<script language="JavaScript" src="http://www.vcharkarn.com/javafeed/article/286" type="text/javascript"></script>

จากยีนสู่โปรตีน - จากจีโนมสู่โปรตีโอม ความสำเร็จของโครงการถอดรหัสพันธุกรรมมนุษย์ (human genome project) เพิ่งจะประกาศให้โลกรับรู้ไปไม่นานนี้ แต่การรู้ลำดับเบสทั้งหมดของจีโนมมนุษย์ ยังไม่ใช่ยาวิเศษรักษาได้สารพัดโรค นี่เป็นเพียงความสำเร็จขั้นต้น เหมือนเพิ่งจะได้ตำราฟิสิกส์มาเล่มหนึ่ง ก็ต้อ ผู้เขียน: เกรียงศักดิ์ เลิศประภามงคล ชมแล้ว: 24,551 ครั้ง post ครั้งแรก: Sat 4 March 2006, 5:41 pm ปรับปรุงล่าสุด: Sat 4 March 2006, 5:41 pm อยู่ในส่วน: vservice, ชีววิทยา, ประวัติศาสตร์, ปัญหาเชาวน์, ฟิสิกส์

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

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

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 <<< หน้าก่อนนี้ (หน้า 1) หน้าถัดไป (หน้า 3) >>> *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 11 ธ.ค. 2549 (16:52) สวัสดีครับ พอดีผมกำลังจะเรียนป.โทด้านพันธุวิศวกรรม เกี่ยวกับการปรับปรุงพันธุ์ปลาสวยงาม เรื่อง DNA Marker มีข้อมูลเรื่องนี้มั้ยเอย ฮาหมาน ร่วมแบ่งปันความรู้และความเห็นแล้ว 1 ครั้ง - ได้รับดาวแล้ว 150 ดวง - โหวตเพิ่มดาว ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 19 ธ.ค. 2549 (12:39) เนื้อหาดีมากค่ะ แต่ว่ารูปภาพนั้นไม่สามารถเปิดได้ sirinton_l@sanook.com (IP:202.57.190.50) กรุณา login เพื่อ comment งานเขียนนี้ ???? สมัครสมาชิก ฟรี ตลอดชีพ vmaster (vmaster) ผู้ชมข้อมูลนี้แล้ว 48,802 ครั้ง เป็นสมาชิก: นานกว่า 7 ปี แบ่งปันความรู้ 38 ครั้ง ได้รับดาว 295 ดวง โหวตเพิ่มดาว Hot Links คลังข้อสอบ | ข่าววิชาการ เล่นกล/เกม | อ่านนิยาย ข่าวทุนการศึกษา | ลิงค์ ขอบคุณผู้สนับสนุน ป้อนคำที่ต้องการค้นหา ส่งฟอร์มการค้นหา   เว็บทั่วโลก วิชาการ.คอม วิชาการ.คอม คือ ใคร? || กฏ กติกา มารยาท || ติดต่อลงโฆษณา || ร่วมงานกับเรา ติดต่อลงโฆษณา :   คุณอันนา 086 4907600 และ 086 4907585 สำนักงาน :   02 2015735 อีเมล์ :    Copyright© 2000-2007, Vcharkarn.Com. All rights reserved. คลิ๊กเพื่อดูสถิติ รับรองและสนับสนุนโดย สสวท. มูลนิธิ พสวท. พสวท.