ยีนและโครโมโซม(ต่อจากการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม

(ที่มา :https://molvis.sdsc.edu/dna/index1.htm) เวบลิงค์ที่เกี่ยวข้อง DNA Synthesis DNA Replication Protein Synthesis DNA Replication Transcription and Protein Synthesis DNA Synthesis Laboratory Animation Protein Synthesis(บูรณาการกับภาษาอังกฤษ : ทักษะการฟัง) Movie DNA replication Sound mRNA Modification Movie Protein Excretion Movie Transcrition Movie Translation Movie Trpoperon

สมบัติของสารพันธุกรรม 1 การสังเคราะห์ DNA เมื่อวอตสันและคริกคิดโครงสร้างทางเคมีของ DNA ขึ้นแล้ว งานขั้นต่อไปก็คือการพิสูจน์และทดสอบว่าโครงสร้างของ DNA นี้ มีคุณสมบัติเพียงพอที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้หรือไม่ ซึ่งการที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้นั้นย่อมต้องมีคุณสมบัติสำคัญ คือ 1. ต้องสามารถแบ่งตัวเอง ได้โดยมีลักษณะเหมือนเดิมเพื่อทำให้มีการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากรุ่นพ่อแม่ไปยัง รุ่นลูกได้ 2. สามารถควบคุมให้เซลล์สังเคราะห์สารต่าง ๆ เพื่อแสดงลักษณะทางพันธุกรรมให้ปรากฏ 3. ต้องสามารถเปลี่ยนแปลงได้บ้าง ซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอาจก่อให้เกิดลักษณะทางพันธุกรรมที่ผิดแผกแตกต่างไปจากเดิมและเป็นช่องทางให้เกิดสิ่งมีชีวิตพันธุ์ใหม่ ๆ ขึ้น อีก 10 ปี ต่อมาหลังจากที่วอตสันและคริกได้คิดโครงสร้างของ DNA ขึ้น จึงสามารถพิสูจน์ได้ว่า DNA มีคุณสมบัติที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้ วอตสันและคริกจึงได้รับรางวัลโนเบลด้วยผลงานการค้นพบโครงสร้างของ DNA ในปี พ.ศ. 2505 นับว่าเป็นผู้เปิดศักราชใหม่ให้แก่ความรู้ด้านพันธุศาสตร์ และการศึกษาค้นคว้าในระดับโมเลบกุลต่อไป วอตสันและคลิกเสนอโครงสร้างของ DNA ว่าเป็นพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายพันกันเป็นเกลียวซึ่งโครงสร้างตามแบบจำลองนี้นำไปสู่การเสนอกลไกพื้นฐานของการสังเคราะห์ DNA หรือการจำลองตัวเองของ DNAโดยนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้พยากรณ์กลไกการจำอลง DNA ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร ในปี พ.ศ. 2496 วอตสันและคลิกได้พิมพ์บทความพยากรณ์การจำลองตัวเองของ DNA ไว้ว่า ในการจำลองตัวเองของ DNA พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สาย แยกออกจากันเหมือนการรูดซิป โดยการสลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบส A กับ T และเบส C  กับ G ทีละคู่ พอลินิวคลีโอไทด์แต่ละสายทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์สำหรับการสร้างสายใหม่ มีการนำนิวคลีโอไทด์อิสระที่อยู่ในเซลล์เข้ามาจับกับพอลินิวคลีโอไทด์สายเดิมโดยเบส A จับกับ T และเบส C จับกับ G หมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์อิสระจับกับน้ำตาลดีออกซีไรโบสของนิวคลีโอไทด์ที่อยู่ถัดไป ทำให้ DNA ที่สังเคราะห์ใหม่เหมือนกับ DNA โมเลกุลเดิมทุกประการ การสังเคราะห์ DNA หรือการจำลองตัวเองของ DNA โดยวิธีการนี้เรียกว่า DNA เรพลิเคชัน (DNA replication) ทำให้มีการเพิ่มโมเลกุลของ DNA จาก 1 โมเลกุลเป็น 2 โมเลกุล DNA แต่ละโมเลกุลมีพอลินิวคลีโอไทด์ สายเดิม 1 สาย และสายใหม่ 1 สาย จึงเรียกวิธีการจำลองแบบนี้ว่าเป็น แบบกึ่งอนุรักษ์(semiconservative) ดังภาพที่ 6-1 ภาพที่ 6-1 DNA เรพลิเคชัน  (ที่มา : https://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/library/cat-removed/dna_rep.gif) ตามแนวคิดเกี่ยวกับการจำลอง DNA ที่วอตสันและคลิกเสนอนั้นเป็นเพียงสมมติฐาน แต่ในปี พ.ศ. 2499 อาร์เธอร์ คอร์นเบิร์ก (Arther Kornberg) นักชีวเคมีชาวอเมริกันเป็นคนแรกที่สามารถสังเคราะห์ DNA ในหลอดทดลองได้สำเร็จโดยนำเอาเอนไซม์ DNA พอลิเมอเรส (DNA polymerase) ซึ่งสกัดจากแบคทีเรีย E. coli ใส่ในหลอดทดลองที่มีสารสังเคราะห์สมบูรณ์ ได้แก่ DNA แม่พิมพ์ นิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด ที่มีเบส A T C และเบส G เอนไซม์ DNA พอลิเมอเรส ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมนิวคลีโอไทด์ให้ต่อกันเป็นสายยาว โดยมีทิศทางการสังเคราะห์สาย DNA สายใหม่ จากปลาย 5/ ไปยังปลาย 3 / ปัญหา คือ จะพิสูจน์อย่างไรว่า DNA ที่สังเคราะห์ได้นั้น เหมือนกับ DNA แม่พิมพ์ที่ใส่ในหลอดทดลอง จากผลการทดลองของคอนเบิร์ก ดังตารางที่ 1 ตารางที่ .1 อัตราส่วนของเบสใน DNA ที่สังเคราะห์ได้ในหลอดทดลองและ DNA แม่พิมพ์ สิ่งมีชีวิตที่นำ DNA มาเป็นแม่พิมพ์ ปริมาณใน DNA ที่ได้ อัตราส่วนของ ในDNAที่สังเคราะห์ได้ อัตาส่วนของ ใน DNA ที่เป็นแม่พิมพ์ A T C G แบคทีเรียMicrococcus lysodelikicus 0.15 0.15 0.35 0.35 0.41 0.39 แบคทีเรีย Aerobacter aerogenes 0.22 0.22 0.28 0.28 0.80 0.82 แบคทีเรีย Escherichai coli 0.25 0.25 0.25 0.28 1.00 0.97 วัว (เซลล์จากต่อมไทมัส) 0.29 0.28 0.21 0.22 1.32 1.35 ไวรัส (phageT) 0.32 0.32 0.18 0.18 1.78 1.84 จากข้อมูลนี้สามารถบอกอะไรแก่เราได้บ้าง คำตอบ อัตราส่วนของ (A+T)/(C+G) ใน DNA ที่สังเคราะห์ได้กับอัตราส่วนของ (A+T)/(C+G) ใน DNA แม่พิมพ์มีอัตราส่วนใกล้เคียงกัน เป็นไปได้ว่า DNA ที่สังเคราะห์ได้น่าจะจากผลการทดลองพบว่า DNA ที่สังเคราะห์ได้ในหลอดทดลอง มีอัตราส่วนของเบส A+T ต่อ C+G แทบจะกล่าวได้ว่าเท่ากัน อัตราส่วนดังกล่าวไม่ใช่เป็นความบังเอิญ เพราะได้ผลการทดลองเป็นเช่นนี้เสมอไม่ว่าจะใช้ DNA ของสิ่งมีชีวิตชนิดใดเป็นแม่พิมพ์ก็ตาม   การค้นพบเอนไซม์ที่ใช้ในการเชื่อมนิวคลีโอไทด์เข้าด้วยกันในครั้งนั้นนับว่ามีความสำคัญอย่างยิ่งในประวัติศาสตร์ของพันธุศาสตร์ เพราะเท่ากับว่านักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่า การสังเคราะห์ DNA สามารถเกิดขึ้นได้ในหลอดทดลองโดยไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นในภายในเซลล์ การสังเคราะห์ DNA  จึงเกิดขึ้นได้เช่นเดียวกับปฏิกิริยาเคมีโดยทั่วไป     ต่อมานักชีวเคมีจึงได้สรุปว่า การสังเคราะห์ DNA ทั้งภายในและภายนอกเซลล์จะเริ่มต้นจากการที่สายพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สาย ของ DNA ต้นแบบ แยกห่างออกจากกันเพื่อเปิดช่องให้นิวคลีโอไทด์ที่เป็นวัตถุดิบได้เข้าไปจับคู่กับเบสของนิวคลีโอไทด์ที่มีอยู่แล้วในสายเดิม โดย A คู่กับ T และ C คู่กับ G นิวคลีโอไทด์ที่เข้าไปใหม่นี้จะเชื่อมติดกันโดยการทำงานของเอนไซม์ ซึ่งจะเริ่มจากปลาย 5´ ไปยังปลาย 3´ดังนั้น DNA ที่เป็นต้นแบบ 1 โมเลกุลจะให้ DNA จากการสังเคราะห์ 2 โมเลกุล ซึ่งแต่ละโมเลกุลประกอบด้วยสายพอลินิวคลีโอไทด์เดิม 1 สาย และสายพอลินิวคลีโอไทด์ใหม่ 1 สาย การสังเคราะห์ DNA นี้เรียกว่า ดีเอ็นเอ เรพลิเคชัน (DNA replication) DNA โมเลกุลใหม่จะมีสายพอลินิวคลีโอไทด์เดิม 1 สาย และสายพอลินิวคลีโอไทด์ใหม่ 1 สายการสังเคราะห์ DNA ในลักษณะนี้สามารถรักษาลำดับของนิวคลีโอไทด์ไว้ได้อย่างเดิม เช่นเดียวกับ DNA ที่เป็นต้นแบบ DNA จึงเหมาะสมที่จะเป็นสารพันธุกรรมโดยมีลำดับนิวคลีโอไทด์เป็นเสมือนรหัสพันธุกรรมที่สามารถถ่ายทอดให้แก่เซลล์ลูกหลานต่อไปได้ การสังเคราะห์ DNA สายใหม่ทั้ง 2 สาย จะเหมือนกันหรือไม่ จากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ พบว่าการสังเคราะห์ DNA สายใหม่ 2 สายมีส่วนที่แตกต่างกัน คือ สายหนึ่งจะสร้างต่อเนื่องกันเป็นสายยาว เรียกสายนี้ว่า ลีดดิงสแตรนด์ (leading strand) ส่วนสายใหม่อีกสายหนึ่งไม่สามารถสร้างวต่อกันเป็นสายยาวได้เหมือนสายแรก เนื่องจากทิศทางการสร้างจากปลาย5/ ไปยังปลาย 3/ นั้นสวนทางกับทิศทางการคลายเกลียวของ DNA โมเลกุลเดิม จึงสร้างพอลินิวคลีโอไทด์สายสั้น ๆ มีทิศทางจากปลาย  5/ ไปยังปลาย 3/ จากนั้นเอนไซม์ไลเกส (ligase) จะเชื่อมต่อสายสั้น ๆ เหล่านี้ให้เป็นสายเดียวกัน เรียกสาย DNA ที่ถูกสร้างขึ้นเป็นสายสั้น ๆ ว่า แลกกิงสแตรนส์ (lagging strand) ดังภาพที่ (ยังมีต่อ) โดยนางณัฐฎา  แสงคำ ที่มา : https://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=413