บทที่ 12 Nucleic Acid

บทท่ี 12 กรดนวิ คลีอกิ (Nucleic Acid) แผนการสอนประจำบท เนือ้ หาประจำบท 12.1 นิวคลีโอไทด0และนิวคลโี อไซด0 12.2 โครงสรา7 งของดีเอน็ เอ 12.3 โครงสร7างของอาร0เอน็ เอและการสงั เคราะหโ0 ปรตนี 12.4 แบบฝกE หัดเสรมิ ความเข7าใจ วัตถุประสงคก8 ารเรียนรู=ประจำบท เพือ่ ใหเ7 ข7าใจลกั ษณะท่ัวไปของกรดนวิ คลีอกิ เพอ่ื ให7เข7าใจโครงสร7างพืน้ ฐานของกรดนวิ คลอี กิ วิธีการสอนและกจิ กรรมการเรยี นการสอนประจำบท บรรยายผาR นระบบออนไลน0 google meet, google classroom, Microsoft team และ BUU LMS ตอบขอ7 ซักถามของผูเ7 รียน การถาม-ตอบระหวาR งผสู7 อนและผ7เู รยี น ใหผ7 ู7เรยี นทำแบบฝEกหัด สอ่ื การเรียนการสอน เอกสารประกอบคำสอนรายวิชา 30322463 เคมอี ินทรยี 0 2 (สำหรับนสิ ติ เภสัชศาสตร0) คอมพิวเตอร0 ไอแพด และ Power Point การวัดผลและประเมนิ ผล แบบฝEกหัด และขอ7 สอบ สงั เกตความสนใจของผ7ูเรยี น และการแสดงความคิดเห็นของผูเ7 รียน

บทท่ี 12 กรดนิวคลีอิก บทนำ (Introduction) กรดนิวคลอี ิก (nucleic acid) เปนw สารชีวโมเลกลุ ทพ่ี บในโครโมโซมซึง่ อยูRในนวิ เคลียสของเซลล0 ทำหน7าที่ เก็บและถาR ยทอดข7อมูลทางพันธุกรรม กรดนวิ คลอี ิกจำแนกออกเปนw 2 ชนิด ไดแ7 กR 1. กรดดีออกซไี รโบนิวคลอี ิก หรอื เรียกวRาดีเอ็นเอ (deoxyribonucleic acid, DNA) โดยมนี ำ้ ตาลดีออกซี ไรโบส (deoxyribose) เปนw องค0ประกอบ 2. กรดไรโบนวิ คลอี กิ หรอื เรยี กวาR อารเ0 อน็ เอ (ribonucleic acid, RNA) มีน้ำตาลไรโบส (ribose) เปwน องค0ประกอบ โดย DNA เปwนตัวกำหนดลกั ษณะทางพนั ธกุ รรมของสงิ่ มชี ีวติ สวR น RNA ทำหนา7 ทถ่ี าR ยทอดขอ7 มลู ทาง พันธุรกรรมจาก DNA สRูโปรตีน 12.1 นิวคลีโอไทดแ= ละนวิ คลีโอไซด= (Nucleotide and Nucleoside) กรดนิวคลอี ิก (nucleic acid) เปwนไบโอพอลเิ มอร0 (biopolymer) ที่ประกอบดว7 ยหนวR ยยRอยคือ “นวิ คลีโอ ไทด0 (nucleotide)” โมเลกุลของนิวคลโี อไทด0ประกอบดว7 ย 3 สวR น ได7แกR หมูฟR อสเฟส (phosphate unit) นำ้ ตาล เพนโตส (pentose sugar) และไนโตรเจนเบส (nitrogen base) ดงั รูปที่ 12-1 รูปท่ี 12-1 ตวั อยาR งโครงสรา7 งของนิวคลีโอไทด0 น้ำตาลเพนโตส (pentose sugar) ทเี่ ปนw องค0ประกอบของกรดนวิ คลีอิกเปนw ชนิดมอโนแซคาไรด0 (monosaccharide) มี 2 ประเภท คือ น้ำตาลไรโบส (ribose) และนำ้ ตาล 2-ดีออกซีไรโบส (2-deoxyribose) โดย มนี ้ำตาลไรโบสเปนw องคป0 ระกอบของ DNA สวR นน้ำตาลดอี อกซีไรโบสเปนw องคป0 ระกอบของ RNA ซง่ึ โมเลกุลของ น้ำตาลทั้งสองมคี วามแตกตRางกนั ที่คาร0บอนตำแหนงR ท่ี 2 ดงั รูปท่ี 12-2 รูปที่ 12-2 โครงสร7างของนำ้ ตาลไรโบสและ 2-ดอี อกซไี รโบส 358 ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา

บทที่ 12 กรดนิวคลอี ิก สวR นไนโตรเจนเบส (nitrogen base) ที่เปwนองค0ประกอบของ nucleic acid เปนw ชนิดเฮทเทอโรไซคลิกอะ โรมาติกเอมนี (heterocyclic aromatic amine) แบRงออกเปนw 2 ประเภท ได7แกR 1. เบสพริ ิมีดีน (pyrimidine base) ไดแ7 กR ไซโตซนี (cytosine, C) ไทมีน (thymine, T) และ ยูราซิล (uracil, U) โดยใน DNA ประกอบดว7 ยเบสชนิด C และ T สวR น RNA มีเบสชนดิ C และ U เปนw องค0ประกอบ 2. เบสเพยี วรนี (purine base) ได7แกR อะดนี ีน (adenine, A) และ กวานนี (guanine, G) ซงึ่ พบทงั้ ใน DNA และ RNA โดยแสดงโครงสรา7 งของเบส pyrimidine และเบส purine ดังรปู ที่ 12-3 รปู ที่ 12-3 โครงสร7างของเบสพริ มิ ีดนี และเบสพิวรีนเบส ในกรณีที่โครงสรา7 งมเี ฉพาะโมเลกุลน้ำตาลกับไนโตรเจนเบสจะเรียกวาR “นิวคลโี อไซด0 (nucleoside)” ที่ คารบ0 อนตำแหนงR ที่ 1 ของโมเลกุลนำ้ ตาลเชื่อมกบั ไนโตรเจนเบสด7วยพนั ธะไกลโคซดิ ิกแบบเบตา7 (b-glycosidic bond) ดังรูปท่ี 12-4 รูปท่ี 12-4 ตวั อยาR งโครงสรา7 งของนิวคลีโอไซด0 359 ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ ิอ/อน ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา

บทท่ี 12 กรดนวิ คลีอิก การเรยี กช่ือ nucleoside จะเรยี กตามชนดิ ของไนโตรเจนเบส ดงั รูปท่ี 12-5 รปู ท่ี 12-5 การเรียกช่ือของ nucleoside ตามชนดิ ของเบส ดังนน้ั โมเลกลุ ของ nucleotide กค็ อื โมเลกุลของ nucleoside ทเี่ ชอื่ มกบั หมฟRู อสเฟส (phosphate group) ระหวาR งหมRู OH ของ monosaccharide กบั กรดฟอสฟอริค (phosphoric acid) ด7วยพันธะ phosphate ester การอาR นชือ่ ของ nucleotide จงึ อRานชือ่ ของ nucleoside ตามชนิดของเบส โดยระบตุ ำแหนRงและจำนวนของ หมูฟR อสเฟส ดังตวั อยาR งในรปู ที่ 12-6 รปู ท่ี 12-6 ตวั อยRางการอRานชื่อ nucleotide สRวนโครงสรา7 งของ nucleotide ใน DNA และ RNA ไนโตรเจนจะเชอ่ื มเบสกับโมเลกลุ น้ำตาลทคี่ าร0บอน ตำแหนงR ที่ 1 (C1) ดว7 ยพันธะ b-glycosidic bond ในขณะที่ phosphoric acid ตRอกับนำ้ ตาลทคี่ ารบ0 อนตำแหนงR ที่ 5 (C5) ดว7 ยพนั ธะ phosphate ester แสดงโครงสร7างของ nucleotide ใน DNA ดงั รปู ที่ 12-7 และใน RNA ดัง รูปที่ 12-8 ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศริ ิอ/อน ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 360

บทท่ี 12 กรดนิวคลอี กิ รูปที่ 12-7 โครงสร7างของ nucleotide ใน deoxyribonucleotide (DNA) รูปที่ 12-8 โครงสรา7 งของ nucleotide ใน ribonucleotide (RNA) ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 361

บทท่ี 12 กรดนวิ คลีอิก 12.2 โครงสรIางของดเี อ็นเอ (Structure of DNA) 12.2.1 โครงสร=างปฐมภมู ิ (primary structure) โครงสรา7 งของ DNA ประกอบดว7 ยสายพอลีนวิ คลีโอไทด0 (polynucleotide) ทเ่ี กดิ จากการเช่ือมตRอกันของ หนRวยยRอยนิวคลีโอไทด0ดว7 ยพนั ธะฟอสโฟไดเอสเทอร0 (phosphodiester) ระหวRางคารบ0 อนตำแหนงR ที่ 3’ และ 5’ เรียกวาR “3’,5’ phosphodiester bond” โดยนวิ คลโี อไทดโ0 มเลกุลแรกจะใชห7 มูRไฮดรอกซี (OH) ของนำ้ ตาลใน ตำแหนงR ท่ี 3’ สร7างพันธะ phosphodiester กบั หมฟRู อสเฟตของนิวคลโี อไทด0โมเลกุลที่สองแบบซ้ำไปเร่ือยๆ ทำให7 นิวคลโี อไทด0ทอ่ี ยโRู มเลกลุ แรกมฟี อสเฟตเปนw อสิ ระ เรียกวาR “5’end” สRวนนวิ คลีโอไทด0ตัวสุดท7ายมหี มไRู ฮดรอกซีที่ ตำแหนงR 3’ ของน้ำตาลอยเRู ปนw อสิ ระ เรยี กวาR “3’-end” โดยทศิ ทางการเชอื่ มตอR ของสาย polynucleotide จะนับ จาก 5’à3’ และอRานสาย polynucleotide เปwนอกั ษรยอR ตามชนดิ ของเบส (A, T, G และ C) เปนw ลำดับจาก 5’ ไป 3’ ดงั ตวั อยาR ง polynucleotide AC ในรูปที่ 12-9 รปู ท่ี 12-9 โครงสร7างของ polynucleotide AC 12.2.2 โครงสรา= งทตุ ิยภมู ิ (secondary structure) โครงสรา7 งมลี ักษณะเปนw เกลยี วคลา7 ยบันไดวน (double helix) ประกอบด7วยสาย polynucleotide 2 สาย ทม่ี ที ิศทางตรงข7ามกนั (antiparallel) ยดึ กนั ดว7 ยไนโตรเจนเบสผRานพนั ธะไฮโดรเจน (hydrogen bonding) โดย สาย polynucleotide ทมี่ ที ศิ ทางจาก 5’ ไป 3’ ยึดกบั สาย polynucleotide อีกสายหนง่ึ ท่ีมีทศิ ทางจาก 3’ ไป 5’ ดังรปู ท่ี 12-10 ผศ.ดร. อทุ ยั วรรณ ศิริออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 362

บทท่ี 12 กรดนิวคลอี กิ 5’ end H 3’ end OPO O HN N O G CN N H2C 5’ O NH H O N H 3’ H HH N NH O HH H O3’ H H3C HH O CH2 5’ H O HN O OP O N OPO O TN N H NA H O H2C 5’ O NH 3’ H HH O N HH H 3’ H H O CH2 5’ OH OPO N H O O CN N OPO O N H2C 5’ O O GH N H O NH 3’ H N HH HN N HH H 3’ H O CH2 5’ OH HH OPO NH CH3 O O O PO O H2C 5’ O N AN TH N N H 3’O H H N HH HH H 3’ H O O CH2 5’ OH O H-bonding OPO 3’ end 5’ end รูปท่ี 12-10 โครงสร7าง secondary ของ DNA ดดั แปลงจาก: https://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function- watson-397/ การจับกนั ของสาย polynucleotide ใน DNA เบสชนดิ adenine (A) จบั กบั thymine (T) ดว7 ยพันธะ ไฮโดรเจน 2 พันธะ และ cytosine (C) จบั กับ guanine (G) ดว7 ยพนั ธะไฮโดรเจน 3 พนั ธะ สวR นใน RNA เบสชนิด thymine (T) จะเปลย่ี นเปนw เบสชนดิ uracil (U) โดยการจับคRกู ันของเบสทมี่ ีความเฉพาะนีเ้ รยี กวาR “เบสคูสR ม (complementary)” และระยะทางระหวRางคูเR บส A กับ T และ G กบั C ใกลเ7 คยี งกนั แสดงดงั รปู ท่ี 12-11 รูปที่ 12-11 แสดงการจับคRูของไนโตรเจนเบสใน DNA 363 ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา

บทท่ี 12 กรดนวิ คลอี ิก แสดงตวั อยาR งลำดับเบสคRสู ม (complementary sequence) และทศิ ทางของสาย polynucleotide แตR ละสายทอ่ี ยูแR บบสวนทางกนั เชRน โมเลกลุ DNA ท่ีมีลำดบั เบสเปwน 5’-ACTTGCCA-3’จะมีเบสคRูสมเปนw 3’- TGAACGGT-5’ดังรปู ท่ี 12-12 รูปที่ 12-12 เบสคสRู ม (complementary) ออรก0 านิซมึ (organism) ในสง่ิ มีชวี ติ จะมีอตั ราสวR นของเบสชนดิ purine ตRอเบสชนดิ pyrimidine เทาR กนั ดังตวั อยRางในตารางที่ 12.1 ตารางที่ 12.1 แสดงอตั ราสRวนของ purine ตอR pyrimidine ใน organism ตาR งๆ purine/pyrimidines purine pyrimidine 1.01 organism A G C T A/T G/C 1.03 1.00 Human 30.4 19.9 19.9 30.1 1.001 1.00 1.04 Sheep 29.3 21.4 21.0 28.3 1.04 1.02 Yeast 31.7 18.3 17.4 32.6 0.97 1.05 E. coli 26.0 24.9 25.2 23.9 1.09 0.99 การบิดเปwนเกลยี วของสาย DNA เกิดเปนw เกลยี วทซี่ ำ้ กัน โดยในแตแR ละเกลยี วประกอบดว7 ย 10 คูRเบส และ เกิดเปนw รRอง (groove) ที่มีความกวา7 งของ groove แตกตาR งกนั แบงR ได7เปwน minor groove (รอR งแคบ) และ major groove (รอR งกวา7 ง) แสดงดังรปู ที่ 12-13 ซึ่งทำใหร7 ปู ราR งของ DNA แตกตาR งกันออกไป เกิดเปนw DNA ชนดิ ตRางๆ ได7แกR A-DNA, B-DNA และ Z-DNA แสดงดังรูปท่ี 12-14 ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ ิออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 364

บทท่ี 12 กรดนวิ คลอี ิก รูปที่ 12-13 ลกั ษณะ double helix ของ DNA ดัดแปลงจาก: https://www.nature.com/scitable/topicpage/discovery-of-dna-structure-and-function- watson-397/ • A-DNA มลี กั ษณะเปwนเกล่ียวคทูR ห่ี มุนเวยี นไปทางขาว (right-handed helix) ความยาวของเกลียว ตRอ 10 คเRู บส เทาR กับ 2900 pm และความกว7างของ minor groove เทRากบั ความกวา7 งของ major groove • B-DNA มลี กั ษณะเปนw เกล่ียวคูRทีห่ มนุ เวียนไปทางขาว (right-handed helix) ความยาวของเกลียว ตRอ 10 คRเู บส เทาR กบั 3400 pm และความกวา7 งของ minor groove เทาR กับ 1200 pm สRวนความ กวา7 งของ major groove เทาR กับ 2200 pm • Z-DNA มีลกั ษณะเปนw เกลี่ยวคRทู ีห่ มุนเวียนไปทางซา7 ย (left-handed helix) ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศริ ิอ/อน ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 365

บทที่ 12 กรดนิวคลอี ิก รปู ท่ี 12-14 โครงสร7างของ A-DNA, B-DNA และ Z-DNA ท่มี าจาก: https://www.youtube.com/watch?v=9xhCbstatLA 12.2.3 โครงสร=างตตยิ ภมู ิ (tertiary structure) มลี ักษณะเปwนวงแหวน (circular DNA) เกิดจากการเชื่อมของปลายของ double-stranded DNA มีหลาย รูปแบบ ดงั รูปที่ 12-15 รปู ท่ี 12-15 โครงสร7างตติยภมู ขิ อง DNA ที่มาจาก: William, H. Brown, Brent L. Iverson, Eric V. Anslyn, & Chistopher S. Foote. Organic Chemistry. 8th ed., 2017. 12.3 โครงสราI งของอารเ= อน็ เอและการสังเคราะหโ= ปรตนี (Structure of RNA and Protein Synthesis) โครงสรา7 งของ RNA จะคลา7 ยกบั โครงสร7างของ DNA โดยมคี วามแตกตาR งกนั ท่ชี นิดของนำ้ ตาล ชนดิ ของ ไนโตรเจนเบส และลกั ษณะของโมเลกุล ดงั นี้ 1. โครงสร7างของ RNA มีน้ำตาล ribose เปนw องคป0 ระกอบ ในขณะท่ี DNA มนี ำ้ ตาล deoxyribose เปwน องคป0 ระกอบ ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ ิอ/อน ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 366

บทที่ 12 กรดนิวคลอี ิก 2. ชนดิ ของเบสใน RNA ประกอบดว7 ย adenine (A), guanine (G), cytosine (C) และ uracil (U) ในขณะ ที่ DNA จะไมมR เี บสชนิด uracil (U) แตจR ะเปนw เบสชนิด thymine (T) แทน 3. โครงสร7างของ RNA เปนw สาย ribonucleotide ทมี่ ีลกั ษณะเปนw สายเดยี ว (single strand) ในขณะที่ DNA เปwนเปนw เกลียวคRู (double helix) CH2OHO OH CH2OHO OH H H H H H H H H OH H OH OH deoxyribose (in DNA) ribose (in RNA) O O NH NH NO NO H H thymine (in DNA) uracil (in RNA) รูปที่ 12-16 ความแตกตRางของ DNA และ RNA โมเลกุล RNA แบงR ออกเปwน 3 ชนดิ ตามลกั ษณะโครงสร7างและการทำงาน ได7แกR ribosomal RNA, transfer RNA และ messenger RNA โดยนำ้ หนักโมเลกุล (molecular-weight) จำนวนนิวคลโี อไทด0 (number of nucleotide) และรอ7 ยละของเซลล0 RNA แตRละชนิด (percentage of cell RNA) แสดงในตารางท่ี 12.2 ตารางท่ี 12.2 ชนิดของ RNA ใน E. coil (Escherichia coil) type molecular-weight range (g/mol) number of nucleotides percentage of cell RNA mRNA 25,000-1,000,000 75-3000 2 16 tRNA 23,000-30,000 73-94 82 rRNA 35,000-1,100,000 120-2904 12.3.1 ไรโบโซมอลอารเ8 อ็นเอ หรือเรียกว`า อารอ8 ารเ8 อ็นเอ (ribosomal RNA, rRNA) คือ ribonucleic acid ทีพ่ บในไรโบโซม (ribosomes) เปwนตำแหนงR ท่เี กิดการสงั เคราะหโ0 ปรตนี 12.3.2 ทรานส8เฟอร8อาร8เอน็ เอ หรอื เรยี กว`า ทอี ารเ8 อน็ เอ (transfer RNA, tRNA) tRNA เปนw ribonucleic acid ทีม่ จี ำนวนนวิ คลีโอไทด0นอ7 ยท่ีสุด (73-94 nucleotide) ทำหน7าท่ีในการนำ amino acid ไปยงั ตำแหนงR ทม่ี กี ารสงั เคราะหโ0 ปรตนี ใน ribosome และชนิดของ amino acid จะมคี วามจำเพาะ กับ tRNA นั้นๆ โดย amino acid จับกับ tRNA ด7วยพันธะ ester ระหวาR ง a-carboxyl ของ amino acid กับ 3’- OH ของน้ำตาล ribose ในตำแหนงR ปลายสุด 3’ end ของ tRNA ดังรปู ที่ 12-17 ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศิริออ/ น ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 367

บทที่ 12 กรดนิวคลอี ิก รูปท่ี 12-17 การจับกันของ tRNA กับ amino acid 12.3.3 แมสเซนเจอร8อาร8เอ็นเอ หรือเรียกว`า เอม็ อารเ8 อ็นเอ (messenger RNA, mRNA) mRNA เปนw ribonucleic acid ทมี่ ีหนา7 ท่ีนำข7อมลู รหสั พันธุกรรม (genetic code) จาก DNA ไปยัง ribosome ในการสงั เคราะหโ0 ปรตนี โดย mRNA มีปริมาณอยRนู อ7 ยและอยRไู ดไ7 มนR าน (short-lived) โมเลกุลมี ลักษณะเปwนสายเดียว (single-stranded) สงั เคราะหจ0 าก DNA โดยโมเลกุล DNA เกลียวคRู (double stand) เกิด การคลายตัว (unwound) กลายเปwน DNA template เรมิ่ การสงั เคราะห0 RNA จากนน้ั complementary mRNA เรมิ่ การสังเคราะห0โดยถอดรหัส (encoded) จาก DNA template โดยเรมิ่ จาก 3’ end ของ DNA template เรยี ก การสงั เคราะห0 mRNA จาก DNA นว้ี าR “การถอดรหสั (transcription)” ดงั รปู ท่ี 12-18 รูปที่ 12-18 การสร7าง mRNA จาก DNA รหัสพนั ธุกรรม (genetic code) คือลำดับเบส 3 ตวั ทเี่ รยี งตRอกนั ใน mRNA หรือเรยี กวRา mRNA codon หรือ triplet code แตRละรหัส (codon) มีความเฉพาะเจาะจงกับชนิดของ amino acid และ amino acid แตRละ ชนิดอาจมีได7มากกวาR 1 codon ซ่งึ genetic code ประกอบดว7 ย 64 codon โดย codon ท่ใี ชส7 ำหรบั เร่มิ การ สงั เคราะห0โปรตนี (start) คือ AUG มี amino acid เปนw methionine (Met) และ 3 codon สำหรบั ใชห7 ยุด (stop) การสงั เคราะหโ0 ปรตีน ได7แกR UAA, UAG และ UGA แสดง genetic code ดงั ตารางท่ี 12.3 ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 368

บทที่ 12 กรดนวิ คลอี ิก ตารางที่ 12.3 Genetic code: mRNA codon ยกตวั อยRางเชRน mRNA มี codon เปwน CCU, AGC, GGA และ CUU ซง่ึ ตาม genetic code จะตรงกับ amino acid คอื proline, serine, glycine และ leucine ตามลำดบั ดังน้ันการสงั เคราะห0 polypeptide จะได7 เปนw -Pro-Ser-Gly-Lue- ดงั รูปที่ 12-19 mRNA CCU AGC GGA CUU Peptide Pro Ser Gly Leu รูปที่ 12-19 การสงั เคราะห0 polypeptide จาก mRNA codon การสังเคราะหโ8 ปรตนี (protein synthesis) กระบวนการสงั เคราะห0โปรตีนประกอบดว7 ย 3 ขน้ั ตอน ดังนี้ ขัน้ ท่ี 1 กระบวนการ replication ขน้ั ท่ี 2 กระบวนการถอดรหสั (transcription) ขน้ั ที่ 3 กระบวนการ translation ดงั ตารางท่ี 12-20 ผศ.ดร. อุทยั วรรณ ศริ ิออ/ น ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา 369

บทท่ี 12 กรดนวิ คลีอกิ รูปท่ี 12-20 กระบวนการสงั เคราะห0โปรตีน ท่ีมาจาก: https://sites.duke.edu/missiontomars/the-mission/dna-protein-synthesis/a-brief-review- of-protein-synthesis/ ขัน้ ที่ 1 กระบวนการ replication กระบวนการ replication คอื กระบวนการจำลองตัวเองของ DNA ไดเ7 ปนw DNA สายใหมR เปwนการเพมิ่ จำนวนของ DNA ในเซลล0 ดงั รูปท่ี 12-21 รปู ที่ 12-21 กระบวนการ replication 370 ดัดแปลงจาก: http://slideplayer.com/slide/15450874/ ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศริ อิ /อน ภาควชิ าเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บรู พา

บทที่ 12 กรดนวิ คลอี ิก ขั้นที่ 2 กระบวนการถอดรหัส (transcription) การถอดรหัส (transcription) เปwนกระบวนการสร7าง mRNA จาก DNA template โดยเอนไซม0 RNA polymerase เคลือ่ นทไี่ ปตาม DNA template และทำการสร7าง mRNA โดย mRNA จะถกู สร7างจาก 5’ ไป 3’ ในขณะทส่ี าย DNA จะสRวนทางกัน (antiparallel) และ mRNA มีสวR นของเบสท่เี ข7าคRกู บั DNA โดย mRNA จะมเี บส uracil (U) แทน thymine (T) ของ DNA ดังรูปที่ 12-22 รปู ที่ 12-22 กระบวนการ transcription ดัดแปลงจาก https://www.utsouthwestern.edu/labs/bioinformatics-lab/analysis/rna-seq/ ข้นั ท่ี 3 กระบวนการ translation ประกอบดว7 ย 3 ขัน้ ตอนยRอย ได7แกR 1. ขั้นเร่ิมตน7 (initiation) คอื mRNA เข7าสูR ribosome โดยนำ codon AUG (start) จบั กับ tRNA ทนี่ ำ methionine มา เรียกเบส triplet code ของ tRNA ท่เี ข7าคูกR บั เบสของ mRNA codon วRา anticodon โดยแสดง โครงสรา7 งของ tRNA และตำแหนRงทีเ่ ปนw anticodon ดงั รูปที่ 12-23 รูปท่ี 12-23 โครงสรา7 งของ tRNA และตำแหนงR anticodon ดัดแปลงจาก: Carey, F. A. & Giuliano, R. M. (2016). Organic Chemistry. New York: McGraw-Hill Education. (10th ed.) ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศิรอิ /อน ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 371

บทท่ี 12 กรดนวิ คลอี กิ 2. ขน้ั ตRอเนอื่ ง (translocation) เปwนการสร7างพันธะเปปไทด0 (peptide bond) โดยหลงั จากพันธะเปปไทด0 แรกสร7างข้นึ ribosome จะเคลือ่ นไปยัง mRNA codon ในตำแหนงR ถัดไป พร7อมกับ tRNA นำ amino acid ตัว ถัดไปมา จากน้นั mRNA codon จบั กบั anticodon ของ tRNA และเกิดการสร7างพันธะเปปไทดอ0 ีกคร้ัง เกดิ ซ้ำไป เรอื่ ยๆ ไดเ7 ปwนสาย peptide แสดงการเกิดพันธะเปปไทดร0 ะหวRางสาย polypeptide กบั amino acid บนโครงสร7าง ของ tRNA ดงั รูปที่ 12-24 รูปที่ 12-24 การสรา7 งพนั ธะ peptide bond 3. ขั้นสน้ิ สดุ การสังเคราะห0 (termination) เมื่อ amino acid ท้ังหมดถูกใชใ7 นการสงั เคราะห0 peptide จากนัน้ ribosome จะใช7 mRNA codon สำหรับหยุดการสังเคราะหโ0 ปรตีน ไดแ7 กR UGA, UAA หรือ UAG ซ่งึ จะไมR มี anticodon จาก tRNA และ polypeptide ทไ่ี ดจ7 ากการสงั เคราะห0จะออกจาก ribosome สรุปแกระบวนการสังเคราะห0โปรตีนดังรูปท่ี 12-25 ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร; ม. บูรพา 372

บทที่ 12 กรดนิวคลอี กิ H O NH2 NH2 HN O O O O SCH3 tRNALys tRNAMet UUU anticodon U A C STOP codon UGA codon AU G AAA G UA U U U G GAA GA mRNA START codon ribosome translocation O H2N NH2 O OO H tRNALys O NH2 HN O O tRNAVal SCH3 tRNAMet C A U anticodon UACUUU STOP codon A U G A A A G U A U U U G G A A G A. UGA codon mRNA ribosome Met Lys Val NH2 SCH3 O H2N OO O NH O tRNAVal O NH2 HN O Ph H O tRNAPhe tRNALys A A A anticodon UUUCAU STOP codon A U G A A A G U A U U U G G A A G A. UGA codon mRNA ribosome รูปท่ี 12-25 กระบวนการสังเคราะห0โปรตีน ดดั แปลงจาก: Fryhle, C. B., Snyder, S. A. & Solomons, T. W. G. (2016). Organic Chemistry. USA: Wiley. (12th ed.) ผศ.ดร. อทุ ัยวรรณ ศริ อิ อ/ น ภาควิชาเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บูรพา 373

บทที่ 12 กรดนิวคลอี กิ 12.4 แบบฝ<กหดั เสริมความเขาB ใจ 1. อธบิ ายโครงสรา7 งของ nucleoside, nucleotide, heterocyclic aromatic amine base และ DNA (1o และ 2o structure) 2. แสดงโครงสรา7 ง TGCA ของ DNA 3. แสดงการเกดิ H-bonding ของเบส G กับ C และ T กับ A (base pairing) 4. สรุปกระบวนการ protein synthesis (replication, transcription, translation) และหน7าทขี่ อง mRNA, tRNA, rRNA) 5. แสดงชนิดของ mRNA จาก DNA 3’-A-G-C-C-A-T-G-T-G-A-C-C-5’ ในกระบวนการเกดิ transcription 6. ใช7 genetic code แสดงการสงั เคราะห0 protein ชนิด start-Pro-Ser-Gly-Leu-stop พร7อมแสดง โครงสรา7 งของสายโปรตีน และ mRNA และ tRNA ผศ.ดร. อุทัยวรรณ ศิริอ/อน ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร; ม. บรู พา 374