สรุปเนื้อหา

สรุปเนื้อหา
สาเหตุของการเกิดมิวเทชันในระดับยีนได้แก่รังสีต่างๆ สารเคมีบางชนิดเช่น สารอะฟลาทอกซิน มีผลทำให้ DNA หรือยีนเปลี่ยนแปลงไปได้หลายลักษณะ เช่น เบสขาดหายไป เบสมีจำนวนเพิ่มขึ้น เบสเปลี่ยนเป็นชนิดอื่นและจะเกิดผลต่อลูกหลาน มิวเทชันระดับยีน หรือมิวเทชันเฉพาะที่ ทำให้มีการเปลี่ยนแปลงชนิดของเบส ลำดับและจำนวนของเบสของ DNA มีผลทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนไปจากเดิม มิวเทชันเฉพาะที่แบ่งเป็น 2 แบบ คือการแทนคู่เบสและเฟรมชิฟท์ ซึ่งสามารถเปรียบเทียมความแตกต่างได้ตามตาราง
การแทนคู่เบส
เฟรมชิฟท์ มิวเทชัน
1. มีการเปลี่ยนแปลงที่คู่เบสในสายพอลินิวคลีโอไทด์ของ DNA เช่น A-T ถูกแทนที่ด้วย G-C 2. มีผลทำให้เปลี่ยนแปลงเฉพาะบริเวณรหัสพันธุกรรม ไม่ทำให้รหัสพันธุกรรมไม่ทำให้รหัสพันธุกรรมอื่นๆเปลี่ยนแปลง 3. อาจมีหรือไม่มีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิตคือถ้าเกิดการแทนคู่เบสแต่อาจไม่เปลี่ยนแปลง อะมิโน โปรตีนจะเปลี่ยนไปก็จะมีผลต่อการแสดงลักษณะของสิ่งมีชีวิตเช่นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์
1.มีการเพิ่มหรือการขาดหายของนิวคลีโอไทด์ 1 หรือ มากกว่าในสายพอลินิวคลีโอไทด์ของ DNA 2. มีผลทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนไปจากเดิมลำดับชนิดของกรดอะมิโนหลังจากตำแหน่งนี้ไปจะเปลี่ยนไปด้วย 3. สมบัติของพอลินิวคลีโอไทด์หรือโปรตีนที่ได้จากการสังเคราะห์โปรตีนจะแตกต่าง ไปจากปกติ จะมีผลต่อลักษณะของสิ่งมีชีวิต
ประเด็นสำคัญเกี่ยวกับมิวเทชันระดับโครโมโซม ดังนี้
1. การเปลี่ยนแปลงด้านโครงสร้างของโครโมโซม มีสาเหตุมาจากความผิดปกติในการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส รังสีต่างๆหรือสารเคมีจึงทำให้เกิดเซลล์สืบพันธุ์ที่ผิดปกติเกิดขึ้นได้หลาย แบบเช่นบางส่วนของโครโมโซมหายไป บางส่วนของโครโมโซมเกินมาจากปกติ บางส่วนของโครโมโซมที่ขาดไปกลับมาต่อใหม่แต่ต่อกลับกัน การแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนโครโมโซมต่างคู่กัน จากการเปลี่ยนโครงสร้างของโครโมโซมทำให้จำนวนของเบสและลำดับเบสเปลี่ยนไป มีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฟีโนไทป์เกิดโรคต่างๆเช่น กลุ่มอาการคริดูชาต์ 2. การเปลี่ยนแปลงด้านจำนวนโครโมโซม มีสาเหตุจากการแบ่งเซลล์แบบมโอซิสผิดปกติ คือปรากฎการณ์นอนดิสจังชัน ซึงฮอโมโลกัสโครโมโซมไม่แยกจากกันขณะแบ่งเซลล์มีผลทำให้เซลล์สืบพันธุ์มี จำนวนโครโมโซมขาดหรือเกินเป็นแท่ง ซึ่งเกิดขึ้นได้ทั้งออโทโซมและโครโมโซมเพศความผิดปกติที่เกิดกับออโทโซมทำ ให้เกิดกลุ่มอาการดาวน์ กลุ่มอาการเทอร์เนอร์ซินโดรม เป็นต้น นอกจากนี้จำนวนโครโมโซมขาดหรือเกินเป็นชุดเรียกว่าพอลิพลอยด์มักพบในพืชจะมี ประโยชน์มากแต่ถ้าเกิดกับสัตว์โดยเฉพาะสัตว์เลี้ยงลูกด้วน้ำนมมักจะเกิดผล เสียมากกว่าผลดี

เนื้อหา เรื่องมิวเทชัน (MUTATION)

เนื้อหา เรื่องมิวเทชัน (MUTATION)
มิวเทชันหรือ การ กลายพันธุ์หมายถึงการเปลี่ยนแปลงลักษณะพันธุกรรมและลักษณะที่เปลี่ยนแปลง สามารถจะถ่ายทอดจากชั่วอายุหนึ่งได้ แบ่งออกเป็น 2 ระดับคือ 1.มิวเทชันระดับโครโมโซม(chromosome mutation)คือการกลายพันธุ์ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครโมโซม อาจจะเป็นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซมหรือการเปลี่ยนแปลงจำนวน โครโมโซม2. มิวเทชันระดับยีน(gene mutation หรือpoint mutation)คือการเปลี่ยนแปลงจากยีนหนึ่งไปเป็นอีกยีนหนึ่งซึ่งป็นผลจากการ เปลี่ยนแปลงนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลของดีเอ็นเอ

การเกิดมิวเทชัน
การเกิดการมิวเทชันแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิดคือ
1. มิวเทชันที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติ (spontaneous mutstion)อาจเกิดขึ้นเนื่องจากรังสี สารเคมี อุณหภูมิในธรรมชาติ ซึ่งสิ่งต่างๆเหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนตำแหน่งไฮโดรเจนอะตอมในโมเลกุลของ เบส(tautomeric shift)หรือการสูญเสียไฮโดรเจนอะตอมในโมเลกุลของเบส(ionization)ทำให้การจับ คู่ของเบสผิดไปจากเดิมมีผลทำให้เกิดการแทนที่คู่เบสแบบแทรนซิชันหรือทรา สเวอร์ชัน ทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนไป แต่อัตราการเกิดมิวเทชันชนิดนี้จะต่ำมากเช่น เกิดในอัตรา 10-6 หรือ10-52.การมิวเทชันที่เกิดจากการชักนำ(induced mutation)เป็นการกลายพันธุ์ที่เกิดจากมนุษย์ใช้สิ่งก่อกลายพันธุ์(mutagen)ชักนำให้เกิดขึ้นซึ่งสิ่งก่อกลายพันธุ์มีดังนี้ 2.1. สิ่งก่อกลายพันธุ์ทางกายภาพ(physical mutagen)ได้แก่ อุณหภูมิ รังสีต่างๆ รังสีสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้ ก.รังสีที่ก่อให้เกิดไอออน(ionizing radiation) รังสีประเภทนี้มีอำนาจในการทะลุทะลวงผ่านเนื้อเยื่อได้สูง ซึ่งมักจะทำให้เกิดการแตกหักของโครโมโซม ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมรังสีเหล่านี้ได้แก่ รังสีแอลฟา เบตา แกมมา นิวตรอนซ์ หรือรังสีเอ็กซ์ ข.รังสีที่ไม่ก่อให้เกิดไอออน(non ionizing radiation)รังสีประเภทนี้มีอำนาจในการทะลุทะลวงผ่านเนื้อเยื่อได้ต่ำมักจะทำให้เกิดไทมีนไดเมอร์ (thymine dimer) หรือไซโทซีนไดเมอร์(cytosine dymer) รังสีประเภทนี้ได้แก่รังสีอัลตราไวโอเลต(UV)
2.2 สิ่งก่อกลายพันธุ์ทางเคมี(chemical mutagen) ได้แก่สารเคมีต่างๆซึ่งมีหลายชนิดเช่น ก. สารเคมีที่มีสูตรโครงสร้างคล้ายคลึงกับเบสชนิดต่างๆของดีเอ็นเอ (base analogues) ซึ่งสามารถเข้าแทนที่เบสเหล่านั้นได้ระหว่างที่เกิดการจำลองโมเลกุลของดี เอ็นเอ ทำให้เกิดการแทนที่คู่เบสและรหัสพันธุกรรมที่เปลี่ยนแปลงไปสารเคมีเหล่านี้ ได้แก่5-โบรโมยูราซิล 2-อะมิโนพิวรีน5-โบรโมยูราซิล มีสูตรโครงสร้างคล้ายคลึงกับไทมีน เมื่อเกิดการจำลองโมเลกุลของดีเอ็นเอจะสามารถเข้าไปแทนที่ไทมีนได้ และสามารถเกิดtautomericหรือionizationได้ซึ่งเมื่อเกิดแล้วแทนที่จะจับคู่ กับอะดินีน จะไปจับคู่กับกัวนีน เมื่อมีการจำลองโมเลกุลต่อไปอีกจะทำให้เกิดการแทนที่คู่เบสขึ้นได้ ข. สารเคมีที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสูตรโครงสร้างของเบสซึ่งมีผลทำให้เกิด การแทนที่คู่เบสเช่นเดียวกัน ทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนแปลงไปสารเคมีเหล่านี้ได้แก่ กรดไนตรัส ไฮดรอกซิลลามีน ไนโตรเจนมัสตาด เอธิลมีเทนซัลโฟเนต กรดไนตรัส จะทำหน้าที่ดึงหมู่อะมิโนออกจากโมเลกุลของเบสอะดินีน ไซโทซีน และกัวนีนทำให้เบสอะดีนีนเปลี่ยนเป็นไฮโปแซนทีน ซึ่งสามารถจับคู่กับเบสไซโทซีนได้ เบสไซโทซีนเปลี่ยนเป็นยูราซิลซึ่งสามารถจับคู่กับเบสอะดีนีนได้และเบสกัวนีน เปลี่ยนเป็นแซนทีน ซึ่งสามารถจับคู่กับเบสไซโทซีนได้ดังนั้นเมื่อเกิดการจำลองโมเลกุลของดีเอ็น เอจะทำให้เกิดการแทนที่คู่เบสแบบแทรนซิชัน ค. สารเคมีที่ทำให้เกิดการเพิ่มและการขาดของนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลของ ดีเอ็นเอซึ่งมีผลทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่ยนแปลงไป สารเคมีเหล่านี้ได้แก่ สีย้อมเช่น อะคริดีน ออเรนจ์,โพรฟลาวีน โมเลกุลของอะคริดีน ออเรนจ์ หรือโพรฟาวีนสามารถเข้าไปแทรกอยู่ระหว่างนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลของดีเอ็นเอหรือทำให้โมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ที่ถูกแทรกโดย อะคริดีน ออเรนจ์ หรือโพรฟาวีนหลุดออกมา เมื่อมีการจำลองโมเลกุลของดีเอ็นเอ จะได้โมเลกุลของดีเอ็นเอที่มีการเพิ่มของนิวคลีโอไทด์และการขาดหายไปของนิ วคลีโอไทด์ ยีนที่เปลี่ยนแปลงไปนี้อาจจะกลายเป็นยีนเด่นหรือยีนด้อยก็ได้ หรืออาจทำให้เกิดการตายขึ้นได้(lethal gene

สรุปได้ว่า

สรุปได้ว่า
1. DNA มีโครงสร้างแตกต่างจาก RNA ดังนี้
ข้อเปรียบเทียบ
DNA
RNA
1. ชนิดของเบส
อะดีนีน กวานีน ไทมีน ไซโทซีน
อะดีนีน กวานีน ยูราซิล ไซโทซีน
2. น้ำตาล
ดีออกซีไรโบส
ไรโบส
3. โครงสร้าง
บิดเป็นเกลียว
ไม่บิดเป็นเกลียว
4. จำนวนพอลินิวคลีโอไทด์
2 สาย
1 สาย
2. การสังเคราะห์ mRNA จะต้องมี RNA polymerase ช่วย3. การสังเคราะห์ mRNA มีขั้นตอนที่สำคัญคือ DNA 2 สายคลายเกลียวออกจากกัน มีสายใดสายหนึ่งเป็นแม่พิมพ์ มีนิวคลีโอไทด์ที่มีเบสคู่กันเข้าไปจับเบสของสายแม่พิมพ์ โดยนิวคลีโอไทด์ที่มีเบสคู่กันจะเชื่อมต่อกันกันเป็นสายยาว4. RNA มี 3 ชนิด ได้แก่ mRNA rRNA และtRNA- mRNA นำรหัสการสร้างโปรตีนมายังไรโบโซมในไซโทพลาสซึม- rRNA เป็นส่วนประกอบของไรโบโซม- tRNA ทำหน้าที่นำกรดอะมิโนต่อกันเป็นสายยาวบนไรโบโซม5. ในการสังเคราะห์โปรตีนมี 2 ขั้นตอนดังนี้ 5.1 กระบวนการถอดรหัสหรือทรานสคริปชัน(transcription) เป็นกระบวนการที่ DNA ถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมให้ mRNA ซึ่งจะนำรหัสการสังเคราะห์โปรตีนไปยังไซโทพลาสซึม 5.2 กระบวนการแปลรหัสหรือ ทรานสเลชัน (translation) เป็นกระกระบวนการที่ tRNA นำกรดอะมิโนชนิดไกลซีน(Gly) มายังไรโบโซมตรงที่มีโคดอน GGU ของ mRNA เป็นต้น โยนำกรดอะมิโนมาเรียงต่อกันบนไรโบโซมตามรหัสพันธุกรรมของ mRNA

การสังเคราะห์ RNA

โครงสร้างและชนิดของ RNA
RNA มีโครงสร้างคล้าย DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เรียงต่อกันด้วยพันธะฟอสโพไดเอสเทอร์เป็นโพลีนิวคลี โอไทด์ แต่องค์ประกอบนิวคลีโอไทด์แตกต่างกันที่น้ำตาลและเบส โดย น้ำตาลของ RNA เป็นไรโบส ส่วนเบสใน RNA มียูราซิล (u) มาแทนไทมีน(T) RNA ในเซลล์มีปริมาณมากมาย มากกว่า DNA 5-10 เท่า หน้าที่หลักเกี่ยวข้องกับ กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน RNA ในเซลล์ส่วนใหญ่เป็นสายเดี่ยว (single standed) เนื่องจาก RNA ต้องมีโครงสร้างสามมิติที่ถูกต้องสำหรับทำหน้าที่ภายในเซลล์ดังนั้น RNA อาจจะเสียสภาพได้ด้วยความร้อน และpHสูงๆ เช่นเดียวกับ DNA แต่โครงสร้างส่วนที่เป็นเกลียวเป็นช่วงสั้นๆเท่านั้น จึงทำให้เสียสภาพได้ง่ายกว่า DNA
ชนิดของ RNAภายในเซลล์มี RNA 3 ชนิด ดังนี้1. เมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ หรือ เอ็มอาร์เอ็นเอ ( messenger RNA : mRNA) เป็นอาร์เอ็นเอที่ได้จากกระบวนการถอดรหัส ( transcription ) ของสายใดสายหนึ่งของดีเอ็นเอ ซึ่งจะทำหน้าที่เป็นรหัสพันธุกรรมที่ใช้ในการสังเคราะห์โปรตีน2. ทรานสเฟอร์อาร์เอ็นเอ หรือ ทีอาร์เอ็นเอ ( transfer RNA : tRNA) อาร์เอ็นเอชนิดนี้ผลิตจากดีเอ็นเอเช่นเดียวกัน ทำหน้าที่ในการนำกรดอะมิโนต่างๆ ไปยังไรโบโซม ซึ่งเป็นแหล่งที่มีการสังเคราะห์โปรตีน ในไซโทพลาซึม3. ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ หรือ อาร์อาร์เอ็นเอ (ribosomal RNA : rRNA ) อาร์เอ็นเอชนิดนี้ผลิตจากดีเอ็นเอโดยกระบวนการถอดรหัสเช่นเดียวกัน แต่ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบของไรโบโซมโดยอาร์เอ็นเอรวมกับโปรตีนกลายเป็น หน่วยของไรโบโซม

การสังเคราะห์ RNA
การสังเคราะห์ RNA จำเป็นต้องอาศัย DNA สายหนึ่งเป็นต้นแบบ ซึ่งมีขั้นตอนดังนี้1. พอลินิวคลีโอไทด์สองสายของดีเอ็นเอคลายเกลียวแยกจากกันบริเวณที่จะมีการสังเคราะห์ RNA2. นำนิวคลีโอไทด์ของ RNA เข้าจับกับเบสของ DNA แต่ใน RNA ไม่มีไทมีน(T)มียูราซิล (U) แทน3. การสังเคราะห์ RNA เริ่มจากปลาย 3’ไปยังปลาย 5’ของ DNA โมเลกุลของ RNA จึงเริ่มจากปลาย 5’ ไปยังปลาย 3’ 4. นิวคลีโอไทด์ของ RNA เชื่อมต่อกันโดยอาศัย เอนไซม์ ชื่อ อาร์เอ็นเอพอลิเมอเรส( RNA polymerase)ขั้นตอนการสังเคราะห์ RNA โดยมี DNA เป็นแม่พิมพ์นี้ เรียกว่า ทรานสคริปชัน(transcription)

สรุปเนื้อหา DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมได้อย่างไร

สรุปเนื้อหา DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมได้อย่างไร
จากการสืบค้นรวบข้อมูล อภิปรายอธิบายและวิเคราะห์เกี่ยวกับโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ครวสรุปได้ว่า
1. DNA มีความสัมพันธ์กับลักษณะทางพันธุกรรม2. การเปลี่ยนแปลงของ DNA ทำให้การสังเคราะห์โปรตีนฮีโมโกลบิลผิดปกติ คือกรดอะมิโนในพอลิเพปไทด์สารบีต้าสายหนึ่งขอฮีโมโกลบินต่างไปจากปกติ เม็ดเลือดแดงจึงมีลักษณะเป็นรูปเคียว นำออกซิเจนได้น้อยลง เกิดเป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ แสดงว่าการเรียงลำดับกรดอะมิโนแม้ผิดพลาดเพียงเล็กน้อยทำให้ลักษณะทางพันธุกรรมเปลี่ยนไปด้วย แสดงว่า DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต3. DNA กับการสังเคราะห์โปรตีน

โปรตีนเป็นส่วนประกอบส่วนใดของร่างกายของสิ่งมีชีวิต

- โปรตีนเป็นส่วนประกอบส่วนใดของร่างกายของสิ่งมีชีวิต- โปรตีนเกี่ยวข้องกับกระบวนการเมแทบอลิซึมในร่างกายอย่างไร- ลำดับเบสของ DNA เกี่ยวข้องกับการแสดงลักษณะทางพันธุกรรมอย่างไร
สาร ในร่างกายของสิ่งมีชีวิตประกอบไปด้วยโปรตีนมากมายอาทิเช่น ฮีโมโกลบินในเลือด กล้ามเนื้อลายมีแอกทินและไมโอซินเป็นโปรตีน เอนไซม์ในร่างกายทุกชนิดเป็นโปรตีนและเอนไซม์ช่วยทำให้เกิดปฏิกิริยาต่างๆ เช่นปฏิกิริยาการสังเคราะห์สาร การสลายสาร เป็นต้นจึงสรุปได้ว่าส่วนหนึ่งของการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตต้องอาศัยโปรตีนตัวอย่างดังกล่าวพบว่าโปรตีนเป็นส่วนประกอบของร่างกายของสิ่งมีชีวิตและเกี่ยวข้องกับกระบวนการเมแทบอลิซึมในร่างกายจากการศึกษาโครงสร้างของ DNA ที่ผ่านมาพบว่าโครงสร้างของ DNA ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์สองสายที่มีความยาวนับเป็นพันเป็นหมื่นคู่เบส การเรียงลำดับคู่เบสมีความแตกต่างกันหลายแบบ ทำให้ DNA แต่ละโมเลกุลแตกต่างกันที่ลำดับและจำนวนของคู่เบสทั้งที่มีเบสเพียง 4 ชนิด คือ เบสA เบส T เบส C และ เบส G จึงเป็นไปได้ว่าความแตกต่างกันทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตอยู่ที่ลำดับและ จำนวนของเบสใน DNA หลักฐานที่ DNA เกี่ยวข้องกับการแสดงลักษณะทางพันธุกรรมในพ.ศ.2500 วี เอ็ม อินแกรม (V.M.Ingram) ได้ทำการทดลองเปรียบเทียบฮีโมโกลบินของคนปกติกับคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิด ซิกเคิลเซลล์ ซึ่งเป็นโรคที่ถ่ายทอดโดยยีนด้อยตามกฎของเมนเดลเขาพบว่า ฮีโมโกลบินของคนที่มีเซลล์เม็ดเลือดแดงปกติจะแตกต่าง จากฮีโมโกลบินของคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ โดยการเรียงตัวของกรดอะมีโนต่างกัน 1 ตัว กล่าวคือกรดอะมีโนลำดับที่6 ของสายพอลิเพปไทด์สายบีตาของคนปกติเป็นกรดกลูตามิก(Glutamic acid) แต่คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิซิกเคิลเซลล์เป็นกรดอะมิโนชนิดวาลีน(Valine) โดยที่กรดอะมีโนตัวอื่นๆเหมือนกันหมดดังนี้
กรดอะมีโน 1 คนปกติจะเป็น วาลีน คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็น วาลีนกรดอะมีโน 2 คนปกติจะเป็น ฮีสทีดีน คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็น ฮีสทีดีนกรดอะมีโน 3 คนปกติจะเป็น ลิวซีน คนที่เป็นดรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็น ลิวซีนกรดอะมีโน 4 คนปกติจะเป็น ทรีโอนีน คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็นทรีโอนีนกรดอะมีโน 5 คนปกติจะเป็น โพรลีน คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็น โพรลีนกรดอะมีโน 6 คนปกติจะเป็น กรดกลูตามิก คนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์จะเป็นวาลีนแม้จะมีความผิดพลาดเพียงเล็กน้อยในการเรียงลำดับกรดอะมีโน ในสายพอลิเพปไทด์ก็สามารถทำให้เกิดโรคทางพันธุกรรมได้ ความผิดที่เกิดจากการเรียงลำดับกรดอะมิโน เป็นหลักฐานว่า DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม

สรุปเนื้อหา การสังเคราะห์ DNA

สรุปเนื้อหา การสังเคราะห์ DNA
จากการสืบค้นข้อมูลของนักเรียนสามารถสรุปได้ว่า
1. การสังเคราะห์ DNA จำเป็นจะต้องมีเอนไซม์ DNA พอลิเมอเรส ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมนิวคลีโอไทด์ให้เป็นสายพอลินิวคลีโอไทด์ มีนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด คือ นิวคลีโอไทด์ที่มีเบส A T CG และมี DNA ที่ใช้เป็นสายแม่พิมพ์2. ขั้นตอนการสังเคราะห์ DNA 2.1. พอลินิวคลีโอไทด์สองสายของDNA เกลียวคู่คลายเกลียวแยกออกจากกัน DNA แม่พิมพ์ 2 สายที่แยกออกจากกันมีทิศทางจากปลาย 5/ ไป สวน 3/ ทางกัน 2.2. พอลินิวคลีโอไทด์แต่ละสายที่เป็นแม่พิมพ์ที่มีปลาย 3/ ไป 5/ จะสร้างพอลินิวคลีโอไทด์ สายใหม่จากทิศทาง 5/ ไป 3/ อย่างต่อเนื่องเป็นสายยาวพอลินิวคลีโอไทด์ สายใหม่นี้เรียกว่า ลีดดิงสแตรนด์ 2.3. การสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ สายใหม่จะมี DNA พอลิเมอเรสทำหน้าที่เชื่อมนิวคลีโอไทด์ให้เป็นสายยาว 2.4. นิวคลีโอไทด์ สายที่เป็นแม่พิมพ์อีกสายหนึ่งมีทิศทางจาก 5/ ไป 3/ ไม่สามารถสร้างสาย นิวคลีโอไทด์ จากทิศทาง 3/ ไป 5/ การสร้าง DNA สายใหม่จึงสร้างเป็นสายสั้นๆ จากทิศทาง 5/ ไป 3/ และจะมีเอนไซม์ไลเกสเชื่อมนิวคลีโอไทด์ สายใหม่ที่เป็นสายสั้นๆ เข้าด้วยกันเป็นสายยาวพอลินิวคลีโอไทด์ สายใหม่สั้นๆ ที่สร้างในลักษณะนี้เรียกว่า แลกกิงสแตรนด์

การจำลองตัวเองของ DNA

การจำลองตัวเองของ DNA ตามสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์มีดังนี้1. แบบกึ่งอนุรักษ์ (semiconservative replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA แล้ว DNA แต่ละโมเลกุลมีพอลินิวคลีโอไทด์ สายเดิมและสายใหม่ ซึ่งเป็นแบบจำลองของวอตสันและคลิก2 แบบอนุรักษ์ (conservative replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA แล้ว พอลินิวคลีโอไทด์ทั้งสองสายไม่แยกจากกันยังเป็นสายเดิม จะได้ DNA โมเลกุลใหม่ที่มีสายของโมเลกุลพอลินิวคลีโอไทด์สายใหม่ทั้งสองสาย3. แบบกระจัดกระจาย (dispersive replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA จะได้ DNA ที่เป็นของเดิมและของใหม่ปะปนกันไม่เป็นระเบียบ

การจำลองตัวเองของ DNA

การจำลองตัวเองของ DNA (DNA REPLICATION) DNA สามารถเพิ่มจำนวนได้โดยการจำลองตัวเอง (self replication) ซึ่งเป็นคุณสมบัติพิเศษที่สำคัญมากในการทำหน้าที่ถ่ายลักษณะทางพันธุกรรมจากสิ่งมีชีวิตรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่ง การจำลองตัวของดีเอ็นเอเริ่มจากการคลายเกลียวออกจากกันแล้วใช้สายพอลินิวคลีโอไทด์สายใดสายหนึ่งใน 2 สายเป็นแม่พิมพ์ (template) ในการสร้างสายใหม่ขึ้นมา ซึ่งสุดท้ายดีเอ็นเอที่จำลองใหม่จะประกอบด้วยสายพอลินิวคลีโอไทด์สายเดิมและสายใหม่ นอกจากนี้ ดีเอ็นเอ ยังทำหน้าที่เป็นแม่แบบของการสร้างสายอาร์เอ็นเอ ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ซึ่งกระบวนการต่างๆ เหล่านี้จำเป็นต้องอาศัยเอนไซม์จำเพาะหลายชนิดในการควบคุมปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เช่น ดีเอ็นเอโพลิเมอเรส (DNA polymerase) อาร์เอ็นเอโพลิเมอเรส (RNA polymerase) เฮลิเคส (helicase) ไลเกส (ligase) เป็นต้น

1.การสังเคราะห์ DNA

1.การสังเคราะห์ DNA

1.การสังเคราะห์ DNA วอตสันและคริกค้นพบโครงสร้างทางเคมีของ DNA ขั้นตอนต่อไปก็คือ การพิสูจน์และตรวจสอบว่าโครงสร้างของ DNA นี้ มีสมบัติเพียงพอที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้หรือไม่ ซึ่งการที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้นั้นย่อมต้องมีสมบัติสำคัญ คือ ประการแรก ต้องสามารถเพิ่มจำนวนตัวเองได้โดยมีลักษณะเหมือนเดิมเพื่อให้สามารถถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากรุ่นพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกได้ ประการที่สอง สามารถควบคุมให้เซลล์สังเคราะห์สารต่างๆเพื่อแสดงลักษณะทางพันธุกรรมให้ปรากฏ ประการที่สาม ต้อง สามารถเปลี่ยนแปลงได้บ้าง ซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอาจก่อให้เกิดลักษณะพันธุกรรมที่ผิดแปลกไปจาก เดิมและเป็นช่องทางให้เกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ๆขึ้น หลังจากวอตสันและคริกได้เสนอโครงสร้างของ DNA แล้วในระยะเวลาเกือบ 10 ปี ต่อมา จึงสามารถพิสูจน์ได้ว่า DNA มีสมบัติเป็นสารทางพันธุกรรม วอตสันและคริกจึงได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานการค้นพบโครงสร้าง DNA ในปี พ.ศ. 2505 นับว่าเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญยิ่งทางด้านวิทยาศาสตร์ และเป็นจุดเริ่มต้นให้กับนักวิทยาศาสตร์ที่จะค้นคว้าในระดับโมเลกุลต่อไป
วอตสันและคริกได้เสนอโครงสร้างของ DNA ว่าเป็น พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายพันกันบิดเป็นเกลียว ดังโครงสร้างของ DNA ตามแบบจำลองนี้ได้นำไปสู่กลไกพื้นฐานของการสังเคราะห์ DNA หรือการจำลองตัวเองของ DNA โดยนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้พยากรณ์กลไกจำลอง DNA ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร ในปี พ.ศ. 2496 วอตสันและคริกได้พิมพ์บทความพยากรณ์การจำลองตัวของ DNA ไว้ว่า ในการจำลองตัวของ DNA พอ ลินิวครีโอไทด์ 2 สาย แยกออกจากกันเหมือนการรูดซิบโดยการสลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบส A กับ T และเบส C กับ G ที่ละคู่ พอลินิวคลีโอไทด์แต่ละสายทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์สำหรับการสร้างสายใหม่ มีการนำนิวคลีโอไทด์อิสระที่อยู่ในเซลล์เข้ามาจับกับ พอลินิวคลีโอไทด์สายเดิม โดยเบส A จับกับ T และเบส C จับกับ G หมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์ อิสระจะจับกับน้ำตาลออสซีไรโบสของ DNA โดยวิธีนี้เรียกว่า DNA เรพลิเคชั่น ( DNA replication ) ทำให้มีการเพิ่มโมเลกุลของ DNA จาก 1 โมเลกุลเป็น 2 โมเลกุล DNA แต่ ละโมเลกุลมีพลลินิวคลีโอไทด์ สายเดิม 1 สาย และสายใหม่ 1 สาย จึงเรียกการจำลองลักษณะว่า เป็นแบบกึ่งอนุรักษ์ ( semiconservatiae ) ดังภาพ

ยีนและโครโมโซม

ยีนและโครโมโซม

เรื่องการถ่ายทอดยีนและโครโมโซม

ใน การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจะมีหน่วยควบคุมลักษณะ ( genetic unit) ควบคุม สิ่งมีชีวิต ให้มีรูปร่าง และลักษณะเป็นไปตามเผ่าพันธุ์ของพ่อแม่ เรียกว่า ยีน ดังนั้นยีนจึงทำหน้าที่ ควบคุมการถ่ายทอดลักษณะต่างๆ จากบรรพบุรุษไปสู่รุ่นหลาน ลักษณะต่างๆ ที่ถ่ายทอดไปนั้นพบว่าบางลักษณะไม่ปรากฎในรุ่นลูกแต่อาจจะปรากฎใน รุ่นหลานหรือเหลนก็ได้จึงมีผลทำให้เกิดความแตกต่างกันของลักษณะทางพันธุกรรม จนมีผลทำให้สิ่งมีชีวิตเกิดความ หลากหลาย แต่การสะสมลักษณะทางพันธุกรรมจำนวนมากทำให้เกิดสปีชีส์ต่างๆ และสามารถดำรงเผ่าพันธุ์ไว้ได้จนถึงปัจจุบัน สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่แต่ละชนิดประกอบขึ้นด้วยเพศที่แตกต่างกัน คือ เพศผู้และเพศเมีย ลูกที่เกิดขึ้น จะพัฒนามาจากเซลล์เพศผู้ คือ สเปิร์ม(Sperm) และเซลล์เพศเมีย คือ เซลล์ไข่ (Egg) มารวมตัวกัน เป็นไซโกต Zygote โดยกระบวนการสืบพันธุ์ ดังนั้น ยีนจากพ่อและแม่น่าจะมี การถ่ายสู่ลูกด้วยกระบวนการดังกล่าว ต่อมาเมื่อมีการค้นพบสีย้อมนิวเคลียส ในปี พ.ศ. 2423 จึงพบว่าในนิวเคลียสมีโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นเส้น เรียกว่า โครโมโซม สีย้อมดังกล่าวทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตาม การเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมขณะที่มีการแบ่งเซลล์ และทำให้รู้จัก การแบ่งเซลล์ใน 2 ลักษณะ คือ การแบ่งเซลล์แบบ ไมโทซิส (Mitosis) ซึ่งพบว่ากระบวนการนี้เซลล์ลูกที่เกิดขึ้นจะมีโครโมโซมเหมือนกันทั้งหมด ดังภาพที่1.1 และการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (Meiosis) ที่มีผลทำให้เซลล์ลูกที่เกิดขึ้นจะมีจำนวนโครโมโซมเป็นครึ่งหนึ่งของเซลล์ เริ่มต้น (haploid cell) ดังภาพที่ 1.2







ศึกษาประจักษ์พยานที่แสดงว่ายีนอยู่บนโครโมโซม
สมมติฐานของวอลเตอร์ เอส ซัตตัน (Walter S. Sutton )
ใน ระหว่างปี ค.ศ. 1902-1903 หลังจากที่ผลงานของเมนเดล ได้รับความสนใจจากนักชีววิทยาไม่มากนัก วอลเตอร์ เอส ซัตตัน (Walter S. Sutton ) นักชีววิทยาชาวอเมริกันทำการศึกษาค้นคว้าเกี่ยวกับพฤติกรรมของโครโมโซม วอลเตอร์ ซัตตัน(Walter Sutton) เสนอ ทฤษฎีโครโมโซม ในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม (chromosome theory of inheritance) โดยเสนอว่า สิ่งที่เรียกว่าแฟกเตอร์จากข้อเสนอของเมนเดลซึ่งต่อมาเรียกว่า ยีน นั้นน่าจะอยู่บนโครโมโซม เพราะมีเหตุการณ์หลายอย่างที่ยีนและโครโซม มีความสอดคล้องกันกัน ดังนี้ 1. ยีนมี 2 ชุด และโครโมโซมก็มี 2 ชุด 2. ยีนและโครโมโซมสามารถถ่ายทอดไปสู่รุ่นลูกหลาน 3. ขณะที่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส โครโมโซมมีการเข้าคู่กัน และต่างแยกจากกันไปยังเซลล์ลูกที เกิดขึ้นคนละเซลล์ ซึ่งลักษณะเดียวกันนี้ก็เกิดขึ้นได้กับยีนโดยมีการแยกตัวของแอลลีลทั้งสองไปยังเซลล์สืบพันธุ์ 4. การแยกตัวของโครโมโซมที่เป็นคู่กันไปยังขั้วเซลล์ขณะที่มีการแบ่งเซลล์ แต่ละคู่นั้นดำเนินไปอย่างอิสระเช่นเดียวกันกับการแยกตัวของแอลลีลไปยังเซลล์สืบพันธุ์ 5. ขณะเกิดการสืบพันธุ์ การรวมตัวกันของเซลล์ไข่และสเปิร์มเกิดเป็นไซโกตเป็นไปอย่างสุ่ม ทำให้การรวมตัวกันระหว่างชุดโครโมโซมจากเซลล์ไข่และสเปิร์มเป็นไปอย่าง สุ่มด้วย ซึ่งเหมือนกับการที่ชุดของแอลลีลในเซลล์สืบพันธุ์ของแม่เมื่อมการสืบพันธุ์ก็เป็นไป อย่างสุ่มเช่นกัน 6. ทุกเซลล์ที่พัฒนามาจากไซโกตจะมีโครโมโซมครึ่งหนึ่งจากแม่และอีกครึ่งหนึ่งจากพ่อ ส่วนยีนครึ่งหนึ่ง ก็มาจากแม่และอีกครึ่งหนึ่งก็มาจากพ่อเช่นกันทำให้ลูกที่เกิดมาจึงมีลักษณะแปรผันไปจากพ่อและแม่




สรุปเนื้อหายีนและโครโมโซม

ข้อสรุป จากประเด็นคำถาม “ยีนจากพ่อแม่สามารถถ่ายทอดไปยังลูกได้อย่างไร”
ผลการสืบค้นข้อมูลสรุปได้ว่า
ยีนเป็นหน่วยควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมจากพ่อแม่ไปยังลูกได้โดยผ่านทางโครโมโซมในเซลล์สืบพันธ์ของพ่อแม่จากการติดตามการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมขณะที่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสและไมโอซิสจะเห็นโครโมโซมชัดเจนมากในระยะเมทาเฟสและเซลล์ลูกที่ได้จากการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสจะมีจำนวนโครโมโซมเท่ากับเซลล์ตั้งต้น ส่วนเซลล์ลูกที่ได้จากการการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส มีจำนวนโครโมโซม ลดลงเป็นครึ่งหนึ่งของเซลล์ตั้งต้น เซลล์นี้จะเป็นเซลล์สืบพันธุ์

เรื่องการค้นพบสารพันธุกรรม

สาร พันธุกรรมคือ สารชีวโมเลกุล (Biomolecules) ที่ทำหน้าที่เก็บข้อมูลรหัสสำหรับการทำงานของของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ เอาไว้ และเมื่อสิ่งมีชีวิตมีการสืบพันธุ์ เช่น เซลล์มีการแบ่งเซลล์ ก็จะมีการแบ่งสารพันธุกรรมนี้ไปยังเซลล์ที่แบ่งไปแล้วด้วย โดยยังคงมีข้อมูลครบถ้วน
สาร ชีวโมเลกุลที่ทำหน้าที่เป็นสารพันธุกรรมในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตชั้นสูง ซึ่งพบได้จาก นิวเคลียสของเซลล์ เรียกรวมว่า กรดนิวคลีอิค (Nucleic acids) โดยคุณสมบัติทางเคมีแบ่ง กรดนิวคลีอิคลงได้เป็นสองชนิดย่อย คือ อาร์เอ็นเอ (RNA – Ribonucleic acid) และ ดีเอ็นเอ (DNA – Deoxyribonucleic acid) สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีสารพันธุกรรมเป็น ดีเอ็นเอ, ยกเว้น ไวรัสบางชนิดเป็น อาร์เอ็นเอ (ไวรัสส่วนมาก มีสารพันธุกรรมเป็น ดีเอ็นเอ)
มีนักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้ศึกษาเรื่องสารพันธุกรรมไว้ดังนี้
ปี พ.ศ. 2412 เอฟ มิเชอร์ (F. Miescher) นักชีวเคมีชาวสวีเดนได้ศึกษาส่วนประกอบในนิวเคลียสของเซลล์เม็ด เลือดขาวที่ติดมากับผ้าพันแผล โดยนำมาย่อยเอาโปรตีนออกด้วยเอนไซม์เพปซิน พบว่าเอนไซม์นี้ไม่สามารถย่อยสลายสารชนิดหนึ่งที่อยู่ภายในนิวเ คลียสได้ เมื่อนำสารนี้มาวิเคราะห์ทางเคมีก็พบว่า มีธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ จึงเรียกสารที่สกัดได้จากนิวเคลียสว่า นิวคลีอิน (nuclein) ต่อมาอีก 20 ปี ได้มีการปลี่ยนชื่อใหม่ว่า กรดนิวคลีอิก เนื่องจากมีผู้ค้นพบว่าสารนี้มีสมบัติเป็นกรด เมื่อมีการพัฒนาสีฟุคซิน (fuchsin) ในปี พ.ศ. 2457 โดย อาร์ ฟอยล์แกน (R. Feulgen) นักเคมีชาวเยอรมัน ซึ่งสีย้อมนี้ย้อมติด DNA ให้สีแดง และเมื่อนำไปย้อมเซลล์ พบว่า ติดที่นิวเคลียสและรวมตัวหนาแน่นที่โครโมโซม จึงสรุปว่า DNA อยู่ที่โครโมโซม จะเป็นไปได้หรือไม่ว่า DNA เป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ถ้า DNA เป็นสารพันธุกรรม DNA จะต้องควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมได้ ดังนั้น โครโมโซม นอกจากจะมีโปรตีนแล้วยังมี DNA อีกด้วย ปี พ.ศ.2471 เอฟ กริฟฟิท ( F. Griffth ) แพทย์ชาวอังกฤษพบปรากฏการณ์ กระบวนการแปลงพันธุ์ (Transformation) ได้ทำการพิสูจน์สารพันธุกรรม เพื่อสนับสนุนว่า DNAเป็นสารพันธุกรรม โดยทำการทดลองเกี่ยวกับเชื้อ ทำการทดลองโดยฉีดแบคทีเรีย (Streptococcus pneumoniae) ที่ทำให้เกิด โรคปอดบวมเข้าไปในหนู แบคทีเรียที่ฉีดเข้าไปนี้มี 2 สายพันธุ์ คือ สายพันธุ์ที่มีผิวหยาบ เพราะไม่มีสารห่อหุ้มเซลล์หรือ แคปซูล(capsule) ไม่ทำให้เกิดโรคปอดบวม เรียกว่าสายพันธุ์ R (rough) ส่วนสายพันธุ์ที่มีผิวเรียบ มีสารห่อหุ้มเซลล์ทำให้เกิดโรคปอดบวมรุนแรงถึงตาย เรียกว่าสายพันธุ์ S (smooth) ตามการทดลองดังภาพ 2.1






กริฟฟิทนำแบคทีเรียสายพันธุ์ R ฉีดให้หนู พบว่าหนูไม่ตาย ดังภาพที่ 2.1 ก. ต่อมานำแบคทีเรียสายพันธุ์ S ฉีดให้หนูพบว่าหนูตาย ดังภาพที่ 2.1 ข. เมื่อนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อน แล้วฉีดให้หนูพบว่าหนูไม่ตาย ดังภาพที่ 2.1 คแต่เมื่อนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อนผสมกับสายพันธุ์ R ที่มีชีวิต ทิ้งไว้ระยะหนึ่งแล้วฉีดให้หนูพบว่าหนูตาย เมื่อตรวจเลือดหนูที่ตาย ปรากฏว่ามีแบคทีเรียสายพันธุ์ S ปนอยู่กับสายพันธุ์ R ดังภาพที่ 2.1 ง กริ ฟฟิทสรุปว่ามีสารบางชนิดจากเชื้อแบบ S ที่ตายแล้วเคลื่อนย้ายเข้าไปในเซลล์ R ที่มีชีวิต ทำให้เซลล์ R แปรสภาพ (transform) ไปเป็นเซลล์แบบ S จึงทำให้หนูตาย สารที่ทำให้เซลล์ R แปรสภาพเคลื่อนย้ายเข้าไปอยู่ในเซลล์ R อย่างถาวร และการถ่ายทอดต่อไปยังเซลล์รุ่นถัดไปด้วย เพราะเซลล์แบบ S ที่แยกได้จากเลือดของหนูที่ตาย เมื่อนำมาเลี้ยงต่อไปเซลล์ที่ได้ยังคงมีสภาพเป็น S ตลอด จากการทดลองดังกล่าวกริฟฟิตเชื่อว่าสารที่มาให้เซลล์แปรสภาพคือสารพันธุกรรม เพราะสามารถคงอยู่ในเซลล์และถ่ายทอดต่อไปยังเซลล์รุ่นต่อไปได้ แต่ยังไม่ทราบว่าเป็นสารอะไร จึงเรียกว่า ทรานสฟอร์มิง แฟคเตอร์ การ สืบค้นและพิสูจน์ว่าทรานสฟอร์มิง แฟคเตอร์คือสารชนิดใดใช้เวลานานถึง 16 ปี ในปี ค.ศ. 1944 โอ ที เอ เวอรี (O.T. Avery) เอ็ม แมคคาร์ที (M. McCarty) และ ซี แมกลอยด์ (C. MacLeod) ได้พยายามแยกสารที่ทำให้เซลล์ R แปรสภาพเป็นเซลล์ S จนได้สารค่อนข้างบริสุทธิ์และคาดว่าดีเอ็นเอ และได้พิสูจน์ยืนยันโดยใช้สารดังกล่าวในสภาวะต่างๆมาใส่รวมกับเซลล์ R ที่มีชีวิต ตรวจสอบว่าในสภาวะใดที่เซลล์ R แปรสภาพเป็นเซลล์ S เมื่อนำมาเลี้ยงบนอาหารแข็งโดยไม่ต้องฉีดเข้าไปในหนู
เซลล์ R ที่มีชีวิต + สารจากเซลล์ S ที่ผ่านการฆ่าด้วยความร้อน เซลล์ R แปรสภาพเป็น Sเซลล์ R ที่มีชีวิต + สารสกัดบริสุทธิ์จากเซลล์ S เซลล์ R แปรสภาพเป็น Sเซลล์ R ที่มีชีวิต + สารสกัดบริสุทธิ์จากเซลล์ S + เอนไซม์ย่อยโปรตีน เซลล์ R แปรสภาพเป็น Sเซลล์ R ที่มีชีวิต + สารสกัดบริสุทธิ์จากเซลล์ S + เอนไซม์ย่อยอาร์เอ็นเอ เซลล์ Rแปรสภาพเป็น Sเซลล์ R ที่มีชีวิต + สารสกัดบริสุทธิ์จากเซลล์ S + เอนไซม์ย่อยดีเอ็นเอ เซลล์ R แปรสภาพเป็น S
นอก จากนี้ยังมีการทดลองอื่นๆ ที่ยืนยันตรงกันว่า DNA เป็นสารพันธุกรรม ต่อมาได้มีการค้นพบว่า DNA เป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทั่วไปทั้ง คน สัตว์ พืช โพทิสต์ แบคทีเรีย ไวรัส และยังพบว่า RNA เป็นสารพันธุกรรมในไวรัสบางชนิด เช่น ไวรัสที่ทำให้เกิดโรคใบด่างในใบยาสูบ ไวรัสที่เป็นสาเหตุของโรคโปลิโอ เอดส์ ซาร์ส ไข้หวัดนก และโรคมะเร็งบางชนิด เป็นต้นดังนั้นจึงถือได้ว่าผลการทดลองของกริฟฟิท แอเวอรี่และคณะ เป็นจุดเริ่มต้นที่นำไปสู่ข้อสรุปที่สำคัญเป็นอย่างมากก็คือ ยีนหรือสารพันธุกรรมซึ่งทำหน้าที่ถ่ายทอดลักษณะของสิ่งมีชีวิตไปสู่รุ่นต่อๆ ไปนั้น เป็นสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่มีชื่อว่า DNA นั่นเอง และจากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ในระยะต่อมาพบว่า DNA มีส่วนที่ควบคุม ลักษณะทางพันธุกรรมและส่วนที่ไม่ได้ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม DNA ส่วนที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม เรียกว่า ยีน ดังนั้นหน่วยพันธุกรรมที่เมนเดลเรียกว่าแฟกเตอร์ ก็คือยีนซึ่งอยู่ที่โครโมโซมนั้นเอง

สรุปเนื้อหา เรื่องการค้นพบสารพันธุกรรม

จากประเด็นคำถามที่ว่า “ยีน DNA โครโมโซมและลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตมีความเกี่ยวข้องกันการค้นพบ DNAอย่างไร” และจากการสืบค้นข้อมูลขอนักเรียน ควรสรุปได้ว่า
เอฟ มิเชอร์ ( F.Miescher ) พบสารชนิดหนึ่งที่มีองค์ประกอบของธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ได้เรียกสารชนิดนี้ว่า นิวคลีอิน ( nuclein)
วอลเตอร์ ซัตตัน ( Wallter Sutton ) เป็นบุคคลแรกที่เสนอ ทฤษฎีโครโมโซมในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม
อา ร์ ฟอยล์แกน ( R. Feulgen ได้พัฒนาสีฟุคซิน (Fuchsin) สามารถย้อมติด DNA ให้สีแดง เมื่อนำไปย้อมเซลล์ พบว่าติดที่นิวเคลียสและรวมตัวหนาแน่นที่โครโมโซม จึงสรุปได้ว่า DNA อยู่ที่โครโมโซม
เอฟ กริฟฟิท ( F. Griffith) ทดลองฉีดแบคทีเรีย (Streptococcus pneumonia) ที่ทำให้เกิดโรคปอดบวมเข้าไปในหนู พบว่ามีสารบางอย่าง ที่ทำให้แบคทีเรียเปลี่ยนแปลงสายพันธุ์
นัก วิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน 3 คน คือ โอ ที แอเวอรี่ ( O.T Avery) ซี แมคลอยด์ (C. MacLeod) และ เอ็ม แมคคาร์ที ( M. McCarty) ทำการทดลองต่อจากกริฟฟิท จนสรุปได้ กรดนิวคลีอิกชนิด DNA เป็นสารพันธุกรรม
เจ ดี วอตสัน ( J.D. Watson) นักชีวเคมีชาวอเมริกัน และ เอฟ คริก( F. Crick) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ได้เสนอแบบจำลองโครงสร้างโมเลกุลของ DNA ที่สมบูรณ์ที่สุด และทั้งคู่ได้พิมพ์บทความพยากรณ์การจำลองตัวเองของ DNA โดยวิธีDNA เรพลิเคชัน ( DNA replication)และต่อมาปี 2505 ได้รับรางวัล โนเบล โดย พิสูจน์ได้ว่า DNA มีสมบัติเป็นสารพันธุกรรม

เรื่องโครโมโซม

สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยหน่วยพื้นฐานที่สำคัญ ก็คือ เซลล์ เซลล์มีส่วนประกอบที่สำคัญได้แก่ 1. เยื่อหุ้มเซลล์ 2. ไซโตพลาสซึม 3. นิวเคลียส ภายในนิวเคลียสจะมีองค์ประกอบที่สำคัญชนิดหนึ่งที่ทำหน้าที่ควบคุมลักษณะของ สิ่งมีชีวิต เรียกว่า โครโมโซม โครโมโซมมีองคประกอบเป็นสารเคมีประเภทโปรตีน และกรดนิวคลีอิก ขณะแบ่งเซลล์โครโมโซมจะมีรูปร่างเปลี่ยนแปลงไป มีชื่อเรียกตามรูปร่างลักษณะที่เปลี่ยน
ลักษณะของโครโมโซม






ใน ภาวะปกติเมื่อมองผ่านกล้องจุลทรรศน์จะเห็นโครโมโซมมีลักษคล้ายเส้นด้ายบางๆ เรียกว่า “โครมาติน (chromatin)” ขดตัวอยู่ในนิวเคลียส เมื่อเซลล์เริ่มแบ่งตัว เส้นโครมาตินจะหดตัวสั้นเข้ามีลักษณะเป็นแท่ง จึงเรียกว่า “โครโมโซม” แต่ละโครโมโซมประกอบด้วยแขนสองข้างที่เรียกว่า “โครมาทิด (chomatid)” ซึ่งแขนทั้งสองข้างจะมีจุดเชื่อมกัน เรียกว่า “เซนโทรเมียร์( centromere) โครโมโซมเป็นโครงสร้างที่อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ ในขณะที่เซลล์ไม่แบ่งตัว โครโมโซมจะยืดยาวออกคล้ายๆ เส้นใยเล็กๆ สานกันอยู่ในนิวเคลียส เมื่อมีการแบ่งเซลล์จะมีการแบ่งโครโมโซม โดยโครโมโซมจะจำลองตัวเองขึ้นมา เป็นเส้นคู่ที่เหมือนกันทุกประการ แล้วค่อยๆ ขดตัวสั้นเข้า โครโมโซมก็จะโตมาก การศึกษาโครโมโซมจึงต้องศึกษา ในระยะแบ่งเซลล์ ถ้ามีเทคนิคในการเตรียมที่ดี ก็จะสามารถมองเห็นรูปร่างลักษณะของโครโมโซมจาก กล้องจุลทรรศน์ และอาจนับจำนวนโครโมโซมได้ โครโมโซม เป็นโครงสร้างที่อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ ในขณะที่เซลล์ไม่แบ่งตัวหรืออยู่ในระยะอินเตอร์เฟต (interphase)เราจะไม่เห็นโครโมโซมเนื่องจากโครโมโซม อยู่ในลักษณะเป็นเส้นใยเล็กๆสานกันอยู่ในนิวเคลียสเส้นใยนี้เรียกว่า โครมาทิน (Chromatin) แต่เมื่อเซลล์จะแบ่งตัวโครมาตินแต่ละเส้นจะแบ่งจาก1 เป็น 2 เส้น แล้วขดตัวสั้นเข้าและหนาขึ้นจนมองเห็น เป็นแท่งในระยะโพรเฟส และ เมทาเฟต และเรียกชื่อใหม่ว่า โครโมโซมทำให้เรามองเห็นรูปร่างลักษณะ และจำนวนโครโมโซมได้ โครโมโซมที่เห็นได้ชัดในระยะเมทาเฟต ประกอบด้วย โครมาทิน 2 อัน ยึดติดกันตรงเซนโทรเมียร์ ส่วนของโครโมโซมที่ยื่นออกไปจากเซนโทรเมียร์ เรียกว่า แขน อันสั้นเรียกว่า แขนสั้น อันยาวเรียกว่าแขนยาว ในโครโมโซมบางอัน มีเนื้อโครโมโซมเล็กๆ ยึดติดกับส่วนใหญ่โดยเส้นเล็กๆ เรียกว่า เนื้อโครโมโซมเล็กๆ นั้นว่า stellite และเส้นโครโมโซมเล็กๆ นั้น เรียกว่า secondary constriction โครมาทิน เป็นสารนิวคลีโอโปรตีน ซึ่งก็คือ DNA สายยาวสายเดียวที่พันรอบโปรตีนที่ชื่อ ฮีสโทน (histone) เอาไว้ ทำให้รูปร่างโครมาทินคล้ายลูกปัดที่เรียงต่อๆ กัน แล้วมี DNA พันรอบลูกปัดนั้น ในเซลล์ทั่วๆ ไป เมื่อย้อมสีเซลล์ ส่วนของโครมาทินจะติดสีได้ดีและมองดูคล้ายตาข่างละเอียดๆ จึงเห็นนิวเคลียสชัดเจน (ที่มา www.pramool.com:443/webboard/view.php3?katoo=o10366)




สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งอาจมีโครโมโซมที่มีรูปร่างแบบเดียวหรือหลายแบบก็ได้นักเรียนสามารถศึกษาโครโมโซมแบบต่างๆ ได้ดังภาพ ข้างล่าง




โครโมโซมแบ่งเป็นแบบต่างๆ ได้ดังนี้1. Metacentric เมตาเซนตริก เป็นโครโมโซมที่มีแขนยื่น 2 ข้างออกจากเซนโทรเมียร์เท่ากันหรือเกือบเท่ากัน 2. Submetacentric ซับเมตาเซนตริก เป็นโครโมโซมที่มีแขนยื่นออกมา 2 ข้างจากเซนโทรเมียร์ไม่เท่ากัน 3. Acrocentric อะโครเซนตริก เป็นโครโมโซมที่มีลักษณะเป็นแท่งโดยมีเซนโทรเมียร์อยู่ใกล้กับปลายข้างใดข้างหนึ่ง จึงเห็นส่วนเล็กๆ ยื่นออกจากเซนโทรเมียร์ 4. Telocentric เทโลเซนตริก เป็นโครโมโซมที่มีลักษณะเป็นแท่งโดยมีเซนโทรเมียร์อยู่ตอนปลายสุดของโครโมโซม ที่มา







ที่มา “chromosome”.







ส่วนประกอบของโครโมโซม ถ้า หากจะประมาณสัดส่วนระหว่าง DNA และโปรตีนที่เป็นองค์ประกอบของโครโมโซมของยูคาริโอต จะพบว่าประกอบด้วย DNA 1 ใน 3 และอีก 2 ใน 3 เป็นโปรตีน โดยส่วนที่เป็นโปรตีนจะเป็น ฮิสโตน(histone) และนอนฮิสโตน(non-histone) อย่างละประมาณเท่าๆกันในปี พ.ศ. 2427 นักวิทยาศาสตร์พบว่าฮิสโตนเป็นโปรตีนที่มีองค์ประกอบ ส่วนใหญ่เป็นกรดอะมิโนที่มีประจุบวก(basic amino acid) เช่น ไลซีน และอาร์จินีนทำให้มีสมบัติในการเกาะจับกับสาย DNA ซึ่งมีประจุลบได้เป็นอย่างดี และทำให้เกิดการสร้างสมดุลของประจุ (neutralize)ของโครมาทินด้วยสาย DNA พันรอบกลุ่มโปรตีนฮิสโตนคล้ายเม็ดลูกปัด เรียกโครงสร้างนี้ว่า นิวคลีโอโซม(nucleosome) โดยจะมีฮิสโตนบางชนิดเชื่อมต่อระหว่างเม็ดลูกปัดแต่ละเม็ด ดังภาพ








ส่วนของโปรตีนนอนฮิสโตนนั้นมีมากมายหลายชนิด อาจเป็นร้อยหรือพันชนิด ขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งมีชีวิตโดยโปรตีนเหล่านี้จะมีหน้าที่แตกต่างกันไป บางชนิดมีหน้าที่ช่วยในการขดตัวของ DNA หรือบางชนิดก็เกี่ยวข้องกับ กระบวนการจำลองตัวเองของDNA (DNA replication) หรือการแสดงออกของจีนเป็นต้นสำหรับในโพรคาริโอต เช่น แบคทีเรีย E. coli มีจำนวนโครโมโซมชุดเดียวเป็นรูปวงแหวนอยู่ในไซโตพลาสซึม ประกอบด้วย DNA 1 โมเลกุล และไม่มีฮิสโตนเป็นองค์ประกอบ โครโมโซมของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่ปกติจะมีจำนวนคงที่เสมอ และจะมีจำนวนเป็นเลขคู่ เช่น โครโมโซมของคนมี 46 แท่ง หรือ 23 คู่ โครโมโซมเพศหญิง จะมีลักษณะและขนาดเหมือนกันทั้งคู่ ใช้สัญลักษณ์ xx ส่วน โครโมโซมเพศชายจะมี รูปร่างลักษณะ และขนาดต่างกัน ใช้สัญลักษณ์ xy



สรุปเนื้อหา เรื่องโครโมโซม
1. โครโมโซมมีขนาดและรูปร่างแตกต่างกัน
2. การแบ่งรูปร่างและลักษณะของโครโมโซมโยอาศัยตำแหน่งเซนโทรเมียร์โครโมโซมบาง แท่งมีเซนโทรเมียร์ อยู่ตรงกลางของโครโมโซม บางแท่งมีเซนโทรเมียร์อยู่อยู่ค่อนไปทางใดด้านหนึ่งทำให้แขนของโครโมโซมด้าหนึ่งยาว ด้านหนึ่งสั้น บางแท่งมีเซนโทรเมียร์อยู่ด้านปลายสุดของโครโมโซม
3. จากตาราง 3.1 จำนวนโครโมโซมในเซลล์ร่างกายของสิ่งมีชีวิตพบว่าส่วนใหญ่มีจำนวนโครโมโซมไม่เท่ากันแต่บางชนิด มีจำนวนโครโมโซมเท่ากัน เช่นสุนัขและไก่มีจำนวนโครโมโซม 78 แท่งเท่ากัน ในพืชเช่น มะเขือเทศ และข้าวมีจำนวนโครโมโซม 24 แท่งเท่ากัน
4. จากตาราง 3.1 จำนวนโครโมโซมในเซลล์ร่างกายของสิ่งมีชีวิต จำนวนโครโมโซมไม่มีความสัมพันธ์กับ ระดับความซับซ้อน ของสิ่งมีชีวิต เช่น ไก่มีจำนวนโครโมโซม 78 โครโมโซม คนมีโครโมโซม 46 โครโมโซมแต่คนมีโครงสร้างของร่างกายซับซ้อนมากกว่าไก่และสัตว์อื่นๆอีกหลาย ชนิด ส่วนแมลงหวี่ ยุงก้นปล่อง แมลงวัน และผึ้งเป็นแมลงเหมือนกันแต่จำนวนโครโมโซมแตกต่างกัน
5. โครโมโซมประกอบด้วยโปรตีนและ DNA โดยมีโปรตีนประมาณ 2 ใน 3 ของโครโมโซมโปรตีนในโครโมโซมมีหน้าที่ที่แตกต่างกันเช่น โปรตีนที่ช่วยในการขดตัวของ DNA บางชนิดเกี่ยวข้องกับการจำลองตัวเองของ DNA
6. สายของ DNA ที่พันรอบฮิสโตนเรียกว่า นิวคลีโอโซม
7. โครโมโซมของยูคาริโอตจะมีลักษณะเป็นสายยาว แต่โพรคาริโอตมีลักษณะที่เป็นวงแหวนและมีขนาดเล็กมาก
8. จีโนม คือมวลสารพันธุกรรมทั้งหมดที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตอย่างปกติของสิ่งมีชีวิต ในกรณีของสิ่ง มีชีวิตชั้นสูงจีโนมหมายถึงชุดของ DNA ทั้งหมดที่บรรจุอยู่ในนิวเคลียส