กรดนิวคลีอิก

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

 DNA 

DNA () 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

ถ้าการเรียงตัวของเบสใน 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 หรือสายอื่น ๆ ที่มีประจุบวก 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 โดยใช้แรงเหวี่ยงสูง ๆ 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 โดยมีจุดยอดของการดูดกลืนแสงที่มีความยาวคลื่น 260 และ 195 นาโนเมตร โดยอาศัยสมบัติการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 260 นาโนเมตรนี้สามารถตรวจสอบ และหาปริมาณกรดนิวคลีอิกในสารละลายได้
ทั้งนี้เพราะ DNA 1 กรัม/มิลลิลิตร มีค่าดูดกลืนแสงที่ 260 นาโนเมตร ประมาณ 20

 RNA 

RNA () พบในนิวเคลียสและไซโตพลาสซึมของสิ่งมีชีวิต มีหน้าที่คือ รับข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA เพื่อนำไปในสังเคราะห์โปรตีนรวมทั้งเอนไซม์และฮอร์โมนต่าง ๆ ภายในเซลล์ เป็นโพลีนิวคลีโทไทด์ที่ประกอบด้วย ไรโบนิวคลีโอไทด์หลาย ๆ 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
 RNA นำรหัส (messeger RNA, mRNA) mRNA ถูกสังเคราะห์ขึ้นในนิวเคลียสโดยกระบวนการถอดรหัส mRNA มีปริมาณน้อยกว่า RNA ชนิดอื่น ๆ คือมีประมาณ 5-10 % ของ RNA ทั้งหมด mRNA ที่สังเคราะห์ได้ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงจะมีการเติม อะดีโนซีนฟอสเฟต ที่ปลาย 3' ทำให้ปลายเป็นโพลีอะดีโนซีนฟอสเฟต ซึ่งนิวคลีโอไทด์จะช่วยในการเคลื่อนย้าย mRNA จากนิวเคลียสไปสู่ไรโบโซม ส่วนที่ปลาย 5'-P04 ของ mRNA มี 7-methyl-5-guanosine triphosphate (capping) มาจับ
 RNA ขนย้าย (tRNA) tRNA ทำหน้าที่ พากรดอะมิโนมายังไรโบโซม ในระหว่างที่มีการสังเคราะห์โปรตีน tRNA เป็น RNA ที่มีขนาดเล็กเป็นสายเดี่ยวประกอบด้วย นิวคลีโอไทด์ 73-93 หน่วย
 RNA ของไรโบโซม (rRNA) RNA ชนิดนี้มีอยู่ประมาณ 65% มีลักษณะเป็นเส้นยาวเดี่ยว ทำหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีน ไรโบโซมของพืชและสัตว์ชั้นสูง มีขนาด 80s ใหญ่กว่าไรโบโซมของแบคทีเรียซึ่งมีขนาด 70s

 อ้างอิง 

 กรดนิวคลีอิก 
 สายพันธุกรรมดีเอ็นเอ
 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

หมวดหมู่:พันธุศาสตร์
หมวดหมู่:กรดนิวคลีอิก