การจำลองตัวเองของ DNA (DNA replication)
☁ จากโครงสร้างโมเลกุลของ DNA ที่ Watson and Crick นำเสนอ เราจะพบว่ารหัสเบสใน DNA จะจับกันได้พอดี
☁ การจำลองตัวเองของ DNA จะมีการแยกสายทั้งสองออกเป็นเส้นเดี่ยว แล้วมีการสร้างสายใหม่ขึ้นมาอีกเส้นหนึ่ง เรียกว่า กระบวนการ DNA replicatiom
☁ DNA replication (การจำลอง DNA) เกิดในระยะ S ของ interphase (ใน mitosis) หรือ interphase I (ใน meiosis) เพื่อเพิ่มจำนวน DNA เป็น 2 เท่า โดยแต่ละโมเลกุล DNA ที่จำลองเสร็จแล้วจะมี polynucleotide สายเดิมผสมกับสายใหม่ เรียกว่าการจำลองแบบกึ่งอนุรักษ์(semicomservative replication)
☁ DNA replication (การจำลอง DNA) เกิดในระยะ S ของ interphase (ใน mitosis) หรือ interphase I (ใน meiosis) เพื่อเพิ่มจำนวน DNA เป็น 2 เท่า โดยแต่ละโมเลกุล DNA ที่จำลองเสร็จแล้วจะมี polynucleotide สายเดิมผสมกับสายใหม่ เรียกว่าการจำลองแบบกึ่งอนุรักษ์(semicomservative replication)
Model การจำลองตัวเองของ DNA ทั้ง 3 แบบที่เป็นไปได้
☁ สมบัติของสารพันธุกรรม
1. เพิ่มจำนวนตัวเองได้ เพื่อให้สามารถถ่ายทอดสู่รุ่นต่อไปได้
2. ควบคุมให้เซลล์สังเคราะห์สารต่างๆได้
3. เปลี่ยนแปลงได้บ้างเล็กน้อย เพื่อพัฒนาพันธุ์ได้
การทดลองเพื่อหาขั้นตอนการจำลองตัวเองของ DNA
การสังเคราะห์ดีเอ็นเอ (DNA replication)
✳ เป็นแบบกึ่งอนุรักษ์ (semi-conservative)
✳ สร้างสายใหม่จากปลาย 5' ➡ 3' แสดงว่า nucleotide จะมาเติมที่ปลาย 3'
✳ จุดที่เริ่มต้นในการ replication เรียกว่า origin of replication
✖ ในเซลล์ Prokaryote จะมี 1 ตำแหน่ง
✖ ในเซลล์ Eukaryote จะมีหลายตำแหน่ง
✳ อาศัยเอนไซม์ และโปรตีนต่างๆ คือ
✖ Helicase ใช้คลายเกลียวดีเอ็นเอ (DNA)
✖ DNA polymerase เอานิวคลีโอไทด์มาต่อทำให้สาย DNA ยาวขึ้น
✖ DNA ligase เชื่อม DNA 2 สายให้เข้ากัน
✖ Topoisomerase ตัดและเชื่อม DNA เพื่อไม่ให้ DNA เป็นปม
✖ Primase เกาะกับ DNA ที่จุด Start แล้วสร้าง RNA primer
✖ SSBP Single stand Binding Protein เป็นโปรตีนที่มาเกาะกับ DNA สายเดี่ยว เพื่อไม่ให้มันมาเข้าคู่กันเหมือนเดิม
ขั้นตอนการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอ
การจำลองเริ่มที่เอมไนไซม์ helicase มาคลายเกลียว DNA ทำให้ hydrogen bond ระหว่างสาย polynucleotide สลายออก บริเวณที่เป็นสามง่ามจะเริ่มจำลอง ซึ่งจะเริ่มได้ก็ต่อเมื่อมีโมเลกุล RNA บุกเบิกเป็นต้นทางก่อน เรียกว่า primer สร้างโดยเอนไซม์ primase แล้วเอนไซม์ DNA polymerase จะค่อยๆ จับเอา nucleotide แต่ละโมเลกุลมาต่อเรียงกันนับจาก primer เป็นสายใหม่ออกมา
การจำลอง polynucleotide สายใหม่จะต้องเกิดจาก 5' ไป 3' เสมอ ทำให้มีสายหนึ่งที่จำลองได้เป็นสายยาว เรียกว่า leading strand กับอีกสายที่จำลองแบบเหมือนการเย็บผ้าแบบด้นถอยหลัง เรียกว่า lagging strand ทำให้ได้ DNA สายสั้นๆ ไม่ปะติดปะต่อกัน เรียกว่า Okaxaki fragment ซึ่งจะถูกเชื่อมกันด้วยเอนไซม์ ligase
✳ Okazaki fragment อยู่ในสาย Lagging
✳ สายที่ต้องใช้เอนไซม์ DNA ligase คือสาย Lagging
✳ สายที่ต้องใช้เอนไซม์ DNA polymerase คือสาย ทั้ง leading และ lagging
✳ สายที่สังเคราะห์จากปลาย 5' ➡ 3' คือสาย ทั้ง leading และ lagging
✳ ดังนั้น Nucleotide จะมาต่อกับสาย Polynucleotide ที่ปลาย 3' โดย Nucleotide ที่จะมาต่ออยู่ในรูป Nucleotide Triphosphat
✳ นิวคลีโอไทด์ที่นำมาสร้างสาย DNA คือ dNTP 4 ชนิด ได้แก่ dATP, dTTP, dCTP และ dGTP
✳ กระบวนการสังเคราะห์ DNA จะเกิดขึ้น ในนิวเคลียส (ไมโทรคอนเดรีย, คลอโรพลาสต์ก็มี)
กระบวนการ Proofreading และการซ่อมแซ่ม DNA
- ในกระบวนการ DNA replication จะมีการต่อรหัสผิดพลาด ประมาณ 1/105 nucleotide แต่ใน DNA ทั่วไป รหัสใน DNA จะผิดพลาดจาก DNA ต้นแบบ 1/1010 nucleotide เนื่องจาก ในเซลล์ของเราจะมรกระบวนการ Proofreading และ Repairing DNA
- การตรวจสอบและการซ่อมแซ่ม DNA เกิดจากการทำงานของเอนไซม์ DNA polymerase
- ในการศึกษากระบวนการ Mismatch repair นักเวิทยาศาสตร์จะศึกษาจากเอนไซม์ในเซลล์มะเร็งที่ทำงานบกพร่อง เนื่องจากเซลล์มะเร็งเป็นเซลล์ที่ DNA มีการเปลี่ยนแปลงมากจนทำให้เกิดการแบ่งเซลล์อย่างรวดเร็วกว่าเซลล์ปกติ
- การเปลี่ยนแปลงรหัสพันธุกรรมใน DNA สามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงได้เองตามธรรมชาติได้ในอัตราต่ำ นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลง DNA จนทำให้เกิดการ mutation ในอัตราที่สูงขึ้นเกิดจากสาเหตุต่างๆ ได้แก่ สารเคมีในควันบุหรี่ ควันธูป รังสีต่างๆ
- การซ่อมแซ่ม DNA มีความจำเป็นต่อการอยู่รอดของเซลล์ ดังนั้นสิ่งมีชีวิตต่างๆ จึงมีเอนไซม์ในการซ่อมแซ่ม DNA อยู่หลายชนิด ในแบคทีเรีย E.coli มีเกือบ 100 ชนิด และในมนุษย์มีการค้นพบแล้ว 130 ชนิด
Nucleotide excision repair of DNA damage
การ Replication ที่ปลายสาย DNA
- โดยปกติแล้ว DNA จะสร้างสายใหม่จากปลาย 5' ➡ 3' เสมอ
- ในสาย lagging strand หาก RNA primer หลุดออกไปแล้ว จะทำให้บริเวณปลายสาย DNA ไม่มีคู่ เมื่อเกิดการ replication ไปเรื่อยๆ ก็จะทำให้สาย DNA ที่สร้างขึ้นมาใหม่สั้นลงเรื่อยๆ
- ในเซลล์ Prokaryote จะมี DNA เป็นวงแหวน ดังนั้นสาย DNA จะไม่มีปลายสาย เมื่อเกิดการ replication แล้วจึงไม่มีปัญหาที่สาย DNA จะสั้นลง
- ส่วนในเซลล์ Eukaryote มี Chromosomal DNA เป็นแบบ linear ดังนั้นมันจะสั้นลงเรื่อยๆ DNA ของ Eukaryote จึงมีบริเวณ Telomere ที่เป็นส่วนปลายของโครโมโซมพิเศษ โดยลำดับ DNA ที่อยู่บริเวณ telomere
♦ จะเป็นลำดับ DNA ที่ไม่เป็นยีน ไม่มีการ expression
♦ จะมีลำดับ nucleotide ที่ซ้ำๆ เช่น มี TTAGGG ซ้ำไปเรื่อยๆประมาณ 1,000 ครั้ง รวมแล้วมี 6,000 bp
♦ Telomeric DNA จะทำหน้าที่เป็นโซนกันชน (buffer zone) ป้องกันไม่ให้ gene ของสิ่งมีชีวิตเสียหาย
- เซลล์สืบพันธุ์ (gamete) เป็นเซลล์ที่จะถ่ายทอดพันธุกรรมไปสู่รุ่นลูกหลาน ดังนั้นจึงต้องในกลไกพิเศษ ป้องกันไม่ให้สาย DNA สั้นลง เพื่อไม่ให้ยีนที่สำคัญหายไป โดยจะมีจะมีเอนไซม์ Telomerase เพื่อรักษาความยาวของ DNA ในเซลล์สืบพันธุ์เอาไว้โดยเอนไซม์นี้จะไม่ active ใน somatic cell
- เซลล์ที่เป็นมะเร็งนั้น มี activity ของเอนไซม์ Telomerase ใน somatic cell
อ้างอิง
⚪ เอกสารประกอบการเรียน รายวิชาชีววิทยา WE BY THE BRAIN
⚪ หนังสือ BIO by TENT สนุกกับพันธุศาสตร์
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น