202111-Biology1: Chemistry of Life

Chanasut

Download

Post to :

URL :

Related Presentations :

Add to Flag Embed

Views: 121

Category: Education

Presentation Description

Chemical compound of life including organic macromolecules such as carbohydrate, protein, lipid and nucleic acid and inorganic such as water and its properties.

Comments

Presentation Transcript

KC-MOODLE:

202111 202111. Department of Biology, CMU. All right reserved. 1 KC-MOODLE download หรือดูสไลด์ของอาจารย์บางท่านก่อน/หลังจากฟังบรรยาย สอบย่อยเก็บคะแนนทั้งหมด 3 ครั้ง รวม 10 % เข้าไปที่ http://cmuonline.cmu.ac.th/ การสมัครใช้บริการสำหรับ นักศึกษารหัสปี 53 เป็นต้นไปใช้ระบบ Authentication เพิ่มกระบวนวิชาเรียน BIOLOGY 1 password ของวิชา : BIO111 การประเมินอาจารย์ผู้สอนในวิชา CMU SIS http://mis.cmu.ac.th/cmumis/mainstudent.html

202111: BIOLOGY I:

2 202111: BIOLOGY I Part 1: CHEMISTRY OF LIFE Lecture 1:BONDS and BEAUTY OF WATER โดย : ผศ. ดร.อุษาวดี ชนสุต

KEY CONCEPT:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 3 KEY CONCEPT ให้นักศึกษามีความรู้ ความเข้าใจ ในหลักการพื้นฐาน องค์ประกอบทางเคมีของชีวิต โครงสร้างและหน้าที่ของมหโมเลกุลที่เป็นองค์ประกอบของชีวิต น้ำ macromolecules

เคมีธาตุ และ สารประกอบ:

เคมีธาตุ และ สารประกอบ 90% ของสิ่งมีชีวิตประกอบด้วย C, O, H และ สารประกอบในสิ่งมีชีวิตแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม สารอินทรีย์ ประกอบด้วย C, H, O Building block of cells – โครงสร้าง สารอนินทรีย์ เกี่ยวข้องกับการทำงานระดับเซลล์

ELEMENTS IN HUMAN BODY:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 5 ELEMENTS IN HUMAN BODY สัญลักษณ์ ธาตุ Atomic number ร้อยละของน้ำหนักตัว O C H N Ca P K S Na Cl Mg oxygen carbon hydrogen nitrogen calcium phosphorus potassium sulfur sodium chlorine magnesium 8 6 1 7 20 15 19 16 11 17 12 65.0 18.5 9.5 3.3 1.5 1.0 0.4 0.3 0.2 0.2 0.1 Trace element (<0.01%) – B, Cr, Co, Cu, F, Fe, I, Mn, Mo, Se, Si, Sn, V, Zn

ATOM and MOLECULE:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 6 ATOM and MOLECULE Atom – หน่วยเล็กที่สุดของธาตุที่ยังแสดงคุณสมบัติอยู่ อนุภาคย่อย 3 ชนิดที่มีความเสถียร Neutron Proton Electron Atomic nucleus

ธาตุ และ อะตอม:

ธาตุ และ อะตอม อะตอม – หน่วยที่เล็กที่สุดที่ยังคงแสดงคุณสมบัติของธาตุนั้นๆ อยู่ โครงสร้างของอะตอมกำหนดพฤติกรรมของธาตุ อะตอมประกอบด้วย อนุภาคนิวตรอน – จำนวนไม่แน่นอน : isotrope อนุภาคโปรตอน - จำนวนคงที่ อนุภาคของอิเล็กตรอน – ประจุลบ และ เคลื่อนที่

ISOTOPE:

ENERGY LEVEL of ELECTRON:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 9 ENERGY LEVEL of ELECTRON Atomic nucleus 1st 2nd 3rd Energy level Ground state - ระดับพลังงานชั้นปกติ Excited state – ได้รับพลังงานและเคลื่อนที่ไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้น Energy absorbed Energy lost

E-shell และ Valence electron:

E-shell และ Valence electron พฤติกรรมทางเคมีของอะตอม ขึ้นกับ จำนวน อิเล็กตรอนวงนอกสุด ( valence electron) อะตอมของธาตุส่วนใหญ่ < 8 อิเล็กตรอน เข้าทำปฏิกิริยา = สร้างพันธะเคมี ถ้ามี valence el- เท่ากัน อะตอมจะมี พฤติกรรมทางเคมีเหมือนกัน

CHEMICAL BONDS:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 11 CHEMICAL BONDS อะตอมรวมกันด้วยพันธะเคมี เกิดเป็นโมเลกุล Emerging properties - คุณสมบัติที่เพิ่มขึ้นและไม่พบในระดับที่ต่ำกว่า พันธะเคมีที่สำคัญต่อสิ่งมีชีวิต พันธะโควาเลนซ์ – covalent bonds พันธะไอออน – ionic bonds พันธะไฮโดรเจน – hydrogen bonds van der Waals interactions

COVALENT BONDS:

IONIC BONDS:

HYDROGEN BONDS:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 17 HYDROGEN BONDS เกิดขึ้นระหว่างสารสองโมเลกุล มีพันธะโควาเลนต์อยู่แล้ว ไฮโดรเจนอะตอมมีขั้วเป็นบวก อะตอมที่มีขั้วเป็นลบของอีกโมเลกุลหนึ่ง พันธะอ่อน - weak bond

van DER WAALS INTERACTIONS:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 18 van DER WAALS INTERACTIONS 2 Non-polar molecules อิเล็กตรอนของสารกระจายกันอยู่ไม่สม่ำเสมอ อิเล็กตรอนไปรวมกันอยู่จุดๆ หนึ่งบนโมเลกุล เกิด hotspot และมีการเปลี่ยนแปลงประจุ เกิดแรงดึงดูดกันระหว่างสาร 2 โมเลกุล

van DER WAALS INTERACTIONS:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 19 van DER WAALS INTERACTIONS + - - - - + + + - - - - + + + + Charge separation Charged separation induced by 1 st molecule non-polar 1 st molecule non-polar 2 nd molecule

BREAKING AND MAKING BONDS:

CHEMICAL BONDS:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 21 CHEMICAL BONDS Strong bonding of atoms พันธะโควาเลนซ์ – covalent bonds Weak bonding of atoms พันธะไอออน – ionic bonds พันธะไฮโดรเจน – hydrogen bonds van der Waals interactions

WATER MOLECULES:

PROPERTIES OF WATER TO LIFE:

HYDROGEN BONDS:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 24 HYDROGEN BONDS มีความแข็งแรง 1/12 ส่วนของ covalent bond มีอายุ 1/3พันล้านส่วน ของวินาที เกิด-สลาย เร็ว เกิด H-bond กับโมเลกุลอื่นได้ง่ายมาก ตลอดเวลา H-bond ทำให้เกิด cohesion force ระหว่างโมเลกุล

COHESION of WATER MOLECULES:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 25 COHESION of WATER MOLECULES Cohesion – การเชื่อมแน่น ช่วยในการลำเลียงน้ำของพืช Adhesion – การยึดติด ยึดติดแน่นกับสารอื่น ช่วยยึดเกาะกับผนังท่อลำเลียงน้ำ Surface tension – ความตึงผิว น้ำมีมากกว่าของเหลวชนิดอื่น

STABILIZE TEMPERATURE:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 26 STABILIZE TEMPERATURE Specific heat – ความร้อนจำเพาะ Specific heat of water – 1 calorie Heat of vaporization –ความร้อนของการกลายเป็นไอ Evaporation - การระเหย ระเหยน้ำ 1 กรัม ใช้ความร้อน 580 calories ที่ 25  C รักษาอุณหภูมิให้คงที่

EXPANSION UPON FREEZING:

ICE FLOAT:

VERSATILE SOLVENT:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 29 VERSATILE SOLVENT Not a universal – why? Solvent - ตัวทำละลาย Solute - ตัวละลาย Solution - สารละลาย Aqueous solution - สารละลายในน้ำ Hydration shell - โมเลกุลของตัวละลายล้อมรอบด้วยน้ำ

HYDRATION SHELL:

Slide 31:

IONIZATION:

ACID - ALKALINE:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 33 ACID - ALKALINE กรด - acid สารที่สามารถให้โปรตอน เบส – base สารที่สามารถรับโปรตอน บัฟเฟอร์ – buffer สารละลายที่ประกอบด้วยกรดอ่อนและคู่เบส หรือ เบสอ่อนและคู่กรด สามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลง pH ได้ HA H + + A -

pH:

BUFFERING SYSTEM:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 35 H 2 O + CO 2 H 2 CO 3(aq) H + (aq) + HCO 3 - (aq) HA (aq) + H 2 O (l) H 3 O (aq) + A - (aq) ระบบบัฟเฟอร์ที่สำคัญในสิ่งมีชีวิต carbonic acid system - blood dihydrogen phosphate system – internal cell fluid H 2 PO 4- (aq) H + (aq) + HPO 4 2- (aq) BUFFERING SYSTEM

202111: BIOLOGY I:

36 202111: BIOLOGY I Part 1: CHEMISTRY OF LIFE Lecture 2: building block of cell โดย : ผศ.ดร.อุษาวดี ชนสุต

WHY CARBON?:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 37 WHY CARBON? คาร์บอนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในสิ่งมีชีวิต (62%) ขนาดอะตอมและจำนวน valence electron = 4 (tetravalence) ทำให้ เกิดพันธะที่เสถียรมาก 4 พันธะ (พันธะเดี่ยว คู่ สาม) เกิดพันธะระหว่างคาร์บอนเองได้ไม่รู้จบ ธาตุอื่นเช่น N, P, B สร้างพันธะได้เหมือน C แต่ไม่เสถียรเท่า C

3D STRUCTURES:

CARBON SKELETON:

HYDROCARBON:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 40 HYDROCARBON ประกอบด้วย H และ C เท่านั้น Fossil fuel, petroleum Hydrocarbon ในสิ่งมีชีวิต Fat body ใน adipose tissue Hydrocarbon chain – fatty acid

ISOMERS:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 41 ISOMERS สูตรโมเลกุลเหมือนกัน (จำนวนอะตอมของธาตุต่างๆ เท่ากัน ) โครงสร้าง/การจัดเรียงตัว ต่างกัน Structural isomer Geometric isomer Enantiomer

STRUCTURAL ISOMER:

GEOMETRIC ISOMER:

ENANTIOMER:

FUNCTIONAL GROUP:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 45 FUNCTIONAL GROUP คุณสมบัติของสารอินทรีย์ไม่ได้เกิดจากโครงสร้างของคาร์บอนเพียงอย่างเดียว ขึ้นอยู่กับโมเลกุลที่เกาะอยู่กับโครงร่างคาร์บอนด้วย จำนวนและตำแหน่งของ functional group มีผลทำให้สารประกอบแต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะ functional group ที่สำคัญมี 6 กลุ่ม

Functional groups:

Functional groups หมู่ไฮดรอกซิล - แอลกอฮอล์ ละลายน้ำได้ หมู่คาร์บอนิล – แอลดีไฮด์, คีโตน หมู่คาร์บอกซิล – กรดอินทรีย์ แตกตัวให้ H + หมู่อะมิโน – แอมีน รับ H + หมู่ซัลไฮดริล - ไทออล หมู่ฟอสเฟต - แตกตัวให้ฟอสเฟตไอออน

ตัวอย่างของ functional groups:

ตัวอย่างของ functional groups

สารประกอบอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต:

สารประกอบอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต สารประกอบอินทรีย์ มี 4 กลุ่มใหญ่ๆ คือ คารโบไฮเดรท – พลังงาน และ โครงสร้าง ลิพิด – ไขมัน ไข น้ำมัน โปรตีน – โครงสร้าง และ เมทาบอลิซึม (เอนไซม์) กรดนิวคลีอิก – DNA, RNA

สารประกอบอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต:

สารประกอบอินทรีย์ในสิ่งมีชีวิต

POLYMER:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 50 POLYMER คาร์โบไฮเดรท โปรตีน และ กรดนิวคลีอิก เป็น polymer ประกอบด้วย monomer จากกระบวนการ dehydration การสลาย polymer ทำได้ในกระบวนการ hydrolysis Dehydration reaction 1 2 3 HO H 4 1 2 3 H HO OH H H 2 O 1 2 3 HO H 4 1 2 3 H HO OH H H 2 O Hydrolysis of polymer

คาร์โบไฮเดรท:

คาร์โบไฮเดรท หน่วยย่อยที่สุด (monomer) – น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (monosaccharide) โพลีเมอร์ของน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว - พอลิแซ็กคาไรด์ แบ่งตามจำนวนคาร์บอน ไทรโอส ( C3) เพนโทส (C5) เฮกโซส (C6) แบ่งตามหมู่คาร์บอนิล แอลโดส ( aldose) คีโทส (ketose)

 และ  isomer:

 และ  isomer ในสภาพที่มีน้ำ น้ำตาลสร้างโมเลกุลวงแหวน คาร์บอนตำแหน่งที่ 1 จับกับ คาร์บอน 5 เกิด 2 isomers คือ  และ  การวางตัวของหมู่ไฮดรอกซิลที่คาร์บอน 1

DISACCHARIDE:

POLYSACCHARIDES:

RESERVED FOOD:

STRUCTURAL POLYSACCHARIDE:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 56 STRUCTURAL POLYSACCHARIDE Cellulose polymer ของ D-glucose -glycosidic bond เรียงเป็นเส้นตรง ไม่แตกแขนง พบในพืช เพิ่มความแข็งแรงให้กับผนังเซล Chitin polymer ของ glucosamine เปลือกแข็งของแมลง กุ้ง ปู C C O C C H H OH H CH 2 OH C O NH C CH 3 O C C O C C H NH H OH H CH 2 OH C O H C CH 3 O N-acetylglucosamine O H OH

LIPID:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 57 LIPID non-polymer macromolecule Hydrocarbon Hydrophobic ละลายได้ดีใน non-polar organic solvent ไขมัน (fat) กรดไขมัน (fatty acid) ไข (wax) Phospholipid Chlorophyll, carotenoids

FATTY ACID:

FATTY ACID ไฮโดรคาร์บอนสายยาว + กรดคาร์บอกซิลิก ความยาวของสายไฮโดรคาร์บอน – C16, C18, C20 จำนวนและตำแหน่งของพันธะคู่บนสายไฮโดรคาร์บอน มีเฉพาะพันธะเดี่ยว – กรดไขมันอิ่มตัว ( saturated fatty acid) แข็งตัวที่อุณหภูมิห้อง – ไขมัน (fat) มีพันธะคู่ – กรดไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty acid) ไม่แข็งตัวที่อุณหภูมิห้อง – น้ำมัน (oil)

SATURATED AND UNSATURATED FATS :

FATTY ACID:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 60 FATTY ACID Saturated fatty acid Palmitic (hexadecanoic acid): CH 3 (CH 2 ) 14 COOH; C16:0 Stearic (octadecanoic acid): CH 3 (CH 2 ) 16 COOH; C18:0 Unsaturated fatty acid Palmitoleic acid: CH 3 (CH 2 ) 5 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH; C16:1 Oleic acid: CH 3 (CH 2 ) 7 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH or cis-Δ9; C18:1 Linoleic acid: CH 3 (CH 2 ) 4 CH=CHCH 2 CH=CH(CH 2 ) 7 ;COOH C18:2 Trans fatty acid – food processing, hydrogenated plant oil

ESSENCIAL FATTY ACID:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 61 ESSENCIAL FATTY ACID ตามปกติร่างกายเราสามารถสร้างไขมันขึ้นเองได้ยกเว้นสองชนิด  3 fatty acid eicosapentaenoic acid or EPA (20:5) docosahexaenoic acid or DHA (22:6)  6 fatty acid gamma-linolenic acid or GLA (18:3) dihomo-gamma-linolenic acid or DGLA (20:3)

TRIGLYCERIDE:

TRIGLYCERIDE มีกลีเซอรอล 1 โมเลกุล กรดไขมัน 3 โมเลกุล สร้างพันธะเอสเทอร์ ทำหน้าที่ เป็นแหล่งเก็บสะสมพลังงาน รองรับอวัยวะ ฉนวนปกป้องร่างกาย

CHOLESTEROL – A STERIOD:

PHOSPHOLIPID:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 64 PHOSPHOLIPID แบ่งออกเป็น 4 ส่วนคือ Fatty acid Phosphate group Glycerol Polar group – amine eg. Choline Phosphatidylcholine Amphiphatic molecule Hydrophilic - ส่วนหัว Hydrophobic - ส่วนหาง

PHOSPHOLIPIDS IN AQUEOUS ENVIRONMENTS:

โปรตีน:

โปรตีน เป็นพอลิเมอร์ของกรดอะมิโน เป็นเส้นตรง เชื่อมกันด้วย peptide bond L-amino เท่านั้นที่ใช้สร้างโปรตีน และสิ่งมีชีวิตใช้ได้ มี 20 ชนิดแบ่งออกเป็น 4 กลุ่มตาม R-group กลุ่มที่มีประจุ + กลุ่มที่มีประจุ – กลุ่มที่มีขั้ว แต่ไม่มีประจุ กลุ่มที่ไม่มีขั้ว

AMINO ACID:

AMINO ACID

หน้าที่ของกรดอะมิโน:

หน้าที่ของกรดอะมิโน สังเคราะห์โปรตีน – สายพอลีเพปไทด์ เป็นสารนำกระแสประสาท – neurotransmitter เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์กรดอะมิโนอื่นๆ ที่ไม่พบในโปรตีน -aminobutyric acid (GABA) จากกลูทาเมต dopamine จากไทโรซีน Histamine จากฮีสทีดีน L-carnitine จากไลซีนและแมทไทโอนีน

หน้าที่ของโปรตีน:

หน้าที่ของโปรตีน

CONFORMATION of PROTEIN:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 70 CONFORMATION of PROTEIN primary structure (1  ) – ปฐมภูมิ ลำดับการเรียงตัวของกรดอะมิโน secondary structure (2  ) – ทุติยภูมิ รูปร่างที่เกิดจากการจัดเรียงตัวของ polypeptide tertiary structure (3  ) – ตติยภูมิ รูปร่าง 3 มิติของโปรตีน เกิดจากการจัดเรียงของ side chain quaternary structure (4  ) – จตุรภูมิ การเกาะกลุ่มกันอย่างจำเพาะของ polypeptide ตั้งแต่ 2 โมเลกุล

โครงสร้างปฐมภูมิ:

โครงสร้างปฐมภูมิ ลำดับการเรียงตัวของกรดอะมิโนที่เจาะจง เป็นสายยาวของพอลีเพปไทด์

โครงสร้างทุติยภูมิ:

โครงสร้างทุติยภูมิ เป็นรูปร่างของโปรตีนที่เกิดจากการจัดเรียงตัวของสายพอลีเพปไทด์ บิดงอ หรือถูกยึดเข้าด้วยกันโดยพันธะไฮโดรเจนของ R-group แบ่งออกเป็น 2 แบบคือ -helix -pleated sheet

โครงสร้างตติยภูมิ:

โครงสร้างตติยภูมิ รูปร่าง 3 มิติของโปรตีน บิดเบี้ยว ไม่สม่ำเสมอ เกิดจาการหมุนและการจัดเรียงตัวของโครงสร้างทุติยภูมิกับ side chain ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มไม่ชอบน้ำ ไดซัลไฟด์บริดจ์ พันธะไอออน พันธไฮโดรเจน

โครงสร้างจตุรภูมิ:

โครงสร้างจตุรภูมิ เกิดจากพอลีเพปไทด์ตั้งแต่ 2 สายหรือมากกว่า อาจเป็นชนิดเดียวกันหรือต่างชนิด แบ่งเป็น 2 ชนิดตามลักษณะโมเลกุลคือ fibrous protein globular protein

NUCLEIC ACID:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 75 NUCLEIC ACID เป็นสารพันธุกรรมของเซล ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีน และ metabolisms ต่างๆ DNA, RNA ประกอบด้วย Nitrogenous base purine or pyrimidine Pentose sugar Phosphate group

NUCLEIC ACID:

NUCLEOTIDE:

202111 2010. Department of Biology, CMU. All right reserved. 77 NUCLEOTIDE Nucleopside Base + sugar Nucleotide Base + sugar + phosphate Phosphodiester linkage Sugar-phosphate backbone nucleoside nucleoside monophosphate phosphodiester linkage

Deoxyribonucleic acid - DNA:

Deoxyribonucleic acid - DNA DNA โครงสร้างเป็นสายคู่ ประกอบด้วย น้ำตาลชนิดดีออกซีไรโบส มีเบส 4 ชนิด A denine G uanine C ytosine T hymine ทำหน้าที่เก็บสารพันธุกรรม

Ribonucleic acid -RNA:

Ribonucleic acid -RNA RNA โครงสร้างเป็นสายเดี่ยว ประกอบด้วย Ribulose มีเบส 4 ชนิด A denine G uanine C ytosine U racil ทำหน้าที่เกี่ยวกับการสังเคราะห์โปรตีน