ชีววิทยา: โครงสร้าง DNA และโครโมโซม

โครโมโซมและสารพันธุกรรม

• DNA เป็นสารพันธุกรรมหลัก ซึ่งมีอยู่ในทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
• DNA ของมนุษย์มีโครงสร้างในรูปแบบของโครโมโซม
• โครโมโซมในเซลล์คนมีทั้งหมด 46 ชิ้น ประกอบด้วย 22 คู่ของ Autosomes และ 1 คู่ของ Sex chromosomes
• DNA ประกอบด้วย nucleotides ซึ่งประกอบด้วยน้ำตาล พันธุกรรมเบส (adenine, thymine, cytosine, guanine) และฟอสเฟต

การจัดเรียงของโครโมโซม

• โครโมโซมสามารถแบ่งออกได้เป็นหลายชนิด ได้แก่
  • Metacentric: จุดกลางของโครโมโซมอยู่ตรงกลาง
  • Submetacentric: จุดกลางอยู่ใกล้แต่ไม่ถึงกลาง
  • Acrocentric: จุดกลางอยู่ใกล้ปลาย
  • Telocentric: จุดกลางอยู่ที่ปลายโครโมโซม
• Centromere เป็นจุดที่โครโมโซมแบ่งออกเป็นสองแขน

กระบวนการจำลองพันธุกรรม

• การจำลอง DNA เกิดขึ้นในระยะ S ของวงจรเซลล์ (Interphase)
• กระบวนการนี้เรียกว่า Semiconservative replication ซึ่งมีการใช้ DNA polymerase ในการสร้างสาย DNA ใหม่
• Helicase ทำหน้าที่คลายเกลียวของ DNA โดยสลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบส
• RNA primer ถูกสร้างขึ้นโดย primase เพื่อเริ่มกระบวนการจำลอง

ความสำคัญของการสังเคราะห์โปรตีน

• การสังเคราะห์โปรตีนกระทำโดย RNA ซึ่ง จะถูกสร้างขึ้นจาก DNA
• mRNA เป็นชนิดของ RNA ที่มีหน้าที่นำข้อมูลจาก DNA ไปยัง Ribosome เพื่อสร้างโปรตีน

ความท้าทายและการศึกษา

• การศึกษาเกี่ยวกับโครโมโซมและ DNA มีความสำคัญในการเข้าใจพันธุกรรมและการถ่ายทอดลักษณะ
• ความผิดปกติของโครโมโซมอาจนำไปสู่โรคต่างๆ นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาเทคโนโลยีในการแก้ปัญหาทางพันธุกรรมอย่างต่อเนื่อง### การสังเคราะห์โปรตีน
• ประกอบด้วยขั้นตอนหลักคือ Transcription (ถอดรหัส) และ Translation (แปลรหัส)

Transcription

• เกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์
• RNA polymerase ทำหน้าที่สร้างสาย mRNA จาก DNA
• ต้องการนิวคลีโอไทด์เพื่อสร้างสาย mRNA
• เปลี่ยน Thymine (T) ใน DNA เป็น Uracil (U) ใน mRNA

Translation

• เกิดขึ้นในสารไซโตพลาสซึม
• tRNA นำกรดอะมิโนมาที่ ribosome โดยที่ mRNA ทำหน้าที่เป็นแม่แบบ
• Ribosome มี 3 ตำแหน่งหลัก: A-site (สำหรับ tRNA เข้าสู่), P-site (สำหรับสายโพลีเพปไทด์), E-site (สำหรับ tRNA ที่ออกไป)
• เริ่มต้นรหัสที่เรียกว่า Start codon (AUG) และสิ้นสุดที่ Stop codon (UAA, UAG, UGA)
• เชื่อมโยงกรดอะมิโนโดยใช้พันธะเปปไทด์เพื่อสร้างโปรตีน

ข้อมูลเพิ่มเติม

• ในเซลล์โปรคาริโอต การถอดรหัสและการแปลเกิดขึ้นพร้อมๆ กัน ซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วในการสร้างโปรตีน
• การแบ่งเซลล์ (Mitosis และ Meiosis) เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเพื่อการเจริญเติบโตและการขยายพันธุ์ของเซลล์
• Mitosis เกิดขึ้นโดยการแบ่งโครโมโซมเป็นสองชุดเท่าเทียมกัน ในขณะที่ Meiosis จะสร้างเซลล์สืบพันธุ์ (gametes) ที่มีจำนวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่ง### การแบ่งเซลล์และพันธุกรรม
• เซลล์ฮาโลอิด (Haploid): หมายถึงเซลล์ที่มีชุดโครโมโซมเดียว เช่น สเปิร์มและไข่
• เซลล์ดิปลอยด์ (Diploid): มีโครโมโซม 2 ชุด เป็นเซลล์ที่เกิดจากการรวมตัวของเซลล์ฮาโลอิด
• โครโมโซมที่คล้ายกัน (Homologous Chromosome): โครโมโซมที่มีขนาดและรูปแบบเหมือนกัน แต่มีแหล่งที่มาจากพ่อและแม่
• โครมาติด (Chromatid): มีโครมาติดคู่ (Sister Chromatid) ที่เกิดจากการจำลอง DNA ก่อนการแบ่งเซลล์
• เซลล์ผสม (Somatic Cell): เซลล์ที่ไม่ใช่เซลล์สืบพันธุ์ ประกอบด้วยโครโมโซมออโตโซม 22 คู่ และโครโมโซมเพศ 1 คู่

การแบ่งเซลล์

• Karyokinesis: การแบ่งนิวเคลียสของเซลล์
• Cytokinesis: การแบ่งไซโตพลาซึมของเซลล์หลังจากการแบ่งนิวเคลียส
• Crossing Over: กระบวนการแลกเปลี่ยนส่วนของโครโมโซมระหว่างโครโมโซมที่คล้ายกันในระหว่าง meiosis เพื่อสร้างความหลากหลายทางพันธุกรรม

กฎของเมนเดล

• กฎการแยก (Law of Segregation): ในระหว่างการสืบพันธุ์ คู่ของยีนจะถูกแยกออกเป็นส่วนๆ เพื่อสร้าง gamete
• กฎการจัดเรียง (Law of Independent Assortment): ยีนที่อยู่ในโครโมโซมต่างกันจะถูกจัดเรียงอย่างอิสระในการสร้าง gamete
• Genotype และ Phenotype: ตัวอย่างชิ้นพันธุกรรม (genotype) คือตัวแทนของลักษณะทางกายภาพ (phenotype)

การทดลองและการประยุกต์ใช้

• การทดสอบการข้าม (Backcross และ Testcross): วิธีการทดสอบเพื่อหาลักษณะทางพันธุกรรมที่ซ่อนอยู่ ซึ่งช่วยให้เข้าใจจุดบกพร่องทางพันธุกรรมเช่น โรค Erythroblastosis fetalis