The Genetic Basis of Evolution I. Genetic Basis II. Mechanism of Evolution Gentic basis

I. Genetic Background 1.1 From Cell to Chromosomes 1.2 From DNA to Phenotypes 1.3 Transmission of Characters

From Cell to Chromosome & From Chromosome to DNA

Cell หน่วยเล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิต (organism) ที่มีคุณสมบัติของชีวิต (life) ดำรงชีพด้วยตัวเอง หรือมีศักยภาพในการดำรงชีพ ร่วมกันเป็นโครงสร้างเฉพาะ มี metabolisms ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม ถ่ายทอดพันธุกรรมในการสืบพันธุ์

Prokaryotic cell: เชลล์ชั้นต่ำ ไม่เยื่อหุ้ม nucleus เช่น bacteria Cell ประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ คือ Cytoplasm และ Nucleus Prokaryotic cell: เชลล์ชั้นต่ำ ไม่เยื่อหุ้ม nucleus เช่น bacteria Eukaryotic ell: เชลล์ชั้นสูง มีเยื่อหุ้ม nucleus เช่น เชลล์พืช, สัตว์ทั่วไป

From Cell to Chromosomes

Chromosome โครงสร้างพันธุกรรมในระดับองศ์กรใหญ่ที่สุด ประกอบขึ้นด้วย DNA และ Chromosomal Proteins โครงสร้างซับซ้อน เริ่มจาก เส้นเล็กบาง ไม่เห็นด้วยกล้อง LM จนถึง ขดเป็นแท่งหนา เห็นด้วยกล้อง LM ขณะพันธุกรรมทำงานจะคลายตัวเป็นเส้นบาง มีเป็นคู่เหมือนกัน เรียกว่า Homologous Chromosomes

Karyotype ของ คนผู้ชาย (human male) ลักษณะ และ จำนวนของ Chromosomes ของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด เรียกว่า Karyotype Karyotype ของ คนผู้ชาย (human male)

Chromosome ปกติมีเป็นคู่และเหมือนกัน เรียกว่า Homologous chromosome Cells ร่างกายปกติ homologous chromosomes มีจำนวนเป็นคู่ -Diploid Cells สืบพันธุ์ homologous chromosomes มีจำนวนเดี่ยว - Haploid

Life cycles ของสิ่งมีชีวิตแสดง ช่วงที่มี Haploid กับมี Diploid พืช สัตว์

Meiosis การแบ่งเซลล์ สีบพันธุ์ในอวัยวะสืบพันธุ์ ได้เซลล์ลูกที่มี จำนวน Chromosomes เป็น Haploidเป็นการสร้าง cells สืบพันธุ์ Mitosis การแบ่งเซลล์ร่างกายทั่วไป ได้เซลล์ลูกที่มี จำนวน Chromosomes เป็น Diploidและเป็นการสืบพันธุ์ระดับ cells

บน Chromosome มี หน่วยพันธุกรรม เรียกว่า Gene Gene = to be born Gene คือ ปัจจัยสำหรับถ่ายทอดพันธุกรรม Gene คือ ช่วงหนึ่งๆ ของ DNA

เช่น ลักษณะกลุ่มเลือด ABO แต่ละ copy เรียก Allele Gene ของแต่ละลักษณะ อาจมีได้หลาย copy เช่น ลักษณะกลุ่มเลือด ABO แต่ละ copy เรียก Allele Allele คือ Molecular form ของ gene แต่ละ Allele อยู่บนตำแหน่ง Locus บน homologous chromosome แต่ละ Allele ถ่ายทอดไม่ขึ้นต่อกัน ในสิ่งมีชีวิต 1 individual แต่ละ gene มีเพียง 2 alleles

แบบของ คู่alleles เรียกว่า Genotype AA - Homozygous Dominant Aa - Heterozygous aa - Homozygous Recessive Dominant allele ตัวพิมพ์ใหญ่ Recessive allele ตัวพิมพ์เล็ก

From Chromosome to DNA Chromosome ประกอบด้วย DNA + Chromosomal Proteins

Transmission of characters From DNA to Phenotypes Transmission of characters

Phenotypes

Phenotype คือ ลักษณะ (characters) ต่าง ๆ Phenotype คือ ลักษณะ (characters) ต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิต โดยมีสาร Proteins เป็นตัวพื้นฐาน DNA เป็น ตัวพันธุกรรม หรือ gene ที่ถ่ายทอด ลักษณะ (phenotype) โดยเพิ่มจำนวนตัวเองแล้วแบ่งตัว ถ่ายทอด ให้ลูก DNA เป็นข้อมูลพันธุกรรม (genetic information) ทั้ง หมดของ Proteins และ ควบคุมลักษณะ โดยกำหนดเป็น รหัสของ Amino Acid ของ proteins

DNA = Deoxyribonucleic acid เป็นสารพันธุ์กรรม เป็นสาร Nucleic acid ชนิดหนึ่ง

Nucleic acids ในสารพันธุกรรม มี 2 ชนิด 1. Ribonucleic acid RNA 2. Deoxyribonucleic DNA

Nucleic Acids polymers ของ Nucleotides ซึ่งประกอบขึ้นด้วย 3 ส่วน 1. Five-carbon sugar (Pentose) 2. Phosphate group 3. Nitrogen bases 3.1 Purine 3.2 Pyrimidine

Components ของ Nucleotides

DNA Structure Watson-Crick Model Complementary bases Purine: Adenine , Guanine Pyrimidine: Thymine, Cytosine DNA เป็น Double helix (double strand)

RNA structure Complementary bases Purine: Adenine , Guanine Pyrimidine: Uracil , Cytosine RNA เป็น Single strand

Central Dogma of Molecular Genetics Function of DNA การทำงานและการแสดงออกของ DNA จนทำให้เกิด Phenotypes คล้ายกับเป็นการไหลของข้อมูลพันธุกรรม เรียกว่า Central Dogma of Molecular Genetics

Central Dogma of Molecular Genetics Up-to-date version Original version

สรุป : Flow of genetic information from DNA to RNA to Proteins

1. Replication สังเคราะห์ Genetic information Central Dogma ของ DNA: 1. Replication สังเคราะห์ Genetic information โดยใช้เส้นเดิมแม่แบบ - Template เพื่อถ่ายทอดลักษณะพันธุกรรม 2. Transcription ถอดรหัสข้อมูลจาก DNA โดยสังเคราะห์ข้อมูลใหม่ให้อยู่ในรูปของ RNA 3. Translation แปลรหัสข้อมูลบน RNA โดยแปล ใช้สังเคราะห์ Protein ซึ่งเป็นตัวลักษณะพันธุ กรรมหรือ Phenotype

Semiconservative replication Replication of DNA DNA เส้นเดิมทั้ง 2 เส้นเป็นแม่แบบเรียกว่า DNA Template และ ใช้ enzyme ชื่อ Helicase แยกเส้นแม่แบบออกจากกัน แล้วใช้ enzyme ชื่อ DNA polymerase ต่อ nucleotides เข้ากับแม่แบบ Semiconservative replication

Transcription of DNA DNA เพียงเส้นเดียว เป็นแม่แบบการสร้าง RNA ใช้ enzyme ชื่อ RNA polymerase แยก DNA 2 เส้นออกจากกัน และต่อ nucleotides ของ RNA สร้างเสร็จแล้ว RNA หลุดออก และ DNA พันเกลียวคืน RNA จะถูกส่งไปใช้เป็นรหัสในการสังเคราะห์ protein ที่ Cytoplasm ของเซลล์

Messenger RNA (mRNA Transfer RNA (tRNA) RNA มี 3 ชนิด Ribosomal RNA (rRNA) RNA มี 3 ชนิด นอกจากนี้ RNA ยังเป็นตัวพันธุกรรมหรือ gene ของ Virus หลายชนิด เช่น virus ทำให้เกิดโรค AIDS

Messenger RNA (mRNA) เป็นรหัสพันธุกรรม- Genetic codes บอกให้รู้ชนิดของ amino acid ใน โปรตีน ที่พันธุกรรมกำหนด รหัสเรียกว่า Codon Codon ประกอบด้วย 3 bases 1 Codon แปลได้เป็น 1 Amino acid

Genetic Codes 64 (43)codons แปลให้ 20 Amino acids และ 3 Stop codons (UAA, UAG, และ UGA) ให้หยุด การสร้าง proteins AUG เป็น start codon ให้เริ่มการสร้าง proteins และเป็น code สำหรับ methionine Genetic Codes

Transfer RNA (tRNA) เป็นผู้แปลหรืออ่านรหัสบน mRNA โดยนำ amino acids เข้าสู่กระบวนการสังเคราะห์ โปรตีน (Translation) tRNA มี รหัสตรงข้ามกับ Codon เรียกว่า Anticodon ซึ่ง มี base 3 ตัวจับได้พอดีกับ Codon บน mRNA Codon Anticodon

Ribosomal RNA (rRNA) รวมกับ protein กลายเป็น Ribosome สถานที่หรือโรงงาน ผลิตโปรตีนของ Cell ประกอบด้วย 2 subunits Small subunit และ Large subunit

Translation การแปลรหัส หรือการสังเคราะห์ protein RNA ทั้ง 3 ชนิดทำงาน ร่วมกันในการสร้าง protein โดย mRNA มีรหัส codons ของข้อมูลพันธุกรรม tRNA นำ amino acid ในเซลล์เข้ามาต่อกันตามลำดับ codon โดยอ่านรหัส codon ให้ตรงกับ anticodon rRNA เป็นโรงงานในการสร้าง

สรุป : เหตุการณ์ Transcription & Translation

สรุป : From DNA to Phenotype