อาร์ เอน เอ (Ribonucleic acid RNA)

อาร์ เอน เอ เป็นโพลีไรโบนิวคลีโอไทด์ที่มีนิวคลีโอไทด์มาเชื่อมกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเธอร์ในทิศ 5′ - 3′ เหมือน ดี เอน เอ สิ่งมีชีวิตบางชนิดใช้ อาร์ เอน เอ เป็นสารพันธุกรรมเช่นไวรัสเอดส์ แต่ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงเช่นมนุษย์ อาร์ เอน เอ ทำหน้าที่หลายอย่างแบ่งตามชนิดได้ตามนี้
Ribosomal RNA (rRNA)rRNA เป็น อาร์ เอน เอ ที่เป็นองค์ประกอบของไรโบโซม ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูงพบ rRNA อยู่ ๔ ขนาดคือ 28S, 18S, 5.8S และ 5S rRNA ทำหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีน
Messenger RNA (mRNA) mRNA เป็นตัวถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรม จาก ดี เอน เอ ออกมาเป็นโปรตีน เมื่อเซลล์ต้องการสร้างโปรตีนขึ้นมาใช้งาน เซลล์จะคัดลอก gene สำหรับสร้างโปรตีนนั้นออกมาเป็น mRNA ดังนั้น mRNA จึงเกิดขึ้นในนิวเคลียส เมื่อมี mRNA แล้ว จะมีกระบวนการขนส่ง mRNA ออกจากนิวเคลียสสู่ไซโตพลาสม ซึ่งเป็นที่สำหรับสังเคราะห์โปรตีน
transfer RNA (tRNA) tRNA ตัวมันจะมีกรดอะมิโนมาเกาะอยู่ ทำหน้าที่นำกรดอะมิโนมาเรียงร้อยต่อกันเป็นโปรตีน ชนิดของกรดอะมิโนที่จะนำมาต่อนี้ถูกกำหนดโดยรหัสพันธุกรรมบน mRNA ส่วน tRNA มีตัวช่วยอ่านรหัสเรียกว่า anticodon

ไวรัส

ไวรัส
ไวรัสเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีขนาดเล็กที่สุด ประกอบด้วยกรดนิวคลีอิกห่อหุ้มด้วยโปรตีน ดังนั้นไวรัสจึงเป็นนิวคลีโอโปรตีนชนิดหนึ่ง เราสามารถจำแนกไวรัสออกตามชนิดของกรดนิวคลีอิกได้เป็น ดี เอน เอ ไวรัส และ อาร์เอน เอ ไวรัส เพราะในไวรัสแต่ละชนิดจะประกอบขึ้นจากกรดนิวคลีอิกเพียงชนิดใดชนิดหนึ่งเท่านั้น ไวรัสบางชนิดอาจพบคาร์โบไฮเดรตและไขมันในองค์ประกอบได้บ้าง แต่พบในปริมาณที่น้อยมาก
กรดนิวคลีอิกของไวรัสทำหน้าที่เป็นสารพันธุกรรม ส่วนโปรตีนและสารประกอบอื่นทำหน้าที่ในการปกป้องสารพันธุกรรมไม่ให้ถูกทำลาย และช่วยในการขยายพันธุ์ของไวรัส

โครโมโซม

โครโมโซม
โครโมโซมเป็นดีออกซีไรโบนิวคลีโอโปรตีน ประกอบขึ้นจาก ดี เอน เอ และโปรตีน ทำหน้าที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรม สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีโครโมโซมแตกต่างกัน โปรคาริโอตมีโครโมโซม ๑ โมเกุล แต่ยูคาริโอตอาจมีโครโมโซมมากกว่า ๑ โมเลกุลอยู่ในนิวเคลียส
โครงสร้างของโครโมโซมในระยะอินเตอร์เฟส โครโมโซมจะคลี่ขยายออกเป็นเส้นใยเล็ก ๆ เรียกว่าโครมาติน ในระดับโมเลกุล เส้นใยโครมาตินคือสาย ดี เอน เอ พันรอบแกนโปรตีนฮิสโตน เป็นก้อนเล็กๆ เรียกว่านิวคลีโอโซม (nucleosome) แต่ละหน่วยนิวคลีโอโซมจะเชื่อมกันด้วยช่วงของสาย ดี เอน เอ สั้น ๆ ทำให้โครงสร้างของโครมาตินเป็นคล้ายสายเชือกทีกำลังร้อยลูกปัด (bead and string)
ในระยะที่จะมีการแบ่งเซลล์เส้นใย โครมาตินจะขดม้วนตัว แลัวพับซ้อนกันแน่นขึ้นเห็นเป็นแท่งติดสีเข้มในนิวเคลียส กลายเป็นโครงสร้างที่เรียกว่าโครโมโซม ซึ่งมีรูปร่างเป็นแท่งโครมาติดสองแท่ง เชื่อมกันด้วยส่วนที่เรียกว่าเซนโทรเมียร์
ฮีสโตน เป็นโปรตีนที่พบได้เฉพาะในเซลล์ร่างกาย (somatic cell) ประกอบขึ้นจากกรดอะมิโนที่มีฤทธิ์เป็นเบสอันได้แก่ lysine, arginine และ histidine ในปริมาณที่มากถึงร้อยละ ๒๕ ของกรดอะมิโนที่เป็นองค์ประกอบทั้งหมด ฮีสโตนแบ่งออกเป็น ๕ ชนิดคือ H1, H2a, H2b, H3 และ H4 เมื่อรวมตัวกับ ดี เอน เอ เป็นนิวคลีโอโซม ฮีสโตน H2a, H2b, H3 และ H4 อย่างละ ๒ หน่วย จะทำหน้าที่เป็นแกนกลางสำหรับการพันม้วนสาย ดี เอน เอ และมี H1 ประกบอยู่ด้านนอก ดังรูป

ดี เอน เอ (Deoxyribonucleic acid DNA)

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 โครโมโซมในเซลล์มนุษย์

หน้าที่ทางชีวภาพของนิวคลีโอไทด์

หน้าที่ทางชีวภาพของนิวคลีโอไทด์

๑) เป็นหน่วยย่อย (building block) สำหรับการสร้างกรดนิวคลีอิก โดยที่ไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโครงสร้างของ อาร์ เอน เอ และดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโครงสร้างของ ดี เอน เอ
๒) เป็นสารตัวกลางเก็บพลังงาน พลังงานที่ได้จากการเผาผลาญสารอาหารสามารถเก็บไว้ในรูปพลังงานพันธะเคมีระหว่างหมู่ฟอสเฟต (anhydride bond) ภายในโมเลกุลของนิวคลีโอไทด์ที่มีฟอสเฟตมากกว่า ๑ หมู่ สารตัวกลางเก็บพลังงานที่รู้จักกันดีได้แก่ ATP
๓) เป็นตัวกลางในการออกฤทธิ์ของฮอร์โมน เช่น cAMP
๔) เป็น coenzyme เช่น FAD FMN NAD NADP

นิวคลีโอไซด์

มีอีกโครงสร้างหนึ่งที่ควรจะรู้จักคือ นิวคลีโอไซด์ (nucleoside) ซึ่งก็คือสารที่ประกอบขึ้นจาก น้ำตาลเพนโทสกับเบสไนโตรเจนเท่านั้น มาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะ ß -N- glycosidic ที่คาร์บอนตำแหน่งที่ ๑ ของน้ำตาล
ความสัมพันธ์ระหว่าง nucleotide กับ nucleotide อาจจำอย่างง่ายๆ เป็นสมการก็ได้คือ
pentose + purine(pyrimidine) = nucleoside
nucleoside + phosphate = nucleotide
เนื่องจากว่าน้ำตาลเพนโทสเป็นวงแหวนโมเลกุลที่มีอะตอม ๕ อะตอม ในส่วนของเบสไนโตรเจนนั้น เบสพิวรีนมีอะตอม ๙ อะตอมในวงแหวน เบสไพริมิดีนมี ๖ อะตอมในวงแหวน เมื่อมีการสร้างพันธะเคมีระหว่างน้ำตาลกับเบสไนโตรเจนขึ้นเป็นนิวคลีโอไซด์ ความยุ่งยากในการเรียกตำแหน่งอะตอมในโมเลกุลของทั้งสองโครงสร้างก็เกิดขึ้น เพื่อไม่ให้เกิดความสับสนจึงมีการตกลงกันว่า ตำแหน่งอะตอมในเบสไนโตรเจน ให้แทนด้วยตัวเลขธรรมดาคือ 1- 9 ในเบสพิวรีน และ 1 - 6 ในเบสไพริมิดีน ส่วนตำแหน่งอะตอมคาร์บอนในน้ำตาลเพนโทสนั้น ให้มีเครื่องหมาย " ′ " บนตัวเลข เช่น " คาร์บอนตำแหน่ง 5′ " เป็นต้น
จากนิวคลีโอไซด์ไปเป็นนิวคลีโอไทด์นั้นจะมีหมู่ฟอสเฟตเพิ่มขึ้นมา หมู่ฟอสเฟตนี้เกิดจากการสร้างพันธะเอสเธอร์ระหว่างกรดฟอสฟอริกกับหมู่ไฮดรอกซีที่คาร์บอนตำแหน่ง 5′ ของน้ำตาลไรโบส เราเรียกนิวคลีโอไทด์ที่มีหมู่ฟอสเฟตที่คาร์บอนตำแหน่ง 5′ นี้ว่า nucleoside-5′-monophosphate การเรียกชื่อนิวคลีโอไซด์และนิวคลีโอไทด์ จะเรียกผันตามชื่อของน้ำตาลและเบส

กรดนิวคลีอิก

สิ่งมีชีวิตถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมไปยังลูกหลานโดยอาศัยสารพันธุกรรมคือ กรดนิวคลีอิก ในธรรมชาติมีกรดนิวคลีอิกอยู่เพียง ๒ ชนิด ได้แก่กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือ ดี เอน เอ กับกรดไรโบนิวคลีอิกหรือ อาร์ เอน เอ กรดนิวคลีอิกจัดเป็นสารพวกแมโครโมเลกุล เป็นโพลีเมอร์ของนิวคลีโอไทด์เรียกว่า polynucleotide เพื่อให้เข้าใจคุณสมบัติทางเคมีของกรดนิวคลีอิก เราควรทำความเข้าใจคุณสมบัติทางเคมีของนิวคลีโอไทด์ให้ได้เสียก่อน ดังนั้นในบทความนี้จึงเริ่มแนะนำให้รู้จักกับนิวคลีโอไทด์ก่อนที่จะเรียนเรื่องกรดนิวคลีอิกต่อไป