สารบัญ
หน้าที่ 7 - ประเด็นที่น่าสนใจทางฟิสิกส์เชิงชีววิทยา
จากที่ได้กล่าวมาในรายละเอียด จาก DNA สู่การสังเคราะห์โปรตีน และโครงสร้างของโปรตีนในระดับต่างๆ จะเห็นได้ว่ามีประเด็นที่น่าสนใจอยู่หลายประเด็น ประเด็นแรกคือ การที่ข้อมูลในสารพันธุกรรมถูกจัดเก็บ บนระบบเลขฐาน 4 (A G C และ T) แทนที่จะเป็นระบบเลขฐาน 2 (0 และ 1) ที่ใช้กันอยู่อย่างกว้างขวางในสังคมปัจจุบัน ระบบดังกล่าวดีกว่าหรือไม่อย่างไรเมื่อเทียบกับระบบที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน เมื่อขบคิดดูจะพบว่า ระบบเลขฐาน 4 มีประโยชน์มากในการดำเนินการเกี่ยวกับข้อมูลจำนวนมากๆ ซึ่งในอนาคตก็มีแนวโน้มที่จะเป็นเช่นนั้น และเป็นไปได้ว่าในอนาคตธนาคารใหญ่ๆ หรือสถาบันต่างๆ อาจจะเปลี่ยนมาใช้ข้อมูลบนระบบเลขฐาน 4 ดังที่ปรากฏอยู่ในสิ่งมีชีวิตก็เป็นได้ นี้เป็นความคิดหนึ่งของการสร้าง DNA computer เพื่อทดแทนคอมพิวเตอร์ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน สืบเนื่องมาจากข้อจำกัดซึ่งคาดว่าจะเกิดขึ้นในอนาคตของ silicon ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน กล่าวคือ เมื่อวงจรจำนวนมากถูกย่อและอัดอยู่บนแผ่น silicon เล็กๆ แผ่นหนึ่ง ในที่สุดจะถึงขีดจำกัดทางฟิสิกส์ดังที่กล่าวไว้ในกลศาสตร์ควอนตัม เนื่องจากวงจรจะลดขนาดลงถึงมิติของอะตอม ซึ่งในระดับดังกล่าวอิเล็คตรอนย่อมเป็นอิสระที่จะเดินผ่านช่องว่างแคบๆ ระหว่างวงจร ไม่วิ่งไปในทิศทางที่ควรจะเป็น และก่อให้เกิดการลัดวงจรในที่สุด อย่างไรก็ตามเป็นที่คาดกันว่า DNA computer คงจะยังไม่เข้ามาทดแทน silicon chip ในอนาคตอันใกล้ เนื่องจาก DNA computer มีขนาดเครื่องที่ค่อนข้างใหญ่เทอะทะ ประกอบด้วยหลอดบรรจุของเหลวอินทรีย์จำนวนมาก และไม่สะดวกเหมือนกับคอมพิวเตอร์ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน
ประเด็นที่สอง เป็นประเด็นทางคณิตศาสตร์ คือ เหตุใดจึงต้องมีการแปลงจากเบส 4 ตัว ไปเป็นกรดอะมิโน 20 ตัว อะไรเป็นข้อจำกัดให้ธรรมชาติเลือกใช้กรดอะมิโนเพียง 20 ชนิดในการสร้างโปรตีน และอะไรเป็นสาเหตุที่ธรรมชาติเลือกใช้เบส 3 ตัวในการกำหนดชนิดของกรดอะมิโน การทำงานของโปรตีนซึ่งต้องอาศัยโครงสร้าง ที่มีการจัดเรียงตัวของอะตอมพับไปมาเป็นลักษณะ 3 มิติ ก็เป็นปัญหาที่น่าสนใจ มีการเสนอทฤษฎีเกี่ยวกับ energy landscape ของโปรตีน โดยอาศัยหลักทางอุณหพลศาสตร์ (thermodynamics) โดยโปรตีนที่มีรูปทรงที่แตกต่างจากรูปทรง 3 มิติที่พบอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ (native form) จะมีระดับของพลังงานสูงกว่าโปรตีนที่คงรูปทรง 3 มิติตามที่พบในธรรมชาติ ซึ่งมีระดับพลังงานต่ำสุด ทฤษฎีนี้บอกเราว่าระดับพลังงานต่ำสุดของโปรตีนมีได้หลายแห่ง เนื่องจากในความเป็นจริงแขนงข้าง (side chain) ของโปรตีนมีการเคลื่อนไหวตลอดเวลา ดังนั้น โปรตีนจึงมี degeneracy ค่อนข้างสูงทีเดียว [4] ปัญหาเกี่ยวกับ folding ของโปรตีนเป็นปัญหาหลักปัญหาหนึ่งของฟิสิกส์เชิงชีววิทยาที่เป็นที่สนใจกันอย่างมากทีเดียว มีความพยายามที่จะหาวิธีทำนายโครงสร้าง 3 มิติของโปรตีนจากลำดับของกรดอะมิโนบนสาย polypeptide แต่ว่ายังคงไม่ได้ข้อสรุปที่ชัดเจน
ฟิสิกส์มักจะสมมุติเอาว่ากระบวนการทางกายภาพที่ขึ้นกับเวลา (time dependent) มักมีความสัมพันธ์แบบ sinusoidal หรือแบบ exponential อย่างไรก็ตาม ข้อสมมุติดังกล่าวไม่เป็นจริงเสมอไป ตัวอย่างเช่น โปรตีนซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีการเคลื่อนไหวของแขนงข้างตลอดเวลา ดังนั้น จึงไม่สามารถใช้ single particle model ซึ่งสมมุติว่าโปรตีนเป็นอนุภาคที่ไม่มีการเคลื่อนไหว (static) มาอธิบายได้ และยังพบอีกว่ากระบวนการจำนวนมากในโปรตีนไม่เป็นไปในลักษณะของ exponential เช่น จากการศึกษาการจับคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ของ myoglobin โดยการใช้ลำแสงเลเซอร์ห้วงสั้นๆ (laser flash) เพื่อทำลายพันธะที่ยึดระหว่างโมเลกุลของ CO กับโมเลกุลของ Fe ซึ่งเป็นองค์ประกอบของ heme group ซึ่งจุดนี้จะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่น เรียกว่า proteinquake คล้ายๆ กับคลื่นแผ่นดินไหว [4] จากนั้นศึกษาการเข้าจับตัวใหม่ของ CO กับ Fe (รูปที่ 16) โดยใช้แสงที่อยู่ในช่วงคลื่นที่มองเห็นได้หรือช่วงแสงอินฟราเรด พบว่า เส้นทางที่ CO เข้าจับกับ Fe ใหม่ไม่เป็นไปตาม exponential decay กล่าวคือ จากการใช้การอินทิเกรตตามวิถี (path integration) ในการศึกษา พบว่า surviving path มีลักษณะคล้ายๆ กันกับรูปที่ได้จากการสะท้อนกราฟของ exponential decay จาก quadrant ที่ 1 โดยอาศัย y = -x เป็นแกนสะท้อน ลงมายัง quadrant ที่ 3 ซึ่งจะต้องมีการศึกษาต่อไปว่าเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น
*หมายเหตุ
งานเขียนชิ้นนี้ ได้รับการคุ้มครองสิทธิตามพระราชบัญญัติคุ้มครองสิทธิทางปัญญา โดยลิขสิทธิเป็นของผู้เขียน ที่ให้เกียรตินำเผยแพร่ผ่าน วิชาการ.คอม เรามีความยินดีและอนุญาตให้ทำซ้ำหรือเผยแพร่ต่อเพื่อประโยชน์ทางการศึกษาเท่านั้น กรุณาให้เกียรติผู้เขียน โดยอ้างชื่อผู้เขียนและ วิชาการ.คอม (www.vcharkarn.com) ทุกครั้งที่ทำการเผยแพร่ต่อ ห้ามนำส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่ต่อในสื่อที่เอื้อประโยชน์ทางธุรกิจก่อนได้รับอนุญาต ขอขอบคุณที่ร่วมกันช่วยสร้างให้สังคมไทยเป็นสังคมแห่งปัญญา
จำนวน 2 ความเห็น, หน้า่ | -1-
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 9 ก.ย. 2550 (14:48) สุดยอดครับผม
