คาร์โบไฮเดรต

กลูโคส เป็นโมโนแซ็กคาไรด์

โมเลกุลของซูโครส ( กลูโคส + ฟรุกโตส ) ซึ่งเป็นไดแซ็กคาไรด์

อะไมโลส เป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยหน่วยกลูโคส หลายพันหน่วย

หน้าที่หลักสองประการของคาร์โบไฮเดรตคือ การเก็บสะสมพลังงานและการให้โครงสร้างน้ำตาล ทั่วไปชนิดหนึ่ง ที่รู้จักกันในชื่อกลูโคสเป็นคาร์โบไฮเดรต แต่คาร์โบไฮเดรตทั้งหมดไม่ได้เป็นน้ำตาล มีคาร์โบไฮเดรตบนโลกมากกว่าโมเลกุลชีวภาพชนิดอื่น ๆ ที่รู้จัก พวกมันถูกใช้เพื่อเก็บสะสมพลังงานและข้อมูลทางพันธุกรรมรวมถึงมีบทบาทสำคัญใน การโต้ตอบ และการสื่อสาร ระหว่าง เซลล์^{[ 39 ]}

คาร์โบไฮเดรตชนิดที่ง่ายที่สุดคือโมโนแซ็กคาไรด์ซึ่งมีคุณสมบัติอื่นๆ อีกมากมาย รวมถึงคาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยส่วนใหญ่อยู่ในอัตราส่วน 1:2:1 (สูตรทั่วไป C H O โดยที่nมีค่าอย่างน้อย 3) กลูโคส (C H O ) เป็นคาร์โบไฮเดรตที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่ง คาร์โบไฮเดรตอื่นๆ ได้แก่ฟรุกโตส (C H O ) ซึ่งเป็นน้ำตาลที่มักเกี่ยวข้องกับรสหวานของผลไม้ [ ^{40 ] [ a ]} ​​และ^ดีออกซีไรโบส (C H O ) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของDNAโมโนแซ็กคาไรด์สามารถเปลี่ยนระหว่างรูปแบบอะไซคลิก (โซ่เปิด)และ รูปแบบ ไซคลิกได้รูปแบบโซ่เปิดสามารถเปลี่ยนเป็นวงแหวนของอะตอมคาร์บอนที่เชื่อมต่อกันด้วย อะตอม ออกซิเจนที่สร้างขึ้นจากหมู่คาร์บอนิลของปลายด้านหนึ่งและ หมู่ ไฮดรอกซิลของปลายอีกด้านหนึ่ง โมเลกุลแบบวงจรมี กลุ่ม เฮมิอะซีทัลหรือเฮมิคีทัลขึ้นอยู่กับว่ารูปแบบเชิงเส้นเป็นอัลโดสหรือคีโตส^{[ 42 ]}

ในโครงสร้างแบบวงแหวนเหล่านี้ วงแหวนมักจะมี อะตอม 5หรือ6อะตอม โครงสร้างเหล่านี้เรียกว่าฟูราโนสและไพราโนสตามลำดับ โดยเปรียบเทียบกับฟูแรนและไพแรน ซึ่งเป็นสารประกอบที่ง่ายที่สุดที่มีวงแหวนคาร์บอน-ออกซิเจนเหมือนกัน (แม้ว่าจะไม่มี พันธะคู่คาร์บอน-คาร์บอน เหมือน ในโมเลกุลทั้งสองนี้ก็ตาม) ตัวอย่างเช่น กลูโคสซึ่งเป็นอัลโดเฮกโซสอาจเกิดพันธะเฮมิอะซีทัลระหว่างหมู่ไฮดรอกซิลบนคาร์บอนที่ 1 และออกซิเจนบนคาร์บอนที่ 4 ทำให้เกิดโมเลกุลที่มีวงแหวน 5 อะตอม เรียกว่ากลูโคฟูราโนส ปฏิกิริยาเดียวกันนี้สามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างคาร์บอนที่ 1 และ 5 เพื่อสร้างโมเลกุลที่มีวงแหวน 6 อะตอม เรียกว่า กลู โคไพราโนส โครงสร้างแบบวงแหวนที่มีอะตอม 7 อะตอม เรียกว่าเฮปโทสนั้นหายาก

โมโนแซ็กคาไรด์สองโมเลกุลสามารถเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไกลโคไซด์หรือ พันธะเอสเทอร์ กลายเป็นไดแซ็กคาไรด์ ได้ ผ่านปฏิกิริยาการกำจัดน้ำ ซึ่งโมเลกุลของน้ำจะถูกปล่อยออกมา ปฏิกิริยาย้อนกลับซึ่งพันธะไกลโคไซด์ของไดแซ็กคาไรด์แตกออกเป็นโมโนแซ็กคาไรด์สองโมเลกุลเรียกว่าไฮโดรไลซิสไดแซ็กคาไรด์ที่รู้จักกันดีที่สุดคือซูโครส หรือ น้ำตาลธรรมดาซึ่งประกอบด้วย โมเลกุล ของกลูโคสและ โมเลกุล ของฟรุกโตสที่เชื่อมต่อกัน ไดแซ็กคาไรด์ที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งคือแลคโตสที่พบในนม ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลของกลูโคสและ โมเลกุล ของกาแลคโตส แลคโตสสามารถถูกไฮโดรไลซิสได้โดยเอนไซม์แลคเตสและการขาดเอนไซม์นี้จะส่งผลให้เกิดภาวะไม่ทนต่อแลคโตส

เมื่อโมโนแซ็กคาไรด์จำนวนเล็กน้อย (ประมาณสามถึงหก) รวมกัน จะเรียกว่าโอลิโกแซ็กคาไรด์ ( oligo-หมายถึง "เล็กน้อย") โมเลกุลเหล่านี้มักใช้เป็นเครื่องหมายและสัญญาณรวมถึงมีประโยชน์อื่นๆ อีกด้วย^{[ 43 ]}โมโนแซ็กคาไรด์จำนวนมากรวมกันจะก่อให้เกิด พอ ลิแซ็กคาไรด์พวกมันสามารถรวมกันเป็นสายโซ่เชิงเส้นยาว หรืออาจแตกแขนงออกไป ก็ได้ พอ ลิ แซ็กคาไรด์ที่พบได้บ่อยที่สุดสองชนิดคือเซลลูโลสและไกลโคเจนซึ่งทั้งสองชนิดประกอบด้วยโมโนเมอร์ ของกลูโคสที่ซ้ำกัน เซลลูโลส เป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญของ ผนังเซลล์พืชและไกลโคเจนใช้เป็นแหล่งเก็บพลังงานในสัตว์

น้ำตาลสามารถจำแนกได้ตามปลายที่สามารถลดรูปได้ (reducing end) หรือปลายที่ไม่ลดรูป( non-reducing end) ปลายที่สามารถ ลดรูปของคาร์โบไฮเดรตคืออะตอมคาร์บอนที่สามารถอยู่ในสมดุลกับอัลดีไฮด์ แบบโซ่เปิด ( อัลโดส ) หรือรูปแบบคีโตน ( คีโตส ) หากการเชื่อมต่อของโมโนเมอร์เกิดขึ้นที่อะตอมคาร์บอนดังกล่าวหมู่ไฮดรอกซี อิสระ ของ รูปแบบ ไพราโนสหรือฟูราโนสจะถูกแลกเปลี่ยนกับหมู่ OH ด้านข้างของน้ำตาลอีกชนิดหนึ่ง ทำให้เกิดอะซีทัล ที่สมบูรณ์ ซึ่งจะป้องกันการเปิดโซ่ไปสู่รูปแบบอัลดีไฮด์หรือคีโตน และทำให้สารตกค้างที่ถูกดัดแปลงนั้นไม่ลดรูป แลคโตสมีปลายที่สามารถลดรูปได้ที่ส่วนของกลูโคส ในขณะที่ส่วนของกาแลคโตสจะสร้างอะซีทัลที่สมบูรณ์กับหมู่ C4-OH ของกลูโคสซูโครสไม่มีปลายที่สามารถลดรูปได้เนื่องจากการเกิดอะซีทัลที่สมบูรณ์ระหว่างคาร์บอนอัลดีไฮด์ของกลูโคส (C1) และคาร์บอนคีโตนของฟรุกโตส (C2)

ลิปิด ประกอบด้วย โมเลกุลที่หลากหลายและในระดับหนึ่งเป็นคำรวมสำหรับสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำหรือไม่มีขั้วที่มีต้นกำเนิดทางชีวภาพ รวมถึงแว็กซ์ กรดไขมัน ฟอสโฟลิปิดที่ได้จากกรดไขมัน สฟิงโกลิปิด ไกลโคลิปิด และเทอร์เพนอยด์ ( เช่นเรตินอยด์และสเตียรอยด์ ) ลิปิดบางชนิดเป็น โมเลกุล อะลิฟาติก แบบสายตรงเปิด ในขณะที่บางชนิดมีโครงสร้างเป็นวงแหวน บางชนิดเป็นอะโรมาติก (มีโครงสร้างแบบวงแหวนและแบบแบน) ในขณะที่บางชนิดไม่ใช่ บางชนิดมีความยืดหยุ่น ในขณะที่บางชนิดมีความแข็ง ^{[ 46 ]}

โดยทั่วไปแล้ว ลิปิดประกอบด้วยโมเลกุลของกลีเซอรอล หนึ่งโมเลกุล รวมกับโมเลกุลอื่นๆ ในไตรกลีเซอไรด์ซึ่งเป็นกลุ่มหลักของลิปิด จะมีโมเลกุลของกลีเซอรอลหนึ่งโมเลกุลและกรดไขมัน สาม โมเลกุล ในกรณีนี้ กรดไขมันถือเป็นโมโนเมอร์ และอาจเป็นกรดไขมันอิ่มตัว (ไม่มีพันธะคู่ในโซ่คาร์บอน) หรือไม่อิ่มตัว (มีพันธะคู่หนึ่งพันธะหรือมากกว่าในโซ่คาร์บอน)

ลิปิดส่วนใหญ่มี ลักษณะ ขั้ว บางส่วน และส่วนใหญ่เป็นแบบไม่มีขั้ว โดยทั่วไปแล้ว โครงสร้างส่วนใหญ่ของลิปิดจะเป็นแบบไม่มีขั้วหรือไฮโดรโฟบิก ("ไม่ชอบน้ำ") ซึ่งหมายความว่ามันไม่ทำปฏิกิริยากับตัวทำละลายที่มีขั้วเช่นน้ำ ได้ดี อีกส่วนหนึ่งของโครงสร้างจะเป็นแบบมีขั้วหรือไฮโดรฟิลิก ("ชอบน้ำ") และจะมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกับตัวทำละลายที่มีขั้วเช่นน้ำ ทำให้ลิปิดเป็นโมเลกุลแอมฟิฟิลิก (มีทั้งส่วนที่ไม่ชอบน้ำและส่วนที่ชอบน้ำ) ในกรณีของคอเลสเตอรอลกลุ่มที่มีขั้วเป็นเพียง –OH (ไฮดรอกซิลหรือแอลกอฮอล์) ^{[ 47 ]}

ในกรณีของฟอสโฟลิปิด กลุ่มขั้วจะมีขนาดใหญ่กว่าและมีขั้วมากกว่าอย่างเห็นได้ชัด ดังที่อธิบายไว้ด้านล่าง

ไขมันเป็นส่วนประกอบสำคัญในอาหารประจำวันของเราน้ำมันและผลิตภัณฑ์นม ส่วนใหญ่ ที่เราใช้ในการปรุงอาหารและรับประทาน เช่นเนยชีสเนยใสฯลฯ ล้วน ประกอบด้วยไขมันน้ำมันพืชอุดมไปด้วยกรดไขมันไม่อิ่มตัวเชิงซ้อน (PUFA) หลาย ชนิด อาหารที่มี ไขมันจะถูกย่อยในร่างกายและแตกตัวเป็นกรดไขมันและกลีเซอรอล ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้ายจากการย่อยสลายของไขมันและลิปิด ไขมัน โดยเฉพาะฟอสโฟลิปิดยังถูกนำมาใช้ในผลิตภัณฑ์ยา ต่างๆ ทั้งในฐานะสารช่วยละลาย (เช่น ในสารละลายสำหรับฉีดเข้าเส้นเลือด) หรือเป็นส่วนประกอบในการนำส่งยา (เช่น ใน ไลโปโซมหรือทรานสเฟอร์โซม )

โปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่มาก—มาโครไบโอพอลิเมอร์—ที่สร้างขึ้นจากโมโนเมอร์ที่เรียกว่าอะมิโนกรดอะมิโนประกอบด้วยอะตอมคาร์บอนอัลฟาที่เชื่อมต่อกับ หมู่ เอมีโน –NH₂ หมู่กรดคาร์บอกซิลิก –COOH (แม้ว่าในสภาวะทางสรีรวิทยาจะอยู่ในรูป –NH₃⁺ และ –COO⁻ ก็ตาม) ^{อะตอม}และ^หมู่ข้างเคียงที่มักแสดงด้วยสัญลักษณ์ "-R" หมู่ข้างเคียง "-R" จะแตกต่างกันในแต่ละกรดอะมิโน ซึ่งมีอยู่ 20 ชนิดมาตรฐานหมู่ "-R" นี้เองที่ทำให้กรดอะมิโนแต่ละชนิดแตกต่างกัน และคุณสมบัติของหมู่ข้างเคียงมีอิทธิพลอย่างมากต่อโครงสร้างสามมิติ โดยรวม ของโปรตีน กรดอะมิโนบางชนิดมีหน้าที่ด้วยตัวเองหรือในรูปแบบที่ดัดแปลงแล้ว ตัวอย่างเช่นกลูตาเมตทำหน้าที่เป็นสารสื่อประสาท ที่สำคัญ กรดอะมิโนสามารถเชื่อมต่อกันได้ด้วยพันธะเปปไทด์ ในการสังเคราะห์แบบดีไฮเดรชั่น นี้ โมเลกุลของน้ำจะถูกกำจัดออกไป และพันธะเปปไทด์จะเชื่อมต่อไนโตรเจนของหมู่เอมีโนของกรดอะมิโนหนึ่งตัวกับคาร์บอนของหมู่คาร์บอกซิลิกของกรดอะมิโนอีกตัว โมเลกุลที่ได้เรียกว่าไดเปปไทด์และกรดอะมิโนที่มีความยาวสั้น (โดยปกติไม่เกินสามสิบตัว) เรียกว่าเปปไทด์หรือพอลิเปปไทด์ส่วนที่มีความยาวมากกว่านั้นเรียกว่าโปรตีนตัวอย่างเช่นอัลบู มิน โปรตีน สำคัญ ในซีรั่ม เลือด ประกอบด้วย กรดอะมิโน 585 หน่วย^{[ 48 ]}

โปรตีนสามารถมีบทบาทเชิงโครงสร้างและ/หรือเชิงหน้าที่ได้ ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนไหวของโปรตีนแอคตินและไมโอซินเป็นสาเหตุหลักของการหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่าง คุณสมบัติอย่างหนึ่งที่โปรตีนหลายชนิดมีคือ พวกมันจะจับกับโมเลกุลหรือกลุ่มโมเลกุลที่เฉพาะเจาะจง พวกมันอาจมี ความเลือกสรร สูงมากในสิ่งที่พวกมันจับแอนติบอดีเป็นตัวอย่างของโปรตีนที่จับกับโมเลกุลประเภทใดประเภทหนึ่งโดยเฉพาะ แอนติบอดีประกอบด้วยสายหนักและสายเบา สายหนักสองสายจะเชื่อมต่อกับสายเบาสองสายผ่านพันธะไดซัลไฟด์ระหว่างกรดอะมิโน แอนติบอดีมีความเฉพาะเจาะจงผ่านการเปลี่ยนแปลงตามความแตกต่างในโดเมน N-terminal ^{[ 49 ]}

การทดสอบอิมมูโนซอร์เบนต์แบบเชื่อมโยงเอนไซม์ (ELISA) ซึ่งใช้แอนติบอดี เป็นหนึ่งในการทดสอบที่ไวที่สุดที่วงการแพทย์สมัยใหม่ใช้ในการตรวจจับโมเลกุลชีวภาพต่างๆ อย่างไรก็ตาม โปรตีนที่สำคัญที่สุดน่าจะเป็นเอนไซม์แทบทุกปฏิกิริยาในเซลล์สิ่งมีชีวิตต้องอาศัยเอนไซม์เพื่อลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา โมเลกุลเหล่านี้จะจดจำโมเลกุลของสารตั้งต้นที่เฉพาะเจาะจง เรียกว่าซับสเตรต จากนั้นจึงเร่งปฏิกิริยาระหว่างกัน โดยการลดพลังงานกระตุ้นเอนไซม์จะเร่งปฏิกิริยานั้นให้เร็วขึ้นในอัตรา 10¹¹ ^หรือมากกว่านั้น ปฏิกิริยาที่ปกติแล้วจะใช้เวลามากกว่า 3,000 ปีในการเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ อาจใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งวินาทีเมื่อมีเอนไซม์ ตัวเอนไซม์เองจะไม่ถูกใช้หมดไปในกระบวนการและยังคงสามารถเร่งปฏิกิริยาเดียวกันกับซับสเตรตชุดใหม่ได้ การใช้สารปรับแต่งต่างๆ ทำให้สามารถควบคุมกิจกรรมของเอนไซม์ได้ ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมชีวเคมีของเซลล์โดยรวมได้

โครงสร้างของโปรตีนนั้นโดยทั่วไปจะอธิบายเป็นลำดับชั้นสี่ระดับโครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนประกอบด้วยลำดับเชิงเส้นของกรดอะมิโน ตัวอย่างเช่น "อะลานีน-ไกลซีน-ทริปโตเฟน-เซริน-กลูตาเมต-แอสปาราจีน-ไกลซีน-ไลซีน-..." โครงสร้างทุติยภูมิเกี่ยวข้องกับสัณฐานวิทยาเฉพาะที่ (สัณฐานวิทยาคือการศึกษาโครงสร้าง) การรวมกันของกรดอะมิโนบางอย่างมีแนวโน้มที่จะม้วนตัวเป็นเกลียวที่เรียกว่าα-helixหรือเป็นแผ่นที่เรียกว่าβ-sheetซึ่งสามารถเห็น α-helix บางส่วนได้ในแผนภาพฮีโมโกลบินด้านบน โครงสร้างตติย ภูมิ คือรูปร่างสามมิติทั้งหมดของโปรตีน รูปร่างนี้ถูกกำหนดโดยลำดับของกรดอะมิโน อันที่จริง การเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยก็สามารถเปลี่ยนโครงสร้างทั้งหมดได้ สายอัลฟาของฮีโมโกลบินประกอบด้วยกรดอะมิโน 146 หน่วย การแทนที่ กรด กลูตาเมตที่ตำแหน่ง 6 ด้วย กรด วาลีนทำให้พฤติกรรมของฮีโมโกลบินเปลี่ยนแปลงไปมากจนส่งผลให้เกิดโรคโลหิตจาง ชนิดเคียว ในที่สุดโครงสร้างควอเทอร์นารีเกี่ยวข้องกับโครงสร้างของโปรตีนที่มีหน่วยย่อยเปปไทด์หลายหน่วย เช่น ฮีโมโกลบินที่มีหน่วยย่อยสี่หน่วย ไม่ใช่ว่าโปรตีนทุกชนิดจะมีหน่วยย่อยมากกว่าหนึ่งหน่วย^{[ 50 ]}

โปรตีนที่รับประทานเข้าไปมักจะถูกย่อยสลายเป็นกรดอะมิโนเดี่ยวหรือไดเปปไทด์ในลำไส้เล็กแล้วจึงดูดซึมเข้าสู่ร่างกาย จากนั้นจึงสามารถรวมตัวกันเพื่อสร้างโปรตีนใหม่ได้ ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของกระบวนการไกลโคไลซิส วัฏจักรกรดซิตริก และวิถีเพนโทสฟอสเฟตสามารถนำมาใช้สร้างกรดอะมิโนทั้ง 20 ชนิดได้ และแบคทีเรียและพืชส่วนใหญ่มีเอนไซม์ที่จำเป็นทั้งหมดในการสังเคราะห์กรดอะมิโนเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม มนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ สามารถสังเคราะห์ได้เพียงครึ่งเดียวเท่านั้น พวกเขาไม่สามารถสังเคราะห์ไอโซลิวซีนลิวซีน ไลซีน เมไทโอ นีน ฟีนิล อะ ลานี นทรี โอ นีน ทริปโตเฟนและวาลีนได้เนื่องจากต้องรับประทานเข้าไป กรดอะมิโนเหล่านี้จึงจัดเป็นกรดอะมิโนจำเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีเอนไซม์ที่สามารถสังเคราะห์อะลานีนแอสพาราจีนแอสปาร์เทต ซิสเทอีน ก ลูตา เมตกลูตามีน ไกลซีนโพรลีนเซรีนและไทโรซีน ซึ่งเป็นกรดอะมิโนที่ไม่จำเป็น ส่วน อาร์จินีนและฮิสติดีน นั้น พวกมัน สามารถสังเคราะห์ได้แต่ไม่สามารถผลิตได้ในปริมาณที่เพียงพอสำหรับสัตว์วัยอ่อนที่กำลังเจริญเติบโต ดังนั้นกรดอะมิโนเหล่านี้จึงมักถูกพิจารณาว่าเป็นกรดอะมิโนที่จำเป็น

หากหมู่เอมีนถูกกำจัดออกจากกรดอะมิโน จะเหลือโครงสร้างคาร์บอนที่เรียกว่ากรดอัลฟา-คีโตเอนไซม์ที่เรียกว่าทรานส์อะมิเนสสามารถถ่ายโอนหมู่เอมีนจากกรดอะมิโนหนึ่ง (ทำให้เป็นกรดอัลฟา-คีโต) ไปยังกรดอัลฟา-คีโตอีกตัวหนึ่ง (ทำให้เป็นกรดอะมิโน) ได้อย่างง่ายดาย กระบวนการนี้มีความสำคัญในการสังเคราะห์กรดอะมิโน เนื่องจากในหลายวิถีทางชีวเคมี สารตัวกลางจากวิถีทางชีวเคมีอื่น ๆ จะถูกเปลี่ยนเป็นโครงสร้างกรดอัลฟา-คีโต จากนั้นจึงเติมหมู่เอมีนเข้าไป ซึ่งมักจะผ่านกระบวนการทรานส์ อะมิเน ชัน จากนั้นกรดอะมิโนอาจถูกเชื่อมต่อเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโปรตีน

กระบวนการที่คล้ายกันนี้ใช้ในการย่อยสลายโปรตีน โดยจะถูกไฮโดรไลซ์เป็นกรดอะมิโนที่เป็นส่วนประกอบก่อนแอมโมเนียอิสระ (NH₃ ซึ่งอยู่ในรูป ของ ไอออนแอมโมเนียม (NH₄⁺ ^ได้พัฒนาวิธีการที่แตกต่างกันออกไป ขึ้นอยู่กับความต้องการของสัตว์นั้น ๆ สิ่งมีชีวิต เซลล์เดียวจะปล่อยแอมโมเนียออกสู่สิ่งแวดล้อม ในทำนองเดียวกันปลาที่มีกระดูกสามารถปล่อยแอมโมเนียลงในน้ำซึ่งจะเจือจางลงอย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปแล้ว สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นยูเรียผ่านวัฏจักรยูเรีย

เพื่อที่จะตรวจสอบว่าโปรตีนสองชนิดมีความสัมพันธ์กันหรือไม่ หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือเพื่อตัดสินว่าพวกมันเป็นโฮโมล็อกกันหรือไม่ นักวิทยาศาสตร์ใช้วิธีการเปรียบเทียบลำดับ วิธีการต่างๆ เช่นการจัดเรียงลำดับและการจัดเรียงโครงสร้างเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ระบุโฮโมล็อกระหว่างโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง ความสำคัญของการค้นหาโฮโมล็อกในหมู่โปรตีนนั้นนอกเหนือไปจากการสร้างรูปแบบวิวัฒนาการของตระกูลโปรตีนแล้ว การค้นหาว่าลำดับโปรตีนสองลำดับมีความคล้ายคลึงกันมากน้อยเพียงใด ทำให้เราได้รับความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของพวกมัน และด้วยเหตุนี้จึงสามารถระบุหน้าที่ของพวกมันได้

กรดนิวคลีอิกซึ่งเรียกเช่นนั้นเพราะพบได้มากในนิวเคลียส ของเซลล์ เป็นชื่อสามัญของกลุ่มพอลิเมอร์ชีวภาพพวกมันเป็นโมเลกุลชีวเคมีขนาดใหญ่ที่มีความซับซ้อนและมีน้ำหนักโมเลกุลสูง ซึ่งสามารถถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมในเซลล์และไวรัสที่มีชีวิตทั้งหมดได้^{[ 2 ]}โมโนเมอร์เรียกว่านิวคลีโอไทด์และแต่ละตัวประกอบด้วยส่วนประกอบสามส่วน ได้แก่เบส เฮเทอโรไซคลิกที่มีไนโตรเจน ( พิวรีนหรือไพริมิดีน ) น้ำตาลเพนโทส และหมู่ฟอสเฟต^{[ 51 ]}

กรดนิวคลีอิกที่พบได้บ่อยที่สุดคือกรดดีออกซีไรโบ nucléique (DNA) และกรดไรโบ nucléique (RNA) หมู่ฟอสเฟตและน้ำตาลของนิวคลีโอไทด์แต่ละตัวจะเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างโครงสร้างหลักของกรดนิวคลีอิก ในขณะที่ลำดับของเบสไนโตรเจนทำหน้าที่เก็บข้อมูล เบสไนโตรเจนที่พบได้บ่อยที่สุดคืออะดีนีนไซโตซีนกัวนีนไทมีนและยูราซิลเบสไนโตรเจนของแต่ละสายของกรดนิวคลีอิกจะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับเบสไนโตรเจนอื่นๆ ในสายกรดนิวคลีอิกที่เสริมกัน อะดีนีนจะจับกับไทมีนและยูราซิล ไทมีนจะจับกับอะดีนีนเท่านั้น และไซโตซีนและกัวนีนจะจับกันได้เพียงคู่เดียวเท่านั้น อะดีนีน ไทมีน และยูราซิลมีพันธะไฮโดรเจนสองพันธะ ในขณะที่พันธะไฮโดรเจนระหว่างไซโตซีนและกัวนีนมีสามพันธะ

นอกจากจะเป็นสารพันธุกรรมของเซลล์แล้ว กรดนิวคลีอิกยังมักมีบทบาทเป็นสารสื่อสัญญาณรองรวมถึงเป็นโมเลกุลพื้นฐานของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ซึ่งเป็นโมเลกุลนำส่งพลังงานหลักที่พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด นอกจากนี้ เบสไนโตรเจนที่เป็นไปได้ในกรดนิวคลีอิกทั้งสองชนิดก็แตกต่างกัน กล่าวคือ อะดีนีน ไซโตซีน และกัวนีน พบได้ทั้งใน RNA และ DNA ในขณะที่ไทมีนพบเฉพาะใน DNA และยูราซิลพบเฉพาะใน RNA

กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ ตัวอย่างเช่น พอลิแซ็กคาไรด์จะถูกย่อยสลายเป็นโมโนเมอร์โดยเอนไซม์ ( ไกลโคเจนฟอสโฟริเลสจะกำจัดกลูโคสออกจากไกลโคเจน ซึ่งเป็นพอลิแซ็กคาไรด์) ไดแซ็กคาไรด์ เช่น แลคโตสหรือซูโครส จะถูกแยกออกเป็นโมโนแซ็กคาไรด์สององค์ประกอบ^{[ 52 ]}

กระบวนการไกลโคไลซิส (แบบไม่ใช้ออกซิเจน)

กลูโคส จี6พี เอฟ6พี เอฟ1,6บีพี GADP ดีเอชเอพี 1,3BPG 3PG 2PG เป๊ป ไพรูเวท ฮ่องกง พีจีไอ พีเอฟเค อัลโด ทีพีไอ GAPDH พีจีเค พีจีเอ็ม อีโน่ พีเค ไกลโคไลซิส กระบวนการเมตาบอลิซึมของไกลโคไลซิสเปลี่ยนกลูโคสให้เป็นไพรูเวทผ่านเมตาบอไลต์ตัวกลางหลายขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีแต่ละขั้นตอนดำเนินการโดยเอนไซม์ที่แตกต่างกันขั้นตอนที่ 1 และ 3 ใช้พลังงานATPและขั้นตอนที่ 7 และ 10 สร้าง ATP เนื่องจากขั้นตอนที่ 6-10 เกิดขึ้นสองครั้งต่อโมเลกุลของกลูโคส จึงทำให้เกิดการสร้าง ATP สุทธิ

กลูโคสส่วนใหญ่จะถูกเผาผลาญโดย กระบวนการสำคัญ 10 ขั้นตอนที่เรียกว่าไกลโคไลซิสซึ่งผลลัพธ์สุทธิคือการสลายโมเลกุลของกลูโคส 1 โมเลกุลให้กลายเป็นโมเลกุลของไพรูเวต 2 โมเลกุล นอกจากนี้ยังสร้างATP สุทธิ 2 โมเลกุล ซึ่งเป็น หน่วยพลังงานของเซลล์ พร้อมกับสารรีดิวซ์ 2 หน่วยจากการเปลี่ยนNAD ⁺ (นิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์: รูปแบบออกซิไดซ์) เป็น NADH (นิโคตินาไมด์อะดีนีนไดนิวคลีโอไทด์: รูปแบบรีดิวซ์) กระบวนการนี้ไม่จำเป็นต้องใช้ออกซิเจน หากไม่มีออกซิเจน (หรือเซลล์ไม่สามารถใช้ออกซิเจนได้) NAD จะถูกสร้างขึ้นใหม่โดยการเปลี่ยนไพรูเวตเป็นแลคเตต (กรดแลคติก) (เช่นในมนุษย์) หรือเป็นเอทานอลบวกคาร์บอนไดออกไซด์ (เช่นในยีสต์ ) โมโนแซ็กคาไรด์อื่นๆ เช่น กาแลคโตสและฟรุกโตสสามารถเปลี่ยนเป็นสารตัวกลางของกระบวนการไกลโคไลซิสได้^{[ 53 ]}