สารพันธุกรรม

สารพันธุกรรม หรือดีเอ็นเอ (DNA)

สารพันธุกรรม (อังกฤษ : Genetic Materials) คือ สารชีวโมเลกุล (Biomolecules) ที่ทำหน้าที่เก็บข้อมูลรหัสสำหรับการทำงานของของสิ่งมีชีวิตต่างๆ เอาไว้ และเมื่อสิ่งมีชีวิตมีการสืบพันธุ์ เช่น เซลล์มีการแบ่งเซลล์ ก็จะมีการแบ่งสารพันธุกรรมนี้ไปยังเซลล์ที่แบ่งไปแล้วด้วย โดยยังคงมีข้อมูลครบถ้วน

สารชีวโมเลกุลที่ทำหน้าที่เป็นสารพันธุกรรมในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตชั้นสูง พบได้จาก นิวเคลียสของเซลล์ เรียกรวมว่า กรดนิวคลีอิค (Nucleic acids) โดยคุณสมบัติทางเคมีแบ่ง กรดนิวคลีอิคลงได้เป็นสองชนิดย่อย คือ อาร์เอ็นเอ (RNA – Ribonucleic acid) และ ดีเอ็นเอ (DNA – Deoxyribonucleic acid) สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่มีสารพันธุกรรมเป็น ดีเอ็นเอ, ยกเว้น ไวรัสบางชนิดเป็นอาร์เอ็นเอ (ไวรัสส่วนมาก มีสารพันธุกรรมเป็น ดีเอ็นเอ)

รหัสบนสารพันธุกรรม หากมีการถอดรหัส (Transcription) ออกมาได้ เรียกรหัสส่วนนั้นว่า ยีน (Gene)

สีสารพันธุกรรมแตกต่างกันสองชนิดคือ :

        -  DNA (deoxyribonucleic acid-DNA)

        -  RNA (ribonucleic acid-RNA)

สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ใช้ DNA สำหรับเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม แต่ไวรัสบางชนิด เช่น รีโทรไวรัส (retrovirus) มี RNA เป็นสารพันธุกรรม ข้อมูลทางชีววิทยาในสิ่งมีชีวิต คือ รหัสพันธุกรรม (Genetic code) ที่บรรจุอยู่ใน DNA หรือ RNA ของมัน RNA ทำหน้าที่เป็นตัวขนถ่ายข้อมูลด้วย เช่น mRNA และทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ เช่น ไรโบโซม RNA ในสิ่งมีชีวิตที่ใช้ RNA เป็นรหัสพันธุกรรมของมันเอง

      สารพันธุกรรมของพวกโปรคาริโอตส์ จะถูกจัดอยู่ในโมเลกุลของ DNA รูปวงกลมง่ายๆ เช่นใน โครโมโซม (chromosome) ของแบคทีเรียซึ่งอยู่ในนิวคลอยด์ รีเจียน (nucleoid region) ของไซโทพลาสซึม

      สารพันธุกรรมของพวกยูคาริโอตส์จะถูกจัดแบ่งให้อยู่ในโมเลกุลที่เป็นเส้นตรงที่เรียกว่า โครโมโซม ข้างในนิวเคลียสที่แยกกันและพบว่ามีสารพันธุกรรมเพิ่มเติมในออร์แกเนลล์บางชนิด เช่น ไมโตครอนเดรีย และคลอโรพลาสต์(ดูเอ็นโดซิมไบโอติก ทีโอรี่ (endosymbiotic theory)) ในเซลล์มนุษย์จะมีสารพันธุกรรมจะมีสารพันธุกรรมอยู่ ในนิวเคลียส เรียกว่า นิวเคลียส จีโนม (nuclear genome) และในไมโตครอนเดรีย เรียกว่า ไมโตครอนเดรียล จีโนม (mitochondrial genome) นิวเคลียส จีโนม แบ่งเป็นโมเลกุลเส้นตรง DNA 46 เส้น หรือ 23 คู่ เรียกว่า โครโมโซมไมโตครอนเดรียล จีโนม จะเป็นโมเลกุล DNA รูปวงกลม ที่แยกจากนิวเคลียส DNA ถึงแม้ ไมโตครอนเดรียล จีโนมจะเล็กมากแต่มันก็รหัสสำหรับการสร้างโปรตีนที่สำคัญ สารพันธุกรรมจากภายนอกที่สังเคราะห์ขึ้นได้เองสามารถนำไปใส่ในเซลล์ได้เราเรียกกระบวนการนี้ว่า ทรานเฟกชั่น (transfection)

DNA
         ดีเอ็นเอ (DNA) เป็นชื่อย่อของสารพันธุกรรม ที่มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (Deoxyribonucleic acid) ซึ่งเป็นกรดนิวคลีอิก (กรดที่พบในใจกลางของเซลล์ทุกชนิด) ที่พบในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ได้แก่ คน, สัตว์, พืช, เชื้อรา, แบคทีเรีย, ไวรัส เป็นต้น ดีเอ็นเอบรรจุข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตชนิดนั้นไว้ ซึ่งมีลักษณะที่ผสมผสานมาจากสิ่งมีชีวิตรุ่นก่อน ซึ่งก็คือ พ่อและแม่ และสามารถถ่ายทอดไปยังสิ่งมีชีวิตรุ่นถัดไป ซึ่งก็คือ ลูกหลานและนั่นนับเป็นจุดเริ่มต้นของยุคเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ    ดีเอ็นเอมีรูปร่างเป็นเกลียวคู่ คล้ายบันไดลิงที่บิดตัว ขาของบันไดแต่ละข้างก็คือการเรียงตัวของนิวคลีโอไทด์ (Nucleotide) นิวคลีโอไทด์เป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยน้ำตาล, ฟอสเฟต (ซึ่งประกอบด้วย ฟอสฟอรัส และ ออกซิเจน), และเบส (หรือด่าง) นิวคลีโอไทด์มีอยู่สี่ชนิด ได้แก่ อะดีนีน (adenine, A), ไทมีน (thymine, T), ไซโตซีน (cytosine, C), และกัวนีน (guanine, G) ขาของบันไดสองข้างหรือนิวคลีโอไทด์ถูกเชื่อมด้วยเบส โดยที่ A จะเชื่อมกับ T และ C จะเชื่อมกับ G เท่านั้น (ในกรณีของดีเอ็นเอ) และข้อมูลทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ เกิดขึ้นจากการเรียงลำดับของเบสในดีเอ็นเอนั่นเอง

                ผู้ค้นพบดีเอ็นเอ คือ ฟรีดิช มีสเชอร์ ในปี พ.ศ. 2412 (ค.ศ. 1869) แต่ไม่ทราบว่ามีโครงสร้างอย่างไร จนในปี พ.ศ. 2496 (ค.ศ. 1953) เจมส์ ดี. วัตสัน และ ฟรานซิส คริก เป็นผู้ไขความลับโครงสร้างของดีเอ็นเอ

สารพันธุกรรม หรือดีเอ็นเอ (DNA)

              สารพันธุกรรม หรือดีเอ็นเอ (deoxyribonucleic acid; DNA) เป็นกรดนิวคลิอิก (Nucleic acid) ที่ทำหน้าที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ดีเอ็นเอส่วนใหญ่อยู่ในรูปโครโมโซม (chromosome) วางตัวอยู่ในส่วนนิวเคลียสภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ดีเอ็นเอมีหน้าที่สำคัญ 2 ประการ คือ

                1. การจำลองตัวเอง (DNA replication) ดีเอ็นเอของสิ่งมีชีวิตมีความสามารถสร้างและจำลองตัวมันเอง ขณะเกิดกระบวนการแบ่งเซลล์ เพื่อสร้างดีเอ็นเอที่เหมือนเดิม ทุกประการให้แก่เซลล์ใหม่

               2. การถ่ายทอดข้อมูลผ่านอาร์เอ็นเอ (transcription) ดีเอ็นเอสามารถถูกถอดรหัสเพื่อสร้างเป็นอาร์เอ็นเอ (ribonucleic acid; RNA) อาร์เอ็นเอที่ได้นี้จะทำหน้าที่กำหนดการเรียงตัวของกรด  อะมิโนในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งโปรตีนจะถูกนำมาเป็นส่วนประกอบสำคัญในโครงสร้างขององค์ประกอบต่างๆ ภายในเซลล์ และเป็นสารเร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมีหรือเอนไซม์ (enzyme) ในสิ่งมีชีวิต ด้วยหน้าที่ทั้ง 2 ประการของดีเอ็นเอ ทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถสืบทอดลักษณะประจำพันธุ์ และดำรงเผ่าพันธุ์อยู่ได้

                ดีเอ็นเอประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า  นิวคลิโอไทด์ (nucleotide) ซึ่งเป็นสารประกอบไนโตรจีนัสเบส (nitrogenous base) แบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คือ กลุ่มพิวรีนเบส (purine) ได้แก่ ไทมีน (thymine; T) ไซโทซีน (cytosine; C) และกลุ่มไพริมิดีนเบส (pyrimidine) ได้แก่ อะดีนีน (adenine; A) กัวนีน (guanine; G) โดยสารประกอบไนโตรจีนัสเบสนี้จะรวมตัวกับน้ำตาลดีออกซีไรโบส (deoxyribose sugar) และกรดฟอสฟอริก (phosphoric acid) เป็นนิวคลิโอไทด์อยู่ในดีเอ็นเอ นิวคลิโอไทด์จึงมีอยู่ 4 ชนิดตามชนิดของไนโตรจีนัสเบส คือ อะดีโนซีนไทรฟอสเฟต (adenosine triphosphate; ATP) กัวโนซีนไทรฟอสเฟต (guano sine triphosphate; GTP) ไซโทซีนไทรฟอสเฟต (cytosine triphosphate; CTP) และไทมิดีนไทรฟอสเฟต (thymidine triphosphate; TTP)

การเรียงลำดับของนิวคลิโอไทด์ ทั้ง 4 ชนิด ส่งผลต่อการเกิดความหลากหลาย และสร้างความแตกต่างในลำดับเบสบนสายดีเอ็นเอ ซึ่งมีความจำเพาะในสิ่งมีชีวิต แต่ละชนิดโครงสร้างของดีเอ็นเอประกอบไปด้วย สายพอลินิวคลิโอไทด์ที่เกิดจากการเชื่อมต่อกันของนิวคลิโอไทด์หลายๆหน่วยด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเตอร์  โดยเกิดจากสายพอลินิวคลิโอไทด์จำนวน 2 สายเรียงตัวขนานกันในทิศทางตรงกันข้าม เข้าคู่และพันกันเป็นเกลียวเวียนขวาคล้ายบันไดเวียน ที่เรียกว่า ดับเบิลเฮลิกซ์ (doublehelix) การเข้าคู่หรือเข้าจับกันของสายพอลินิวคลิโอไทด์ทั้ง 2 สายเกิดจากการเข้าคู่กันระหว่างเบสพิวรีนและเบสไพริมิดีนด้วยพันธะไฮโดรเจน โดย A ทำการสร้างพันธะจำนวน 2 พันธะเข้าจับกับ T (A = T) และ G ทำการสร้างพันธะ จำนวน 3 พันธะเข้าจับกับ Cโดยมีน้ำตาลและหมู่ฟอสเฟตทำหน้าที่เป็นแกนอยู่ด้านนอกของโมเลกุล

ที่มา    http://www.thaigoodview.com/library/contest2551/science04/48/2/team/page/bio27.html 31 มกราคม 2556