สารพันธุกรรม

ว30242 สารพนั ธุกรรมบทท่ี 4 โครโมโซมและสารพนั ธกุ รรม สอนโดย นายกติ ตพิ งศ พิมสาร (ครแู มนน)่ี แสกน QR Code เพื่อดาวนโ หลดไฟล

2 การศกึ ษาสารพนั ธกุ รรม สง่ิ มชี วี ิตแตล ะชนิดมีลักษณะพันธุกรรมเฉพาะ ลักษณะพันธุกรรมของ ส่ิงมีชีวิตชนิดเดียวมีหลายลักษณะท่ีแตกตางกัน เน่ืองจากภายในเซลล สงิ่ มชี วี ติ มียีนซึ่งเปนสารพันธุกรรมเปนตัวควบคมุ

3 การศกึ ษาสารพนั ธกุ รรม สารพันธุกรรม คือ สารชีวโมเลกุล (Biomolecules) ท่ีทําหนาท่ี เกบ็ ขอมูลรหัสสาํ หรบั การทาํ งานของของส่ิงมชี ีวติ ตา ง ๆ เอาไว เม่ือสิ่งมีชีวิตมีการสืบพันธุ จะมีการแบงสารพันธุกรรมน้ีไปยัง เซลลทแี่ บงไปแลวดวย โดยยังคงมีขอมูลครบถว น

4 การศกึ ษาสารพนั ธกุ รรม สารชีวโมเลกุล ทําหนาที่เปนสารพันธุกรรมในเซลลของ ส่ิงมีชีวิตช้ันสูง ซ่ึงพบไดจากนิวเคลียสของเซลลเรียกรวมวา กรดนิวคลีอิค โดยคุณสมบัติทางเคมีแบงกรดนิวคลีอิคไดเปน 2 ชนดิ ยอ ย คือ 1. อารเอ็นเอ (RNA – Ribonucleic acid) 2. ดเี อ็นเอ (DNA – Deoxyribonucleic acid)

5 การคน พบสารพนั ธกุ รรม นกั วิทยาศาสตรไ ดศึกษาเรื่อง สารพนั ธกุ รรม ทส่ี ําคญั มดี งั นี้  เอฟ มิเชอร (F. Miescher)  อาร ฟอยลแกน (R. Feulgen)  เอฟ กรฟิ ฟท (F. Griffith)  ออสวอลด เอเวอรี (Oswald Avery) และคณะ

6 การคน พบสารพนั ธกุ รรม  เอฟ มิเชอร (F. Miescher)  ป พ.ศ. 2412 (เม่ือ 151 ปก อน)  นกั ชวี เคมชี าวสวีเดน  ไดทําการศึกษาสวนประกอบในนิวเคลียส ข อ ง เ ซ ล ล เ ม็ ด เ ลื อ ด ข า ว ที่ ติ ด ม า กั บ ผาพันแผล โดยนํามายอยเอาโปรตีนออก ดวยเอนไซมเพปซิน

7 เอฟ มิเชอร (F. Miescher) จากการศึกษาพบวา เอนไซมนไ้ี มสามารถยอยสลายสารชนดิ หนง่ึ ที่อยูภายในนวิ เคลียสได เมื่อนําสารน้ีมาวิเคราะหทางเคมีก็พบวา มีธาตุไนโตรเจนและ ฟอสฟอรสั เปนองคป ระกอบ จึงเรียกสารท่ีสกัดไดจากนิวเคลียสวา นิวคลีอิน (nuclein) ตอมา อีก 20 ป ไดมีการเปลี่ยนช่ือใหมวา กรดนิวคลีอิก เน่ืองจากมีผู คน พบวา สารนมี้ ีสมบัตเิ ปน กรด

8 เอฟ มิเชอร (F. Miescher) สรุป  ปญหา : ในนวิ เคลียสมสี ารชนิดใด  สมมติฐาน : ในนวิ เคลียสมีโปรตนี อยู  การวางแผน : นําสวนประกอบของนิวเคลียสในเซลลเม็ดเลือดขาวท่ีติด มากับผาพนั แผล มาศกึ ษาโดยยอยดว ยเอนไซมเพปซิน  ขอคน พบ : พบสารท่ีมีชื่อวา นวิ คลีอกิ  ขอ สนบั สนนุ การคน พบ : สารที่เพปซินไมส ามารถยอ ยสลายได มีคุณสมบตั เิ ปน กรด และมไี นโตรเจนและฟอสฟอรัสเปน องคประกอบ

9 การคน พบสารพนั ธกุ รรม  อาร ฟอยลแกน (R. Feulgen)  ป พ.ศ. 2457 (เม่ือ 106 ปก อ น)  นกั เคมีชาวเยอรมนั  ไดทําการศึกษาโดยนําสีฟุคซินยอมติด DNA ใหสีแดง และเม่ือนําไปยอมเซลลพบวา สีติดท่ีนิวเคลียสและรวมตัวหนาแนนท่ี โครโมโซม จึงสรปุ วา DNA อยูที่โครโมโซม

10 อาร ฟอยลแกน (R. Feulgen) สรปุ  ปญ หา : DNA อยูท ่ีไหน  สมมติฐาน : DNA อยูบ น Chromosome  การวางแผน : นาํ สที ี่ยอมติด DNA ไปยอ มเซลล  ขอคนพบ : DNA อยทู ่ี Chromosome  ขอสนบั สนุนการคนพบ : สจี ะตดิ หนาแนน ที่ Chromosome

11 การคน พบสารพนั ธกุ รรม  เอฟ กริฟฟท ( F. Griffith )  ป พ.ศ.2471 (เมื่อ 92 ปกอ น)  แพทยช าวองั กฤษ  ไดทําการศึกษาปรากฏการณ กระบวนการ แปลงพันธุ (Transformation) ไดทําการ พิสูจนสารพันธุกรรม เพ่ือสนับสนุนวา DNA เปน สารพันธุกรรม

12 เอฟ กรฟิ ฟท (F. Griffith) ทําการทดลองเกี่ยวกับเชื้อ ทําการทดลองโดยฉีดแบคทีเรีย (Streptococcus pneumoniae) ที่ทําใหเกดิ โรคปอดบวมเขา ไปในหนู แบคทีเรียที่ฉีดเขาไปน้ีมี 2 สายพันธุ คือ สายพันธุท่ีมีผิวหยาบ เพราะไมมี สารหอหุมเซลล หรือแคปซูล (capsule) ไมทําใหเกิดโรคปอดบวม เรียกวา สายพนั ธุ R (rough) สวนสายพันธุท่ีมีผิวเรียบ มีสารหอหุมเซลลทําใหเกิดโรคปอดบวมรุนแรงถึง ตาย เรยี กวา สายพนั ธุ S (smooth) ตามการทดลองดังภาพ

13 เอฟ กริฟฟท (F. Griffith) สเตรปโตค็อกคสั นิวโมเนยี ทาํ ใหเ กดิ โรคปอดบวมในหนทู ดลอง Streptococcus pneumoniae

14 เอฟ กรฟิ ฟท (F. Griffith)

15 เอฟ กรฟิ ฟท (F. Griffith) สรุป  ปญ หา : อะไรคอื ทเ่ี ปน ตวั ถา ยทอดลักษณะทางพันธกุ รรม  สมมติฐาน : มีสารบางอยางท่ีเปนตัวถายทอดลักษณะทาง พนั ธกุ รรม  การวางแผน : นําแบคทีเรียมา 2 ชนิด คือ ชนิด S นําโรคปอด บวมและชนิด R ไมนําโรคปอดบวมมาฉีดกับหนู โดยแบงการ ทดลองออกเปน 4 ชุด

16 เอฟ กรฟิ ฟท (F. Griffith) สรุป  การวางแผน : นําแบคทีเรียมา 2 ชนิด คือ ชนิด S นําโรค ปอดบวมและชนิด R ไมนําโรคปอดบวมมาฉีดกับหนู โดย แบง การทดลองออกเปน 4 ชุด 1. ฉดี แบคทเี รยี สายพันธุ R 2. ฉีดแบคทเี รียสายพันธุ S 3. ฉีดแบคทเี รียสายพันธุ S ที่ทําใหตายดวยความรอ น 4. ฉีดแบคทีเรยี สายพันธุ S ทท่ี าํ ใหตายดวยความรอนและ แบคทีเรียสายพันธุ R

17 เอฟ กริฟฟท (F. Griffith) สรุป  ขอคนพบ : มีสารบางอยางท่ีถายทอดจากแบคทีเรีย สายพันธุ S ที่ทําใหตายดวยความรอนไปสูสายพันธุ R และทาํ ใหแบคทเี รยี สายพันธุ R มกี ารเปลีย่ นแปลง  ขอสนับสนุนการคนพบ : แบคทีเรียสายพันธุ S ท่ีทําให ตายดวยความรอน จะไมสามารถทําใหเกิดโรคปอดบวม ไดแตเม่ือมาผสมกับแบคทีเรียสายพันธุ R ทําใหแบคทีเรีย สายพันธุ R นําโรคปอดบวมไปสูหนูได ท้ังท่ีแตกอนไม สามารถนําโรคได

18 ออสวอลด เอเวอรี (Oswald Avery) และคณะ  ออสวอลด เอเวอรี (Oswald Avery) เอม็ แมคคารที (M. McCarty) และ ซี แมกลอยด (C. MacLeod)  ป พ.ศ. 2487 (เม่อื 76 ปกอน)

19 ออสวอลด เอเวอรี (Oswald Avery) และคณะ ไดพยายามทําการทดลองแยกสารที่ทําใหเซลล R แปรสภาพเปน เซลล S จนไดส ารคอนขางบริสุทธิ์ และคาดวาเปน DNA และไดพิสูจนยืนยันโดยใชสารดังกลาวในสภาวะตาง ๆ มาใสรวมกับเซลล R ทม่ี ชี ีวิต ตรวจสอบวา ในสภาวะใดท่ีเซลล R แปรสภาพเปนเซลล S เมื่อนํามาเล้ียงบนอาหารแข็ง โดยไมตองฉีดเขาไปในหนู เซลล R ท่ีมีชีวิต + สารจากเซลล S ที่ผานการฆา ดวยความรอน เซลล R แปรสภาพเปน S

20 ออสวอลด เอเวอรี (Oswald Avery) และคณะ

21 ออสวอลด เอเวอรี (Oswald Avery) และคณะ นอกจากน้ียังมีการทดลองอื่น ๆ ท่ียืนยันตรงกันวา DNA เปนสาร พนั ธุกรรม ตอมาไดมีการคนพบวา DNA เปน สารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทัว่ ไปทง้ั คน สตั ว พืช โพทิสต แบคทีเรีย ไวรสั และยังพบวา RNA เปนสารพันธุกรรมในไวรัสบางชนิด เชน ไวรัสท่ีทําให เกดิ โรคใบดา งในใบยาสูบ ไวรสั ท่เี ปนสาเหตขุ องโรคโปลิโอ เปน ตน

22 เพมิ่ เตมิ เรอ่ื งไวรสั โรคท่เี กิดจากติดเชอ้ื ไวรสั “หวัด หวดั ใหญ อีสุกอีใส ไขทรพษิ หดั หัดเยอรมนั (ซาํ้ ) งูสวดั เอดส เริม ซารส พษิ สุนขั บา ชคิ ุนกนุ ยา มือเทา ปาก ไขเ ลือดออก” (จากภาพนาจะเปน โรคอะไร)

23 เพ่ิมเตมิ เรอ่ื งไวรสั COVID-19 ยอมาจาก “Coronavirus disease starting in 2019”

24 องคป ระกอบทางเคมขี อง DNA กรดนิวคลีอกิ  เปนสารพนั ธกุ รรม  มี 2 ชนิด คือ - DNA (deoxyribonucleic acid) - RNA (ribonucleic acid)  เปน สารประเภทกรดนิวคลีอกิ ประกอบดวยยอ ยท่ีเรยี กวา นิวคลีโอไทด (nucleotide) มาเช่ือมตอกันเปนสาย มีโครงสรางพื้นฐาน ประกอบดวย 3 สว น

25 องคป ระกอบของ Nucleotide ศกึ ษาเพิ่มเติมไดจาก QR Code เรื่อง โครโมโซม Nucleotide

26 องคป ระกอบของ Nucleotide 31 2

27 องคป ระกอบของ Nucleotide

28 Nitrogenous base เปนสารอนิ ทรยี ทม่ี อี ะตอมของคารบอน และอะตอมของไนโตรเจนเปน องคประกอบ แบง ออกเปน 2 กลมุ

29 Nitrogenous base มี 5 ชนดิ Adenine (A) Guanine (G) Cytosine (C) Thymine (T) Uracil (U) พบท้งั ใน DNA และ RNA พบเฉพาะใน DNA พบเฉพาะใน RNA

30 Nitrogenous base พวิ รีน (purine) มโี ครงสรางหลกั เปน วงแหวน 2 วง อะดนี นี (Adenine : A) กวานนี (Guanine : G)

31 Nitrogenous base ไพริมิดนี (pyrimidine) มโี ครงสรางหลักเปนวงแหวนวงเดียว ไซโทซีน (Cytocine : C) ยูราซิล (Uracil : U) ไทมีน (Thymine : T)

32 Pentose sugar เปน นํ้าตาลที่มีคารบอน 5 อะตอม น้าํ ตาลเพนโทสที่เปน สว นประกอบของนิวคลีโอไทด มี 2 ชนดิ คือ 1. Deoxyribose ที่เปนองคป ระกอบของ DNA 2. Ribose ทีเ่ ปนองคประกอบของ RNA

33 หมูฟ อสเฟต phosphate group เปน สารท่มี ีฟอสฟอรสั เปนองคประกอบ โดยจะเชอื่ มตอกบั คารบ อนตําแหนงท่ี 5 ของน้ําตาลเพนโทส