โครงสร้างของ DNA
http://www.youtube.com/watch?v=LbY5MWkxvKA
ปี พ.ศ. 2493 – 2494 เอ็ม เอช เอฟ วิลคินส์ ( M. H.F Wilkins ) และโรซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ศึกษาโครงสร้างของ DNA ในสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ โดยใช้เทคนิค เอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน (X-ray diffraction) ด้วยการฉายรังสีเอกซ์ผ่านผลึก DNA การหักเหของรังสีเอกซ์ทำให้เกิดภาพบนแผ่นฟิล์ม ได้ภาพถ่ายที่ชัดเจนมาก จากภาพถ่ายนี้นักฟิสิกส์แปลผลได้ว่าโครงสร้างของ DNA จากสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ มีลักษณะที่คล้ายกันมาก คือ ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์มากกว่า 1 สาย มีลักษณะเป็นเกลียว เกลียวแต่ละรอบมีระยะห่างเท่า ๆ กัน จากผลการศึกษาทำให้เข้าใจโครงสร้างทางกายภาพของ DNA
ปี พ.ศ. 2496 เจ ดี วอตสัน (J.D. Watson) นักชีวเคมีชาวอเมริกัน และ เอฟ คริก (F. Crick) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ได้เสนอแบบจำลองโครงสร้างโมเลกุลของ DNA ที่สมบูรณ์ที่สุด โดยรวบรวมข้อมูลต่าง ๆ จากโครงสร้างทางเคมีของส่วนประกอบของโมเลกุล DNA จากผลการทดลองของชาร์กาฟฟ์ที่แสดงให้เห็นว่า DNA มีเบส A เท่ากับ T และ เบส C เท่ากับ G และภาพจากเทคนิคเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชันของผลึก DNA โดยนักฟิสิกส์นำความรู้ที่ได้มารวมกันเป็นแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของ DNA
จากข้อมูลของชาร์กาฟฟ์ ทำให้วอตสันและคริกพยายามหาพันธะเคมีที่จะเชื่อมพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายให้ติดกัน ต่อมาได้พบว่าพันธะดังกล่าวคือพันธะไฮโดรเจน ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างคู่เบส แม้ว่าจะไม่แข็งแรง แต่เมื่อมีจำนวนมากก็จะมีความแข็งแรงพอที่จะยึดสายพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายให้เข้าคู่กันได้ และจากการศึกษาโครงสร้างของเบสทั้ง 4 ชนิด พบว่าระหว่างเบส A กับ T สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนได้ 2 พันธะ และระหว่างเบส C และG เกิดได้ 3 พันธะ ดังภาพ
หลังจากนั้นวอตสันและคริกจึงสร้างแบบจำลอง DNA ตามแนวคิด โดยให้พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายเรียงสลับทิศกัน ปลาย 3 ของสายหนึ่งเข้าคู่กับปลาย 5 ของอีกสายหนึ่ง เบส A ของสายหนึ่งตรงกับเบส T ของอีกสายหนึ่ง และเบส C ของสายหนึ่งตรงกับเบส G ของอีกสายหนึ่งเสมอ จากนั้นจึงเสนอโครงสร้างโมเลกุลของ DNA ว่าประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สาย เบสในแต่ละสายของ DNA ที่เป็น เบสคู่สม (complementary base pair ) ยึดกันด้วยพันธะไฮโดรเจนโดยมีเบส A จับคู่กับเบส T และเบส C จับคู่กับเบส G โดยมีทิศทางจากปลาย 5 ไปยังปลาย 3 แต่สวนทางกันและพันกัน บิดเป็นเกลียวคู่ (double helix) เวียนขวาตามเข็มนาฬิกา เกลียวแต่ละรอบห่างเท่า ๆ กัน และมี คู่เบสจำนวนเท่ากัน
โครงสร้างเกลียวคู่ทำให้โครงสร้างของ DNA มีลักษณะคล้ายบันไดเวียน โดยมีน้ำตาลดีออกดีไรโบสจับกับหมู่ ฟอสเฟต เป็นราวบันได (backbones) และบันไดแต่ละขั้น คือ คู่เบส 1 คู่
นักเรียนได้ศึกษามาแล้วว่าโครงสร้างของ DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์จำนวนมาก แม้ว่า DNA จะมีนิวคลีโอไทด์เพียง 4 ชนิด แต่โมเลกุลอาจประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์หลายพันคู่จนถึงนับแสนคู่ ตัวอย่างเช่น ถ้า DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 2 โมเลกุลเรียงกัน จะสามารถจัดเรียงให้แตกต่างกันได้ 16 แบบ (4) ดังนั้นถ้าโมเลกุล DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์จำนวนมาก การเรียงลำดับของเบสก็จะแตกต่างกันมากด้วยเช่นเดียวกัน
ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่ง ๆ มีหลายลักษณะ และลำดับเบสของ DNA ซึ่งเกิดจากเบสชนิดต่าง ๆ กันนั้นมีหลายรูปแบบก็น่าจะมากพอที่จะทำหน้าที่ควบคุมหรือกำหนดลักษณะพันธุกรรมต่าง ๆ ได้ สิ่งที่น่าสนใจก็คือ DNA กำหนดและควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตได้อย่างไร
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น