ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่แบคทีเรียขนาดเล็กไปจนถึงมนุษย์ ซ่อนความลับของชีวิตอยู่ในรูปของ DNA โมเลกุลอันน่าทึ่งนี้ทำหน้าที่เป็นพิมพ์เขียวสำหรับการสร้างและควบคุมการทำงานของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด DNA เปรียบเสมือนห้องสมุดขนาดใหญ่ที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรมมากมาย ข้อมูลเหล่านี้ถูกเข้ารหัสในลำดับของนิวคลีโอไทด์สี่ชนิด ได้แก่ อะดีนีน (A), ไทมีน (T), กัวนีน (G) และไซโตซีน (C) เช่นเดียวกับที่ตัวอักษรถูกนำมารวมกันเพื่อสร้างคำ นิวคลีโอไทด์เหล่านี้จะเรียงตัวกันเป็นลำดับเฉพาะเพื่อสร้างยีน ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของพันธุกรรม
ยีนแต่ละยีนประกอบด้วยชุดคำสั่งสำหรับการสร้างโปรตีน ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ทำงานหลากหลายในเซลล์ โปรตีนมีความสำคัญต่อโครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์ พวกมันทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ เร่งปฏิกิริยาเคมี ขนส่งโมเลกุล สร้างโครงสร้างของเซลล์ และควบคุมการแสดงออกของยีน กระบวนการแปลงข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ไปสู่โปรตีนนั้นซับซ้อนและน่าทึ่ง เกี่ยวข้องกับขั้นตอนสำคัญสองขั้นตอน คือ การถอดรหัสและการแปล
การถอดรหัส: จาก DNA สู่ RNA
ขั้นตอนแรกในการแสดงออกของยีนคือการถอดรหัส ในระหว่างการถอดรหัส ข้อมูลทางพันธุกรรมใน DNA จะถูกคัดลอกไปยังโมเลกุล RNA (ribonucleic acid) RNA เป็นโมเลกุลสายเดี่ยวที่คล้ายกับ DNA แต่มีนิวคลีโอไทด์ชนิด uracil (U) แทนที่ไทมีน (T)
กระบวนการถอดรหัสเริ่มต้นเมื่อเอนไซม์ RNA polymerase จับกับบริเวณเฉพาะบน DNA ที่เรียกว่าโปรโมเตอร์ โปรโมเตอร์ทำหน้าที่เป็นสัญญาณเริ่มต้นสำหรับการถอดรหัส เมื่อ RNA polymerase จับกับโปรโมเตอร์แล้ว มันจะคลายเกลียว DNA เผยให้เห็นนิวคลีโอไทด์ที่เป็นฐาน
RNA polymerase อ่านลำดับนิวคลีโอไทด์บน DNA และสร้างโมเลกุล RNA เสริม โดยจับคู่นิวคลีโอไทด์ที่เป็นเบสเสริมกัน ตัวอย่างเช่น ถ้าลำดับ DNA คือ 3'-ATGC-5' ลำดับ RNA ที่สร้างขึ้นจะเป็น 5'-UACG-3'
โมเลกุล RNA ที่สร้างขึ้นใหม่เรียกว่า messenger RNA (mRNA) ทำหน้าที่เป็นตัวกลางนำข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ในนิวเคลียสไปยังไรโบโซมในไซโตพลาสซึม ซึ่งเป็นแหล่งผลิตโปรตีน
การแปล: จาก RNA สู่โปรตีน
ขั้นตอนที่สองในการแสดงออกของยีนคือการแปล ในระหว่างการแปล ลำดับนิวคลีโอไทด์ใน mRNA จะถูกถอดรหัสเป็นลำดับของกรดอะมิโน ซึ่งเป็นหน่วยย่อยของโปรตีน
การแปลเกิดขึ้นที่ไรโบโซม ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ขนาดเล็กที่พบในไซโตพลาสซึม ไรโบโซมทำหน้าที่เป็นโรงงานผลิตโปรตีน อ่านลำดับนิวคลีโอไทด์ใน mRNA และรวบรวมกรดอะมิโนเข้าด้วยกันเพื่อสร้างสายโซ่โพลีเปปไทด์
รหัสพันธุกรรมเป็นรหัสสามส่วน หมายความว่านิวคลีโอไทด์สามตัวใน mRNA (เรียกว่า codon) ระบุกรดอะมิโนหนึ่งตัว ตัวอย่างเช่น codon AUG ระบุกรดอะมิโนเมไทโอนีน ในขณะที่ codon UUU ระบุกรดอะมิโนฟีนิลอะลานีน
| Codon | กรดอะมิโน |
|---|---|
| AUG | เมไทโอนีน (Met) |
| UUU, UUC | ฟีนิลอะลานีน (Phe) |
| AAA, AAG | ไลซีน (Lys) |
| GGG, GGC, GGA, GGG | ไกลซีน (Gly) |
มี codon ที่เป็นไปได้ 64 codon (4 นิวคลีโอไทด์ ^ 3 ตำแหน่ง = 64) แต่มีกรดอะมิโนเพียง 20 ชนิด ดังนั้น codon หลาย codon จึงระบุกรดอะมิโนเดียวกัน ตัวอย่างเช่น codon UUU และ UUC ต่างก็ระบุกรดอะมิโนฟีนิลอะลานีน
นอกจาก codon ที่ระบุกรดอะมิโนแล้ว ยังมี codon พิเศษที่ทำหน้าที่เป็นสัญญาณเริ่มต้นและสัญญาณหยุดสำหรับการแปล Codon AUG เป็น codon เริ่มต้น ระบุจุดเริ่มต้นของการแปลและระบุกรดอะมิโนเมไทโอนีน Codon UAA, UAG และ UGA เป็น codon หยุด ไม่ระบุกรดอะมิโนใด ๆ และส่งสัญญาณถึงจุดสิ้นสุดของการแปล
ตารางรหัสพันธุกรรม: เครื่องมือสำคัญในการถอดรหัส
ตารางรหัสพันธุกรรมเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการถอดรหัสรหัสพันธุกรรมและทำนายลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนจากลำดับ mRNA ตารางแสดง codon ทั้ง 64 codon และกรดอะมิโนที่สอดคล้องกัน
ในการใช้ตารางรหัสพันธุกรรม ก่อนอื่นให้ระบุ codon แรกในลำดับ mRNA จากนั้นจึงหา codon นั้นในตาราง โดยใช้ตัวอักษรตัวแรกของ codon เป็นแถว และตัวอักษรตัวที่สองเป็นคอลัมน์ จุดตัดของแถวและคอลัมน์จะระบุกรดอะมิโนที่สอดคล้องกัน ทำซ้ำขั้นตอนนี้สำหรับ codon ที่เหลือในลำดับ mRNA เพื่อกำหนดลำดับกรดอะมิโนทั้งหมดของโปรตีน
ความสำคัญของการอ่านตารางรหัสพันธุกรรม
ความสามารถในการอ่านตารางรหัสพันธุกรรมและระบุกรดอะมิโนมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจพื้นฐานของชีววิทยาระดับโมเลกุล ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถ:
- ทำนายลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนจากลำดับ DNA หรือ mRNA
- ศึกษาผลของการกลายพันธุ์ต่อลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน
- ออกแบบและสังเคราะห์โปรตีนใหม่ที่มีคุณสมบัติเฉพาะ
- พัฒนายาและการรักษาโรคทางพันธุกรรม
การอ่านตารางรหัสพันธุกรรมอาจดูเหมือนเป็นงานที่ท้าทายในตอนแรก แต่ด้วยการฝึกฝนและความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับรหัสพันธุกรรม ใคร ๆ ก็สามารถเป็นผู้เชี่ยวชาญในการถอดรหัสความลับของชีวิตได้
#รหัสพันธุกรรม #DNA #RNA #โปรตีน
บทความ
