pdf_20211220_130813_0000_clone

DNAการค้นพบ

โครงสร้างของ

นางสาวสรลักษณ์ เสรีรัตน์วิภาชัย
ม.4.2 เลขที่ 35

DNAการค้นพบโครงสร้างของ

หลังจากที่แอเวอรีและคณะได้พบแล้วว่า DNA คือสารพันธุกรรม ขั้นตอน
ต่อไปก็คือ การค้นหาสูตรโครงสร้างทางเคมีของ DNA และประสบผลความ
สำเร็จในปี พ.ศ.2496 จากการทดลองของ เจมส์ วัตสัน (James Watson)
และฟรานซิส คริก (Francis Crick) ทั้งสองคนได้สร้างแบบจำลองโครงสร้าง
ของ DNA โดยใช้ความรู้ที่ได้จากงานวิจัยหลายๆ ทางด้วยกัน จนทำให้ได้รับ
รางวัลโนเบลในปี 1962 (พ.ศ.2505) และเป็นจุดเริ่มต้นของยุคเทคโนโลยี
ทางดีเอ็นเอ DNA มีชื่อแบบเต็มว่า Deoxyribonucleic acid

องค์ประกอบทางเคมีของ DNA หมู่ฟอสเฟต ไนโตรจีนัสเบส
น้ำตาลดีออกซีไรโบส
ประมาณต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 เอ.โคสเซล (A.Kossel)
แห่งเมืองไฮเดลเบิร์ก ประเทศเยอรมัน กับ เอ.ที เลวีน (A.T.
Levene) แห่งสถาบันรอคกีเฟลเลอร์ ได้ศึกษาองค์ประกอบทาง
เคมีของกรดนิวคลีอิก พบว่า กรดนิวคลีอิกชนิดหนึ่ง ที่เรียกว่า
นิวคลีโอไทด์ ประกอบด้วยส่วยย่อย 3 ส่วน ได้แก่ น้ำตาลดี
ออกซีไรโบส ไนโตรจีนัสเบส และหมู่ฟอสเฟต ซึ่งมีน้ำตาลดี
ออกซีไรโบสเป็นแกนหลัก มีไนโตรจีนัสเบสต่อที่คาร์บอน
ตำแหน่งที่ 1 และหมู่ฟอสเฟตต่ออยู่ที่ตำแหน่งที่ 5 ไนโตรจีนัส
เบสมีโครงสร่างทางเคมีแตกต่างกัน จึงแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ

•พิวรีน (purine) มีโครงสร้างวงแหวน 2 วงต่อกัน
พิวรีน มี 2 ชนิด คือ อะดีนีน (A) และ กวานีน (G)
•ไพริมิดีน (pyrimidine) มีโครงสร้างวงแหวน 1 วง
ไพริมิดีน มี 2 ชนิด คือ ไทมีน (T) และไซโทซีน (C)

นิวคลีโอไทด์แต่ละหน่วยย่อย เชื่อมต่อกันโดยมีการสร้าง
ความสัมพันธ์ระหว่างหมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์หนึ่งกับ
น้ำตาลของนิวคลีโอไทด์อีกหนึ่งที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 3' เกิด
เป็น พอลินิวคลีโอไทด์ (polynucleotide) ซึ่งมีปลายด้านหนึ่ง
เป็นคาร์บอนตำแหน่งที่ 5' และอีกปลายหนึ่งเป็นคาร์บอน
ตำแหน่งที่ 3'

ในปี พ.ศ.2492 นักชีวเคมี ชื่อว่า เออร์วิน ชาร์กาฟฟ์ จากนั้นจึงได้เขียนบทความวิจัยไว้สามบทความ
(Erwin Chargaff) ชาวอเมริกัน เชื้อสายออสเตรีย - ฮังการี ซึ่งสองบทความที่ส่งไปยังที่ประชุมอักตาคริสตัลโลกรา
เป็นศาสตราจารย์ด้านชีวเคมีที่โรงเรียนแพทย์มหาวิทยาลัย ฟิกา ภาพถ่ายโครงสร้างดีเอ็นเอในขณะนั้น ถูกขนาน
โคลัมเบีย จบการศึกษาที่ Maximiliansgymnasium เวียนนา นามว่า photo 51 ครั้งนั้นเอง โรซาลินด์ทำงานเสร็จ
ในช่วงเวลาที่เขาเคยอยู่ที่โคลัมเบีย ออสวอลด์ แอเวอรีได้ระบุ ก่อนฟรานซิส คริก และเจมส์ วัตสัน แห่งมหาวิทยาลัย
โมเลกุลเป็นพื้นฐานของการถ่ายทอดทางพันธุกรรมชาร์กาฟฟ์ เคมบริดจ์ จึงเป็นจุดเริ่มต้นที่ทำให้คู่แข่งได้ข้อมูลเหล่านี้
มีความคิดว่าที่แอเวอรีสรุปมามีความผิดปกติ และสรุปว่า ไป เพื่อไปศึกษาเพิ่มเติมข้อมูลต่อจากการทดลองของ
ความแตกต่างทางพันธุกรรมของดีเอ็นเอจะต้องสะท้อนให้เห็น ตนเอง จนสำร็จในปีพ.ศ.2596
ในความแตกต่างทางเคมีของสารเหล่านี้ เขาจึงพิสูจน์ได้
วิเคราะห์ปริมาณของนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิดใน DNA ทำให้
ทราบว่าใน DNA ของสิ่งมีชีวิตต่างๆ จะมีปริมาณเบส A=T
และ C=G เสมอ และมีอัตราส่วนระหว่าง A:T และ C:G = 1
ซึ่งเรียกว่า กฎของชาร์กาฟฟ์ (Chargaff's Rules)

โครงสร้างของ DNA

ในปี พ.ศ.2495 มอริส วิลคินส์ (Maurice Wilkins) และ
โรซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin) ทั้งสองคนได้ทำงาน
ร่วมกัน ภายใต้การนำของจอห์น แรนดอล (John Randall) แต่
สุดท้ายเขาจึงก็สั่งให้ทั้งสองคนแยกงานกันทำ โรซาลินด์ได้ใช้
เทคนิคเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน (X-ray diffraction) และได้
ภาพถ่ายที่ชัดเจนมาก แสดงการหักเหของรังสีเอ็กซ์ที่ฉายผ่าน
โมเลกุลของ DNA ทำให้นักฟิสิกส์สามารถแปรผลได้ว่า โครงสร้าง
ของ DNA มีลักษณะเป็นเกลียว (helix) และประกอบด้วยสาย
พอลินิวคลีโอไทด์ เกินกว่า 1 สายขึ้นไป และเกลียวแต่ละรอบจะ
มีระยะทางเท่าๆกันด้วย

pภhาoยtถo่าย51

ในปี พ.ศ.2596 เจมส์ วัตสัน (James Watson) และ ด้วยความเป็นอัจฉริยะของวัตสันและคริก เขาทั้ง
ฟรานซิส คริก (Francis Crick) ได้เสนอแบบจำลอง สองจึงสมควรที่จะได้รับการสรรเสริญโดยได้รับรางวัลโน
โครงสร้างโมเลกุลของ DNA โดยพันธะทางเคมีที่จะเชื่อมสาย เบลในปี 2505 แทนที่จะถูกกล่าวหาว่าได้รางวัลโดย
พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายให้ติดกัน เชื่อมด้วยพันธะไฮโดรเจน ข้อมูลจากผู้อื่น ๆ ซึ่งรางวัลนี้เป็นรางวัลร่วมระหว่าง 3
(hydrogen bond) โดยต้องเป็นอัตราส่วนของเบสชนิด A=T คน คือ เจมส์ วัตสัน ฟรานซิส คริก และ มอรีส วิ
และ C=G เสมอ เรียกว่า เบสคู่สม (complementary base ลคินส์ ส่วนโรซาลินด์ แฟรงคลินนั้น โชคไม่เข้าข้าง เธอ
pair)และจากการศึกษาโครงสร้างของเบสทั้ง 4 ชนิด ก็พบว่า ไม่สามารถได้รับรางวัล เพราะเธอเสียชีวิตด้วยโรคมะเร็ง
ระหว่าง C กับ G สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนได้ 3 แห่ง ไปก่อนหน้านี้ แต่โลกนี้ไม่ได้ลืมเธอ และได้เคารพเธอทุก
และระหว่าง A กับ T เกิดได้ 2 แห่ง เรียกว่า เมื่อเป้นเช่นนี้ก็ ครั้งเมื่อมีการกล่าวถึงงานโครงสร้าง DNA
ตรงกับกฎของชาร์กาฟฟ์

จากนั้นวัตสันและคริกจึงลงมือออกแบบจำลองโครงสร้าง
ของ DNA ตามแนวความคิดนี้ คือ ให้สายพอลินิวคลีโอไทด์ 2
สาย เรียงสลับทิศกัน โดยทำให้ปลายข้าง 3' ของสายหนึ่งคู่กับ
5' ของอีกสายหนึ่ง ให้A ตรงกับ T และให้ C ตรงกับ G เสมอ
โดยให้ตรงกันพอดีที่จะสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างกัน ดังนี้ก็พบ
ว่า พอลินิวคลีโอไทด์สายคู่นี้จะบิดเป็นเกลียววนขวา (หรือหมุน
ตามเข็มนาฬิกา) ไปโดยอัตโนมัติ ทำให้มีรูปร่างคล้ายบันได้เวียน
โดยที่มีน้ำตาลดีออกซีไรโบสกับหมู่ฟอสเฟตเป็นราวบันได และ
บันไดแต่ละขั้นคือเบส 1 คู่ และในการเลื่อนแต่ละรอบจะมีคู่เบส
จำนวนเท่ากัน เกลียวแต่ละรอบจึงมีระยะทางเท่ากัน ตรงข้ามกับ
ภาพการหักเหรังสีเอ็กซ์ทำนายไว้ โครงสร้างของ DNA มีลักษณะ
เป็นเกลียวคู่ (double helix)

โคDรNงสAร้าง

ประวัติการศึกษาของนักวิจัย

มอริส วิลคินส์ (Maurice Wilkins) โรซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin)

เกิดเมื่อ 15 ธันวาคม พ.ศ. 2459 ในเมืองพอนการัว เกิดเมื่อ 25 กรกฎาคม พ.ศ. 2463 กรุงลอนดอน เป็นนักเคมี

ประเทศนิวซีแลนด์ ศึกษาในประเทศอังกฤษจนสำเร็จระดับ และผลึกวิทยาชาวอังกฤษ จบการศึกษาจากมหาวิทยาลัยเคม

ปริญญาตรีในสาขาฟิสิกส์ จากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ในปี บริดจ์ ศึกษาในหลักสูตรศิลปศาสตร์สาขาวิชาเคมี เธอได้รับ

1938 ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 วิลคินส์ทำงานในโครงการ ปริญญาตรีเกียรตินิยมอันดับสอง และเธอวิจัยเกี่ยวกับการ

แมนฮัตตัน ต่อมาก็ได้ย้ายไปสังกัดกับมหาวิทยาลัยคิงส์ เปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เกิดจากการก่อตัวของกราไฟท์ แล้วหลัง

คอลเลจในลอนดอน และวิลคินส์ก็ทำงานอยู่ที่นั่นเพื่อศึกษา จากนั้นเธอก็เข้ามาทำงานที่มหาวิทยาลัยคิงส์ คอลเลจ

โครงสร้างของ DNA โดยใช้เทคนิคเอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน

(X-ray diffraction)

เจมส์ วัตสัน (James Watson) ฟรานซิส คริก (Francis Crick)
เกิดเมื่อ 6 เมษายน พ.ศ. 2471 เมืองชิคาโก รัฐอิลลินอยส์ เกิอเมื่อ 8 มิถุนายน 2459 เมืองนอร์แทมตัน นักอณูชีววิทยา
เป็นนักอณูชีววิทยาชาวอเมริกัน จบการศึกษาจาก ชาวอังกฤษ นักฟิสิกส์และนักประสาทวิทยาศาสตร์ จบปริญญา
มหาวิทยาลัยชิคาโก ได้รับปริญญาตรีด้านสัตววิทยา และได้ ตรีวิทยาศาสตร์บัณฑิตสาขาเคมี ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองคริก
วิจัยด้านไวรัส (ไวรัสทำลายแบคทีเรีย) ในห้องปฏิบัติการ หยุดการศึกษาเพื่อทำงานเป็นนักฟิสิกส์ในการพัฒนาทุ่นระเบิดแม่
ทดลองของซาลวาดอร์ ลูเรีย (ผู้ได้รับรางวัลโนเบลในปี เหล็กเพื่อใช้ในสงครามทางเรือแต่หลังจากนั้นเขาก็หันไปหา
พ.ศ.2512 สาขาการแพทย์) ที่มหาวิทยาลัยอินเดียนา ชีววิทยาที่ห้องปฏิบัติการวิจัย Strangeways มหาวิทยาลัยเคม
บริดจ์