หน่วยการศึกษาที่ 3 เรื่อง โปรตีนและกรดนิวคลีอิก

หน่วยการศึกษาที่ 3เรื่อง โปรตีนและกรดนิวคลีอิก ความสัมพันธ์ระหว่างยีนส์และโครโมโซม - การแดงออกของยีนดูได้จากรุ่นลูก ที่เกิดจากการผสมพันธ์ระหว่างพันธ์พ่อแม่ - Chromosome เป็นส่วนปรักอยหนึ่งของเซล มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ จึงมีคนสงสัยว่า ยีนส์กับchromosome มีความสัมพันธ์กันอย่างไร - ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันแน่นอนแล้วว่ายีนคั้งอยู่บนโครโมโซม ยีนจะมีการแยกตัวออกจากกันก็ต่อเมื่อโครโมโซมมีการแยกตัวในช่วงที่มีการแบ่งเซล

- แม้ว่ายีนจะมีอยู่จริงแต่เราดำมาอาจตรวจสอบโครงสร้างทางเคมีได้ หรือไม่อาจมองเห็นได้โดยอาศัยกล้องคุลทรรศน์ แต่อาจสังเกตได้จากพฤติกกรรมการแสกงออกของยีนในรุ่นลูก - เราอาจคาดคะเนได้ว่ายันที่ปรากฎในรุ่นพ่อแม่ต้องแยกตัวเข้าสู่หน่วยสืบพันธ์ท้ายที่สุดนยีนที่เคยอยู่กันเป็นคู่ก็จะปรากฎในชั่วลูกแยกกัน - เมื่อก่อนมีการสันนิษฐานกันว่ายีนเป็นหน่วยที่วางเรียงตัวกันอยู่บน โครโมโซม ต่ำม่ทราบว่ามันมีขอบเขตเท่าไรในปัจจุบันทราบแน่นอนแล้วว่า ยีน ก็คือ DNA และ DNA นี้ก็เป็นส่วนประกอบของ chromosome - ดังนั้นเราจึงควรศึกษาอังค์ประกอบทางเคมีของโครโมโซม

องค์ประกอบทางเคมีของโครโมโซมองค์ประกอบทางเคมีของโครโมโซม • Protein • Nucleic acid (DNA, RNA) • สำหรับโปรตีนเป็นพวกฮีสโตน (HISTONE) และโปรตามีน (PROTAMINE) • กรดนิวคลีอิกส่วนใหญ่เป็น DNA ย่อมาจาก (DEOXYRIBO NUCLEIC ACID) แต่ส่วนน้อยเป็น RNA (Ribonucleic acid) • (http://www.rbru.ac.th/courseware/science/4031101/lesson4/lesson4.5.html)

โปรตีน(Protein) • โปรตีนจัดได้ว่าเป็นส่วนประกอยชองเซลและเป็นส่วนประกอบของเอนไซม์ทุกชนิด • โปรตีนและเอนไซม์ จัดว่ามีตวามสำคัญในการก่อให้เกิดลักษณะต่างๆในสิ่งมีชีวิต กล่าวได้ว่าการแสดงออกของยีนผ่านทางโปรตีน เพราะยีนเป็นตัวควบคุมการสร้างโปรตีนนั่นเอง • โปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ เกิดจากการเรียงตัวของกรดอะมิโนหลายชนิดจนเป็นเส้นสายหรือเรียกกันว่า polypeptide อาจมีหนึงเส้นหรือมากกว่าหนึ่งเส้น

โปรตีน(Protein) • กรดอะมิโนมีมากกว่า 80 ชนิด แต่ที่พบในสิ่งมีชีวิตลือว่ามีตวามสำคัญ มีเพียง 20 ชนิด เราเรียกว่า esential amino acid • กรดอะมิโนมีส่วนประกอบที่สำคัญ 5 ส่วน คือ (1) มีคาร์บอน (C) อะตอมเป็นจุดศูนย์กลาง เชื่อมต่อกับ (2)carboxyl group = COOH (3) amino group NH2 (4) H atom (5) R radical site chain มีส่วนประกอบ 1-4 เหมือนกัน ยกเว้น (poline)แต่แตกต่างกันที่ ชนิดของR group

โปรตีน(Protein) • การเชื่อมต่อจากกรดอะมิโนชนิด(เปปไทด์) เกิดเป็น โพลีเปปไทด์ โดยเกิดการสูญเสียน้ำ หนึ่งโมเลกุล โดยจะเกิดขึ้นระหว่าง COOH กับ NH2การเชื่อมต่อระหว่างกรดอะมิโน เกิด peptide nond ซึ่งต้องอาศัย peptid polymerase and GTP (guonosine triphosphat)

กรดนิวคลีอิก (Nucleic acid) • ประกอบด้วย กรดนิวคลีอิก 2 ชนิด (1) DNA (deoxyribonucleic acid) (2) RNA(Ribonucleic acid) • กรดนิวคลีอิก ประกอบด้วย polynucleotide ซึ่งเป็นการเชื่อมต่อด้วย nucleotide หลายชนิด • Nucleotide แต่ละอัน ประกอบด้วย - phosphorc acid - sugar - Base (nitrogenous base)

Nucleotide • Sugar มี 2 ชนิด - Ribose sugar มีคาร์บอน 5 อะตอม และพบใน RNA เท่านั้น จึงเรียก กรดนิวคลีอิชนิดนี้ว่า Ribonucleic acid - Deoxyribose sugar เป็นน้ำตาลที่คล้ายกะบำวกแรกต่างกันที่ ขาด Oxygen หนึ่งโมเลกุล น้ำตาลพวดนี้พยใน DNA เท่านั้นจึงเรียกชื่อกรดนิวคลีอิก นี้ว่า Deoxyribonucleic acid

เบส (base) • Pyrimidine base (one ring base) มีสองชนิด - thymine (T) พบใน DNA เท่านั้นส่วนใน RNA จะพบ uracil (U) ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายกับ thymine - cytosine (C) 2.Purine two ring base มีสองชนิด คือ (1)Adinine (A) (2)Guanine (G)

DNA (Deoxyribonucleic acid) • องค์ประกอบ - deoxyribose sugar - Base (1) pyrimidine (thymine ;T, cytosine; C) (2) purine (adinine: A, guanine; G) - phosphoric acid

DNA (Deoxyribonucleic acid) • ส่วนประกอบของ DNA มี nucleotide ได้เพียง 4 ชนิดซึ่งแตกต่างกันที่ชนิดของเบส • Deoxyribose + Base +phosphate Deoxuadinilate deoxyguanylate deoxythyminilate deoxycytidilate (A) (G) (T)(C)

DNA (Deoxyribonucleic acid) • จากการวิเคราะห์ DNA พบว่ามส่วนประกอบที่สำคัญ 3 ประการ (1) DNA ไม้ว่าสิ่งที่มัชีวิตชนิดใด จะมี purine and Pyrimidine เท่ากันเสมอ (A+G=T+C) (2) ปริมาณของ adenine = thymine, (A=T), Guanine=cytosine(G=C) (3) อัตราส่วน A+T/G+C จะไม่คงที่ในสิ่งมีชีวิตทั้วไป

ตารางที่ 1 เปอร์เซ็นต์ของเบสใน DNA ของสิ่งมีชีวิตต่างๆ (ที่มา; ไพศาล, 2525)

Double helix • เราทราบเพียงแต่ DNA มีส่วนประกอบของ nucleotide แต่เราไม่ทราบแน่ชัดว่า เส้นสาย nucleotide มีการวางเรียงตัวกันอย่างไร แต่ละโมเลกุลของ DNA เกิดจากเส้น nucleotide เส้นเดี่ยวหรือหลายเส้น อย่างไรก็ตาม DNA ต้องมีรูปร่างเหมาะสมกับคุณสมบัติ กละหน้าที่ คือ อำนวยใก้มีการแบ่งตัว กรือสร้างตัวแทนของตัวเองได้สะดวกและเหมาะสมกับการตวบคุมการสังเคราะห์โปรตีน

The structure of part of a DNA double helix ที่มา : http://en.wikipedia.org/wiki/Image:DNA_Overview.png

Image:DNA chemical structure ที่มา :http://en.wikipedia.org/wiki/Image:DNA_chemical_structure.svg

Base pairs, of a DNA molecule ที่มา :http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/Dna_basepairs.gif

การที่เราสันนิษฐานว่า ยีนหรือหน่วยควบคุมลักษณะก็คือDNA มีเหตุผลและข้อสันนิษฐานดังนี้ DNAส่วนใหญ่จะปรากฏที่โครโมโซม ส่วน RNA และโปรตีนนั้นมักจะพบใน cytoplasm ปริมาณของ DNA มีความสัมพันธ์ กับจำนวนชุดโคโมโซม องค์ประกอบของ DNA จะคงที่ในเซล์ทุกส่วนของเซลในร่างการแต่อง๕ประกอบของโปรตีนและ RNA จะปรวนแปรขึ้นลงในทุกๆเซล สองข่อหลังเป็นคุณสมบัติ ที่หน่วยควบคุมลักษณะจะต้องมี ข้อสรุปเกี่ยวกับ DNA คือหน่วยควบคุมลักษณะ

การทดลองที่พิสูจน์ว่า DNAคือหน่วยควบคุมลักษณะ F. Griffith (1928) ได้ทำการทดลอง ฉีด แบคที่เรีย Diplococus pneumoniae ซึ่งเป็นต้นเหตุของรคปอดบวม (Pneumonia) เข้าไปในหนู แบคทีเรียพวกนี้มี 2 ชนิด (1) พวกที่มี colony ผิวเรียบ เรียกว่า s (s= SMOOTH) แบคที่เรียพวกนี้ก่อให้เกิดโรค(virulent) (2) พวกที่มี colony ผิวขรุขระ เรียกว่า R (R=rough) แบคทีเรียพวกนี้ไม่ก่อมห้เกิดโรค (avirulent) แบคทีเรีย S และ R มีหลายชนิด เรียกว่า Types I, II, III, iV ชนิดเหล่านี้จะผลิตแอนติเจน ที่แตกต่างกัน

วิธีการและผลการทดลองอาจสรุปได้ดังนี้วิธีการและผลการทดลองอาจสรุปได้ดังนี้ • แบคทีเรีย S-III หนู หนูเป็นโรค(ตาย) • แบคทีเรีย R-II หนู หนูไม่เป้นโรค • แบทีเรีย S-III ถูกฆ่าโดยความร้อน หนู หนูไม่เป็นโรค • แบที่เรีย R-II รวมกับ S-III (ที่ถูกฆ่าโดยความร้อน) หนู หนูเป็นโรค(ตาย) เมื่อพยายามแยกเชี้อมาเลี้ยงพบว่า การทดลองที่ 2 และ 3 ไม่พบเซลแบคที่เรีย แต่จะพบ S-III ในซลการทดลองที่ 4 ปรากฏการณืนี้แปลกใหม่ และไม่มีใครอธิบายได้แต่ก็เข้าใจว่าแบคทีเรียพวกที่ไม่ก่อให้เกิดโรค อาจเปลี่ยนไปเป็นพวกที่ก่อให้เกิดโรคได้โดยอาจดูดสารบางอย่างจากเซลของพวกที่ก่อให้เกิดโรค(ซึ่งตายไปแล้ว)

การทดลองต่อจากงานทดลองของ F.Griffith จนกระทั้ง16 ปีต่อมามีนักวิทยาศาสตร์ 3 คน คือ O. T. AverY., C. M. Macleod., and M. MaCarty (1944)ได้ทำการทดลองซ้ำ เขาก็พบกว่า สารที่แบคทีเรียที่ไม่ก่อให้เกิดโรคดูดเข้าไป ก็คือ DNA นั่นเอง

DNA Replication การสร้าง DNA ใหม่ โดยการสร้างวแทนตัวของมันเอง DNA จะมีลักษณะเหมือนกับ DNA เดิมทุกประการกลวิธีนี้จำเป็นสำหรับเซลที่แบ่งตัว เพราะจะทำให้มันมีโครโมโซมใหม่กระจายไปสู่ทุกเซล การสร้างDNA ใหม่เริ่มที่เส้น nucleotide ที่จับคู่กัน แยกตัวออกจากกันตรงบริเวณ hydrogen bond double helix คลายเกลียวออก แล้วแต่ละเส้นก็จะมีแขนเลือกจับกับ Nucleotide ใหม่ๆที่สอดคล้องกับตัวเดิม และเมื่อเลือกจับจนครบทุกจุดก็จะได้ DNA ใหม่สองโมเลกุล ซี่งมีลักษณะเหมือนโมเลกุลเดิมทุกประการ

RNA (ribonucleic acid) RNA มีส่วนประกอบทางเคมีคล้ายกับ DNA อย่างมาก จะแตกต่างกันที่ น้ำตาลและเบส 1 ชนิดเท่านั้น RNA DNA Phosphoric Acid เหมือนกัน เหมือนกัน น้ำตาล Ribose sugar Deoxyribo sugar เบส - pyrimidine (U, C) - pyrimidine (T, C) - Purine (A, G) - Purine (A, G) polynucleotide single stand double stand (virus บางชนิด เป็น double stand)

หน้าที่ของ RNA • Protein synthesis เกิดขึ้นนอดเซล ในส่วนของ cytoplasm • ปัจจุบันเราทราบแน่นอนแล้วว่า RNA เป็นตัวสนับสนุนพฤติกรรมของ gene บนโครโมโซม

ชนิดของ RNA • Ribosomal RNA (rRNA)80-90 % ของ RNAที่พบภายในเซล จัดเป็น rRNA ซึ่งจัดเป็นส่วนประกอบของ ribosome เพราะ ribosome เป็นแหล่งสังเคราะห์โปรตีน • Messenger RNA (mRNA) 2-4 % ของ RNA ที่พบภายในเซล เป็นสื่อกลาง ระหว่าง gene ใน Nucleus กับ Ribosome in Cytoplasm เป็นตัวนำรหัสทางพันธุกรรม (genetics code) ที่ปรากฏบน DNAไปยัง ribosome เพื่อนให้ ribosome ผลิตโปรตีนชนิดที่ต้องการ

ชนิดของ RNA (ต่อ) 3. Transfer RNA (tRNA) RNA ชนิดนี้มีหน้าที่นำกรดอะมิโนไปยัง ไรโบโซม เพื่อให้ไรโบโซมเหล่านี้มาต่อกันเป็น โพลีเปปไทด์ต่อไป

หน่วยการศึกษาที่ 3 เรื่อง โปรตีนและกรดนิวคลีอิก

หน่วยการศึกษาที่ 3 เรื่อง โปรตีนและกรดนิวคลีอิก

Presentation Transcript