The Genetic Basis of Evolution

1. The Genetic Basis of Evolution I. Genetic Basis II. Mechanism of Evolution

2. I. Genetic Background 1.1 From Cell to Chromosomes 1.2 From DNA to Phenotypes 1.3 Transmission of Characters

3. Level of Organization ในสัตว์

4. Level of Organizationใน พืช

5. หน่วยของชีวิตที่เล็กที่สุดหน่วยของชีวิตที่เล็กที่สุด

6. สารพันธุกรรมDNA Deoxyribonucleic Acid

7. From Cell to Chromosome & From Chromosome to DNA

8. Cell • หน่วยเล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิต (organism) ที่มีคุณสมบัติของชีวิต (life) • ดำรงชีพด้วยตัวเอง หรือมีศักยภาพในการดำรงชีพ • ร่วมกันเป็นโครงสร้างเฉพาะ • มี metabolisms • ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม • ถ่ายทอดพันธุกรรมในการสืบพันธุ์

9. Cell ประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ คือ Cytoplasm และ Nucleus Prokaryotic cell: เชลล์ชั้นต่ำ ไม่เยื่อหุ้ม nucleus เช่น bacteria Eukaryotic ell: เชลล์ชั้นสูง มีเยื่อหุ้ม nucleus เช่น เชลล์พืช, สัตว์ทั่วไป

10. From Cell to Chromosomes

11. Chromosome โครงสร้างพันธุกรรมในระดับองศ์กรใหญ่ที่สุด • ประกอบขึ้นด้วย DNA และ Chromosomal Proteins • โครงสร้างซับซ้อน เริ่มจาก • เส้นเล็กบาง ไม่เห็นด้วยกล้อง LM จนถึง • ขดเป็นแท่งหนา เห็นด้วยกล้อง LM • ขณะพันธุกรรมทำงานจะคลายตัวเป็นเส้นบาง • มีเป็นคู่เหมือนกัน เรียกว่า Homologous Chromosomes

12. ลักษณะ และ จำนวนของ Chromosomes ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด เรียกว่า Karyotype Karyotype ของ คนผู้ชาย (human male)

13. Chromosome ปกติมีเป็นคู่และเหมือนกันเรียกว่า Homologous chromosome • Cells ร่างกายปกติ homologous chromosomes มีจำนวนเป็นคู่ -Diploid • Cells สืบพันธุ์ homologous chromosomes มีจำนวนเดี่ยว - Haploid

14. Life cycles ของสิ่งมีชีวิตแสดง ช่วงที่มี Haploid กับมี Diploid พืช สัตว์

15. Mitosisการแบ่งเซลล์ร่างกายทั่วไป ได้เซลล์ลูกที่มี จำนวน Chromosomes เป็น Diploid และ เป็น การสืบพันธุ์ระดับ cells Meiosisการแบ่งเซลล์สีบพันธุ์ในอวัยวะสืบพันธุ์ ได้เซลล์ลูกที่มี จำนวน Chromosomes เป็น Haploid ได้เซลล์สืบพันธุ์

16. บน Chromosome มี หน่วยพันธุกรรม เรียกว่า Gene Gene = to be born Gene คือ ปัจจัยสำหรับถ่ายทอดพันธุกรรม Gene คือ ช่วงหนึ่งๆ ของ DNA

18. Gene ของแต่ละลักษณะ อาจมีได้หลาย copy เช่น ลักษณะกลุ่มเลือด ABO มี 3 copies • แต่ละ copy เรียก Allele • Allele คือ Molecular formของ gene • แต่ละ Allele อยู่บนตำแหน่ง Locus บน homologous chromosome • แต่ละ Allele ถ่ายทอดไม่ขึ้นต่อกัน • ในสิ่งมีชีวิต 1 individual แต่ละ gene มีเพียง 2 alleles

19. แบบของคู่alleles เรียกว่า Genotype HH - Homozygous Dominant Hh - Heterozygous hh - Homozygous Recessive Dominant allele ตัวพิมพ์ใหญ่ Recessive allele ตัวพิมพ์เล็ก

20. From Chromosome to DNA Chromosome ประกอบด้วย DNA + Chromosomal Proteins

21. From DNA to Phenotypes Transmission of characters

22. Phenotypes

23. Phenotype คือ ลักษณะ (characters) ต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต โดยมีสาร Proteins เป็นตัวพื้นฐาน • DNA เป็น ตัวพันธุกรรม หรือ gene ที่ถ่ายทอด ลักษณะ (phenotype) โดยเพิ่มจำนวนตัวเองแล้วแบ่งตัว ถ่ายทอด ให้ลูก • DNA เป็นข้อมูลพันธุกรรม (genetic information) ทั้ง หมดของ Proteins และ ควบคุมลักษณะ โดยกำหนดเป็น รหัสสำหรับ Amino Acid ในproteins

24. DNA = Deoxyribonucleic acid เป็นสารพันธุ์กรรม เป็นสาร Nucleic acid ชนิดหนึ่ง

25. Nucleic acids ในสารพันธุกรรม มี 2 ชนิด 1. Ribonucleic acid • RNA 2. Deoxyribonucleic • DNA

26. Nucleic Acids • polymers ของ Nucleotides ซึ่งประกอบขึ้นด้วย 3 ส่วน 1. Five-carbon sugar (Pentose) 2. Phosphate group 3. Nitrogen bases 3.1 Purine 3.2 Pyrimidine

27. Components ของ Nucleotides

28. DNA Structure Watson-Crick Model Complementary bases Purine: Adenine , Guanine Pyrimidine: Thymine, Cytosine DNA เป็น Double helix (double strand)

29. RNA structure Complementary bases Purine: Adenine , Guanine Pyrimidine: Uracil , Cytosine RNA เป็น Single strand

30. Function of DNA • การทำงานและการแสดงออกของ DNA จนทำให้เกิด Phenotypes คล้ายกับเป็นการไหลของข้อมูลพันธุกรรม (อย่างเป็นระบบ) เรียกว่า Central Dogma of Molecular Biology

31. Central Dogma of Molecular Biology Up-to-date version Original version

32. สรุป : หารไหลของข้อมูลพันธุกรรม จาก DNA ไป RNA ไป Proteins

33. Central Dogma ของ Molecular Biology • 1. Replication สังเคราะห์สารพันธุกรรม DNA • โดยใช้ DNA เส้นเดิมแม่แบบ - Template • เพื่อให้ถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรมที่เหมือนเดิมให้ลูก • 2. Transcription ถอดรหัสข้อมูลจาก DNA • โดยสังเคราะห์ข้อมูลใหม่ให้อยู่ในรูปของ RNA 3. Translation แปลรหัสข้อมูลบน RNA โดยแปลใช้ สังเคราะห์ Protein ซึ่งเป็นตัวลักษณะพันธุกรรม หรือ Character หรือ Phenotype

34. Replication of DNA หรือ การจำลอง DNA หรือ การสังเคราะห์ DNA DNA เส้นเดิมทั้ง 2 เส้นเป็นแม่แบบเรียกว่า DNA Templateและ ใช้ enzyme ชื่อ Helicase แยกเส้นแม่แบบออกจากกัน แล้วใช้ enzyme ชื่อ DNA Polymeraseต่อ โมเลกุล nucleotides เข้ากับแม่แบบ

35. Replication การจำลองพันธุกรรม

36. Transcription ของ DNA หรือ การถอดรหัสพันธุกรรม หรือ การสังเคราะห์ RNAs • ต้องการ DNA เพียง เส้นเดียวเป็นแม่แบบในการสร้าง RNA • ใช้ enzyme ชื่อ RNA Polymeraseแยก DNA 2 เส้นออกจากกัน และต่อ ribonucleotides ได้สาย RNA • RNA จะถูกส่งไปทำงานในการสังเคราะห์ protein ที่ Cytoplasm

37. Transcription - การถอดรหัสพันธุกรรม

38. RNA มี 3 ชนิด • Messenger RNA (mRNA • Transfer RNA (tRNA) • Ribosomal RNA (rRNA) นอกจากนี้ RNA ยังเป็นสารพันธุกรรมหรือ gene ของ Virus หลายชนิด เช่น virus ทำให้เกิดโรค AIDS และโรค SARS

39. Messenger RNA (mRNA)เป็น RNA ที่มีรหัสพันธุกรรม- Genetic codes ซึ่งถอดมาจาก DNA บอกให้รู้ชนิดของ amino acid ในสายโปรตีนที่พันธุกรรมกำหนด • รหัสเรียกว่า Codon • Codon ประกอบด้วย 3 bases • 1 Codon แปลได้เป็น 1 Amino acid

40. Genetic Codes • 64 (43) Codons (3 bases = 1 codon , มี 4 bases => 43 = 64 codons) • แปลให้ 20 Amino acids และ • 3 Stop codons (UAA, UAG, และ UGA) รหัสให้หยุด การสร้าง proteins • AUG เป็น start codon ให้เริ่มการสร้าง proteins และเป็น code สำหรับ methionine

41. การใช้ Codon

43. Transfer RNA (tRNA)เป็นผู้แปลหรืออ่านรหัสบน mRNA โดยนำ amino acids เข้าสู่กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน (Translation) • tRNA มี รหัสตรงข้ามกับ Codon เรียกว่า Anticodon ซึ่ง มี base 3 ตัวจับได้พอดีกับ Codon บน mRNA Codon Anticodon

44. Ribosomal RNA (rRNA)รวมกับ protein กลายเป็น Ribosome • Ribosome • สถานที่หรือโรงงาน ผลิตโปรตีนของ Cell • ประกอบด้วย 2 subunits • Small subunit และ • Large subunit

45. Translationการแปลรหัสพัยธุกรรม หรือการสังเคราะห์ protein • RNA ทั้ง 3 ชนิดทำงาน • ร่วมกันในการสร้าง • protein โดย • mRNA มีรหัส codons ของรหัสของข้อมูลพันธุกรรม • tRNA นำ amino acid ในเซลล์เข้ามาต่อกันตามลำดับ • codon • โดย tRNA อ่านรหัส codon ให้ตรงกับ anticodon • rRNA เป็นโรงงานในการสร้าง

46. Translation (Protein Synthesis)

47. Translation

48. สรุป : เหตุการณ์ Transcription & Translationหรือ การทำงานของพันธุกรรม

49. Phenotypes

50. The Genetic Basis of Evolution II. Mechanism of Evolution