11

The Replication of DNA The Replication of DNA andand

ChromosomesChromosomesการจาลองดเอนเอและโครโมโซมการจาลองดเอนเอและโครโมโซม

ดร.พงษฤทธ ครบปรชญาสาขาวชาชววทยา สานกวชาวทยาศาสตร

หองทางาน SC-C10

22

Central Dogma of Molecular Central Dogma of Molecular BiologyBiology

การทางานของพนธกรรมเปนการถายการทางานของพนธกรรมเปนการถาย หรอหรอ เสมอนการไหลเสมอนการไหล ของขอมลพนธกรรมของขอมลพนธกรรม ((Transfer of Transfer of Genetic Genetic InformationInformation)) จากจาก DNADNA ((NucleicNucleic acidacid)) ไปยงไปยง RNARNA (Nucleic acid) (Nucleic acid) และและ จากจาก RNARNA (Nucleic acid) (Nucleic acid) ไปยงไปยง Protein (product of gene)Protein (product of gene) ซงเปนความจรงในระดบโมเลกลซงเปนความจรงในระดบโมเลกล เรยกวถนวาเรยกวถนวา Central Central Dogma of Molecular BiologyDogma of Molecular Biology

33

44

การทางานของพนธกรรมการทางานของพนธกรรม หรอหรอ การไหลของขอมลการไหลของขอมลพนธกรรมพนธกรรม ((genetic informationgenetic information)) มกระบวนการหลกมกระบวนการหลก 33 กระบวนการกระบวนการ คอคอ

1.1. Replication Replication :: สงเคราะหสงเคราะห DNADNA2.2. TranscriptionTranscription :: สงเคราะหสงเคราะห RNARNA3.3. TranslationTranslation :: สงเคราะหสงเคราะห Protein Protein

หนาทของพนธกรรมหนาทของพนธกรรม

55

กระบวนการจาลองพนธกรรมจากแมแบบกระบวนการจาลองพนธกรรมจากแมแบบ DNADNA

หรอหรอ การสงเคราะหการสงเคราะห DNADNA

ReplicationReplication

66

77

การสงเคราะหการสงเคราะห DNA DNA ((DNA DNA Replication)Replication)

แมแบบแมแบบ (template) (template) คอคอ DNA DNA แตละสายแตละสาย (strand) (strand) ทเปนคทเปนคDNA DNA สายลกทไดเหมอนสายแมทกประการสายลกทไดเหมอนสายแมทกประการการสงเคราะหการสงเคราะห DNA DNA มความเปนไปไดมความเปนไปได 3 3 แบบคอแบบคอ1. 1. แบบอนรกษแบบอนรกษ Conservative replicationConservative replication2. 2. แบบกงอนรกษแบบกงอนรกษ SemiconservativeSemiconservative replicationreplication3. 3. แบบกระจดกระจายแบบกระจดกระจาย Dispersive replicationDispersive replication

88

การสงเคราะหการสงเคราะห DNA DNA ((DNA DNA Replication)Replication)

99

สงเคราะหสงเคราะห DNA DNA แบบกงอนรกษแบบกงอนรกษSemiconservativeSemiconservative ReplicationReplication

สงเคราะหแบบกงอนรกษสงเคราะหแบบกงอนรกษ ((SemiconservativeSemiconservativereplication) replication) ซงสอดคลองกบสมมตฐานของซงสอดคลองกบสมมตฐานของ WatsonWatson--Crick Crick คอคอ duplex DNA duplex DNA สายลกคใหมเปนสายผสมสายลกคใหมเปนสายผสมระหวางระหวาง polynucleotide polynucleotide สายสงเคราะหไดใหมสายสงเคราะหไดใหม (daughter) 1(daughter) 1 สายสาย กบกบ polynucleotidepolynucleotide สายแมสายแม ((templatetemplate)) ซงเปนสายเกาซงเปนสายเกา 1 1 สายสาย

1010

SemiconservativeSemiconservativeReplicationReplication

DNA DNA 22 สายลกสายลก เปนสายคเปนสายค (duplex) (duplex) ซงในแตละซงในแตละ daughter duplex daughter duplex มม DNA DNA สายสายใหมใหม 1 1 สายสาย ((สมสม)) และและ DNA DNA สายเกาสายเกา 1 1 สายสาย ((ฟาฟา)) ซงซงเปนเปนสายแมแบบสายแมแบบ ( (template)template)

1111

การพสจนวาการพสจนวา การสงเคราะหการสงเคราะห DNA DNA เปนแบบกงอนรกษเปนแบบกงอนรกษ

โดยโดย Matthew Matthew MeselsonMeselson และและ Franklin Stahl Franklin Stahl ใชใช E. coliE. coli เลยงในอาหารทมสารกมมนตรงสเลยงในอาหารทมสารกมมนตรงส nitrogen 2 nitrogen 2 isotopesisotopes

NN1515 เปนสารกมมนตรงสหนกเปนสารกมมนตรงสหนก ((heavy heavy isotopeisotope))NN1414 เปนสารเปนสารกมมนตรงสกมมนตรงสเบาเบา ( (light isotope)light isotope)

N isotopes N isotopes จะเขาไปเปนสวนประกอบของจะเขาไปเปนสวนประกอบของ nucleotides nucleotides ของของ DNA DNA ทาใหตดตามชนดของสารกมมนตรงสทาใหตดตามชนดของสารกมมนตรงส ((isotopes) isotopes) ในใน DNA DNA ไดได

1212

MeselsonMeselson––Stahl experiment : Stahl experiment : พสจนพสจน SemiconservativeSemiconservativeReplication Replication

1313

แมแบบแมแบบ 2 2 สายสาย ดาเนนการดาเนนการ replication replication ตางกนตางกน1) Template 31) Template 3´ ----> 5> 5´ ใหเกดใหเกด

Continuous replicationContinuous replicationเรยกวาเรยกวา Leading templateLeading template

2) Template 52) Template 5´ <<---- 33´ ใหเกดใหเกด Discontinuous replication Discontinuous replication เรยกวาเรยกวา Lagging templateLagging template

Discontinuous ReplicationDiscontinuous Replication

Leading

Lagging

1414

หลกการสงเคราะหหลกการสงเคราะห ((ReplicationReplication)) DNADNA1.1. DNADNA แมแบบแมแบบเกลยวคตองเกลยวคตองคลายเกลยวคลายเกลยวออกเปนออกเปน 2 2 สายเดยวสายเดยว2.2. การคลายเกลยวจะทาใหเกลยวการคลายเกลยวจะทาใหเกลยว DNA DNA รดไปดานหนาหรอรดไปดานหนาหรอดานขางทไมมการสงเคราะหดานขางทไมมการสงเคราะห เปนผลใหเกลยวสวนนพนกนเปนผลใหเกลยวสวนนพนกนมากกวาปกตมากกวาปกต หรอเกดความกดดนหรอเกดความกดดน จงตองจงตองมการลดเกลยวมการลดเกลยวของของ DNADNA สวนนสวนนลงลง

3.3. บนแมแบบสายเดยวตองปองกนไมใหบนแมแบบสายเดยวตองปองกนไมให DNA DNA ถกยอยถกยอย โดยโดยDNA DNA สายเดยวตองสายเดยวตองมโปรตนมาหอหมมโปรตนมาหอหม

4.4. สรางสราง RNA RNA ทอนๆทอนๆ เพอเปนทใหเรมตนสงเคราะหเพอเปนทใหเรมตนสงเคราะห DNADNA5. 5. สงเคราะหสงเคราะห DNADNA สายลกสายลก ในทศทางในทศทาง 55´ ----------> 3> 3´ เสมอเสมอ6. 6. สงเคราะหสงเคราะห DNADNA บนปลายของสายลกเพอบนปลายของสายลกเพอทดแทนทดแทน RNARNA

1515

หลกการหลกการสงเคราะหสงเคราะห

DNADNA

1616

องคประกอบสาคญสาหรบการจาลององคประกอบสาคญสาหรบการจาลอง DNA DNA

องคประกอบทสาคญในองคประกอบทสาคญใน DNA replication DNA replication มม1. DNA 1. DNA helicasehelicase2. DNA 2. DNA topoisomerasetopoisomerase3. Single3. Single--strand binding proteinstrand binding protein4. 4. PrimasePrimase ((PrimosomePrimosome))5. 5. DeoxyribonucleosideDeoxyribonucleoside triphosphatetriphosphate 44 ชนดชนด6. DNA polymerase (6. DNA polymerase (ReplicaseReplicase))7. DNA 7. DNA ligaseligase8. Telomerase8. Telomerase

1717

1. 1. DNA DNA helicasehelicase ::คลายเกลยวคลายเกลยว double helix DNA double helix DNA ออกใหเปนสายเดยวออกใหเปนสายเดยว ((SingleSingle--Stranded DNA Stranded DNA -- ssDNAssDNA) 2 ) 2 สายสาย

2 2 DNA DNA topoisomerasetopoisomerase : : ปรบปรบ หรอคลายเกลยวคหรอคลายเกลยวค DNADNA ทบดมากเกนไปทบดมากเกนไป ((supercoiledsupercoiled DNA) DNA) ซงเปนผลจากการแยกเกลยวโดยซงเปนผลจากการแยกเกลยวโดย DNA DNA helicasehelicase

3. 3. SingleSingle--strand DNAstrand DNA--binding (SSB) proteinbinding (SSB) protein ::เปนเปน protein protein ทจบกบทจบกบ DNA DNA สายเดยวทไดจากการแยกสายเดยวทไดจากการแยกเกลยวของเกลยวของ DNA DNA helicasehelicase เพอเพอปองกนไมใหปองกนไมให ssDNAssDNA พนพนเกลยวคคนและปองกนการถกยอยเกลยวคคนและปองกนการถกยอย

1818

DNA DNA TopoisomeraseTopoisomerase คลายเกลยวคลายเกลยว SupercoiledSupercoiled

DNADNA

1919

4. 4. DNADNA PrimasePrimase : : เปนเปน enzyme enzyme พเศษพเศษ สาหรบสาหรบสงเคราะหสงเคราะห RNA RNA ทเปนทเปน PrimerPrimer บนปลายบนปลาย 33´ ของแมแบบของแมแบบ ประมาณประมาณ 6 6 -- 60 nucleotides 60 nucleotides enzyme enzyme นนอยรวมกบโปรตนอยรวมกบโปรตนอกหลายชนดอกหลายชนด ทงหมดทงหมด รวมรวมเรยกวาเรยกวา PrimosomePrimosome

5. 5. DeoxyribonucleosideDeoxyribonucleoside triphosphatetriphosphate ((dNTPdNTP) 4) 4 ชนดชนดdeoxyadeninedeoxyadenine triphosphatetriphosphate ((dATPdATP))deoxyguanosinedeoxyguanosine triphosphatetriphosphate ((dGTPdGTP))deoxythymidinedeoxythymidine triphosphatetriphosphate ((dTTPdTTP))deoxycytidinedeoxycytidine triphosphatetriphosphate ((dCTPdCTP))

2020

6. 6. DNA polymeraseDNA polymerase : : เปนเปน enzyme enzyme หลกในการเตมหลกในการเตมตอตอ deoxydeoxyriboribonucleotidenucleotidess เขาเขาไปทปลายไปทปลาย 33´--OH OH ของของ primerprimer ใหไดเปนสายยาวใหไดเปนสายยาว โดยอาศยโดยอาศยแมแบบตามหลกเบสคสมแมแบบตามหลกเบสคสมโดยโดย ตดตด POPO44 ออกออก 2 2 หนวยหนวย และตอระหวางและตอระหวาง 55´--POPO44 ของของ deoxyribonucleotidedeoxyribonucleotide โมเลกลใหมโมเลกลใหม เขากบปลายเขากบปลาย 33´--OH OH ของของ RNA primerRNA primer หรอหรอ สายสาย DNA DNA ทสรางไดกอนแลวทสรางไดกอนแลว

7. 7. DNA DNA ligaseligase : : enzyme enzyme เชอมตอระหวางชองเชอมตอระหวางชอง nick nick เทานนเทานน

8. 8. TelomeraseTelomerase::enzyme enzyme สาหรบตอปลายสาหรบตอปลาย 3 3´ DNA DNA สายแมเพอเปนสายแมเพอเปน template template สรางสวนสรางสวน DNA DNA ทหายไปหลงการสลายของทหายไปหลงการสลายของ RNA primer RNA primer ในในสายลกทมการสงเคราะหแบบไมตอเนองสายลกทมการสงเคราะหแบบไมตอเนอง

2121

วธทางานของวธทางานของ DNA DNA

polymerasepolymerase

2222

Mechanism Mechanism ของของ DNA replication DNA replication

เรมตนทตาแหนงเฉพาะซงเรยกวาเรมตนทตาแหนงเฉพาะซงเรยกวา Origin of Replication Origin of Replication ((oriori))เมอเมอ DNA DNA เกลยวคแยกออกจากกนโดยเกลยวคแยกออกจากกนโดย HelicaseHelicase ไดลกษณะไดลกษณะรปตวรปตว YY เรยกวาเรยกวา Replication forkReplication forkSSB protein SSB protein เขาเขาจบจบ DNA DNA สายเดยวซงเปนแมแบบสายเดยวซงเปนแมแบบ 22 สายสาย ปองกนไมใหถกยอยปองกนไมใหถกยอย

สายสาย 33´ ----> 5> 5´ เปนเปน Leading template strandLeading template strandสายสาย 55´ ----> 3> 3´ เปนเปน Lagging template strandLagging template strand

การสงเคราะหการสงเคราะห DNA DNA บนบน 2 2 สายเหมอนกนในหลกการสายเหมอนกนในหลกการ แตตางกนในรายละเอยดแตตางกนในรายละเอยด ดงนดงน

2323

บรเวณเรมตนสงเคราะหบรเวณเรมตนสงเคราะห DNA (Origin of Replication)DNA (Origin of Replication)

2424

DNA Replication DNA Replication บนบน Leading Template StrandLeading Template Strand

PrimosomePrimosome ((PrimasePrimase) ) สงเคราะหสงเคราะห RNA primer RNA primer บนบนแมแบบสายแมแบบสาย 33´ ----> 5> 5´ DNA DNA ((สสายาย Leading strandLeading strand นนตองการตองการ RNA RNA primer primer ครงเดยวครงเดยว ตอนเรมตนตอนเรมตนเทานนเทานน))DNA polymerase DNA polymerase นาปลายนาปลาย 55´ ของของ deoxyribonucleotidedeoxyribonucleotide ตอทตอท 33´--OH OH ของของ primer primer บนบน template template ไปเรอยไปเรอย ๆๆ ทละทละโมเลกลจนหมดแมแบบโมเลกลจนหมดแมแบบDNA DNA สายใหมสายใหม จะสงเคราะหจากจะสงเคราะหจาก 55´ ----> 3> 3´DNA DNA สายใหมนสายใหมน เรยกวาเรยกวา Leading strandLeading strand

2525

DNA Replication DNA Replication บนบน Lagging Template StrandLagging Template Strand

ภายหลงแมแบบสายภายหลงแมแบบสาย 55´ ----> 3> 3´ DNA template DNA template ถกแยกออกไดถกแยกออกไดชวงหนงชวงหนง แลวแลว PrimosomePrimosome ((PrimasePrimase) ) จงสงเคราะหจงสงเคราะห RNA primer RNA primer ใกลๆใกลๆ กบฐานของรปกบฐานของรป Y Y DNA polymerase DNA polymerase จงสงเคราะหจงสงเคราะห DNA DNA ชวงสนๆชวงสนๆ ประมาณประมาณ 1000 1000 --

2000 bases 2000 bases ในทศทางจากในทศทางจาก 55´ ----> 3> 3´ เรยกวาเรยกวา Okazaki fragmentOkazaki fragment เปนเปน DNA DNA ชวงแรกชวงแรกเมอแมแบบถกคลายเกลยวเพมขนเมอแมแบบถกคลายเกลยวเพมขน มการสงเคราะหมการสงเคราะห RNA RNA primer primer ชวงใหมชวงใหม แลวตามดวยการสงเคราะหแลวตามดวยการสงเคราะห Okazaki fragment Okazaki fragment ชวงทชวงท 22

2626

RNA primerRNA primer ของของ Okazaki fragment 1 Okazaki fragment 1 สลายสลายไปไป DNA polymeraseDNA polymerase นานา dNTPdNTP เขาใสเขาใสแทนแทน RNARNA ทงหมดทงหมดDNA DNA ligaseligase ตอชองวางตอชองวาง ( (nicknick) ) ระหวางระหวาง 22 Okazaki Okazaki fragments fragments ((ขาดพนธะขาดพนธะ phosphodiesterphosphodiester)) เขาเปนเขาเปน DNA DNA สายสายเดยวกนเดยวกนเหตการณเกดซาเดมเหตการณเกดซาเดม ทาใหทาให DNA DNA ใหมเจรญยาวจากใหมเจรญยาวจาก 55´----> 3> 3´DNA DNA สายใหมเรยกวาสายใหมเรยกวา Lagging strandLagging strandดงนนดงนน การสงเคราะหการสงเคราะห บนแมแบบบนแมแบบ lagginglagging ตองการตองการ RNA RNA primer primer มากกวามากกวา 1 primer1 primer

2727

เปรยบเทยบเปรยบเทยบ Replication Replication บนบน Leading Strand Leading Strand และและ Lagging Lagging Strand Strand

2828

สรปสรปกลไกการกลไกการสงเคราะหสงเคราะห

DNADNA((Replication)Replication)

2929

การจาลองโครโมโซมทบรเวณปลายดวยเอนไซมการจาลองโครโมโซมทบรเวณปลายดวยเอนไซม TelomeraseTelomerase

บรเวณปลายของดเอนเอในโครโมโซมทเปนแบบเสนตรงบรเวณปลายของดเอนเอในโครโมโซมทเปนแบบเสนตรงดานทมการสงเคราะหแบบไมตอเนองดานทมการสงเคราะหแบบไมตอเนอง เมอมการทาลายเมอมการทาลาย RNA primer RNA primer ไปไป เมอจะสงเคราะหดเอนเอขนมาแทนทจะเมอจะสงเคราะหดเอนเอขนมาแทนทจะเกดปญหาททอนเกดปญหาททอน Okazaki Okazaki ทอนสดทายทจะไมมทอนสดทายทจะไมม 33׳׳--OH OH (primer) (primer) เพอใหเอนไซมมาเตมเพอใหเอนไซมมาเตม deoxyribonucleotidedeoxyribonucleotide

3030

3131

การสงเคราะหการสงเคราะห DNA DNA ทปลายทปลาย 55’’ DNA DNA สายลกสายลก เพอทเพอทดดแทนแทน RNA Primer RNA Primer

ปลายปลาย 55´ ทเคยเปนทเคยเปน primer primer ของของ สายสาย daughter DNA daughter DNA ขาดขาดหายไปหายไป ---->> เปนปญหาโดยเฉพาะในเปนปญหาโดยเฉพาะใน eukaryote eukaryote เพราะเปนเพราะเปน linear DNAlinear DNA แตแต ไมมปญหาในไมมปญหาใน prokaryoteprokaryote เพราะมเพราะมโครโมโซมแบบโครโมโซมแบบ DNA DNA วงแหวนวงแหวนตองมตองม Telomerase Telomerase ทาหนาทตอปลายนใหสมบรณทาหนาทตอปลายนใหสมบรณTelomerase Telomerase เปนเปน RiboRibozymezyme พเศษพเศษ ทมทงทมทง RNA RNA และและ protein proteinRNA RNA ของของ telomerase telomerase ทาหนาทเปนทาหนาทเปน templatetemplate ใหให telomerase telomerase ตอตอ DNADNA ไดได

3232

การจาลองโครโมโซมทบรเวณปลายดวยเอนไซมการจาลองโครโมโซมทบรเวณปลายดวยเอนไซม TelomeraseTelomerase

ปลายปลาย telomeres telomeres ของมนษยซงประกอบไปดวยลาดบของมนษยซงประกอบไปดวยลาดบเบสซาๆเบสซาๆ ทมลาดบดงนทมลาดบดงน TTAGGG TTAGGG เอนไซมเอนไซม telomerase telomerase จะจดจาบรเวณทมเบสจะจดจาบรเวณทมเบส G G อยมากอยมากโดยเฉพาะทปลายโดยเฉพาะทปลาย telomere telomere ทมปลายทมปลาย 33׳׳ ยนออกไปยนออกไป ยาวกวาปลายยาวกวาปลาย 55׳׳เอนไซมจะตอเตมสายของดเอนเอดานเอนไซมจะตอเตมสายของดเอนเอดาน 33׳׳ นใหนให ยาวออกไปในทศทางยาวออกไปในทศทาง 55׳׳ ไปไป 33׳׳ ตามลาดบเบสทพบซาๆตามลาดบเบสทพบซาๆจากนนจากนน DNA polymerase DNA polymerase กจะเขามาสงเคราะหดเอนกจะเขามาสงเคราะหดเอนเอเอ complementary strand complementary strand

3333

3434

3535

Transcription and Reverse Transcription and Reverse TranscriptionTranscription

ดรดร..พงษพงษฤทธฤทธ ครบปรชญาครบปรชญาสาขาวชาชววทยาสาขาวชาชววทยา สานกวชาวทยาศาสตรสานกวชาวทยาศาสตร

หองทางานหองทางาน SCSC--C10C10

3636

Transcription Transcription การถายขอมลพนธกรรมการถายขอมลพนธกรรม ((genetic informationgenetic information))จากจาก DNA DNA ((doubledouble--strandedstranded)) ใหไปอยในรปของใหไปอยในรปของ RNA RNA ((singlesingle--strandedstranded)) หรอเปนหรอเปน กระบวนการสรางสาเนากระบวนการสรางสาเนา ( (copy) copy) RNA RNA ของของ genes genes ทกชนดทกชนดหรอเรยกวาหรอเรยกวา RNA RNA SSynthesisynthesisเปนการถอดเปนการถอดเฉพาะเฉพาะลาดบของลาดบของ base pairs base pairs สวนสวนททเปนเปนโครงสรางของโครงสรางของ Gene (structural gene / gene proper)Gene (structural gene / gene proper) บนบน DNA DNA ใหไปอยในรปของใหไปอยในรปของ RNA RNA

3737

การสงเคราะหการสงเคราะห RNA RNA จากยนทอยในจากยนทอยใน DNADNA

3838

DNA Template DNA Template สาหรบการสงเคราะหสาหรบการสงเคราะห RNARNA

Transcription Transcription ตองการแมแบบเพยงตองการแมแบบเพยง 1 1 สายสาย ซงจะซงจะเรยกวาเรยกวา Template strandTemplate strand หรอหรอ NonNon--sense strandsense strandสายคตรงขามกบแมแบบสายคตรงขามกบแมแบบ ซงซงมลาดบมลาดบ base base เหมอนเหมอน RNARNA ((ยกเวนยกเวน U U แทนแทน TT)) จะเรยกสายนวาจะเรยกสายนวา NonNon--template strand template strand หรอหรอ Sense strandSense strand

3939

DNA Template DNA Template -- NontemplateNontemplate ((SenseSense StrandStrand))

4040

ปจจยสาคญในปจจยสาคญใน TranscriptionTranscription1.1. DNA templateDNA template

Promoter Promoter Structural gene Structural gene ((สวนสวนททเปนรหสเปนรหส))TerminatTerminatoror

22. RNA . RNA polymerasepolymerase3. 3. RibonucleotidesRibonucleotides ทงทง 4 4 ชนดชนด

Adenine Adenine triphosphatetriphosphate (ATP)(ATP)Guanine Guanine triphosphatetriphosphate (GTP)(GTP)UridineUridine triphosphatetriphosphate (UTP)(UTP)Cytosine Cytosine triphosphatetriphosphate (CTP)(CTP)

4141

DNA DNA แมแบบของแมแบบของ Gene Gene ใดๆบนใดๆบน DNA DNA ทจะถกถอดทจะถกถอดแบบแบบ ( (transcribed) transcribed) ตองมตองม 3 3 สวนสาคญตามลาดบคอสวนสาคญตามลาดบคอ

promoterpromoter……..……………….gene proper.......gene proper......…………terminatorterminator(Coding region)(Coding region)

4242

PromoterPromoter

อยปลายดานอยปลายดาน 3 3´ end end บรเวณกอนบรเวณกอน Structural gene Structural gene / / gene proper gene proper เปนบรเวณสาหรบใหเปนบรเวณสาหรบใหเอนไซมเอนไซม RNA polymerase RNA polymerase จบจบ เพอเพอตรวจหาตาแหนงตรวจหาตาแหนงทจะใสทจะใส nucleotide nucleotide ตวแรกตวแรก ของของ RNA RNA ทตองการสงเคราะหทตองการสงเคราะห นนคอนนคอ เมอเอนไซมจบไดถกตองเมอเอนไซมจบไดถกตอง Promoter DNA Promoter DNA จะจะถกเปดแยกออกเปนถกเปดแยกออกเปน 2 2 สายสาย ใหเรมใสใหเรมใส nucleotides nucleotides ไดได

4343

PromoterPromoterPromoterPromoter

PromoterPromoter

4444

RNA RNA PolymerasePolymerase

เรมตนสงเคราะหเรมตนสงเคราะห RNA RNA ไดเองไดเอง โดยจบทโดยจบท promoter promoter และเปดแยกและเปดแยกDNA DNA ออกเปนออกเปน 2 2 สายสายนานา ribonucleotideribonucleotide หนวยแรกใสบนแมแบบหนวยแรกใสบนแมแบบไดเลยไมตองมไดเลยไมตองม primerprimerทศทางการทางานทศทางการทางาน55´ ---->> 33´

4545

การจบของการจบของ RNA RNA

polymerase polymerase บนบน

promoterpromoter

4646

กลไกกลไก ของของ TranscriptionTranscriptionการการ Transcription Transcription หรอหรอ การถายขอมลพนธกรรมเปการถายขอมลพนธกรรมเปนนกลไกตอเนองกลไกตอเนอง 3 3 ขนตอนขนตอน คอคอ

1. 1. InitiationInitiation การเรมตนสงเคราะหการเรมตนสงเคราะห RNA RNA 2. 2. ElongationElongation การสงเคราะหตอเนองของสายการสงเคราะหตอเนองของสาย RNA RNA 3. 3. TerminationTermination การหยดหรอจบการสงเคราะหและปลอยการหยดหรอจบการสงเคราะหและปลอย

RNARNA ทสงเคราะหไดใหมออกจากแมแบบทสงเคราะหไดใหมออกจากแมแบบ

4747

กลไกกลไก Transcription Transcription

3 steps 3 steps คอคอInitiationInitiation

ElongationElongationTerminationTermination

4848

1. 1. การเรมตนการเรมตน -- Initiation Initiation ของของ Transcription Transcription ::RNA polymerase RNA polymerase จบทจบท promoter promoter บนบน promoter : promoter :

RNA polymerase RNA polymerase แยกแยกเกลยวเกลยว DNA DNA ออกเปนออกเปน 2 2 สายสายเดยวเดยวบนสายแมแบบบนสายแมแบบ 33´ ----> 5> 5´ หรอหรอ Coding strandCoding strandRNA polymerase RNA polymerase นานา ribonucleotideribonucleotide ตวแรกใสบนตวแรกใสบนแมแบบทจดเรมตนหมายเลขแมแบบทจดเรมตนหมายเลข ++1 1 หรอหรอ Start pointStart point

4949

PromoterPromoterPromoterPromoter

5050

PromoterPromoterโดยทวไปจะอยเหนอขนไปโดยทวไปจะอยเหนอขนไป (upstream) (upstream) ของจดเรมตนของจดเรมตน (start point)(start point)เปนเปนตาแหนงทตาแหนงท RNA polymerase RNA polymerase มาจบมาจบเพอหาจดเพอหาจดเรมเรมการการ transcriptiontranscription และเลอกเสนใดเสนหนงเปนตนแบบและเลอกเสนใดเสนหนงเปนตนแบบในใน prokaryote prokaryote ตาแหนงตาแหนง promoterpromoter นนนน RNA polymerase RNA polymerase สามารถจดจาตาแหนงไดดวยตวเองสามารถจดจาตาแหนงไดดวยตวเองในใน eukaryoteeukaryote จะมกลมโปรตนชอจะมกลมโปรตนชอ transcription factorstranscription factors เปนตวเปนตวชวยใหชวยให RNA polymerase RNA polymerase มาจบกบมาจบกบ promoterpromoter แลวจงเรมการแลวจงเรมการ transcription transcription เรยกเรยกตาแหนงตาแหนงนบนนบน DNA DNA วาวา TATA boxTATA box

5151

Eukaryotic Eukaryotic PromoterPromoter

5252

2.2. การสงเคราะหตอเนองการสงเคราะหตอเนอง -- ElongationElongation ::RNA polymerase RNA polymerase นานา ribonucleotidesribonucleotides ตอเขากบหนวยทตอเขากบหนวยทไดตงตนไวแลวไดตงตนไวแลว ไดสายไดสาย RNA RNA ยาวออกเรอยๆยาวออกเรอยๆ ในทศทางในทศทาง 55´ ----> 3> 3´

การใสการใส ribonucelotidesribonucelotides จะตองเปนไปตามกฎเบสคสมจะตองเปนไปตามกฎเบสคสมกบสายแมแบบกบสายแมแบบ

สายสาย RNA RNA ใหมคงจบกบใหมคงจบกบ DNA DNA แมแบบแมแบบชวคราวระยะหนงชวคราวระยะหนง พอสายพอสาย RNA RNA ยาวมากขนยาวมากขน เฉพาะปลายดานเฉพาะปลายดาน 55´ นน จงจงหลดออกจากแมแบบหลดออกจากแมแบบ

5353

3. 3. การหยดการหยด -- TerminationTermination ::บนแมแบบบนแมแบบ DNA DNA ตอนปลายของตอนปลายของ gene gene มบรเวณหยดมบรเวณหยด เรยกวาเรยกวา TerminatorTerminatorการหยดถอดรหสการหยดถอดรหส ณณ terminator terminator เกดไดเกดได 2 2 วธวธ

1.1. RhoRho--independent terminationindependent termination เกดจากเกดจาก terminator terminator และและ RNA RNA บดเปนเกลยวรปกบตดผมบดเปนเกลยวรปกบตดผม (hairpin) (hairpin) ทาใหทาใหขดขวางการทางานของขดขวางการทางานของ RNA polymerase RNA polymerase ----> > หลดหลดออกจากออกจาก terminator terminator

2.2. RhoRho--dependent terminationdependent termination เกดจากโปรตนชอเกดจากโปรตนชอ โรโร ((RhoRho factorfactor) ) ขดขวางการทางานของขดขวางการทางานของ RNA RNA polymerase polymerase ----> > หลดออกจากหลดออกจาก terminatorterminator

5454

5555

Termination of TranscriptionTermination of Transcription

5656

การเปลยนแปลงการเปลยนแปลง RNA RNA หลงจากการหลงจากการ transcription transcription ในเซลลพวกในเซลลพวก EukaryoteEukaryote

เราเรยกเราเรยก mRNA mRNA ททสรางใหมสรางใหมยงไมผานการยงไมผานการ modified modified ใดๆใดๆนนวาวา prepre--mRNAmRNAมการมการ modify modify ทปลายทปลาย 55´ โดยเตมโดยเตม Guanine (G)Guanine (G) เปนเปน 55´cap cap ทาทาหนาทหนาท 22 อยางอยางคอคอ 1. 1. ปองกนการถกยอยดวยเอนไซมปองกนการถกยอยดวยเอนไซม 2. 2. เปนตาแหนงใหไรโบโซมเขามาจบเมอเคลอนทไปในเปนตาแหนงใหไรโบโซมเขามาจบเมอเคลอนทไปในไซไซโทพลาสโทพลาสซมซมทปลายทปลาย 33´ มการเตมมการเตม Adenine (A)Adenine (A) หลายๆตวตงแตหลายๆตวตงแต 5050--250 250 ตวเรยกสวนนวาตวเรยกสวนนวา poly(Apoly(A) tail ) tail ซงทาหนาทปองกนซงทาหนาทปองกนการถกยอยดวยเอนไซมการถกยอยดวยเอนไซม

5757

5858

การเปลยนแปลงการเปลยนแปลง RNA RNA หลงจากการหลงจากการ transcription transcription ในเซลลพวกในเซลลพวก EukaryoteEukaryote

5959

การเปลยนแปลงการเปลยนแปลง RNA RNA หลงจากการหลงจากการ transcription transcription ในเซลลพวกในเซลลพวก EukaryoteEukaryote

PrePre--mRNA mRNA กอนถกสงออกไปนอกนวเคลยสกอนถกสงออกไปนอกนวเคลยสจะถกจะถก modify modify โดยโดยตดสวนตดสวนทไมใชยนออกซงเรยกวาทไมใชยนออกซงเรยกวา intronintron เหลอแตสวนเหลอแตสวนทแปลรหสเปนโปรตนทเรยกวาทแปลรหสเปนโปรตนทเรยกวา exonexon มามาเรยงตอกนเรยงตอกนดวยการทาหนาทดวยการทาหนาทของของ small nuclear small nuclear ribonucleoproteinsribonucleoproteins ((snRNPssnRNPs) ) หลายๆตวรวมกบโปรตนหลายๆตวรวมกบโปรตนอนรวมเรยกวาอนรวมเรยกวา spliceosomespliceosome

6060

Splicing Splicing Process in Process in Eukaryotic Eukaryotic

cellcell

6161

RNA Processing: RNA SplicingRNA Processing: RNA Splicing

6262

6363

Translation and the Translation and the Genetic CodeGenetic Code

ดรดร..พงษพงษฤทธฤทธ ครบปรชญาครบปรชญาสาขาวชาชววทยาสาขาวชาชววทยา สานกวชาวทยาศาสตรสานกวชาวทยาศาสตร

หองทางานหองทางาน SCSC--C10C10

6464

Translation Translation เกดในเกดใน CytoplasmCytoplasmRNA RNA ทงทง 3 3 ชนดชนด ทสงเคราะหไดในทสงเคราะหไดใน nucleusnucleus จะถกสงออกมาจะถกสงออกมาทางานททางานท cytoplasmcytoplasmmRNA mRNA นาขอมลพนธกรรมในรปของรหสสาหรบแปลใหนาขอมลพนธกรรมในรปของรหสสาหรบแปลใหเปนเปน amino acids amino acids เรยกวาเรยกวา Genetic codeGenetic codeแตละรหสเรยกวาแตละรหสเรยกวา CodonCodontRNAtRNA เปนเปน adapter adapter นานา amino acids amino acids เขามาตอกนเขามาตอกน ใหตรงกบใหตรงกบลาดบของรหสพนธกรรมทกาหนดไวในลาดบของรหสพนธกรรมทกาหนดไวใน mRNAmRNArRNArRNA รวมกบรวมกบ ribosomal protein ribosomal protein กลายเปนกลายเปน RibosomeRibosome ทาทาหนาทเปนสถานทสงเคราะหโปรตนหนาทเปนสถานทสงเคราะหโปรตน

6565

ความตอเนองความตอเนองระหวางระหวาง

TranscriptionTranscriptionและและ

TranslationTranslation

6666

รหสพนธกรรมรหสพนธกรรม :: Genetic CodeGenetic Code

รหสพนธกรรมของสงมชวตทกชนดอยบนรหสพนธกรรมของสงมชวตทกชนดอยบน mRNA mRNA ประกอบดวยประกอบดวย 3 nucleotides / 3 nucleotides / รหสรหส เรยกวาเรยกวา Triplet codeTriplet code หรอนยมเรยกวาหรอนยมเรยกวา CodonCodonโปรตนในสงมชวตทวไปประกอบขนดวยโปรตนในสงมชวตทวไปประกอบขนดวย amino acid 20amino acid 20 ชนดชนดCodonCodon ทงหมดจงมทงหมดจงม == ((4)4)3 3 = 64 = 64 codonscodons2020 amino acids amino acids ใชทงหมดใชทงหมด 6161 codonscodons

6767

GeneticGeneticCodesCodes

6868

CodonCodonss พเศษพเศษ

1 start 1 start codoncodon คอคอ AUGAUG และและ 3 stop 3 stop codonscodons คอคอ

UAAUAA เรยกวาเรยกวา โอเคอรโอเคอร ( (Ochre)Ochre)UAGUAG เรยกวาเรยกวา แอมแอมเบอรเบอร ( (Amber) Amber) UGAUGA เรยกวาเรยกวา โอปอลโอปอล ( (Opal) Opal)

6969

Triplet CodeTriplet Code3 Nucleotides3 Nucleotides

เทากบเทากบ 1 1 CodonCodonแปลเปนแปลเปน

1 Amino acid1 Amino acid

7070

Transfer RNA Transfer RNA ((tRNAtRNA))โครงสรางคลายใบโครงสรางคลายใบผกแวนผกแวน 3 3 กลบกลบAnticodonAnticodon มม 3 3 bases bases สาหรบจบสาหรบจบ CodonCodonตาแหนงตาแหนง 33’’ สาหรบจบสาหรบจบ amino acid amino acid ซงถกกระตนซงถกกระตนโดยเตมพลงงานดวยโดยเตมพลงงานดวย ATPATP

7171

Activation Activation ของของ Amino acidAmino acid

aminoacylaminoacyl –– tRNAtRNA synthetasesynthetaseAmino acid + ATPAmino acid + ATP Amino acid ~ AMP + P ~ PAmino acid ~ AMP + P ~ P

aminoacylaminoacyl –– tRNAtRNA synthetasesynthetaseAmino acid ~ AMP + Amino acid ~ AMP + tRNAtRNA Amino acid ~ Amino acid ~ tRNAtRNA

+ AMP+ AMP

7272

Activation Activation ของของ Amino Amino

acidacid

7373

RibosomeRibosomeประกอบดวยประกอบดวย rRNArRNA และและ Ribosomal Ribosomal proteinproteinมม 2 2 หนวยยอยหนวยยอย ( (subunits) : subunits) :

Small subunit Small subunit LLarge subunit arge subunit Prokaryote Prokaryote 30S 30S 50S50SEukaryote Eukaryote 40S 40S 60S60S

Ribosome Ribosome ประกอบดวยประกอบดวย 33 ตาแหนงตาแหนง ( (sites) sites) คอคอ 1) 1) AminoacylAminoacyl site (A site) site (A site) สาหรบสาหรบ tRNAtRNA ทจบทจบ amino acid, amino acid, 2) 2) PeptidylPeptidyl site (P site) site (P site) สาหรบสาหรบ tRNAtRNA ทจบทจบ peptide peptide3) Exit site3) Exit site ((E siteE site)) สาหรบสาหรบ tRNAtRNA ทวางเปลาทจะออกทวางเปลาทจะออก

จากจาก ribosomeribosome

7474

เปรยบเทยบเปรยบเทยบ Ribosome Ribosome ของของ Prokaryote Prokaryote และและ EukaryoteEukaryote

7575

กลไกกลไก Translation Translation1)1) InitiationInitiation ::ตองการตองการ amino acid amino acid MethionineMethionine เปนตวเปนตวเรมตนเรมตน

Prokaryote : Prokaryote : ff--methionylmethionyl tRNAtRNA(tRNA(tRNAff

MeMett))Eukaryote : Eukaryote : MethionylMethionyl tRNAtRNA(tRNA(tRNAii

MetMet))2) 2) ElongationElongation และและ 3)3) TerminationTermination

Stop Stop codon(scodon(s) ) และและ Releasing factorReleasing factor

7676

InitiationInitiation ของของ TranslationTranslationRibosome Ribosome หนวยเลกหนวยเลก จบกบจบกบ mRNA mRNA ดานดาน 5 5´tRNAtRNAff

MetMet หรอหรอ tRNAtRNAiiMetMet เขามาในเขามาใน ribosome ribosome ทท P siteP site ซงตองซงตอง

ตรงกบตรงกบ AUG start AUG start codoncodonRibosome Ribosome หนวยใหญเขาจบกบหนวยเลกหนวยใหญเขาจบกบหนวยเลก

AE

P site

7777

Elongation Elongation ของของ TranslationTranslation

tRNAtRNA นานา Amino acid Amino acid ตวทตวท 2 (AA2 (AA22) ) เขาทเขาท A siteA siteenzyme enzyme ตดตด AAAA11 ออกจากออกจาก tRNAtRNA11 ไปตอกบไปตอกบ AAAA22 ดวยดวย peptide bondpeptide bondtRNAtRNA11 วางวางRibosome Ribosome เคลอนทเคลอนท 1 1 codoncodon ไปทางไปทาง 33´ ----> > ไดได A site A site ใหมใหม 11 sitesiteA site A site เดมกลายเปนเดมกลายเปน P siteP siteP site P site เดมกลายเปนเดมกลายเปน E site E site ซงมซงม tRNAtRNA วางวาง ---->> ออกจากออกจาก ribosomeribosomeเหตการณเกดเปนวฏจกรเหตการณเกดเปนวฏจกร ---->> สายสาย polypeptide polypeptide ยาวออกยาวออก

7878

Elongation of Elongation of Translation Translation

mRNA mRNA เคลอนทไปเคลอนทไปทางทาง 55´

หรอหรอ RibosomeRibosome เคลอนทไปทางเคลอนทไปทาง 33´

7979

ทศทางการเคลอนทของทศทางการเคลอนทของ RNA polymeraseRNA polymerase

8080

PolyribosomePolyribosome

8181

8282

Termination Termination ของของ TranslationTranslationการสงเคราะหไปจนหมดความยาวของการสงเคราะหไปจนหมดความยาวของ gene gene ถงถง codoncodon สดทายซงเปนสดทายซงเปน stop stop codoncodon (1 (1 ในใน 3 3))ไมมไมม tRNAtRNA ตวใดจาตวใดจา stop stop codoncodon ไดได แตแตมม ปจจยพเศษปจจยพเศษ เรยกวาเรยกวา Releasing factor (RF)Releasing factor (RF) เปนเปน protein protein จบทจบท stop stop codoncodon ไดไดการจบของการจบของ releasing factor releasing factor ทาใหทาให อปกรณในอปกรณใน translation translation ทงหมดหลดออกจากกนทงหมดหลดออกจากกน ---->> หยดหยด translation translation

8383

TerminationTermination

8484

เปรยบเทยบการสงเคราะหเปรยบเทยบการสงเคราะห RNA RNA ระหวางระหวาง Prokaryote Prokaryote กบกบ EukaryoteEukaryote

8585

การเชอมตอการเชอมตอระหวางระหวาง

Transcription Transcription & Translation& Translation