ดีเอ็นเอคืออะไร? ลักษณะส่วนประกอบและหน้าที่ของมัน

ดีเอ็นเอน่าจะเป็นโมเลกุลที่รู้จักมากที่สุดของแหล่งกำเนิดทางชีววิทยาซึ่งพบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบนโลก แต่... ทำไมดีเอ็นเอจึงมีความสำคัญมาก?

DNA (กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) มีคำแนะนำที่จำเป็นสำหรับชีวิต: ภายในของเรา DNA ถูกเข้ารหัสข้อมูลที่จำเป็นในการสร้างโปรตีนทั้งหมดในร่างกายของเรา โปรตีนมีบทบาทมากมาย กำหนดโครงสร้างของเซลล์ และควบคุมกระบวนการเผาผลาญเกือบทั้งหมดในร่างกาย

ความแตกต่างในรหัสพันธุกรรมทำให้เกิดปรากฏการณ์มากมายที่เราสังเกตเห็นในมนุษย์และสัตว์: ตัวอย่างเช่น ทำไมบางอย่าง คนมีโอกาสเป็นโรคบางชนิดมากกว่าคนอื่น หรือทำไมสุนัขถึงมีหาง สีตาต่างกัน หรือเป็นกลุ่ม ร่าเริง ลักษณะทางร่างกายและจิตใจทั้งหมดของเราถูกกำหนดโดยพันธุกรรม แม้ว่าสภาพแวดล้อมจะมีอิทธิพลอย่างมากต่อการพัฒนาของเราก็ตาม

เราเคยได้ยินเกี่ยวกับ DNA และเราทราบถึงบทบาทพื้นฐานในร่างกายของเราในฐานะผู้พิทักษ์ข้อมูลทางพันธุกรรม แต่... มีฟังก์ชั่นอื่น ๆ หรือไม่? ในบทความนี้ เราจะพูดถึงเชิงลึกเกี่ยวกับ DNA โครงสร้างและหน้าที่ทั้งหมดของมัน.

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ชีววิทยา 10 สาขา: วัตถุประสงค์และลักษณะเฉพาะ"

DNA คืออะไรกันแน่?

DNA เป็นตัวย่อของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก เราสามารถพูดได้ว่า DNA คือ

รากฐานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด มียีนทั้งหมด จำเป็นสำหรับการผลิตโปรตีน โมเลกุลที่จำเป็นสำหรับการทำงานของร่างกายของเรา

ดีเอ็นเอประกอบด้วยวัสดุที่สืบทอดมาซึ่งทำให้เราเป็นตัวของตัวเอง ไม่มีใครมี DNA ที่เหมือนกัน: แต่ละคนมีรหัสเฉพาะที่มีอยู่ในโมเลกุล DNA ที่มีความยาว ข้อมูลที่มีอยู่ใน DNA นั้นจะถูกส่งต่อจากพ่อแม่สู่ลูก และ DNA ของเด็กประมาณครึ่งหนึ่งมาจากพ่อและอีกครึ่งหนึ่งเป็นของแม่

• คุณอาจสนใจ: "พันธุศาสตร์และพฤติกรรม: ยีนตัดสินว่าเราทำอย่างไร"

โครงสร้างดีเอ็นเอ

DNA ถูกอธิบายว่าเป็น พอลิเมอร์ของนิวคลีโอไทด์ กล่าวคือ สายยาวประกอบด้วยโมเลกุลขนาดเล็ก.

นิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยพื้นฐานของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวสามารถแบ่งออกเป็นสามส่วน: คาร์โบไฮเดรต (2-ดีออกซีไรโบส) เบสไนโตรเจน และกลุ่มฟอสเฟต (ได้มาจากกรดฟอสฟอริก)

นิวคลีโอไทด์มีความโดดเด่นด้วยฐานไนโตรเจนและเป็นชื่อของฐานที่ระบุเมื่อนำเสนอลำดับดีเอ็นเอ เนื่องจากส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งสองจะเหมือนกันเสมอ มีสี่ฐานที่แตกต่างกัน:

• อะดีนีน (A)
• ไซโตซีน (C)
• กวานีน (G)
• ไทมีน (T)

ดีเอ็นเออยู่ในรูปของเกลียวคู่ เมื่อมองในระดับสามมิติ ประกอบด้วยสายโซ่สองสายที่ยึดไว้ด้วยกันโดยพันธะไฮโดรเจนเกิดเป็นโมเลกุลสองสาย คู่ฐานสร้างเกลียวคล้ายบันได และกระดูกสันหลังของน้ำตาลฟอสเฟตสร้างด้านที่รองรับของเกลียวดีเอ็นเอ

ฐานถูกจัดเรียงตามลำดับตามสายโซ่ โดยเข้ารหัสข้อมูลทางพันธุกรรมตามเกณฑ์ของความสมบูรณ์: AT และ G-C Adenine และ guanine มีขนาดใหญ่กว่า thymine และ cytosine ทำให้เกณฑ์การเสริมนี้จำเป็นสำหรับ DNA ที่จะคงความสม่ำเสมอ

ประการที่สอง พบ DNA ในนิวเคลียสของเซลล์ของยูคาริโอต เช่นเดียวกับในคลอโรพลาสต์และไมโทคอนเดรีย. ในสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอต โมเลกุลจะพบอิสระในไซโตพลาสซึมในร่างกายที่มีรูปร่างผิดปกติที่เรียกว่านิวคลีออยด์ สุดท้ายควรเสริมว่าโครงสร้างของ DNA นั้นแตกต่างกันระหว่างเซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอต ในเซลล์ยูคาริโอต มันมีโครงสร้างเชิงเส้น และปลายของแต่ละสายจะเป็นอิสระ อย่างไรก็ตาม ในเซลล์โปรคาริโอตนั้น ดีเอ็นเอมีสายคู่ยาวเป็นวงกลม

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ดีเอ็นเอนิวคลีโอไทด์: มันคืออะไร ลักษณะและหน้าที่"

ดีเอ็นเอมีไว้เพื่ออะไร?

DNA มีสามหน้าที่หลักในร่างกาย: เก็บข้อมูล (ยีนและจีโนมสมบูรณ์) ผลิตโปรตีน (ถอดความและแปล) และ ทำซ้ำเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลจะถูกส่งต่อไปยังเซลล์ลูกระหว่างการแบ่ง โทรศัพท์มือถือ.

ข้อมูลที่จำเป็นในการสร้างและบำรุงรักษาสิ่งมีชีวิตจะถูกเก็บไว้ใน DNA ซึ่งส่งผ่านจากพ่อแม่สู่ลูก ดีเอ็นเอที่นำข้อมูลนี้เรียกว่าจีโนมดีเอ็นเอ และชุดข้อมูลทางพันธุกรรมเรียกว่าจีโนม เรามี DNA มากกว่า 2 เมตร และนิวเคลียสของเรานั้นเล็กกว่ามาก: ดีเอ็นเอถูกจัดเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่เรียกว่าโครมาติน ซึ่งสอดคล้องกับความสัมพันธ์ของดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอ และโปรตีน จากนั้นโครมาตินจะประกอบเป็นโครโมโซม ซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีการจัดระเบียบสูงซึ่งช่วยให้สามารถแบ่งเซลล์ได้

• คุณอาจสนใจ: "ส่วนที่สำคัญที่สุดของเซลล์และออร์แกเนลล์: ภาพรวม"

หมวดหมู่และส่วนของ DNA

ดีเอ็นเอสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ DNA ที่ไม่เข้ารหัส และ DNA ที่เข้ารหัส มาดูหน้าที่เฉพาะของมันกัน

1. การเข้ารหัส DNA

เราไม่สามารถพูดถึงการเข้ารหัส DNA โดยไม่พูดถึงยีนได้ ยีนเป็นส่วนหนึ่งของ DNA ที่มีอิทธิพลต่อลักษณะหรือลักษณะของสิ่งมีชีวิตเช่นสีตาหรือกรุ๊ปเลือด ยีนมีพื้นที่การเข้ารหัสที่เรียกว่ากรอบการอ่านแบบเปิด เช่นเดียวกับส่วนของ การควบคุมที่เรียกว่าตัวเสริมและโปรโมเตอร์ที่มีอิทธิพลต่อขอบเขตการเข้ารหัสที่จะ ถอดเสียง จำนวนข้อมูลทั้งหมดที่มีอยู่ในจีโนมของสิ่งมีชีวิตเรียกว่าจีโนไทป์

ดีเอ็นเอมีข้อมูลสำหรับการผลิตโปรตีน ซึ่งเรียกว่ากรรมพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต และมีหน้าที่มากมาย โปรตีนบางชนิดมีโครงสร้าง เช่น โปรตีนในเส้นผมหรือกระดูกอ่อน ในขณะที่โปรตีนอื่นๆ มีประโยชน์ เช่น เอนไซม์

ร่างกายใช้กรดอะมิโน 20 ชนิดเพื่อสร้างโปรตีนประมาณ 30,000 ชนิด. โมเลกุลดีเอ็นเอต้องบอกเซลล์ถึงลำดับของกรดอะมิโนที่ควรเชื่อมติดกัน

การถ่ายทอดทางพันธุกรรมเป็นตัวกำหนดว่าโปรตีนชนิดใดจะถูกผลิตขึ้น โดยใช้ DNA เป็นพิมพ์เขียวเพื่อสร้างโปรตีนเหล่านั้น บางครั้งการเปลี่ยนแปลงรหัสดีเอ็นเอ (การกลายพันธุ์) จะทำให้โปรตีนทำงานไม่ถูกต้อง ทำให้เกิดโรคได้ อย่างไรก็ตาม ในบางครั้ง การเปลี่ยนแปลงโค้ดจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เป็นประโยชน์ต่อบุคคล ซึ่งจะสามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมของตนได้ดีขึ้น

ยีนมี DNA ที่อ่านและแปลงเป็นสาร RNA ของผู้ส่งสาร RNA นี้ส่งข้อมูลระหว่าง DNA ของยีนกับเครื่องจักรที่ทำหน้าที่สร้างโปรตีน. RNA ทำหน้าที่เป็นพิมพ์เขียวสำหรับเครื่องจักรการผลิตเพื่อให้กรดอะมิโนถูกจัดเรียงและเชื่อมต่อตามลำดับที่ถูกต้องเพื่อสร้างโปรตีน

แม้ว่าการถอดรหัสโปรตีนเป็นบทบาทพื้นฐานของดีเอ็นเอ หลักคำสอนทางชีววิทยาของ DNA → RNA → โปรตีนได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่ถูกต้อง และในความเป็นจริงมีหลายกระบวนการที่มีอิทธิพลและถ่ายโอนข้อมูล ไวรัสบางชนิดใช้ RNA เป็นวัสดุดั้งเดิม (ไวรัส RNA) และ กระบวนการของข้อมูลที่ไหลจาก RNA ไปยัง DNA เรียกว่าการถอดรหัสแบบย้อนกลับหรือการถอดรหัสแบบย้อนกลับDNA. นอกจากนี้ยังมีลำดับ RNA ที่ไม่ได้เข้ารหัสซึ่งสร้างขึ้นโดยการถ่ายโอนลำดับดีเอ็นเอไปยัง RNA และสิ่งเหล่านี้สามารถมีฟังก์ชันได้โดยไม่ต้องสร้างเป็นโปรตีน

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "รหัสพันธุกรรมคืออะไรและทำงานอย่างไร"

2. DNA ที่ไม่เข้ารหัส

ประมาณ 90% ของจีโนมของบุคคลไม่ได้เข้ารหัสโปรตีน. DNA ส่วนนี้เรียกว่า DNA ที่ไม่เข้ารหัส ดีเอ็นเอสามารถแบ่งตามแนวคิดได้เป็นสองประเภท คือ ยีนเข้ารหัสโปรตีนและยีนที่ไม่ใช่ยีน ในหลายสปีชีส์ มีรหัสดีเอ็นเอเพียงส่วนเล็ก ๆ ของโปรตีน - เอ็กซอน - และพวกมันประกอบขึ้นเพียงประมาณ 1.5% ของจีโนมมนุษย์เท่านั้น

DNA ที่ไม่เข้ารหัสหรือที่เรียกว่า DNA ขยะคือ DNA ที่ไม่ได้เข้ารหัสสำหรับโปรตีน: ลำดับเช่น introns, การรวมตัวของไวรัส ฯลฯ จนกระทั่งเมื่อเร็วๆ นี้ เชื่อว่า DNA นี้ไร้ประโยชน์ จนกระทั่งการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้พบว่าไม่เป็นเช่นนั้น ลำดับเหล่านี้สามารถควบคุมการแสดงออกของยีนได้เนื่องจากมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับโปรตีนที่สามารถจับกับ DNA และเรียกว่าลำดับการควบคุม

นักวิทยาศาสตร์ได้ระบุลำดับการกำกับดูแลที่มีอยู่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น. สาเหตุของการมี DNA ที่ไม่เข้ารหัสจำนวนมากในจีโนมของยูคาริโอตและ ความแตกต่างของขนาดจีโนมระหว่างสปีชีส์ต่างๆ ยังคงเป็นปริศนาในวิทยาศาสตร์ ปัจจุบัน. ถึงแม้ว่าฟังก์ชันของ DNA ที่ไม่เข้ารหัสจะเป็นที่รู้จักมากขึ้นเรื่อยๆ เช่น:

2.1. องค์ประกอบที่ซ้ำซากจำเจ

องค์ประกอบที่ซ้ำซ้อนในจีโนมก็เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ของจีโนมเช่นกัน มากกว่าครึ่งหนึ่งของนิวคลีโอไทด์ทั้งหมด. นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งที่มหาวิทยาลัยเยลเพิ่งค้นพบลำดับดีเอ็นเอที่ไม่เข้ารหัส ซึ่งคาดว่าจะมีบทบาทในการให้มนุษย์พัฒนาความสามารถในการใช้งาน เครื่องมือ

2.2. เทโลเมียร์และเซนโทรเมียร์

นอกจากนี้ ลำดับดีเอ็นเอบางส่วนมีหน้าที่รับผิดชอบต่อโครงสร้างของโครโมโซม เทโลเมียร์และเซนโทรเมียร์มียีนเข้ารหัสเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย แต่ มีความสำคัญต่อการยึดโครงสร้างโครโมโซมไว้ด้วยกัน.

23. DNA เป็น RNA

ยีนบางตัวไม่ได้สร้างรหัสสำหรับโปรตีน แต่ถูกแปลงเป็นโมเลกุลอาร์เอ็นเอ: ไรโบโซมอาร์เอ็นเอ, อาร์เอ็นเอที่ถ่ายโอน และอาร์เอ็นเอที่รบกวน (RNAi)

2.4. ประกบทางเลือก

การจัดเรียงของอินตรอนและเอ็กซอนในลำดับยีนบางลำดับมีความสำคัญเพราะ อนุญาตให้มีการเชื่อมต่อทางเลือกของ RNA ก่อนผู้ส่งสารทำให้เกิดโปรตีนที่แตกต่างจากยีนเดียวกัน หากปราศจากความสามารถนี้ ระบบภูมิคุ้มกันก็จะไม่มีอยู่จริง

2.5. ซูโดจีนีส

ลำดับ DNA ที่ไม่ได้เข้ารหัสบางส่วนมาจาก ยีนที่สูญเสียไปในระหว่างวิวัฒนาการ. ยีนเทียมเหล่านี้มีประโยชน์เพราะสามารถก่อให้เกิดยีนใหม่ที่มีหน้าที่ใหม่

2.6. ส่วนเล็ก ๆ ของ DNA

ลำดับ DNA ที่ไม่ได้เข้ารหัสอื่นๆ มาจากการจำลองส่วนเล็กๆ ของ DNA ซึ่ง นอกจากนี้ยังมีประโยชน์เนื่องจากการติดตามส่วนที่ซ้ำกันของ DNA เหล่านี้สามารถช่วยในการศึกษาของ เชื้อสาย

บทสรุป

DNA เป็นโมเลกุลที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมในมนุษย์ ข้อมูลนี้ ซึ่งมีอยู่ใน DNA ช่วยให้เซลล์ทราบลำดับที่กรดอะมิโนที่ประกอบเป็นโปรตีนควรเข้าร่วม โปรตีนมีหน้าที่รับผิดชอบต่อการทำงานส่วนใหญ่ของร่างกาย และปัญหาในการผลิตอาจส่งผลอย่างมากต่อสุขภาพของเรา อย่างไรก็ตาม เมื่อเราพูดถึง DNA → RNA → โปรตีน เราอ้างถึงหลักคำสอนที่ยิ่งใหญ่ของชีววิทยาและยีน โดยลืมไปว่า 90% ของ DNA จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ บทบาทของ DNA ซึ่งไม่ได้เข้ารหัสโปรตีน ถือว่าไร้ประโยชน์ แต่เป็นการศึกษาวิจัย เมื่อเร็วๆ นี้ มีฟังก์ชันมากขึ้นเรื่อยๆ ของลำดับที่ไม่เข้ารหัสเหล่านี้ซึ่งเรียกว่า กฎระเบียบ