ยีนและโครโมโซม(ต่อจากการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม

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

• 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