ใบความรู้เรื่อง สารอินทรีย์ (กรดนิวคลิอิก)



กรดนิวคลิอิก (nucleic acid)

    กรดนิวคลิอิก เป็นชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ ประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส ทำหน้าที่เก็บรหัสหรือข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต กรดนิวคลิอิกมี 2 ชนิดได้แก่ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (deoxyribonucleic acid) หรือ DNA และกรดไรโบนิวคลีอิก (ribonucleic acid) หรือ RNA

     กรดนิวคลิอิกเป็นสารพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียงต่อกันซ้ำๆ เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) ดังนั้นจึงถือว่ากรดนิวคลีอิกเป็นพอลินิวคลีโอไทด์ (polynucleotide)

        ดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (deoxyribonucleic acid : DNA) สามารถพบได้ในบริเวณนิวเคลียสของเซลล์ มีหน้าที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต และถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมจากรุ่นพ่อแม่ไปสู่รุ่นลูก

        ไรโบนิวคลีอิก (ribonucleic acid : RNA) ซึ่งพบได้ในนิวเคลียสและไซโทพลาสซึมของเซลล์ มีหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีนต่างๆ ดังนั้นกรดนิวคลิอิกจึงเป็นสารชีวโมเลกุลที่มีบทบาทสำคัญยิ่งในการกำหนดลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต


ภาพที่ 1 ความแตกต่างระหว่างสายของ RNA และ DNA

ที่มา : https://tuemaster.com



    นิวคลีโอไทด์ มี 3 หน่วยย่อย ดังนี้

    1. น้ำตาลเพนโทส (pentose)  เป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน 5 อะตอม มี 2 ชนิด คือ 

            1.1 น้ำตาลไรโบส (ribose) ซึ่งเป็นองค์ประกอบของ RNA  

            1.2 น้ำตาลดีออกซีไรโบส (deoxyribose) ซึ่งเป็นองค์ประกอบของ DNA 

    *** ดยสองชนิดจะมีความแตกต่างกัน คือ น้ำตาลดีออกซีไรโบส จะมีอะตอมธาตุออกซิเจนน้อยกว่าน้ำตาลไรโบสอยู่ 1 อะตอม


ภาพที่ 2 ภาพแสดงน้ำตาลเพนโทส ชนิดดีออกซีไรโบส

ที่มา http://courseware.sc.chula.ac.th/



ภาพที่ 3 กรดนิวคลีอิก 2 ชนิดประกอบด้วยน้ำตาลที่แตกต่างกัน คือ น้ำตาลชนิดไรโบส (ribose) ในโมเลกุลของอาร์เอ็นเอ และ น้ำตาลชนิดดีออกซีไรโบส (deoxyribose) ในโมเลกุลของดีเอ็นเอ

ที่มา http://courseware.sc.chula.ac.th/


    2. ไนโตรจีนัสเบส (nitrogenous base) หรือเรียกอีกชื่อว่า N-Base มีอยู่ทั้งสิ้น 5 ชนิด คือ 

        อะดีนีน (Adenine : A), 

        กวานีน (Guanine : G), 

        ไซโทซีน (Cytosine : C), 

        ยูราซิล (Uracil : U) 

        ไทมีน (Thymine : T) 

        ซึ่งส่วนของไนโตรจีนัสเบสนี้จะเป็นส่วนที่กำหนดความแตกต่างของโมเลกุลนิวคลีโอไทด์

ภาพที่ 4 ภาพแสดงไนโตรจีนัสเบส

ที่มา http://courseware.sc.chula.ac.th/




ภาพที่ 5 หมู่เบสในโมเลกุลของกรดนิวคลีอิกมี 2 กลุ่ม ได้แก่ พิวรีน (purine) (มี 2 ชนิด คือ adenine และ guanine) และ ไพริมิดีน (pyrimidine) (มี 3 ชนิด คือ cytosine thymine และ uracil 

ที่มา http://courseware.sc.chula.ac.th/

    

DNA จะประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ชนิดที่มีเบสเป็น A, C, G หรือ T

RNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ชนิดที่มีเบสเป็น A, C, G หรือ U

  • การจับคู่ของเบสใน DNA เกิดระหว่าง กับ T และ กับ G
  • การจับคู่ของเบสใน RNA เกิดระหว่าง กับ และ กับ G
  • โมเลกุลของ DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ สาย เรียงตัวสลับทิศทางกันและมีส่วนของเบสยึดกันด้วยพันธะไฮโดรเจน สาย DNA บิดเป็นกลียวคล้ายบันไดเวียนขวา

ภาพที่6 การเข้าคู่กันของเบสคู่สมด้วยพันธะไฮโดรเจน




    3. หมู่ฟอสเฟต (phosphate group) เป็นบริเวณที่สามารถสร้างพันธะกับน้ำตาลเพนโทสของนิวคลีโอไทด์อีกโมเลกุล ทำให้โมเลกุลของนิวคลีโอไทด์แต่ละโมเลกุลสามารถเชื่อมต่อกันได้

ภาพที่ 7 แสดงตำแหน่ง phosphate group
ที่มา https://byjus.com


  ภาพที่ 8 การนับตำแหน่งของคาร์บอนในโมเลกุลของนิวคลีโอไทด์


                                                                                                                                                                                      ที่มา http://courseware.sc.chula.ac.th/

  ภาพที่ 9 นิวคลีโอไทด์ของดีเอ็นเอประกอบด้วยน้ำตาลดีออกซีไรโบส หมู่ฟอสเฟต และไนโตรจีนัสเบส 


การนับตำแหน่งของคาร์บอนในโมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ 

    เนื่องจากโมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ ประกอบด้วยส่วนย่อย 2 ส่วนที่มีอะตอมของคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ คือ น้ำตาล และหมู่เบส 
ดังนั้นเพื่อป้องกันความสับสนในการบอกตำแหน่งของคาร์บอนภายในโมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ จึงกำหนดให้เรียกตำแหน่งคาร์บอนในโมเลกุลของน้ำตาลด้วยเลขตามด้วยตัว “ไพร์ม” เช่น  หนึ่งไพร์ม สองไพร์ม ไปจนถึง ห้าไพร์ม 
จากรูปจะเห็นได้ว่า 
หมู่เบสจับกับคาร์บอน ตำแหน่ง หนึ่งไพร์ม 
ส่วน
หมู่ฟอสเฟตจับกับตำแหน่ง ห้าไพร์ม




ภาพที่ 10 นิวคลีโอไทด์ทั้ง 8 แบบที่พบในสิ่งมีชีวิต 







ภาพที่ 11 การเกิดฟอสโฟไดเอสเทอร์ ลิงก์เกจ


โมเลกุลของกรดนิวคลีอิกอาจประกอบไปด้วยนิวคลีโอไทด์นับล้านโมเลกุลต่อกันเป็นสายยาว ส่วนของโมเลกุลที่ทำหน้าที่เสมือนเป็นสะพานเชื่อมระหว่างนิวคลีโอไทด์ในสายกรดนิวคลีอิก คือ หมู่ฟอสเฟต นักวิทยาศาสตร์ เรียกส่วนที่เชื่อมนิวคลีโอไทด์เข้าด้วยกันนี้ว่า ฟอสโฟไดเอสเทอร์ ลิงก์เกจ ซึ่งเกิดจากหมู่ฟอสเฟตที่ต่ออยู่กับอะตอมของคาร์บอนตัวที่ห้า หรือ ไฟว์ไพร์มคาร์บอน ของนิวคลีโอไทด์ โมเลกุลที่สอง ทำปฏิกิริยากับหมู่ไฮดรอกซิลที่ต่ออยู่กับอะตอมของคาร์บอนตัวที่สาม หรือ ทรีไพร์ม คาร์บอนของนิวคลีโอไทด์ตัวแรก 




 ภาพที่ 12 พอลินิวคลีโอไทด์ 1 สาย แสดงพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ ปลาย 5’ และปลาย 3’

*** นิวคลีโอไทด์แต่ละโมเลกุลจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ (phosphodiester bond) ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างคาร์บอนที่ตำแหน่ง 3’ ของน้ำตาลดีออกซีไรโบสของนิวคลีโอไทด์โมเลกุลหนึ่งกับหมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์อีกโมเลกุลหนึ่ง





 ภาพที่ 13  สายของ RNA ที่เกิดจากการเชื่อมต่อกันของฟอสโฟไดเอสเทอร์ ลิงก์เกจ ทำให้เกิดสายของกรดนิวคลีอิกที่มีปลายสองด้านไม่เหมือนกัน คือ ปลาย 5’ และ ปลาย 3’

ภาพที่ 14 สายของDNA ที่เกิดจากการเชื่อมต่อกันของฟอสโฟไดเอสเทอร์ ลิงก์เกจ ทำให้เกิดสายของกรดนิวคลีอิกที่มีปลายสองด้านไม่เหมือนกัน คือ ปลาย 5’ และ ปลาย 3’




ภาพที่ 15 ดีเอ็นเอซึ่งเกิดจากพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายที่เข้าคู่กันแบบขนาดสวน (antiparallel)

ที่มา http://courseware.sc.chula.ac.th/




ภาพที่ 16  การเข้าคู่กันของดีเอ็นเอ 2 สาย

ที่มา http://courseware.sc.chula.ac.th/





ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง