การแปล DNA ทำงานอย่างไร?

การแปลรหัสพันธุกรรมจากรูปแบบกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกซึ่งประกอบด้วยสายอักขระที่ซ้ำกันสี่ตัวไปยังผลิตภัณฑ์โปรตีนขั้นสุดท้ายที่ประกอบด้วยกรดอะมิโนเป็นกระบวนการที่เข้าใจกันดี วิธีหนึ่งในการอธิบายกระบวนการนี้คือจินตนาการว่าโครโมโซมเส้นเดียวเป็นเหมือนชั้นวางหนังสือที่เต็มไปด้วยหนังสือสอนวิธีการเขียนเป็นภาษาต่างประเทศ นักแปลอาจหยิบหนังสือเล่มหนึ่งออกจากชั้นวางและเริ่มถอดความรหัสลงบนกระดาษ จากนั้นเขาก็แปลอักขระต่างประเทศเป็นคำที่ผู้อ่านสามารถเข้าใจได้ จากนั้นผู้อ่านจะดำเนินการสร้างโครงการที่มีประโยชน์ตามคำแนะนำที่แปล

•••รูปภาพ Comstock / Comstock / Getty

ดีเอ็นเอประกอบด้วยสายโซ่พอลินิวคลีโอไทด์สองสายพันกันเป็นเกลียวคู่ นิวคลีโอไทด์ของโซ่ทั้งสองมีฐานไนโตรเจน แต่ละเบสมีโมเลกุล adenine (A), cytosine (C), guanine (G) หรือ thymine (T) ติดอยู่ สายโซ่พอลินิวคลีโอไทด์สองสายพันธะซึ่งกันและกันผ่านพันธะไฮโดรเจนที่อ่อนแอระหว่างโมเลกุลที่จับคู่ C-and-G และโมเลกุลที่จับคู่ A-and-T พันธะ C-G/A-T ที่เป็นเอกลักษณ์นี้ช่วยให้สาย DNA สามารถแยกออกจากกันได้ชั่วคราว ในขณะที่เอ็นไซม์จะคลายเกลียวเกลียวคู่ออกเป็นส่วนๆ

สาระของ RNA ของผู้ส่งสาร (mRNA) เป็นสำเนาที่ถูกต้องของ DNA สายเดี่ยว ยกเว้นว่าไทมีน (T) แต่ละตัวจะถูกแทนที่ด้วยโมเลกุลยูราซิล (U) สายของโมเลกุล mRNA ที่ประกอบด้วยโมเลกุล G, C A และ U ถูกจัดเรียงเป็นรหัสสามเท่า เช่น CAC, UUA และ CUG ลำดับของรหัสแฝดสามนี้เป็นสำเนาของลำดับดีเอ็นเอ GTGAATGAC ต่อมารหัสสามตัวอักษรจะถูกแปลเป็นโปรตีนโดยสารเชิงซ้อน RNA/โปรตีนพิเศษที่รู้จักรหัสสามตัวอักษรและสร้างสายกรดอะมิโนที่ตรงกับรหัส ตัวอย่างเช่น รหัส mRNA AUG จับคู่กับกรดอะมิโนเมไทโอนีน

การถอดความเกิดขึ้นเมื่อเอนไซม์ RNA polymerase เคลื่อนที่ไปตามบริเวณเฉพาะของ DNA สายเดียวและสังเคราะห์ (ถอดเสียง) สำเนา mRNA โดยปกติแล้ว เกลียว mRNA จะถูกดัดแปลงโดยการตัดเฉือนในจุดที่เฉพาะเจาะจงหลายจุดโดยเอนไซม์พิเศษ จากนั้นจึงรวมเข้าด้วยกันเป็นเกลียว mRNA ที่สั้นกว่าซึ่งจะเข้ารหัสสำหรับโปรตีนที่ใช้งานได้ ดังนั้นสายดีเอ็นเอที่เข้ารหัสดั้งเดิมจึงไม่ได้แปลเป็นโปรตีนโดยตรง แต่ต้องผ่านขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงเป็น mRNA เพื่อลบลำดับที่ไร้สาระซึ่งไม่ได้เข้ารหัสสำหรับยีน

การแปลเป็นขั้นตอนสุดท้ายของการแปลลำดับดีเอ็นเอให้เป็นโปรตีนที่ใช้งานได้ RNA/โมเลกุลเชิงซ้อนของโปรตีนที่เรียกว่า "ไรโบโซม" ยึดตัวเองเข้ากับเกลียว mRNA ที่ดัดแปลงและแปลสายดังกล่าวเป็นสายโซ่ของโมเลกุลโปรตีน สิ่งนี้ทำได้โดยการถ่ายโอนโมเลกุล RNA (tRNA) ที่มีกรดอะมิโนจำเพาะไปยังไรโบโซมซึ่งอ่านรหัสสามตัวอักษรและจับคู่กับกรดอะมิโนจำเพาะ เมื่อสังเคราะห์สายกรดอะมิโนแล้ว โดยทั่วไปจะพับเป็นโครงสร้างที่ทำให้ทำงานได้โดยอัตโนมัติ นี่คือสาเหตุที่การกลายพันธุ์ของ DNA เพียงครั้งเดียวอาจเป็นหายนะได้ การกลายพันธุ์ของ DNA ถูกแปลงเป็นรหัส mRNA สามตัวอักษร ซึ่งในทางกลับกัน รหัสสำหรับกรดอะมิโนที่ไม่ถูกต้อง ด้วยเหตุนี้จึงป้องกันไม่ให้สายโซ่กรดอะมิโนสุดท้ายพับเป็นโปรตีนที่ใช้งานได้อย่างถูกต้อง