ดีเอ็นเอมีรูปร่างเป็นเกลียวคู่ คล้ายบันไดลิงที่บิดตัว ขาของบันไดแต่ละข้างก็คือการเรียงตัวของนิวคลีโอไทด์ (Nucleotide) นิวคลีโอไทด์เป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยน้ำตาล, ฟอสเฟต (ซึ่งประกอบด้วย ฟอสฟอรัส และ ออกซิเจน), และเบส (หรือด่าง) นิวคลีโอไทด์มีอยู่สี่ชนิด ได้แก่ อะดีนีน (adenine, A), ไทมีน (thymine, T), ไซโตซีน (cytosine, C), และกัวนีน (guanine, G) ขาของบันไดสองข้างหรือนิวคลีโอไทด์ถูกเชื่อมด้วยเบส โดยที่ A จะเชื่อมกับ T และ C จะเชื่อมกับ G เท่านั้น (ในกรณีของดีเอ็นเอ) และข้อมูลทางพันธุกรรมในสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ เกิดขึ้นจากการเรียงลำดับของเบสในดีเอ็นเอนั่นเอง
ผู้ค้นพบดีเอ็นเอ คือ ฟรีดิช มีสเชอร์ ในปี พ.ศ. 2412 (ค.ศ. 1869) แต่ไม่ทราบว่ามีโครงสร้างอย่างไร จนในปี พ.ศ. 2496 (ค.ศ. 1953) เจมส์ ดี. วัตสัน และ ฟรานซิส คริก เป็นผู้ไขความลับโครงสร้างของดีเอ็นเอ และนั่นนับเป็นจุดเริ่มต้นของยุคเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ
โครงสร้างของ ดี เอน เอ
การศึกษาโครงสร้างของ ดี เอน เอ มีรากฐานมาจากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์หลายกลุ่ม เริ่มตั้งแต่งานของ Chargaff แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ซึ่งได้ศึกษาองค์ประกอบเบสของ ดี เอน เอ จากแหล่งต่างๆ แล้วสรุปเป็นกฎของ Chargaff ดังนี้
1. องค์ประกอบเบสของ DNA จากสิ่งมีชีวิตต่างชนิดจะแตกต่างกัน
2. องค์ประกอบเบสของ DNA จากสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันจะเหมือนกัน แม้ว่าจะนำมาจากเนื้อเยื่อต่างกันก็ตาม
3. องค์ประกอบเบสของ DNA ในสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งมีความคงที่ ไม่แปรผันตามอายุ อาหาร หรือสิ่งแวดล้อม
4. ใน DNA ไม่ว่าจะนำมาจากแหล่งใดก็ตาม จะพบ A=T , C=G หรือ purine = pyrimidine เสมอ
นักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่ม ได้แก่ Flanklin และ Wilkins แห่งมหาวิทยาลัยลอนดอน ได้ศึกษาโครงสร้างของโมเลกุลของ ดี เอน เอ โดยใช้ภาพถ่ายการหักเหรังสีเอกซ์ที่ฉายผ่านโมเลกุล (X-rays diffraction)
ผลงานจากทั้งสองแหล่งนี้ทำให้ Watson และ Crick ค้นพบลักษณะโครงสร้างทุติยภูมิของ ดี เอน เอ ว่ามีลักษณะดังนี้
ดี เอน เอ มีรูปร่างเป็นแท่งเกลียวเวียนขวา (alpha-helix) ประกอบขึ้นจากโพลีดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์สองสาย เชื่อมกันด้วยพันธะไฮโดรเจนที่เกิดระหว่างเบสไนโตรเจนของแต่ละสาย โพลีดีออกซีไรโบนิคลีโอไทด์ทั้งสองสายนี้ จะทอดตัวกลับหัวกลับหางกัน (antiparalle) สายหนึ่งทอดตัวในทิศ 5′ - 3′ อีกสายหนึ่งจะทอดตัวในทิศ 3′ -5′ ในการเข้าคู่กันนี้ทั้งสองสายจะหันส่วนที่เป็นน้ำตาลและฟอสเฟตออกข้างนอก แล้วฝังส่วนที่เป็นเบสไว้ภายในแกนกลางโมเลกุล ทำให้ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของแท่งเกลียว ดี เอน เอ มีขนาด 20 Å
๑ รอบเกลียวมีขนาด 34 Å ประกอบขึ้นจากจำนวนคู่เบส ๑๐ คู่ ดังนั้นแต่ละคู่เบสจะอยู่ห่างกัน 3.4 Å และการบิดรอบเกลียวทำให้โมเลกุลของ ดี เอน เอ เกิดร่องเกลียวสองขนาด ขนาดใหญ่เรียกว่า major groove ขนาดเล็กเรียกว่า minor groove
การจับกันด้วยพันธะไฮโดรเจนของคู่เบสนั้น เป็นการเข้าคู่ที่จำเพาะ คือ C จะจับกับ G ด้วยพันธะไฮโดรเจน ๓ พันธะ และ A จับกับ T ด้วยพันธะไฮโดรเจน ๒ พันธะ
รูปการจับคู่เบส
การจับคู่เบสอย่างจำเพาะมีประโยชน์คือ เมื่อเราทราบการเรียงลำดับเบสของโพลีดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ สายหนึ่งแล้ว ก็จะรู้การเรียงลำดับเบสของโพลีดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ในสายที่เข้าคู่กันด้วย เรียกลำดับนิวคลีโอไทด์ที่สามารถเข้าคู่กันได้นี้ว่า complementary base sequence
คุณสมบัติของ ดี เอน เอ
ความเป็นกรด ในสิ่งแวดล้อมปกติของเซลล์ ดี เอน เอ มีประจุเป็นลบ แสดงถึงคุณสมบัติการเป็นกรด ดี เอน เอ จึงสามารถจับกับไอออนหรือสารอื่นที่มีประจุบวกได้
การเสียสภาพของ ดี เอน เอ คำว่าการเสียสภาพ (denaturation) ของ ดี เอน เอ หมายถึงการทำให้ ดี เอน เอ ซึ่งเคยเป็นสายคู่แยกตัวออกมาเป็นสายเดี่ยว สิ่งที่ทำให้เกิดการเสียสภาพธรรมชาติของ ดี เอน เอ ได้แก่ ความร้อน กรด ด่าง รังสีเอกซ์ ยูเรีย ดี เอน เอ ที่เสียสภาพธรรมชาติไปแล้ว ถ้าปรับสิ่งแวดล้อมใหม่ให้เหมาะสม มันสามารถคืนสภาพธรรมชาติได้ใหม่ ตัวอย่างเช่น ในเทคนิค hybridization เขาจะทำให้ ดี เอน เอ เสียสภาพธรรมชาติด้วยความร้อนก่อน แล้วให้คืนสภาพธรรมชาติใหม่ด้วยการค่อยๆลดอุณหภูมิลง
การดูดกลืนแสง ด้วยคุณสมบัติของเบส ที่สามารถดูดกลืนแสงได้มากที่สุดที่ 260 nm ดี เอน เอ ก็ดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นนี้ได้ดีที่สุดเช่นกัน คุณสมบัตินี้ทำให้เราสามารถวัดหาปริมาณ ดี เอน เอ ด้วยการวัดการดูดกลืนแสง แต่สิ่งที่ต้องคำนึงในที่นี้คือ ดี เอน เอ ในปริมาณที่เท่ากัน ถ้าเป็นสายเดี่ยว (จากการทำให้เสียสภาพธรรมชาติ) จะดูดกลืนแสงได้มากกว่า ดี เอน เอ สายคู่ คุณสมบัตินี้เรียกว่า ไฮเพอร์โครมิซึม (hyperchromism)
การเสียสภาพธรรมชาติของ ดี เอน เอ และไฮเพอร์โครมิซึมมีความสัมพันธ์กัน เช่นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิให้แก่สารละลาย ดี เอน เอ บริเวณที่เป็น A-T rich region ซึ่งจับกันด้วยพันธะไฮโดรเจนน้อยกว่า G-C rich region จะเริ่มคลายเกลียวออก หากยังเพิ่มอุณหภูมิให้แก่สารละลาย ดี เอน เอ ต่อไป ในที่สุด ดี เอน เอ จะคลายเกลียวออกจนเป็นเส้นเดี่ยวทั้งหมด
ในขณะที่เกิดการคลายตัวของ ดี เอน เอ นั้น หากเราวัดค่าการดูดกลืนคลื่นแสงที่ 260 nm ไปด้วย จะพบว่าสารละลาย ดี เอน เอ มีการดูดกลืนคลื่นแสงมากขึ้นตามปรากฎการณ์ไฮเพอร์โครมิซึม ซึ่งหากเขียนกราฟความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ กับการดูดกลืนแสงที่ 260 nm จะได้กราฟที่เรียกว่า DNA melting curve ค่า tm ขึ้นกับปริมาณ G-C ใน ดี เอน เอ โดยที่ ดี เอน เอ ที่มี G-C สูง จะมีค่า tm สูงกว่า ดี เอน เอ ที่มี G-C ต่ำ
ดีเอ็นเอประกอบน้ำตาลดีออกซีไรโบส (deoxyribose) ยึดจับกับหมู่ฟอสเฟต (-PO4) และเบสชนิดใดชนิดหนึ่งใน 4 ชนิด คือ แอดินีน (adenine : A) กวานีน (guanine: G) ซึ่งเป็นเบสชนิด พิวรีน (purine) ไซโทซีน (cytosine: C ) และ ไทมีน (thymine: T) ที่เป็นเบสชนิดไพริมิดีน (pyrimidine)
เมื่อเบสชนิดพิวรีนจับกับไพริมิดีน (แอดินีน จับกับ ไทมีน และ กัวนีน จับกับไซโทซีน) ที่อยู่ต่างสายพอลินิวคลีโอไทด์ด้วยพันธะไฮโดรเจนทำให้เกิดลักษณะโครงสร้างของพอลินิวคลีโอไทด์
2 สายที่บิดเป็นเกลียว (double helix) เวียนขวา ซึ่งเป็นโครงสร้างของดีเอ็นเอ
http://www.student.chula.ac.th/~50370150/main3.htm
ขอบคุณมากๆเลยนะค่ะ
ตอบลบ