กระบวนการสังเคราะห์ DNA

วอตสันและคริกค้นพบโครงสร้างทางเคมีของ DNA ขั้นตอนต่อไปก็คือ การพิสูจน์และตรวจสอบว่าโครงสร้างของ DNA นี้ มีสมบัติเพียงพอที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้หรือไม่ ซึ่งการที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้นั้นย่อมต้องมีสมบัติสำคัญ คือ
ประการแรก ต้องสามารถเพิ่มจำนวนตัวเองได้โดยมีลักษณะเหมือนเดิมเพื่อให้สามารถถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากรุ่นพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกได้
ประการที่สอง สามารถควบคุมให้เซลล์สังเคราะห์สารต่างๆเพื่อแสดงลักษณะทางพันธุกรรมให้ปรากฏ
ประการที่สาม ต้อง สามารถเปลี่ยนแปลงได้บ้าง ซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอาจก่อให้เกิดลักษณะพันธุกรรมที่ผิดแปลกไปจาก เดิมและเป็นช่องทางให้เกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ๆขึ้น หลังจากวอตสันและคริกได้เสนอโครงสร้างของ DNA แล้วในระยะเวลาเกือบ 10 ปี ต่อมา จึงสามารถพิสูจน์ได้ว่า DNA มีสมบัติเป็นสารทางพันธุกรรม วอตสันและคริกจึงได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานการค้นพบโครงสร้าง DNA ใน ปี พ.ศ. 2505 นับว่าเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญยิ่งทางด้านวิทยาศาสตร์ และเป็นจุดเริ่มต้นให้กับนักวิทยาศาสตร์ที่จะค้นคว้าในระดับโมเลกุลต่อไป วอตสันและคริกได้เสนอโครงสร้างของ DNA ว่าเป็น พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายพันกันบิดเป็นเกลียว ดังโครงสร้างของ DNA ตามแบบจำลองนี้ได้นำไปสู่กลไกพื้นฐานของการสังเคราะห์ DNA หรือการจำลองตัวเองของ DNA โดยนักวิทยาศาสตร์ทั้งสองได้พยากรณ์กลไกจำลอง DNA ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร

ในปี พ.ศ. 2496 วอตสันและคริกได้พิมพ์บทความพยากรณ์การจำลองตัวของ DNA ไว้ว่า ในการจำลองตัวของ DNA พอ ลินิวครีโอไทด์ 2 สาย แยกออกจากกันเหมือนการรูดซิบโดยการสลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบส A กับ T และเบส C กับ G ที่ละคู่ พอลินิวคลีโอไทด์แต่ละสายทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์สำหรับการสร้างสายใหม่ มีการนำนิวคลีโอไทด์อิสระที่อยู่ในเซลล์เข้ามาจับกับ พอลินิวคลีโอไทด์สายเดิม โดยเบส A จับกับ T และเบส C จับกับ G หมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์ อิสระจะจับกับน้ำตาลออสซีไรโบสของ DNA โดยวิธีนี้เรียกว่า DNA เรพลิเคชั่น ( DNA replication ) ทำให้มีการเพิ่มโมเลกุลของ DNA จาก 1 โมเลกุลเป็น 2 โมเลกุล DNA แต่ ละโมเลกุลมีพลลินิวคลีโอไทด์ สายเดิม 1 สาย และสายใหม่ 1 สาย จึงเรียกการจำลองลักษณะว่า เป็นแบบกึ่งอนุรักษ์ ( semiconservatiae )
การจำลองตัวเองของ DNA (DNA REPLICATION)
DNA สามารถเพิ่มจำนวนได้โดยการจำลองตัวเอง (self replication)
ซึ่งเป็นคุณสมบัติพิเศษที่สำคัญมากในการทำหน้าที่ถ่ายลักษณะทางพันธุกรรมจากสิ่งมีชีวิตรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่ง การจำลองตัวของดีเอ็นเอเริ่มจากการคลายเกลียวออกจากกันแล้วใช้สายพอลินิวคลีโอไทด์สายใดสายหนึ่งใน 2 สายเป็นแม่พิมพ์ (template) ในการสร้างสายใหม่ขึ้นมา ซึ่งสุดท้ายดีเอ็นเอที่จำลองใหม่จะประกอบด้วยสายพอลินิวคลีโอไทด์สายเดิมและสายใหม่ นอกจากนี้ ดีเอ็นเอ ยังทำหน้าที่เป็นแม่แบบของการสร้างสายอาร์เอ็นเอ ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ซึ่งกระบวนการต่างๆ เหล่านี้จำเป็นต้องอาศัยเอนไซม์จำเพาะหลายชนิดในการควบคุมปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เช่น ดีเอ็นเอโพลิเมอเรส (DNA polymerase) อาร์เอ็นเอโพลิเมอเรส (RNA polymerase) เฮลิเคส (helicase) ไลเกส (ligase) เป็นต้น

เมื่อ DNA สองสายคลายเกลียวแยกออกจากกันDNA polymerasจะสังเคราะห์leading strand เป็นสายยาว โดยมีทิศทางจากปลาย 5, ไปยัง3, เรียกว่า การสร้างสาย leading strandDNA polymeras gxHodkiสังเคราะห์ DNA สายใหม่เป็นสายสั้นๆ (Okazaki fragment๗โดยมีทิศทาง 5, ไปยัง 3, จากนั้น DNA ligaseจะเชื่อมต่อ DNA สายสั้นๆให้เป็นDNA สายยาว เรียกว่า การสร้าง lagging strand
การจำลองตัวเองของ DNA ตามสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์มีดังนี้
1. แบบกึ่งอนุรักษ์ (semiconservative replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA แล้ว DNA แต่ละโมเลกุลมีพอลินิวคลีโอไทด์ สายเดิมและสายใหม่ ซึ่งเป็นแบบจำลองของวอตสันและคลิก

2 แบบอนุรักษ์ (conservative replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA แล้ว พอลินิวคลีโอไทด์ทั้งสองสายไม่แยกจากกันยังเป็นสายเดิม จะได้ DNA โมเลกุลใหม่ที่มีสายของโมเลกุลพอลินิวคลีโอไทด์สายใหม่ทั้งสองสาย

3. แบบกระจัดกระจาย (dispersive replication) เมื่อมีการจำลองตัวเองของ DNA จะได้ DNA ที่เป็นของเดิมและของใหม่ปะปนกันไม่เป็นระเบียบ
http://www.thaigoodview.com/library/contest2552/type2/science04/27/contents/genetics-44be.html