<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/1110" type="text/javascript"></script>

จากยีนสู่โปรตีน - จากจีโนมสู่โปรตีโอม (From gene to protein - from genome to proteome) ความสำเร็จของโครงการถอดรหัสพันธุกรรมมนุษย์ (human genome project) เพิ่งจะประกาศให้โลกรับรู้ไปไม่นานนี้ แต่การรู้ลำดับเบสทั้งหมดของจีโนมมนุษย์ ยังไม่ใช่ยาวิเศษรักษาได้สารพัดโรค นี่เป็นเพียงความสำเร็จขั้นต้น เหมือนเพิ่งจะได้ตำราฟิสิกส์มาเล่มหนึ่ง ก็ต้องให้ ผู้เขียน: เกรียงศักดิ์ เลิศประภามงคล ชมแล้ว: 57,833 ครั้ง post ครั้งแรก: Fri 12 January 2007, 10:19 am ปรับปรุงล่าสุด: Mon 4 February 2008, 10:09 am อยู่ในส่วน: ชีววิทยา, เทคโนโลยีชีวภาพ

ร่างกายของเรานั้นไม่สามารถนำโปรตีนจากอาหารมาใช้งานได้โดยตรง โปรตีนจากอาหารจะถูกย่อย เป็นกรดอะมิโนเพื่อนำมาสร้างเป็นโปรตีนใหม่หรือนำไปสร้างพลังงาน โปรตีนแทบทุกชนิดในร่างกาย จึงถูกสร้างขึ้นใหม่ขึ้นมาภายในร่างกายเราเอง มีชีวโมเลกุล (biomolecule) เพียง 2 พวกเท่านั้นที่โครงสร้างของมันจะถูกกำหนดโดยตรง จากลำดับเบสในยีนของเราเอง คือ โปรตีน และ RNA ซึ่งแตกต่างจากชีวโมเลกุลพวกอื่น เช่น คาร์โบไฮเดรต, ไขมัน, วิตามิน ที่โครงสร้างของพวกนี้ไม่ถูกกำหนดโดยตรงจากลำดับเบสในยีน



ในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนนั้น กรดอะมิโนจะถูกนำมาเชื่อมต่อกันเป็นสาย เรียกว่า "โพลีเปปไทด์" (polypeptide) ก่อน จากนั้นสายโพลีเปปไทด์นี้จะถูกดัดแปลงแต่งเติมหรือเอาไปประกอบเข้าด้วยกัน จนกลายเป็นโปรตีนที่พร้อมจะทำหน้าที่ได้ (functional protein) จึงมีการแบ่งลำดับชั้นของโครงสร้างของโปรตีนเป็น 4 ระดับ เหมือนการดูแผนที่ไล่จากระดับจังหวัด - ภาค - ประเทศ - ทวีป



1. โครงสร้างปฐมภูมิ (primary structure) : หมายถึงลำดับของกรดอะมิโนในสายโพลีเปปไทด์



2. โครงสร้างทุติยภูมิ (secondary structure) : หมายถึงโครงสร้าง 3 มิติของสายโพลีเปปไทด์นั้นในบริเวณที่สนใจ ซึ่งเป็นเพียงบางส่วนของสาย polypeptide ไม่ใช่ทั้งสาย (กรดอะมิโนในสายโพลีเปปไทด์จะมีการสร้างพันธะต่อกัน ทำให้สาย โพลีเปปไทด์มีการขดไปมาเป็นรูปร่างต่างๆ)



3. โครงสร้างตติยภูมิ (tertiary structure) : หมายถึงภาพรวมของโครงสร้าง 3 มิติ ของโพลีเปปไทด์นั้นทั้งสาย



4. โครงสร้างจตุรภูมิ (quaternary structure) : หมายถึงภาพรวมของโครงสร้าง 3 มิติ ของโปรตีน เพราะโปรตีนบางชนิดประกอบด้วยสายโพลีเปปไทด์มากกว่า 1 สายขึ้นไป เช่น ฮีโมโกลบินของคนประกอบด้วยสายโพลีเปปไทด์ 4 สาย เราเรียกสายโพลีเปปไทด์นี้แต่ละสาย ว่าเป็น "หน่วยย่อย" (subunit)



ในสิ่งมีชีวิตพวก "ยูคาริโอต" (eukaryote or eucaryote) สายโพลีเปปไทด์ 1 สาย จะถูกสร้างมาจากยีน 1 ยีน ดังนั้นโปรตีนที่มีหลายหน่วยย่อยอาจจะถูกสร้างจากยีนมากกว่า 1 ยีนก็ได้ เช่น ฮีโมโกลบินของคน (ผู้ใหญ่) มี 4 หน่วยย่อยประกอบด้วยสายอัลฟา a 2 สาย และสายเบต้า b 2 สาย มาประกอบกันเป็นฮีโมโกลบิน 1 โมเลกุล ดังรูปที่ 3 ซึ่ง โพลีเปปไทด์ a และ b ถูกสร้างจากยีนบนโครโมโซมคนละคู่กัน โดยยีน a อยู่บนโครโมโซมคู่ที่ 16 ส่วนยีน b อยู่บนโครโมโซมคู่ที่ 11







รูปที่ 6โครงสร้างฮีโมโกลบินของมนุษย์



จากจีโนมสู่โปรตีนโอม



ตอนนี้คงพอจะมองเห็นภาพชัดๆ ของจีโนมกันแล้ว ความสัมพันธ์ระหว่างยีนกับโปรตีนก็เข้าใจแล้ว ทีนี้มารู้จักกับ "โปรตีโอม" (proteome) กัน คำๆ นี้สร้างขึ้นมาเลียนแบบคำว่าจีโนมเพราะความหมายสอดคล้องกัน โปรตีโอม คือ โปรตีนทั้งหมดที่ถูกสร้างขึ้นมาภายในเซลล์ 1 เซลล์ การศึกษาโปรตีโอม เป็นภาคต่อของ Human Genome Project เพราะการรู้ลำดับเบสเพียงอย่างเดียวไม่ช่วยให้เรารู้อะไรได้มาก ต้องรู้ด้วยว่าผลผลิตของยีน คือโปรตีนนั้น ทำหน้าที่อะไร?



ลองนึกภาพดู เซลล์สมอง กับเซลล์ตับของคนๆ เดียวกันจะมีลำดับเบสในโครโมโซมเหมือนกันทุกประการ แต่ชนิด และจำนวนของโปรตีนที่พบในเซลล์ทั้งสองนี้แตกต่างกัน ถึงทำให้เซลล์ทั้งสองนี้กลายเป็นเซลล์ต่างชนิดกัน ทำหน้าที่ต่างกัน ความแตกต่างของโปรตีนที่เกิดขึ้นนี้มาจากการที่ยีนในเซลล์ทั้งสองแสดงออกไม่เหมือนกัน เช่น ยีน A และ B แสดงออกในเซลล์สมอง แต่ไม่แสดงออกในเซลล์ตับ ทำให้พบโปรตีน A, B ในสมองเท่านั้น ในขณะที่ ยีน C และ D มีการแสดงออกทั้งในเซลล์สมอง และเซลล์ตับ จึงพบโปรตีน C, D ในเซลล์ทั้งสองชนิด เซลล์ทั้งสองนี้มีจีโนมเหมือนกัน แต่มีโปรตีโอมต่างกัน - Same genes but different expressed functional proteins.



เซลล์ชนิดเดียวกันที่อยู่ในสภาวะต่างกัน ก็อาจจะมีชนิดและปริมาณโปรตีนไม่เหมือนกันก็ได้ เช่น เมื่อเซลล์สมองถูกกระตุ้นด้วยสารเคมีบางชนิด เซลล์สมองก็จะมีการตอบสนองโดยการสร้างโปรตีน A เพิ่มขึ้น ลดการสร้างโปรตีน B ลง หรือสร้างโปรตีน Z ที่ปกติไม่ได้สร้างขึ้นมา การศึกษาโปรตีโอมจึงมีงานมากกว่าการศึกษาจีโนม



การศึกษาโปรตีโอมเป็นเรื่องยุ่งยาก แต่คงไม่เกินความสามารถของมนุษย์อย่างเราๆ ท่านๆ งานนี้เริ่มจากต้องแยกโปรตีนทั้งหมดของเซลล์ โดยใช้เทคนิค two-dimensional polyacrylamide-gel electrophoresis เรียกสั้นๆ ว่า 2D PAGE หรือ 2D gel ซึ่งจะสามารถแยกโปรตีนทั้งหมดของเซลล์ได้ภายในคราวเดียวกัน ดังรูปที่ 7 จุดดำที่เห็นแต่ละจุดคือโปรตีนแต่ละชนิด ซึ่งทุกจุดจะถูกนำไปวิเคราะห์หาลำดับกรดอะมิโนว่าเป็นโปรตีนชนิดใด รู้จักหน้าที่ของมันแล้วหรือยัง ถ้าเป็นโปรตีนชนิดใหม่ก็ต้องมีการศึกษาหน้าที่ และกลไกการทำงานของมันต่อไปอีก ร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยเซลล์ชนิดต่างๆ มากกว่า 200 ชนิด ในเซลล์แต่ละชนิดก็มีโปรตีนมากกว่า 1,000 ชนิด เป็นไงครับ มองเห็นขนาดของงานหรือยัง?







รูปที่ 7 2-D gel แสดงโปรตีนทั้งหมดในเซลล์ของแบคทีเรีย E. coli

ความรู้ทางชีววิทยากำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็วด้วยความช่วยเหลือจากเทคโนโลยีใหม่ด้านต่างๆ ที่ถูกนำมาใช้ในการวิจัยค้นคว้าทางชีววิทยา เช่น เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ หรือ เทคโนโลยีสารสนเทศ ในขณะเดียวกัน การพัฒนาอย่างรวดเร็วของชีววิทยาก็สร้างความตื่นตระหนกกับสังคม "แกะดอลลี่" และ "โครงการถอดรหัสพันธุกรรมมนุษย์" ดึงให้สังคมโลกหันมาจับตามองการใช้ประโยชน์จากความรู้ด้านนี้ เหมือนเมื่อครั้งที่โลกเห็นอานุภาพของระเบิดนิวเคลียร์จากฮิโรชิมา ผมขอตั้งข้อสังเกตว่า ความรู้ทางเทคโนโลยีชีวภาพกำลังกลายเป็นแพะรับบาป เพราะหลายคนกล่าวหาเทคโนโลยีชีวภาพว่าเป็นหายนะภัยใหม่ ผมว่ามันขึ้นอยู่กับคนนำมาใช้มากกว่า สังคมโลกควรจะเข้มงวดกับจริยธรรมของผู้ที่นำเทคโนโลยีชีวภาพมาใช้หากำไร การจดสิทธิบัตรผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติหรือสิ่งมีชีวิต หรือแม้แต่การจดสิทธิบัตรยีน! เป็นเครื่องมือของประเทศที่ได้ชื่อว่าเจริญแล้วที่ใช้เอาเปรียบประเทศที่ด้อยกว่าที่มีทรัพยากรธรรมชาติที่มีค่ายิ่ง โดยเฉพาะความหลากหลายทางชีวภาพ (biodiversity) นี่เป็นการมองธรรมชาติในแง่ของทรัพยากรวัตถุดิบเพื่อธุรกิจมากเกินไป เทคโนโลยีชีวภาพเองถูกนำมาใช้ประโยชน์ที่ดีๆ ก็มีมากมายเช่น การใช้แบคทีเรียเพื่อผลิตฮอร์โมนอินซูลินของมนุษย์ แทนที่จะต้องสกัดมาจากตับหมู สังคมโลกควรจะตีกรอบการนำมาใช้มากกว่าที่จะมาต่อต้านการพัฒนาความรู้ ผมเชื่อว่าใครๆ ก็รู้ดีว่า ของทุกอย่างในโลกย่อมมีทั้งประโยชน์และโทษ "มีด" จะถูกใช้เพื่อประกอบอาหาร หรือ เพื่อประหัตประหาร มันก็อยู่ที่มือคนถือนั่นเอง.



หนังสือประกอบการเขียน


1. Alberts B. et al. (1994) Molecular Biology of The Cell. 3rd edition.

2. Alcamo I.E. (1996) DNA Technology : The Awesome Skill.

3. Cooper G.M. (1997) The Cell : A Molecular Approach.

4. Lehninger A.L. et al. (1993) Principles of Biochemistry. 2nd edition.

5. Voet D. and Voet J.G. (1995) Biochemistry. 2nd edition.




หนังสืออ่านเพิ่มเติม



1. มนตรี จุฬาวัฒนทล และคณะฯ (2542) "ชีวเคมี" ภาควิชาชีวเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

2. Nature 405, 15 June 2000 (Insight : Functional genomics)

3. Nature 409, 15 February 2001 (Human genome issue)

4. http://www.nature.com และ http://www.sciam.com

5. วารสาร Update ฉบับที่ 156 เดือนสิงหาคม 2543

---

บทความอื่น

บทความแนะนำ

Blog แนะนำ

Hot Links

คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ
เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย
ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์

ขอบคุณผู้สนับสนุน