เรียนชีววิทยา กับครูกศนต์ ภารยาท: DNA สารพันธุกรรม บทที่ 3 การสังเคราะห์ DNA (DNA Synthesis)

1. การจำลอง DNA (DNA Replication)
การจำลอง DNA ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดพบว่ามีลักษณะเฉพาะที่เหมือนกันหมดคือใช้สายเก่าเป็นแม่แบบในการสร้างสายใหม่ทุกครั้ง ดังนั้น DNA ใหม่ที่ได้ 2 สายจึงประกอบด้วย โพลีนิว คลีโอไทด์สายเก่า 1 สายและสายใหม่ 1 สาย เรียกการลอกแบบลักษณะนี้ว่าการลอกแบบกึ่งอนุรักษ์ (semiconservative replication) (ภาพที่ 3-1)

ภาพที่ 3-1 การลอกแบบ DNA แบบกึ่งอนุรักษ์

การจำลอง DNA เป็นการเพิ่มปริมาณสารพันธุกรรมที่เหมือนกันไว้ใช้ในการทำกิจกรรมต่างๆ ของเซลล์ และเพื่อถ่ายทอดไปสู่ลูกหลานต่อไปในกระบวนการแบ่งเซลล์ การลอกแบบของ DNA มีขั้นตอนต่างๆ ดังนี้

1. เอนไซม์เฮลิเคส (helicase) เข้าสลายพันธะไฮโดรเจนที่จุดใดจุดหนึ่งบนเกลียวคู่ (ภาพที่ 3-2) เรียกจุดนี้ว่าทางแยกของการลอกแบบหรือ เรพลิเคชันฟอร์ค (replication fork)

ภาพที่ 3-2 เอนไซม์เฮลิเคสเริ่มสลายพันธะไฮโดรเจน

2. โปรตีน SSB (Single Strand Binding protein) เข้ามาเกาะบริเวณสายเดี่ยวที่แยกออกเพื่อป้องกันการพันเกลียวกลับ (ภาพที่ 3-3)

ภาพที่ 3-3 โปรตีน SSB เข้าเกาะสาย DNA ที่แยกออก

3. เกิดการสร้าง RNA ชิ้นเล็กๆที่เรียกว่า อาร์เอนเอไพรเมอร์ (RNA primer) โดย อาร์เอนเอไพรเมส (RNA primase) ซึ่งไพรเมอร์นี้จะเป็นจุดที่เริ่มต้นการสังเคราะห์ DNA สายใหม่ (ภาพที่ 3-4)

ภาพที่ 3-4 การสร้างอาร์เอนเอไพรเมอร์
4. เอนไซม์เอนเอโพลีเมอเรสนำดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์เดียว (deoxyribonucleotide) เข้ามาต่อสายในทิศทาง 5'-3' โดยเชื่อม5ร์เบสที่คู่กันเข้าด้วยกันดีวยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ เมื่อจุดคลายเกลียวเลื่อนขึ้นไปก็จะได้ DNA สายใหม่ที่ยาวขึ้น เรียก DNA สายนี้ว่า สายใหม่ที่นำหน้าการออกแบบ (leading stand) ดังภาพที่ 3-5

5. เอนไซม์ดีเอนเอโพลีเมอเรสนำดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์เดี่ยว (deoxyribonucleotide) เข้ามาต่อสายในทิศทาง 5'-3' โดยเชื่อมเบสที่คู่กันเข้าด้วยกันด้วยพันธะไฮโดรเจน และเชื่อมหมู่ฟอสเฟตของแต่ละนิวคลีโอไทด์ให้เป็นพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ เมื่อจุดคลายเกลียวเลื่อนขึ้นไปก็จะได้ DNA สายใหม่ที่ยาวขึ้น เรียก DNA สายนี้ว่า สายใหม่ที่นำหน้าการลอกแบบ (leading strand) (ภาพที่ 3-5)

ภาพที่ 3-5 การสร้าง DNA สาย leading
5. ในขณะที่เกิดการสังเคราะห์ DNA ขึ้นในสาย leading ก็จะเกิดการสังเคราะห์ DNA ในอีกสายหนึ่งซึ่งอยู่ตรงกันข้ามควบคู่กันไปด้วย สำหรับการสังเคราะห์ DNA ในสายตรงกันข้ามนี้เนื่องจากทิศทางการสังเคราะห์เป็นแบบ 5'-3' เสมอ เมื่อจุดคลายเกลียวเลื่อนขึ้น ไพรเมสจะสร้างอาร์เอนเอไพรเมอร์จับกับ DNA แม่แบบอีกสายหนึ่ง จากนั้นดีเอนเอโพลีเมอเรสจึงนำดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์เข้ามาต่อเป็นสายไปทางด้านจุดเริ่มต้นการสร้าง (origin of replication) การทำเช่นนี้เป็นช่วงๆ จะได้เป็นชิ้น DNA สั้นๆ ที่ติดกับอาร์เอนเอไพรเมอร์ เรียกว่า ชิ้นส่วนโอกาซากิ (Okazaki fragment) อยู่ห่างกันเป็นช่วงๆ เรียก DNA สายนี้ว่า สายตามหลัง (lagging strand) (ภาพที่ 3-6)

ภาพที่ 3-6 การสร้าง DNA สาย lagging

6. เมื่อการสังเคราะห์ DNA ดำเนินต่อไป ดีเอนเอโพลีเมอเรสจะมีการกำจัดอาร์เอนเอไพรเมอร์ออกด้วยคุณสมบัติของ 5'-3' เอ็กโซนิวคลีเอส (5'-3' exonuclease) และเติมดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ด้วยคุณสมบัติ 5'-3' โพลีเมอเรส และตามด้วยการเชื่อมพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ของชิ้นส่วนโอกาซากิแต่ละโมเลกุลเข้าด้วยกันด้วยเอนไซม์ไลเกส (ligase) ในที่สุดได้เป็น DNA ใหม่ 2 โมเลกุล โดยแต่ละโมเลกุลมีการสร้าง สาย leading และ สาย lagging สายใหม่มีทิศทางการสร้างที่สวนทางกัน (สาย leading สร้างยาวขึ้นในทิศทางการขยายของ ทางแยกของการลอกแบบ ส่วนสาย lagging สร้างยาวขึ้นไปทางด้านจุดเริ่มต้นของการสร้าง ซึ่งตรงข้ามกับการขยายของทางแยกของการลอกแบบ) เชื่อว่าการสร้างสายใหม่ทั้ง 2 สายนี้เกิดขึ้นพร้อมกัน (ภาพที่ 3-8 )

ภาพที่ 3-7 การเชื่อม DNA สาย lagging

ภาพที่ 3-8 การทำงานของดีเอนเอโพลีเมอเรส ในการสร้างสาย lagging และ leading

การคลายเกลียวคู่ของ DNA ออกจากกันทำให้ส่วนเหนือขึ้นไปขดเป็นเกลียวแน่นขึ้น ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยเอนไซม์ โทโปไอโซเมอเรสซึ่งจะตัด DNA สายใดสายหนึ่งเหนือทางแยกของการลอกแบบ เพื่อให้สามารถคลายเกลียวที่แน่นออกได้และเชื่อมต่อใหม่ (ภาพที่ 3-9)

ภาพที่ 3-9 การทำงานของโทโปไอโซเมอเรส

ในการลอกแบบ DNA การขยายของทางแยกของการลอกแบบ (เรพลิเคชันฟอร์ค) จะเป็นแบบ 2 ทิศทางพร้อมกัน (bidirectional DNA replication) ทั้งในโปรคาริโอตและยูคาริโอต (ภาพที่ 3-10)

ภาพที่ 3-10 การลอกแบบ DNA โดยเรพลิเคชันฟอร์ค เกิด 2 ทิศทางพร้อมกัน (บน) ในโปรคาริโอตเกิดทีละตำแหน่งในโครโมโซมวงแหวน (ล่าง) ในยูคาริโอตเกิดพร้อมกันหลายตำแหน่งในโครโมโซมแท่ง

2. การคัดลอก DNA (DNA Transcription)

เช่นเดียวกับการลอกแบบเพื่อสร้าง DNA การคัดลอกเพื่อสร้าง RNA นั้น DNA จะต้องมีการคลายเกลียวออก และใช้หลักการของการเกิดเบสคู่สม ดังนั้นลำดับเบสบน RNA จะมีลำดับเบสที่เป็นคู่สมกันกับลำดับเบสบน DNA สายแม่แบบ แต่การสร้าง RNA จะใช้ไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นสับสเตรท (สร้างโดยอาร์เอนเอโพลีเมอเรส) และไม่ต้องการไพรเมอร์

การลอกรหัสเป็นการคัดลอกแบบหนึ่งคือเป็นการสังเคราะห์ mRNA โดยใช้ DNA เป็นแม่แบบ ใน DNA เกลียวคู่จะใช้สายใดสายหนึ่งเป็นแม่แบบ เรียกว่าสาย template ส่วนอีกสายที่ไม่ได้ใช้เป็นแม่แบบในการสังเคราะห์ RNA เรียกสาย coding (ภาพที่ 3-11) ขั้นตอนการสังเคราะห์ RNA แบ่งเป็น 3 ขั้นตอนคือ ขั้นเริ่มต้น (initiation) ขั้นต่อสาย (elongation) และขั้นหยุด (termination)

ภาพที่ 3-11 แสดงการคัดลอกจาก DNA เป็น RNA

DNA ที่พับซ้อนกันแน่นในโครโมโซมจะคลายเกลียวเพื่อให้เกิดการลอกแบบและการคัดลอกได้อย่างไร

Initiation เป็นขั้นตอนเริ่มต้นที่อาร์เอนเอโพลีเมอเรสจะมาจับกับ DNA สายแม่แบบตรงตำแหน่ง โปรโมเตอร์ (promotor) โดยอาศัยการทำงานร่วมกันของอินนิทิเอชันแฟคเตอร์ (initiation factor) หลายชนิดซึ่งจะมาเกาะบริเวณโปรโมเตอร์ และ เอนฮานเซอร์ (enhancer) ก่อน จากนั้นจะเหนี่ยวนำให้อาร์เอนเอโพลีเมอเรสเข้ามาจับโปรโมเตอร์ได้และทำให้เกลียวคู่ของ DNA โป่งออกบริเวณที่มีการลอกรหัส

ภาพที่ 3.12 ขั้นตอนเริ่มต้นของการคัดลอกดีเอนเอโดยเอนไซม์อาร์เอนเอโพลีเมอเรส และแฟคเตอร์ต่างๆ บริเวณโปรโมเตอร์ของ DNA อย่างเป็นลำดับขั้น

ภาพที่ 3.13 การทำงานของทรานสคริปชันแฟกเตอร์ (TF)ในกระบวนการคัดลอกดีเอนเอ

Elongation เป็นขั้นต่อสาย RNA ให้ยาวขึ้นโดยมีอีลองเกชันแฟกเตอร์ (elongation factor) ช่วยในการสร้าง โดยอาร์เอนเอโพลีเมอเรสทำหน้าที่นำนิวคลีโอไทด์เข้ามาต่อสาย RNA ในทิศทาง 5'-3' บริเวณปลาย 5' (ส่วนต้น) ของ RNA ที่กำลังสร้างจะแยกออกจาก DNA และปล่อยให้ DNA 2 สายพันกันเป็นเกลียวดังเดิม โดยจะมีเฉพาะช่วงปลาย 3' ช่วงสั้นๆที่กำลังเติมนิวคลีโอไทด์ที่ยังพันอยู่กับ DNA (ภาพที่ 3-14) และเนื่องจากยีนต่างๆที่ใช้เป็นแม่แบบในการคัดลอกมีตำแหน่งกระจายตัวอยู่บน DNA ทั้ง 2 สาย ดังนั้นการสังเคราะห์ RNA สามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้ในหลายๆยีนบน DNA โมเลกุลเดียวกัน

ภาพที่ 3-14 ขั้นตอนต่อสาย (อีลองเกชัน) ของการคัดลอก

Termination เป็นขั้นตอนหยุดการสังเคราะห์ RNA โดยอาศัยโครงสร้างร่วมกับเทอร์มิเนเตอร์ (terminator) หรือ รหัสหยุด (termination signal) บน DNA ที่ประกอบด้วยเบส A ต่อกันเป็นจำนวนมากเมื่อ RNA สร้างมาถึงตำแหน่งนี้ อาร์เอนเอโพลีเมอเรสจะไม่สามารถนำนิวคลีโอไทด์มาจับกับ DNA แม่แบบได้อีก จึงหยุดการสร้างสาย RNA และจัดโครงสร้าง RNA เป็นรูปห่วง (hairpin loop) (ภาพที่ 3-15)

ภาพที่ 3-15 ขั้นตอนหยุด (เทอร์มิเนชัน) ของการคัดลอก

"ในการคัดลอก DNA มาเป็น RNA นั้น มี DNA เพียงสายเดียว (จาก 2 สาย) ที่สังเคราะห์ RNA ได้" ท่านคิดเห็นอย่างไรกับข้อความนี้

3. การตัดแต่ง RNA (RNA Modification)

หลังจากการสังเคราะห์ได้ RNA ขึ้นมาแล้วจะมีการตัดแต่งให้สมบูรณ์ โดยใน mRNA จะมีการเติม 7-methyl guanosine triphosphate เข้าไปที่ปลาย 5' (capping) (ภาพที่ 3-16) โดยใช้เอนไซม์กัวนีลิลทรานสเฟอเรส (guanylyl transferase) และเติมนิวคลีโอไทด์ที่มีเบสอะดินีน (A) หลายโมเลกุลเข้าที่ปลาย 3' ที่เรียกว่าโพลีอะดีนิเลชัน (polyadenylation) (ภาพที่ 3.17) รวมทั้งตัดส่วนอินทรอนทิ้งเพื่อให้ได้ mRNA ที่สมบูรณ์ (intron splicing) (ภาพที่ 3.18) จากนั้นจึงนำ RNA ที่สังเคราะห์ได้ส่งออกนอกนิวเคลียสไปสู่ไซโตพลาสซึม

ภาพที่ 3-16 การเติม 7-methyl guanosine triphosphate เข้าที่ปลาย 5' ของ mRNA

ภาพที่ 3-17 ขั้นตอนเติมนิวคลีโอไทด์ที่มีเบสอะดีนีนหลายโมเลกุล (โพลีอะดีนิเลชัน) ที่ปลาย 3' ของสาย mRNA

ภาพที่ 3-18 การตัดอินทรอนในสาย mRNA ที่สร้างใหม่ออกเพื่อให้ได้ mRNA ที่สมบูรณ์

4. การแปลรหัส (Translation)

การแปลรหัส (translation) คือการที่ RNA ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีนซึ่งต้องอาศัย mRNA tRNA rRNA ไรโบโซม (ribosome) และแฟคเตอร์ต่างๆ mRNA จะทำหน้าที่เป็นแม่แบบ ส่วนไรโบโซมจะแปลรหัสจากลำดับเบสบน mRNA ในทิศ 5'-3' ให้เป็นลำดับกรดอะมิโนในสายโพลีเป็ปไทด์หรือโปรตีน (จากปลายอะมิโนไปยังปลายคาร์บอกซิล) โดยมี tRNA เป็นตัวนำกรดอะมิโนมาเรียงกันตามลำดับเบสของ mRNA กรดอะมิโนตัวหนึ่งๆจะแปลรหัสมาจากลำดับเบส 3 ดัว เรียก ทริปเพลทโคดอน (triplet codon)

การแปลรหัสแบ่งเป็น 3 ขั้นตอนเช่นเดียวกับการลอกรหัส คือ ขั้นเริ่มต้น (initiation) ขั้นต่อสาย (elongation) และ ขั้นหยุด (termination) (ภาพที่ 3-19)

ภาพที่ 3-19 แสดงขั้นตอนการแปลรหัสจาก RNA เป็นโปรตีน

เพราะเหตุใดในกระบวนการสร้างโปรตีน DNA จะต้องสร้าง RNA ขึ้นมาก่อน มีกรณีที่ DNA สร้างโปรตีนโดยตรงหรือไม่

Initiation เป็นการเริ่มต้นการสร้างสายโพลีเป็ปไทด์ เริ่มตั้งแต่การเชื่อมกรดอะมิโนเข้าที่ปลาย 3' ของ tRNA (ภาพที่ 3-20) โดย tRNA มีส่วนสำคัญ 2 ส่วนคือ ปลาย 3' CCA ทำหน้าที่จับกรดอะมิโนด้วยพันธะโควาเลนท์ (covalent) อีกส่วนหนึ่งเป็นบริเวณซึ่งทำหน้าที่จับกับเบสคู่สม เรียกแอนติโคดอน (anticodon) กรดอะมิโนแต่ละชนิดจะจับกับ tRNA ที่ถูกต้องอย่างจำเพาะ โดยการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์อะมิโนเอซิลทรานสเฟอร์อาร์เอนเอซินทิเทส (aminoacyl transfer RNA synthethase) (ภาพที่ 3-21) ซึ่งมีหลายชนิด แต่ละชนิดจะจำเพาะกับกรดอะมิโนและ tRNA ตัวหนึ่งๆ

ภาพที่ 3-20 tRNA ที่แสดงปลาย 3'CCA และปลาย 5' แอนติโคดอน

ภาพที่ 3.21 การเชื่อมกรดอะมิโนเข้าที่ปลายแขน tRNA โดยเอนไซม์อะมิโนเอซิลทรานสเฟอร์อาร์เอนเอซินทิเทส

หลังจากเชื่อมกรดอะมิโนเข้าที่ปลาย 3' ของ tRNA แล้วจึงเกิดการนำกรดอะมิโนมายัง mRNA โดยไรโบโซม (ภาพที่ 3-22)

ภาพที่ 3-22 tRNA นำกรดอะมิโนมาเริ่มสร้างโปรตีนโดยใช้แอนติโคดอนประกบกับโคดอนบน mRNA

Elongation เป็นขั้นตอนต่อสายโพลีเป็ปไทด์ให้ยาวขึ้นเมื่อไรโบโซมเคลื่อนที่ผ่าน mRNA โดยมีแฟกเตอร์และเอนไซม์เป็ปติดิลทรานสเฟอเรส (peptidyl transferase) เชื่อมกรดอะมิโนจาก tRNA ที่อยู่ตำแหน่ง P site มายังตำแหน่ง A site และเกิดสายโปรตีนยาวขึ้นเรื่อย ๆ

ภาพที่ 3-23 Elongation ต่อสายโพลีเป็ปไทด์ให้ยาวขึ้น

Termination เป็นขั้นตอนหยุดการสร้างสายโพลีเป็ปไทด์โดยอาศัยโคดอนหยุด (stop codon) และตัวปลดปล่อย หรือ รีลีสซิงแฟกเตอร์ (releasing factor) เมื่อไรโบโซมเคลื่อนที่มาถึงโคดอนหยุด (UGA, UAA, UAG) จะไม่มี tRNA ตัวใดนำกรดอะมิโนเข้ามาต่อสายโพลีเป็ปไทด์ และโดยอาศัยการช่วยเหลือของรีลีสซิงแฟกเตอร์ จึงเกิดการปลดสายโพลีเป็ปไทด์ออกพร้อมทั้งปลดปล่อย mRNA และไรโบโซม

ภาพที่ 3.24 ขั้นตอนการหยุดสร้างโปรตีน

ในการตรวจความแม่น 3 กระบวนการ คือ การลอกแบบ การคัดลอก และการแปลรหัส ถ้าการตรวจตราเป็นไปอย่างสมบูรณ์ จะไม่มีการกลายพันธุ์ และไม่เกิดวิวัฒนาการ

5. การควบคุมการแสดงออกของยีน (Control of Gene Expression)

การควบคุมการแสดงออกของยีนเกี่ยวข้องกับกระบวนการกระตุ้นหรือยับยั้งการสังเคราะห์ RNA และโปรตีนของยีนนั้นๆ (หากยีนนั้นมีไว้สำหรับสร้างโปรตีน) โดยอาศัยการเหนี่ยวนำให้เอนไซม์ทำงานด้วยตัวเหนี่ยวนำ (inducer) และยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ด้วยตัวกดดัน (repressor) สามารถควบคุมได้ในขั้นตอนการลอกรหัสและการแปลรหัส (ภาพที่ 3-25)

ภาพที่ 3-25 การควบคุมการแสดงออกของยีนในขั้นต่างๆ

การตัดแต่ง mRNA ถือเป็นการควบคุมการแสดงออกของยีนหรือไม่ ลองหาเหตุผลมาอธิบายว่าทำไมต้องมีการตัดแต่ง mRNA ในแต่ละขั้น

การควบคุมการสแดงออกของยีนในโปรคาริโอต

การควบคุมการแสดงออกของยีนให้เป็นโปรตีนในโปรคาริโอตจะเกิดในขั้นลอกรหัส โดยยีนของโปรคาริโอตจะอยู่เป็นกลุ่มติดกันเรียกโอเปอรอน แบ่งเป็นยีนควบคุม (regulator gene) ยีนส่งเสริม (promoter gene) ยีนดำเนินการ (operator gene) และยีนโครงสร้าง (structural gene) สำหรับสร้างโปรตีนหรือเอนไซม์ (ภาพที่ 3-26)

ยีนควบคุม มีหน้าที่ควบคุมยีนดำเนินการโดยสร้างตัวกดดันซึ่งสามารถจับกับยีนดำเนินการทำให้เอนไซม์อาร์เอนเอโพลีเมอเรสไม่สามารถสังเคราะห์ RNAได้

ยีนส่งเสริม เป็นตำแหน่งให้เอนไซม์อาร์เอนเอโพลีเมอเรสจับและเคลื่อนที่ไปยังยีนโครงสร้างเพื่อสังเคราะห์ RNA แต่ถ้ามีตัวกดดันจับอยู่ที่ยีนดำเนินการ เอนไซม์อาร์เอนเอโพลีเมอเรสก็จะจับกับยีนส่งเสริมไม่ได้ เป็นการยับยั้งการสังเคราะห์ RNA

ยีนดำเนินการ อยู่ถัดจากยีนส่งเสริมและอยู่ก่อนหน้ายีนโครงสร้าง เป็นตำแหน่งจับของตัวกดดันในการควบคุมการสังเคราะห์ RNA

ยีนโครงสร้าง เป็นยีนหลักที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมซึ่งจะสร้างโปรตีนโดยตรง การแสดงออกของยีนโครงสร้างจะผ่านทางการควบคุมการทำงานของยีนต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้น

ตัวอย่างของโอเปอรอนของการสร้างเอนไซม์ที่ใช้อธิบายทั่วไปคือ แล็คโอเปอรอน (lac operon) และ ทริปโอเปอรอน (trp operon) การทำงานของแล็กโอเปอรอน (ภาพที่ 3.27) อาศัยตัวเหนี่ยวนำ ขณะที่ทริปโอเปอรอนทำงานโดยอาศัยตัวกดดัน (ภาพที่ 3.28 )

ภาพที่ 3-26 โครงสร้างของโอเปอรอน

ภาพที่ 3-27 โครงสร้างของแล็คโอเปอรอน

ภาพที่ 3-28 การควบคุมการแสดงออกของทริปโอเปอรอน

การควบคุมการแสดงออกของยีนในยูคาริโอต

การควบคุมการแสดงออกของยีนในยูคาริโอตจะซับซ้อนกว่าในโปรคาริโอตมาก เนื่องจากโครงสร้างโครมาตินมีความซับซ้อน DNA ที่พันอยู่กับโปรตีนมีการขดตัวอย่างหนาแน่น นอกจากนี้กระบวนการลอกรหัส และแปลรหัสยังเกิดในตำแหน่งที่ต่างกัน กล่าวได้ว่า ในยูคาริโอตมีการควบคุมการแสดงออกของยีนทั้งในขั้นลอกรหัสและแปลรหัส

การควบคุมในขั้นลอกรหัส ได้แก่ การเติมหมู่เมทิล เข้าที่เบส C ของสาย DNA ทำให้การแสดงออกของยีนลดน้อยลงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นอกจากนั้นยังมีการควบคุมภายหลังการลอกรหัสได้เป็น mRNA แล้ว เช่น การดัดแปลงเติมเบส A เข้าที่ปลาย 3' ของ mRNA ในไข่ที่ยังไม่พร้อมปฏิสนธิอาจทำให้เกิดการกระตุ้นให้มีการปฏิสนธิขึ้นได้

การควบคุมในขั้นแปลรหัส ได้แก่ การใช้ตัวกดดันเป็นกลไกในการควบคุม โดยการจับของโปรตีนรีเพรสเซอร์ (repressor protein) ที่จำเพาะกับ mRNA เป็นการยับยั้งการแปลรหัสได้ ตัวอย่างเช่น การยับยั้งการแปลรหัสของเฟอริติน (ferritin) โดย iron repressive mRNA binding protein ซึ่งตอบสนองต่อเหล็ก โดยเมื่อมีเหล็กปริมาณน้อย โปรตีนนี้จะสามารถยับยั้งการแปลรหัสได้

6. ยีนมิวเทชัน (Gene Mutation)

ยีนมิวเทชันหรือการกลายของยีน คือการที่ยีนมีโครงสร้างผิดปกติไปจึงทำหน้าที่ต่างไปจากเดิม การกลายของยีนมีหลายประเภท หากแบ่งตามปัจจัยที่ทำให้เกิดได้แก่ รังสี (ภาพที่ 3.29) สารเคมี (ภาพที่ 3.30) รวมไปถึงจุลินทรีย์ที่เป็นปรสิต เช่นไวรัส

ภาพที่ 3-29 การกลายของยีนเนื่องจากการสัมผัสรังสีอัลตร้าไวโอเล็ต

ภาพที่ 3.30 การกลายของยีนเนื่องจากสารเคมีเข้าไปแทรกอยู่ในโมเลกุล DNA

หากแบ่งการกลายของยีนตามลักษณะการเกิดได้แก่ การกลายเนื่องจากการแทนที่เบส (ภาพที่ 3-31) และการขาดหรือเกินของเบส (ภาพที่ 3-32)

ภาพที่ 3-31 การกลายของยีนเนื่องจากการแทนที่เบส

ภาพที่ 3-32 การกลายของยีนเนื่องจากการขาดหรือเกินของเบส

ลองยกตัวอย่างการกลายของยีนประเภทต่างๆ เพิ่มเติม พร้อมทั้งอธิบายผลที่เกิดขึ้น และหากการกลายลักษณะต่างๆ ที่กล่าวมาเกิดกับ DNA ส่วนที่ไม่ใช่ยีนจะมีผลต่างกับการกลายที่เกิดกับยีนอย่างไร

7. การซ่อมแซม DNA (DNA Repair)

การซ่อมแซม DNA เป็นกระบวนการที่เซลล์ใช้รักษาสภาพไว้ให้คงเดิมหลังจากเกิดการกลาย (มิวเตชัน) ขึ้น ซึ่งการซ่อมแซมนี้มีหลายประเภทขึ้นกับความผิดปกติที่เกิดขึ้น สามารถแบ่งมิวเทชันเป็นประเภทใหญ่ๆได้ 4 ประเภทคือ

โฟโตรีแอคติเวชัน (photoreactivation repair) เป็นการใช้แสงในช่วงคลื่นที่มองเห็น (visible light) สลายพันธะไพริมีดีนไดเมอร์ที่เกิดขึ้นในสาย DNA โดยใช้เอนไซม์โฟโตไลเอส (ภาพที่ 3-33)

เอ็กซ์ซิชันรีแพร์ (excision repair) เป็นกระบวนการตัดพิวรีนไดเมอร์ที่เกิดขึ้นในสาย DNA ทิ้งแล้วนำเบสที่ถูกต้องมาเติม โดยอาศัยเอนไซม์หลายชนิดร่วมกันทำงาน (ภาพที่ 3-34)

มิสแมทช์รีแพร์ (mismatch repair) เป็นกระบวนการกำจัดเบสที่เข้าคู่ผิดในขณะเกิดการลอกแบบทิ้งไป แล้วนำเบสที่ถูกต้องมาเข้าคู่แทน (ภาพที่ 3-35)

รีคอมบิเนชันรีแพร์ (recombination repair) เป็นกระบวนการซ่อมแซม DNA ที่เข้าคู่ผิดภายหลังการลอกแบบ โดยอาศัย DNA ในโฮโมโลกัสโครโมโซมที่ถูกต้องเป็นแม่แบบ (ภาพที่ 3-36)