ตามรอย DNA

การวางแผนการทำงาน 

 

 

1.กำหนดหัวข้อเรื่องที่จะศึกษา

2.กำหนดวัตถุประสงค์และขอบเขตของเนื้อหา

3.ทำการศึกษา

- การถ่ายทอด gene และ chromosome

- การค้นพบสารพันธุกรรม

-  Chromosome

- องค์ประกอบทางเคมีของ DNA

- โครงสร้าง DNA

- สมบัติของสารพันธุกรรม

- Mutation

4.นำความรู้ที่ได้มาสรุปเป็นองค์ความรู้ของตนเอง

5.ตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูล

6.นำมาสร้างเป็นชิ้นงาน

 

 

การค้นพบสารพันธุกรรม 

 

                F. Miescher   ได้ย่อยโปรตีนออกจากผ้าพันแผล ด้วยเอนไซม์แปปซิน เพื่อศึกษาสารในนิวเคลียส ของเซลล์เม็ดเลือดขาว  สารที่สกัดได้เรียกว่า นิวคลีอิก  ต่อมาเรียกว่ากรดนิวคลีอิก

                R. Feulgen  ได้ใช้สีฟุคซิน  ย้อมสี DNA เพื่อศึกษาว่า DNA อยู่ที่ไหน  ปรากฏว่า DNA ไปรวมกันที่ chromosome

                F. Griffith   เขาได้แบ่งการทดลองออกเป็น 4 ชุด คือฉีดแบคที่เรีย R ให้หนู , ฉีดแบคที่เรีย S ให้หนู  , ฉีดแบคทีเรียS ที่ถูกทำให้ตายด้วยความร้อน และ ฉีดแบคทีเรียS ที่ถูกทำให้ตายด้วยความร้อนร่วมกับแบคทีเรีย R  ให้หนู  เพื่อศึกษาว่า  ถ้าเพิ่มตัวแปรในสายพันธุ์ R และ S จะเป็นอย่างไร ผลปรากฎว่าแบคที่เรีย R เปลี่ยนเชื้อแบคทีเรีย  S ได้ แต่ยังไม่รู้ว่าสารนั้น คือสารใด

                O.T. Avery  และคณะได้ศึกษาว่า สารที่ Griffith ค้นพบคือสารใด เขาได้แบ่งการทดลองเป็น 4 ชุด คือ เติม RNase ใน ก., เติม proteinnase ใน ข., เติม DNase ใน ค. และ สำหรับ ง. ไม่เติมสารใดเลย ซึ่งเป็นชุดควบคุม ปรากฏว่า DNA  เป็นสารพันธุกรรมของแบคทีเรีย R ให้เป็น S และกรดนิวคลีอิกชนิด DNA เป็นสารพันธุกรรม

 

Chromosome

                Chromosome เป็นเส้นเล็กยาว  ขดอยู่ภายในนิวเคลียส จะจำลองตัวเองในระยะ metaphase ใน chromosome จะมีทั้ง DNA และ protein เป็นองค์ประกอบ  โดย protein จะมีทั้ง histone และ non histone เป็นองค์ประกอบ

Histone  เป็นกรดอะมิโน  ที่มีประจุบวก ทำให้สามารถเกาะกับสาย DNA ที่มีประจุลบได้ดี ส่วน non histone มีโปรตีนมากมายตามชนิดของสิ่งมีชีวิต โดย protein จะทำหน้าที่แตกต่างกันออกไป เช่น ช่วยในการหดตัวของ DNA หรือกระบวนการจำลองตัวเองของ DNA

 

องค์ประกอบทางเคมีของ DNA

DNA  เป็นกรดนิวคลีอิคชนิดหนึ่งประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า นิวคลีโอไทล์ ซึ่งแต่ละนิวคลีโอไทล์ ประกอบด้วย

1. น้ำตาลเพนโทส
2. ไนโตรจีนัสเบส  แบ่งออกเป็น

- เบสพิวรีน  2  ชนิด คือ อะทีนีน  และกวานีน

- เบสไพริมีดีน   2 ชนิด คือไซโทซิน  และไทมีน

                3.    หมู่ฟอสเฟต

                โดยจะมีน้ำตาลเป็นแกนหลัก มีเบสอยู่ตำแหน่งที่  1 และฟอสเฟตอยู่ตำแหน่งที่ 5 การเชื่อมต่อ ปลายสายด้านหนึ่งจะมีหมู่ฟอสเฟตเชื่อมต่ออยู่กับน้ำตาลที่มีคาร์บอนตำแหน่งที่ 5 เรียกว่าปลาย 5’  และอีกปลายด้านหนึ่งจะมีหมู่ OH^- ที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 3 ที่เป็นอิสระ เรียกปลาย 3’

                จากกฎของ ชาร์กาฟฟ์  จะเห็นว่า สิ่งมีชีวิตจะมีอัตราส่วนระหว่างเบส A:T และเบส  G:C คงที่เสมอ ทำให้เบส A จับคู่กับ T และ C จับคู่กับ G

 

โครงสร้าง DNA

จากข้อมูลของชาร์กาฟฟ์ทำให้ วัตตสัน  และ คริก สร้างแบบจำลอง DNA โดยสายพอลินิวคลีโอไทล์ 2 สาย เรียงสลับทิศกันจากปลาย 3’ เข้าคู่กับปลาย 5’ ของอีกสาย จากนั้นได้เสนอโครงสร้าง DNA ว่า ประกอบด้วย โพลินิวคล๊โมไทล์ 2 สาย ยึดกันด้วยพันธะไฮโดรเจน โดยเบส A จับคู่กับ T และ C จับคู่กับ G มีทิศทางจาก 5’     3’  แต่สวนทางกัน บิดเป็นเกลียวคู่ มีลักษณะคล้ายบันไดเวียน มีน้ำตาลจับกับฟอสเฟตเป็นราวบันได ส่วนเบส เป็นบันไดแต่ละขั้น

 

สมบัติของสารพันธุกรรม

-          สามารถแบ่งตัวเองได้โดยมีลักษณะเหมือนเดิม ทำให้มีการถ่ายทอดไปสู่รุ่นหลานได้

-          ควบคุมให้เซลล์สังเคราะห์สารต่างๆ เพื่อแสดงลักษณะทางพันธุกรรมออกมา

-          สามารถเปลี่ยนแปลงได้บ้าง เกิดการวิวัฒนาการเปลี่ยนแปลง เป็นสิ่งมีชีวิตพันธุ์ใหม่ๆ

 

การสังเคราะห์ DNA  (DNA replication)

                ในการจำลองตัวเองของ DNA polynucleotide 2 สายแยกออกจากกันเหมือนกับการรูดซิป  โดยสลายพันธะ H-bone มีการนำนิวคลีโอไทล์ที่อยู่ในเซลล์ เข้ามาจับกับ polynucleotide สายเดิม โดย A จับคู่กับ T และ C จับคู่กับ G ฟอสเฟตจะจับกับน้ำตาลของนิวคลีโอไทล์ที่อยู่ถัดไป ทำให้ DNA หรือการจำลองตัวของ DNA  (DNA replication)  ทำให้มีการเพิ่มจำนวนโมเลกุลของ  DNA  จาก  โมเลกุล  เป็น 2 โมเลกุล คือสายเดิม 1 สาย และสายใหม่ 1 สาย

                การสังเคราะห์ DNA สายหนึ่งสร้างเป็นสายยาว เรียกว่า Leading strand ส่วนสายใหม่อีกสายไม่สามารถสร้างเป็นสายยาวได้ เนื่องจากทิศทางการสร้างจากปลาย  5’     3’ นั้นจะสวนทางกับทิศทางการคลายเกลียวของ DNA  โมเลกุลเดิมจึงสร้างพอลินิวคลีโอไทล์สายสั้นๆ จากนั้น  Ligase  จะเชื่อมต่อสายสั้นๆเหล่านั้นให้เป็นสายเดียวกัน เรียกว่า Lagging  strand การสังเคราะห์ พอลินิวคลีโอไทล์สายใหม่จึงต้องสร้างในทิศ  5’     3’ เสมอ

 

DNA กับการสังเคราะห์ Protein (Transription)

-          การสังเคราะห์ RNA จาก DNA แม่พิมพ์

RNA polymerase เข้าไปจับกับ DNA ทำให้ H-bond  สลายพอลินิวคลีโอไทล์ 2 สาย ของ DNA คลายเกลียวแยกออกจากกัน

ไรโบนิวคลีโอไทล์เข้าคู่กับนิวคลีโอไทล์ของ DNA สายแม่พิมพ์ RNA polymerase จะเชื่อม  ribonucleotide มาต่อเป็นสายยาวโดยมีทิศจาก 5’     3’ และการสร้าง RNA จะเรียงสลับทิศกับสาย DNA ไปยังไซโทพลาสซึม ส่วน DNA 2 สายจะจับคู่กันและบิดเป็นเกลียวเหมือนเดิม

ข้อมูลทางพันธุกรรมใน DNA ได้ถ่ายทอดให้กับ RNA เรียกว่าการถอดรหัส หรือ Transsription

-          รหัสพันธุกรรม

รหัสพันธุกรรมประกอบด้วยเบส 3 ตัว ซึ่งมีรหัส 64 รหัส (4³) มี 61 รหัสที่เป็น sense code คือสามารถจับกับกรดอะมิโนได้และที่เป็นรหัสหยุดสังเคราะห์ protein คือ UAA,UAG และ UGA ในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน จะเริ่มจากรหัส AUG ซึ่งเป็นอะมิโนตัวแรกมาเกาะ 

รหัสพันธุกรรมใน mRNA แต่ละรหัสประกอบด้วยเบส 3 โมเลกุล เรียกว่า codon  ส่วนเบส 3 โมเลกุลของ tRNA เรียกว่า  anticodon

 

การถ่ายทอด Gane และ Chromosome

วอลเตอร์  ชัตตัน ได้เสนอทฤษฏี chromosome ในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม (chromosome theory of inheritance )

เมื่อมีการแบ่งเซลล์แบบ meiosis จะมีการเข้าคู่กันของ chromosome จะแยกออกจากกันไปอยู่ต่างเซลล์เหมือนกัน การแยกของ gene ที่เป็น allele กัน ซึ่งเป็นไปตามกฏการแยกตัว  จึงทำให้สรุปว่า gene น่าจะอยู่บน chromosome

การสังเคราะห์โปรตีนที่ ribosome (translation)                                                                    

                 DNA แม่พิมพ์ถอดรหัสให้ RNA โดย RNA polymerase มากระตุ้นให้ DNA แยกออกจากกัน จากนั้น DNA จะหลุดออกจาก นิวเคลียส เคลื่อนมาอยู่ในไซโทพลาสซึม และที่ mRNA จะมี ribosome มาเกาะเป็นรหัสพันธุกรรม จะถูกแปรผลออกเป็นกรดอะมิโน ซึ่งมี tRNA เป็นตัวนำมาส่งโดย tRNA แต่ละตัว นำกรดอะมิโนเฉพาะอย่าง ขณะนำมาส่งเบส anticodon ของ tRNA มาจับกับ codon ของ mRNA ส่วน ribosome ซึ่งถือว่าเป็ฯศูนย์กลางของการสังเคราะห์ protein โดย ribosome จะเคลื่อนไปคามสาย mRNA โดยใช้พลังงานงานที่ได้จากการสลายไมเลกุลของ GTP แล้ว tRNA จะนำกรดอะมิโนมายัง ribosome ก็หลุดเป็นอิสระ เพื่อไปเลือกจับกรดอะมิโนใหม่ จนในที่สุดได้สาย protein หลุดออกมาเป็นเส้น

                         

Mutation

การแทนที่คู่เบส

                   เมื่อเกิดการแทนที่คู่เบส ทำให้รหัสพันธุกรรมเปลี่นไปเป็นรหัสพันธุกรรมอื่น สาย polypeptide เปลี่ยนไป การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นมีผลต่อรูปร่างของ protein ย่อมมีผลต่อ genotype  ของสิ่งมีชีวิต เช่น การเกิดโรคโลหิตจางแบบซิกเคิลเซลล์ การแทนที่คู่เบสทำให้สาย polypeptide สั้นลง เปลี่ยนเป็นรหัสหยุดของการแปลรหัส ทำให้ protein ไม่สามารถทำงานได้

การเพิ่มขึ้นของ nucleotide หรือลดลงของ nucleotide

                  1-2 nucleotide มักมีการเปลี่ยนแปลงการทำงานของ polypeptide ชัดเจน เนื่องจากมีการเพิ่มขึ้นของ nucleotide หรือลดลงของ nucleotide ในบริเวณ codon 1-2 nucleotide ทำให้ระดับกรดอะมิโนเปลี่ยนไปทั้งหมด เรียกว่า เฟรมชิฟท์ มิวเทชัน

                  อาการคริดูชาต์ เกิดจาก chromosome  คู่ที่ 5 หายไป พบ1 : 50,000 ของเด็กแรกเกิด  พบในเพศชายมากกว่าเพศหญิง 2:1 มีลักษณะ ตาห่างกัน ดั้งจมูดแบน ร้องคล้ายเสียงแมว และปัญญาอ่อน

                  Down syndrome เกิดจาก  chromosome คู่ที่ 21 เกินมา 1 แท่ง มีลักษณะอาการ ตาห่าง คอสั้น ปัญญาอ่อน พบในแม่ที่มีอายุ 45 ปี

                 Turner syndrome เกิดจาก chromosome x หายไป 1 แท่ง เป็น 44+xo พบ 1:5,000 ของเด็กแรกเกิด มีลักษณะเตี้ย คอสั้น หน้าแก่ แผ่นหลังคล้ายปีกจากต้นคอลงมาหัวไหล่

 

                                                       

แบบประเมินความพึงพอใจในผลงาน เรื่อง ตามรอย DNA

 

คำชี้แจง  โปรดทำเครื่องหมาย  /  ลงในช่องว่างทางขวามือที่ตรงกับระดับความพึงพอใจของท่าน ตามเกณฑ์ระดับการประเมิน 5 ระดับ  ดังนี้

5              หมายถึง  ระดับความพึงพอใจมากที่สุด

4              หมายถึง  ระดับความพึงพอใจมาก

3              หมายถึง  ระดับความพึงพอใจปานกลาง

2              หมายถึง  ระดับความพึงพอใจน้อย

1              หมายถึง  ระดับความพึงพอใจน้อยที่สุด

 

ที่	ประเด็นความพึงพอใจ	ระดับความพึงพอใจ
		1	2	3	4	5
ข้อมูล  เนื้อหา
1	เนื้อหากระชับ ง่ายต่อการทำความเข้าใจ
2	ความชัดเจนของเนื้อหา
3	ความสมบูรณ์ของเนื้อหา
4
การนำเสนอ
5	ความน่าสนใจของเนื้อหา
ความรู้ที่ได้รับจากการศึกษาในเรื่องนี้
6	ท่านสามารถเข้าใจในเนื้อหาได้
7	ท่านสามารถอธิบายเกี่ยวกับเรื่อง ตามรอย DNA ได้
8	ท่านได้ประโยชน์จาการศึกษาเรื่อ ตามรอย DNA

 

ข้อเสนอแนะ

...................................................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................................................................

                                                เอกสารอ้างอิง         

                                                                          

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี กระทรวงศึกษาธิการ.  หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม.  เล่มที่ 5.  พิมพ์ครั้งที่ 4. พิมพ์ที่โรงพิมพ์ สกสค. ลาดพร้าว.  ปีที่พิมพ์ พ.ศ. 2550.