The Genetic Basis of Evolution

1

The Genetic Basis of Evolution

I. Genetic Basis

II. Mechanism of Evolution

2

I. Genetic Background

1.1 From Cell to Chromosomes

1.2 From DNA to Phenotypes

1.3 Transmission of Characters

3

Level of Organization ในสั�ตว์�

4

Level of Organization ใน พืช

5

หน�ว์ยของช�ว์�ตที่��เล็�กที่��สั�ด

6

สัารพื�นธุ�กรรม

DNA Deoxyribonucleic

Acid

7

From Cell to Chromosome

&From

Chromosome to DNA

8

Cell

• หน�ว์ยเล็�กที่��สั�ดของสั��งม�ช�ว์�ต(organism) ที่��ม�คุ�ณสัมบั�ต�ของช�ว์�ต (life)– ด#ารงช�พืด$ว์ยต�ว์เอง หรอม�ศั�กยภาพืในการ

ด#ารงช�พื– ร�ว์มก�นเป็(นโคุรงสัร$างเฉพืาะ– ม� metabolisms– ตอบัสันองต�อการเป็ล็��ยนแป็ล็งสั��งแว์ดล็$อม– ถ่�ายที่อดพื�นธุ�กรรมในการสับัพื�นธุ��

9

Prokaryotic cell: เชล็ล็�

ช�.นต#�า ไม�เย�อห�$มnucleus เช�นbacteria Eukaryotic

ell: เชล็ล็�ช�.นสั0ง ม�เย�อห�$ม

nucleus เช�นเชล็ล็�พืช, สั�ตว์�ที่��ว์ไป็

Cell ป็ระกอบัด$ว์ย 2 สั�ว์นใหญ่� คุอ Cytoplasm แล็ะ Nucleus

10

From Cell to

Chromosomes

11

Chromosome โคุรงสัร$างพื�นธุ�กรรมในระด�บัองศั�

กรใหญ่�ที่��สั�ด• ป็ระกอบัข2.นด$ว์ย DNA แล็ะ Chromosomal Proteins

• โคุรงสัร$างซั�บัซั$อน เร��มจาก– เสั$นเล็�กบัาง ไม�เห�นด$ว์ยกล็$อง LM จนถ่2ง– ขดเป็(นแที่�งหนา เห�นด$ว์ยกล็$อง LM

• ขณะพื�นธุ�กรรมที่#างานจะคุล็ายต�ว์เป็(นเสั$นบัาง• ม�เป็(นคุ0�เหมอนก�น เร�ยกว์�า Homologous Chromosomes

12

ลั�กษณะ แลัะ จำนวนของ Chromosomes ของสิ่��งมี�ชี�ว�ตแต�ลัะ

ชีน�ด เรี�ยกว� Karyotype

Karyotype ของ คุนผู้0$ชาย (human male)

13

• Cells รี�งกยปกต� homologous chromosomes

มี�จำนวนเป�นคู่ � -Diploid• Cells สิ่!บพั�นธุ์%& homologous chromosomes

มี�จำนวนเด��ยว - Haploid

Chromosome ป็กต�ม�เป็(นคุ0�แล็ะเหมอนก�น

เร�ยกว์�า Homologous chromosome

14

Life cycles ของสั��งม�ช�ว์�ตแสัดง ช�ว์งที่��ม�Haploid ก�บัม� Diploid

พืช

สั�ตว์�

15

Meiosis การแบั�งเซัล็ล็�สั�บัพื�นธุ��ในอว์�ยว์ะ สับัพื�นธุ�� ได$เซัล็ล็�ล็0กที่��ม� จ#านว์น

Chromosomes เป็(น Haploid ได$เซัล็ล็�สับัพื�นธุ��

Mitosis การแบั�งเซัล็ล็�ร�างกายที่��ว์ไป็ ได$ เซัล็ล็�ล็0กที่��ม� จ#านว์น Chromosomes

เป็(น Diploid แล็ะ เป็(น การสับัพื�นธุ��ระด�บัcells

16

บัน Chromosome ม� หน�ว์ยพื�นธุ�กรรม เร�ยกว์�า

Gene

Gene = to be born

Gene คุอ ป็6จจ�ยสั#าหร�บัถ่�ายที่อดพื�นธุ�กรรม

Gene คุอ ช�ว์งหน2�งๆ ของDNA

17

18

• Gene ของแต�ล็ะล็�กษณะ อาจม�ได$หล็ายcopy

เช�น ล็�กษณะกล็��มเล็อด ABO ม� 3 copies• แต�ล็ะ copy เร�ยก Allele• Allele คุอ Molecular form ของgene

• แต�ล็ะ Allele อย0�บันต#าแหน�ง Locus บัน homologous chromosome• แต�ล็ะ Allele ถ่�ายที่อดไม�ข2.นต�อก�น• ในสั��งม�ช�ว์�ต 1 individual แต�ล็ะ gene ม�เพื�ยง 2 alleles

19

แบับัของ คุ0�alleles เร�ยก

ว์�าGenoty

pe - HH Homozygous

Dominant - Hh

Heterozygous - hh

HomozygousRecessive

Dominant allele ต�ว์พื�มพื�ใหญ่�

Recessive allele ต�ว์พื�มพื�เล็�ก

20

From Chromosome to DNA

Chromoso me

ป็ระกอบัด$ว์ยDNA + Chromosomal Proteins

21

From DNA to Phenotypes

Transmission of characters

22

Phenotypes

23

Phenotype คุอ ล็�กษณะ (characters) ต�าง ๆ

ของสั��งม�ช�ว์�ต โดยม�สัาร Proteins เป็(นต�ว์พื.นฐาน• DNA เป็(น ต�ว์พื�นธุ�กรรม หรอ gene ที่��ถ่�ายที่อด

ล็�กษณะ (phenotype) โดยเพื��มจ#านว์นต�ว์เอง แล็$ว์แบั�งต�ว์ ถ่�ายที่อด

ให$ล็0ก• DNA เป็(นข$อม0ล็พื�นธุ�กรรม (genetic information) ที่�.ง

หมดของ Proteins แล็ะ คุว์บัคุ�มล็�กษณะ โดย ก#าหนดเป็(น

รห�สัสั#าหร�บั Amino Acid ใน proteins

24

DNA = Deoxyribonucleicacid

เป็(นสัารพื�นธุ��กรรมเป็(นสัาร Nucleic acid ชน�ดหน2�ง

25

Nucleic acids ในสัารพื�นธุ�กรรม

ม� 2 ชน�ด 1. Ribonucleic acid

– RNA 2. Deoxyribonucleic

– DNA

26

Nucleic Acids• polymers ของ Nucleotides

ซั2�งป็ระกอบัข2.นด$ว์ย 3 สั�ว์น1. Five-carbon sugar (Pentose)2. Phosphate group3. Nitrogen bases

3.1 Purine 3.2 Pyrimidine

27

Components ของNucleotides

28

DNA Structur

e

ComplementarybasesPurine: Adenine , GuaninePyrimidine:Thymine, Cytosine

Watson-Crick Model

DNA เป็(นDouble helix

(double strand)

29

RNA structu

re

ComplementarybasesPurine: Adenine , GuaninePyrimidine: Uracil , Cytosine

RNA เป็(น Single

strand

30

• การที่#างานแล็ะการแสัดงออกของDNA จนที่#าให$เก�ด Phenotypes คุล็$ายก�บัเป็(นการไหล็ของข$อม0ล็

พื�นธุ�กรรม (อย�างเป็(นระบับั ) เร�ยกว์�าCentral Dogma of Molecular Biology

Function of DNA

31

Central Dogma of Molecular Biology

Original version

Up-to-date version

32

สัร�ป็ :

หารไหล็ของข$อม0ล็พื�นธุ�กร

รม จากDNA

ไป็RNA

ไป็Proteins

33

Central Dogma ของ

Molecular Biology 1. Replication สั�งเคุราะห�สัารพื�นธุ�กรรมDNA

โดยใช$ DNA เสั$นเด�มแม�แบับั - Template

เพื�อให$ถ่�ายที่อดล็�กษณะพื�นธุ�กรรมที่��เหมอนเด�มให$ล็0ก

2. Transcription ถ่อดรห�สัข$อม0ล็จาก DNA โดยสั�งเคุราะห�ข$อม0ล็ใหม�ให$อย0�ในร0ป็ของ RNA3. Translation แป็ล็รห�สัข$อม0ล็บัน RNA โดยแป็ล็ใช$

สั�งเคุราะห� Protein ซั2�งเป็(นต�ว์ล็�กษณะ พื�นธุ�กรรม

หรอ Character หรอ Phenotype

34

Replication of DNA หรอ การ จ#าล็อง DNA หรอ

การสั�งเคุราะห� DNA

DNA เสั$นเด�มที่�.ง 2 เสั$นเป็(นแม�แบับัเร�ยกว์�าDNA Template แล็ะ ใช$ enzyme ช�อHelicase แยกเสั$นแม�แบับัออกจากก�น

แล็$ว์ใช$ enzyme ช�อ DNA Polymerase ต�อ โมเล็ก�ล็nucleotides เข$าก�บัแม�แบับั

35

Replication การ

จ#าล็องพื�นธุ�กรรม

36

Transcription ของ DNA หรอ การถ่อดรห�สัพื�นธุ�กรรม หรอ

การสั�งเคุราะห� RNAs• ต$องการ DNA เพื�ยง เสั$นเด�ยว์เป็(นแม�แบับั

ในการสัร$าง RNA

• ใช$ enzyme ช�อ RNA Polymerase แยก DNA 2 เสั$นออกจากก�น แล็ะต�อ

ribonucleotides ได$สัาย RNA • RNA จะถ่0กสั�งไป็ที่#างานในการสั�งเคุราะห�protein ที่�� Cytoplasm

37

Transcription - การถ่อดรห�สัพื�นธุ�กรรม

38

RNA ม� 3

ชน�ด

• Messenger RNA (mRNA

• Transfer RNA (tRNA)• Ribosomal RNA (rRNA)

นอกจากน�. RNA ย�งเป็(นสัาร พื�นธุ�กรรมหรอ gene ของ

Virus หล็ายชน�ด เช�น virus ที่#าให$เก�ดโรคุ AIDS แล็ะ โรคุ

SARS

39

Messenger RNA(mRNA)

เป�น RNA ที่��มี�รีหั�สิ่พั�นธุ์%กรีรีมี- Genetic codes ซึ่+�งถอดมี

จำก DNA บอกใหั.รี .ชีน�ดของ ami no acid ในสิ่ยโปรีต�นที่��พั�นธุ์%กรีรีมีกหันด

• รีหั�สิ่เรี�ยกว� Codon• Codon ปรีะกอบด.วย 3 bases• 1 Codon แปลัได.เป�น AAAAA 1

AAAA

40

Genetic Codes• 64 4( 3 ) C odons

3 1( bases = codon , ม� 4 bases => 43 = 64 codons)

• แป็ล็ให$ AAAAA AAAAA 20 แล็ะ• 3 Stop A (, , แล็ะ UGA)

รห�สั ให$หย�ด การสัร$าง proteins • AUG เป็(น start codon ให$เร��มการสัร$าง

proteins แล็ะเป็(น code สั#าหร�บัmethionine

41

การใช$Codon

42

43

Transfer RNA(tRNA)

เป�นผู้ .แปลัหัรี!ออ�น รีหั�สิ่บน

mRNA โดยนamino acids เข.สิ่ �กรีะบวนกรี

สิ่�งเคู่รีะหั& โปรีต�น (Translati

on)• tRNA ม� รห�สัตรงข$ามก�บั Codon

เร�ยกว์�า Anticodon ซั2�ง ม� base3 ต�ว์จ�บัได$พือด�ก�บั Codon บัน

mRNA

Codon Anticodon

44

Ribosomal RNA (rRNA) รว์มก�บั protein กล็ายเป็(น Riboso

me • Ribosome

– สัถ่านที่��หรอโรงงาน ผู้ล็�ตโป็รต�นของ Cell– ป็ระกอบัด$ว์ย

2 subunits– Small subunit

แล็ะ– Large subunit

45

Translation การแป็ล็รห�สัพื�ยธุ�กรรม หรอการ

สั�งเคุราะห� protein• RNA ที่�.ง3 ชน�ดที่#างาน• ร�ว์มก�นในการสัร$าง•protein โดย• mRNA ม�รห�สั codons ของรห�สัของข$อม0ล็พื�นธุ�กรรม• tRNA น#า amino acid ในเซัล็ล็� เข$ามาต�อก�นตามล็#าด�บั codon

โดย tRNA อ�านรห�สั codon ให$ตรงก�บั anticodon• rRNA เป็(นโรงงานในการสัร$าง

46

Translation (Protein Synthesis)

47

Translation

48

สัร�ป็ :

เหต�การณ�Transcri

ption &

Translat

ion

หรอการที่#างาน

ของ พื�นธุ�กรรม

49

Phenotypes

50

The Genetic Basis of Evolution

II. Mechanism of Evolution