ดีเอ็นเอ เช่นเดียวกับวงแหวนแห่งอำนาจในลอร์ดออฟเดอะริงส์ ของโทลคีนกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก เป็นโมเลกุลหลักของทุกเซลล์ มันมีข้อมูลสำคัญที่ส่งต่อไปยังรุ่นต่อๆไป มันประสานการสร้างตัวเองเช่นเดียวกับโมเลกุลอื่นๆโปรตีน หากมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย อาจเกิดผลร้ายแรงตามมา หากถูกทำลายเกินกว่าจะซ่อมแซมได้ เซลล์จะตาย การเปลี่ยนแปลงในกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ของเซลล์ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของสปีชีส์
ในช่วงเวลาอันยาวนานการคัดเลือก โดยธรรมชาติทำหน้าที่ในการแปรผันเหล่านี้ เพื่อพัฒนาหรือเปลี่ยนแปลงสายพันธุ์ การมีหรือไม่มีหลักฐาน ดีเอ็นเอ ในที่เกิดเหตุ อาจหมายถึงความแตกต่างระหว่างคำตัดสินว่ามีความผิดและพ้นผิด กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก มีความสำคัญมากขนาดที่รัฐบาลสหรัฐอเมริกาทุ่มเงินมหาศาล เพื่อจัดลำดับกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกในจีโนมมนุษย์ ด้วยความหวังที่จะทำความเข้าใจและหาวิธีรักษาโรคทางพันธุกรรมหลายชนิดในที่สุด
จากกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกของเซลล์เดียว สามารถโคลนสัตว์ พืช หรือแม้กระทั่งมนุษย์ แต่ดีเอ็นเอคืออะไร พบได้ที่ไหน อะไรทำให้มันพิเศษ มันทำงานอย่างไร ในบทความนี้จะเจาะลึกลงไปในโครงสร้างของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก และอธิบายว่ามันสร้างตัวเองได้อย่างไร และกำหนดลักษณะทั้งหมดอย่างไร อันดับแรก มาดูกันว่ากรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ถูกค้นพบได้อย่างไร กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก เป็นหนึ่งในโมเลกุลประเภทหนึ่งที่เรียกว่ากรดนิวคลีอิก
กรดนิวคลีอิกถูกค้นพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2411 โดยโยฮันน์ มีเชอร์ นักชีววิทยาชาวสวิส ผู้แยกกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก จากเซลล์หนองบนผ้าพันแผล แม้ว่าโยฮันน์ มีเชอร์ จะสงสัยว่ากรดนิวคลีอิกอาจมีข้อมูลทางพันธุกรรม แต่เขาก็ไม่สามารถยืนยันได้ ในปี 1943 ออสวอลด์ เอเวอรี่ และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยร็อคกี้เฟลเลอร์ ได้แสดงให้เห็นว่ากรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ที่นำมาจากแบคทีเรียสเตรปโตค็อกคัส นิวโมเนียสามารถทำให้แบคทีเรียที่ไม่ติดเชื้อติดเชื้อได้
ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่ากรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก เป็นโมเลกุลที่มีข้อมูลอยู่ในเซลล์ บทบาทด้านข้อมูลของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ได้รับการสนับสนุนเพิ่มเติมในปี 1952 เมื่ออัลเฟรด เฮอร์ชีย์ และมาร์ธา เชส แสดงให้เห็นว่าในการสร้างไวรัส ชนิดใหม่ ไวรัสแบคทีเรียจะฉีดกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ไม่ใช่โปรตีนเข้าไปในเซลล์เจ้าบ้าน ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับบทบาทในการให้ข้อมูลของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก มาเป็นเวลานาน แต่ไม่มีใครรู้ว่าข้อมูลนี้ถูกเข้ารหัสและส่งผ่านอย่างไร
นักวิทยาศาสตร์หลายคนเดาว่าโครงสร้างของโมเลกุลมีความสำคัญต่อกระบวนการนี้ ในปี 1953 เจมส์ วัตสันและฟรานซิส คริก ได้ค้นพบโครงสร้างของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ โดยพื้นฐานแล้ว วัตสันและคริกใช้เทคนิคการสร้างแบบจำลองโมเลกุล และข้อมูลจากนักวิจัยคนอื่นๆรวมถึงมอริซ วิลกินส์ โรซาลินด์ แฟรงคลิน เออร์วิน ชาร์กัฟ และไลนัส พอลิง เพื่อแก้ไขโครงสร้างของดีเอ็นเอ วัตสัน คริก และวิลกินส์ โดยได้รางวัลโนเบลสาขาการแพทย์ในปี พ.ศ. 2505
การค้นพบนี้ แฟรงคลิน ซึ่งเป็นผู้ทำงานร่วมกันของวิลกินส์และให้ข้อมูลสำคัญที่เปิดเผยโครงสร้างแก่วัตสันและคริก เสียชีวิตก่อนที่จะได้รับรางวัล โครงสร้างดีเอ็นเอ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกเป็นหนึ่งในกรดนิวคลีอิก ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีข้อมูลอยู่ในเซลล์ กรดไรโบนิวคลีอิกหรืออาร์เอ็นเอ คือกรดนิวคลีอิกอีกชนิดหนึ่งของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก โดยที่พบได้ในนิวเคลียสของเซลล์มนุษย์ทุกเซลล์ ข้อมูลในกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกนำทางเซลล์พร้อมกับอาร์เอ็นเอ
ในการสร้างโปรตีนใหม่ที่กำหนดลักษณะทางชีววิทยาทั้งหมด ได้รับการส่งต่อคัดลอกจากรุ่นสู่รุ่น กุญแจสำคัญในการทำงานทั้งหมดเหล่านี้ พบได้ในโครงสร้างโมเลกุลของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ตามที่วัตสันและคริกอธิบายไว้ แม้ว่าจะดูซับซ้อน แต่กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก ในเซลล์เป็นเพียงรูปแบบที่ประกอบด้วยสี่ส่วนที่แตกต่างกัน ซึ่งเรียกว่านิวคลีโอไทด์ ลองนึกภาพชุดบล็อกที่มีสี่รูปร่าง หรือตัวอักษรที่มีตัวอักษรเพียงสี่ตัว
กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก เป็นสายยาวของบล็อกหรือตัวอักษรเหล่านี้ นิวคลีโอไทด์แต่ละชนิดประกอบด้วยน้ำตาล ดีออกซีไรโบส ที่ด้านหนึ่งจับกับหมู่ฟอสเฟต และจับกับไนโตรเจนเบส ที่อีกด้านหนึ่งมีฐานไนโตรเจนอยู่ 2 ประเภทเรียกว่าพิวรีน โครงสร้างวงแหวนคู่ และไพริมิดีน โครงสร้างวงแหวนเดี่ยว สี่ฐานในตัวอักษรของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก คืออะดีนีน พิวรีน ไซโตซีน ไพริมิดีน กัวนีน พิวรีน ไทมีน ไพริมิดีน วัตสันและคริกค้นพบว่ากรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกมีสองด้าน
สายเหล่านี้บิดเข้าด้วยกันเหมือนบันไดที่บิดเป็นเกลียว ซึ่งก็คือเกลียวคู่ ด้านข้างของบันไดประกอบด้วยส่วนน้ำตาลฟอสเฟต ของนิวคลีโอไทด์ที่อยู่ติดกันซึ่งเชื่อมติดกัน ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์หนึ่งมีพันธะโควาเลนต์ พันธะที่อิเล็กตรอนหนึ่งคู่หรือมากกว่านั้นใช้ร่วมกัน โดยอะตอมสองอะตอม กับน้ำตาลของนิวคลีโอไทด์ถัดไป พันธะไฮโดรเจนระหว่างฟอสเฟตทำให้สายดีเอ็นเอบิด ฐานไนโตรเจนชี้เข้าด้านในบันไดและสร้างคู่กับฐานที่อยู่อีกด้านหนึ่ง
เช่น ขั้นบันได คู่เบสแต่ละคู่เกิดจากนิวคลีโอไทด์เสริม 2 อัน พิวรีนกับไพริมิดีน จับกันด้วยพันธะไฮโดรเจน คู่เบสในกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก คือ อะดีนีนกับไทมีน และไซโตซีนกับกัวนีน กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก เป็นโมเลกุลสายยาว ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียทั่วไปเช่นเอสเชอริเชีย โคไลมีโมเลกุลกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก หนึ่งโมเลกุลที่มียีนประมาณ 3,000 ยีน หากวาดออกมา โมเลกุลกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก นี้จะมีความยาวประมาณ 1 มิลลิเมตร
อย่างไรก็ตามเชื้อเอสเชอริเชีย โคไลทั่วไป มีความยาวเพียง 3 ไมครอน 3 หนึ่งในพันของมิลลิเมตร เพื่อให้พอดีกับภายในเซลล์กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก จะถูกขดเป็นวงสูงและบิดเป็นโครโมโซมทรงกลมเดียว สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อน เช่น พืชและสัตว์ มียีน 50,000 ถึง 100,000 ยีน บนโครโมโซมที่แตกต่างกัน มนุษย์ส่วนใหญ่มี 46 โครโมโซม ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ ดีเอ็นเอจะพันรอบโปรตีนคล้ายเม็ดบีดที่เรียกว่าฮิสโตน ฮิสโตนยังขดแน่นเพื่อสร้างโครโมโซม ซึ่งอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์
เมื่อเซลล์สืบพันธุ์โครโมโซมจะถูกคัดลอกและแจกจ่ายไปยังเซลล์ลูกแต่ละเซลล์ ที่ไม่ใช่เพศจะมีสำเนาของโครโมโซมแต่ละชุดที่คัดลอกมาสองชุดและเซลล์ลูกสาวแต่ละเซลล์จะได้รับสำเนาสองชุด ในช่วงไมโอซิสเซลล์ตั้งต้นจะมีสำเนาของโครโมโซมแต่ละชุด สองชุดที่คัดลอกและแจกจ่ายอย่างเท่าเทียมกันไปยังเซลล์เพศสี่เซลล์ และเซลล์เพศมีโครโมโซมเพียงชุดเดียว เมื่อสเปิร์มและไข่รวมตัวกันในการปฏิสนธิ ลูกหลานจะมีโครโมโซมอย่างละสองชุด
นานาสาระ: ความเครียด สมองของคุณส่งผลต่อโอกาสรอดชีวิตในถิ่นทุรกันดารอย่างไร
