กรดนิวคลีอิก (nucleic acid)

4.กรดนิวคลีอิก (nucleic acid) 

       เป็นสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ เป็นสารพอลิเมอร์ธรรมชาติที่ประกอบด้วยหน่วยซ้ำ ๆ กันของนิวคลีโอไทด์(nucleotide) ดังนั้นจึงถือว่ากรดนิวคลีอิกเป็นพอลินิวคลีโอไทด์ (polynucleotide)จำนวนหน่วยของนิวคลีโอไทด์แตกต่างกันออกไปตามชนิดของกรดนิวคลีอิก ซึ่งมีขนาด<100 ไปจนถึงหลายล้านหน่วย

กรดนิวคลีอิกแบ่งเป็น 2 กลุ่ม ดังนี้

1) กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (Deoxyribonucleic acid ; DNA) ซึ่งสามารถพบได้ในบริเวณนิวเคลียสของเซลล์  มีหน้าที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต และถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมจากรุ่นพ่อแม่ไปสู่รุ่นลูก

2) กรดไรโบนิวคลีอิก (Ribonucleic acid ; RNA) ซึ่งพบได้ในนิวเคลียสและไซโทพลาสซึมของเซลล์  มีหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีนต่าง ๆ ดังนั้นกรดนิวคลีอิกจึงเป็นสารชีวโมเลกุลที่มีบทบาทสำคัญยิ่งในการกำหนดลักษณะต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต

ที่มา :www.student.chula.ac.th

องค์ประกอบและโครงสร้างของกรดนิวคลีอิก

          เมื่อไฮโดรไลซ์กรดนิวคลีอิกด้วยสภาวะที่อ่อนจะให้นิวคลีโอไทด์หลายหน่วยและเมื่อทำการไฮโดรไลซ์ต่อด้วยสภาวะที่แรงขึ้นจะได้เป็นกรดฟอสฟอริกและนิวคลีโอไซด์ แต่ถ้าใช้สภาวะที่แรงขึ้นไปอีกจะมีการไฮโดรไลซ์อย่างสมบูรณ์ โดยนิวคลีโอไซด์จะแตกออกเป็นเบสอินทรีย์และน้ำตาลไรโบสหรือดีออกซีไรโบส

ผลจากการทำไฮโดรลิซิสสรุปได้ว่า กรดนิวคลีอิกประกอบด้วยหน่วยย่อยที่เป็นกรดฟอสฟอริก เบสอินทรีย์ และน้ำตาลไรโบสหรือดีออกซีไรโบส

        กรดนิวคลีอิกเป็นสารชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ ประกอบด้วยโมเลกุลย่อยๆที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) จำนวนมากมาสร้างพันธะโคเวเลนต์ต่อกันเป็นสายยาว โดยโมเลกุลนิวคลีโอไทด์จะประกอบด้วย 3หน่วยย่อย  ดังนี้

                    1)  น้ำตาลเพนโทส (pentose) เป็นน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน 5 อะตอม  มี 2 ชนิด  คือ  น้ำตาลไรโบส (ribose)  ซึ่งเป็นองค์ประกอบของอาร์เอ็นเอและดีออกซีไรโบส (deoxyribose)  ซึ่งเป็นองค์ประกอบของดีเอ็นเอ  โดยทั้งสองชนิดจะมีความแตกต่างกันคือ น้ำตาลดีออกซีไรโบสจะมีอะตอมธาตุออกซิเจนน้อยกว่าน้ำตาลไรโบสอยู่ 1 อะตอม
                    2)  ไนโตรเจนเบส (nitrogenous base)  มีอยู่ทั้งสิ้น 5ชนิด  คือ  อะดีนีน (Adenine ; A),  กวานีน (Guanine ; G),  ไซโทซีน (Cytosine ; C),  ยูเรซิล (Uracil ; U)  และไทมีน (Thymine ; T) ซึ่งส่วนของไนโตรเจนเบสนี้จะเป็นส่วนที่กำหนดความแตกต่างของโมเลกุลนิวคลีโอไทด์  โดยในดีเอ็นเอจะประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ชนิดที่มีเบสเป็น A, C, G หรือ T  ขณะที่ในอาร์เอ็นเอประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ชนิดที่มีเบสเป็น A, C, G หรือ U
                    3)  หมู่ฟอสเฟต  เป็นบริเวณที่สามารถสร้างพันธะกับน้ำตาลเพนโทสของนิวคลีโอไทล์อีกโมเลกุล ทำให้โมเลกุลของนิวคลีโอไทด์แต่ละโมเลกุลสามารถเชื่อมต่อกันได้

        เมื่อมีนิวคลีโอไทด์จำนวนแสนจนถึงล้านโมเลกุลขึ้นไปมาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมี จนเกิดเป็นสายยาวของดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอ  โดยโครงสร้างของดีเอ็นเอจะมีลักษณะเป็นสายนิวคลีโอไทด์2 สาย อยู่เป็นคู่กันพันบิดเป็นเกลียวโดยมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกันด้วยพันธะไฮโดรเจน  ขณะที่อาร์เอ็นเอจะมีลักษณะเป็นสายนิวคลีโอไทด์เพียงสายเดียวที่มีการบิดม้วนเป็นเกลียว
คุณสมบัติของกรดนิวคลีอิก

(1) คุณสมบัติเกี่ยวกับกรดและเบส

          เนื่องจากหมู่ฟอสเฟตของกรดนิวคลีอิคสามารถแตกตัวให้โปรตอนได้ทำให้กรดนิวคลีอิคมีประจุเป็นลบ จึงสามารถรวมตัวกับประจุบวกก่อน เช่น Mg2+, Ca2+ฯลฯ หรือสารอื่นๆที่มีประจุบวก เช่น สเปรอร์มีน( Spermine)และ ฮิสโตน ( Histone )ได้

(2) ความหนืด ( Viscosity )

          กรดนิวคลีอิกในสภาพที่โมเลกุลเหยียดตัวออก จนมีลักษณะคล้ายท่อนไม้ตรง เช่น ในสภาวะที่สารละลายมี pH เป็นกลาง จะทำให้สารละลายกรดนิวคลีอิกมีความหนืดสูง

(3) คุณสมบัติเกี่ยวกับการตกตะกอน ( Sedimentation )

          กรดนิวคลีอิกละลายได้ดีในสารละลายบัฟเฟอร์ที่มี pH เป็นกลางแต่ในส่วนสารละลายกรดหรือแอลกอฮอล์หรือในสารละลายที่ไม่เป็นโพลาร์ เช่น อะซิโตน คลอโรฟอร์ม กรดนิวคลีอิกจะไม่ละลายและจะรวมตัวกันเป็นกลุ่ม ตกตะกอนแยกออกจากสารละลาย

(4) คุณสมบัติเกี่ยวกับการดูดแสง

          เบสที่เป็นส่วนประกอบในกรดนิวคลีอิกเป็นสารพวกอะโรมาติก ที่สามารถดูดแสงอัลตราไวโอเลต ดังนั้นในสภาพธรรมชาติ DNA จึงสามารถดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 260 และ 195 nm. แต่การดูดแสงจะน้อยกว่านิวคลีโอไทด์อิสระที่มีปริมาณเท่ากัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Hypochromism และเมื่อDNA เปลี่ยนสภาพจากเกลียวคู่มาสู่สภาพสายเดี่ยว ( Single stranded ) จะท าให้การดูดแสงเพิ่มมากขึ้น ปรากฏการณ์เช่นนี้เรียกว่า Hyperchromism หรือHyperchromic effect การเปลี่ยนสภาพดังกล่าวอาจทำได้โดยใช้กรด ด่าง หรือการเพิ่มอุณหภูมิซึ่งจะทำให้DNA เปลี่ยนสภาพกลายเป็น DNA สายเดี่ยว และเมื่อปล่อยให้อุณหภูมิลดลงอย่างช้าๆDNA สายเดี่ยว จะค่อยๆจับคู่กันตามกฏการณ์จับคู่เบส กลายเป็น DNAเกลียวคู่อีก การดูดกลืนแสงก็จะลดลงด้วย การจับคู่กันใหม่ดังกล่าวจะเกิดขึ้นได้ดีในสารละลายที่มี DNA ชนิดเดียวกันถ้าเป็น DNA ของสัตว์ต่างชนิดกันการจับคู่กันเป็นเกลียวคู่จะเกิดได้ดีหรือไม่ขึ้นอยู่กับความคล้ายคลึงกันในการเรียงตัวของเบสใน DNA การจับคู่ของ DNA ต่างชนิดกันดังกล่าวเรียก DNA hybridization

ประโยชน์ของกรดนิวคลีอิก

1. ลอกแบบ (Replication) ตัวเองในขณะที่มีการแบ่งเซลล์ เพื่อสร้าง DNA สำหรับ โครโมโซมของเซลล์ใหม่ที่เกิดขึ้น

2. ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีน โดยผ่านกระบวนการถอดแบบ (Transcription)ในการสร้างโปรตีน แต่ยังไม่ทราบหน้าที่ที่แน่นอน

                                                                               ที่มาของเนื้อหา : หนังสือเรียนชีววิทยา (สัตววิทยา1)