ยีนและโครโมโซม

1. ยีนและโครโมโซม

2. Eukaryotic cell

3. Prokaryotic cell

4. 1. การถ่ายทอดยีนและโครโมโซม มีการค้นพบ สีย้อมนิวเคลียสในปี พ.ศ. 2423 จึงพบว่าในนิวเคลียสมีโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นเส้น เรียกว่า " โครโมโซม " สีย้อมดังกล่าวทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมขณะมีการแบ่งเซลล์ และทำให้รู้จัก การแบ่งเซลล์ใน 2 ลักษณะคือ การแบ่งเซลล์ของไมโทซิส ซึ่งพบว่า กระบวนการนี้เซลล์ลูกที่เกิดขึ้นจะมีโครโมโซมเหมือนกันทั้งหมด ดังภาพ และ การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสที่มีผลทำให้เซลล์ลูกที่เกิดขึ้นจะมีจำนวนโครโมโซมเป็นครึ่งหนึ่งของเซลล์เริ่มต้น

5. การแบ่งเซลล์

6. ทฤษฎีโครโมโซมในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม (Chromosome theory of inheritance) ในปี พ.ศ.2445วอลเตอร์ ซัตตัน (Walter Sutton)เป็นบุคคลแรกที่เสนอ ทฤษฎี โดยเสนอว่าสิ่งที่เรียกว่า แฟกเตอร์จากข้อเสนอของเมนเดล ซึ่งต่อมาเรียกว่า " ยีน " นั้นน่าจะอยู่บนโครโมโซม เพราะมีเหตุการณ์ หลายอย่างที่ยีนและโครโมโซมมีความสอดคล้องกัน ดังนี้ 1. ยีนมี 2 ชุด และโครโมโซมก็มี 2 ชุด 2. ยีนและโครโมโซมสามารถถ่ายทอดไปสู่รุ่นลูกหลาน 3. ขณะที่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส โครโมโซมมีการเข้าคู่กัน และต่างแยกจากกันไปยังเซลล์ลูกที่เกิดขึ้นคนละเซลล์ ซึ่งลักษณะเดียวกันนี้ก็เกิดขึ้นได้กับยีน โดยมีการแยกตัวของแอลลีลทั้งสองไปยังเซลล์สืบพันธุ์ 4. การแยกตัวของโครโมโซมที่เป็นคู่กันไปยังขั้วเซลล์ขณะที่มีการแบ่งเซลล์ แต่ละคู่ดำเนินไปอย่างอิสระ เช่นเดียวกับการแยกตัวของแต่ละแอลลีลไปยังเซลล์สืบพันธุ์

7. ทฤษฎีโครโมโซมในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม (Chromosome theory of inheritance) (ต่อ) 5. ขณะเกิดการสืบพันธุ์ การรวมของเซลล์ไข่และสเปิร์มเกิดเป็นไซโกตเป็นไปอย่างสุ่ม ทำให้เกิดการรวมกันระหว่างชุดโครโมโซมจากเซลล์ไข่และสเปิร์มเป็นไปอย่างสุ่มด้วย ซึ่งเหมือนกับการที่ชุดของแอลลีลที่เกิดขึ้น ในเซลล์สืบพันธุ์ของพ่อกลับมารวมกันอีกครั้งกับแอลลีลในเซลล์สืบพันธุ์ของแม่ เมื่อมีการสืบพันธุ์ก็เป็นไปอย่างสุ่มเช่นกัน 6. ทุกเซลล์ที่พัฒนามาจากไซโกตจะมีโครโมโซมครึ่งหนึ่งจากแม่และอีกครึ่งหนึ่งของพ่อ ซึ่งยีนครึ่งหนึ่งก็จะมาจากแม่และอีกครึ่งหนึ่งก็จะมาจากพ่อเช่นกัน ทำให้ลูกที่เกิดมามีลักษณะแปรผันไปจากพ่อและแม่

8. 2. การค้นพบสารพันธุกรรม ในปี พ.ศ.2412เอฟ มิเชอร์ (F. Miescher) นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน ได้ศึกษาส่วนประกอบในนิวเคลียสของเซลล์เม็ดเลือดขาวที่ติดมากับผ้าพันแผล โดยนำมาย่อยเอาโปรตีนออกด้วยเอนไซม์เพปซิน พบว่าเอนไซม์นี้ไม่สามารถย่อยเอาโปรตีนที่อยู่ภายในนิวเคลียสได้ เมื่อนำสารนี้มาวิเคราะห์ทางเคมีก็พบว่า มีธาตุไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ จึงเรียกสารที่สกัดได้จากนิวเคลียสว่า นิวคลีอิน (Nuclein)ต่อมาอีก 20 ปี ได้มีการเปลี่ยนชื่อใหม่ว่า กรดนิวคลีอิกเนื่องจากมีผู้ค้นพบว่าสารนี้มีสมบัติเป็นกรด สารพันธุกรรม มีอยู่ 2 ชนิด คือ1. Deoxyribonucleic  acid (ดีเอ็นเอ) พบในสิ่งมีชีวิตทั่วไป2. Ribonucleic  acid (อาร์เอ็นเอ) พบในไวรัสบางชนิดเท่านั้น

9. เอฟ มิเชอร์ (F. Miescher)

10. สมบัติของสารพันธุกรรมสมบัติของสารพันธุกรรม การที่จะเป็นสารพันธุกรรมได้นั้นย่อมต้องมีสมบัติสำคัญ คือ ประการแรก ต้องสามารถเพิ่มจำนวนตัวเองได้โดยมีลักษณะเหมือนเดิมเพื่อให้สามารถถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมจากรุ่นพ่อแม่ไปยังรุ่นลูกได้ ประการที่สอง สามารถควบคุมให้เซลล์สังเคราะห์สารต่างๆเพื่อแสดงลักษณะทางพันธุกรรอให้ปรากฏ ประการที่สาม ต้องสามารถเปลี่ยนแปลงได้บ้าง ซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอาจก่อให้เกิดลักษณะพันธุกรรมที่ผิดแปลกไปจากเดิมและเป็นช่องทางให้เกิดสิ่งมีชีวิตสปีชีส์ใหม่ๆขึ้น

11. การค้นพบสารพันธุกรรม เมื่อมีการพัฒนาสีฟุคซิน (Fuchsin) ในปี พ.ศ.2457 โดย อาร์ ฟอยล์เกน (R. Feulgen) นักเคมีชาวเยอรมัน ซึ่งสีนี้ย้อมติด DNA ให้สีแดง และเมื่อนำไปย้อมเซลล์ พบว่าติดที่นิวเคลียสและรวมตัวหนาแน่นที่โครโมโซม จึงสรุปได้ว่า DNA อยู่ที่โครโมโซม จะเป็นไปได้หรือไม่ว่า DNA เป็นสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต ถ้า DNA เป็นสารพันธุกรรม DNA จะต้องควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมได้ดังนั้นโครโมโซม นอกจากจะมีโปรตีนแล้วยังมี DNA อีกด้วย

12. การค้นพบสารพันธุกรรม เอฟ กริฟฟิท (F. Griffith) แพทย์ชาวอังกฤษ ทำการทดลองโดยฉีดแบคทีเรีย (Streptococcus Pneumoniae) ที่ทำให้เกิดโรคปอดบวมเข้าไปในหนู แบคทีเรียที่ฉีดเข้าไปนี้มี 2 สายพันธุ์ คือ สายพันธุ์ที่มีผิวหยาบ เพราะไม่มีสารห่อหุ้มเซลล์หรือ แคปซูล (Capsule) ไม่ทำให้เกิดปอดบวม เรียกว่าสายพันธุ์ R (Rough) ส่วนสายพันธ์ที่มีผิวเรียบ เรียกว่าสายพันธุ์ S (Smooth) ตามการทดลองดังภาพที่ 2-2

13. การทดลองของเอฟ กริฟฟิท

14. การทดลองของเอฟ กริฟฟิท กริฟฟิทนำแบคทีเรียสายพันธุ R ฉีดให้หนู พบว่าหนูไม่ตาย ต่อมาฉีดแบคทีเรียสายพันธุ์ S ให้หนูพบว่าหนูตาย   เมื่อนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อนแล้วฉีดให้หนูพบว่าหนูไม่ตาย  แต่เมื่อนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อนผสมสายพันธุ์ R ที่มีชีวิต ทิ้งไว้ระยะเวลาหนึ่งแล้วฉีดให้หนูพบว่าหนูตาย เมื่อนำไปตรวจเลือดหนูที่ตายปรากฏว่ามีแบคทีเรียสายพันธุ์ S ปนอยู่กับ สายพันธุ์ R * *สิ่งที่น่าสงสัยคือเหตุใดเมื่อนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อน ไปผสมกับสายพันธุ์ R ที่มีชีวิตแล้วฉีดให้หนูจึงทำให้หนูตาย กริฟฟิทได้รายงานว่ามีสารบางอย่างจากแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อนเข้าไปยังสายพันธุ์ R บางเซลล์และสามารถทำให้แบคทีเรียสายพันธุ์ R เปลี่ยนแปลงเป็นสายพันธุ์ S ที่มีชีวิต สายพันธุ์ S เหล่านี้ยังสามารถถ่ายทอดลักษณะไปสู่รุ่นลูกหลานอย่างไรก็ตาม กริฟฟิทก็ไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าสารนั้นคืออะไร

15. การค้นพบสารพันธุกรรม นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน 3 คน คือ โอ ที แอเวอรี่ (O. T. Avery) ซี แมคลอยด์ (C. MacLeod) และเอ็ม แมคคาร์ที (M. McCarty) ทำการทดลองต่อจากกริฟฟิท โดยนำแบคทีเรียสายพันธุ์ S มาทำให้ตายด้วยความร้อนและสกัดเอาสารออกมาใส่ในหลอดทอลอง 4 หลอด แล้วเติม เอนไซม์ RNase (Ribonuclease) ในหลอดทดลอง ก. เพื่อย่อยสลาย RNA เติม เอนไซม์โปรตีเอส (Protease) ลงในหลอดทดลอง ข. เพื่อย่อยสลายโปรตีน และเติม เอนไซม์ DNase (Deoxyribonuclease) ลงในหลอดทดลอง ค. เพื่อย่อยสลาย DNA ส่วนหลอด ง. เป็นการทดลองชุดควบคุม ซึ่งไม่มีการเติมเอนไซม์อื่นใดเพิ่มเติม ต่อจากนั้นเติมแบคทีเรียสายพันธุ์ R ลงในหลอดทดลอง ดังการทดลองในภาพที่ 2-3 ปล่อยไว้ระยะเวลาหนึ่งจึงนำไปเพาะเลี้ยงในอาหารวุ้น แล้วตรวจสอบแบคทีเรียที่เกิดขึ้น

16. การค้นพบสารพันธุกรรม

17. การค้นพบสารพันธุกรรม จากผลการทดลองของแอเวอรี่และคณะ ปรากฏว่าส่วนผสมของแบคทีเรียสายพันธุ์ R กับสารสกัดจากสายพันธุ์ S ที่ทำให้ตายด้วยความร้อน ในภาวะที่มีเอนไซม์ DNase จะไม่พบแบคทีเรียสายพันธุ์ S ที่เกิดขึ้นใหม่ ในขณะที่ในส่วนผสมของแบคทีเรียสายพันธุ์ R กับสารสกัดจากสายพันธุ์ S ในภาวะที่มีเอนไซม์ RNase และภาวะที่มีเอนไซม์โปรตีเอส จะพบสายพันธุ์ S ที่เกิดขึ้น การทดลองครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า DNA คือสารที่เปลี่ยนพันธุกรรมของแบคทีเรียจากสายพันธุ์ R ให้เป็นสายพันธุ์ S แอเวอรี่จึงสรุปได้ว่า กรดนิวคลีอิกชนิด DNA เป็นสารพันธุกรรมไม่ใช่โปรตีนดังที่เคยเชื่อกันมาก่อนหน้านี้

18. 3. โครโมโซม รูปร่าง ลักษณะ และจำนวนโครโมโซม

19. รูปร่างของโครโมโซม

20. ตาราง จำนวนโครโมโซมในเซลล์ร่างกายของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ

21. ส่วนประกอบของโครโมโซมส่วนประกอบของโครโมโซม ถ้าหากจะประมาณสัดส่วนระหว่าง DNA และโปรตีนที่เป็นองค์ประกอบของโครโมโซมของยูคาริโอต จะพบว่า ประกอบด้วย DNA 1 ใน 3 และอีก 2 ใน 3 เป็นโปรตีนโดยส่วนที่เป็นโปรตีนจะเป็น ฮิสโตน ( Histone ) และ นอนฮิสโตน ( Non - histone ) อย่างละประมาณเท่าๆกัน นักวิทยาศาสตร์พบว่าฮิสโตนเป็นโปรตีนที่มีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็น กรดอะมิโนที่มีประจุบวก เช่น ไลซีน และ อาร์จีนีน ทำให้สมบัติในการเกาะจับกับสาย DNA ซึ่งมีประจุลบได้เป็นอย่างดี และทำให้เกิดการสร้างสมดุลของประจุ ของโครมาทินด้วย สาย DNA พันรอบกลุ่มโปรตีนฮิสโตนคล้ายเม็ดลูกปัด เรียกโครงสร้างนี้ว่า นิวคลีโอโซม ( nucleosome ) โดยจะมีฮิสโตน บางชนิดเชื่อมต่อระหว่างเม็ดลูกปัดแต่ละเม็ดดังภาพ

22. ส่วนประกอบของโครโมโซมส่วนประกอบของโครโมโซม

23. ส่วนประกอบของโครโมโซมส่วนประกอบของโครโมโซม ส่วนของโปรตีนนอนฮิสโตนนั้นมีมากมายหลายชนิด อาจจะเป็นร้อยหรือพันชนิด ขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งมีชีวิต โดยโปรตีนเหล่านี้จะมีหน้าที่แตกต่างกันไป บางชนิดมีหน้าที่ช่วยในการขดตัวของ DNA หรือบางชนิดก็เกี่ยวข้องกับกระบวนการจำลองตัวเองของ DNA หรือการแสดงออกของยีน เป็นต้น สำหรับในโพรคาริโอต เช่น แบคทีเรีย E. Coli มีจำนวนโครโมโซมชุดเดียว และมีโครโมโซมเพียงโครโมโซมเดียว เป็นรูปวงแหวนอยู่ในไซโทพลาซึม ประกอบด้วย DNA 1 โมเลกุล และ ไม่มีฮิสโตนเป็นองค์ประกอบ สารพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งๆ เรียกว่า จีโนม ( genome ) จากการศึกษาพบว่าสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีขนาดจีโนมและจำนวนยีนแตกต่างกัน

24. ตาราง แสดงขนาดจีโนมของสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆ

25. โครโมโซมของมนุษย์

26. องค์ประกอบทางเคมีของ DNA บางส่วนของ DNA ทำหน้าที่เป็นยีน คือสามารถควบคุมลักษณะ ทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตได้DNA เป็นกรดนิวคลีอิกชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็น พอลิเมอร์ สายยาวประกอบด้วยหน่วยย่อยหรือมอนอเมอร์ที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ ซึ่งแต่ละนิวคลีโอไทด์ประกอบด้วย 1. น้ำตาลเพนโทส ซึ่งมีคาร์บอน 5 อะตอม คือ น้ำตาลดีออกซีไรโบส 2. ไนโตรจีนัสเบส (nitrogenous base) เป็นโครงสร้างประกอบด้วยวงแหวนที่มีอะตอมของคาร์บอนและไนโตรเจนแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ เบสพิวรีน (purine) มี 2 ชนิด คือ อะดีนีน(adenineหรือA) และกวานีน(guanine หรือ G) และ เบสไพริมิดีน(pyrimidine) มี 2 ชนิด คือ ไซโทซีน(cytosineหรือ c)และ ไทมีน(tymineหรือ t) 3. หมู่ฟอสเฟต

27. โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์

28. นิวคลีโอไทด์ที่มีเบสชนิดต่างๆ ซึ่งเป็นองค์ประกอบของ DNA

29. นิวคลีโอไทด์จำนวนมากมาเชื่อมต่อกันเป็นโมเลกุลของ DNA ได้โดย การสร้างพันธะโควาเลนซ์ระหว่างหมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์หนึ่งกับหมู่ไฮดรอกซิลอยู่ที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 3 ของน้ำตาล ในนิวคลีโอไทด์หนึ่ง ดังภาพ

30. เออร์วิน ชาร์กาฟฟ์ ( Erwin Chargaff )นักเคมีชาวอเมริกัน ได้วิเคราะห์ปริมาณเบสที่เป็นองค์ประกอบทางเคมีของโมเลกุล DNA ในสิ่งมีชีวิตชนิดต่างๆข้อมูลที่ได้จากการทดลองของชาร์กาฟฟ์แสดงให้เห็นว่าในสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด ปริมาณของเบส 4 ชนิด จะแตกต่างกันแต่จะมีปริมาณของเบส A ใกล้เคียงกับ T และเบส C ใกล้เคียงกับG เสมอ เรียกว่ากฎของชาร์กาฟฟ์ (Chargaff s’ Rule) และสิ่งมีชีวิตจะมีอัตราส่วนระหว่าเบส A:T และอัตราสวนระหว่าง G:C คงที่เสมอ จากอัตราส่วนของเบสดังกล่าวอาจเป็นไปได้ว่าเบสA จับคู่กับ T และเบส G จับคู่กับ C จากอัตราส่วนนี้ชี้ให้เห็นว่า DNA จะต้องมีการจัดเรียงตัวของนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด ที่ทำให้จำนวนของชนิด A เท่ากับ T และชนิด C เท่ากับ G เสมอไป

31. โครงสร้างของ DNA

32. โครงสร้างของ DNA เอ็ม เอช เอฟ วิลคินส์ ( M. H.F Wilkins ) และโรซาลินด์ แฟรงคลิน (Rosalind Franklin) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ศึกษาโครงสร้างของ DNA ในสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ โดยใช้เทคนิค เอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน (X-ray diffraction) ด้วยการฉายรังสีเอกซ์ผ่านผลึก DNA การหักเหของรังสีเอกซ์ทำให้เกิดภาพบนแผ่นฟิล์ม ได้ภาพถ่ายที่ชัดเจนมาก จากภาพถ่ายนี้นักฟิสิกส์แปลผลได้ว่าโครงสร้างของ DNA จากสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ มีลักษณะที่คล้ายกันมาก คือ ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์มากกว่า 1 สาย มีลักษณะเป็นเกลียว เกลียวแต่ละรอบมีระยะห่างเท่า ๆ กัน

33. เทคนิค เอกซ์เรย์ดิฟแฟรกชัน (X-ray diffraction)

34. โครงสร้างของ DNA เจ ดี วอตสัน (J.D. Watson) นักชีวเคมีชาวอเมริกัน และ เอฟ คริก (F. Crick) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ได้เสนอแบบจำลองโครงสร้างโมเลกุลของ DNA ที่สมบูรณ์ที่สุด โดยรวบรวมข้อมูลต่าง ๆ จากโครงสร้างทางเคมีของส่วนประกอบของโมเลกุล DNA จากผลการทดลองของชาร์กาฟฟ์ จากข้อมูลของชาร์กาฟฟ์ ทำให้วอตสันและคริกพยายามหาพันธะเคมีที่จะเชื่อมพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายให้ติดกัน ต่อมาได้พบว่าพันธะดังกล่าวคือพันธะไฮโดรเจน ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างคู่เบส แม้ว่าจะไม่แข็งแรง แต่เมื่อมีจำนวนมากก็จะมีความแข็งแรงพอที่จะยึดสายพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายให้เข้าคู่กันได้ และจากการศึกษาโครงสร้างของเบสทั้ง 4 ชนิด พบว่าระหว่างเบส A กับ T สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนได้ 2 พันธะ และระหว่างเบส C และ G เกิดได้ 3 พันธะ ดังภาพ...

35. พันธะไฮโดรเจนระหว่างเบสที่เข้าคู่กันพันธะไฮโดรเจนระหว่างเบสที่เข้าคู่กัน

36. โครงสร้างของ DNA J.D. Watson นักชีววิทยาอเมริกัน & F.H.C. Crick นักฟิสิกส์อังกฤษ เสนอโครงสร้างของ DNA และได้รับ Nobel Prize 1. ประกอบด้วย 2 polynucleotides ยึดกันโดยการจับคู่กันของเบส โดย H-bond2. ทั้ง 2 สายขนานกันและมีทิศทางตรงข้าม (antiparallel)3. การจับคู่กันของเบสระหว่าง A - T (2 H-bonds), C - G (3 H-bonds) = complementary base pairs (เบสที่เป็นเบสคู่สมกัน คือ A จับคู่กับ T ด้วยพันธะไฮโดรเจน 2 พันธะ และGจับคู่กับ C ด้วยพันธะไฮโดรเจน 3 พันธะ)4. ทั้ง 2 สายจะพันกันเป็นเกลียวเวียนขวา (right handed double strand helix)5. แต่ละคู่เบสห่างกัน 3.4 อังสตรอม (.34 nm) เอียงทำมุม 36 องศา 1 รอบ = 10 คู่เบส = 34 อังสตรอม เส้นผ่านศูนย์กลาง 20 อังสตรอม

37. โครงสร้างของ DNA

38. โครงสร้างของ DNA

39. โครงสร้างของ DNA

40. โครงสร้างของ DNA

41. โครงสร้างของ DNA

42. โครงสร้างของ DNA

43. ในปี พ.ศ. 2499อาร์เธอร์ คอนเบิร์ก (Atrhur kornberg) นักเคมีชางอมเริกันเป็นคนแรกที่สามารถสังเคระห์โมเลกุลของ DNA ในหลอดทดลองได้สำเร็จ โดยนำเอ็นไซม์ DNA พอลิเมอเรส ( DNA polymerase) ซึงสกัดจากแบคทีเรีย E. coli ใส่ในปี พ.ศ. 2499อาร์เธอร์ คอนเบิร์ก (Atrhur kornberg) นักเคมีชาวอเมริกันเป็นคนแรกที่สามารถสังเคราะห์โมเลกุลของ DNA ในหลอดทดลองที่มีสารประกอบที่จำเป็นต่อการสังเคราะห์ครบสมบูรณ์ ได้แก่ DNA แม่พิมพ์ นิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด คือ นิวคลีโอไทด์ที่มีเบส A นิวคลีโอไทด์ที่มีเบส T นิวคลีโอไทด็ที่มีเบส C และ นิวคลีโอไทด์ที่มีเบส G และเอ็นไซม์ DNA พอลิเมอเรส ซึ่งทำหน้าที่เชื่อม นิวคลีโอไทด์ให้ต่อกันกลายเป็นสายยาว โดยมีทิศทางการสังเคราะห์สาย ดีเอ็นเอสายใหม่ จากปลาย5 ไปยังปลาย3ปัญหาคือจะพิสูจน์ได้อย่างไรว่า DNA ที่สังเคราะห์ได้นั้น เหมือนกับ ดีเอ็นเอแม่พิมพ์ที่ใส่ลงไปในหลอดทดลอง

44. อัตราส่วนของเบสใน DNA ที่สังเคราะห์ได้ในหลอดทดลองและ DNA แม่พิมพ์

45. การสังเคราะห์ DNA สามารถเกิดขึ้นได้ในหลอดทดลอง ปัจจุบันมีการทดลองของนักวิทยาศาสตร์ที่ยืนยันได้ว่า DNA มีกระบวนการจำลองตัวของ DNA โดยกระบวนการดังกล่าวเป็นไปแบบกึ่งอนุรักษ์ จากความรู้ที่ว่าการสังเคราะห์พอลินิวคลีโอไทด์ สายใหม่จะต้องสร้างในทิศ 5 ไป 3 เสมอ นักเรียนคิดว่าการสังเคราะห์ DNA สายใหม่ทั้งสองสายจะเหมือนกันหรือไม่ จากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ พบว่าการสังเคราะห์ DNA สายใหม่ 2 สาย มีส่วนแตกต่างกันคือ สายหนึ่งจะสร้างต่อเนื่องกันเป็นสายยาว เรียกสายนี้ว่า ลีดดิงสแตรนด์ ส่วนสายใหม่อีกสายหนึ่งไม่สามารถสร้างต่อกันเป็นสายยาวได้เหมือนสายแรกเนื่องจากทิศทางการสร้างจากปลาย 5ไปยังปลาย 3 นั้นสวนทางกับทิศคลายเกลียวของ DNA โมเลกุลเดิม จึงสร้างพอลินิวคลีโอไทด์ สายสั้นๆที่มีทิศทางจาก 5 ไป 3 จากนั้น เอนไซม์ไลเกส จะเชื่อมต่อสายสั้นๆเหล่านี้ให้เป็นสายเดียวกันเรียกว่า DNA แลกกิงสแตรนด์

46. การสังเคราะห์ DNA วอตสันและคริกได้เสนอโครงสร้างของ DNA ว่าเป็น พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายพันกันบิดเป็นเกลียว โครงสร้างของ DNA ตามแบบจำลองนี้ได้นำไปสู่กลไกการจำลองตัวเองของ DNA ในปี พ.ศ. 2496 วอตสันและคริกได้พิมพ์บทความพยากรณ์การจำลองตัวของ DNA ได้ว่า ในการจำลองตัวของ DNA พอลินิวคลีโอไทด์ 2 สาย แยกออกจากกันเหมือนการรูดซิบ พอลินิวคลีโอไทด์แต่ละสายทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์สำหรับการสร้างสายใหม่ มีการนำคลีโอไทด์อิสระที่อยู่ในเซลล์เข้ามาจับกับ พอลิวคลีโอไทด์สายเดิม โดยเบส A จับกับ T และเบส C จับกับ G หมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์ อิสระจะจับกับน้ำตาลดีออกซีไรโบส ของ DNA โดยวิธีนี้เรียกว่า DNA เรพลิเคชั่น ( DNA replication ) ทำให้มีการเพิ่มโมเลกุลของ DNA จาก 1 โมเลกุลเป็น 2 โมเลกุล DNA แต่ละโมเลกุลมีพอลินิวคลีโอไทด์ สายเดิม 1 สาย และสายใหม่ 1 สาย จึงเรียกการจำลองลักษณะว่า เป็นแบบกิ่งอนุรักษ์ ( semi conservative )

47. การสังเคราะห์ DNA จากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ พบว่าการสังเคราะห์ DNA สายใหม่ 2 สาย มีส่วนแตกต่างกันคือ สายหนึ่งจะสร้าง ต่อเนื่องกันเป็นสายยาว เรียกสายนี้ว่าลีดดิงสแตรนด์ ส่วนสายใหม่อีกสายหนึ่งไม่สามารถสร้างต่อกันเป็นสายยาวได้เหมือนสายแรกเนื่องจากทิศทางการสร้างจากปลาย 5 ไปยังปลาย 3 นั้นสวนทางกับทิศกลายคลายเกลียวของ DNA โมเลกุลเดิม จึงสร้างพอลินิวคลีโอไทด์ สายสั้นๆที่มีทิศทางจาก 5 ไป 3 จากนั้น เอนไซม์ไลเกส จะเชื่อมต่อสายสั้นๆเหล่านี้ให้เป็นสายเดียวกันเรียกว่า แลกกิงสแตรนด์

48. การสังเคราะห์ DNAในการแบ่งเซลล์ระยะ S ของอินเตอร์เฟส จะมีการจำลองตัวเองของ DNA(DNA REPLICATION) แบบกึ่งอนุรักษ์(SEMI-CONSERVATIVE) ทำให้เกิดเป็น DNA สายใหม่ ที่เหมือนเดิมทุกประการ

49. การสังเคราะห์ DNA

50. ขั้นตอนการสังเคราะห์ DNA • เอนไซม์เฮลิเคส (helicase) เข้าสลายพันธะไฮโดรเจนที่จุดใดจุดหนึ่งบนเกลียวคู่ เรียกจุดนี้ว่าทางแยกของการลอกแบบหรือ เรพลิเคชันฟอร์ค (replication fork)