dnaกับลักษณะทางพันธุกรรมม.5

DNA
ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมได้
อย่างไร
ครูฉวีวรรณ นาคบุตร โรงเรียนบ้านสวน(จั่นอนุสรณ์) ชลบุรี

การเรียงลาดับคู่เบสมีความแตกต่างกันหลายแบบ ทาให้ DNA แต่ละโมเลกุล
แตกต่างกันที่ลาดับและจานวนของคู่เบสทั้งที่มีเบสเพียง 4 ชนิด คือ เบสA
เบส T เบส C และ เบส G
จึงเป็นไปได้ว่าความแตกต่างกันทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตอยู่ที่ลาดับและ
จานวนของเบสใน DNA หลักฐานที่ DNA เกี่ยวข้องกับการแสดงลักษณะ
ทางพันธุกรรม
จากการศึกษาโครงสร้างของ DNA ที่ผ่านมาพบว่าโครงสร้างของ DNA
ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์สองสายที่มีความยาวนับเป็นพันเป็นหมื่นคู่เบส
ฉวีวรรณ นาคบุตร

ครูฉวีวรรณ นาคบุตร โรงเรียนบ้านสวน(จั่นอนุสรณ์) ชลบุรี
หลักฐานที่ DNA
เกี่ยวข้องกับการแสดงลักษณะทาง
พันธุกรรม

ใน พ.ศ.2500 วี เอ็ม อินแกรม (V.M.Ingram) ได้ทาการทดลอง
เปรียบเทียบฮีโมโกลบินของคนปกติกับคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิด
ซิกเคิลเซลล์ ซึ่งเป็นโรคที่ถ่ายทอดโดยยีนด้อยตามกฎของเมนเดล
เขาพบว่า ฮีโมโกลบินของคนที่มีเซลล์เม็ดเลือดแดงปกติจะแตกต่างจาก
ฮีโมโกลบินของคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์

โดยมีการเรียงตัวของกรดอะมิโนต่างกัน 1 ตัว กล่าวคือ
กรดอะมิโนลาดับที่ 6 ของสายพอลิเพปไทด์สายบีตาของ
คนปกติเป็นกรดกลูตามิก(Glutamic acid) แต่คนที่เป็น
โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์เป็นกรดอะมิโนชนิด วาลีน
(Valine) โดยที่กรดอะมิโนตัวอื่นๆเหมือนกันหมด

รูปร่างของเม็ดเลือดแดงปกติและเม็ดเลือดแดงรูปเคียว

อาการของโรค :: Sickle cell disease
เป็นภาวะความผิดปกติตั้งแต่กาเนิดของ hemoglobin เป็นสาเหตุให้
เซลล์เม็ดเลือดแดง กลายเป็น C-shaped ซึ่งโดยปกติแล้วตัว
เม็ดเลือดแดง(RBC)จะมีความยืดหยุ่นได้ระดับหนึ่ง เพื่อง่ายต่อ
การเคลื่อนที่ไปยังหลอดเลือดต่างๆส่วนปลาย ซึ่งจะมีขนาดเล็ก
และคดเคี้ยว แต่ผู้ป่วยที่เป็นโรคนี้ ตัว RBC จะเสียความยืดหยุ่นไป
ทาให้เกิดการอุดตันของRBC ในหลอดเลือดบริเวณต่างๆ อีกทั้ง
Sickle cell จะตายและแตกง่ายกว่าเซลล์ปกติ ทาให้เกิดภาวะโลหิตจาง

ลักษณะของเม็ดเลือด
แดงที่ปกติ (A)
และเม็ดเลือดแดง
รูปเคียว(B)

จากการสืบค้นรวบข้อมูล อภิปรายอธิบายและวิเคราะห์เกี่ยวกับโรค
โลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ควรสรุปได้ว่า
1. DNA มีความสัมพันธ์กับลักษณะทางพันธุกรรม
2. การเปลี่ยนแปลงของ DNA ทาให้การสังเคราะห์โปรตีนฮีโมโกลบิล
ผิดปกติคือกรดอะมิโนในพอลิเพปไทด์สายบีต้าสายหนึ่งของฮีโมโกลบิน
ต่างไปจากปกติเม็ดเลือดแดงจึงมีลักษณะเป็นรูปเคียว นาออกซิเจนได้
น้อยลงเกิดเป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ แสดงว่าการเรียงลาดับ
กรดอะมิโน แม้ผิดพลาดเพียงเล็กน้อยทาให้ลักษณะทางพันธุกรรม
เปลี่ยนไปด้วย แสดงว่า DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต

DNA
กับการสังเคราะห์โปรตีน

สิ่งมีชีวิตพวกยูคาริโอตมี DNA อยู่ภายในนิวเคลียส
แต่การสังเคราะห์โปรตีนเกิดในไซโทพลาซึมโดยเฉพาะใน
บริเวณที่มีเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบผิวขรุขระ
ดังนั้นสารใดเป็นตัวแทนของ DNA
ที่ทาหน้าที่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีน

RNA เป็นกรดนิวคลีอิกชนิดหนึ่ง มีองค์ประกอบหลัก
คล้ายกับดีเอ็นเอ คือประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เชื่อมต่อ
กันเป็นสายยาว RNA มีโครงสร้างเป็นสายเดี่ยว
ประกอบด้วย เบส 4 ชนิด (อะดีนีน :A , กวานีน :G
ไซโทซีน : C และ ยูราซิล : U ไม่พบเบสไทมีน : T )
น้าตาลไรโบส และหมู่ฟอสเฟต
กรดไรโบนิวคลีอิก (ribonucleic acid: RNA)

น้าตาลไรโบส เบสยูราซิล(Uracil : U)

นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส
2 คน คือ ฟรองซัว จาค็อป
(Franeois Jacop) และ
จาค โมนอด (Jacques
Monod) ได้มีข้อเสนอว่า
RNA เป็นตัวกลางที่อยู่
ระหว่าง DNA กับไรโบโชม
ตามสมมุติฐาน ดังภาพ
DNA
mRNA
นิวเคลียสไซโทพลาซึม
ไรโบโซม
โปรตีน

RNA เป็นตัวกลางนี้เรียกว่า mRNA ( messenger RNA ) จะ
เป็นตัวนาข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ไปยังไรโบโซม ซึ่งได้รับ
การยืนยันจากนักวิทยาศาสตร์ 2 คน คือ เจราร์ด เฮอร์วิทซ์
(Jerard Hurwitz)และ เจ เจ เฟอร์ธ (J.J. Furth)เกี่ยวกับที่อยู่
และการทาหน้าที่ของ mRNA กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนจึง
ประกอบด้วยการสังเคราะห์ RNA จาก DNA แม่พิมพ์ และการ
สังเคราะห์ที่ไรโบโซม

นักวิทยาศาสตร์ พบว่า เซลล์ที่มีการผลิตโปรตีนจานวน
มากจะประกอบไปด้วย RNA จานวนมาก RNA มี
คุณสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกับ DNA แต่ RNA มีเพียง
เส้นเดียว ไม่ใช่สองเส้น สิ่งนี้ทาให้นักวิทยาศาสตร์แปลก
ใจว่า RNA เกี่ยวข้องกับการผลิตโปรตีนในไซโทพลาซึม
อย่างไร ??

โครงสร้างของ RNA และ DNA

การสังเคราะห์ RNA
จาก DNA แม่พิมพ์

การสังเคราะห์ RNA โดยมี DNA เป็นแม่พิมพ์จะคล้ายกับการ
สังเคราะห์ DNA แต่การสังเคราะห์ RNA ใช้ DNA เพียงสาย
เดียวเป็นแม่พิมพ์ ใช้เอ็นไซม์ อาร์เอ็นเอ พอลิเมอเรส (RNA
polymerase) และ ไรโบนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด คือ
ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบส A ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบส C
ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบส G และ ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบส U

เอนไซม์อาร์เอ็นเอ พอลิเมอเรส จะเข้าไปจับกับ DNA ตรง
บริเวณที่จะสังเคราะห์ RNA ทาให้พันธะไฮโดรเจนระหว่างคู่เบส
สลาย พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายของ DNA จะคลายเกลียวแยก
ออกจากกัน โดยมีสายใดสายหนึ่งเป็นแม่พิมพ์
การสังเคราะห์ RNA มีขั้นตอนดังนี้
ขั้นเริ่มต้น

ขั้นการต่อสายยาว ไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีเบสที่เข้าคู่กับนิวคลีโอไทด์ของ DNA
สายแม่พิมพ์คือเบส C เข้าคู่กับ G และเบส U เข้าคู่กับ A จะเข้ามาจับกับ
นิวคลีโอไทด์ของ DNA สายแม่พิมพ์ เอนไชม์ RNA พอลิเมอเรสจะเชื่อม
ไรโบนิวคลีโอไทด์อิสระมาต่อกันเป็นสายยาว โดยมีทิศทางการสังเคราะห์สาย
RNA จากปลาย 5 ไปยังปลาย 3 และการสร้างสาย RNA นั้น จะเรียง
สลับทิศกับสาย DNA ที่เป็นแม่พิมพ์

ขั้นสิ้นสุด เอนไซม์อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส หยุดทางานและแยกตัวออกจาก
DNA สายแม่พิมพ์ สาย RNA ที่สังเคราะห์ได้จะแยกออกจาก DNA
ไปยังไซโทพลาซึม ส่วน DNA 2 สายจะจับคู่กันและบิดเป็นเกลียว
เหมือนเดิม

จากการสังเคราะห์ RNA ดังกล่าว ข้อมูล
ทางพันธุกรรมใน DNA ได้ถ่ายทอดให้กับ
RNA เรียกกระบวนการนี้ว่า การถอดรหัส
หรือ ทรานสคริปชัน (Transcription )

โครงสร้างและชนิดของ RNA

RNA ในเซลล์มีปริมาณมากมาย มากกว่า DNA 5-10 เท่า
หน้าที่หลักเกี่ยวข้องกับ กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน RNA ใน
เซลล์ส่วนใหญ่เป็นสายเดี่ยว (single standed) เนื่องจาก
RNA ต้องมีโครงสร้างสามมิติที่ถูกต้องสาหรับทาหน้าที่ภายใน
เซลล์ดังนั้น RNA อาจจะเสียสภาพได้ด้วยความร้อน และpHสูงๆ
เช่นเดียวกับ DNA แต่โครงสร้างส่วนที่เป็นเกลียวเป็นช่วงสั้นๆ
เท่านั้น จึงทาให้เสียสภาพได้ง่ายกว่า DNA

ชนิดของ RNA

ภายในเซลล์มี RNA 3 ชนิด ดังนี้
1. เมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ หรือ เอ็มอาร์เอ็นเอ
( messenger RNA : mRNA) เป็นอาร์เอ็นเอที่ได้จาก
กระบวนการถอดรหัส ( transcription ) ของสายใด
สายหนึ่งของดีเอ็นเอ ซึ่งจะทาหน้าที่เป็นรหัสพันธุกรรมที่
ใช้ในการสังเคราะห์โปรตีน

2. ทรานสเฟอร์อาร์เอ็นเอ หรือ ทีอาร์เอ็นเอ
( transfer RNA : tRNA) อาร์เอ็นเอชนิดนี้ผลิต
จากดีเอ็นเอเช่นเดียวกัน ทาหน้าที่ในการนากรด
อะมิโนต่างๆ ไปยังไรโบโซม ซึ่งเป็นแหล่งที่มีการ
สังเคราะห์โปรตีน ในไซโทพลาซึม

3. ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ หรือ อาร์อาร์เอ็นเอ
(ribosomal RNA : rRNA ) อาร์เอ็นเอชนิดนี้ผลิตจาก
ดีเอ็นเอโดยกระบวนการถอดรหัสเช่นเดียวกัน แต่ทาหน้าที่
เป็นองค์ประกอบของไรโบโซมโดยอาร์เอ็นเอรวมกับโปรตีน
กลายเป็น หน่วยของไรโบโซม

รหัสพันธุกรรม

DNA ทาหน้าที่ในการกาหนดชนิดของโปรตีนที่เซลล์
สังเคราะห์ขึ้นมาเพื่อนาไปใช้ในกิจกรรมต่างๆ ภายในเซลล์
ลาดับเบสในโมเลกุลของ DNA ของยีนหนึ่งจะเป็นตัว
กาหนดการเรียงตัวของกรดอะมิโนชนิดต่างๆ ของโปรตีนที่
จะสังเคราะห์ขึ้นมา

DNA แต่ละโมเลกุลแตกต่างกันที่ลาดับเบส ซึ่งมีเพียง 4 ชนิด คือ
A T C G
ถ้ามีนิวคลีโอไทด์ 2 โมเลกุลเรียงต่อกัน ลาดับเบส 4 ตัว นี้จะ
แตกต่างกัน เท่ากับ 42 = 16 แบบ
ได้แก่ AA AT AC AG
TT TA TC TG
CC CA CT CG
GG GA GC GT

จานวน 16 แบบนี้ ไม่เพียงพอที่จะเป็นรหัสให้แก่กรดอะมิโน
ซึ่งมีประมาณ 20 ชนิด ถ้ามีนิวคลีโอไทด์ 3 โมเลกุลเรียงต่อ
กัน ลาดับเบส 4 ตัวนี้ จะแตกต่างกันเท่ากับ 43 = 64 แบบ
ซึ่งเกินกว่าจานวนชนิดของกรดอะมิโนที่มีอยู่

รหัสพันธุกรรมที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 3 โมเลกุลเรียงกัน
(tripet code) ตามลาดับใน mRNA เป็น 1 รหัส เรียกว่า
โคดอน (codon) แต่ละโคดอนสื่อความหมายสาหรับ
กรดอะมิโน 1 ชนิด
ส่วนลาดับเบสของ tRNA ที่เข้าคู่กับลาดับเบสของโคดอนใน
mRNA เรียกว่า แอนติโคดอน (anticodon)
สิ่งมีชีวิตทุกชนิดสามารถใช้รหัสเหล่านี้แปลความหมายจาก mRNA
เป็นกรดอะมิโนเหมือนๆกัน รหัสพันธุกรรมนี้มีความเป็นสากล

ตารางแสดงรหัสพันธุกรรม
ที่มา www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/fig13_18.jpg

การสังเคราะห์โปรตีนที่ไรโบโซม

mRNAจะถูกส่งออก มาที่ไซโทพลาซึม โดยmRNAจะนารหัสพันธุกรรม
ไปสู่การสังเคราะห์โปรตีน โดยการทางานของไรโบโซม ร่วมกับ tRNA
ที่ทาหน้าที่นากรดอะมิโน มาเรียงต่อกัน ตามรหัสพันธุกรรมของ
mRNA ไรโบโซมหน่วยเล็ก จะเข้าไปจับกับ mRNA ก่อน ต่อจากนั้น
tRNA โมเลกุลแรกนากรดอะมิโนเข้าจับกับ mRNA ในไรโบโซม แล้ว
ไรโบโซมหน่วยใหญ่จึงจะเข้าจับ ต่อจาก นั้น tRNA โมเลกุลที่สองจะเข้า
จับกับ mRNA อีกตาแหน่งหนึ่ง จนกระทั่งไรโบโซมเคลื่อนที่ไปพบ
รหัสที่ทาหน้าที่หยุดการสังเคราะห์โปรตีน ไรโบโซม ก็จะแยกออกจาก
mRNA การสังเคราะห์โปรตีนจึงสี้นสุดลง เรียกกระบวนการนี้ว่า
การแปลรหัสพันธุกรรม (Translation)

ภาพแสดงการสังเคราะห์
โปรตีนที่ไรโบโซม

ขั้นตอนการสังเคราะห์โปรตีน
ในสิ่งมีชีวิตพวกโพรคาริโอต

1. กระบวนการเริ่มต้น (Initiation)
ไรโบโซมหน่วยย่อยขนาดเล็ก และปัจจัยเริ่มต้น ซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยามาจับ
กับ mRNA กรดอะมิโนเมไทโอนีน ที่มีหมู่ฟอร์มิลที่ปลายสุด
(N-formylmethionine: f-met) เป็นกรดอะมิโนตัวแรกที่ tRNA นามายัง
รหัสหรือโคดอนเริ่มต้น AUG ของ mRNA

ไรโบโซมหน่วยย่อยขนาดใหญ่จะเข้ามาประกบกับไรโบโซมหน่วย
ย่อยขนาดเล็ก จึงทาให้ไรโบโซมพร้อมจะทาหน้าที่ต่อไป

2. กระบวนการต่อสาย (Elongation)
tRNA โมเลกุลที่ 2 ที่มีแอนติโคดอนเข้าคู่กับโคดอนถัดไปของ
mRNA นากรดอะมิโนตัวที่ 2 เข้ามาเรียงต่อกับ กรดอะมิโนตัวแรก
แล้วสร้างพันธะเพปไทด์เชื่อมระหว่างกรดอะมิโนทั้งสอง

ไรโบโซมจะเคลื่อนที่ไปยังโคดอนถัดไปในทิศทาง จาก 5 ' ไป 3 '
tRNA โมเลกุลแรกจะหลุดออกไป tRNA โมเลกุลที่ 3 ที่มีแอนติโค
ดอนเข้าคู่กับโคดอนลาดับถัดไป นากรดอะมิโนตัวที่ 3 เข้าจับกับ
mRNA ตรงโคดอนที่ว่าง แล้วสร้างพันธะเพปไทด์ระหว่างกรดอะมิโน
ตัวที่ 2 กับกรดอะมิโนตัวที่ 3

ไรโบโซมจะเคลื่อนที่ต่อไปทีละโคดอนตามลาดับและกระบวนการ
ต่างๆ จะดาเนินต่อไปเช่นเดียวกับที่กล่าวมาแล้วข้างต้น
จะได้สายที่มีกรดอะมิโนต่อกันเป็นสายยาวเรียกว่า พอลิเพปไทด์

3. กระบวนการสิ้นสุดการสังเคราะห์(Termination)
เมื่อไรโบโซมเคลื่อนที่ต่อไปบน mRNA จนพบกับ โคดอน ยุติ
การสร้าง ได้แก่ UAA UAG UGA รหัสใดรหัสหนึ่ง จะไม่มี
tRNA เข้ามาจับกับรหัสหยุด ทาให้หยุดการแปลรหัส

4. กระบวนการปลดปล่อย (release)
พอลิเพปไทด์ที่ยึดกับ tRNA ตัวสุดท้ายจะถูกตัดออกไปและแยก
ออกจากกัน ไรโบโซมหน่วยย่อยขนาดเล็กและหน่วยย่อยขนาด
ใหญ่จะแยกออกจากกัน และ mRNA จะหลุดออกจากไรโบโซม

5 ขั้นตกแต่งและม้วนพับ
เป็นกระบวนการดัดแปลง ตกแต่งและม้วนพับตัว (folding)
ของสายพอลิเพปไทด์ที่สร้างขึ้น ให้เป็นโปรตีนที่อยู่ในสภาพที่
เหมาะสม ได้โครงสร้างสามมิติที่พร้อมจะใช้งาน ซึ่งกระบวนการ
ดัดแปลงรูปร่างของโปรตีนจะต้องอาศัยเอนไซม์ต่าง ๆ แล้วแต่
ชนิดของโปรตีนนั้น ๆ

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน แบ่งออกได้เป็น 2 ขั้นตอน ดังนี้
DNA mRNA พอลิเพปไทด์
การถอดรหัส การแปลรหัส

การสังเคราะห์โปรตีนในสิ่งมีชีวิตพวก
ยูคาริโอต จะมีกระบวนการถอดรหัส
ภายในนิวเคลียส mRNA จะออกจาก
นิวเคลียส แล้วจึงมีการแปลรหัสใน
ไซโทพลาซึม ส่วนในสิ่งมีชีวิตพวก
โพคาริโอต กระบวนการถอดรหัสและ
กระบวนการแปลรหัสสามารถเกิดได้
ต่อเนื่องกันโดยที่ mRNA ที่สังเคราะห์มา
จาก DNA จะถูกนาไปแปลรหัสทันที
ทั้ง ๆ ที่กระบวนการถอดรหัสยังไม่สิ้นสุด การสังเคราะห์โปรตีนของยูคาริโอต

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนส่วนใหญ่จะมีการแปลรหัส
โดยไรโบโซมหลายโมเลกุลที่อยู่บน mRNA สายเดียวกัน
ไรโบโซมแต่ละโมเลกุลจะสังเคราะห์พอลิเพปไทด์ที่สมบูรณ์
และเกิดขึ้นพร้อมๆกันเรียก mRNA ที่มีไรโบโซมหลายๆ
อันที่กาลังแปลรหัสอยู่บน mRNA นี้ว่า พอลิโซม
(polysome) หรือ พอลิไรโบโซม(polyribosome)

แผนภาพการเกิดพอลิไรโบโซม

ทาหน้าที่เป็นองค์ประกอบของโครงสร้าง เช่น คอลลาเจน และ
เคอราทิน ในสัตว์ โปรตีนที่ผนังเซลล์ของพืช และโปรตีนที่เยื่อหุ้ม
เซลล์ของสัตว์ และโปรตีนที่เป็นองค์ประกอบของไรโบโซม
ทาหน้าที่เกี่ยวกับการเคลื่อนไหว เช่น แอกทินและไมโอซินใน
กล้ามเนื้อของคน ทูบูลินซึ่งมีบทบาทในการเคลื่อนไหวของซิเลียหรือ
แฟลเจลลาในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว
บทบาทหน้าที่ของโปรตีน

ทาหน้าที่ในการติดต่อสื่อสารระหว่างเซลล์ชนิดต่างๆ เช่น
ฮอร์โมนต่างๆ เป็นต้น
ทาหน้าที่ในระบบคุ้มกัน เช่น อิมมูโนโกลบูลิน
( immunoglobulin) ในสัตว์ ซิสเทมิน( systemin) และ
โปรตีนเนสอินฮิบิเตอร์(protenase inhibitor) ในพืช
- ทาหน้าที่ควบคุมปฏิกิริยาต่างๆ ในสิ่งมีชีวิต เช่น เอนไซม์ใน
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง และเอนไซม์ในกระบวนการสลาย
สารอาหาร เป็นต้น

สรุป

DNA เกี่ยวข้องกับการแสดงลักษณะของสิ่งมีชีวิต
DNA เป็นแหล่งเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต แล้วถ่ายทอด
ข้อมูลให้กับ RNA และแปลรหัสจาก RNA เป็นกรดอะมิโน
DNA ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีน ได้เป็นโปรตีนโครงสร้าง
โปรตีนที่เป็นเอนไซม์ และสารอื่นๆอยู่ภายในเซลล์
มีผลทาให้เซลล์และสิ่งมีชีวิตปรากฏลักษณะต่างๆได้

The End

dnaกับลักษณะทางพันธุกรรมม.5

More Related Content

What's hot

Viewers also liked

Similar to dnaกับลักษณะทางพันธุกรรมม.5

More from Wan Ngamwongwan

dnaกับลักษณะทางพันธุกรรมม.5