การถ่ายทอดยีน และโครโมโซม

การถ่ายทอดยีน และโครโมโซม

จากความรู้เรื่องการถ่ายทอดพันธุกรรม ทำให้ทราบว่า
1. ยีนมี 2 ชุด และโครโมโซมก็มี 2 ชุด
2. ยีนและโครโมโซมสามารถถ่ายทอดไปสู่รุ่นลูกหลาน
3. ขณะที่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส โครโมโซมมีการเข้าคู่กัน และแยกจากกันไปยังเซลล์ลูกที่เกิดขึ้นคนละเซลล์ ซึ่งลักษณะเดียวกันนี้เกิดขึ้นได้กับหลายยีน โดยมีการแยกตัวของแอลลีลทั้งสองไปยีงเซลล์สืบพันธุ์
4. การแยกตัวของโครโมโซมที่เป็นคู่กันไปยังเซลล์ขณะที่มีการแบ่งเซลล์แต่ละคู่นั้นดำเนินไปอย่างอิสระ เช่นเดียวกับการแยกตัวของแต่ละแอลลีลไปยังเซลล์สืบพันธุ์
5. ขณะเกิดการสืบพันธุ์ การรวมของเซลล์ไข่และสเปิร์มเกิดเป็นไซโกตเป็นไปอย่างสุ่ม ทำให้เกิดการรวมกันระหว่างชุดโครโมโซมจากเซลล์สืบพันธุ์ของพ่อกลับมารวมกันอีกครั้งกับแอลลีลในเซลล์สืบพันธุ์ของแม่ เมื่อมีการสืบพันธุ์ก็เป็นไปอย่างสุ่มเช่นกัน
6. ทุกเซลล์ที่พัฒนามาจากไซไกตจะมีโครโมโซมครึ่งหนึ่งจากแม่และอีกครึ่งหนึ่งจาหพ่อ ซึ่งยีนครึ่งหนึ่งก็มาจากแม่และอีกครั้งหนึ่งก็มาจากพ่อเช่นกัน ทำให้ลูกที่เกิดมามีลักษณะแปรผันไปจากพ่อและแม่

การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส และการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส 

คู่ Homologous Chromosome และคู่ Sister Chromatid

คู่ Homologous Chromosome

     - ขนาดเท่ากัน

     - ยีนตำแหน่งตรงกัน

     - alleles : ต่างหรือเหมือนก็ได้

     - พบในระยะ Prophase I

คู่ Sister Chromatid

     - ขนาดเท่ากัน

     - ยีนตำแหน่งตรงกัน

     - alleles : ต้องเหมือนกัน

     - พบหลังจากระยะ Interphase

อ้างอิง

⚪ เอกสารประกอบการเรียน รายวิชาชีววิทยา WE BY THE BRAIN

⚪ หนังสือชีววิทยา สำหรับมัธยมปลาย BIO by TENT

⚪ http://www.student.chula.ac.th/~53437623/unit2.htm

⚪ http://www.maceducation.com/e-knowledge/2432209100/01.htm

การค้นพบสารพันธุกรรม

การค้นพบสารพันธุกรรม

☁ จากที่ T.H. Morgan และคณะ ได้ค้นพบว่า ยีนที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมต่างๆ นั้น อยู่บนโครโมโซม ซึ่งโครโมโซมจะประกอบไปด้วย DNA กับโปรตีน นักวิทยาศาสตร์จึงคิดว่าสารเคมีกำหนดลักษณะทางพันธุกรรมนั้น น่าจะเป็นสารพวกนี้

☁ วอลเตอร์ ซัตตัน เสนอว่า ยีนน่าจะอยู่บนโครโมโซม เพราะคุณสมบัติหลายประการคล้ายกัน เช่น การมี 2 ชุด, สามารถถ่ายทอดได้, มีการแยกออกจากกันใน meiosis, มีการรวมอย่างสุ่ม, แต่ละครึ่งได้มาจากพ่อหรือแม่ ต่อมามีการใช้สีฟุคซินย้อมติด DNA และพบว่าสีติดเยอะบริเวณโครโมโซม จึงสันนิษฐานว่า DNA คือสารพันธุกรรม

☁ ช่วงปี 1940 นักวิทยาศาสตร์ คิดว่าโปรตีนน่าเป็นสารพันธุกรรม เนื่องจากมีความหลากหลาย (heterogeneity) และมีหน้าที่จำเพาะ (specific function) แต่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ค่อยรู้จัก nucleic acid และมีโมเลกุล nucleic acid มีลักษณะที่เรียบง่าย (โปรตีนมี subunit 20 ชนิด, ส่วน nucleic acid มี subunit 4-5 ชนิด)

☁ การศึกษาสารพันธุกรรมโดย Frederick Griffith ใช้เชื้อแบคทีเรีย Pneumococcus (Streptococcus pneumoniae) ซึ่งเป็นเชื้อที่ทำให้เกิดโรค "ปอดบวม" โดยมี 2 สายพันธุ์ ได้แก่

        III S (สายพันธุ์ S) มีแคปซูลห่อหุ้ม เป็นเชื้อสายพันธุ์รุนแรง ก่อโรคทำให้ถึงตาย

        II R (สายพันธุ์ R) ไม่มีแคปซูลห่อหุ้ม เป็นเชื้อสายพันธุ์ไม่รุนแรง

Frederick  Griffith

การทดลองของ F. Griffith

ข้อสรุปของการทดลอง

     เซลล์แบคทีเรียที่ตายแล้ว สามารถถ่ายทอด ความสามารถบางอย่างให้กับแบคทีเรียที่มีชีวิตอยู่ได้

☁ ผลงานของ F. Griffith ทำให้เราค้นพบกระบวนการ Transformation ซึ่งเป็นการถ่ายทอดพันธุกรรมจากเซลล์แบคทีเรียที่ตายไป ไปให้อีกเซลล์หนึ่งได้

☁ ในปัจจุบัน Transformation หมายถึง กระบวนการนำ DNA จากภายนอกเซลล์แต่สมัยนู้น ยังไม่ทราบว่าสารพันธุกรรม เป็นสารประเภทใดกันแน่ ดังนั้นจึงมีนักวิทยาศาสตร์ศึกษาสารชีวโมเลกุล 3 ชนิด คือ DNA, RNA และโปรตีน

☁ ในปี 1944 นักวิทยาศาสตร์ 3 คน คือ Avery, McLeod และ McCarty ทำการทดลองเพื่อหาว่าสารชนิดใดกันแน่ คือ สารพันธุกรรมโดยใช้เวลา 14 ปี

                

 

                          Maclyn  McCarty                          Colin Munro MacLeod                     Oswald Theodore Avery

การทดลองของ Avery, McLeod และ McCarty

ข้อสรุปของการทดลอง

     สารที่เป็นสารพันธุกรรมน่าจะเป็น DNA

☁ นักวิทยาศาสตร์พบว่าไวรัสบางชนิด สามารถถ่ายทอด DNA เข้าสู่เซลล์แบคทีเรีย เรียกว่า Bacterio phage 

☁ โดยเมื่อไวรัสฉีด DNA ของมันเข้าไปในเซลล์แบคทีเรียแล้ว จะทิ้งโปรตีนที่เป็นเปลือกเอาไว้นอกเซลล์

☁ Hershey และ Chase ได้ทำการทดลองโดยใช้ Bacteriophage ในการศึกษาการถ่ายทอด DNA เข้าสู่เซลล์แบคทีเรีย เพื่อยืนยันว่า DNA คือ สารพันธุกรรม

Martha Cowles Chase and Alfred Day Hershey

การทดลองของ Hershey and Chase

☁ ในการทดลองจะใช้ Bacteriophage ติดเชื้อเข้าไปในเซลล์แบคทีเรีย E. coli

☁ ทำเครื่องหมาย (lable) Phage โดยใช้สารไอโซโทปที่แผ่รังสีได้ (radioisotope)

       Phosphorus - 32 ติดฉลากที่ DNA ของไวรัส

       Sulfer - 35 ติดฉลากที่โปรตีนเปลือกไวรัส 

☁ เมื่อไวรัสติดเชื้อเข้าไปในเซลล์แบคทีเรียแล้ว ทำการตรวจสอบหาปริมาณ Phosphorus - 32 และ

Sulfer - 35 ในรุ่นต่อๆมา

ข้อสรุปของการทดลอง

   ไวรัสสามารถถ่ายทอดพันธุกรรมเข้าไปในเซลล์แบคทีเรียได้ และสารพันธุกรรมนั้น คือ DNA โดยทิ้งโปรตีน เอาไว้นอกเซลล์

อ้างอิง

⚪ เอกสารประกอบการเรียน รายวิชาชีววิทยา WE BY THE BRAIN

⚪ หนังสือชีววิทยา สำหรับมัธยมปลาย BIO by TENT

⚪ https://dnabioc.wikispaces.com/Hershey+and+Chase?responseToken=ac5e45264ed64226ce8771e6243098ac

โครโมโซม

โครโมโซม

☁ ข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต จะถูกเก็บเอาไว้ในรหัสของ DNA ซึ่ง DNA นั้นจะเป็นองค์ประกอบหนึ่งของโครโมโซม

☁ โครโมโซมของ eukaryote 1 แท่งประกอบด้วยโมเลกุลของสาย DNA เกลียว 1 เกลียว สายที่ยาวมาก (linear DNA) ซึ่งมีประจุลบ อัดตัวกันแน่นสุดๆ เข้ากับโปรตีน histone ซึ่งมีประจุบวก และโปรตีน non-histone ทำให้เกิดสมดุลประจุ เมื่อ DNA มาพันรอบกลุ่ม histone จะมองเหมือนลูกปัด เรียกว่า nucleosome

☁ โครโมโซมของ prokaryote มีแท่งเดียว มักประกอบไปด้วยสาย DNA เกลียวคู่รูปวงแหวน (circular DNA) อัดตัวกับโปรตีนที่ไม่ใช่ histone และอาจพบวงแหวน DNA ขนาดเล็กใน cytoplasm เรียกว่า plasmid

☁ โครโมโซมเกิดจาก chromatin ที่หดตัวกันแน่นจนเป็นแท่ง โดย chromosome จะเป็น 2 โครมาทิด เมื่อเกิด DNA Replication ในระยะ S ของ Interphase

☁ Histone protein

     เป็นโปรตีนที่ให้สาย DNA มาพัน ทำให้มีลักษณะเหมือน beads on string 

     มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 11 นาโนเมตร โปรตีน histone จะมีโมเลกุลมารวมตัวกัน เรียกว่า "Octameric" 

     โปรตีน histone จับกับโมเลกุล DNA ได้ดี เพราะว่ามีประจุ "บวก (+)" เนื่องจากมีกรดอะมิโน Lysine และ Arginine มาก

☁ Centromere

     เป็นตำแหน่งของแท่งโครโมโซมที่คอด 1 โครโมโซม จะมี 1 centromere เราสามารถจำแนกโครโมโซมตามตำแหน่งของ centromere ได้ดังนี้

แขนข้างสั้นบนแท่งโครโมโซม เรียกว่า p arm

แขนข้างยาวบนแท่งโครโมโซม เรียกว่า q arm

☁ Telomere

      คือ ส่วนปลายสุดของโครโมโซม ส่วนนี้จะหดสั้นลงไปเรื่อยๆ เมื่อเซลล์แบ่งตัว

☁ Chromatin

      จะมีองค์ประกอบเหมือนกับโครโมโซม แต่จะไปขดตัวเป็นแท่ง chromatin ในเซลล์แบ่งออกเป็น 2 บริเวณ คือ

       1. Euchromosome

           เป็น chromatin รวมตัวกันอย่างหลวมๆ หากเราย้อมจะติดสีจางๆ เป็นบริเวณที่มีการ expression ของยีน

       2. Heterochromatin

           เป็น chromatin ที่ขดตัวกันแน่น จะติดสีเข้ม เนื่องจากมีโปรตีนอยู่มาก เป็นบริเวณที่ไม่มีการ expression

☁ การย้อมสีโครโมโซม

       ส่วนที่ติดสี คือ โปรตีนที่เป็นองค์ประกอบของโครโมโซม

         สีจิมซา (Giemza staining) จะติดสีม่วง

         สีอะซิโตออร์ซิน (Aceto-orcein staining) ใช้ย้อมโครโมโซมพืช ติดสีแดง

การย้อมสีโครโมโซม

        โครโมโซมคน มี 46 แท่ง มาจากพ่อและแม่คนละครึ่ง

        โครโมโซมคน ในเซลล์ทั่วไป  มี 2 ชุด (2n)

                                ในเซลล์สืบพันธุ์  มี 1 ชุด (n)

        โครโมโซมของแบคทีเรีย มีรูปร่างเป็น วงแหวน มีจำนวน 1 โครโมโซม 

☁ DNA ในเซลล์ Prokaryote จะมีอยู่ 2 ส่วน คือ

      1. Chromosomal เป็น double-strand circular DNA จะมีชุดเดียว ขนาดประมาณ 4.5 Mb หรือ 4,500,000 BP

      2. Plasmid DNA เป็น double-strand circular DNA มีชุดเดียวหรือหลายชุดก็ได้ ขนาดประมาณ 1-100 Kb หรือ 10,000 BP เราใช้พลาสมิดเป็น vector ในการถ่ายยีนเข้าสู่สิ่งมีชีวิดอื่นได้

bacterial DNA

☁ DNA ในเซลล์ Eukaryote จะมีอยู่ 3 ส่วน คือ

      1. DNA ในนิวเคลียส เป็น double-strand linear DNA ซึ่งจะอยู่รวมกับโปรตีน histone แล้วขดเป็นแท่งโครโมโซม ถ่ายทอดจากทั้งพ่อ และแม่ไปสู่ลูก

      2. DNA ใน mitochondria เป็น DNA วงแหวนเหมือนในเซลล์แบคทีเรียพบใน Matrix ถ่ายทอดผ่านแม่เท่านั้น

      3. DNA ใน chloroplast เป็น DNA วงแหวนเหมือนในเซลล์แบคทีเรียพบใน Stroma ถ่ายทอดผ่านแม่เท่านั้น

☁ Genome คือ สารพันธุกรรมทั้งใน 1 เซลล์ ทั้งในนิวเคลียส mitochondria และ chloroplast ในคนมีขนาดจีโนม 3,000 ล้านคู่เบส มียีนประมาณ 20,000 - 25,000 ยีน

☁ ข้อมูลจีโนมในสิ่งมีชีวิตกลุ่มต่างๆ ได้แก่

        - Virus ยีนต่างๆ จะอยู่ในสารพันธุกรรม ซึ่งจะเป็น DNA หรือ RNA ขึ้นอยู่กับไวรัสแต่ละชนิด เช่น

             Double-stranded DNA (dsDNA)

             Single-stranded DNA (ssDNA)

             Double-stranded RNA (dsRNA)

             Single-stranded RNA (ssRNA)

        - Viroid จะมีสารพันธุกรรมเป็น ssRNA เท่านั้น และจะไม่มี capsid มาห่อหุ้ม

        - Prokaryote สารพันธุกรรมมีอยู่ 2 บริเวณ คือ

              Chromosomal DNA

              Plasmid (extra chromosomal DNA)

         - Eukaryote สารพันธุกรรมมีอยู่ 3 บริเวณ คือ

              Chromosomal

              Mitochondrial DNA

              Chloroplast DNA

อ้างอิง

⚪ เอกสารประกอบการเรียน รายวิชาชีววิทยา WE BY THE BRAIN

⚪ หนังสือชีววิทยา สำหรับมัธยมปลาย BIO by TENT

⚪ http://www.myfirstbrain.com/student_view.aspx?ID=49982

⚪ http://study.com/cimages/multimages/16/centromere_localization.PNG&imgrefurl=http://study.com/academy/lesson/centromere-definition-structure-quiz.html

องค์ประกอบ และโครงสร้างของ DNA

องค์ประกอบ และโครงสร้างของ DNA 

☁ ในสิ่งมีชีวิตเดียวกันที่มีเซลล์หลายเซลล์ แตละเซลล์นั้นจะมี DNA เหมือนกัน แต่ละเซลล์ต่างๆนั้น ทำหน้าที่ต่างกัน เช่น เซลล์ประสาท กับเซลล์กล้ามเนื้อนั้น เพราะการแสดงของยีนต่างกัน (ทุกเซลล์มียีนเท่ากัน แต่สังเคราะห์ RNA ต่างกัน)

☁ DNA สมควรที่จะเป็นสารพันธุกรรม เพราะ
       1. จำลองตัวเองได้ สำหรับถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม 
       2. ควบคุมเซลล์ให้สังเคราะห์สารเพื่อแสดงลักษณะต่างๆ ได้ สารนั้นคือโปรตีน (protein synthesis)
       3. เปลี่ยนแปลงได้บ้าง ก่อให้เกิดความแปรผัน (mutation)

☁ DNA เป็นตัวกำหนดการแสดงออกของร่างกาย โดยการ

       1. จำลองตัวเอง (DNA replication) 

       2. ควบคุมการสร้างโปรตีน (Transcription และ Translation)

☁ DNA = Deoxyribonucleic Acid

      ➡ มีโมเลกุลเป็นสายยาวเกลียวคู่ (Double Helix) วนขวา

      ➡ นิวคลีโอไทด์ ประกอบด้วย

             ♦ หมู่ฟอสเฟส (Phosphate group)

             ♦ น้ำตาล (Deoxyribose/Ribose)

             ♦ เบส (Nitrogenous base)

☁ พันธะระหว่างน้ำตาลกับ nitrogenous base เรียกว่า Glycosidic bond

☁ พันธะระหว่างน้ำตาลกับ หมู่ phosphate เรียกว่า Phosphodiester

☁ โมเลกุลน้ำตาลใน DNA คือ Deoxiribose

☁ ไนโตรจีนัสเบส ในโมเลกุล DNA คือ A T C G

☁ ไนโตรจีนัสเบส เกาะกับคาร์บอนในตำแหน่งที่ 1'

☁ หมู่ Phosphate เกาะกับคาร์บอนของน้ำตาลตำแหน่งที่ 5'

โมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ของ DNA

โมเลกุลของนิวคลีโอไทด์

☁ เมื่อนิวคลีโอไทด์มาต่อกัน จะใช้หมู่ Phosphate เป็นตัวเชื่อมพันธะ โดยจะเชื่อมระหว่าง คาร์บอนตำแหน่งที่ 5' และคาร์บอนตำแหน่งที่ 3' ของน้ำตาล 2 โมเลกุล

☁ ปลายสายของกรดนิวคลีอิก ได้แก่ ปลาย 5' , ปลาย 3'

☁ ภายในสานเดียวกัน นิวคลีโอไทด์เชื่อมต่อกันระหว่างหมู่ Phosphate และน้ำตาล เรียกว่า พันธะ Phosphpdiester

☁ ระหว่างสายนิวคลีโอไทด์ 2 สาย เชื่อมต่อกันด้วย พันธะระหว่างหมูเบสที่เหมาะสมกัน เรียกว่า พันธะ H-bond

การค้นพบของ Chargaff

Erwin  Chargaff

     ข้อสังเกตของ Chargaff

        ➡ ปริมาณเบส A=T และปริมาณเบส C=G

        ➡ ปริมาณเบส A+G จะเท่ากับ T+C

        ➡ ปริมาณเบส A/G จะเท่ากับ T/C

        ➡ ปริมาณเบส (A+G) / (C+T) จะเท่ากับ 1

        ➡ ปริมาณเบส (A+T) / (C+G) จะไม่เท่ากับ 1

     ข้อสรุปของ Chargaff

         ในโมเลกุลของ DNA เบส A จะจับคู่กับ เบส T และ เบส C จะจับคู่กับ เบส G

      กฎของ Chargaff

          ➡ เบสอะดีนีน (A) จะจับคู่กับ เบสไทมีน (T) ด้วยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ

          ➡ เบสกวานีน (G) จะจับคู่กับ เบสไซโทซีน (C) ด้วยพันธะไฮโดรเจน 3 พันธะ

การจับคู่ของคู่เบสด้วยพันธะไฮโดร

การค้นพบของ Rosalind

Rosalind  Frankin

➡ ศึกษาโครงสร้างของ DNA โดยตรวจสอบการหักเหของรังสี X

➡ พบว่า DNA น่าจะมี 2 สาย และมีลักษณะเป็นเกลียว

การค้นพบของ Watson และ Crick

James Dewey Watson and Francis Harry Compton Crick

(Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962)

บทความทางวิชาการของ Watson และ Crick

➡ ในปี 1953 Watson and Crick ตีพิมพ์บทความทางวิชา นำเสนอโครงสร้างโมเลกุลของ DNA ทำให้ทราบโครงสร้างของ DNA ที่ถูกต้อง เป็นการปฏิวัติวงการเทคโนโลยี DNA

➡ DNA มีรูปร่างเป็น double helix วนตามเข็มนาฬิกา

➡ เกลียวแต่ละรอบ มีความยาว 3.4 นาโนเมตร หรือ 34 อังสตรอม โดยมีคู่เบส 10 คู่เบส (bp) แต่ละคู่เบสจะอยู่ห่างกัน 0.34 นาโนเมตร

➡ DNA ทั้งสองสาย ห่างกัน 2 นาโนเมตร

➡ การ denature ของ DNA คือ การแยกสาย DNA (ds ➡ ss) โดยความร้อน

➡ Melting temperature (Tm) ของ DNA คือ อุณหภูมิที่ทำให้ DNA แยกสายได้ 50%

➡ DNA ที่มี Tm สูง คือ DNA ที่มีปริมาตรเบส G C สูง (GC rich)

อ้างอิง

⚪ เอกสารประกอบการเรียน รายวิชาชีววิทยา WE BY THE BRAIN

⚪ หนังสือ BIO by TENT สนุกกับพันธุศาสตร์

⚪ หนังสือชีววิทยา สำหรับมัธยมปลาย

⚪ http://www.ncbe.reading.ac.uk/dna50/timeline.html

⚪ http://science.srru.ac.th/org/sci-elearning/courseonline/4022503/chapter1-content1.htm

การจำลองตัวเองของ DNA

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) 

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

⚪ http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/14054/title/Telomeres-as-the-Key-to-Cancer/

กระบวนการ Transcription

กระบวนการ Transcription

DNA กับการสังเคราะห์โปรตีน

George Wells Beadle and Edward Lawrie Tatum

One gene - one enzyme hypothesis

☁ DNA ควบคุมการทำงานของเซลล์โดยใช้รหัสที่มีอยู่ในโมเลกุลเป็นตัวกำหนดการสร้างโปรตีน แล้วนำโปรตีนที่สร้างนั้นไปใช้ทำงานต่างๆ ในเซลล์

☁ ดังนั้น อาจกล่าวได้ว่า โปรตีนเป็นตัวเชื่อมโยงระหว่าง genotype กับ phenotype

☁ การแสดงออกของยีน (Gene expession) หมายถึง การที่ DNA ควบคุมการสร้างโปรตีน (หรือสร้าง RNA ในบางกรณี)

☁ โดยกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนนั้นแบ่งเป็น 2 ขั้นตอน คือ

     1. Transcription (การถอดรหัส) คือ    DNA ➡ mRNA

     2. Translation (การแปลรหัส) คือ    mRNA ➡ โปรตีน

☁ การถอดรหัส (Transcription) คือ กระบวนการการสร้าง RNA จาก DNA โดยอาศัย DNA ในส่วนที่เป็นยีน(Gene) เป็นสายแม่แบบ

☁ ในการสร้าง RNA หรือการถอดรหัส เนื่องจากทั้ง RNA และ DNA ต่างเป็นกรดนิวคลีอิกซึ่งใช้ลำดับคู่เบสของนิวคลีโอไทด์(Nucleotide) เป็นส่วนที่เข้าคู่กันอย่างดี (สามารถเปลี่ยนกลับไปกลับมาได้หากมีเอนไซม์ที่เหมาะสม)

☁ รหัสที่อยู่บนสาย mRNA นั้น จะเป็นลำดับนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด คือ  A   U   C   G

☁ การสังเคราะห์ RNA แบ่งเป็น 3 ขั้นตอน คือ ขั้นเริ่มต้น(Initiation) ขั้นต่อสาย(Elongation) และขั้นหยุด(Termination)

            ♦ ขั้น Initiation เป็นขั้นเริ่มต้นที่ RNA polymerase จะมาจับกับ DNA สายแม่แบบตรงตำแหน่ง โปรโมเตอร์(promotor) โดยอาศัยการทำงานร่วมกันของอินนิทิเอชันแฟคเตอร์(initiationfactor) หลายชนิดซึ่งมาเกาะบริเวณโปรโมเตอร์ และเอนฮานเซอร์(enhancer) ก่อน จากนั้นจึงเหนี่ยวนำให้ RNA porymerase เข้ามาจับกับโปรโมเตอร์ และทำให้เกลียวคู่ของ DNA โป่งออกบริเวณที่มีการลอกรหัส

            ♦ ขั้น Elongation เป็นขั้นต่อสาย RNA ให้ยาวขึ้นโดยมีอีลองเกชันแฟคเตอร์(elongation factor) ช่วยในการสร้าง โดย RNA polymerase ทำหน้าที่นำนิวคลีโอไทด์เข้ามาต่อสาย RNA ในทิศทาง 5'➡ 3' บริเวณปลาย 5' ของ RNA ที่กำลังสร้างจากแยกออกจาก DNA และปล่อยให้ DNA 2 สายพันกันเป็นเกลียวดังเดิม โดยจะมีเฉพาะช่วงปลาย 3' ช่วงสั้นๆที่กำลังเติวนิวคลีโอไทด์ที่ยังพันอยู่กับ DNA และเนื่องจากยีนต่างที่ใช้เป็นแม่แบบในการคัดลอกมีตำแหน่งกระจายตัวอยู่บน DNA ทั้ง  2 สาย ดังนั้นการสังเคราะห์ RNA สามารถเกิดจึ้นพร้อมกันได้ในหลายๆ ยีนบน DNA โมเลกุลเดียว

            ♦ ขั้น Termination เป็นขั้นตอนการหยุดการสังเคราะห์สายพอลิเพปไทด์ (โปรตีน) เมื่อไรโบโซมแปลรหัสบน mRNA จนถึงรหัส UAA หรือ UAG หรือ UGA ซึ่งเป็นรหัสหยุดการสังเคราะห์กรดอะมิโน (stop codon) เนื่องจากรหัสนี้ไม่ได้แทนด้วยกรดอะมิโนใดๆ ทำให้ที่ตำแหน่ง A-site ว่าง และมีโปรตีนที่เรียกว่า release factor เข้ามาเกาะเกิด 

               การย่อยสายพอลิเพปไทด์ให้หลุดออกจาก P-site ไรโบโซมที่ตำแหน่งการย่อยออกจากกัน ทำให้การสังเคราะห์โปรตีนสิ้นสุดลง 

☁ ชนิดของ RNA 

            1. mRNA (Messenger RNA) เป็นสายเดี่ยว ช่วยนำลำเบสใน DNA ออกมาที่ cytoplasm โดย transcription บน mRNA จะมีรหัสพันธุกรรม (genetic code) เป็นเบสทีละ 3 ตัว (triplet code) เรียกว่า codon ซึ่งตามปกติ 1 codon จะแปลเป็นกรดอะมิโน 1 โมเลกุล

            2. tRNA (Transfer RNA) พบว่ามีการเข้าคู่กันของเบส ทำให้โมเลกุลเป็นรูปดอกจิก ภายในโมเลกุลมีเบส 3 ตัวเรียงเป๋็นรหัสเรียงว่า anticodon 

            3. rRNA (Ribosomal RNA) เป็นองค์ประกอบของ ribosome

☁ กรดอะมิโน โดยทั่วไปแล้ว มี 20 ชนิด แต่นิวคลีโอไทด์ใน DNA มี 4 ชนิด ถ้าใช้นิวคลีโอไทด์เพียง 1 ตัว จะสามารถสร้างกรดอะมิโนที่แตกต่างกันได้มากที่สุด 4 ชนิด แสดงว่ารหัสที่กำหนดชนิดกรดอะมิโน 1 รหัส จะต้องใช้นิวคลีโอไทด์ มากกว่า 1 ตัว

☁ รหัสพันธุกรรม (Codon) 

            ♦ codon คือ รหัสบนสาย mRNA

            ♦ ซึ่งรหัส condon เป็นรหัสที่ถูกถอดแบบออกมาจากยันของเราบน DNA

            ♦ เวลาอ่านรหัส codon เราจะอ่านทีละ 3 เบส (triplet code) 

            ♦ สาย mRNA ที่ถูกสร้างขึ้น จะมีรหัส codon ในโมเลกุล tRNA จะมีรหัส anti-codon เพื่อนำกรดอะมิโนที่จำเพาะกับรหัส codon นั้นๆ มาต่อ

            ♦ สาย mRNA จะไปเกาะกับไรโบโซม เพื่อทำการแปลรหัสต่อไป

อ้างอิง

⚪ เอกสารประกอบการเรียน รายวิชาชีววิทยา WE BY THE BRAIN

⚪ หนังสือชีววิทยา สำหรับนักเรียนมัธยมปลาย BIO by TENT

⚪ https://sites.google.com/site/sarchiwmolekul/home/krd-niw-khli-xik/kar-sangkheraah-portin-protein-synthesis