บทที่4 โครโมโซมและสารพันธุกรรม (การจำลองดีเอ็นเอ)

ชวี วทิ ยา (ว31242) ช้นั มัธยมศึกษาปที ่ี 4

หน่วยการเรียนรทู้ ่ี 4 : โครโมโซมและสารพนั ธุกรรม

Overview บทท่ี 4

1.1 โครโมโซม 1.3 สมบัติของสารพันธกุ รรม
1.2 สารพันธุกรรม 1.4 มิวเทชัน

หน่วยการเรียนรทู้ ี่ 4 : ดีเอน็ เอ

องคป์ ระกอบทางเคมีของ DNA monomer

นวิ คลโี อไทด์
nucleotide

DNA เปน็ กรดนิวคลีอกิ ชนดิ หนึ่งซงึ่ เป็น พอลิเมอร์ สายยาวประกอบด้วย
หนว่ ยย่อยหรือมอโนเมอร์ เรียกวา่ นวิ คลโี อไทด์

หน่วยการเรียนร้ทู ี่ 4 : ดีเอน็ เอ

สารประเภทกรดนวิ คลีอิกประกอบดว้ ยยอ่ ยที่เรยี กว่า นวิ คลโี อไทด์ (nucleotide) มาเชื่อมตอ่ กันเปน็ สาย มีโครงสรา้ งพื้นฐาน
ประกอบดว้ ย 3 สว่ น

หม่ฟู อสเฟต (phosphate group) เบสพวิ รนี
ประกอบดว้ ย ฟอสฟอรัสและออกซเิ จน อะดีนีน เบสไพรมิ ิดีน
มีสูตรโมเลกลุ PO43-

3

กวานนี

ไซโทซีน ไทมีน

นวิ คลโี อไทด์ 1 2
น้าตาลดอี อกซไี รโบส (deoxyribose sugar)
ไนโตรจีนสั เบส (nitrogenous base) แบง่ ออกเปน็ 2 กล่มุ
เป็นน้าตาลคารบ์ อน 5 อะตอม มสี ูตรโมเลกุล - เบสพิวรีน (purinebase) มวี งแหวน 2 วง ประกอบด้วย

C5H10O4 โดยคาร์บอนตา้ แหน่งท่ี 2 จะไม่มหี มู่ กวานนี (guanine; G) และอะดีนีน (adenine, A)
ไฮดรอกซลิ (OH-group) - เบสไพริมดิ ีน (pyrimidine base) มวี งแหวน 1 วง

ประกอบด้วยไซโทซีน (cytosine; c) และไทมีน (thymine; T)

หน่วยการเรยี นรู้ท่ี 4 : ดเี อ็นเอ

ไนโตรจีนสั เบสใน DNA แบง่ นิวคลีโอไทดไ์ ดแ้ บ่งออกเป็น 2 กลุ่ม คอื
1. พวิ รีน มโี ครงสร้างเปน็ วงต่อกัน 2 วง พิวรนี มี 2 ชนดิ คือ อะดนี นี (A) กวานีน (G)
2. ไพรมิ ดิ ีน มโี ครงสร้างเปน็ 1 วง ไพรมิ ดิ นี 2 ชนดิ คอื ไซโทซนี (C) และไทมนี (T)

หนว่ ยการเรยี นรทู้ ี่ 4 : ดีเอน็ เอ

พิวรีน มโี ครงสรา้ งเปน็ วงต่อกัน 2 วง ไพริมิดนี มีโครงสรา้ งเป็น 1 วง
พวิ รนี มี 2 ชนดิ คอื ไพรมิ ิดีน 2 ชนดิ คือ

อะดีนีน (A) กวานีน (G) ไซโทซนี (C) และไทมนี (T)

หนว่ ยการเรียนร้ทู ่ี 4 : ดเี อน็ เอ

นิวคลีโอไทดเ์ ชือ่ มต่อกนั ด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ระหวา่ งหมู่ฟอสเฟตอย่คู ารบ์ อนตา้ แหนง่ ท่ี 5
ของนา้ ตาลในนวิ คลีโอไทดก์ ับหมู่ไฮดรอกซิลต่ออยกู่ ับคาร์บอนต้าแหน่งท่ี 3

หนว่ ยการเรียนร้ทู ่ี 4 : ดเี อ็นเอ

จากรปู จะเห็นไดว้ า่ ปลายดา้ นหนงึ่ ของสายพอลนิ ิวคลีโอไทด์ทม่ี ีหมู่
ฟอสเฟตอสิ ระต่อกันคารบ์ อนต้าแหนง่ ท่ี 5 ของน้าตาลดีออกซไี รโบส
เรยี กปลายด้านน้ีวา่ ปลาย 5’

อกี ปลายหนึง่ ซ่ึงมหี มูไ่ ฮดรอกซลิ ตอ่ กบั คารบ์ อน
ตา้ แหนง่ ที่ 3 ของนา้ ตาลดีออกซีไรโบส เรยี กปลายนวี้ า่ ปลาย 3’

หนว่ ยการเรยี นรทู้ ี่ 4 : ดีเอน็ เอ

วิเคราะหป์ ริมาณเบสท่ีเปน็ องค์ประกอบทางเคมีของโมเลกลุ DNA ในส่งิ มีชวี ติ สปสี ต์ ่างๆ พ.ศ.2492
พบว่า ส่งิ มชี ีวิตมีอตั ราส่วน A : T และ G : C ใกล้เคยี ง 1 เออรว์ นิ ชาร์กราฟฟ์
(Erwin Chargaff)

หนว่ ยการเรียนร้ทู ่ี 4 : ดีเอน็ เอ

ปรมิ าณเบส 4 ชนิด ใน DNA ของ
สิ่งมชี วี ติ สปชี ีส์ตา่ ง ๆ สมั พนั ธก์ นั อย่างไร

เบส A มปี ริมาณใก่ลเ้ คียงกบั เบส T และ
เบส G มปี รมิ าณใก่ลเ้ คยี งกบั เบส C

นนั่ คอื A : T มีค่าใกลเ้ คยี ง 1 : 1
G : C มคี า่ ใกล้เคยี ง 1 : 1

หนว่ ยการเรียนร้ทู ี่ 4 : ดีเอ็นเอ

อัตราสว่ นของ A + T และ G + C
ในโมเลกุลของ DNA ของสิง่ มีชวี ติ
แตล่ ะสปีชสี ์มคี ่าใกลเ้ คยี งกนั หรอื ไม่

อตั ราสว่ นของ A + T และ G + C
ในสง่ิ มชี ีวิตแต่ละสปีชสี ์มีคา่ ไม่ใกลเ้ คียงกนั

หนว่ ยการเรียนร้ทู ี่ 4 : ดเี อ็นเอ

อัตราส่วนของ A + G และ T + C
ในโมเลกลุ ของ DNA ของสิ่งมีชีวิต
แต่ละสปีชีส์มคี ่าใกลเ้ คยี งกนั หรือไม่

อตั ราสว่ นของ A + T และ G + C
ในสง่ิ มีชีวติ แต่ละสปีชีส์มคี า่ ใกลเ้ คียงกนั

หน่วยการเรียนรู้ท่ี 4 : ดีเอ็นเอ

สง่ิ มีชวี ติ จะมีอตั ราส่วนระหวา่ ง
A : T และ G : C ใกล้เคยี งกบั 1

ขอ้ มลู ทไี่ ด้จากการทดลองของชาร์กราฟฟ์แสดงให้เห็นว่า ในส่ิงมีชวี ิตแต่ละสปีชีสจ์ ะมปี รมิ าณของเบส 4 ชนิดแตกตา่ งกนั
แตม่ ีปรมิ าณของ A ใกลเ้ คยี งกับ T และปริมาณของ G ใกลเ้ คียงกบั C เสมอ

DNA จะตอ้ งมีการจดั เรียงตัวของนิวคลีโอไทด์ 4 ชนดิ ท่ที า้ ให้จ้านวนของ A เท่ากบั T และ G เทา่ กบั C

หน่วยการเรียนรู้ท่ี 4 : ดีเอ็นเอ

โครงสร้างของ DNA พ.ศ.2494-2495
Maurice Wilkins

• ศึกษาโครงสรา้ งของ DNA ในสิง่ มชี ีวติ สปีชีส์ต่าง ๆ
• เทคนิคเอกซเ์ รยอ์ ฟิ เฟรกชัน (X-ray diffaction)

- ฉายรังสเี อกซผ์ ่านเสน้ ใย DNA
- เกิดภาพบนแผ่นฟลิ ม์

หนว่ ยการเรยี นรู้ท่ี 4 : ดีเอ็นเอ

พ.ศ.2495
Rosalind Franklin
Raymond Godling

• เพอื่ หาข้อสรุปทีถ่ ูกต้องเกี่ยวกบั โครงสร้างของ
DNA โดยใช้เทคนิคเอกซ์เรยด์ ิฟแฟรกชัน

• ฉายรังสเี อกซผ์ า่ นเส้นใย DNA
• พบว่าจะเกิดการหักเหของรังสีเอกซท์ า้ ใหเ้ กดิ ภาพ

บนแผ่นฟลิ ม์ เมื่อน้ามาแปลข้อมลู ทา้ ใหท้ ราบวา่

1. DNA ประกอบด้วยพอลนิ ิวคลโี อไทด์มากกวา่ 1 สาย
2. พอลินวิ คลโี อไทดม์ ีลกั ษณะเป็นเกลยี ว
3. เกลยี วของพอลนิ วิ คลโี อไทดแ์ ตล่ ะรอบมีระยะหา่ งเทา่ กนั

หนว่ ยการเรยี นรูท้ ี่ 4 : ดเี อ็นเอ

• เสนอแบบจา้ ลองโครงสรา้ งโมเลกลุ ของ DNA โดยใช้ พ.ศ.2496
- ข้อมูลปริมาณเบสทเ่ี ป็นองค์ประกอบทางเคมขี องโมเลกุล DNA James Watson
- ภาพจากเทคนคิ เอกซเ์ รยด์ ฟิ แฟรกชนั ของเส้นใย DNA Francis Crick

• DNA ประกอบด้วยพอลนิ วิ คลโี อไทด์ 2 สายตดิ กันด้วย

พนั ธะไฮโดรเจนระหวา่ งเบสจากพอลนิ ิวคลโี อไทดส์ าย

หนึง่ กบั เบสจากพอลินวิ คลโี อไทดอ์ กี สายหนึ่ง
• A คู่กบั T และ C คกู่ บั G เสมอ
• เรยี กว่า เบสคสู่ ม (complementary base pair)

หนว่ ยการเรียนร้ทู ่ี 4 : ดีเอน็ เอ

แรงยึดระหว่างคเู่ บส A กบั T และ
ค่เู บส G กบั C คใู่ ดมคี วามแข็งแรง

มากกว่ากนั เพราะเหตุใด

แรงยึดระหว่างเบส G กับ C แขง็ แรงมากกว่าแรงยดึ
ระหว่างเบส A กบั T เพราะว่าเบส G กับเบส C ยึดกนั ดว้ ย
พันธะไฮโดรเจน 3 พนั ธะแตเ่ บส A กบั T ยดึ กันดว้ ยพนั ธะ
ไฮโดรเจน 2 พนั ธะ

หนว่ ยการเรียนรูท้ ี่ 4 : ดเี อ็นเอ

• โมเลกลุ ของ DNA ประกอบด้วย พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สาย • นิวคลโี อไทดแ์ ตล่ ะสายประกอบด้วยแกนนา้ ตาล-ฟอสเฟต (sugar-
เรยี งสลับทิศกนั (antiparallel) และพันกนั บิดเปน็ เกลยี วคู่ phosphate backbone) ซงึ่ มปี ระจุลบอย่ดู า้ นนอกของโมเลกลุ
(double helix) เวียนขวาตามเขม็ นาฬิกา และ ไนโตรจีนัสเบสอยู่ด้านในของโมเลกุล

• โครงสร้างเกลียวค่มู รี ะยะหา่ ง 20 องั สตรอม ( ้A) • การจับคู่กันของเบสคู่สมโดยเบส A จับคู่กับเบส T ด้วยการสร้าง
แต่ละเกลียวห่างกนั 34 อังสตรอม แตล่ ะคู่เบส พันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ และเบส G จับคู่กับเบส C ด้วยการสร้าง
มีระยะห่างกัน 3.4 องั สตรอม พันธะไฮโดรเจน 3 พันธะ

20 A เบส A จบั ค่กู บั เบส T
ดว้ ยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ
34 A้
เบส G จบั ค่กู บั เบส C
ด้วยพนั ธะไฮโดรเจน 3 พันธะ

3.4 ้A

แบบจ้าลองโครงสรา้ งโมเลกลุ ของ DNA

แบบฝกึ หดั ที่ 3.1
ตอบค้าถามเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของ DNA

พจิ ารณาภาพแล้วตอบคา้ ถามขอ้ 1-2

1. จากภาพคอื โครงสร้างใด ประกอบข้นึ จากหนว่ ยย่อยชนิดใดและ
เรยี กการประกอบขน้ึ ของสารดงั กล่าววา่ อะไร

จากภาพมีสายพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายจึงเป็นโครงสรา้ งของ DNA
ท่ีประกอบขนึ้ จากหน่วยยอ่ ยของนวิ คลีโอไทดม์ าเชอื่ มต่อกันเป็น
สายยาวทเ่ี รียกว่า พอลินิวคลีโอไทด์

2. โครงสร้างของพอลนิ วิ คลีโอไทดท์ งั้ 2 สายเชอ่ื มกันด้วยสารใด

โครงสรา้ งของพอลินวิ คลีโอไทด์ทง้ั สายเชอื่ มกันด้วยเบสคสู่ ม
โดยเบสในแตล่ ะนิวคลโี อไทด์ของแต่ละสายจะเป็นตวั เชือ่ มระหวา่ ง
พอลนิ ิวคลีโอไทด์เข้าดว้ ยกนั

แบบฝกึ หัดที่ 3.1
ตอบค้าถามเก่ยี วกบั องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของ DNA

พจิ ารณาภาพแลว้ ตอบค้าถามขอ้ 3-5

3. หมายเลข 1 คอื .........ห..ม..ูฟ่...อ..ส..เ.ฟ..ต...............
หมายเลข 2 คือ ......น..้า..ต..า.ล..เ.พ...น..โ.ท..ส.............
ชนิด ........ด..อี ..อ..ก..ซ..ไี .ร.โ.บ...ส..............
หมายเลข 3 คอื ......ไ.น...โ.ต..ร.จ..นี..ัส..เ.บ..ส..............

แบบฝึกหดั ท่ี 3.1
ตอบคา้ ถามเก่ยี วกบั องค์ประกอบทางเคมแี ละโครงสร้างของ DNA

4. จากภาพเปน็ นิวคลีโอไทด์ของสารพนั ธกุ รรมชนิดใดและทราบไดอ้ ย่างไร
จากภาพเป็นนิวคลีโอไทด์ของสารพันธุกรรมชนดิ DNA ทราบได้จาก C ต้าแหน่งท่ี 2 ไมม่ ี O
ซึ่งเปน็ โครงสร้างของน้าตาลดอี อกซไี รโบสทพี่ บใน DNA

5. ชนิดของไนโตรจนี สั เบสทพ่ี บในโครงสร้างของนวิ คลโี อไทดข์ า้ งตน้ มกี ชี่ นดิ อะไรบา้ ง
ไนโตรจีนสั เบสทพ่ี บใน DNA มี 4 ชนิด ไดแ้ ก่
เบสชนิดอะดนี ีน (A)
เบสชนดิ ไทมีน (T)
เบสชนดิ กวานีน (G)
เบสชนดิ ไซโทซีน (C)

แบบจา้ ลอง DNA

ให้นกั เรียนออกแบบ/สรา้ งการจา้ ลอง DNA จากกระดาษ ลกู ปัด ดนิ น้ามันหรือวสั ดอุ ่ืน ๆ ทสี่ ามารถหาได้ตามทอ้ งถิ่น

*ก้าหนดความยาวของ DNA ทีม่ ี 15-20 นวิ คลโี อไทดแ์ ละก้าหนดชนดิ ของเบสท่เี ป็นองคป์ ระกอบของนวิ คลโี อไทด*์