กรดนิวคลีอิก

กรดนิวคลีอิก (อังกฤษ: nucleic acid) เป็นพอลิเมอร์ของนิวคลีโอไทด์ ที่ต่อกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ ( phosphodiester bond ) โดยที่หมู่ของฟอสเฟตที่เป็นส่วนประกอบของพันธะจะเชื่อมโยงระหว่างหมู่ ไฮดรอกซิลที่ตำแหน่ง 5 ของนิวคลีโอไทด์โมเลกุลหนึ่งกับหมู่ไฮดรอกซิลที่ตำแหน่ง 3 ในโมเลกุลถัดไป จึงทำให้นิวคลีโอไทด์มีโครงสร้างของสันหลัง ( backbone ) เป็นฟอสเฟตกับน้ำตาลและมีแขนงข้างเป็นเบส อาจจำแนกได้เป็น DNA และ RNA

โครงสร้างของดีเอ็นเอเป็นเกลียวคู่

DNA

ดูบทความหลักที่: ดีเอ็นเอ

DNA (อังกฤษ: deoxyribonucleic acid) พบในนิวเคลียสของเซลล์และไวรัสบางชนิด เป็นสารพันธุกรรม ในธรรมชาติส่วนใหญ่มักอยู่ในรูปเกลียวคู่ (Double stranded DNA) DNA ที่อยู่ในเซลล์มีจำนวนมากมักมีโครโมโซมเรียงตัวกันเป็นคู่หรือดิพลอยด์ มักพบบริเวณภายในนิวเคลียสของเซลล์

ขนาดและรูปร่าง

รูปร่างของ DNA ในสิ่งมีชีวิตแต่ละประเภทแตกต่างกัน เช่น เซลล์โพรคาริโอต ไวรัส แบคทีเรีย รวมทั้งคลอโรพลาสต์และไมโทคอนเดรีย ที่มี DNA เป็นวงแหวนเกลียวคู่ ส่วนในยูคาริโอต มี 2 ชนิด คือ ชนิดที่อยู่ในนิวเคลียส เรียก nuclear DNA อยู่ในรูปเกลียวคู่ปลายเปิด และชนิดที่อยู่ในไมโทคอนเดรียเรียก Mitochondrial DNA มีลักษณะเป็นวงแหวนเกลียวคู่ และขดตัวเป็นเกลียวคู่ยิ่งยวด ในพืชพบ DNA ทั้งในนิวเคลียสและคลอโรพลาสต์

ลักษณะที่สำคัญของ DNA

Watsan และ Crick พบว่าโครงสร้างตามธรรมชาติของ DNA ในเซลล์ทุกชนิดเป็นเกลียวคู่ซึ่งมีโครงสร้างที่เสถียรที่สุด โดยมีเบสอยู่ด้านในระหว่างสายของ DNA ทั้ง 2 ในลักษณะที่ตั้งฉากกับแกนหลักและวางอยู่ในระนาบเดียวกัน การที่เบสวางอยู่ในสภาพเช่นนี้ทำให้เบสระหว่างอะดีนีนและไทมีนสามารถเกิดพันธะได้ 2 พันธะ และเบสระหว่างกวานีนกับไซโทซีนเกิดได้ 3 พันธะ ซึ่งการเข้าคู่กันนี้ถ้าสลับคู่กันจะทำให้พลังงานที่ยึดเหนี่ยวไม่เหมาะสมกับการเข้าคู่ เพื่อเกิดเกลียวคู่ของ DNA

ฉะนั้นถ้าการเรียงตัวของเบสใน DNA สายหนึ่งเป็น T-C-C-A-A-G ลำดับการเรียงตัวของเบสในอีกสายหนึ่งจึงต้องเป็น A-G-G-T-T-C เราเรียกลักษณะนี้ว่าการจับกันของเบสคู่สม ( base complementary )

สมบัติของ DNA ในสารละลาย

สมบัติเกี่ยวกับกรดและเบส DNA แสดงสมบัติเป็นกรดเนื่องจากหมู่ฟอสเฟตที่อยู่ในพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์มีค่า pKa ประมาณ 2.1 ฉะนั้นที่ pH ปกติในเซลล์ของร่างกายประมาณ 6.7 หมู่ฟอสเฟตดังกล่าวจะมีประจุรวมทั้งกรดนิวคลีอิกในเซลล์มีประจุลบด้วยทำให้สามารถจับกับแอนไอออนหรือแคตไอออน หรือสายอื่นๆที่มีประจุบวก เช่น ฮีสโทน (histone) โพรทามีน (protamine)

สมบัติเกี่ยวกับความหนืด

โมเลกุลของ DNA มีลักษณะยาวมากเมื่อเทียบกับเส้นผ่าศูนย์กลาง มีผลทำให้สารละลายของ DNA มีความข้นเหนียวอย่างมาก แม้จะมี DNA ในปริมาณความเข้มข้นต่ำ ๆ

สมบัติเกี่ยวกับการเซดิเมนต์

ในสารละลายที่เป็นกรด ( pH = 3 ) ในแฮลกอฮอล์หรือในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว ( nonpolar solvent ) DNA สามารถตกตะกอนได้เนื่องจากโมเลกุลมีขนาดใหญ่มากเมื่อไปทำการเซดิเมนต์ โดยใช้แรงเหวี่ยงสูงๆ ในสารละลายที่มีความหนาแน่นต่างกัน (density gradient) สามารถหาความหนาแน่นของ DNA ได้ ความหนาแน่นที่ได้จากวิธีนี้ เรียกว่าความหนาแน่นสำหรับการลอยตัว ( buoyant density ) จากการทดลองพบว่า DNA เส้นเดี่ยวมีความหนาแน่นมากกว่า DNA เส้นคู่ และ DNA ที่มีปริมาณเบสกวานีนกับไซโตซีนสูงมีค่าความหนาแน่นสำหรับการลอยตัวสูงด้วย เนื่องจากเพราะ กวานีนกับไซโทซีนแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไฮโดรเจนถึงสามพันธะ ขณะที่ไทมีนและอะดีนีนแต่ละคู่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโฮโดรเจนเพียงสองพันธะ

สมบัติเกี่ยวกับการดูดกลืนแสง และอุณหภูมิสำหรับการหลอมของ DNA

ทั้งเบสไพริมีดีนและเพียวรีนที่อยู่ใน DNA และ RNA เป็นสารอะโรมาติก ( aromatic compound ) สามารถดูดกลืนสารรังสีเหนือม่วง โดยมีจุดยอดของการดูดกลืนแสงที่ความยาว คลื่นแสงที่มีความยาวคลื่น 260 และ 195 นาโนเมตร โดยอาศัยสมบัติการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 260 นาโนเมตรนี้สามารถตรวจสอบ และหาปริมาณกรดนิวคลีอิกในสารละลายได้ ทั้งนี้เพราะ DNA 1 กรัม/มิลลิลิตร มีค่าดูดกลืนแสงที่ 260 นาโนเมตร ประมาณ 20

RNA

ดูบทความหลักที่: อาร์เอ็นเอ

RNA (อังกฤษ: ribonucleic acid} พบในนิวเคลียสและไซโตพลาสซึมของสิ่งมีชีวิต มีหน้าที่คือ รับข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA เพื่อนำไปในสังเคราะห์โปรตีนรวมทั้งเอนไซม์และฮอร์โมนต่างๆภายในเซลล์ เป็นโพลีนิวคลีโทไทด์ที่ประกอบด้วย ไรโบนิวคลีโอไทด์หลายๆ หน่วยมาต่อกันด้วยพันธะ 3',5'- ฟอสโฟไดเอสเทอร์ ขนาดของ RNA สั้นกว่าโมเลกุลของ DNA มาก RNA ที่พบส่วนมากในเซลล์ส่วนใหญ่เป็นชนิดสายเดี่ยว ( singele standed RNA ) เฉพาะในไวรัสบางชนิดเท่านั้นที่อาจพบ RNA สายคู่ สายกรดนิวคลีอิกสามารถพันกันเป็นเกลียวโดยเฉพาะสำหรับดีเอ็นเอ สายทั้งสองเกาะกันอยู่ด้วยคู่เบสที่เฉพาะเจาะจง คือ อะดีนีนกับยูราซีน(Virus) และ กวานีนกับไซโตซิน (U=Virus Bacteria)

ชนิดของ RNA

RNA ที่สำคัญมี 3 ชนิด คือ

1. RNA นำรหัส ( messeger RNA,mRNA ) mRNA ถูกสังเคราะห์ขึ้นในนิวเคลียสโดยกระบวนการถอดรหัส mRNA มีปริมาณน้อยกว่า RNA ชนิดอื่นๆ คือมีประมาณ 5-10 % ของRNA ทั้งหมด mRNA ที่สังเคราะห์ได้ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงจะมีการเติม อะดีโนซีนฟอสเฟต ที่ปลาย 3' ทำให้ปลายเป็นโพลีอะดีโนซีนฟอสเฟต ซึ่งนิวคลีโอไทด์จะช่วยในการเคลื่อนย้าย mRNA จากนิวเคลียสไปสู่ไรโบโซม ส่วนที่ปลาย 5'-P04 ของmRNA มี 7-methyl-5-guanosine triphosphate ( capping ) มาจับ
2. RNA ขนย้าย ( tRNA ) tRNA ทำหน้าที่ พากรดอะมิโนมายังไรโบโซม ในระหว่างที่มีการสังเคราะห์โปรตีน tRNA เป็น RNA ที่มีขนาดเล็กเป็นสายเดี่ยวประกอบด้วย นิวคลีโอไทด์ 73-93 หน่วย
3. RNA ของไรโบโซม ( rRNA ) RNA ชนิดนี้มีอยู่ประมาณ 65% มีลักษณะเป็นเส้นยาวเดี่ยว ทำหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีน ไรโบโซมของพืชและสัตว์ชั้นสูง มีขนาด 80 s

ใหญ่กว่าไรโบโซมของแบคทีเรียซึ่งมีขนาด 70 s

อ้างอิง

• กรดนิวคลีอิก
• สายพันธุกรรมดีเอ็นเอ^{[ลิงก์เสีย]}
• มหัศจรรย์ดีเอ็นเอ

แหล่งข้อมูลอื่น

• Interview with Aaron Klug, Nobel Laureate for structural elucidation of biologically important nucleic-acid protein complexes provided by the Vega Science Trust.
• Nucleic Acid Research Journal