กรดนิวคลีอิก

กรดนิวคลีอิก ( nucleic acid ) เป็นสารชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ทำหน้าที่เก็บและถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุ์กรรมของสิ่งมีชีวิต จากรุ่นหนึ่งไปยังรุ่นต่อไปให้แสดงลักษณะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ ยังทำหน้าที่ควบคุมการเจริญเติบโตและกระบวนการต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต กรดนิวคลีอิกมี 2 ชนิด คือ DNA ( deoxyribonucleic acid )และRNA ( ribonucleic acid )โมเลกุลของกรดนิวคลีอิก ประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์( nucleotide ) โมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยส่วนย่อย 3 ส่วน ได้แก่ หมู่ฟอสเฟต น้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม และเบสที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ นิวคลีโอไทด์มีอยู่ด้วยกัน 5 ชนิดแตกต่างกันที่ องค์ประกอบ ที่เป็นเบสนอกจากนี้นิวคลีโอไทด์ยังเป็นสารให้พลังงาน เช่น ATP( acenosine triphosphate )นิวคลีโอไทด์จะเรียงตัวต่อกันเป็นสายยาว เรียกว่า พอลินิวพลีโอไทด์( polynucleotide )โมเลกุล DNA ประกอบด้วยพอลินิวคลีโอไทด์ 2 สายเรียงตัวสลับทิศทางกันและมีส่วนของ เบสเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน โมเลกุลบิดเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียน ส่วนRNA เป็นพอลินิวคลีอิกเพียงสายเดียวDNA และRNA มีน้ำตาลที่เป็นองค์ประกอบต่างกันใน DNA เป็นน้ำตาลดีออกซีไรโบส ( deoxyribose sugar ) ส่วนในRNA เป็นน้ำตาลไรโบส ( ribose sugar ) เบสที่พบใน DNA และ RNA มีบางชนิดที่เหมือนกัน และบางชนิดต่างกัน

โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์
นิวคลีโอไทด์ประกอบขึ้นจากสารเคมีสามอย่างมาประกอบกันคือ 1. กรดฟอสฟอริก 2. น้ำตาลเพนโทส มีอยู่สองชนิดคือ น้ำตาลไรโบส และ ดีออกซีไรโบส น้ำตาลทั้งสองต่างกันตรงที่น้ำตาลดีออกซีไรโบสขาดหมู่ไฮดรอกซี (-OH) ที่คาร์บอนตำแหน่งที่สอง เราสามารถใช้ปฎิกิริยาทางเคมีตรวจหาน้ำตาลทั้งสองชนิดได้โดย ใช้ปฏิกิริยาไดเฟนิลามีน (diphenylamine) ตรวจหาปริมาณน้ำตาลดีออกซีไรโบส และใช้ปฏิกิริยาออร์ซินอล (orcinol) ตรวจหาน้ำตาลไรโบส 3. เบสไนโตรเจน มีอยู่สองกลุ่มคือ เบสพิวรีน (purine) ได้แก่ Adenine กับ Guanine อีกกลุ่มหนึ่งคือ เบสไพริมิดีน (pyrimidine) ได้แก่ Thymine, Cytosine และ Uracil เบสทั้งสองชนิดสามารถดูดกลืนแสงได้ดีที่สุดที่ 260 nm เราจึงใช้คุณสมบัตินี้ ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของกรดนิวคลีอิก หน่วยย่อยทั้งสามมาประกอบกันขึ้นเป็น nucleotide โดยมีน้ำตาลเป็นตัวเชื่อม กรดฟอสฟอริก เชื่อมต่อกับน้ำตาลเพนโทสด้วยพันธะเอสเธอร์ที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 5 ของน้ำตาล ส่วนเบสไนโตรเจนนั้น จะมาเชื่อมต่อกับน้ำตาลที่คาร์บอนตำแหน่งที่ 1 ด้วยพันธะglycosidic
หน้าที่ทางชีวภาพของนิวคลีโอไทด์ 1) เป็นหน่วยย่อย (building block) สำหรับการสร้างกรดนิวคลีอิก โดยที่ไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโครงสร้างของ อาร์ เอน เอ และดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโครงสร้างของ ดี เอน เอ 2) เป็นสารตัวกลางเก็บพลังงาน พลังงานที่ได้จากการเผาผลาญสารอาหารสามารถเก็บไว้ในรูปพลังงานพันธะเคมีระหว่างหมู่ฟอสเฟต (anhydride bond) ภายในโมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ที่มีฟอสเฟตมากกว่า ๑ หมู่ สารตัวกลางเก็บพลังงานที่รู้จักกันดีได้แก่ ATP 3) เป็นตัวกลางในการออกฤทธิ์ของฮอร์โมน เช่น cAMP 4) เป็น coenzyme เช่น FAD FMN NAD NADP

ดี เอน เอ เป็นสารชีวโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุด ในคนพบ ดี เอน เอ ในนิวเคลียสของเซลล์และในไมโตคอนเดรีย ดี เอน เอ มีขนาดและรูปร่างที่แตกต่างกัน ตั้งแต่มีรูปร่างเป็นวงกลม เช่น พลาสมิดซึ่งเป็น ดี เอน เอ ขนาดเล็กในบักเตรีจนถึง ดี เอน เอ ขนาดใหญ่พันม้วนกับแกนโปรตีนอย่างซับซ้อนจนมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ เช่น โครโมโซมในเซลล์มนุษย์โครงสร้างของ ดี เอน เอ การศึกษาโครงสร้างของ ดี เอน เอ มีรากฐานมาจากการศึกษาของนักวิทยาศาสตร์หลายกลุ่ม เริ่มตั้งแต่งานของ Chargaff แห่งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ซึ่งได้ศึกษาองค์ประกอบเบสของ ดี เอน เอ จากแหล่งต่างๆ แล้วสรุปเป็นกฎของ Chargaff ดังนี้ 1. องค์ประกอบเบสของ DNA จากสิ่งมีชีวิตต่างชนิดจะแตกต่างกัน 2. องค์ประกอบเบสของ DNA จากสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันจะเหมือนกัน แม้ว่าจะนำมาจากเนื้อเยื่อต่างกันก็ตาม 3. องค์ประกอบเบสของ DNA ในสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งมีความคงที่ ไม่แปรผันตามอายุ อาหาร หรือสิ่งแวดล้อม 4. ใน DNA ไม่ว่าจะนำมาจากแหล่งใดก็ตาม จะพบ A=T , C=G หรือ purine = pyrimidine เสมอ

สำหรับ RNA ก็มีโครงสร้างคล้าย DNA คือประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เรียงต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์เป็นโพลีนิวคลีโอไทด์ แต่องค์ประกอบของนิวคลีโอไทด์่แตกต่างกันที่น้ำตาล และ เบส โดยน้ำตาลใน RNA เป็น ไรโบส ส่วนเบสใน RNA มียูราซิล (U) มาแทนไทมีน (T) (ภาพที่ 2.9) นอกจากนั้น RNA ยังเป็นโพลีนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว (ภาพที่ 2.10) ซึ่งต่างจาก DNA ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเกลียวคู่
ประเภทของ RNARNA แบ่งเป็น 3 ประเภทคือ เมสเซ็นเจอร์อาร์เอนเอ (messenger RNA ; mRNA) ทรานสเฟอร์อาร์เอนเอ (transfer RNA ; tRNA) และ ไรโบโซมอลอาร์เอนเอ (ribosomal RNA ; rRNA) RNA ทั้ง 3 ประเภทนี้แม้ว่าโดยทั่วไปจะเป็นโพลีนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว แต่ก็มีบางส่วนของสายที่เบสซึ่งเป็นคู่สมกันวกเข้ามาจับกัน ทำให้เห็น RNA แต่ละประเภทมีรูปร่างต่างๆ ขึ้นอยู่กับการจับกันของเบสคู่สมในสาย RNA นั้น
mRNA (ภาพที่ 2.11) เป็น RNA หลักที่มีเบสเกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีนโดยทำงานร่วมกับ tRNA และ rRNAtRNA (ภาพที่ 2.12) เป็น RNA ที่ช่วยนำกรดอะมิโนไปสร้างสายโปรตีนซึ่งเกิดขึ้นบน mRNA และไรโบโซม rRNA (ภาพที่ 2.13) เป็น RNA ที่อยู่ในไรโบโซม ช่วยในการยึดจับ tRNA และ mRNA