โครงสร้างDNA

                                                                      สารพัธุกรรม

โครงสร้างของดีเอ็นเอ (Structure of DNA)

   

โครงสร้างของดีเอ็นเอ(Structure of DNA) ซึ่งกรดนิวคลีอิก ชนิด ดีเอ็นเอ(DNA,deoxyribonucleic acids)เป็นแหล่งในการเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม (genetic information) ของสิ่งมีชีวิตโดย เจมส์ ดี. วัตสัน และ ฟรานซิส คริก (James D. Watson and Francis Crick) ได้สร้างแบบจำลองโมเลกุลของดีเอ็นเอ (DNA) ดังนี้

  1. มีสายพอลินิวคลีโอไทด์(polynucleotide) 2 สาย ยึดกันโดยการจับคู่กันของเบส โดยในสายพอลินิวคลีโอไทด์(polynucleotide) ปลาย 3’ ของนิวคลีโอไทด์ (nucleotide) หนึ่งจะจับกับปลาย 5’ ของนิวคลีโอไทด์(nucleotide) อีกอันหนึ่ง แต่ละสายมีทิศทางจากปลาย 5’ ไปยัง 3’ เรียงตัวกลับสวนทิศทางกัน(antiparallel)

     2. เบสไทมีน(T) ยึดกับ เบสอะดีนีน(A) ด้วยพันธะไฮโดรเจนแบบพันธะคู่ หรือ double bonds ส่วน เบสไซโตซีน(C)ยึดกับเบสกัวนีน(G)ด้วยพันธะไฮโดรเจนแบบพันธะสามหรือ triple bonds

     3. พอลินิวคลีโอไทด์(polynucleotide) 2 สายพันกัน บิดเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียนขวาโดยมี น้ำตาลดีออกซีไรโบส(Deoxyribose Sugar)จับกับหมู่ฟอสเฟต(phosphate group) คล้ายเป็นราวบันได

     4. ใน 1 รอบเกลียวของ ดีเอ็นเอ (DNA) ประกอบด้วย คู่เบส 10 คู่

     5. เกลียวแต่ละรอบห่างเท่ากับ 34 Å (อ่านว่า อังสตรอม) หรือ 3.4 nm และพอลินิวคลีโอไทด์(polynucleotide) 2 สาย มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 Å หรือ 2 nm แต่ละคู่เบสห่างกับ 3.4 อังสตรอม หรือ 0.34 nm เกลียวเอียงทำมุม 36 องศา

     โดยพบว่า โครงสร้างของดีเอ็นเอ(DNA)

     ดีเอ็นเอ (DNA)เป็นสายโพลีนิวคลีโอไทด์ (polynucleotide) 2 สายพันกันเป็นเกลียวเวียนขวาเรียกว่า เกลียวคู่ (double helix) โดยมีพอลินิวคลีโอไทด์ (polynucleotide) 2 สายนี้ เรียงตัวในแนวที่ตรงกันข้ามกันหรือพันกันในลักษณะทิศสวนทางตรงกันข้ามกัน (anti-parallel) ซึ่งพอลินิวคลีโอไทด์(polynucleotide)สายหนึ่งเรียงตัวในทิศทางจาก 3’ ไป 5’ ส่วนพอลินิวคลีโอไทด์(polynucleotide)อีกสายหนึ่งเรียงตัวในทิศทาง 5’ ไป 3’ แต่ละสายประกอบด้วยหน่วยย่อยของนิวคลีโอไทด์(Nucleotide)ที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ (phosphodiester bond) ระหว่างหมู่ไฮดรอกซี่ (OH group) ที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 3 ของน้ำตาลดีออกซีไรโบส(Deoxyribose Sugar)ตัวแรกและหมู่ฟอสเฟต (phosphate group) ที่ต่อกับคาร์บอนตำแหน่งที่ 5 ของน้ำตาลดีออกซีไรโบส(Deoxyribose Sugar)ตัวถัดไป นิวคลีโอไทด์(polynucleotide)ทั้ง 2 สายถูกเชื่อมด้วยเบส โดยที่เบส A(อะดีนีน, Adenine) จะเชื่อมกับเบส T (ไทมีน, Thymine)ด้วยพันธะไฮโดรเจนแบบพันธะคู่(double bonds) และเบส C (ไซโตซีน, Cytosine) จะเชื่อมกับเบส G (กัวนีน, Guanine) ด้วยพันธะไฮโดรเจนแบบพันธะสาม(triple bonds) และถ้าดีเอ็นเอ (DNA)เป็นสายปลายเปิด (open-end linear strand) ที่ปลายสายของดีเอ็นเอ(DNA)แต่ละข้างจะพบปลาย 3’-OH (hydroxy group) ของสายหนึ่งและปลาย 5’-OH ที่ต่อกับหมู่ฟอสเฟต (phosphate group) ของอีกสายหนึ่งเสมอ
     ในสายของดีเอ็นเอ (DNA) มีร่อง (Groove) 2 แบบคือ ร่องขนาดใหญ่(major groove) และ ร่องขนาดเล็ก(minor groove) ในเกลียวคู่ที่วน 1 รอบของดีเอ็นเอ(DNA) ประกอบด้วยเบสจำนวน 10 คู่เบส และ 1 รอบของดีเอ็นเอ(DNA)นี้ ห่างกัน 34 อังสตรอม(Å)หรือ 3.4 nm(นาโนเมตร) เบสแต่ละตัวห่างกัน 3.4 อังสตรอม(Å) หรือ 0.34 nm(นาโนเมตร) ความกว้างระหว่างสายหรือเส้นผ่านศูนย์กลางกว้าง 20 อังสตรอม(Å)หรือ 2 nm(นาโนเมตร) เกลียวเอียงทำมุม 36 องศา โดยโครงสร้างดีเอ็นเอ(DNA) ที่บอกรายละเอียดที่ผ่านมานี้ เป็นโครงสร้างดีเอ็นเอ(DNA) แบบที่พบได้ในสิ่งมีชีวิตทั่วๆไปเรียกเป็นแบบ B-DNA โดยยังมีโครงสร้างของดีเอ็นเอ(DNA) อีก 2 แบบคือ A-DNA เป็นแบบเกลียวคู่วนขวาเช่นเดียวกับแบบ B-DNA แต่มีระยะห่างของคู่เบสและเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวคู่ของโครงสร้างของดีเอ็นเอ(DNA) แบบ A-DNA ต่างไปจากโครงสร้างของดีเอ็นเอ(DNA)ในแบบ B-DNA ส่วนโครงสร้างของดีเอ็นเอ(DNA)อีกแบบคือ แบบ Z-DNA เป็นดีเอ็นเอ(DNA)เกลียวคู่แบบวนซ้ายแบบซิกแซก โดยทั่วไปดีเอ็นเอ(DNA) ในสิ่งมีชีวิตเป็นโครงสร้างดีเอ็นเอ(DNA) แบบ B-DNA ยกเว้นในบางสภาวะเช่น ที่มีความเข้มข้นของเกลือสูงจึงเปลี่ยนเป็นโครงสร้างดีเอ็นเอ(DNA)เป็นแบบ Z-DNA

  

รู้จักสารพันธุกรรม

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 คือรหัสพันธุกรรม (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) ของไซโตพลาสซึม
                สารพันธุกรรมของพวกยูคาริโอตส์ จะถูกจัดแบ่งให้อยู่ในโมเลกุลที่เป็นเส้นตรงที่เรียกว่า โครโมโซม ข้างในนิวเคลียสที่แยกกันและพบว่ามีสารพันธุกรรมเพิ่มเติมในออร์แกเนลล์บางชนิด เช่น ไมโตครอนเดรีย และคลอโรพลาสต์ (ดู เอ็นโดซิมไบโอติก 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)