วิชาชีววิทยาเพิ่มเติม4 ม.5 เทอม 2 ปีการศึกษา 2564

47 นิวคลีโอไทด์เชือ่ มกนั ด้วยพนั ธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ (Phosphodiester bond) ระหวา่ งหมฟู่ อสเฟต ซ่งึ อยู่ ทค่ี าร์บอนตาแหนง่ ที่ 5 ของน้าตาลในนวิ คลีโอไทดห์ น่ึงกับหมูไ่ ฮดรอกซิล ซ่ึงต่ออยู่ทคี่ าร์บอนตาแหนง่ ท่ี 3 ของ นา้ ตาลในอีกนิวคลโี อไทด์หนึ่ง ดงั ภาพ เบสคสู่ ม (Complementary base pair) ✡ ระหวา่ งเบสอะดนี ีน (A) กบั เบสไทมนี (T) เกดิ พนั ธะไฮโดรเจน........พนั ธะ ✡ ระหวา่ งเบสกวานีน (G) กับเบสไซโทซีน (C) เกิดพนั ธะไฮโดรเจน.......พนั ธะ

48 DNA net charged ✡ DNA มปี ระจสุ ุทธเิ ป็นลบ (negative net charged) เน่อื งจาก โมเลกลุ ประกอบดว้ ยหมู่ฟอสเฟตจานวนมาก ✡ DNA สามารถจับกบั โมเลกุลสารท่ีมปี ระจุบวกได้ดี เกดิ แรงดึงดดู ระหวา่ งประจุ เรียกว่า electrostatic attraction ✡ ตาแหนง่ ที่โมเลกลุ ของสารเขา้ จับกับ DNA คือ บรเิ วณ major groove และ minor groove สมบัตขิ องสารพันธกุ รรม 1. สามารถเพ่ิมจานวนตัวเองได้ (DNA replication) 2. สามารถควบคมุ ใหเ้ ซลล์มกี ารสงั เคราะห์สารต่างๆ เพื่อแสดงลักษณะทางพันธกุ รรม (Gene expression) 3. สามารถเปลยี่ นแปลงได้ ซ่ึงอาจทาใหเ้ กิดความหลากหลายทางพันธุกรรม (Mutation) Central Dogma of Molecular Biology การสงั เคราะห์ DNA (DNA replication) การจาลอง DNA เกดิ ขนึ้ ในระยะ S phase ของระยะ อนิ เตอร์เฟสในกระบวนการแบ่งเซลล์ (Mitosis และ Meiosis I) ทาใหไ้ ด้ DNA เพ่ิมขนึ้ อีก 1 ชุด เมื่อ DNA ขดตวั ส้นั ลง จึงได้โครโมโซมท่ีมี 2 โครมาทดิ

49 How does DNA replicate? Hypothesis The Meselson-Stahl experiment (1958)

50 กระบวนการสังเคราะห์ DNA (Process of DNA replication) RNA primase RNA primer 1. เอนไซม์ DNA helicase คลายเกลียว DNA โดยการสลายพนั ธะไฮโดรเจนระหวา่ งคเู่ บส ตรงตาแหนง่ origin ทาให้เกิดจุดเร่ิมต้นของ replication fork และได้ DNA สายเดยี่ ว (single strand DNA : ssDNA) 2. single strand DNA binding protein (ssBP) เข้าจบั กบั DNA สายเดย่ี ว เพื่อป้องกนั ไม่ให้เกดิ การเข้าคขู่ องเบสอีก 3. เพอ่ื ใหก้ ารคลายเกลยี วงา่ ยขนึ้ เอนไซม์ Topoisomerase จะคอยตดั (nick) DNA บรเิ วณเหนอื ตาแหน่ง replication fork เพ่ือไม่ใหเ้ กิดปม (supercoiled) เมื่อ replication fork เคลื่อนท่ีไปใกลร้ อยตัด เอนไซม์ Topoisomerase จะเชอ่ื มรอยต่อให้เหมือนเดิม 4. เอนไซม์ RNA Primase เข้าจับท่ีตาแหนง่ เร่ิมต้น และเริ่มสังเคราะห์ RNA primer โดยการนาเอานวิ คลีโอไทด์ของ RNA มาเชื่อมต่อคร้ังละ 1 โมเลกุล ในทิศทาง 5’→ 3’ จนได้ primer ทม่ี ีขนาดประมาณ 5-10 นิวคลโี อไทด์ 5. เอนไซม์ DNA polymerase III เรง่ การนาเอานิวคลีโอไทด์ของ DNA มาเตมิ ตอ่ จาก primer โดยการสังเคราะห์ DNA สายใหม่จะเกิดขน้ึ ในทิศทางตรงกันขา้ ม ทาให้ได้ leading strand และ lagging strand • Leading strand คอื สายท่สี งั เคราะห์ได้อยา่ งต่อเนอ่ื งในทิศทาง 5’→ 3’ • Lagging strand คือสายท่ีสังเคราะห์ไดใ้ นช่วงสนั้ ๆ ในทิศทาง 5’→ 3’ เรยี กแตล่ ะชน้ิ วา่ Okazaki fragment 6. เอนไซม์ DNA polymerase I ทาหน้าทตี่ ัด primer ออก แลว้ เตมิ นิวคลโี อไทด์ของ DNA เข้าแทนที่ใน ทิศทาง 5’→ 3’ 7. เอนไซม์ DNA ligase ทาหน้าทเี่ ช่ือมต่อ Okazaki fragment เขา้ ดว้ ยกัน จึงทาให้ lagging strand เกดิ เป็นสายพอลนิ ิวคลโี อไทด์ทีส่ มบรู ณ์ 8. เอนไซม์ DNA polymerase I, III ทาหนา้ ทต่ี รวจทาน (proof reading) โดยการอา่ นลาดับเบสใน ทิศทาง 3’→ 5’ หรือ 5’→ 3’ เมอื่ เกดิ mismatch จะตดั นวิ คลีโอไทด์นน้ั ออก แลว้ เตมิ นวิ คลโี อไทด์ที่ ถูกต้องเข้าแทนที่ในทศิ ทาง 5’→ 3’ เสมอ

51 Results of DNA replication

52 การถอดรหสั (Transcription) การสงั เคราะห์ mRNA ในทิศทาง5’  3’ ไม่ได้เกิดทงั้ สาย DNA แต่จะเกิดเฉพาะบรเิ วณทเ่ี ปน็ ยีน ซงึ่ มี ตาแหนง่ ทเ่ี ป็นจุดเร่ิมตน้ ของการสังเคราะห์โปรตีน ดังภาพ ภาพการสังเคราะห์โปรตนี โดยใชข้ ้อมูลทางพนั ธุกรรมจาก DNA ตอ้ งมอี งค์ประกอบสาคัญ 3 สว่ น คือ 1. ตาแหนง่ เร่ิมต้น (promoter) 2. ลาดับนวิ คลีโอไทดท์ ี่กาหนดรหัสพนั ธกุ รรม 3. ตาแหนง่ สิ้นสดุ (terminator)  Promoter คอื ตาแหนง่ เฉพาะบน DNA เป็น ตาแหน่งเร่ิมต้นของกระบวนการ transcription โดยจะเป็นบรเิ วณทเ่ี อนไซม์ RNA polymerase และ transcription factor เขา้ จับ  บรเิ วณ promoter มลี าดับเบส A และ T ซา้ ๆ กันเรยี กวา่ TATA box

53 ตาแหน่งสน้ิ สุด (Terminator ) เป็นบริเวณทมี่ ลี าดับเบสซงึ่ เอนไซม์ RNA polymerase จดจา และเปน็ สัญญาณ (signal) ใหห้ ยดุ กระบวนการถอดรหสั

54 กระบวนการปรบั แต่ง RNA (RNA processing) กระบวนการปรับแตง่ RNA (RNA processing) เปน็ เหตุการณ์ทีเ่ กดิ หลังจากกระบวน การถอดรหัสเสรจ็ สิ้น (Post-Transcription) ซ่งึ ประกอบด้วย ✡ การเตมิ 7-Methyl guanosine ท่ีปลาย 5’ ของ pre mRNA เรยี กว่า เติม 7-MG cap ✡ การเติม adenosine ribonucleotide ประมาณ 20-200 โมเลกลุ ท่ปี ลาย 3’ เรียกว่า เตมิ poly A tail ✡ การตดั สว่ นของลาดับนิวคลีโอไทด์ทเี่ ป็น intron ออก แลว้ เช่อื มตอ่ ส่วนของ exon เข้าดว้ ยกนั เรยี กวา่ RNA splicing . การตัดแต่ง RNA (RNA splicing) เป็นกระบวนการตัดสว่ นของลาดับนิวคลีโอไทด์ทเ่ี ป็น intron ออก แลว้ เช่ือมต่อส่วนของ exon เขา้ ดว้ ยกนั โดยอาศยั การทางานของ spliceosome Spliceosome ประกอบด้วย small nuclear RNA (snRNA) + protein ทาหน้าท่ี ดงั นี้ ✡ ตัดส่วนของ intron ออก ✡ เชอ่ื มตอ่ สว่ นของ exon ด้วยพนั ธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ (phosphodiester bond) Intron คอื ................................................. Exon คอื ................................................... ภายใน Intron ประกอบดว้ ย 1. ส่วนแรกมเี บส GU ซ้า ๆ กนั 2. ส่วนหลงั มเี บส AG ซา้ ๆ กัน 5’-Exon-................-Intron-..............-Exon-3’ ภาพแบบจาลองการตดั intron ด้วย spliceosome

55 การสังเคราะห์โปรตีนในยูแคริโอตจะมีกระบวนการถอดรหัสภายในนวิ เคลียสได้เปน็ ……………. หลงั จากนน้ั จะมีขั้นตอนการตัดแตง่ อาร์เอ็นเอ (................................) เพ่ือให้ได้ ............. ทส่ี มบูรณ์ ทจ่ี ะออกจากนิวเคลยี สไปยังไซโทพลาซึมแล้วจงึ เกิดการแปลรหัสต่อไป สว่ นในโพรแคริโอตจะมกี ระบวน การถอดรหัสได้ mRNA และเกิดการแปลรหัสในไซโทพลาซึม ดงั ภาพ ภาพการสงั เคราะห์โปรตีน ก. เซลล์ยแู คริโอต ข.เซลล์โพรแคริโอต รหัสพันธุกรรม (genetic codon) เน่ืองจาก DNA เปน็ แม่แบบในการสงั เคราะห์ mRNA ดงั น้ันข้อมลู ทางพันธุกรรมใน DNA จะถ่ายทอด ใหก้ บั mRNA โดยการเรยี งลาดับของนวิ คลีโอไทด์ชนดิ ตา่ ง ๆ ของ mRNA จะเปน็ ตวั กาหนดการเรยี งลาดับ ของกรดแอมิโนเพื่อสังเคราะหโ์ ปรตีน ซึง่ เรยี กวา่ รหสั พันธุกรรม (genetic code) กรดแอมโิ นมี ...... ชนดิ ดังนั้นรหัสพนั ธกุ รรม 1 รหสั ต้องประกอบดว้ ย ........ นิวคลโี อไทด์ นักวิทยาศาสตร์ได้คน้ พบรหสั พันธกุ รรมรหสั แรกคือ ........ ซึง่ เปน็ รหสั ของกรดแอมิโนฟีนิลอะลานีน ใน เวลาต่อมาพบรหสั พนั ธกุ รรมเพ่ิมขึน้ จนถึง 61 รหสั ที่กาหนดชนิดของกรดแอมโิ น รหัสพนั ธุกรรมเปน็ รหสั สามเบส (.....................) ซงึ่ ประกอบด้วย 3 นวิ คลโี อไทดเ์ รียงต่อกันตามลาดบั ใน mRNA เป็น 1 รหัส เรียกวา่ โคดอน (...........) สว่ นลาดับเบสของ tRNA ท่เี ขา้ คู่กับลาดับเบสของโคดอนใน mRNA เรยี กว่า แอนตโิ คดอน ซงึ่ ประกอบด้วย 3 นวิ คลโี อไทดเ์ ชน่ กนั นอกจากรหสั 16 รหสั ทีก่ าหนดชนิดของกรดแอมโิ นแลว้ ยงั มีอกี 3 รหสั คือ UAA UGA UAG ทไ่ี ม่กาหนด กรดแอมโิ นชนิดใด ๆ ซึง่ เปน็ รหสั ทท่ี าให้การแปลรหัสสนิ้ สุดลง เรยี กว่า รหัสหยุด (..................) และ AUG ซง่ึ เป็นรหสั ของกรดแอมโิ นเมไทโอนนี ทาหนา้ ท่ีเป็น รหสั เรมิ่ ต้น (....................) ของการสังเคราะหโ์ ปรตีน

56 ตารางแสดงรหัสพันธุกรรม ชนิดของ RNA แบง่ ตามหนา้ ที่ได้ 3 ชนดิ ดงั น้ี mRNA ทาหนา้ ทน่ี าข้อมลู ทางพันธุกรรมจาก DNA ไปสังเคราะหโ์ ปรตนี tRNA ทาหนา้ ท่นี ากรดแอมิโนท่จี าเพาะกบั รหัสพันธกุ รรมบนสาย mRNA มาต่อเปน็ สายพอลิเพปไทด์ rRNA ทาหนา้ ทเี่ ปน็ องค์ประกอบของไรโบโซม ซ่ึงเป็นออรแ์ กเนลล์ทที่ าหนา้ ทสี่ ังเคราะหโ์ ปรตีน

57 การแปลรหัส (Translation) ประกอบดว้ ย 3 ขนั้ ตอน ดังนี้ 1. ข้นั เริม่ ตน้ (Initiation) 2. ขัน้ ต่อสายยาว (Elongation) 3. ขน้ั ส้ินสุด (Termination)

58

59 พอลไิ รโบโซม (Polyribosomes) กระบวนการสังเคราะหโ์ ปรตีนส่วนใหญเ่ กดิ ข้ึนจากการทางานของไรโบโซมหลายโมเลกลุ ที่อยบู่ น mRNA สายเดียวกัน เรียก mRNA ที่มไี รโบโซมหลายๆ โมเลกลุ กาลงั แปลรหสั ว่า polyribosome หรอื polysome

60 กิจกรรมท่ี 1 : การสังเคราะห์โปรตนี คาชีแ้ จง จากลาดบั นวิ คลีโอไทดข์ อง DNA จานวน 40 นิวคลโี อไทด์ท่ีกาหนดให้ ใหน้ กั เรียนตอบคาถามต่อไปน้ี 5’ TCGATGGCCCTGTGGATACGCCTCCTGCCCTGAAGCTCTC 3’ ---- สาย 1 3’ AGCTACCGGGACACCTATGCGGAGGACGGGACTTCGAGAG 5’ --- สาย 2 1. mRNA ที่ไดจ้ ากการถอดรหัส DNA สาย 2 มีลาดบั เบสเปน็ อย่างไร ........................................................................................................................................... ................................... 2. สายพอลิเพปไทดท์ ไ่ี ด้การแปลรหสั สาย mRNA ในขอ้ 1 มลี าดับกรดแอมโิ นเป็นอย่างไร ............................................................................................................................. ................................................. 3. สายพอลิเพปไทดใ์ นข้อ 2 มีกรดแอมิโนก่ีชนดิ และกโี่ มเลกุล ................................................................................................................................................... ........................... 4. ลาดบั tRNA ทเ่ี ข้าคู่กบั สาย mRNA ในข้อ 1 ขณะเกิดการแปลรหัสเป็นอย่างไร ............................................................................................................................. .................................................

61 มิวเทชนั (Mutation) หมายถึง ความผดิ พลาดทีเ่ กิดขึน้ กบั ลาดบั เบสของ DNA สง่ ผลใหเ้ กิดการเปล่ียนแปลงของสิ่งมีชวี ิตท่ี สามารถถา่ ยทอดจากรนุ่ พ่อแม่ไปสูร่ นุ่ ลูกได้ สาเหตกุ ารเกดิ 1. เกดิ ได้เอง (Spontaneous mutation) เปน็ ผลมาจากความบกพร่องของกระบวนการสังเคราะหแ์ ละ ตรวจทาน (proof reading) ในกระบวนการสังเคราะห์ DNA 2. ได้รับสารชกั นาให้เกิด (Induced mutation) 2.1 สารเคมี (Chemical induced mutation) 2.2 รังสี (Radiation induced mutation) 2.3 ความร้อน (Heat induced mutation) เซลลท์ เ่ี กดิ มิวเทชนั 1. การเกิดมวิ เทชันในเซลลร์ า่ งกาย (somatic cell) จะทาใหเ้ กดิ ความผิดปกตเิ ฉพาะสิง่ มีชีวิตนัน้ ๆ แต่จะ ไม่ถา่ ยทอดไปยังลูกหลาน 2. การเกดิ มิวเทชันในเซลล์สบื พันธุ์ (sex cell, gamete) จะทาให้ความผดิ ปกตนิ น้ั สามารถถ่ายทอดไปยัง ลกู หลานได้ผา่ นกระบวนการสืบพันธแ์ุ บบอาศยั เพศ ระดบั การเกิดมวิ เทชัน 1. มวิ เทชันในระดับยีน (Gene mutation / Point mutation) 2. มิวเทชันในระดับโครโมโซม (Chromosomal mutation) มิวเทชนั ในระดับยนี (gene mutation) เกิดการเปล่ียนแปลงนวิ คลีโอไทดใ์ นโมเลกุลของ DNA เฉพาะที่ เรียกว่า มิวเทชันเฉพาะจุด (Point mutation) เกิดได้ 2 ลกั ษณะ คือ 1. การแทนที่คูเ่ บส (base pair substitution) 2. การเพิม่ ขนึ้ หรือขาดหายไปของนวิ คลโี อไทด์ (insertion or deletion of nucleotide) 1. การแทนท่ีคเู่ บส (base pair substitution) เปน็ การแทนที่คเู่ บสในบางตาแหน่งของยนี ดังภาพ ภาพการเกิดมวิ เทชนั แบบการแทนทีค่ ูเ่ บส

62 ถ้าการเปลย่ี นแปลงลาดับของกรดแอมโิ นเกิดข้นึ ในบริเวณท่ีมีความสาคญั ต่อการจดั รปู ร่างของโปรตนี หรอื มีความจาเพาะต่อการทางานของโปรตีนชนดิ นั้น จะมผี ลต่อฟีโนไทปข์ องส่งิ มีชวี ิต เช่น การเกดิ โรคโลหติ จาง ชนิดซกิ เคิลเซลล์ (sickle cell anamia) ซง่ึ เปน็ มวิ เทชนั ในยนี ท่ีสร้างฮโี มโกลบินสายบตี า ทาใหโ้ คดอนของ กรดแอมโิ นชนดิ กรดกลตู ามิกเปลย่ี นเปน็ โคอนของ..................

63 การแทนท่ีค่เู บสอาจมีหรือไม่มผี ลตอ่ การแสดงลกั ษณะทางพนั ธกุ รรมก็ได้ เนื่องจากโคดินหลายชนดิ เป็น รหัสของกรดแอมโิ นชนิดเดียวกนั เช่น UGU และ UGC เป็นรหสั ของซสิ เทอนี (Cys) เป็นต้น

64 2. การเพม่ิ ข้ึนหรือขาดหายไปของนิวคลโี อไทด์ (Insertion or Deletion of nucleotides) การเกดิ มวิ เทชนั โดยการเพิ่มข้ึนหรือขาดหายไปของเบสบนสาย DNA มผี ลทาใหก้ ารอ่านโคดอนเปลย่ี นแปลง ลาดับชนดิ ของกรดอะมิโนจงึ เปลี่ยนแปลงดว้ ย เรียกไดว้ า่ เฟรมชิฟท์ มิวเทชนั (Frameshift mutation)

65 มิวเทชนั ในระดับโครโมโซม (chromosomal mutation) เกดิ ได้ 2 ลกั ษณะ คือ 1. การเปล่ียนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม (Chromosome structure) เกิดได้จากหลายกรณี ดงั นี้ ✡ การขาดหายไปของชิ้นส่วนโครโมโซม (Deletion) ✡ การเพ่ิมขนึ้ ของชน้ิ ส่วนโครโมโซม (Duplication) ✡ การสลับทิศทางของชน้ิ ส่วนโครโมโซม (Inversion) ✡ การเคลอื่ นย้ายช้ินสว่ นโครโมโซม (Translocation) 2. การเปล่ยี นแปลงจานวนโครโมโซม เกดิ จากกระบวนการนอนดิสจงั ชนั (Nondisjunction) 1. การเปล่ียนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม ภาพการเปลย่ี นแปลงโครงสรา้ งของโครโมโซม

66 โรคที่เกิดจากการเปล่ียนแปลงโครงสรา้ งของโครโมโซม (Alteration of chromosome structure) ✡ ครดิ ชู าต์ (Cri du chat) ✡ ฟราไจล์เอ็กซ์ (Fragile X syndrome) 1. ครดิ ูชาต์ (Cri du chat)  เกดิ deletion ท่แี ขนส้ันของโครโมโซมคูท่ ่ี 5  มโี อกาสพบประมาณ 1 ใน 50000 ของเด็กแรกเกดิ อาการของผปู้ ่วย  ศรี ษะเล็ก ใบหน้ากลมคล้ายดวงจนั ทร์  ตาเลก็ อย่หู ่างกนั และเฉยี ง  ด้งั จมกู แบน ใบหอู ยู่ตากว่าระดบั ปกติ  เสน้ เสียงผดิ ปกติ มีเสียงรอ้ งแหลมเล็ก คลา้ ยเสียงแมวร้อง  ปัญญาอ่อน 2. ฟราไจล์เอ็กซ์ (Fragile X syndrome)  เกิดจากการเพิ่มจานวนเบส CGG ซา้ ๆ กนั 200 – 1,000 ซา้ (โดยปกติไมเ่ กิน 50 ซา้ ) บนโครโมโซม X ทาให้สว่ นปลายคอดจนเกือบขาด  มีโอกาสพบประมาณร้อยละ 7  พบในเด็กผชู้ ายมากกว่าผหู้ ญิง อาการของผู้ป่วย  ผูป้ ่วยมใี บหนา้ แคบยาว หูกางใหญ่  พูดชา้ ซนและอยูไ่ ม่นิ่ง  ระดับสตปิ ญั ญาต่า  อัณฑะโต

67 2. การเปลยี่ นแปลงจานวนโครโมโซม เกิดจากกระบวนการนอนดสิ จังก์ชนั (nondisjunction) นัน่ คอื การท่ีโฮโมโลกสั โครโมโซม ไม่แยกออก จากกนั ในระยะแอนาเฟส I และซิสเตอร์ โครมาทดิ ไม่แยกออกจากกันในระยะแอนาเฟส II ทาให้เซลล์สบื พันธ์ุ บางเซลล์ มีจานวนโครโมโซมมากกว่า หรือขาดหายไปจากจานวนปกติ เม่ือเกิดการปฏสิ นธริ ะหว่างเซลล์สบื พนั ธุท์ ีผ่ ดิ ปกติน้ี กบั เซลล์สืบพนั ธ์ปุ กติจากพ่อหรือแม่ ทาให้ไซโกตมี จานวนโครโมโซมผดิ ปกติ ภาพการแบง่ เซลลป์ กติและการเกิดนอนดิสจังชันในระยะไมโอซสิ I และไมโอซิส II ได้เซลล์สบื พนั ธทุ์ ่ีมีจานวนโครโมโซมผดิ ปกติ บางเซลล์มีจานวนโครโมโซมมากกวา่ หรอื ขาดหายไปจากปกติ สงิ่ มชี วี ิตที่มจี านวนชดุ โครโมโซม 2 ชดุ หรอื ดพิ ลอยด์ (2n) อาจมกี ารเปลยี่ นแปลงจานวนชดุ โครโมโซมได้ ส่ิงมชี ีวติ ทีม่ ีจานวนชดุ โครโมโซมมากกว่า 2 ชุด เรยี กว่า พอลิพลอยด์ (polyploid) ซงึ่ ส่วนใหญ่เกิดจากการ แบ่งเซลล์แบบไมโอซสิ ทผี่ ิดปกติจากปรากฏการณ์นอนดสิ จังชนั ทาให้เซลลส์ ืบพันธ์ุทีป่ กตจิ ะต้องมีโครโมโซม 1 หรือแฮพลอยด์ (n) กลายเปน็ มโี ครโมโซม 2 ชดุ พอลิพลอยด์พบได้ทงั้ ในพชื และในสตั ว์ แต่ส่วนใหญ่พบในพืช ซึ่งทาให้พชี มีขนาดของดอกหรือผลใหญ่กวา่ กพาวรกเปดิพลีย่ลนอยแดป์ ลนงอจกาจนาวกนนโย้ี คังรมโีผมลโซผลมิตแหบร่งืออมอีกกาไรดส้ ร2า้ งปสราะรเบภาทงอยา่ งเพมิ่ ขน้ึ เช่น ขา้ วโพดท่ีเป็น 4n มวี ิตามนิ สูงกวา่ ขา้ วโพดทเี่ ป็น 2n พืชทเ่ี ปน็ พอลพิ ลอยด์เลขคสู่ ามารถสบื พันธ์แุ ละถ่ายทอดพันธกุ รรมต่อไปได้ แต่พืชทเ่ี ปน็ พอลิ พลอยด์เลขค่ี มกั เปน็ หมัน จงึ นามาพัฒนาสายพันธุ์เพื่อให้ได้พชื ไรเ้ มล็ด เช่น แตงโม องุน่ เป็นตน้

68 การเปลย่ี นแปลงจานวนโครโมโซม แบ่งออกได้ 2 ประเภท ดังนี้ 1. แอนยพู ลอยดี (Aneuploidy) : ปรากฏการณ์ท่ีมกี ารเพ่ิมขึ้นหรือลดลงของโครโมโซมบางแท่ง พบได้ท้ังในพืชและสตั ว์ 2. พอลิพลอยดี (Polyploidy) : ปรากฏการณ์ทีม่ ีการเปล่ียนแปลงจานวนโครโมโซมโดยเพิ่มข้นึ หรือลดลง ท้ังชุดจากจานวนปกติ มักเกิดขน้ึ ในพืช ซ่งึ มีผลต่อวิวัฒนาการของพืช ความผดิ ปกตจิ ากแอนยูพลอยดี (Aneuploidy abnormalities) กลมุ่ อาการ ความผดิ ปกติของโครโมโซม Patau syndrome Trisomy 13 : 2n=47 Edwards syndrome Trisomy 18 : 2n=47 Down syndrome Trisomy 21 : 2n=47 Turner syndrome Monosomy X : 2n=45 XYY syndrome XYY : 2n=47 Klinefelter syndrome XXY : 2n=47 1. พาทวั ซนิ โดรม (Patau syndrome) : Trisomy 13 (2n=47) ✡ พบประมาณ 1/5,000 ของทารกแรกคลอด อาการของผู้ป่วย ✡ ปากแหวง่ เพดานโหว่ ตาเล็ก ใบหูต่า หูหนวก ✡ นว้ิ มอื นวิ้ เทา้ เกิน ✡ หัวใจและไตพกิ าร ✡ สมองพกิ าร ปญั ญาอ่อน ✡ ทารกมักตายหลงั คลอดไม่กเี่ ดือน

69 2. เอด็ เวิรด์ ส์ ซนิ โดรม (Edwards syndrome) : Trisomy 18 (2n=47) ✡ พบประมาณ 1/6,000 ของทารกแรกคลอด อาการของผู้ป่วย ✡ มอื กา ท้ายทอยโหนก ใบหูผดิ รปู ✡ กะโหลกศีรษะมีรอยบุ๋ม ✡ หแู หลม คางและปากแคบ ✡ สมองพกิ าร ปัญญาอ่อน ✡ ข้อมือข้อเทา้ บิด 3. ดาวน์ ซนิ โดรม (Down syndrome) : Trisomy 21 (2n=47) ✡ พบประมาณ 1/700 ของทารกแรกคลอด อาการของผปู้ ่วย ✡ รปู รา่ งเต้ยี ✡ ตาห่าง หางตาชีข้ ึ้น ลน้ิ โตคบั ปาก ✡ น้ิวมือและนิว้ เท้าสน้ั ✡ ลายนวิ้ มือผดิ ปกติ ✡ ปัญญาอ่อน ✡ หัวใจผิดปกติ

70 4. เทอร์เนอร์ ซนิ โดรม (Turner syndrome) : Monosomy X (2n=45) ✡ พบประมาณ 1/5,000 ของทารกแรกคลอด อาการของผปู้ ่วย ✡ เปน็ เพศหญิง รปู ร่างเต้ีย คอสนั้ ✡ หนา้ แก่ เป็นหมัน ✡ หนา้ อกเล็ก ✡ มีแผน่ หนงั บรเิ วณต้นคอจรดมาถึงหัวไหล่ 5. XYY syndrome : XYY (2n=47) normal Turner syndrome ✡ พบประมาณ 1/10,000 ของทารกแรกคลอด อาการของผูป้ ่วย ✡ เปน็ เพศชาย ✡ มรี ูปรา่ งสงู กวา่ ปกติ ✡ ไมเ่ ป็นหมัน ✡ พฤติกรรมก้าวรา้ วและดรุ ้าย

71 6. ไคลนเ์ ฟลเตอร์ ซนิ โดรม (Klinefelter syndrome) : XXY (2n=47) ✡ พบประมาณ 1/500 ของทารกแรกคลอด อาการของผปู้ ่วย ✡ เปน็ เพศชาย ✡ แขนขายาว ✡ หน้าอกใหญ่คล้ายเพศหญงิ ✡ สะโพกผาย ✡ เปน็ หมนั

72 แบบฝกึ หดั เสริมทักษะท่ี 2 เรื่อง ยีนและโครโมโซม 1. ในธรรมชาตเิ ราจะพบดีเอน็ เออยูใ่ นรูปของโครโมโซมโดยพันยดึ ตดิ กับโมเลกลุ ใด ก. ฮีสโตน ข. นอน-ฮีสโตน ค. ฮีสทีดนี ง. พอลเิ มอเรส 2. ฟรดี ริช มีเชอร์ได้ทาการทดลองย่อยสว่ นประกอบในนิวเคลียสของเซลลเ์ ม็ดเลือดขาวด้วยเอนไซม์เพปซิน พบว่าในนิวเคลียสของเซลลเ์ ม็ดเลือดขาวมสี ารประกอบชนิดหน่ึงไมส่ ามารถย่อยได้ ข้อใดสรปุ ผลการ ทดลองได้เหมาะสม ก. มสี ารประกอบที่ไม่ใชช่ ีวโมเลกลุ อยู่ภายในนิวเคลยี ส ข. มสี ารประกอบที่ไม่ใชโ่ ปรตีนอยภู่ ายในนวิ เคลยี ส ค. มสี ารประกอบทีเ่ ปน็ ตัวยับย้ังเอนไซม์เพปซนิ ไมใ่ ห้ทางาน ง. มสี ารประกอบทเี่ ป็นตัวเรง่ การทางานของเอนไซมเ์ พปซิน 3. จากความรู้เรื่องแบบจาลองท่ีสมบรู ณข์ องดเี อ็นเอของวัตสันและคริก ถา้ สายดีเอ็นเอมีจานวนนวิ คลโี อไทด์ เท่ากับ 100,000 ค่เู บส สายดีเอ็นเอของนกั เรียนจะมคี วามยาวเท่าใด ก. 34,000 อังสตรอม ข. 340,000 อังสตรอม ค. 20,000 อังสตรอม ข. 200,000 อังสตรอม 4. วตั สนั และครกิ ไดอ้ ธิบายถึงหลกั การการเข้าจับกนั ของหมูเ่ บสในนิวคลีโอไทด์ ข้อใดไม่เป็นไปตามหลักการทีว่ ัต สนั และคริกไดน้ าเสนอ ก. DNA แตล่ ะสายสร้างพนั ธะไฮโดรเจนซ่งึ กนั และกัน ข. เบสพิวรนี จะสรา้ งพันธะไฮโดรเจนกบั เบสไพริมิดนี ค. เบสอะดีนนี จะสร้างพนั ธะไฮโดรเจนกับเบสไทมนี 3 พันธะ ง. การสรา้ งพันธะระหวา่ งเบสกวานนี กับเบสไซโทซนี มีความแข็งแรงมากกว่าเบสอะดีนีนกับเบสไทมีน 5. การศกึ ษาโครงสร้างดเี อน็ เอด้วยเทคนิค X-ray crystallography ของวิลคนิ ส์และแฟรงคลิน ไดผ้ ลการฉาย รังสเี ป็น X-pattern บนแผ่นฟิล์ม X-ray ขอ้ ใดไมใ่ ช่ผลทีไ่ ดจ้ ากการแปลผลการวิเคราะหข์ องทั้งสอง ก. ดเี อ็นเอมีโครงสร้างเปน็ สายคู่ ข. ดีเอน็ เอมีลักษณะเปน็ เกลยี วเวียน ค. เกลยี วดีเอ็นเอมีลักษณะเวียนขวา ง. ดเี อ็นเอสองสายจับกันดว้ ยพนั ธะไฮโดรเจน 6. พันธะทีใ่ ช้ในการเชอื่ มตอ่ นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวใหก้ ลายเปน็ กรดนิวคลอี กิ คอื พนั ธะอะไร ก. พนั ธะไฮโดรเจน ข. พันธะเพปไทด์ ค. พนั ธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ ง. พันธะไกลโคซิดิก

73 7. ออรแ์ กเนลล์ใดบา้ งทพี่ บดีเอ็นเอเป็นของตัวเอง 1. นิวเคลียส 2. ไมโทคอนเดรีย 3. คลอโรพลาสต์ ก. ขอ้ ก เทา่ น้นั ข. ขอ้ ก และ ข ค. ขอ้ ก และ ค ง. ขอ้ ก ข และ ค 8. ข้อใดเป็นไปตามหลัก Central dogma 2. DNA  RNA 1. DNA  DNA 4. Protein  RNA 3. RNA  Protein ข. ข้อ ก และ ข ก. ข้อ ก เท่านัน้ ง. ขอ้ ก ข ค และ ง ค. ข้อ ก ข และ ค 9. ดเี อ็นเอสายหน่งึ มีลาดับเบสดงั น้ี 5’-CCCCTAAGAATAGATGGGCATGGGCATGGG-3’ สายพอลเิ พปไทด์ทส่ี ร้างขึน้ จากขอ้ มูลดีเอ็นเอนป้ี ระกอบดว้ ยกรดอะมโิ นกีโ่ มเลกุล ก. 5 ข. 6 ค. 7 ง. 8 10. ข้อใดทาให้เกดิ ความแปรผนั ของสิง่ มีชีวิต 1. มิวเทชนั 2. การผสมเทียม 3. การเพาะเลยี้ งเนือ้ เยื่อ ข. ข้อ ก และ ข ก. ข้อ ก เทา่ นัน้ ง. ขอ้ ก ข และ ค ค. ข้อ ก และ ค

ครูยศวดี ศศิธร กลุ่มสาระการเรยี นร้วู ทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี โรงเรียนมหาวชิราวธุ จังหวดั สง7ข4ลา บทที่ 3 เทคโนโลยชี วี ภาพ (Biotechnology) การประยุกตใ์ ชค้ วามรเู้ พือ่ ทาให้ได้สง่ิ มชี วี ติ หรือองคป์ ระกอบของสิ่งมชี วี ติ ท่มี สี มบัตติ ามต้องการ เทคโนโลยชี ีวภาพ มหี ลายรปู แบบ ได้แก่ การใชจ้ ุลินทรีย์ในการหมกั การพัฒนาปรับปรุงพนั ธ์ุพชื และสตั ว์ การเพาะเล้ยี งเน้ือเย่ือ และเทคโนโลยี DNA เทคโนโลยี DNA ประกอบด้วย 1. พันธวุ ศิ วกรรม (Genetic engineering) 2. การโคลนยีน 3. การหาขนาดของ DNA ด้วยเทคนคิ เจลอิเล็กโทรฟอรีซสิ 4. การหาลาดบั นิวคลีโอไทด์ 5. การประยุกต์ใชเ้ ทคโนโลยีทางดเี อน็ เอ 6. เทคโนโลยีทางดเี อ็นเอกับความปลอดภัยทางชวี ภาพและชวี จรยิ ธรรม ตวั อยา่ งการคน้ พบ งานวิจัยและผลผลิตท่ใี ช้เทคโนโลยที างดีเอ็น เอ

75 1. พนั ธวุ ศิ วกรรม (Genetic engineering) พันธุวศิ วกรรม คือกระบวนการใชเ้ ทคโนโลยเี พอ่ื สร้าง DNA ลกู ผสม (recombinant DNA) หรอื การตดั -ตอ่ ยนี ในหลอดทดลอง (in vitro) ส่ิงจาเปน็ ประกอบดว้ ย 1. เอนไซมต์ ัดจาเพาะ (Restriction enzyme) 2. เอนไซม์ไลเกส (Ligase) เอนไซม์ตัดจาเพาะ (Restriction enzyme) ✡ เรียกอีกชอ่ื หนึ่งว่า restriction endonuclease ✡ ประกอบดว้ ยพอลเิ พปไทดเ์ พียงสายเดียว ✡ พบครง้ั แรกในปี ค.ศ. 1970 โดย Hamilton Smith และคณะ แห่งสถาบันแพทยศาสตร์ จอห์น ฮอป กนิ ส์ สหรัฐอเมริกา ✡ พบคร้งั แรกในแบคทเี รยี Escherichia coli สายพนั ธ์ุ RY13 จึงเรียกชือ่ วา่ เอนไซม์ EcoRI ซง่ึ จะจดจา ลาดับเบสจาเพาะจานวน 6 คู่เบส (5’ GAATTC 3’) ✡ มตี าแหน่งตดั จาเพาะ เรยี กว่า restriction site ทาใหไ้ ดช้ นิ้ DNA ที่มขี นาดแนน่ อน ✡ ปจั จุบันมีการคน้ พบเอนไซม์ตัดจาเพาะมากกว่า 1,200 ชนิด การตง้ั ชื่อเอนไซมต์ ดั จาเพาะ นิยมใช้ตวั อักษรย่อของชื่อวทิ ยาศาสตร์ และสายพันธ์ุ ตวั อยา่ งเอนไซม์ตดั จาเพาะ (Restriction enzyme)

76 ตาแหน่งจดจาของเอนไซมต์ ัดจาเพาะ EcoRI ปลายเหนียว (sticky end) – ปลายทู่ (blunt end) การเช่อื มต่อสาย DNA ด้วยเอนไซม์ไลเกส

พลาสมดิ ทีม่ ียนี ตา้ นยาปฏิชวี นะแอมพซิ ิลลิน 77 DNA ท่มี ียนี ท่ีสรา้ งสารที่ต้องการ ภาพการสรา้ งดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์

78 2. การโคลนยีน การโคลน DNA เปน็ วิธีการเพ่ิมจานวน DNA ทเ่ี หมือนๆ กนั ถ้า DNA บริเวณดงั กลา่ วเป็นยนี อาจเรียกได้ วา่ การโคลนยนี แบ่งออกได้ 2 วิธี คือ 1. การโคลนยีนโดยอาศยั พลาสมิดของแบคทเี รยี 2. การโคลนยนี ในหลอดทดลองโดยเทคนคิ PCR 2.1 การโคลนยีนโดยอาศยั พลาสมดิ ของแบคทีเรยี พลาสมิด (plasmid) • เป็น DNA เกลยี วคมู่ ีลกั ษณะเป็นวงแหวน แยกสว่ นจากโครโมโซมของแบคทีเรยี • มีขนาดตงั้ แต่ 1,000-2,000 คเู่ บส ปจั จบุ ันมีการพฒั นาใหม้ ีขนาด 3,000-4,000 คเู่ บส • มียนี เครือ่ งหมาย (marker gene) ท่ีแสดงลักษณะเฉพาะ เชน่ ยนี ท่ดี ื้อยาปฏชิ วี นะ และยีนที่ เกีย่ วกบั การสรา้ งหรือสลายกรดอะมโิ นและนา้ ตาลบางชนิด • มีบริเวณท่เี ป็นจุดเร่มิ ต้นในการจาลองตวั เอง เรียกว่า promoter หรือ origin of replication; Ori และบรเิ วณทเ่ี ป็นตาแหน่งส้นิ สดุ เรยี กว่า terminator • มบี ริเวณจดจาของเอนไซมช์ นิดต่างๆ โดยเอนไซม์ 1 ชนดิ จะมีบรเิ วณจดจาเพยี ง 1 ตาแหนง่ พลาสมิดของแบคทเี รยี • สามารถจาลองตัวเองได้ • มยี นี เครอ่ื งหมายแสดงคุณสมบตั พิ ิเศษ • มคี วามจาเพาะกบั เอนไซม์ตัดจาเพาะชนดิ ละ 1 ตาแหน่ง

79 การโคลนยีนโดยอาศยั พลาสมดิ ของแบคทเี รยี มขี ั้นตอน ดงั นี้ 1. เตรียมยีนทส่ี นใจ และพลาสมิด 2. ตัดยนี ท่สี นใจ และพลาสมดิ โดยใช้เอนไซมต์ ดั จาเพาะ 3. เชอ่ื มตอ่ ชิ้นส่วนยนี ท่แี ยกได้กับพลาสมดิ ดว้ ยเอนไซม์ไลเกส 4. นาพลาสมิดที่มยี นี ทสี่ นใจแทรกอยู่ (เรยี กวา่ DNA ลกู ผสม) ใสเ่ ข้าไปในเซลล์แบคทีเรยี ผรู้ บั 5. เพาะเลย้ี งเซลล์ผูร้ บั เพื่อใหม้ ีการแบ่งเซลล์หลายๆ ครงั้ ซ่งึ จะทาให้เพมิ่ จานวนเซลลแ์ ละจานวน ยนี ท่สี นใจ เรยี กกระบวนการน้ีวา่ การโคลนยนี (gene cloning) 6. คัดเลือกเซลลท์ ่ีมยี นี ทสี่ นใจ โดยอาศัยคุณสมบตั ิพเิ ศษของพลาสมดิ เช่น ความต้านทานต่อยา ปฏชิ ีวนะ ความต้านทานต่อความรอ้ น และความต้านทานต่อความเคม็ เปน็ ต้น

80 1. ถา้ ตดั พลาสมิดดว้ ยเอนไซม์ ScaI และใส่ชิ้น DNA ทต่ี ดั ด้วยเอนไซม์ ScaI การเจริญของแบคทเี รียท่ีไดร้ ับดีเอน็ เอรีคอมบิแนนท์ในอาหารเล้ยี งเชอื้ ท่มี แี อมพชิ ิลลิล......................... สีของโคโลนีแบคทีเรยี ทไี่ ด้รับดเี อน็ เอรีคอมบแิ นนท์.................................. 2. ถ้าตัดพลาสมดิ ด้วยเอนไซม์ BamHI และใสช่ ้นิ DNA ทต่ี ัดดว้ ยเอนไซม์ BamHI การเจรญิ ของแบคทีเรียที่ไดร้ ับดีเอน็ เอรีคอมบแิ นนท์ในอาหารเลี้ยงเชื้อท่ีมีแอมพิชิลลลิ ......................... สขี องโคโลนีแบคทีเรยี ทไ่ี ดร้ ับดีเอ็นเอรีคอมบแิ นนท์..................................

81 2.2 การโคลนยนี ในหลอดทดลองโดยเทคนคิ PCR PCR : Polymerase Chain Reaction • เพม่ิ จานวน DNA ในหลอดทดลอง • อาศยั เครอ่ื งมอื Thermal cycler ปจั จัยจาเปน็ ท่ีตอ้ งใชใ้ นการโคลนยีนดว้ ยเทคนิค PCR ✡ DNA แมแ่ บบ (DNA template) ซึง่ เปน็ DNA ทตี่ ้องการโคลนหรือเพิ่มจานวน ✡ DNA ไพรเมอร์ (DNA primer) เป็น DNA สายส้นั ๆ ท่ใี ช้เกาะกับ DNA ที่ตอ้ งการโคลนเพ่ือ เปน็ จดุ เร่ิมต้นในการสงั เคราะห์สาย DNA ✡ นิวคลีโอไทดท์ ้ัง 4 ชนิด ประกอบด้วย dATP (A) , dGTP (G) , dCTP (C) และ dTTP (T) ✡ เอนไซม์ DNA Taq polymerase ✡ สารละลายบฟั เฟอร์ A thermophilic (heat-loving) bacteria called Thermus aquaticus is the source of Taq DNA polymerase used in PCR reactions. ขัน้ ตอนการโคลนยนี ดว้ ยเทคนคิ PCR แบ่งออกได้ 3 ขั้นตอน คอื ✡ Denaturation : แยกสาย DNA เกลียวคู่ออกจากกันโดยใช้อณุ หภูมสิ ูงประมาณ 95 ๐C เพอ่ื ทา ใหพ้ ันธะไฮโดรเจนระหว่างคู่เบสของ DNA ถกู ทาลาย ทาให้สาย DNA แยกออกจากกัน ✡ Annealing : เม่ือแยกสาย DNA ออกจากกันแลว้ จะลดอุณหภมู ิลงเหลือ 50 – 60 ๐C เพ่อื ให้ ไพรเมอร์ขนาดประมาณ 15-25 นวิ คลีโอไทด์ เขา้ จับบริเวณที่มีลาดบั เบสคูส่ มกัน เพอื่ เร่ิมการ สงั เคราะห์ DNA ✡ Extension : การสรา้ งสาย DNA ตอ่ จากไพรเมอร์ โดยการทางานของเอนไซม์ Taq DNA polymerase ทอี่ ณุ หภมู ิประมาณ 72 ๐C

82 ภาพข้ันตอนการเพิม่ ปริมาณ DNA โดยเทคนคิ PCR

83 3. การหาขนาดของ DNA ดว้ ยเทคนิคเจลอเิ ล็กโทรฟอรีซิส คือ การแยกชนิ้ สว่ นโมเลกุลของ DNA ด้วยเอนไซม์ตดั จาเพาะ ทาให้ได้ชน้ิ สว่ นของ DNA ทม่ี ขี นาดแตกต่างกนั แลว้ นาไปแยกด้วยเทคนิค electrophoresis ผา่ นตัวกลางทมี่ ลี ักษณะคล้ายแผ่นวนุ้ เรียกว่า เจล (gel) ภายใน สนามไฟฟ้า จึงเรยี กวธิ ีการนว้ี า่ Gel electrophoresis ชนดิ ของ gel ทเี่ ลือกใช้ 1. Agarose gel : มีรพู รนุ ขนาดใหญก่ วา่ เหมาะกบั การใชแ้ ยกช้ินสว่ นท่ีมขี นาดใหญ่ 2. Polyacrylamide gel : มีรพู รนุ ขนาดเล็กกว่า เหมาะกับการใชแ้ ยกชิน้ สว่ นท่มี ขี นาดเล็ก เทคนิคเจลอิเล็กโทรโฟริซิส (Gel electrophoresis) ✡ เปน็ เทคนคิ ที่ใช้แยกโมเลกลุ ของสารทีม่ ปี ระจุออกจากกนั โดยใชก้ ระแสไฟฟา้ ✡ อัตราการเคล่ือนทีข่ ึ้นอยู่กบั ขนาดของชิน้ สว่ น รูปร่างโมเลกุล แรงเคลื่อนไฟฟ้า และชนิดของตัวกลาง (ขนาดรูพรนุ ของ gel) ✡ ชนิ้ สว่ น DNA ทม่ี ีขนาดต่างๆ มปี ระจลุ บ ซ่งึ จะเคลื่อนทเี่ ข้าหาขวั้ บวก ✡ ชิ้นสว่ น DNA ท่ีมขี นาดใหญ่จะเคลื่อนทีไ่ ดช้ า้ กวา่ ช้ินส่วนขนาดเล็ก ✡ การเคลอ่ื นที่ของชน้ิ ส่วน DNA ที่มีขนาดแตกตา่ งกนั จะทาให้เกิดแถบ (band) แตม่ องไม่เหน็ ด้วย ตาเปล่า ต้องย้อมสดี ้วย ethidium bromide (EtBr) และสอ่ งภายใต้ UV ซงึ่ จะมองเหน็ เป็นแถบสสี ้ม

84 4. การหาลาดับนวิ คลีโอไทด์ การหาลาดับการเรยี งตวั ของนิวคลีโอไทดใ์ นสาย DNA เรียกว่า การหาลาดับดีเอน็ เอ (DNA sequencing) สามารถทาได้โดยหาลาดับเบสท่ีเปน็ องค์ประกอบของนวิ คลโี อไทดบ์ นสาย DNA ดว้ ยเครือ่ งมือที่เรียกว่า เครอื่ งหาลาดบั นิวคลโี อไทด์แบบอัตโนมัติ (automated sequencer) โดยมีการพัฒนาเทคนคิ และซอฟต์แวร์ ทาให้สามารถอ่านผลในรูปของลาดับเบสได้อย่างรวดเร็ว ดังภาพ ภาพการหาลาดบั นิวคลโี อไทด์ ก. เครอื่ งหาลาดับนวิ คลีโอไทดแ์ บบอตั โนมตั ิ ข. ผลการอ่านลาดับเบส เมื่อได้ลาดับเบสแลว้ สามารถนาไปประยุกตใ์ ช้ไดห้ ลากหลาย เช่น นาไปเทียบกบั ฐานข้อมลู เพ่ือให้ทราบวา่ ลาดับเบสนัน้ เป็นยีนใดหรือมีมิวเทชีนในตาแหน่งใดบา้ ง นอกจากน้ยี งั สามารถนาลาดบั เบสนน้ั ไปแปลงเป็น ลาดบั แอมโิ นเพือ่ ใช้ทานายโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีนไดอ้ ีกด้วย

85 5. การประยกุ ต์ใช้เทคโนโลยีทางดีเอ็นเอ 1. ดา้ นการแพทย์และเภสชั กรรม • การวนิ จิ ฉัยโรค (Diagnosis) • การบาบัดด้วยยีน (Gene therapy) • การสร้างผลิตภณั ฑ์ทางเภสัชกรรม 2. ดา้ นนิติวิทยาศาสตร์ 3. ดา้ นการเกษตร 1. ดา้ นการแพทยแ์ ละเภสชั กรรม 1.1 การวนิ ิจฉัยโรค ✡ วิเคราะห์ความผิดปกตขิ องทารกในครรภ์ โดยการเจาะน้าครา่ (amniotic fluid) และเพิ่มจานวน DNA ดว้ ยเทคนิค PCR ✡ การทา PCR เพอื่ ตรวจคดั โรคทาลสั ซเี มียบางชนดิ ✡ การค้นพบเครื่องหมายทางพันธกุ รรม ได้แกช่ ่วงของลาดบั เบสที่ลงิ คก์ บั ยีนที่ควบคุมลักษณะผิดปกติ หรือยนี ท่ที าใหเ้ กิดโรค ภาพการทา PCR เพอื่ ตรวจคดั โรคทาลัสซีเมยี บางชนิด

86 1.2 การบาบดั ด้วยยนี (Gene therapy) เป็นการถา่ ยยีนปกตใิ ห้กับเซลลท์ ี่ผดิ ปกติ ทาใหเ้ ซลลน์ น้ั สามารถแสดงลักษณะปกตไิ ด้ ภาพการบาบดั ด้วยยีนเพ่อื รักษาโรค 1.3 การสร้างผลิตภณั ฑท์ างเภสัชกรรม ภาพการสรา้ งแบคทเี รียดัดแปรพันธกุ รรมท่ีมียนี ท่คี วบคมุ การผลติ อินซลู ินของมนุษย์ ภาพการสร้างแบคทีเรียดดั แปรพันธุกรรมทีม่ ียีนทีค่ วบคุมการผลติ อินซูลนิ ของมนษุ ย์

87 2. ด้านนติ ิวิทยาศาสตร์ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตมีความแตกต่างทางพันธุกรรมในระดับบุคคล จะไม่มีใครท่ีมีลาดับเบสเหมือนกันทุก ประการ จึงสามารถใชค้ วามแตกต่างระดับพันธุกรรมนี้เป็นข้อมูลในการระบุบุคคลได้ (ยกเว้นแฝดร่วมไข่) โดย เทคนิคหนงึ่ ที่นามาใชค้ อื การวิเคราะห์ STR (short repeat analysis) สาย DNA จะมีบริเวณที่มีลาดับเบสประมาณ 2-6 เบส ซ้าๆ กันต่อเน่ืองเป็นช่วงยาว เรียกว่า short repeat analysis (STR) ซึง่ กระจายอยทู่ ัว่ ไปในจีโนมของสงิ่ มีชีวติ โครโมโซมที่เป็นฮอมอโลกสั กันจะมี STR อยู่ ท่ีตาแหน่งเดียวกัน แต่ STR นั้นอาจมีความยาวต่างกันในแต่ละแอลลีล ข้ึนอยู่กับจานวนซ้าใน STR และจะ แตกต่างกันออกไปในแต่ละบุคคล ซึ่งในการนับจานวนซ้าจะนับเป็นคู่เบสและการเขียนลาดับนิวคลีโอไทด์ มกั จะเขยี นของสายบนจากทิศ 5’ ไป 3’ เพยี งสายเดียว ภาพ STR ทต่ี าแหนง่ เดยี วกันของคูฮ่ อมอโลกสั โครโมโซมซ่ึงมจี านวนซ้าแตกตา่ งกันในบุคคลหน่ึง การวิเคราะห์ STR คือการตรวจหาจานวนซา้ ของ STR ในแตล่ ะตาแหน่งโดยการใช้เทคนิค PCR โดยการ วเิ คราะห์ STR แต่ละตาแหน่งจะใช้ไพรเมอร์ 1 คู่ ซง่ึ มลี าดับเบสทเ่ี ปน็ เบสค่สู มกบั สายดเี อ็นเอแม่แบบใน บริเวณทข่ี นาบข้างกบั STR ที่ต้องการตรวจสอบ จากนน้ั พิจารณาขนาดของผลิตภณั ฑท์ ่ีไดจ้ ากการทา PCR ซง่ึ ในแตล่ ะแอลลลี จะมีขนาดของผลิตภณั ฑแ์ ตกตา่ งกนั ตามจานวนซา้ ใน STR น้ัน แตเ่ มือ่ วเิ คราะห์ STR 1 ตาแหน่ง ผลทไี่ ด้อาจไมส่ ามารถจาแนกความแตกต่างระหว่างบคุ คลได้ เมื่อใช้ไพรเมอรท์ ี่แตกตา่ งกันหลาย ๆ คู่ เพอื่ ตรวจสอบ STR ในหลาย ๆ ตาแหน่งจะเกิดเป็นรปู แบบเฉพาะบุคคล เรยี กว่า ลายพมิ พ์ดีเอ็นเอ (DNA fingerprint) ซ่ึงจานวนตาแหนง่ ท่ีมากขน้ึ จะชว่ ยใหส้ ามารถแยกแยะความแตกต่างของแต่ละบุคคลได้อยา่ ง จาเพาะมากขึน้ ดว้ ย  ชวนคดิ นา้ ลาย อสุจิ เสน้ ผม เส้นขนและเล็บสามารถนามาเป็นวัตถุพยานทางชีววทิ ยา เพื่อใช้ในการระบุ บุคคลได้หรือไม่

88 ภาพลายพิมพ์ดเี อน็ เอเปรยี บเทยี บระหว่างผู้ต้องสงสัยและคราบเลือดท่พี บในทเี่ กดิ เหตุ จากการวเิ คราะห์ STR 1 ตาแหนง่ และ STR 4 ตาแหนง่ 3. ด้านการเกษตร ด้านการเกษตรได้มีการนาเทคโนโลยีทางดีเอ็นเอมาประยุกต์ใช้ในการด้านการปรับปรุงพันธ์ุพืชและสัตว์ โดยใช้ในการคัดเลือกพืชและสัตว์ด้วยการตรวจหาเคร่ืองหมายโมเลกุล (molecular marker) ของลักษณะท่ี ตอ้ งการเพื่อชว่ ยลดระยะเวลาการปรับปรงุ พนั ธแ์ บบดัง้ เดิม ซง่ึ เปน็ การคดั เลอื กจากลักษณะฟีโนไทป์เพียงอย่าง เดียว เช่น ในการปรับปรุงพันธุ์ข้าว ได้มีการศึกษาลักษณะทนเค็มของข้าว โดยตรวจสอบได้จากเคร่ืองหมาย โมเลกุลท่ีถ่ายทอดร่วมกับยีนทนเค็ม เม่ือทาการผสมพันธ์ุระหว่างข้าวพันธ์ุขาวดอกมะลิที่ปลูกเพื่อการค้า

89 ซึ่งมีลักษณะความหอม ต้นเต้ีย กับข้าวพันธ์ุท่ีมีลักษณะทนเค็ม เพื่อให้ได้ข้าวที่มีลักษณะดีของข้าวขาวดอก มะลิและมีลักษณะทนเค็มร่วมด้วย จึงสามารถใช้เคร่ืองหมายโมเลกุลเหล่าน้ีเป็นตัวเลือกต้นข้าวที่ได้รับยีน ดังกล่าวไว้ เปน็ ต้น *เคร่ืองหมายโมเลกุล คือ ลาดบั นิวคลีโอไทดภ์ ายในจีโนมท่ีสามารถใช้ระบุตวั ตนหรือชนดิ ของส่ิงมีชีวิต รวมถงึ ลกั ษณะทีส่ นใจ โดยอาศยั ความแตกต่างในรปู แบบตา่ ง ๆ เชน่ ความต่างของลาดับนิวคลีโอไทด์ ซ่งึ เกิดจากการ แทนทคี่ เู่ บส การเพ่ิมขึ้นหรือขาดหายไปของนวิ คลโี อไทด์ รวมทงั้ จานวนซา้ ของลาดับนวิ คลีโอไทด์ส้นั ๆ ทีเ่ รียง ต่อกนั เปน็ ต้น ภาพการใช้เคร่อื งหมายโมเลกุลเพ่ือตรวจสอบลกั ษณะทนเค็มในการปรับปรุงพันธุ์ขา้ ว เมอื่ ผ่านการผสมกลบั กับขา้ วขาวดอกมะลหิ ลาย ๆ รุ่นและการผสมตวั เอง

90 การเปรียบเทยี บการปรบั ปรุงพนั ธ์ุแบบดงั้ เดิมกับการปรับปรงุ พนั ธแุ์ บบใช้เคร่อื งหมายโมเลกลุ รว่ มกับเทคนคิ อ่นื ๆ

91 การสร้างส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมเป็นวิธีหนึ่งในการปรับปรุงพันธุ์ส่ิงมีชีวิตให้มีลักษณะท่ีมนุษย์ต้องการ เพ่ือการเกษตร ซึ่งอาจเป็นไปเพื่อเพิ่มมูลค่าผลผลิต เพื่อลดค่าใช้จ่ายในกระบวนการผลิตและเพ่ือยืดอายุ ผลผลิต การสรา้ งสิ่งมชี ีวิตดดั แปรพนั ธุกรรมนสี้ ามารถทาได้หลายวธิ ี เชน่ การใช้ microinjection ในเซลล์สัตว์ การใช้แบคทเี รีย Agrobacterium tumefaciens เพือ่ นายีนทตี่ ้องการเข้าสจู่ โี นมพืช เปน็ ตน้ ภาพตวั อยา่ งการทา GMO ในพืชโดยใช้ A. tumefaciens โดยถา่ ยยีนทีเ่ กี่ยวข้องกับการสรา้ งสารสนี า้ เงนิ จากตน้ ไอริสเขา้ ส่จู ีโนมกหุ ลาบ เพอื่ สร้างตน้ กหุ ลายที่ให้ดอกสีน้าเงิน

92 ส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมหลายชนิดได้รับการอนุญาตให้เลี้ยงและเพาะปลูกเพื่อการค้าขายในหลาย ประเทศ เช่น ถ่ัวเหลืองต้านทานยาปราบศัตรูพืช ข้าวโพด BT ซ่ึงผลิตโปรตีนที่เป็นพิษต่อตัวอ่อนของแมลง ศตั รพู ืช มะละกอต้านทานโรคพืชใบด่างจุดวงแหวน มะเขือเทศชะลอการสุดและเน่าเสีย ปลาม้าลายเรืองแสง ปลาแซลมอนท่ีเติบโตเร็วกว่าปลาแซลมอนแอตแลนติกปกติ ซึ่งเป็นสัตว์ชนิดแรกที่ไดรับการรับรองจาก FDA (Food and Drug Administration) สหรัฐอเมริกา ทาให้สามารถวางจาหน่ายเพื่อใช้ประกอบอาหารได้อย่าง ถกู กฎหมาย ภาพกราฟเปรยี บเทียบอัตราการเติบโตของปลาแซลมอนดัดแปรพันธกุ รรมกับปลาแซลมอนแอตแลนติก นอกจากนย้ี ังมีการนาเทคโนโลยกี ารสร้างสิง่ มีชวี ิตดัดแปรพันธุกรรมมาใช้ประโยชน์เชิงอุตสาหกรรม เช่น มี การนาเอนไซม์ท่ีได้จากสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมมาทาให้โปรตีนในน้านมตกตะกอนเพ่ือผลิตชีส ใช้เป็น สว่ นผสมในผงซกั ฟอกเพื่อขจัดคราบไขมัน เป็นต้น และยังมีแนวคิดในการสร้างส่ิงมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมเพื่อ ใช้ประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อม เช่น แนวคิดในการสร้างแบคทีเรียท่ีผลิตสารที่ย่อยน้ามัน เป็นต้น แต่แนวคิด ดงั กล่าวยังอยู่ในระหวา่ งการศึกษา

93 6. เทคโนโลยที างดีเอน็ เอกบั ความปลอดภัยทางชวี ภาพและชวี จรยิ ธรรม เทคโนโลยีทางดีเอน็ เอมีการนามาใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ แต่ในขณะเดยี วกนั กท็ าใหเ้ กิดข้อกังวลเกี่ยวกบั ผลกระทบที่อาจเกดิ ข้นึ การใช้เทคโนโลยเี หล่าน้จี งึ ควรคานงึ ถงึ ความปลอดภยั ทางชวี ภาพและชีวจริยธรรม เช่น ความปลอดภัยต่อชวี ติ และสุขภาพของมนุษย์ การป้องกนั การสญู เสียความหลากหลายทางชีวภาพ การ ปฏบิ ตั ิตอ่ ส่ิงมีชวี ิตอย่างมคี ุณธรรม และมมุ มองทางสงั คม เป็นต้น ในแงข่ องข้อกังวลบางด้านนัน้ ทางองค์การอนามัยโลก (World Health Oraganization, WHO) ได้ให้ ข้อคิดเหน็ ไว้ดงั น้ี

94 แบบฝกึ หัดเสริมทกั ษะที่ 3 เรือ่ ง เทคโนโลยที างดเี อน็ เอ 1. เทคโนโลยีในข้อใดถูกนามาใช้ในกระบวนการสรา้ งสายดเี อ็นเอทปี่ ระกอบไปด้วยยนี จากสิ่งมีชวี ติ ตา่ งสายพนั ธ์ุกัน ก. Gene targeting ข. Transgenic technology ค. Biotechnology ง. Recombinant DNA technology 2. ดีเอ็นเอวงแหวนขนาดเลก็ ท่พี บในแบคทีเรียเรยี กว่าอะไร ก. Palindrome ข. Gel electrophoresis ค. PCR ง. Plasmid 3. ขนั้ ตอนแรกของกระบวนการตดั ตอ่ พันธุกรรมในสงิ่ มีชวี ิตคอื ข้อใด ก. การส่งถา่ ยช้ินส่วนดเี อ็นเอเข้าสู่เซลล์เจ้าบา้ น ข. การโคลนช้นิ ส่วนดีเอน็ เอด้วยเทคนคิ PCR ค. การแยกดเี อ็นเอที่มีชน้ิ ส่วนดเี อน็ เอทส่ี นใจออกจากส่ิงมีชวี ติ ตัง้ ตน้ ง. การนาช้ินส่วนดเี อน็ เอมาเช่ือมต่อเขา้ กับดเี อน็ เอพาหะ 4. เอมไซมท์ ี่มีความสามารถในการตดั สายดเี อ็นเอที่บริเวณลาดับนวิ คลีโอไทดจ์ าเพาะคือข้อใด ก. Restriction enzyme ข. Ligation enzyme ค. Polymerase enzyme ง. Proteolytic enzyme 5. เอมไซมด์ ีเอ็นเอไลเกสมีบทบาทตอ่ กระบวนการพนั ธุวิศวกรรมอยา่ งไร ก. ใช้ซ่อมแซมจุดที่นวิ คลโี อไทดไ์ มเ่ ปน็ คู่สมกันในสายดีเอน็ เอ ข. ใชใ้ นกระบวนการเชื่อมต่อบรเิ วณปลายของสายดีเอน็ เอสองสาย ค. ใช้เตมิ หมฟู่ อสเฟตให้กับปลายดีเอ็นเอของเวกเตอร์เพ่ือปอ้ งกันการเช่อื มตอ่ กนั เอง ง. ไม่ไดเ้ กยี่ วขอ้ งต่อกระบวนการพนั ธุวศิ วกรรม 6. การตัดดเี อน็ เอด้วยเอนไซมใ์ นแบบใด ทาให้ได้ปลายสายเป็นแบบปลายทู่ ก. 5’-GA^ATTC-3’ ข. 5’-CCC^GGG-3’ ค. 5’-CTGC^AG-3’ ง. 5’-CCCGGG^-3’ 7. การตรวจสอบผลติ ภัณฑ์ดีเอน็ เอที่เพม่ิ จานวนได้จากเทคนิค PCR สามารถวเิ คราะหผ์ ลผลิตทไี่ ด้ตาม ขนาดของชิน้ สว่ นดีเอ็นเอโดยเทียบกับดีเอน็ เอมาตรฐานภายใต้กระแสไฟฟา้ เรยี กกระบวนการวิเคราะห์ น้ันวา่ อะไร ก. Agarose gel electrophoresis ข. DNA sequencing ค. Electroporation ง. Isoelectric chromatography

95 8. การตรวจสอบดีเอ็นเอดว้ ยการแยกดีเอน็ เอภายใต้กระแสไฟฟ้าผา่ นตัวกลางว้นุ ดเี อน็ เอท่ีถูกแยกอยู่ภายใน เนอื้ ว้นุ ไม่สามารถมองเหน็ ได้ต้องนาไปย้อมดว้ ยสีชนดิ ใดจึงจะสามารถมองเหน็ ดีเอน็ เอภายใต้คล่ืนแสง UV ก. Bromophenol blue ข. Coomassie brilliant blue ค. Ethidium bromide ง. Fuschin 9. พืชกลุ่มใดทีเ่ กดิ จากการโคลน 1. ตน้ สกั ที่ได้จากการเพาะเลี้ยงเนอ้ื เย่ือ 2. ตน้ ไผ่แต่ละต้นในกอเดยี วกัน 3. ต้นทบั ทิมท่ีไดจ้ ากเมลด็ ที่เกิดจากการผสมเกสรจากดอกเดยี วกัน ก. ข้อ ก เท่านน้ั ข. ขอ้ ก และ ข ค. ข้อ ข และ ค ง. ก ข และ ค

ครยู ศวดี ศศธิ ร กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี โรงเรยี นมหาวชิราวธุ จงั หวดั สงข9ล6า บทท่ี 4 ววิ ฒั นาการของส่ิงมชี ีวติ วิวัฒนาการ (Evolution) เป็นการเปล่ียนแปลงที่เกิดข้ึนอย่างช้า ๆ ในสิ่งมีชีวิต ซึ่งส่งผลให้ส่ิงมีชีวิตมี การเปลี่ยนแปลงหลาย ๆ ด้าน เช่น รูปร่าง สรีรวิทยา พฤติกรรม เป็นต้น จนกระทั่งส่ิงมีชีวิตดั้งเดิมกลายเป็น ส่ิงมีชีวติ ชนิดใหม่ วิวัฒนาการมสี ่วนประกอบสาคญั 3 สว่ นคอื  ความแปรผนั : สิ่งมีชวี ิตทกุ ชีวติ ล้วนมีความแปรผันแตกต่างกนั ในขนาดรปู ร่าง สีและความแขง็ แรง  การคัดเลือก : ลักษณะเฉพาะบางอย่างท่ีแตกต่างกัน อาจทาให้ส่ิงมีชีวิตน้ันอาจรอดมากกว่าสิ่งอื่น สิ่งมชี วี ิตบางชนดิ อาจปรบั ตัวให้เข้ากบั สภาพแวดลอ้ มไดด้ กี ว่าชนดิ อน่ื  การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม : ลักษณะท่ีปรับให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมได้ดีจะมีชีวิตอยู่รอด และ สืบพนั ธุ์ใหล้ กู หลานท่ีมลี ักษณะที่คดั เลือกไว้ได้ตอ่ ไป การศกึ ษาวิวฒั นาการแบ่งเปน็ 2 ระดบั คอื Microevolution เป็นการศึกษาวิวัฒนาการในระดับประชากรของส่ิงมีชีวิตแต่ละสปีชีส์ โดยศึกษา การเปล่ียนแปลงส่วนประกอบของพันธุกรรมของประชากรท่ีเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องสะสมไปทีละเล็กน้อย จน ประชากรใหมม่ คี วามแตกต่างจากประชากรเดิมมาก (เกดิ เป็นสิ่งมีชวี ิตสปชี ีสใ์ หม่) Macroevolution เป็นวิวัฒนาการที่เกิดข้ึนในกลุ่มสิ่งมีชีวิตระดับสปีชีส์ข้ึนไป นาไปสู่โดยการเปล่ียน แปลงส่ิงมชี ีวิตหลากหลายในปจั จบุ นั หลักฐานและขอ้ มลู ทใ่ี ชใ้ นการศึกษาวิวฒั นาการของสง่ิ มีชีวิต 1. ซากดึกดาบรรพ์ (Fossil) หมายถงึ ส่วนทเี่ ปน็ ร่างกายหรอื ร่องรอยของสิง่ มชี ีวิตท่กี ลายเป็นหิน หรือท่ี จมอยู่ในน้าแข็ง ในบ่อน้ามัน ในยางไม้ เช่น ซาก ชิ้นส่วนของอวัยวะ รอยเท้า (Footprint) รอยพิมพ์ (Mold) ของส่ิงมีชีวิตหรือซากสิ่งมีชีวิต รวมทั้งวัตถุท่ีเก่ียวข้องกับสิ่งมีชีวิต ซึ่งถูกขุดค้นข้ึนมา ซากดึกดาบรรพ์มักถูก ค้นพบในช้ันหินตะกอนโดยซากดึกดาบรรพ์ถูกเก็บรักษาไว้ในชั้นหินโดยบังเอิญ เช่น ซากหรือชิ้นส่วนของ สง่ิ มีชีวิตซึ่งควรเน่าเป่ือยผุสลายไปแต่โดยบังเอิญทาให้ไม่มีการเน่าเป่ือยเกิดข้ึน อาจเน่ืองจากสภาวะแวดล้อม ไมเ่ หมาะสมต่อการเจรญิ ของแบคทเี รีย ซึง่ เปน็ ผู้ยอ่ ยสลาย เป็นต้น ซากดึกดาบรรพ์ของสัตว์มีกระดูกสันหลังที่ พบบ่อย ๆ คือช้นิ ส่วนของกระดูกแตใ่ นบางคร้ังช้ินส่วนท่ีเป็นเน้ือเย่ืออ่อน ๆ ถูกเก็บรักษาไว้ได้เช่นกัน โดยการ ท่ีแร่ธาตุบางชนิด เช่น เหล็ก ซิลิกา แทรกซึมเข้าไปอยู่ในเน้ือเย่ือส่วนน้ัน ๆ ทาให้มันคงสภาพอยู่ได้ และเก็บ รักษาไว้ภายใต้ช้ันหินหรือกลายเป็นหินไปเอง ความรู้ทางธรณีวิทยาสามารถใช้ในการคานวณอายุของหินได้ ดังนั้นจึงสามารถทราบอายุของซากดึกดาบรรพ์ได้ จากอายุของชั้นหินท่ีพบซากดึกดาบรรพนั้น ๆ หรือวัดจาก กมั มนั ตรังสี (14C) ทเ่ี หลอื อยูใ่ นซากนนั้