พันธุศาสตร์ PDF

พันธุศาสตร์ รศ.ดร. สรัญญา พันธุ์พฤกษ์ สาขาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ สจล. อาคารจุฬาภรณ์ วลัยลักษณ์ ห้ อง 428  พันธุศาสตร์  พันธุศาสตร์ (genetic) = การศึกษาโครงสร้ างการ ถ่ ายทอดลักษณะพันธุกรรมและการแสดงออกของยีน  สารพันธุกรรม คือ ดีเอ็นเอ (DNA) ยกเว้ น...

พันธุศาสตร์ รศ.ดร. สรัญญา พันธุ์พฤกษ์ สาขาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ สจล. อาคารจุฬาภรณ์ วลัยลักษณ์ ห้ อง 428  พันธุศาสตร์  พันธุศาสตร์ (genetic) = การศึกษาโครงสร้ างการ ถ่ ายทอดลักษณะพันธุกรรมและการแสดงออกของยีน  สารพันธุกรรม คือ ดีเอ็นเอ (DNA) ยกเว้ น ไวรัสมีอาร์ เอ็นเอ (RNA) เป็ นสารพันธุกรรม  ลักษณะทางพันธุกรรม : ทางคุณภาพและปริ มาณ  ลักษณะทางพันธุกรรม ลักษณะทางคุณภาพ (qualitative trait) : - ลักษณะพันธุกรรมทีผ่ นั แปรไม่ ต่อเนื่อง - ถูกควบคุมโดยยีนไม่ กคี่ ู่ - แสดงความแตกต่ างได้ อย่ างชัดเจน - เช่ น การห่ อลิน้ พันธุกรรมของหมู่เลือด การมีลกั ยิม้  ลักษณะทางพันธุกรรม ลักษณะทางปริมาณ (quantitative trait) : - ลักษณะพันธุกรรมทีผ่ นั แปรอย่ างต่ อเนื่อง - ถูกควบคุมด้ วยยีนหลายคู่หรื อ polygene - แสดงความแตกต่ างได้ ไม่ ชัดเจน - เช่ น นา้ หนัก ส่ วนสู ง ระดับสติปัญญา การถ่ ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม หลักการถ่ ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม  ค.ศ. 1822-1884 เกรเกอร์ โจฮาน เมนเดล (บิดาแห่ งวิชา พันธุศาสตร์ ) บาทหลวงชาวออสเตรีย  ทดลองผสมถั่วลันเตา Pisum sativum ที่มีลก ั ษณะต่ างกัน 7 ลักษณะ  ผสมละอองเกสรตัวผู้กบ ั เกสรตัวเมียของรุ่นพ่อแม่ หรื อ P (parent generation)  สั งเกตลักษณะทีป่ รากฏในรุ่นลูก F1 (first filial generation)  สั งเกตลักษณะของรุ่ น F2 (second filial generation) ที่ เกิดจากการผสมกันของรุ่น F1  ชนิด ลักษณะของรุ่นพ่อแม่ รู ปร่ างเมล็ด เมล็ดเรียบ เมล็ดย่ น สี ของเนื้อเมล็ด สี เหลือง สี เขียว สี ของดอก สี แดง สี ขาว รูปร่ างฝัก ฝักอวบ ฝักคอด ตาแหน่ งของดอก ที่ลาต้ น ที่ปลายยอด สี ของฝัก สี เขียว สี เหลือง ความสู งของต้ น ต้ นสู ง ต้ นเตีย้  ลักษณะของลูกรุ่ น F1 จะมีลก ั ษณะเดียวที่แสดงออก  ลักษณะทีป ่ รากฏในรุ่นลูก F1 เรียกว่ า ลักษณะเด่ น (dominance) ส่ วนลักษณะทีห่ ายไปในรุ่นลูก F1 เรียกว่ าลักษณะด้ อย (recessive)  เมื่อนาลูกรุ่ น F1 มาผสมกันเอง (self cross) ได้ ร่ ุ น F2 ออกมาโดยมีลกั ษณะทีห่ ายไปในรุ่น F1 กลับมาปรากฏใน รุ่น F2 อีกครั้ง  อัตราส่ วนระหว่ างลักษณะเด่ นกับด้ อยในอัตราส่ วน 3:1  การผสมแบบโมโนไฮบริ ด = พิจารณาลักษณะเดียว  การผสมแบบไดไฮบริ ด = พิจารณา 2 ลักษณะพร้ อมกัน  ผสมเมล็ดผิวเรี ยบสี เหลือง x เมล็ดผิวย่ นสี เขียว  ลูกรุ่ น F1 = เมล็ดผิวเรี ยบสี เหลืองทั้งหมด  ลูกรุ่ น F2 = เมล็ดผิวเรียบสี เหลือง 315 เมล็ด เมล็ดผิวย่ นสี เหลือง 101 เมล็ด เมล็ดผิวเรียบสี เขียว 108 เมล็ด เมล็ดผิวย่ นสี เขียว 32 เมล็ด  อัตราส่ วนลูกรุ่ น F2 = 9:3:3:1  เมล็ดผิวเรี ยบ : เมล็ดผิวย่ น = 423:133 = 3:1  เมล็ดสี เหลือง : เมล็ดสี เขียว = 416:140 = 3:1 กฎข้ อแรกของเมนเดล หรื อ กฎการแยกตัวของยีน (Law of segregation)  แฟกเตอร์ (factor) (ยีน) ควบคุมลักษณะต่ างๆ โดยแฟก เตอร์ (ยีน) จะอยู่เป็ นคู่ เรียกว่ า อัลลีล  เมื่อมีการสร้ างเซลล์ สืบพันธุ์ แฟกเตอร์ (ยีน) คู่นีจ ้ ะแยก จากกัน (segregate)  เมื่อเกิดการปฏิสนธิ ลูกทีเ่ กิดจะได้ แฟกเตอร์ (ยีน) หนึ่งจาก พ่อและอีกแฟกเตอร์ (ยีน) หนึ่งจากแม่ กฎข้ อที่สองของเมนเดล หรื อ กฎการรวมกลุ่ม ของยีนต่ างคู่กนั อย่ างอิสระ (Law of independent assortment)  ยีนทีอ ่ ยู่เป็ นคู่กนั เมื่อแยกออกจากกันแล้วจะไปรวม กับยีนอื่นใดก็ได้ อย่ างอิสระในเซลล์ สืบพันธุ์  ยีนทีค ่ วบคุมลักษณะเด่ น เขียนตัวพิมพ์ใหญ่ ยีนทีค่ วบคุมลักษณะด้ อย เขียนตัวพิมพ์ เล็ก กฎข้ อที่สามของเมนเดล หรื อ Law of dominance  ลักษณะบางชนิดจะปรากฏให้ เห็นในรุ่ น F1 เนื่องจากเป็ น ลักษณะเด่ น ส่ วนลักษณะด้ อยทีถ่ ูกข่ มเอาไว้ จะแสดง ออกมาในรุ่น F2  อัตราส่ วนลักษณะเด่ นต่ อลักษณะด้ อยในรุ่ น F2 = 3:1 P generation TT x tt F1 generation Tt x Tt F2 generation TT Tt tT tt สรุปการแสดงลักษณะทางพันธุกรรมได้ เป็ น 2 ลักษณะ  ฟี โนไทป์ (phenotype) = ลักษณะที่ปรากฏให้ เห็น เช่ น ต้ น สู ง ต้ นเตีย้  จีโนไทป์ (genotype) = ลักษณะที่ถ่ายทอดทางยีน (gene) ที่ ทาให้ เกิดลักษณะฟี โนไทป์  ถัว่ ลันเตาทีม่ จี ีโนไทป์ TT และ Tt มีฟีโนไทป์ เหมือนกัน คือ ต้ นสู ง  จีโนไทป์ ประกอบด้ วยยีน 1 คู่ จีโนไทป์ ของการผสมแบบโมโนไฮบริด P AA x aa F1 Aa x Aa F2 AA Aa aA aa Genotype 3 รูปแบบ AA, Aa, aa (1:2:1) จีโนไทป์ ของการผสมแบบไดไฮบริด P AABB x aabb F1 AaBb x AaBb F2 AABB AABb AAbB AAbb AaBB AaBb AabB Aabb aABB aABb aAbB aAbb aaBB aaBb aabB aabb Genotype 9 รูปแบบ AABB, AABb, AAbb, AaBB, AaBb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb  ลักษณะของจีโนไทป์ ลักษณะพันธุ์แท้ เป็ นจีโนไทป์ ซึ่งเกิดจากการแสดงออกของ ยีนชนิดเดียวกัน เรียกว่ า โฮโมไซกัส (homozygous)  ลักษณะเด่ นพันธุ์แท้ ประกอบด้ วยยีนเด่ น 1 คู่ เช่ น TT  ลักษณะด้ อย ประกอบด้ วยยีนด้ อย 1 คู่ เช่ น tt ลักษณะพันธุ์ทาง ประกอบด้ วย ยีนเด่ น 1 ยีน และยีนด้ อย 1 ยีน เรียกว่ าเฮเทอโรไซกัส (heterozygous) เช่ น Tt ลักษณะฟี โนไทป์ ทีย่ นี เด่ นจะข่ มแสดงออกของยีนด้ อย เรียกว่ า ลักษณะเด่ นสมบูรณ์ (complete dominance)  การหาอัตราส่ วนจีโนไทป์ และฟี โนไทป์ การผสมแบบโมโนไฮบริด = การทาเทสต์ ครอส (test cross) การผสมแบบไดไฮบริด = การเข้ าตาราง Punnet square หรื อการต่ อกิง่  การทาเทสต์ ครอส (test cross)  เป็ นการตรวจสอบจีโนไทป์ ของสิ่ งมีชีวต ิ ทีม่ ฟี ี โนไทป์ เด่ น นั้น โดยนาไปผสมกับสิ่ งมีชีวติ ลักษณะด้ อย (homozygous recessive) เช่ น tt  หากสิ่ งมีชีวต ิ นั้นเป็ นเด่ นพันธุ์แท้ (TT) ผลที่ออกมาจะได้ ลูกลักษณะเด่ นทุกกรณี (TT, Tt)  หากสิ่ งมีชีวติ นั้นเป็ นพันธุ์ทาง (Tt) รุ่นลูกที่ออกมาจะมี ลักษณะเด่ นครึ่งหนึ่ง (Tt) และลักษณะด้ อยครึ่งหนึ่ง (tt)  ลักษณะเด่ นไม่ สมบูรณ์ (incomplete dominance)  ยีนเด่ นไม่ สามารถข่ มยีนด้ อยทั้งหมด  ลูกรุ่ น F1 ต่ างจากพ่ อแม่  ลูกรุ่ น F2 ที่มีอต ั ราส่ วนฟี โนไทป์ และจี โนไทป์ = 1:2:1  การผสมพันธุ์ไก่ พน ั ธุ์อนั ดาลูเซียน (Andalusian) สี ดากับขนลาย ได้ ลูกมา เป็ นสี เทา (Blue andalusian) หรื อการ ผสมดอกบานเย็นสี แดงกับสี ขาวได้ ดอก สี ชมพู  ลักษณะเด่ นร่ วมกัน (codominance)  ยีนแต่ ละอัลลีลแสดงออกร่ วมกันในลูกผสมแบบเด่ นทั้งคู่  พันธุกรรมหมู่เลือด ระบบ ABO ผู้ทมี่ จี ีโนไทป์ IAIB จะมีหมู่เลือด AB ตาราง Punnet square และการต่ อกิง่ สารพันธุกรรม  การค้ นพบสารพันธุกรรม  เมนเดลพบว่ าการถ่ ายทอดลักษณะต่ างๆ จากรุ่ นพ่ อแม่ ไป ยังลูกหลานได้ โดยมียนี หรอแฟกเตอร์ เป็ นตัวถ่ ายทอด  ค.ศ. 1869 Friedrich Miescher สกัดสารเคมีออกจาก นิวเคลียสของเซลล์ จากหนองที่เกิดจากแผลหรื อฝี พบว่ า เป็ นสารประกอบที่มี C H O N และ P คล้ ายโปรตีน สารนี้ เป็ นกรด และตั้งชื่ อว่ า กรดนิวคลีอคิ (nucleic acid)  ค.ศ. 1928 Fred Griffith แยกเชื้ อแบคทีเรี ย Pneumococcus ทีท่ าให้ เกิดโรคปวดบวมได้ หลายสายพันธุ์จากคนไข้ และ ทดลองฉีดเชื้อเหล่ านีเ้ ข้ าไปในหนู พบว่ า  แบคทีเรี ยสายพันธุ์ทม ี่ แี คปซูลหุ้ม โคโลนีเรียบหรื อกลุ่ม S (Smooth) มีพษิ ร้ ายแรงและทาให้ หนูเป็ นปอดบวมตาย  แบคทีเรี ยสายพันธุ์ทไี่ ม่ มแ ี คปซูลหุ้ม โคโลนีขรุขระ หรื อ กลุ่ม R (Rough) เป็ นชนิดทีฉ่ ีดเข้ าไปในหนูแล้ วไม่ เป็ น อันตราย  เมื่อฉีดเชื้ อผสมแบคทีเรี ยทั้งสองสายพันธุ์เข้ าไปในหนู ทดลอง โดยฉีดแบคทีเรียกลุ่ม R ที่ยงั มีชีวติ ร่ วมกับ แบคทีเรียกลุ่ม S ที่ตายแล้ วด้ วยความร้ อน พบว่ าหนูเป็ น ปอดบวมตาย  เมื่อวิเคราะห์ แบคทีเรี ยในหนูทต ี่ าย พบแบคทีเรียกลุ่ม R ซึ่งปกติไม่ สร้ างแคปซูล แต่ สามารถสร้ างแคปซู ลได้ ในหนู ที่ตายนีไ้ ด้ ปรากฏการณ์ นีเ้ รียกว่ า ทรานสฟอร์ เมชัน (transformation) เรียกสารที่เป็ นปัจจัยเกีย่ วข้ องกับการ เปลีย่ นแปลงสภาพนีว้ ่ า ทรานสฟอร์ มิงแฟกเตอร์ (transforming factor หรื อ TF)  ค.ศ. 1944 เอเวอรี , แมคลอยด์ และแมคคาร์ ตี ได้ แยกดีเอ็นเอ ออกจากแบคทีเรียกลุ่ม S ที่กริฟฟิ ธได้ ทาการศึกษา แล้ วผสม ในหลอดทดลองทีม่ แี บคทีเรียกลุ่ม R ซึ่งไม่ มีพษิ ร้ ายแรง  พบว่ า แบคทีเรี ยกลุ่ม R เปลีย ่ นสภาพเป็ นกลุ่ม S โดยทดสอบ จากการฉีดเข้ าไปในหนูทดลองปรากฏว่ าหนูทดลองตาย และ เมื่อตรวจดูแบคทีเรียจากหนูทตี่ ายพบว่ ามีแบคทีเรียกลุ่ม S เป็ นจานวนมาก  จึงสามารถพิสูจนได้ ว่ทรานสฟอร์ มงิ แฟคเตอร์ คือดีเอ็นเอ นั่นเอง และยังชี้ให้ เห็นได้ ว่า ดีเอ็นเอมีความสั มพันธ์ เกีย่ วข้ องกับการถ่ ายทอดพันธุกรรม  Central dogma แนวความคิดทีอ่ ธิบายถึงหน้ าทีห่ ลักของสารพันธุกรรม โดย  สิ่ งมีชีวต ิ จะเก็บข้ อมูลทางพันธุกรรมในรูป DNA หรื อ RNA  สิ่ งมีชีวติ สามารถเพิม่ ปริมาณสารพันธุกรรม โดยการ จาลองตัวเองของ DNA (DNA replication)  สิ่ งมีชีวต ิ สามารถแสดงลักษณะทางพันธุกรรม โดยการ ถอดรหัส (transcription) จาก DNA เป็ น RNA และแปล รหัส (translation) จาก RNA เป็ นโปรตีน  ดีเอ็นเอประกอบด้ วย - นา้ ตาลดีออกซีไรโบส - เบสพิวรีน (อะดีนีน A กัวนีน G) เบสไพริมิดนี (ไทมีน T ไซโตซีน C) - ฟอสเฟต  อาร์ เอ็นเอประกอบด้ วย - นา้ ตาลไรโบส - เบสพิวรีน (อะดีนีน A กัวนีน G) เบสไพริมิดนี (ยูราซิล U ไซโตซีน C) - ฟอสเฟต  ค.ศ. 1948 Erwin Chargaff และคณะ วิเคราะห์ ปริ มาณ เบสในสิ่ งมีชีวติ ชนิดต่ างๆ พบว่ า - ปริมาณเบสพิวรีนใกล้ เคียงกับเบสไพริมิดนี - ปริมาณเบสอะดีนีนใกล้ เคียงกับเบสไทมีน - ปริมาณเบสไซโตซีนใกล้เคียงกับเบสกัวนีน  ในปี ค.ศ.1950 วิลคินส์ และคณะได้ ใช้ รังสี เอกซ์ ฉายไปที่ ผลึกดีเอ็นเอ ทาให้ ค้นพบว่ าโมเลกุลดีเอ็นเออยู่ในสภาพที่ เป็ นเกลียว (helix) ซึ่งระยะทางของแต่ ละรอบ จะเท่ ากัน ตลอดความยาวของโมเลกุล  ในปี 1953 Watson and Crick สรุปแบบจาลองดีเอ็นเอ ดังนี้ - ดีเอ็นเอมีโครงสร้ างเป็ นสายสอง สาย พันกันเป็ นเกลียวคู่ (double helix) คล้ ายบันไดเวียน - ทิศทางตรงกันข้ าม - แต่ ละสายยึดกันด้ วยพันธะ ไฮโดรเจนระหว่ างเบส A จับกับ T และ G จับกับ C  โครงสร้ างของสารพันธุกรรม  กรดนิวคลีอค ิ มี 2 ชนิด คือ - DNA - RNA  ดีเอ็นเอ  ดีเอ็นเอเป็ นพอลิเมอร์ ของนิวคลีโอไทด์  แต่ ละนิวคลีโอไทด์ ประกอบด้ วยไนโตรจีนัสเบส (nitrogenous base) นา้ ตาลดีออกซีไรโบส (deoxyribose) ซึ่งประกอบด้ วยคาร์ บอน 5 อะตอมในโมเลกุล และหมู่ ฟอสเฟต (PO43-)  เบสพิวรี น ตาแหน่ งที่ 9 และเบสไพริ มิดน ี ตาแหน่ งที่ 1 จะเชื่ อมกับนา้ ตาลดีออกซีไรโบสที่คาร์ บอนตาแหน่ งที่ 1’  เบส + นา้ ตาล = นิวคลีโอไซด์  ฟอสเฟตจะเชื่ อมกับนา้ ตาลที่คาร์ บอนตาแหน่ งที่ 5’  เบส + นา้ ตาล + ฟอสเฟต = นิวคลีโอไทด์ หรื อ ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ (deoxyribonucleotide)  สายดีเอ็นเอ (DNA backbone) แต่ ละสายสร้ างจากนิวคลี โอไทด์ แต่ ละหน่ วยที่เชื่ อมต่ อกันด้ วยพันธะฟอสโฟไดเอส เทอร์ โดยหมู่ฟอสเฟตจะเชื่ อมต่ อกับทีค่ าร์ บอนตาแหน่ งที่ 3’ ของนา้ ตาลในนิวคลีโอไทด์ ตัวถัดไป  ปลาย 5’ ฟอสเฟตอิสระ ปลาย 3’ OH อิสระ  ดีเอ็นเอประกอบด้ วยสายโพลีนิวคลีโอไทด์ 2 สาย มาพัน เป็ นเกลียวคู่ เวียนขวา  โพลีนิวคลีโอไทด์ แต่ ละสายจะมีทิศทางจาก 5’ ไปยัง 3’  ทิศทางสวนกัน (antiparallel)  หนึ่งรอบเกลียวจะมีระยะทาง 34 อังสตรอม (°A)  หนึ่งรอบเกลียวมีเบสคู่สมอยู่ 10 คู่ต่อรอบ  เกลียวนีจ้ ะมีร่องใหญ่ (major groove) และร่ องเล็ก (minor groove)  พันธะไฮโดรเจนยึดเกาะระหว่ างเบสของสายดีเอ็นเอ 2 สาย - A สร้ างพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะกับ T - G สร้ างพันธะไฮโดรเจน 3 พันธะกับ C  อาร์ เอ็นเอ  นา้ ตาลใน อาร์ เอ็นเอ เป็ นนา้ ตาลไร โบส (ribose)  เบสในอาร์ เอ็นเอ คือ เบสอะดีนีน (A) เบสกัวนีน (G) เบสไซโตซีน (C) และ ยูราซิล (uracil หรื อ U)  อาร์ เอ็นเอเป็ นสายเดี่ยว ดีเอ็นเอเป็ น สายคู่  ชนิดของอาร์ เอ็นเอ  mRNA (messenger RNA) ทาหน้ าทีเ่ ป็ นรหัสพันธุกรรม (codon) ในการสั งเคราะห์ โปรตีน  tRNA (transfer RNA) เป็ นอาร์ เอ็นเอที่นากรดอะมิโน มา เรียงต่ อกันตามรหัสพันธุกรรมบน mRNA โดย tRNA จะ มีเบสที่เรียงกัน 3 ตัวทาหน้ าที่เป็ นแอนติโคดอน (anticodon) เกาะกับรหัสโคดอนของ mRNA  rRNA (ribosomal RNA) เป็ นอาร์ เอ็นเอที่มีปริ มาณมาก ทีส่ ุ ด โดยเป็ นองค์ ประกอบหลักของไรโบโซม  การจาลอง ดีเอ็นเอ (DNA replication)  เป็ นการเพิม ่ จานวน ดีเอ็นเอ ระหว่ างการแบ่ งเซลล์  สายโพลีนิวคลีโอไทด์ ท้ งั 2 สาย จะคลายเกลียวและแยกออกจาก กันในตาแหน่ งที่เริ่มต้ นของการจาลองตัวเอง (origin of replication)  แต่ ละสายที่แยกออกจากกันจะทาหน้ าที่เป็ นแม่ แบบ (DNA template) ในการสร้ างสายใหม่  ดีเอ็นเอที่สร้ างขึน ้ มาจะประกอบด้ วยสายเก่ าและสายใหม่ ที่เป็ น เบสคู่สม  การจาลองตัวเองดีเอ็นเอแบบกึง่ อนุรักษ์ (semiconservative)  การจาลองตัวเองดีเอ็นเอแบบกึง่ อนุรักษ์ 1. เอนไซม์ เฮลิเคส (helicase) ทาลายพันธะไฮโดรเจน ระหว่ างคู่เบสทาให้ โพลีนิวคลีโอไทด์ 2 สาย คลายเกลียว และแยกออกจากกัน ตาแหน่ งที่ดีเอ็นเอสองสายแยกออก จากกัน = replication fork 2. โปรตีน single strand binding protein (SSB) จับกับดีเอ็น เอสายเดี่ยว เพื่อป้ องกันการกลับมาจับกันใหม่ ของสายโพลี นิวคลีโอไทด์ 3. เอนไซม์ ไจเรส (gyrase) หรื อโทโปไอโซเมอเรส (topoisomerase) ทาหน้ าทีค่ ลายปมทีอ่ ยู่เหนือจุดแยก โดย การตัดสายหนึ่งเพื่อให้ เกิดการคลายปมที่แน่ นออกแล้ วจึง เชื่ อมต่ อดีเอ็นเอเข้ าดังเดิม  การจาลองตัวเองดีเอ็นเอแบบกึง่ อนุรักษ์ 4. เอนไซม์ ไพรเมส (primase) ทาหน้ าที่สังเคราะห์ อาร์ เอ็นเอ ไพรเมอร์ (primer) ทีม่ ลี าดับเบสคู่สมกับลาดับเบสบนสายดี เอ็นเอแม่ แบบ 5. ดีเอ็นเอพอลิเมอเรส (DNA polymerase) เร่ งปฏิกริ ิยาการต่ อ นิวคลีโอไทด์ ตัวใหม่ เข้ ากับปลาย 3’ ของไพรเมอร์ ด้วยพันธะ เอสเตอร์ (ester bond) ดังนั้น ทิศทางการจาลองตัวเองจะเริ่มจาก 5’ ไปยัง 3’ เสมอ การจาลองตัวเองดีเอ็นเอแบบกึง่ อนุรักษ์ 6. ในการนานิวคลีโอไทด์ มาต่ อจะได้ สายดีเอ็นเอที่มีทิศทาง 5’ ไป 3’ สายยาวเรียกว่ า สายนา (leading strand) และสาย สั้ น เรียกว่ า ชิ้นส่ วนโอกาซากิ (Okasaki fragment) หรื อ สายตาม (lagging strand) 7. ตัดอาร์ เอ็นเอไพรเมอร์ ออก และเชื่ อมต่ อปลาย 3’ และ 5’ ของ Okasaki fragment ให้ เป็ นดีเอ็นเอสายยาวตลอดสาย โดยเอนไซม์ ไลเกส (DNA ligase)  การสั งเคราะห์ โปรตีน  รหัสพันธุกรรมบนดีเอ็นเอจะเป็ นตัวกาหนดการเรี ยงตัว ของกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีนทีเ่ ซลล์ สร้ างขึน้ เพื่อใช้ ในกิจกรรมต่ างๆ ทั้งภายในและภายนอกเซลล์  การสั งเคราะห์ โปรตีนนั้นประกอบด้ วย 2 กระบวนการ คือ - การถอดรหัสพันธุกรรมหรื อ transcription - การแปลรหัสพันธุกรรมหรื อ translation  ทรานสคริปชัน (Transcription)  เป็ นการสั งเคราะห์ อาร์ เอ็นเอ จากดีเอ็นเอ 1 สาย  ในเซลล์ ชนิดยูคาริ โอท ทรานสคริ ปชั นเกิดขึน ้ ในนิวเคลียส หลังจากนั้น mRNA จะถูกส่ งออกไปทีไ่ ซโตพลาสซึม  ดีเอ็นเอจะคลายเกลียวและแยกสายคู่ออกเป็ นสายเดีย ่ วสอง สาย โดยมีการสลายพันธะไฮโดรเจนระหว่ างคู่เบส A กับ T และ C กับ G โมเลกุลของดีเอ็นเอโป่ งพองออก  ดีเอ็นเอสายต้ นแบบ = template หรื อ antisense strand ดีเอ็นเอที่ไม่ ได้ ใช้ เป็ นต้ นแบบเรียกว่ า sense strand ซึ่งจะ มีลาดับเบสเหมือนกับ mRNA ยกเว้ น U ที่แทนด้ วย T  การสั งเคราะห์ mRNA มีทิศทางจากปลาย 5’ ไปยัง 3’  อาศัยการทางานของเอนไซม์ RNA polymerase  โดยนานิวคลีโอไทด์ ของ mRNA มาเข้ าคู่สมกับโมเลกุล ของดีเอ็นเอที่ใช้ เป็ นต้ นแบบ (A จะเข้ าคู่กบั U)  mRNA ถูกสร้ างขึน ้ แล้ วจะผ่ านเยื่อหุ้มนิวเคลียสไปสู่ ไซโตพลาสซึมโดยผ่ านกระบวนการตบแต่ งอาร์ เอ็นเอ (RNA processing)  ทรานสเลชัน (Translation)  เป็ นการแปลรหัสของ mRNA เป็ นลาดับของกรดอะมิโนที่ ต่ อกันเป็ นสายโพลีเปปไทด์ (polypeptide) หรื อโปรตีน  สร้ างที่ไรโบโซมประกอบด้ วย 2 หน่ วยย่ อย คือ หน่ วยย่ อย เล็ก และหน่ วยย่ อยใหญ่  ต้ องการ ไรโบโซมที่มี rRNA, tRNA ที่นากรดอะมิโน, mRNA ระยะเริ่มต้ นของการสั งเคราะห์ โพลีเปปไทด์ (Initiation of polypeptide chain)  ไรโบโซมจะแยกออกเป็ น 2 หน่ วยย่ อย  ไรโบโซมหน่ วยย่ อยเล็กจะเข้ าเกาะทางด้ านปลาย 5’ ของ mRNA  tRNA โมเลกุลแรกจะนากรดอะมิโนฟอร์ มล ิ เมทไท โอนีน (fmet- tRNA) เข้ าจับกับ mRNA ในไรโบโซมที่ รหัสพันธุกรรมเริ่มต้ น AUG บนสาย mRNA  หลังจากนั้นไรโบโซมหน่ วยย่ อยใหญ่ เข้ าร่ วมโดยจะมี โปรตีนที่จาเพาะต่ อระยะเริ่มต้ นของการสั งเคราะห์ สาย โพลีเปปไทด์ (initiation factor) เป็ นตัวเร่ งปฏิกริ ิยา ระยะการเกิดโพลีเปปไทด์ ของกรดอะมิโน (elongation)  ไรโบโซมมี 2 ตาแหน่ ง คือ peptidyl หรื อ P-site และ aminoacyl หรื อ A- site)  ในระยะต้ น fmet-tRNA จะเกาะกับรหัส AUG บน mRNA โดย AUG เป็ นรหัสแรกของกระบวนการ สั งเคราะห์ โพลีเปปไทด์ จะอยู่ทตี่ าแหน่ ง P-site ของไร โบโซม  ตาแหน่ ง A-site ซึ่ งว่ าง aminoacyl-tRNA ตัวที่ 2 ที่มี anticodon กับรหัสบน mRNA เข้ ามาเกาะที่ตาแหน่ ง กรดอะมิโนที่ A-site  กรดอะมิโนที่ P-site จะต่ อกับกรดอะมิโนที่ A-site ด้ วย พันธะเปปไทด์ โดยมีเอนไซม์ peptidyl transferase เป็ น ตัวเร่ งปฏิกริ ิยา  ตาแหน่ ง P-site จะเป็ น tRNA ที่ไม่ มีกรดอะมิโนเกาะ  tRNA จะหลุดออกไปจาก mRNA แต่ ที่ตาแหน่ ง A- site ของไรโบโซม tRNA มีกรดอะมิโน 2 ตัว  ไรโบโซมจะเคลื่อนทีไ่ ปบน mRNA ในทิศจากปลาย 5’ ไป ยัง 3’ ทาให้ tRNA ที่มีกรดอะมิโน 2 ตัวเปลีย่ นจาก ตาแหน่ ง A-site ไปอยู่ทตี่ าแหน่ ง P-site  ตาแหน่ ง A- site ว่ าง aminoacyl-tRNA ตัวที่ 3 ก็จะเข้ ามา จับกับ mRNA แล้ วมีการสร้ างพันธะเปปไทด์ ระหว่ าง กรดอะมิโนที่เข้ ามาใหม่ ระยะสิ้นสุ ดการสั งเคราะห์ โพลีเปปไทด์ (Termination of polypeptide chain)  การสร้ างพันธะเปปไทด์ จะหยุดเมื่อไรโบโซมเคลื่อนที่ไป ยัง stop codon UAA หรื อ UAG หรื อ UGA  อาศัยโปรตีน release factor ทาให้ สารประกอบหลุดออก จากกัน  สายโพลีเปปไทด์ หลุดออกจาก tRNA  tRNA และ mRNA หลุดออกจากไรโบโซม รหัสพันธุกรรม (genetic code หรื อ codon)  รหัสพันธุกรรม 1 รหัส ประกอบด้ วยเบส 3 ตัว บน mRNA ซึ่งเรียกว่ า triplet code หรื อ codon  1 codon กาหนดชนิดของกรดอะมิโน 1 ตัว  กรดอะมิโน 20 ชนิด มาจากโคดอนของเบสเพียง 4 ตัว A, G, C และ T  รหัสพันธุกรรมทีเ่ ป็ นไปได้ 64 รหัส กรดอะมิโนบางชนิด สามารถใช้ รหัสพันธุกรรมได้ หลายรหัส คุณสมบัตขิ องรหัสพันธุกรรม  1 รหัสประกอบด้ วยเบส 3 ตัวเรี ยงต่ อกัน (triplet code หรื อ codon)  ไม่ มีการเหลื่อมซ้ อนกัน (non-overlapping)  แต่ ละรหัสจะเรี ยงต่ อกันไปไม่ มีข้ามเบส  กรดอะมิโน 1 ชนิด สามารถมีรหัสพันธุกรรมได้ มากกว่ า 1 รหัส (degenerate code) คุณสมบัตขิ องรหัสพันธุกรรม  รหัสเริ่ มต้ น (initiating codon) คือ AUG ซึ่ งเป็ นรหัส สาหรับกรดอะมิโนชนิดเมทไทโอนีน (methionine)  รหัสสาหรั บการหยุดการสั งเคราะห์ โพลีเปปไทด์ (terminating codon หรื อ stop codon) คือ UAA, UGA และ UAG  รหัสพันธุกรรมทีก ่ าหนดกรดอะมิโนแต่ ละชนิดจะใช้ เหมือนกันในสิ่ งมีชีวติ ทุกชนิด (universal code)  การแปลรหัสจะมีทิศทางจาก 5’ ไป 3’ ของ mRNA ตัวอย่ าง  DNA 3’-TACAGTGGCGGAATC –5’  mRNA 5’-AUGUCACCGCCUUAG –3’  Peptide met- ser- pro- pro- (stop)  การสื บพันธุ์แบบอาศัยเพศ (sexual reproduction)  มีการรวมนิวเคลียสของเซลล์ สืบพันธุ์ (gamete) 2 เซลล์ เข้ า ด้ วยกัน  กระบวนการรวมตัวของนิวเคลียส เรี ยกว่ า การปฏิสนธิ (fertilization) โดยเซลล์ สืบพันธุ์แต่ ละเซลล์ มโี ครโมโซมเพียง 1 ชุ ด หรื อทีเ่ รียกว่ า แฮพลอยด์ (haploid) (n) เซลล์ สืบพันธุ์ท้งั 2 เซลล์ จะเข้ ามารวมกันเกิดเป็ นเซลล์ ลูก หรื อไซโกต (zygote) ซึ่งมี โครโมโซม 2 ชุ ด หรื อทีเ่ รียกว่ า ดิพลอยด์ (diploid) (2n)  เซลล์ ใหม่ ทไี่ ด้ มีข้อมูลพันธุกรรมร่ วมกันระหว่ างพ่ อและแม่  วัฎจักรของเซลล์ (cell cycle)  เป็ นการสร้ างเซลล์ และเพิม่ จานวนเซลล์  ประกอบด้ วย 2 ระยะคือระยะอินเตอร์ เฟส และระยะการแบ่ งเซลล์  ก่ อนที่เซลล์ จะแบ่ งตัว ต้ องมีปริ มาณไซโตพลาสมและออร์ กาเนลล์ ต่ างๆ ภายในไซโตพลาสมเพิม่ มากขึน้ เพียงพอต่ อเซลล์ ใหม่ ที่ เกิดขึน้ รวมทั้งเส้ นใยโครมาตินและเมื่อเส้ นใยโครมาตินนีห้ ดสั้ น ลงอยู่ในรูปโครโมโซม จะทาให้ สังเกตเห็นโครโมโซมแต่ ละ ประกอบด้ วย 2 โครมาติด จึงอาจกล่ าวได้ ว่าเกิดการจาลอง โครโมโซม (duplication)  จากนั้นจึงเกิดการแบ่ งโครโมโซม ไซโตพลาสม ออร์ กาเนลล์ และ องค์ ประกอบต่ างๆ แยกออกเป็ นเซลล์ ใหม่ ในช่ วงของการแบ่ ง เซลล์ อินเตอร์ เฟส (interphase)  เป็ นระยะทีใ่ ช้ เวลานานทีส ่ ุ ดเนื่องจากเซลล์ มกี ารเปลีย่ น แปลงทางเคมีมากทีส่ ุ ด เพื่อเพิม่ จานวนองค์ ประกอบต่ างๆ เป็ น 2 เท่ า  1.1. ระยะ gap1 หรื อ G1 เป็ นระยะที่เซลล์ จะเติบโตและ เตรียมตัวเข้ าสู่ ระยะ S โดยสั งเคราะห์ อาร์ เอ็นเอและโปรตีน ต่ างๆ  1.2. ระยะสร้ างดีเอ็นเอ (synthesis) หรื อ S เป็ นระยะที่ เซลล์ มีจาลองโครโมโซมเพื่อสร้ างดีเอ็นเอ อินเตอร์ เฟส (interphase)  1.3. ระยะgap2 หรื อ G2 เป็ นระยะที่มีการสร้ างโปรตีนเพิม ่ มากขึน้ เพื่อเตรียมการเข้ าสู่ กระบวนการแบ่ งเซลล์ ระยะแบ่ งเซลล์ (M)  เป็ นระยะที่มีการแบ่ งเซลล์ เพื่อเพิม ่ จานวนเซลล์  ประกอบด้ วย - การแบ่ งนิวเคลียส (nuclear division, karyokinesis) - การแบ่ งไซโตพลาสม (cytokinesis)  1 วัฏจักรเซลล์ เรี ยกว่ า 1 generation time  การแบ่ งเซลล์ (cell division)  การแบ่ งเซลล์ แบบไมโตซิ ส (mitosis) พบบริเวณทีม่ กี ารสื บพันธุ์แบบไม่ อาศัยเพศ และเนื้อเยื่อเจริญ ของสิ่ งมีชีวติ เซลล์ ใหม่ ทไี่ ด้ จะเหมือนเซลล์ เดิมทุกประการ  การแบ่ งเซลล์ แบบไมโอซิ ส (meiosis) พบในเซลล์ สืบพันธุ์ โดยจานวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่ง ของเซลล์ ร่างกาย  ไมโตซิส ระยะโปรเฟส (prophase)  โครโมโซมจากระยะอินเตอร์ เฟสทีเ่ ป็ นเส้ นยาวและ ประกอบด้ วยโครมาติด 2 เส้ น หดสั้ นขึน้ และแยกออกจากกัน เห็นเป็ นแท่ ง ซึ่ง 1 แท่ งประกอบด้ วยโครมาติด 2 แท่ ง ยึด ติดกันด้ วยไคนีโตคอร์ หรื อเซนโตรเมียร์ (centromere)  เยื่อหุ้มนิวเคลียสและนิวคลีโอลัสสลายตัว  ในเซลล์ สัตว์ เซนตริ โอลจะแยกออกไปอยู่คนละข้ างของ นิวเคลียส โดยมีการสร้ างเส้ นใยไมโตติคสปิ นเดิล (mitotic spindle) ยึดเซนโตรเมียร์ ของโครมาติดแต่ ละคู่เอาไว้  ในพืช แม้ จะไม่ มีเซนตริ โอล แต่ ยงั มีไมโตติคสปิ นเดิลยึดอยู่ ระยะเมตาเฟส (metaphase)  โครโมโซมหดสั้ นทีส ่ ุ ดและเรียงตัวทีแ่ นวกลาง (equatorial plane) ของเซลล์  มีการสร้ างเส้ นใยสปิ นเดิลได้ สมบูรณ์  แต่ ละเซนตริ โอลแยกออกไปอยู่ทข ี่ ้วั เซลล์ แต่ ละด้ าน ระยะอนาเฟส (anaphase)  เส้ นใยสปิ นเดิลหดตัว โครมาติดจะถูกดึงแยกจากกัน และเคลื่อนที่ ไปยังขั้วเซลล์  1 โครมาติดที่แยกใหม่ สามารถเรี ยกใหม่ ได้ เป็ น 1 โครโมโซม  โครโมโซมใหม่ ทไี่ ด้ ประกอบด้ วย 1 โครมาติด  จานวนชุ ดโครโมโซมแต่ ละขั้วของเซลล์ = 2n ระยะเทโลเฟส (telophase)  เยื่อหุ้มนิวเคลียสจะสร้ างขึน ้ ใหม่ รอบโครโมโซมทีแ่ ยกได้ ทาให้ เห็น นิวคลิโอลัสได้ ชัดเจน  โครโมโซมคลายตัว  เส้ นใยสปิ นเดิลหายไป ไซโตไคเนซิส(cytokinesis)  ในสั ตว์ เยื่อหุ้มเซลล์ เดิมจะคอดกิว ่ เข้ าหากัน  ในพืชจะมีแผ่ นเกิดขึน ้ ตรงกลางเซลล์ เรียกว่ า แผ่ นเซลล์ (cellplate) กั้นเซลล์ เดิมออกเป็ น 2 เซลล์ ทาให้ มีการแยกไซ โตพลาสม ออกเป็ น 2 เซลล์  ผลจากการแบ่ งเซลล์ แบบไมโตซิส เมื่อเสร็ จสิ้นกระบวนการ จะได้ เซลล์ ใหม่ แบบดิพลอยด์ (2n) จานวน 2 เซลล์  ไมโอซิส  เป็ นกระบวนการเพื่อสร้ างเซลล์ สืบพันธุ์ - จานวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่ง จาก 2n ได้ n หรื อโมโน พลอยด์ เซลล์  แบ่ งเป็ น 2 ระยะ ระยะไมโอซิส 1 และระยะไมโอซิส 2  ระยะไมโอซิส 1  เป็ นระยะทีน่ ิวเคลียสเดิม 1 นิวเคลียส จะถูกแบ่ งออกเป็ น 2 นิวเคลียส  แต่ ละนิวเคลียส มีโครโมโซมครึ่งหนึ่งของจานวนโครโมโซมเดิม =จาก 2 ชุด (2n) เหลือเพียง 1 ชุด (n) ต่ อ 1 นิวเคลียส  การแบ่ งเซลล์ ช่วงนีอ้ าจเรียกว่ าเป็ นการแบ่ งเซลล์ ชนิดเฮเทอโร ไทป์ (heterotype division) ระยะโปรเฟส 1 โครโมโซมจะมีการเปลีย่ นแปลงหลายประการ สามารถแยกเป็ นขั้นตอนย่ อยๆ ได้ ดงั นี้  1. เลปโททีน (leptotene หรื อ leptonema) – เห็นโครโมโซมเริ่มหดตัว มีลกั ษณะเป็ นเส้ นบางๆ เริ่มแยกออกจากกัน  2. ไซโกทีน (zygotene หรื อ zygonema) – จะมีการเข้ าคู่กนั (synapsis) ของโครโมโซมคู่เหมือน แต่ ละคู่ โดยมี บางส่ วนติดกัน จึงเห็นเป็ นเส้ นคู่ทอี่ าจพันเป็ นเกลียว – คู่ของโครโมโซมทีเ่ ห็นเรียกว่ า ไบวาเลนต์ (bivalent)  3. พาคีทนี (pachytene หรื อ pachynema) – โครโมโซมทีเ่ ห็นหดสั้ นและหนาขึน้  4. ดิโพลทีน (diplotene หรื อ diplonema) – โครโมโซมในไบวาเลนต์ เริ่มแยกออกจากกันจนกระทั่ง เห็นเป็ น 4 โครมาติดเข้ าคู่กนั อยู่ จึงเรียก 4 โครมาติดนีว้ ่ า เตแตรด (tetrad) – แต่ ละโครมาติดของโครโมโซมเดียวกัน จะยึดติดกันทีเ่ ซน โตรเมียร์ – โครมาติดที่แยกออกจากกันนี้ ทาให้ เห็นจุดไขว้ (chiasma) ที่เป็ นผลจากการพันกันระหว่ างโครมาติดของโครโมโซมคู่ เหมือน ซึ่งเกิดจากการไขว้ กนั หรื อการเกิดครอสซิงโอ เวอร์ (crossing over) ระหว่ างโครมาติดทีอ่ ยู่ต่าง โครโมโซม (non-sister chromatid) อาจทาให้ เกิดการ แลกเปลีย่ นชิ้นส่ วนตรงบริเวณที่ไขว้ กนั ซึ่งจะทาให้ ให้ มี การแลกเปลีย่ นชิ้นส่ วนของสาย ดีเอ็นเอ (recombination) ระหว่ างโครโมโซมคู่เหมือนขึน้ ได้  5. ไดอะไคเนซิส (diakinesis) – คู่ของโครโมโซมหดสั้ นเต็มที่ พร้ อมกับเริ่มเคลื่อนที่ – เยื่อหุ้มนิวเคลียสและนิวคลีโอลัสสลายตัว ระยะเมตาเฟส 1  โครโมโซมคู่เหมือนแต่ ละคู่ จะยังคงเข้ าคู่กน ั มาเรียงตัวเป็ นคู่อยู่ ตามแนวกลางเซลล์  มีการสร้ างเส้ นใยสปิ นเดิลมาเชื่ อมต่ อทีเ่ ซนโตรเมียร์ ระยะอนาเฟส 1  โครโมโซมคู่เหมือนแต่ ละคู่จะแยกจากกันสู่ ข้ ว ั เซลล์ ทาให้ ได้ โครโมโซม 1 ชุ ด (n) แยกกันอยู่ทขี่ ้วั เซลล์ แต่ ละขั้ว  แต่ ละโครโมโซมยังประกอบด้ วย 2 โครมาติด ระยะเทโลเฟส 1  มีการสร้ างเยื่อหุ้มนิวเคลียสรอบโครโมโซมแต่ ละชุ ดทีอ ่ ยู่ข้วั เซลล์  เยื่อหุ้มเซลล์ คอดเข้ าหากัน และแบ่ งเซลล์ เดิมออกเป็ น 2 เซลล์ เซลล์ ใหม่ ทเี่ กิดขึน้ เป็ นแฮพลอยด์ มีจานวนโครโมโซม 1 ชุ ด (n) เป็ นครึ่งหนึ่งของจานวนโครโมโซมเดิม โดย 1 โครโมโซมยังคง ประกอบด้ วย 2 โครมาติด  ในเซลล์ พืชจะเกิดไมโอซิสขั้นที่ 2 โดยยังไม่ แบ่ งไซโตพลาสม  ระยะไมโอซิส 2  เป็ นระยะทีม่ ีการแบ่ งนิวเคลียสจาก 2 นิวเคลียสเป็ น 4 นิวเคลียส โดยไม่ มกี ารลดจานวนชุ ดโครโมโซมลงอีก แต่ มีการแบ่ งโครมาติด เช่ นเดียวกับไมโตซิส  ผลที่ได้ จึงได้ เซลล์ แฮพลอยด์ (n) เช่ นเดิม แต่ 1 โครโมโซมมีเพียง 1 โครมาติด  การแบ่ งเซลล์ ช่วงนีเ้ รี ยกว่ าเป็ นการแบ่ งแบบโฮโมไทป์ (homotype division) ระยะโปรเฟส 2  หากในระยะเทโลเฟส 1 มีการสร้ างเยื่อหุ้ม นิวเคลียส ในระยะนี้ จะเกิดการสลายตัวของ เยื่อหุ้มนิวเคลียสอีกครั้ง  แต่ ละโครโมโซมประกอบด้ วย 2 โครมาติด หดสั้ นขึน้  มีการสร้ างเส้ นใยสปิ นเดิลใหม่ ระยะเมตาเฟส 2  โครโมโซมเคลื่อนมาเรี ยงตัวเดีย ่ วอยู่ตาม แนวกลางเซลล์  มีเส้ นใยสปิ นเดิลยึดอยู่ทเี่ ซนโตเมียร์ ของแต่ ละโครโมโซม ระยะอนาเฟส 2  โครมาติดของแต่ ละโครโมโซม จะถูกดึงแยกกันสู่ ข้ ว ั เซลล์  ทาให้ เซลล์ ทส ี่ ิ้นสุ ดระยะนีม้ โี ครโมโซม 2 ชุด  โครโมโซมแต่ ละแท่ งประกอบเพียง 1 โครมาติด ระยะเทโลเฟส 2  เยื่อหุ้มนิวเคลียสเกิดรอบๆโครมาติดทีก ่ ลายเป็ น โครโมโซมแต่ ละชุด Cytokinesis  เยื่อหุ้มเซลล์ คอดเข้ าหากันแล้ วแยกออกเป็ นเซลล์ แฮพลอยด์ 2 เซลล์  ส่ วนในเซลล์ พืชจะมีการสร้ างแผ่ นเซลล์ เพื่อกั้นเป็ น เซลล์ ใหม่ 2 เซลล์ เช่ นเดียวกัน  แต่ ละเซลล์ มีโครโมโซม 1 ชุ ด (n) ดังนั้นจากเซลล์ เริ่มต้ น 1 เซลล์ จะได้ เซลล์ ใหม่ 4 เซลล์