สารพนัธุกรรมของส่ิงมชีีวติ

สารพนัธุกรรม หรือดเีอน็เอ (DNA)

• สารพนัธุกรรม หรือดีเอน็เอ (deoxy-ribonucleic acid; DNA) เป็นกรดนิวคลิอิก (Nucleic acid) ท่ีท าหน้าที่เก็บข้อมลูทางพนัธกุรรมของสิ่งมีชีวิต ดีเอน็เอสว่นใหญ่อยูใ่นรูปโครโมโซม (chromosome) วางตวัอยู่ในสว่นนิวเคลียสภายในเซลล์ของสิง่มีชีวิต

ดีเอน็เอมีหน้าที่ส าคญั ๒ ประการ

1. การจ าลองตวัเอง (DNA replication) ดีเอน็เอของสิง่มีชีวิตมีความสามารถสร้างและจ าลองตวัมนัเอง ขณะเกิดกระบวนการแบง่เซลล์ เพ่ือสร้างดีเอน็เอท่ีเหมือนเดิมทกุประการให้แก่เซลล์ใหม่

๒. การถ่ายทอดข้อมลูผ่านอาร์เอน็เอ (transcription)

ดีเอน็เอสามารถถกูถอดรหสัเพ่ือสร้างเป็นอาร์เอน็เอ (ribonucleic acid; RNA) ท าหน้าท่ีก าหนดการเรียงตวัของกรดอะมิโนในกระบวนการสงัเคราะห์โปรตีน ซึง่โปรตีนจะถกูน ามาเป็นสว่นประกอบส าคญัในโครงสร้างขององค์ประกอบตา่งๆ ภายในเซลล์ และเป็นสารเร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมีหรือเอนไซม์ (enzyme) ในสิ่งมีชีวิต ด้วยหน้าท่ีทัง้ ๒ ประการของดีเอน็เอ

DNA replication

• เร่ิมขึน้ท่ีจดุเร่ิมต้นจ าเพาะ (replication folk) โดยท่ีจะมีเอนไซม์ดีเอน็เอ เฮลเิคส (DNA helicase) ท าหน้าท่ีคลายสายเกลียวคูข่องดีเอน็เอแม่แบบให้แยกสายออกจากกนั

• ขัน้ตอนนีจ้ะได้สว่นของดีเอน็เอท่ีเป็นสายเด่ียว 2 สายท่ีพร้อมท่ีจะท าหน้าท่ีเป็นแมแ่บบส าหรับการสร้างดีเอน็เอสายใหม่

• โปรตีน SSB (Single Strand Binding protein) เข้ามาเกาะบริเวณสายเด่ียวท่ีแยกออกเพ่ือป้องกนัการพนัเกลียวกลบั

• เอนไซม์โทโปไอโซเมอเรส (topoisomerase) จะเข้ามาท าหน้าท่ีคลายเกลียวบริเวณที่เป็นเกลียวซ้อนเกลียวของดีเอน็เอ โดยการตดัสายของดีเอน็เอ และเช่ือมตอ่ใหม ่เพ่ือป้องกนัการพนักนัอยา่งยุง่เหยิง

• เกิดการสร้าง RNA ชิน้เลก็ๆท่ีเรียกว่า อาร์เอนเอไพรเมอร์ (RNA primer) โดย อาร์เอนเอไพรเมส (RNA primase) ซึง่ไพรเมอร์นีจ้ะเป็นจดุท่ีเร่ิมต้นการสงัเคราะห์ DNA สายใหม่

• DNA สว่นท่ีถกูง้างขึน้มานีจ้ะเป็นต้นแบบการสร้างสายใหม่ ซึง่เกิดจากการรวมตวัของนิวคลโีอไทด์เด่ียว (mononucleotide) โดยเอนไซม์ ดีเอนเอโพลีเมอเรส (DNA polymerase)

• ในขณะที่ดีเอน็เอแมแ่บบคลายเกลียวแยกออกจากกนั การสร้างดีเอน็เอสายใหม่ขึน้มาจะเกิดขึน้ใน 2 ลกัษณะ คือ สายหนึง่จะถกูสร้างขึน้ในลกัษณะที่ตอ่เน่ืองกนัไปเป็นสายยาว และสร้างไปในทิศทางเดียวกบัการเคลื่อนท่ีของง่ามการจ าลอง ซึง่เรียกวา่สายน า (leading strand) โดยในสายน านีจ้ะถกูสร้างขึน้โดยการท างานของเอนไซม์ดีเอน็เอ โพลเิมอรเรส III (DNA polimerase III) เพียงอยา่งเดียว

• เอนไซม์ดีเอนเอโพลีเมอเรสน าดีออกซีไรโบนิวคลโีอไทด์เด่ียว (deoxyribonucleotide) เข้ามาตอ่สายในทิศทาง 5'-3' โดยเช่ือมเบสท่ีคู่กนัเข้าด้วยกนัด้วยพนัธะไฮโดรเจน และเช่ือมหมูฟ่อสเฟตของแตล่ะนิวคลีโอไทด์ให้เป็นพนัธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ เม่ือจดุคลายเกลียวเลื่อนขึน้ไปก็จะได้ DNA สายใหมท่ี่ยาวขึน้ เรียก DNA สายนีว้า่ สายน า (leading strand)

• ในขณะที่เกิดการสงัเคราะห์ DNA ขึน้ในสาย leading ก็จะเกิดการสงัเคราะห์DNA ในอีกสายหนึง่ซึง่อยู่ตรงกนัข้ามควบคูก่นัไปด้วย

• เน่ืองจากทิศทางการสงัเคราะห์เป็นแบบ 5'-3' เสมอ เมื่อจดุคลายเกลียวเลือ่นขึน้ อาร์เอนเอไพรเมอร์จะจบักบั DNA แมแ่บบอีกสายหนึง่ จากนัน้ดีเอนเอโพลีเมอเรสจงึน าดีออกซีไรโบนิวคลโีอไทด์เข้ามาต่อเป็นสายเป็นชว่งๆ จะได้เป็นชิน้ DNA สัน้ๆ เรียกวา่ ชิน้สว่นโอกาซากิ (Okazaki fragment) อยู่หา่งกนัเป็นชว่งๆ เรียก DNA สายนีว้า่ สายตาม(lagging strand)

• เมื่อการสงัเคราะห์ DNA ด าเนินต่อไป ดีเอนเอโพลีเมอเรสจะมีการก าจดัอาร์เอนเอไพรเมอร์ และเติมดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ ตามด้วยการเช่ือมพนัธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ของชิน้สว่นโอกาซากิแตล่ะโมเลกลุเข้าด้วยกนัด้วยเอนไซม์ไลเกส (ligase) ในทีส่ดุได้เป็น DNA ใหม ่2 โมเลกลุ โดยแต่ละโมเลกลุมีสายเดิมอยู ่1 สาย

• เอนไซม์โทโปไอโซเมอเรส (topoisomerase) จะเข้ามาท าหน้าท่ีคลายเกลียวบริเวณที่เป็นเกลียวซ้อนเกลียวของดีเอน็เอ โดยการตดัสายของดีเอน็เอ และเช่ือมตอ่ใหม ่เพ่ือป้องกนัการพนักนัอยา่งยุง่เหยิง

clip

• ดีเอน็เอประกอบด้วยหน่วยยอ่ยที่เรียกวา่ นิวคลโิอไทด์ (nucleotide) ซึง่เป็นสารประกอบไนโตรจีนสัเบส (nitrogenous base) แบง่ออกเป็น ๒ กลุม่คือ กลุม่พิวรีนเบส (purine) ได้แก่ ไทมีน (thymine; T) ไซโทซีน(cytosine; C) และกลุม่ไพริมิดีนเบส (pyrimidine) ได้แก่ อะดีนีน(adenine; A) กวันีน (guanine; G) โดยสารประกอบไนโตรจีนสัเบสนีจ้ะรวมตวักบัน า้ตาลดีออกซีไรโบส (deoxyribose sugar) และกรดฟอสฟอริก (phosphoric acid) เป็นนิวคลิโอไทด์อยูใ่นดีเอน็เอ

Central dogma

Transcription

MUTATION

(What is Mutation ?)

• การกลายพันธ์ุ หรือ การผ่าเหล่า หรือ มิวเทช่ัน(Mutation) คือ อะไร

• คือ สภาพของสิง่มีชีวิตท่ีเกิดมีการเปลี่ยนแปลงทางพนัธุกรรม ท าให้พนัธุกรรมของสิ่งมีชีวิตท่ีเกิดการกลายพันธ์ุ(การผ่าเหล่า, มวิเทช่ัน, Mutation)นัน้ เกิดการเปล่ียนแปลงไปจากเดิมท่ีเคยเป็น หรือ แตกตา่งไปจากประชากรของสิ่งมีชีวิตชนิดนัน้ โดยเฉพาะ การเปลี่ยนแปลงของยีน(Gene)ของสิง่มีชีวิตนัน้

• การกลายพนัธุ์ (การผา่เหลา่, มิวเทชัน่, Mutation) จดัวา่เป็นกลไกหนึง่ของการวิวฒันาการ ซึง่อาจจะท าให้เกิดลกัษณะของสิง่มีชีวิตท่ีดีขึน้กวา่เดิม หรือ แย่ลงกว่าเดิมก็ได้ หรือ อาจจะทัง้ไมดี่ขึน้และไมแ่ยล่งเลยก็ได้ ถ้าดีกวา่เดิมอาจท าให้สิ่งมีชีวิตท่ีมีการกลายพนัธุ์ (การผา่เหลา่, มิวเทชัน่, Mutation)นัน้อยูร่อดในธรรมชาติได้ดีกวา่เดิม(เกิดวิวฒันาการท่ีดีขึน้) หรือ ถ้าแยก่วา่เดิมอาจท าให้สิ่งมีชีวิตท่ีมีการกลายพนัธุ์ (การผ่าเหลา่, มิวเทชัน่, Mutation)นัน้เกิดโรค หรือ ภาวะตา่งๆที่ไมเ่อือ้อ านวยต่อการด ารงชีวิตก็ได้(เกิดการวิวฒันาการท่ีไมดี่)