โครงสร้างของสารพันธุกรรม

สารพันธุกรรมมีสมบัติเป็นกรดนิวคลีอิก มีอยู่ 2 ชนิด คือ
1. Deoxyribonucleic  acid (ดีเอ็นเอ) พบในสิ่งมีชีวิตทั่วไป
2. Ribonucleic  acid (อาร์เอ็นเอ) พบในไวรัสบางชนิดเท่านั้น
   จากการทดลองของนักวิทยาศาสตร์และผลการทดลองซึ่งสนับสนุนว่า DNA คือสารพันธุกรรมมีอย่างหลากหลายจนกระทั่งการศึกษาไวรัสของแบคทีเรีย โดย เอ เฮอร์เชย์ และ เอ็ม เชส ทำให้พิสูจน์ได้ว่า DNA คือสารพันธุกรรม ปี ค.ศ. 1952 อนุภาคไวรัสประกอบด้วยส่วนของ DNA อยู่ภายในและมีโปรตีนอยู่เปลือกนอกเฮอร์เชย์ และ เชสได้ทดลองโดยติดฉลาก DNA และโปรตีนของไวรัสด้วยสารกัมมันตรังสีฟอสฟอรัส-32(³²P)และซัลเฟอร์-35(³⁵S)ตามลำดับ เนื่องจากองค์ประกอบของ DNA มีฟอสฟอรัสเป็นส่วนประกอบโดยไม่มีซัลเฟอร์ และโปรตีนมีซัลเฟอร์แต่ไม่มีฟอสฟอรัส พบว่า ส่วนที่เข้าไปในแบคทีเรียคือ สารที่มีฟอสฟอรัส-32และสามารถสร้างอนุภาคไวรัสรุ่นใหม่ได้ จากผลการทดลองทำให้ยืนยันว่า DNA คือสารพันธุกรรม และจากการค้นพบแบบจำลองโครงสร้าง DNA โดยJ. Watson และ Crick ทำให้คำโต้แย้งหรือข้อสงสัยหมดไปอย่างสมบูรณ์

DNA

องค์ประกอบทางเคมีของดีเอ็นเอ

DNA ประกอบด้วย หน่วยย่อยของ Nucleotides จับกันด้วยพันธะ Phosphodiester Bond และ Nucleotides นี้ประกอบด้วย น้ำตาล Deoxyribose หมู่ฟอสเฟต และเบส (Nitrogenous Base) 4 ชนิด ได้แก่      Guanine (G) , Adenine (A)          (Purine -  มีวงแหวน 2 วง)       Cytosin (C) , Thymine (T)          (Pyrimidine – มีวงแหวน 1 วง )

แบบจำลองโครงสร้างของ DNA

J.D. Watson นักชีววิทยาอเมริกัน & F.H.C. Crick นักฟิสิกส์อังกฤษ เสนอโครงสร้างของ DNA ได้รับ Nobel Prize ตีพิมพ์ผลงานใน Nature  ฉบับวันที่ 25 เดือนเมษายน ค.ศ. 1953 1. ประกอบด้วย 2 polynucleotides ยึดกันโดยการจับคู่กันของเบส โดย H-bond 2. ทั้ง 2 สายขนานกันและมีติดทางตรงข้าม (antiparallel) 3. การจับคู่กันของเบสระหว่าง A - T (2 H-bonds), C - G (3 H-bonds) = complementary basepairs (เบสที่เป็นเบสคู่สมกัน คือ A จับคู่กับ T ด้วยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ และGจับคู่กับ C ด้วยพันธะไฮโดรเจน 3 พันธะ) 4. ทั้ง 2 สายจะพันกันเป็นเกลียวเวียนขวา (right handed double strand helix) 5. แต่ละคู่เบสห่างกัน 3.4 อังสตรอม (.34 nm) เอียงทำมุม 36 องศา    1 รอบ = 10 คู่เบส = 34 อังสตรอมเส้นผ่าศูนย์กลาง 20 อังสตรอม

ที่มา:http://genetic.funnyfeb.com/chromosomes/chromo_03.html  โครงสร้างของ DNA ประกอบด้วยพอลีนิวคลิโอไทด์ 2 สาย พอลีนิวคลีโอไทด์แต่ละสายประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่านิวคลีโอไทด์ มาเชื่อมต่อกันเป็นสายยาว พอลีนิวคลีโอไทด์ทั้ง 2 สาย จะยึดติดกันด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบส นิวคลีโอไทด์แต่ละหน่วยเชื่อมต่อกัน โดยพันธะที่เกิดระหว่างกลุ่มฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์หนึ่งกับคาร์บอนตำแหน่งที่ 3' ของน้ำตาลอีกนิวคลีโอไทด์หนึ่งดังนั้นโครงสร้างสายพอลินิวคลีโอไทด์เป็นการต่อสลับระหว่างกลุ่มฟอสเฟตกับกลุ่มน้ำตาลโดยสายหนึ่งมีทิศทางจากปลาย5'ไปยังปลาย 3' อีกสายหนึ่งจะจับอยู่กับปลาย5'ของสายแรก ดังนั้นเมื่อเกิดการแยกตัวของ DNA ทั้งสองสายส่วนที่แยกออกมาจึงมีทิศทางต่างกัน     ที่มา:http://www.ipst.ac.th/techno/picture.shtml สมบัติสารพันธุกรรม      เมื่อวัตสันและคลิก ได้คิดแบบจำลองโครงสร้างทางเคมีของ DNA ขึ้นมาแล้ว เขาทั้งคู่ต้องพิสูจน์ว่า DNA มีคุณสมบัติที่เหมาะสมที่เป็นสารพันธุกรรมได้หรือไม่ ตามคุณสมบัติสำคัญ ดังนี้ 1. สารพันธุกรรมต้องจำลองตัวเองได้ แล้วยังมีลักษณะเหมือนเดิม เพื่อจะถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม จากรุ่นพ่อ-แม่ ไปยังรุ่นลูกได้ ซึ่งเกิดโดยกระบวนการสังเคราะห์ DNA (DNA -replication) 2. สามารถควบคุมการสังเคราะห์สารต่างๆ ของเซลล์เพื่อจะได้แสดงลักษณะทางพันธุกรรม ต่างๆให้ปรากฏ โดยรหัสพันธุกรรมใน DNA ถูกถ่ายทอดผ่าน RNA ในรูปของลำดับเบส แล้วแปล (translation) ออกมาเป็นลำดับของกรดอะมิโนในในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน 3. อาจมีการเปลี่ยนแปลงลักษณะทางพันธุกรรมที่ต่างไปจากเดิม เนื่องจากเกิดการเปลี่ยนแปลงที่ลำดับเบสใน DNA ทำให้ผิดปกติไป และถ่ายทอดลักษณะที่ผิดปกติไปยังลูกหลาน ทำให้เกิดสิ่งมีชีวิตที่ผิดปกติขึ้นได้  ในระยะเวลา 10 ปีต่อมา หลังจากที่วัตสันและคลิกได้คิดแบบจำลองโครงสร้างของ DNA ขึ้น จึงสามารถพิสูจน์ได้ว่า DNA มีคุณสมบัติที่เป็นสารพันธุกรรมได้      วัตสันและคลิกจึงได้รับรางวัลโนเบลด้วยผลงานการค้นพบโครงสร้างของ DNA นับเป็นผู้ที่เปิดศักราชใหม่ให้แก่พันธุศาสตร์ ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาต้นตอของพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต คือสารพันธุกรรมได้โดยตรง การจำลองโมเลกุลของ DNA การจำลองตัวเองของ DNA มีหลายแบบนักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งสมมติฐานการเกิดการจำลองตัวเองของ DNA ไว้ ดังนี้  1. แบบกึ่งอนุรักษ์ (semiconservative replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของDNA แล้ว DNAแต่ละโมเลกุลมีพอลินิวคลีโอไทด์ สายเดิมและสายใหม่ ซึ่งเป็นแบบจำลองของวอตสันและคริก  2. แบบอนุรักษ์ (conservative replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA แล้วพอลินิวคลีโอไทด์ทั้งสองสายไม่แยกจากกันยังเป็นสายเดิม จะได้ DNA โมเลกุลใหม่ที่มีพอลินิวคลีโอไทด์ สายใหม่ทั้งสองสาย  3. แบบกระจัดกระจาย (dispersive replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNAจะได้ DNA ที่เป็นของเดิมและของใหม่ปะปนกันไม่เป็นระเบียบ      จากสมมติฐานทั้งหมดนี้มีสมมติฐานการจำลองตัวเองของ DNAแบบกึ่งอนุรักษ์เท่านั้นที่มีการทดลองของนักวิทยาศาสตร์มาสนับสนุนความเป็นไปได้ ที่มา:http://www.usask.ca/biology/genetics/replication/replication.htm