ในสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันจะมีปริมาณของสารแตกต่างกัน เช่น พืช และสัตว์ ก็จะมีปริมาณของสารต่างๆ ไม่เท่ากัน นอกจากนี้ยังพบว่าสารเหล่านี้ บางประเภทมีธาตุไฮโดรเจนและคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ และบางประเภทไม่มี นักวิทยาศาสตร์จึงได้จำแนกสารออกได้เป็น 2 ประเภท คือ

สารอินทรีย์ เช่น แป้ง ไกลโคเจน เซลลูโลส น้ำตาล วิตามิน ลิพิด โปรตีน และกรดนิวคลีอิก เป็นต้น ซึ่งเป็นสารที่มีธาตุคาร์บอน และไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ อีกประเภท คือ สารอนินทรีย์ที่เป็นองค์ประกอบของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายชนิด สารบางอย่างมีปริมาณมาก เช่น น้ำ และแร่ธาตุ บางอย่างมีปริมาณน้อย แต่ล้วนมีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของเซลล์ 

1. น้ำ

ในร่างกายคนเรามีน้ำเป็นส่วนประกอบถึง 70% โดยน้ำหนัก หากร่างกายขาดน้ำจะเกิดอาการอ่อนเพลีย กระหาย ผิวหนังและปากแห้ง ปัสสาวะลดลง หากขาดน้ำเป็นระยะเวลายาวนานอาจรุนแรงจนถึงขั้นเสียชีวิตได้

            1.1 ความสำคัญของน้ำ

                 - เป็น polar molecule จึงเป็นตัวทำละลายที่ดี เช่นเกลือ NaCl ละลายในน้ำได้ เนื่องจากโมเลกุลของน้ำมี O ประจุลบและ H ประจุบวกดังนั้น O- จึงจับกับ Na+ ขณะที่ H+ จับกับ Cl- โมเลกุลน้ำที่ล้อมรอบ Na+ หรือ Cl- เรียก hydration shell
                 - เกิด hydrogen bond ระหว่างโมเลกุลของน้ำ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำ เรียกว่า cohesion ซึ่งจะทำให้น้ำเคลื่อนที่จากรากไปยังส่วนต่างๆ ของพืชได้ขณะที่มีการคายน้ำ (transpiration) ถ้าน้ำเกิด hydrogen bond กับสารอื่น เช่น ผนังเซลล์พืช เรียกว่า adhesion
                 - มีความร้อนจำเพาะสูง จึงทำให้อุณหภูมิภายในเซลล์สิ่งมีชีวิตเปลี่ยนแปลงไม่มากนัก มีผลทำให้ metabolism ภายในเซลล์ยังคงปกติ
                 - ความร้อนแฝงกลายเป็นไอสูง เมื่อร่างกายสูญเสียเหงื่อ หรือการที่พืชคายน้ำ จึงช่วยลดความร้อนภายในสิ่งมีชีวิตได้

            1.2 โครงสร้างทางเคมีของน้ำ

น้ำประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจน และออกซิเจน มีสูตรเป็น H2O อะตอมของไฮโดรเจน และออกซิเจน ยึดเหนี่ยวนำกันด้วยพันธะโควาเลนซ์ (covalent bond) ซึ่งเกิดจากการใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน อิเล็กตรอนวงนอกของอะตอมออกซิเจนยังมีเหลืออีก 4 อิเล็กตรอน ที่ยังไม่ได้ยึดเหนียวกับอะตอมของธาตุอื่น จึงทำให้อะตอมของออกซิเจนแสดงประจุลบ และอะตอมของไฮโดรเจนทั้ง 2 อะตอม แสดงประจุบวก ทำให้โมเลกุลของน้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้ว (polar)

นอกจากน้ำเป็นโมเลกุลที่มีขั้วแล้ว น้ำยังมีสมบัติเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งเกิดจากการยึดเหนี่ยวด้วยพันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond) ระหว่างอะตอมของออกซิเจน กับอะตอมของไฮโดรเจนของน้ำแต่ละโมเลกุล พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะที่ไม่แข็งแรงเท่าพันธะโควาเลนซ์ แต่ก็เพียงพอที่จะยึดเหนี่ยวโมเลกุลน้ำไว้ด้วยกัน จึงทำให้น้ำมีสภาพเป็นของเหลว

สมบัติการมีขั้วของโมเลกุลน้ำ และเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของสารต่างๆ ทำให้สารต่างๆ ทีมีขั้วสามารถละลายน้ำได้ดี การที่น้ำแสดงทั้งประจุบวก และประจุลบ ในโมเลกุลเดียวกัน น้ำจึงเป็นตัวทำละลายที่ดี สำหรับโมเลกุลที่ละลายน้ำได้และแตกตัวให้ไอออน เช่น โซเดียมคลอไรด์ เพราะโซเดียมไอออน (Na+) เกาะกับอะตอมของออกซิเจนซึ่งมีขั้วลบ ส่วนคลอไรด์ไอออน (Cl) เกาะอยู่กับอะตอมไฮโดรเจนซึ่งเป็นขั้วบวก

สารที่มีสมบัติละลายน้ำได้ดี เรียกว่า ไฮโดรฟิลิก (hydrophilic) หมายถึง ชอบน้ำ และเรียกสารที่มีสมบัติไม่ละลายน้ำว่า ไฮโดรโฟบิก (hydrophobic) หมายถึงไม่ชอบน้ำ ทั้งนี้ เป็นเพราะสารเหล่านี้ไม่สามารถแตกตัวให้ไอออนได้เหมือนโซเดียมคลอไรด์ หรือเป็นโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว จึงไม่สามารถยึดติดกับโมเลกุลของน้ำได้ สมบัติในตัวทำละลายที่ดีของน้ำ ทำให้น้ำเป็นตัวลำเลียงและนำสารต่างๆ มาเลี้ยงส่วนต่างๆ ของร่างกายได้ตามต้องการ

สมบัติของความเป็นกรด-เบสของน้ำ เกิดจากโมเลกุลของน้ำแตกตัวให้ไอออนเป็นไฮโดรเจนไอออน (H+) ซึ่งแสดงความเป็นกรด และไฮดรอกซิลไอออน (OH) ซึ่งแสดงความเป็นเบส นอกจากนี้ น้ำยังมีสมบัติเก็บความร้อนได้ดี จึงมีความจุความร้อนสูงทำให้สามารถช่วยรักษาอุณหภูมิในร่างกายได้ดี

2. แร่ธาตุ

สิ่งมีชีวิตต้องการแร่ธาตุซึ่งเป็นสารอนินทรีย์ เพื่อนำไปใช้เป็นส่วนประกอบของสารอินทรีย์ แร่ธาตุเหล่านี้เป็นสิ่งจำเป็น เพราะบางชนิดเป็นส่วนประกอบของเอนไซม์ และโปรตีนต่างๆ ที่จำเป็นต่อการทำงานของร่างกาย และไม่มีแร่ธาตุอื่นมาทำหน้าที่แทนได้ การขาดแร่ธาตุก่อให้เกิดความผิดปกติของการทำงาน เช่น กรณีพืชขาดแร่ธาตุแมกนีเซียม ใบจะแก่ จะมีสีเหลืองระหว่างเส้นใบ ที่ปลายใบและขอบใบม้วนเป็นรูปถ้วย เป็นต้น

สำหรับคนและสัตว์ แร่ธาตุมีบทบาทสำคัญทั้งในด้านที่มีส่วนประกอบของกระดูก ฟัน และกล้ามเนื้อ แร่ธาตุยังช่วยทำให้ของเหลวในร่างกายมีสมบัติเป็นกรด หรือเบสตามที่ต้องการ ช่วยการทำงานของอวัยวะดำเนินไปตามปกติ เป็นต้น

โดยทั่วไปร่างกายต้องการแร่ธาตุในปริมาณเพียงพอเล็กน้อย เช่น ในแต่ละวันคนต้องการแร่ธาตุเหล็กประมาณ 15 มิลลิกรัม แร่ธาตุโซเดียม 500 มิลลิกรัม แร่ธาตุโพแทสเซียม 2000 มิลลิกรัม และแร่ธาตุไอโอดีนประมาณ 0.15 มิลลิกรัม เป็นต้น

            2.1 แร่ธาตุเป็นกลุ่มของสารอนินทรีย์ที่ร่างกายขาดไม่ได้ มีการแบ่งแร่ธาตุที่ร่างกายต้องการออกเป็น 2 ประเภท คือ
                 - แร่ธาตุที่ร่างกายต้องการในปริมาณมาก (macronutrients) ได้แก่ แคลเซียม ฟอสฟอรัส เหล็ก โซเดียม โพแทสเซียม คลอรีน แมกนีเซียม และกำมะถัน
                 - แร่ธาตุที่ร่างกายต้องการในปริมาณน้อย (micronutrients) ได้แก่ ทองแดง โคบอลต์ สังกะสี แมงกานีส ไอโอดีน โมลิบดีนัม เซลีเนียม ฟลูออรีนและโครเมียม

            2.2 หน้าที่ของแร่ธาตุ

                 - เป็นส่วนประกอบของเนื้อเยื่อ เช่น แคลเซียม ฟอสฟอรัส และแมกนีเซียม เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของกระดูกและฟัน ทำให้กระดูกและฟันมีลักษณะแข็ง
                 - เป็นส่วนประกอบของโปรตีน ฮอร์โมน และเอนไซม์ เช่น เหล็กเป็นส่วนประกอบของโปรตีนชนิดหนึ่ง เรียกว่า เฮโมโกลบิน (hemoglobin) ซึ่งจำเป็นต่อการขนถ่ายออกซิเจนแก่เนื้อเยื่อต่างๆ ทองแดงเป็นส่วนประกอบของเอนไซม์ ซึ่งจำเป็นต่อการหายใจของเซลล์ ไอโอดีนเป็นส่วนประกอบของฮอร์โมนไธรอกซีน ซึ่งจำเป็นต่อการทำงานของร่างกาย ถ้าหากร่างกายขาดเกลือแร่เหล่านี้ จะมีผลกระทบต่อการทำงานของโปรตีนฮอร์โมน และเอนไซม์ที่มีเกลือแร่เป็นองค์ประกอบ
                 - ควบคุมความเป็นกรด-ด่างของร่างกาย โซเดียม โพแทสเซียม คลอรีน และฟอสฟอรัส ทำหน้าที่สำคัญในการควบคุมความเป็นกรด-ด่างของร่างกาย เพื่อให้มีชีวิตอยู่ได้
                 - ควบคุมสมดุลน้ำ โซเดียม และโพแทสเซียม มีส่วนช่วยในการควบคุมความสมดุลของน้ำภายใน และภายนอกเซลล์
                 - เร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาหลายชนิดในร่างกายจะดำเนินไปได้ ต้องมีเกลือแร่เป็นตัวเร่ง เช่น แมกนีเซียม เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกี่ยวกับการเผาผลาญกลูโคสให้เกิดกำลังงาน

ดังที่กล่าวมาแล้วจะเห็นได้ว่า สารอนินทรีย์มีบทบาทสำคัญต่อสิ่งมีชีวิต โดยเป็นส่วนประกอบของเซลล์ รักษาดุลยภาพของกรด-เบส รวมทั้งช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต

เรียบเรียงโดย : พัดชา วิจิตรวงศ์