03/09/54
พันธุศาสตรโมเลกุล
โดย
ผศ. ดร. แสงทอง พงษเจริญกิต
สาขาวิชาพันธุศาสตร คณะวิทยาศาสตร มหาวิทยาลัยแมโจ
- สารพันธุกรรม คือ สารประเภทกรดนิวคลีอิก คือ ดีเอ็นเอ,
สารใดเปนสารพันธุกรรม ? โดยใชหลักเกณฑวา
- สามารถสรางโมเลกุลที่เหมือนเดิมเมื่อเจริญเติบโต
- มีโครงสรางถาวรแตเปลี่ยนแปลงไดบาง เกิดความแปรปรวน
ั นาการ
ทางพันธุุกรรมไดซึ่งเปนที่มาของวิวฒ
- มีขอมูลทางพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต
-สามารถถายทอดไปยังลูกหลานได
โครงสรางของดีเอ็นเอ (2 polynucleotide)
DNA (DeoxyNucleic Acid) และ อารเอ็นเอ, RNA
(RiboNucleic Acid)
- สารพันธุกรรมสวนใหญเปน DNA มีสี วนนอยทีีเ่ ปน RNA เชน
ในไวรัส
นิวคลีโอไทด (nucleotide)
กรดนิวคลีอิกประกอบ หนวยยอย ที่เรียกวา นิวคลีโอไทด (nucleotide) ตอเปน
สายยาว
โครงสรางของนิวคลีโอไทด ประกอบดวย
– น้ําตาล pentose; -หมูไนโตรเจนเบส - หมูฟอสเฟต
1 นิวคลีโอไทด = สวนประกอบยอย 3 สวน คือ สารประกอบพวก
ไนโตรเจนเบส น้ําตาลเพนโตส และ หมูฟอสเฟต
หมูฟอสเฟต
ไนโตรเจนเบส
น้ําตาลเพนโตส
1 nucleotide
รูปแสดงสวนประกอบของนิวคลีโอไทด
1
03/09/54
นิวคลีโอไทด แบงตามชนิดของน้ําตาลเปน 2 ประเภท ไดแก
การเชือ่ มตอเปนสายโพลีนิวคลีโอไทด
1. deoxyribonucleotide (พบใน DNA) มี 4 ชนิดตามชนิดของ
ไนโตรเจนเบส ที่เรียกสั้นๆ วา A T C G
2. ribonucleotide (พบใน RNA) มี 4 ชนิดตามชนิดของไนโตรเจนเบส
เรียกสั้นๆวา A U C G
พันธะฟอสโฟไดเอสเทอร (phosphodiester bond) ระหวาง หมูไฮดรอกซิลที่ C3'
(OH-C3') ของนิวคลีโอไทดที่ 1 กับ หมูฟอสเฟต C5' (PO42--C5') ของนิวคลีโอ
ไทดโมเลกุลที่ 2
สายยาว เรียกปลายทั้ง 2 ตามหมูที่เปนอิสระ คือ
สายโพลีนิวคลีโอไทด
อานลําดับเบส ?
5'-TACG-3'
DNA เปนเกลียวคูที่เกิดจาก 2 เสน polydeoxyribonucleotide
เขาคูแบบสลับทิศทาง ที่เขาคูกันดวยพันธะไฮโดรเจน
2
03/09/54
รูปแสดงการจัดโครงสราง
ของโครโมโซม
เพื่อใหบรรจุในนิวเคลียสที่มี
ขนาดเล็กได
อานลําดับเบสของสาย polynucleotide
ยีน คือ หนวยพันธุกรรมที่ตั้งอยูบนโครโมโซม มีหนาที่นําลักษณะ
ทางพันธุกรรมเพื่อแสดงออกเปนฟโนไทป
ในระดับโมเลกุล ยีน คือ ชวงหนึ่งของดีเอ็นเอ ที่เก็บรหัส
5’-AGTCG-3’
3’-TCAGC-5’
ยีนมีหนาที่สําคัญ 2 อยาง คือ
สําหรับสรางโปรตีน และอารเอ็นเอที่จําเปนตอการดํารงชีวิต
ของเซลล
ถายทอดใหกับเซลลลูก
แสดงออกเปนฟโนไทป
1. ถายทอดขอมูลพันธุกรรมไปใหลูกหลาน ผานกระบวนการ DNA
replication ในการแบงเซลลแบบ mitosis และ meiosis เกิดขึ้นในระยะ
interphase และ interphase I
2. แสดงขอมูลพันธุกรรมที่มีอยูออกเปนฟโนไทป (gene expression) ผาน
กระบวนการลอกรหัส/ ถอดรหัส (transcription) และการแปลรหัส
(translation) เกิดไดตลอด cell cycle
http://www.sidwell.edu/us/science/vlb98/projects/protein/smarks/
3
03/09/54
การแสดงออกของยีน= การสังเคราะหโปรตีน
การจําลองตัวเองของดีเอ็นเอ (DNA replication)
ของยูคาริโอต
แบบกึ่งอนุรักษ
(Semi-conservative replication)
- DNA replication เริ่มที่จุดจําเพาะเรียกวา จุด origin of replication
(ori)
การสังเคราะหเสนนํา และเสนตาม
- บนดีเอ็นเอหนึ่งโมเลกุลมี ori อยูหลายจุด แตละจุดสามารถสังเคราะห
เสนใหมทั้ง 2 ทิศทาง เรียกวา bi-directional replication
การสังเคราะหเสนตาม
4
03/09/54
การประยุกตใช DNA replication
การสังเคราะหโปรตีนประกอบดวย 2 ขบวนการใหญ คือ
จากความรูการจําลองตัวเองของดีเอ็นเอที่เปนการสังเคราะหภายในเซลล
จึงมีการสังเคราะหดีเอ็นเอภายในหลอดทดลอง
1. การลอกรหัส ( transcription) เปนการถายขอมูลจาก DNA มาเปน
หลักการ
แยกดีเอ็นเอแมพิมพเสนคเปนเสนเดยว
แยกดเอนเอแมพมพเสนคู
ปนเสนเดี่ยว
ตองการ primer เพื่อให เอนไซม DNA polymerase ตอ dNTP
เอนไซม DNA polymerase สรางเสนใหมในทิศ 5’ ไป 3’ เทานั้น
RNA 3 ชนิด mRNA tRNA และ rRNA
2. การแปลรหัส (translation) แปลลําดับเบสบน mRNA เปนลําดับ
ของกรดอะมิโนในสายโพลีเปปไทด
เรียกวา เทคนิค PCR (polymerase chain reaction)
การแสดงออกของยีน = การสรางโปรตีน
การทํางานรวมกันของ RNA ทั้ง 3 ชนิดในการ translation
DNA กําหนด
anticodon
RNA กําหนด
protein
Transcription/การลอกรหัส
เปนการสังเคราะห RNA จาก DNA โดย RNA ที่ได
แบงไดเปน
-messenger RNA (mRNA)
-transfer RNA (tRNA)
Transcription (การลอกรหัส หรือ การถอดรหัส)
เปนการสังเคราะห RNA เสนเดี่ยว
ใช DNA เพียงเสนเดียวเปนแมพิมพ
มีชี ือ่ เรียี ก DNA ในเส
ใ นคูแตละเสนเพืือ่ บอกวา ทําํ หนาทีใ่ี ด
-ribosomal RNA (rRNA)
5
03/09/54
เสนแมพิมพ
โครงสรางของยีน
เสนรหัส
Promoter บริเวณที่เอนไซม RNA polymerase เขาจับเพื่อเริ่มตน
transcription
บริเวณรหัส เปนบริเวณที่มีการลอกรหัสเปน RNA แบงยอยเปน
Terminator บรเวณหยุ
บริเวณหยดการ
ดการ transcription
Exon = ลําดับเบสที่เปนเปนรหัสพันธุกรรมของกรดอะมิโน
Intron = เบสที่ไมเปนรหัสพันธุกรรมของกรดอะมิโนแทรก
การดัดแปลง pre-mRNA
โครงสรางทั่วไปของ mature mRNA
- 5' untranslated leader sequence นับจาก +1 จนถึง start codon
(AUG) ไมแปลรหสเปนโปรตน
ไ  ป ัส ป โป ี
- Protein coding sequence สวนที่ถูกแปลรหัสเปนโปรตีน เริ่มจาก start
codon จนถึง stop codon
- 3' untranslated tailer sequence เริ่มจาก stop codon ถึงปลาย
mRNA ไมถูกแปลรหัสเปนโปรตีน
6
03/09/54
Promoter และ Terminator เปนจุดสําคัญในการควบคุมการแสดงออกของยีน
Genetic flow
Terminator
โปรคาริโอต
Terminator
ยูคาริโอต
ยีน/ DNA ของทุกสิ่งมีชีวิตมีโครงสรางเหมือนกัน แตกตางเพียง
ความยาวและการเรียงลําดับ
ยีน/DNA ในทุกสิ่งมีชีวิตทํางานดวยกลไกเดียวกัน
การสรางดีเอ็นเอในหลอดทดลอง = PCR
การสรางอารเอ็นเอในหลอดทดลอง = in vitro transcription
การสรางโปรตีนในหลอดทดลอง = in vitro translation
7