยใชตวอกษรของโพลนวคลโอไทดดงน

„ ก าหนดใหใชตวอกษรโรมนแบบตวพมพใหญแทนหนวยnucleotide/nucleoside โดยให

A แทน AdenosineC แทน CytidineG แทน Guanosine,T แทน Thymidine

และ U แทน UridineNA 74

„ การเขยนล าดบ nucleotide ใหเขยนจากซายไปขวาโดยทปลายดาน 5′ อยทางดานซายมอ ปลายดาน 3′ อยทางดานขวามอ

NA 75

ACUGGAC5′ 3′

„ ในสมยกอนมการก าหนดสตร โครงสรางแบบยอชนดใชเสนตรงและตวอกษร

„ โดยใหอกษร A G C U แทนชนดของเบส„ เสนตรงแทนโมเลกลน าตาล

„ โดยใหปลายบนแทนคารบอนต าแหนงท 1′ ตรงกลางเสนตรงแทนคารบอนต าแหนง 3′ และปลายลางแทนคารบอนต าแหนง 5′ ดงน

NA 76

1′

5′

3′

„ เมอพจารณาจากโครงสรางโมเลกลของโพลนวคลโอไทดแลว จะพบวาโครงสรางของโพลนวคลโอไทดสามารถแบงออกไดเปนสองสวนคอ สวนทเปนแกน(back bone) ประกอบขนจากฟอสเฟตและน าตาลไรโบสเรยงสลบกน

„ กบสวนทเปนกงยนออกจาก back bone คอเบสไนโตรเจน ซงมความแตกตางหลากหลายกนไปตามแตชนดของโพลนวคลโอไทดเอง

NA 77

NA 78

Phosphodiester bond

ดเอนเอ(Deoxyribonucleic acid, DNA)

• ดเอนเอ เปนสารชวโมเลกลทใหญทสด ในเซลลสตวพบ ดเอนเอ ในนวเคลยสและในไมโตคอนเดรย สวนในเซลลพชสามารถพบไดในนวเคลยส ในไมโตคอนเดรยและคลอโรพลาส

„ ดเอนเอ มขนาดและรปรางทแตกตางกน ตงแตมรปรางเปนวงกลม เชน พลาสมดซงเปน ดเอนเอ ขนาดเลกในบกเตรจนถง ดเอนเอ ขนาดใหญพนมวนกบแกนโปรตนอยางซบซอนจนมองเหนไดดวยกลองจลทรรศน เชน โครโมโซม

NA 79

NA 80

NA 81

นวคลโอโซม„ เปนโครงสรางทประกอบดวยดเอนเอพนรอบโปรตนฮสโตน

(Histone) ท าใหเกดโครงสรางทเรยกวา “Beads on strings”

„ โปรตนฮสโตนมอย 5 ชนดคอ H1, H2A, H2B, H3 และ H4 NA 82

„ นวคลโอโซมประกอบดวยฮสโตน 8 โมเลกลคอ (H2A)2, (H2B)2, (H3)2 และ (H4)2

„ สวน H1 จะท าหนาทเปนตวเพมความแขงแรงใหกบนวคลโอโซมโดยเปนตวยดดเอนเอใหเกาะกบฮสโตน

„ และสามารถพบ H1 ไดใน DNA linker ระหวางนวคลโอโซม NA 83

โครงสรางของ ดเอนเอ „ องคประกอบเบสของ DNA จากสงมชวตตางชนดจะแตกตางกน

„ องคประกอบเบสของ DNA จากสงมชวตชนดเดยวกนจะเหมอนกน แมจะน ามาจากเนอเยอตางกนกตาม

„ องคประกอบเบสของ DNA ในสงมชวตชนดหนงมความคงท ไมแปรผนตามอาย อาหาร หรอสงแวดลอม

„ Charguff คนพบวา DNA ไมวาจะน ามาจากแหลงใดกตามจะพบ A=T, C=G หรอ purine = pyrimidine เสมอ

NA 84

Watson และ Crick คนพบลกษณะโครงสรางทตยภมของ ดเอนเอ วามลกษณะดงน

NA 85

NA 86

„ สายหนงทอดตวในทศ 5′- 3′อกสายหนงจะทอดตวในทศ3′-5′

„ ในการเขาคกนนทงสองสายจะหนสวนทเปนน าตาลและฟอสเฟต ออกขางนอก แลวฝงสวนทเปนเบสไวภายในแกนกลางโมเลกล

„ ท าใหขนาดเสนผาศนยกลางของแทงเกลยว ดเอนเอ มขนาด 20 Å

„ 1 รอบเกลยวมขนาด 34 Å ประกอบขนจากจ านวนคเบส10 ค

NA 87

NA 88

„ ดงนนแตละคเบสจะอยหางกน 3.4 Å และการบดรอบเกลยวท าใหโมเลกลของ ดเอนเอ เกดรองเกลยวสองขนาด

„ ขนาดใหญเรยกวา major groove ขนาดเลกเรยกวาminor groove

„ การจบกนดวยพนธะไฮโดรเจน ของคเบสนน เปนการเขาคทจ าเพาะ

„ C จะจบกบ G ดวยพนธะไฮโดรเจน 3พนธะ และ A จบกบ T ดวยพนธะไฮโดรเจน 2 พนธะ

NA 89

รปการจบคเบส„ complementary base sequence

NA 90

NA 91

NA 92

ล าดบการจดเรยงโครงสรางของดเอนเอ

NA 93

1. โครงสรางปฐมภม (Primary structure)

2. โครงสรางทตยภม (Secondary structure)

NA 94

NA 95

A-form DNA B-form DNA Z-form DNA

Properties A form B form Z form

Helical sense Right handed Right handed Left handed

Diameter 26A° 20A° 18A°

Base pair per helical turn

11 10 12

Base tilt normal to the helix axis

20° 6° 7°

Overall proportion Short and broad Longer and thiner

Elongated and slim

Helix axis location Major groove Through base pairs

Minor grooveNA 96

3. โครงสรางตตยภม (Tertiary structure)

NA 97

Plasmid เปนโครงสรางทเกดขนจากชนสวนของดเอนเอบดรอบแกนกลางของเกลยวคทก ๆ 10.4-10.5 คเบส

Circular DNA

Supercoil

Supercoil

การจ าลองตวเองของดเอนเอ(DNA replication)

NA 98

semiconservative

http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.html

NA 99

„ http://www.mcb.harvard.edu/Losick/images/TromboneFINALd.swf

NA 100

อารเอนเอ (Ribonucleic acid, RNA) „ อารเอนเอ เปนโพลไรโบนวคลโอไทดทมนวคลโอไทดมาเชอมกนดวยพนธะฟอสโฟไดเอสเธอรในทศ 5′ - 3′เหมอน ดเอนเอ

„ มโครงสรางเปน sugar-phosphate backbone และมเบสทเปนองคประกอบอย 4 ชนด เชนเดยวกบ ดเอนเอ

„ แตอารเอนเอมน าตาลไรโบสเปนองคประกอบและมเบสยราซลแทนไทมน

NA 101

„ สงมชวตบางชนดใช อารเอนเอ เปนสารพนธกรรมเชนไวรสเอดส แตในสงมชวตชนสงเชนมนษย อารเอนเอ ท าหนาทหลายอยางทงนขนกบชนดของอารเอนเอ

NA 102

โครงสรางของอารเอนเอโครงสรางปฐมภม

การสรางอารเอนเอ

NA 103

NA 104

โครงสรางของอารเอนเอ (ตอ)

NA 105

โครงสรางตตภม

โครงสรางทตยภม

Messenger RNA ( mRNA) „ mRNA เปนตวถายทอดขอมลทางพนธกรรม จาก ดเอนเอออกมาเปนโปรตน

„ มล าดบเบสเชนเดยวกบดเอนเอแมพมพ (อานจากปลาย 5’ ไปปลาย 3’)

„ mRNA มความยาวอยในชวงประมาณ 300 nucleotides ถง 7000 nucleotides ทงนขนกบขนาดและจ านวนของโปรตนทจะถกสงเคราะห

„ เมอเซลลตองการสรางโปรตนขนมาใชงาน เซลลจะคดลอกgene ส าหรบสรางโปรตนนนออกมาเปน mRNA

NA 106

„ ดงนน mRNA จงเกดขนในนวเคลยส เมอม mRNA แลวจะมกระบวนการขนสง mRNA ออกจาก นวเคลยสสไซโตพลาสม ซงเปนทส าหรบสงเคราะหโปรตน

NA 107

Codon

NA 108

NA 109

Transfer RNA ( tRNA) „ tRNA ตวมนจะมกรดอะมโนมาเกาะอย ท าหนาทน ากรดอะมโนมาเรยงรอยตอกนเปนโปรตน ชนดของกรดอะมโนทจะน ามาตอนถกก าหนดโดยรหสพนธกรรมบน mRNA

NA 110

Transfer RNA ( tRNA) „ tRNA 1 ชนดจะมล าดบเบส 3 ตว ทจ าเพาะกบกรดอะมโนชนดใดชนดหนง

„ tRNA จะจบกบกรดอะมโนดวยพนธะโควาเลนตทปลายดานหนง„ สวนทปลายอกดานหนงจะจบกบรหส 3 ตวเรยกปลายนวา

anticodon ซงเบส 3 ตวนจะจบกบล าดบเบส triplet codon บน mRNA

„ tRNA จะมขนาดประมาณ 70-90 nucleotides„ มน าหนกโมเลกลประมาณ 25,000 ดาลตนและมคาการตกตะกอนอยทประมาณ 4 Svedberg (S) units

NA 111

โครงสรางของ tRNA

NA 112

Ribosomal RNA ( rRNA)„ rRNA เปน อารเอนเอ ทเปนองคประกอบของไรโบโซม ในสงมชวตชนสงพบ rRNA อย ๔ ขนาดคอ 28S, 18S, 5.8S และ 5S rRNA ท า หนาทในการสงเคราะหโปรตน

NA 113

Translation

NA 114

NA 115

NA 116