ยีนไม่ได้มีอยู่เฉพาะบน DNA ในนิวเคลียสเท่านั้น เพราะไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ ต่างก็มี DNA เป็นของตัวเองในลักษณะของ DNA วงแหวน คล้ายกับที่พบในแบคทีเรีย โปรตีนบางส่วนภายในไมโตคอนเดรีย และคลอโรพลาสต์ถูกสร้างจากยีนของมันเอง แต่บางส่วนก็ถูกสร้างมาจากยีนในนิวเคลียสแล้วถูกนำเข้ามาดังรูปที่ 3 ที่น่าสนใจคือ องค์ประกอบต่างๆ ในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนของไมโตคอนเดรีย และคลอโรพลาสต์มีความคล้ายคลึงกับแบคทีเรีย มากกว่าที่จะเหมือนของเซลล์เอง รวมทั้งยาปฏิชีวนะบางชนิดที่ออกฤทธิ์เฉพาะกับแบคทีเรีย ก็สามารถออกฤทธิ์กับไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ได้ด้วย

รูปที่ 3 ความสัมพันธ์ระหว่างยีนในนิวเคลียสกับยีนในไมโตคอนเดรีย (กรอบสีเหลืองเป็นชื่อของสารปฏิชีวนะที่ยับยั้งขั้นตอนดังกล่าว)

    อันที่จริงลำดับเบสทั้งหมดในโครโมโซมไม่ได้ทำหน้าที่เป็นยีนไปซะทั้งหมด (งงมั้ย) เวลาพูดถึงลำดับเบสในโครโมโซม เรามักจะนึกถึงยีนเพียงอย่างเดียว ความหมายที่เป็นรูปธรรมของยีน คือ ลำดับเบสของ DNA (หรือบริเวณบนโครโมโซม) ส่วนที่จะถูกนำไปสร้างเป็น RNA ที่ทำหน้าที่ได้ (functional RNA molecule) อันได้แก่ rRNA, tRNA และ mRNA ที่จะถูกนำไปเป็นแม่พิมพ์เพื่อสร้างโปรตีนต่อไป บางทีเราเรียกลำดับเบสที่ทำหน้าที่เป็นยีนว่า coding sequence แต่ทว่า…ลำดับเบสในโครโมโซมของมนุษย์ประมาณ 5 % เท่านั้นที่ทำหน้าที่เป็นยีน! ยังมีที่เหลืออีก 95 % ที่ไม่ถูกนำมาสร้าง RNA หรือโปรตีนใดๆ (noncoding sequence) ลองนึกภาพตัวหนังสือ 1 หน้ากระดาษแต่อ่านเป็นประโยคได้แค่ 1-2 ประโยค ที่เหลือไม่สามารถอ่านเป็นคำได้ ลำดับเบส 95 % ที่เหลือนี้ประกอบด้วยที่ว่างระหว่างยีน (spacer sequence) และที่ว่างภายในยีนเองที่เรียกว่า "อินทรอน" (intron) ดังรูปที่ 4 ในแบคทีเรียนั้น ลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนจะเรียงตามลำดับเบสในยีนได้โดยตรง ดังรูปที่ 1 แต่ใน "ยูคาริโอต" (eukaryote or eucaryote) เช่น ยีสต์ หรือ มนุษย์นั้น ก่อนที่ mRNA ที่ถูกสร้างจากยีนจะถูกส่งออกจากนิวเคลียส มันจะถูกตัดเอาส่วนของอินทรอนทิ้งไป แล้วต่อลำดับเบสส่วนที่เหลืออยู่ที่เรียกว่า "เอกซอน" (exon) เข้าด้วยกัน กระบวนการนี้เรียกว่า RNA splicing ดังรูปที่ 5 คล้ายๆ กับการย่อความจดหมาย ตัดข้อความน้ำๆ ทิ้งไป เอาแต่เนื้อๆ ไว้

รูปที่ 4 โครงสร้างของลำดับเบสและยีนในโครโมโซม

ในส่วนของ noncoding sequence มีลำดับเบสบางส่วนทำหน้าที่ควบคุม "การแสดงออกของยีน" (gene expression - คือการ transcription นั่นเอง แต่สองคำนี้ใช้กันคนละจุดมุ่งหมาย) เช่น promoter, operator และ enhancer ซึ่งจะไม่พูดรายละเอียดในที่นี้ ลำดับเบสเหล่านี้บางทีเรียกรวมๆ ว่า regulatory sequences นอกจากนี้ ยังมีลำดับเบสบางส่วนทำหน้าที่สำคัญอื่นๆ อีก แต่ขอพูดถึงในที่นี้เพียงสั้นๆ เช่น noncoding sequence บางส่วนทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของการจำลองตัวเองของ DNA (origin of DNA replication), บางส่วนเป็น "เซนโทเมียร์" (centromere), บางส่วนอยู่ที่ปลายโครโมโซมเรียกว่า "เทโลเมียร์" (telomere) ซึ่งเชื่อกันว่ามีความสำคัญในการ ควบคุมจำนวนครั้งของการแบ่งตัวของเซลล์ (cell division) เนื่องจากพบว่า เซลล์ที่ผ่านการแบ่งตัวมาหลายครั้ง จะมีส่วนเทโลเมียร์สั้นกว่าเซลล์ที่ผ่านการแบ่งตัวมาน้อยครั้งกว่า เซลล์ที่ปลายเทโลเมียร์สั้นกุดจะไม่สามารถแบ่งตัวได้อีก แต่ที่น่าสนใจคือ เซลล์มะเร็งซึ่งแบ่งตัวได้ไม่รู้จบ จะสามารถต่อปลายเทโลเมียร์เพิ่มขึ้นได้เอง! ใน DNA ยังมี noncoding sequence อีกมากที่ยังไม่ทราบความสำคัญ

รูปที่ 5เปรียบเทียบกระบวนการ transcription ระหว่างโปรคาริโอต กับยูคาริโอต

       หลังจากที่โครงการถอดรหัสพันธุกรรมมนุษย์ และบริษัทเซเรล่า (Celera) ประกาศความสำเร็จในการหาลำดับเบสของจีโนมมนุษย์ได้เกือบสมบูรณ์เมื่อปี ค.ศ. 2000 แล้ว กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหายีนที่ซ่อนอยู่ในลำดับเบส 3.2 พันล้านคู่เบสด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ข้อมูลล่าสุดที่ลงตีพิมพ์ในวารสาร Nature (Nature 409, 15 Feb 2001) ทำให้เราสามารถร่างแผนที่ยีนของมนุษย์ได้อย่างคร่าวๆ (draft human genome) เราเคยคิดกันว่าสิ่งมีชีวิตที่สลับซับซ้อนอย่างมนุษย์ น่าจะมียีนประมาณ 100,000 ยีนเป็นอย่างน้อย แต่ในขณะนี้เราค้นพบยีนที่สร้างโปรตีน (protein-encoding genes) ประมาณ 22,000 ยีน และยีนที่สร้างเฉพาะ RNA (non-protein -coding RNA เช่น rRNA และ tRNA) อีกประมาณ 740 ยีน ลองเทียบกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่เราถอดรหัสจีโนมได้แล้วอย่างเช่น ยีสต์ Saccharomyces cerevisiae มี 6,000 ยีน, แมลงหวี่ Drosophila melanogaster มี 13,000 ยีน, หนอนตัวกลม Caenorhabditis elegans มี 18,000 ยีน และพืช Arabidopsis thaliana มี 26,000 ยีน มนุษย์เราคงต้องให้เกียรติเพื่อนร่วมโลกเหล่านี้ให้มากขึ้น อย่างไรก็ดี จำนวนยีนที่เราค้นพบในสิ่งมีชีวิตต่างๆ รวมทั้งมนุษย์เองยังไม่ถูกต้อง 100% ทั้งนี้เพราะ การค้นหายีนจากลำดับเบสในจีโนมด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ยังมีข้อจำกัดอยู่ เพราะว่ายีนของยูคาริโอตนั้นมีความซับซ้อนมาก โปรแกรมคอมพิวเตอร์ ถูกเขียนจากความรู้เกี่ยวกับยีนเท่าที่เรามีอยู่ในปัจจุบัน แต่ยังมีที่เราไม่รู้อีกมาก ดังนั้นร่างแผนที่ยีนมนุษย์ก็ยังคงรอการต่อเติมให้สมบูรณ์จากนักวิจัยทั่วโลกอยู่

ข้ามไปอ่านหน้า [1] [2] [3] [4]