2. DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมได้อย่างไร ?
ความรู้เดิม
นักเรียนทราบแล้วว่า DNA แต่ละโมเลกุลมีความแตกต่างกันที่จำนวนของเบสและลำดับของเบส และนักเรียนทราบมาแล้วว่าโปรตีนเป็นสารที่มีบทบาทสำคัญมากในสิ่งมีชีวิต ซึ่งในหัวเรื่องนี้นักเรียนจะได้ทราบบทบาทของ DNA โปรตีน และลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต
คำถามก่อนเรียน
1. โปรตีนเป็นส่วนประกอบส่วนใดของร่างกายของสิ่งสิ่งมีชีวิต
2. โปรตีนเกี่ยวข้องกับกระบวนการเมแทบอลิซึมในร่างกายอย่างไร
3. ลำดับของเบสใน DNA เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน และการสังเคราะห์โปรตีนเกี่ยวข้องกับการแสดงลักษณะทางพันธุกรรมได้อย่างไร
โครงสร้างของ DNA ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์สองสายที่มีความยาวนับเป็นพันเป็นหมื่นคู่เบส การเรียงลำดับคู่เบสมีความแตกต่างกันหลายแบบ ทำให้ DNA แต่ละโมเลกุลแตกต่างกันที่ลำดับและจำนวนของคู่เบสทั้งที่มีเบสเพียง 4 ชนิด คือ A T C และ G จึงเป็นไปได้ว่าความแตกต่างกันทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตอยู่ที่ลำดับและจำนวนของเบสใน DNA นั่นเอง
ปัญหาต่อไป คือ ลำดับเบสของ DNA เกี่ยวข้องกับการแสดงลักษณะทางพันธุกรรมอย่างไร ?
การแสดงลักษณะทางพันธุกรรมขึ้นอยู่กับสารในร่างกายของสิ่งมีชีวิต โปรตีน เป็นสารอินทรีย์ที่มีึหลายชนิดและมีบทบาทในการแสดงลักษณะเฉพาะของเซลล์ได้ เช่น
- เซลล์กล้ามเนื้อมีโปรตีน 2 ชนิด คือ แอกทินและไมโอซิน
- เซลล์เม็ดเลือดแดงมีโปรตีนฮีโมโกลบิน
- เอนไซม์ทุกชนิดที่ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ภายในเซลล์ก็เป็นโปรตีน เช่น ปฏิกิริยาการสังเคราะห์สารและการสลายสารต่าง ๆ ต้องอาศัยเอนไซม์
จึงอาจกล่าวได้ว่า โปรตีนเกี่ยวข้องกับการแสดงลักษณะทางพันธุกรรม และการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทั้งทางตรงและทางอ้อม
ตัวอย่างหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่า DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม
จากการทดลองของ วี เอ็ม อินแกรม (V. M. Ingrame) แห่งมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ ในปี พ.ศ. 2500 ได้ศึกษาโครงสร้างทางเคมีของโปรตีนฮีโมโกลบินที่ผิดปกติ โดยเปรียบเทียบฮีโมโกลบินของคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ (sickle cell anemia) กับฮีโมโกลบินของคนปกติ ได้ผลการศึกษาดังภาพ
จากภาพแสดงลำดับกรดอะมิโนในสายบีตาสายหนึ่งของโมเลกุลฮีโมโกลบินของคนปกติและของคนเป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์
จากภาพอินแกรมแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบของฮีโมโกลบินในคนปกติและคนที่เป็นโรคโลหิตจางชนิกซิกเคิลเซลล์ต่างกันที่การเรียงลำดับของกรดอะมิโนเพียง 1 ตำแหน่ง คือ ตำแหน่งที่ 6 จากปลาย N (N-terminus) ของพอลิเพปไทด์ที่ชื่อว่าบีตาสายหนึ่งของฮีโมโกลบินในคนปกติจะเป็นกรดกลูตามิก (glutamic acid) ส่วนคนเป็นโรคจะเป็นวาลีน (valine)
ความผิดปกติที่เกิดขึ้นนี้สาเหตุมาจากการเปลี่ยนแปลง DNA หรือยีนทำให้ฮีโมโกลบินผิดปกติ ซึ่งเป็นหลักฐานที่แสดงว่า DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมได้
สรุปได้ว่า
1) DNA กับลักษณะทางพันธุกรรมมีความสัมพันธ์กัน
2) การเปลี่ยนแปลงของ DNA ทำให้การสังเคราะห์โปรตีนโปรตีนฮีโมโกลบินผิดปกติ คือ กรดอะมิโนในพอลิเพปไทด์สายบีตาสายหนึ่งของฮีโมโกลบินต่างไปจากปกติ เม็ดเลือดแดงจึงมีลักษณะเป็นรูปเคียว นำออกซิเจนได้น้อยลง เกิดเป็นโรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ แสดงว่าลำดับของเบสบน DNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต
ความรู้เพิ่มเติม
ให้นักเรียนร่วมกันวิเคราะห์คำถามต่อไปนี้
“DNA โปรตีนและลักษณะทางพันธุกรรมมีความสัมพันธ์อย่างไร"
จากประเด็นดังกล่าวนักเรียนควรสรุปได้ว่า "เมื่อลำดับเบสของ DNA เปลี่ยนแปลงจะมีผลต่อการสังเคราะห์โปรตีน ทำให้ลักษณะทางพันธุกรรมเปลี่ยนไปด้วย ซึ่งแสดงให้เห็นว่าDNA ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม"
โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ ควบคุมด้วยยีนด้อย 1 คู่ มีความผิดปกติของฮีโมโกลบิน ทำให้เม็ดเลือดแดงเป็นรูปเคียว จึงไม่สามารถนำออกซิเจนได้ตามปกติ อาจมีอาการของโรคหัวใจล้มเหลว ปอดบวม อัมพาต พบมากในคนแอฟริกันซึ่งเป็นเขตท่ีมีการระบาดของเชื้อไข้มาลาเรีย ส่วนใหญ่ของประชากรที่อยู่รอดจะมีจีโนไทป์เป็นเฮเทอโรไซกัส เนื่องจากมีเม็ดเลือดแดงที่ไม่เหมาะสมต่อการเจริญของเชื้อไข้มาลาเรีย (อ่านรายละเอียดได้จากเวบลิงค์)
ข้อคิดต่อไป ถ้า DNA ควบคุมการสร้างฮีโมโกลบินซึ่งเป็นโปรตีน อย่างไร ให้นักเรียนไปศึกษาความรู้เรื่อง DNA กับการสังเคราะห์โปรตีน เพื่อมาศึกษาต่อในชั่วโมงหน้า ?
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น