สรุปวิชาวิทยาศาสตร์ มัธยมต้น เรื่องพันธุกรรมและการถ่ายทอด

พันธุกรรมและการถ่ายทอด

1.การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม

พันธุกรรม คือ สิ่งที่สัตว์ได้รับถ่ายทอดมาจากบรรพบุรุษ และสิ่งที่ถ่ายทอดส่งต่อจากรุ่นหนึ่ง ไปยังอีกรุ่นหนึ่ง พันธุกรรมจะถูกควบคุมโดยหน่วยควบคุมลักษณะที่เรียกว่า “ยีน (Gene)ยีน (Gene) คือ หน่วยควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งอยู่เป็นคู่และจะถ่ายทอดจากพ่อแม่ไปสู่ลูก  ยีนมีหน้าที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมลักษณะหนึ่งๆไป เช่น ยีนควบคุมเกี่ยวกับสีผิวก็จะควบคุมเรื่องสีผิวอย่างเดียว

โครโมโซม (chromosome)

เป็นที่อยู่ของหน่วยพันธุกรรม  ทำหน้าที่ควบคุมและถ่ายทอดข้อมูล  ลักษณะทางพันธุกรรมต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต เช่น ลักษณะของเส้นผม ลักษณะดวงตา เพศ และผิว
แอลลีล (Allele) หมายถึง ยีนต่างชนิดกันที่เข้าคู่กันได้โดยจะอยู่ในตำแหน่งเดียวกันของโครโมโซมที่เป็นคู่เหมือน (Homologous Chromosome) เป็นยีนที่ควบคุมลักษณะเดียวกัน เช่น ลักษณะต้นสูงของ ต้นถั่วถูกควบคุมโดยยีน 2 แอลลีล คือ ยีนที่ควบคุมลักษณะเด่น (T) และยีนที่ควบคุมลักษณะด้อย (t) 
ลักษณะเด่น (Dominance หรือ Dominant Trait) คือ ลักษณะที่มีโอกาสปรากฏออกมาใน
รุ่นลูกและรุ่นต่อๆ   หรือเรียกว่าการข่มกันอย่างสมบูรณ์ เช่น ถ้านำสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะตรงข้ามกัน และเป็นพันธุ์แท้ (ด้อยแท้และเด่นแท้) ทั้ง 2 ฝ่ายมาผสมพันธุ์กัน  เช่น นำถั่วต้นสูงพันธุ์แท้ผสมพันธุ์กับถั่วต้นเตี้ยพันธุ์แท้ ลูกที่เกิดขึ้นจะมีลักษณะต้นสูงทั้งหมด เช่น Tt  ( T แสดงยีนเด่น และ t ยีนด้อย ฟีโนไทป์ที่ปรากฏให้เห็นจะแสดงลักษณะของยีน  T เท่านั้น) 
ลักษณะด้อย (Recessive Trait) คือ ลักษณะที่ปรากฏออกมาเฉพาะบางรุ่น และมีโอกาสปรากฏออกมาได้น้อยกว่า (ลักษณะเด่น)  เช่น Tt  ( T แสดงยีนเด่น และ t ยีนด้อย ฟีโนไทป์ที่ปรากฏให้เห็นจะแสดงลักษณะของยีน  T เท่านั้น เพราะยีน t โดนข่มอย่างสมบูรณ์ จะแสดงลักษณะ ยีน t ก็ต่อเมื่อ จับคู่แบบ tt  เท่านั้น

โฮโมไซกัสยีน แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ ดังนี้

Homozygous Dominance 
หมายถึง คู่ของยีนเด่นที่เหมือนกันอยู่ด้วยกัน หรือเรียกว่าเป็นพันธุ์แท้ของลักษณะเด่น
Homozygous Recessive 
หมายถึง คู่ของยีนด้อยที่เหมือนกันอยู่ด้วยกัน หรือเรียกว่าเป็นพันธุ์แท้ของลักษณะด้อย
เฮเทอโรไซกัสยีน (Heterozygous Gene) หมายถึง คู่ของยีนที่ต่างกันอยู่ด้วยกันเพื่อควบคุมลักษณะ
ของสิ่งมีชีวิต เช่น Tt, Rr, IA IAIB  เฮเทอโรไซกัสยีน เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า พันธุ์ทาง
ฟีโนไทป์ (Phenotype) หมายถึง ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่ปรากฏออกมาให้เห็นได้ด้วยตา เช่น สีของดอกถั่ว สีผิวของคน จำนวนชั้นของหนังตา ลักษณะของเส้นผม หมู่เลือด เป็นต้น
จีโนไทป์ (Genotype) หมายถึง รูปแบบของยีนที่ควบคุมฟีโนไทป์ต่างๆ เช่น จีโนไทป์ที่ควบคุมความยาวของลำต้นถั่วมีได้ 3 แบบ ได้แก่ TT, Tt และ tt
ไซกัสยีน (Homozygous Gene) คือ คู่ของยีนที่เหมือนกันอยู่ด้วยกันเพื่อควบคุมลักษณะของสิ่งมีชีวิต เช่น TT, tt, IAIA  โฮโมไซกัสยีน เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า พันธุ์แท้

การถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมที่ถูกควบคุมโดยยีนด้อยบนออโตโซม (Autosome)และโครโมโซมเพศ (Sex Chromosome)

มิวเทชัน คือ การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับยีน หรือโครโมโซม ซึ่งจะก่อให้เกิดลักษณะทางพันธุกรรมที่ดีหรือไม่ดีก็ได้
 มิวเทชันที่เกิดขึ้นกับยีน (Gene mutation หรือ DNA mutation) คือ การเปลี่ยนแปลงลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนใน DNA อย่างถาวร ซึ่งจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงชนิด และลำดับของกรดอะมิโนในสายโปรตีนที่จะถูกสร้างขึ้นจากการทำงานของยีน
เซลล์ที่มีโครโมโซม 2 ชุด (2n) เรียกว่า เซลล์ดิพลอยด์ (dipolid) ซึ่งมียีนทุกยีนอยู่เป็นคู่บนโครโมโซมคู่เหมือน (homologous chromosome)
2.แมนแดล

กฎของเมนเดลนั้นจะมีลักษณะเด่น (Dominant) และลักษณะด้อย (Recessive) เช่น

(1) พ่อกับแม่ที่มีลักษณะเด่นแท้มาผสมกัน ก็จะได้ลูกเด่นทั้งหมด 
(2) ด้อยแท้มาผสมกันก็จะได้ลูกลักษณะด้อยทั้งหมด
(3) ถ้านำเด่นแท้ กับด้อยแท้ มาผสมกันผลที่ได้ในรุ่นลูกคือ “เด่น” ทั้งหมด (เด่นพันธุ์ทาง)
a. นำไปผสมกันในรุ่นหลานก็จะได้ เด่นแท้-เด่นไม่แท้ – ด้อยแท้   ในลักษณะ 1: 2:  1   ส่วน 
ลองดูตามตัวอย่าง 

ถั่วต้นสูง (T) เป็นลักษณะเด่น จะเขียนด้วยตัวพิมพ์ใหญ่
ต้นเตี้ย (t) เป็นลักษณะด้อย  จะเขียนด้วยตัวพิมพ์เล็ก
1) ถั่วต้นสูง (T) + ถั่วต้นสูง (T) = ลูกสูงทั้งหมด (TT)
 2) ถั่วต้นเตี้ย (t) + ถั่วต้นเตี้ย (t) = ลูกเตี้ยทั้งหมด (tt)
 3) ถั่วต้นสูง (T) + ถั่วต้นเตี้ย (t) = ลูกสูงทั้งหมด (Tt)
 4) เอาลูกที่ได้จากข้อ 3 
1. ลูกสูงแท้ (TT) 25% 
2.ลูกสูงทั้งหมด (Tt) 50 % + ลูกสูงไม่แท้ (Tt,)  + ลูกสูงไม่แท้ (Tt) 50%  +   ลูกเตี้ยแท้ (tt) 25% 
 5)เมื่อเอาเมล็ดถั่วสูงแท้ (TT) จากข้อ 4 ไปปลูกจะได้ลูกสูงหมด (TT) และเอาเมล็ดถั่วต้นเตี้ย (tt) ไปปลูก จะได้ลูกเตี้ยหมด (tt) เอาเมล็ดถั่วต้นสูงไม่แท้ (Tt) จะได้ถั่วชั้นลูกเหมือนกับข้อ 4

1) Law of segregation of gene 

สรุปว่า homologus loci บน homologus chromosome จะแยกออกจากกันในระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ แล้วจะกลับมารวมกันใหม่อย่างอิสระในระหว่าง fertilization 

จากกฎข้อที่ 1 นี้จึงสรุปได้ว่า 
• ลักษณะทางพันธุกรรมถูกควบคุมด้วย allele หนึ่งคู่ 
• Allele จะแยกออกจากกันในระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ 
• ในระหว่างการปฏิสนธิ allele จะกลับเข้ามารวมกันใหม่ โดย allele หนึ่งมาจากพ่ออีก allele มาจากแม่
• Dominant allele จะแสดงลักษณะให้เห็นได้ทั้งในสภาพ homozygote และ heterozygote 
• Recessive allele จะแสดงลักษณะได้ก็ต่อเมื่อเป็น homozygote เท่านั้น 
• ถ้านำเอา heterozygote มาผสมกันเอง สิ่งมีชีวิตรุ่นลูกจะแสดงลักษณะ dominance : recessive ในอัตราส่วน 3 : 1 

***กฏข้อที่ 1 นี้ใช้อธิบายการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมเพียง 1 ลักษณะเท่านั้น 

2) Law of independent assortment of gene 

สรุปว่า จีนแต่ละคู่ที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมแต่ละลักษณะ ซึ่งอยู่บน nonhomologous chromosome จะแยกออกจากกันในระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์แล้วจะกลับมารวมกันใหม่อย่างอิสระหลังการปฏิสนธิ 
กฎข้อที่สองนี้ใช้อธิบายการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมมากกว่า  1  ลักษณะ A และ B ในทำนองเดียวกันกับกฎข้อที่ 1 ถ้าจะผสมพันธุ์ระหว่าง heterozygote ในแต่ละลักษณะ (Aa และ Bb) ในระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์แต่ละ allele จะแยกออกจากกัน allele A อาจไปรวมกับ B หรือ b ก็ได้ ดังนั้นจึงมีการสร้าง gamete ได้สี่แบบคือ AB, Ab, aB และ ab เมื่อมีการปฏิสนธิ โอกาสการเข้ามารวมกันใหม่ของ allele จึงเป็นไปตาม Punnett's square 

สรุปลักษณะทั่วไปตามกฎข้อที่สองได้ว่า
• Allele แต่ละคู่จะแยกออกจากกัน ทำให้เซลล์สืบพันธุ์มีเพียง allele ชนิดเดียวเท่านั้น 
• Phenotype ของลูกมีอัตราส่วน 9 : 3 : 3 : 1 

*** ใช้อธิบายการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมตั้งแต่สองลักษณะขึ้นไป 
linked gene ซึ่งหมายถึงจีนที่อยู่บนโครโมโซมเดียวกัน มีตำแหน่งใกล้กันและมักถ่ายทอดไปด้วยกัน  เช่น  A และ B เป็นลักษณะทางพันธุกรรมสองลักษณะ  อยู่ในตำแหน่งที่ใกล้กันบนโครโมโซมแท่งเดียวกัน ในระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ทั้งสองลักษณะจึงมักถ่ายทอดไปด้วยกัน 

5.โครโมโซมกับยีนสำหรับ มนุษย์ที่โครโมโซมเพศเป็นระบบ X-Y   แต่ละคนได้รับโครโมโซมเพศแต่ละแท่งจากพ่อและแม่ เพศของเราถูกกำหนดโดยโครโมโซมในอสุจิของพ่อที่เข้ามาผสมกับไข่สำเร็จ ว่าเป็นโครโมโซม X หรือ Y (เนื่องจากโครโมโซมในไข่จากแม่เป็นโครโมโซม X เสมอ)  เพศหญิงมีโครโมโซมเป็น XX และเพศชายมีโครโมโซมเป็น XY

6.ความผิดปกติของโครโมโซมกับยีน  ในร่างกายมนุษย์ทุกคนจะมีโครโมโซมอยู่ 23 คู่ หรือ 46 แท่ง แบ่งเป็นโครโมโซมร่างกาย  22 คู่ และโครโมโซมเพศ  1 คู่ หากโครโมโซมคู่ใดเกินมาหรือขาดหายไป ก็จะทำให้เกิดความผิดปกติทางพันธุกรรมเช่นเพศหญิงมีโครโมโซม XOแทนที่จะเป็น XX ทำให้เกิดอาการเทอรฌเนอร์ ลักษณะตัวเตี้ย  หรือ XXY ในเพศชาย กลุ่มอาการไคลน์เฟลาเตอร์ ผู้ป่วยจะเป็นชายปัญญาอ่อน 

ตัวอย่างโรคที่เกิดจากผิดปกติของยีน

1. อาการผิวเผือก (Albino)
2. โรคทาลัสซีเมีย (Thalassemia) เกิดจากผิดปกติของยีนที่สร้างอีโมโกลบิน ผู้ป่วยจะมีลักษณะ ซีด ตาเหลือง ติดเชื้อง่าย
3. โรคโลหิตจางชนิดซิกเคิลเซลล์ (Sickle Cell Anemia)
4. โรคฮีโมฟิเลีย (Hemophilia)
5. โรคตาบอดสี (Color Blindness)
6. โรคกล้ามเนื้อแขนขาลีบ

Surfing Waves

ความก้าวหน้าของการใช้เทคโนโลยีชีวภาพ

พันธุวิศวกรรม (genetic engineering) คือกระบวนการตัดต่อหรือเปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอในหลอดทดลอง เพื่อให้ได้ดีเอ็นเอที่มีคุณสมบัติตามต้องการ แล้วนำดีเอ็นเอหรือยีนดังกล่าวนั้นเข้าสู่เซลล์ ซึ่งเมื่อดีเอ็นเอเข้าไปแล้วยีนนั้นนั้นสามารถถ่ายแบบ (replication) และถ่ายทอดไปยังลูกหลานของสิ่งมีชีวิตใหม่ได้ เช่น การใส่ยีนของคนเข้าสู่แบคทีเรีย จะทำให้ได้แบคทีเรียใหม่ที่มีความสามารถผลิตโปรตีนของคนได้
จีเอ็มโอ หมายถึง สิ่งมีชีวิตที่ผ่านกระบวนการตัดต่อยีนแล้ว จะทำให้สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นๆ มีลักษณะตามที่มนุษย์ต้องการ
การโคลน (Cloning) หมายถึง การสร้างสิ่งมีชีวิต (ตัวหรือต้น) ใหม่ ซึ่งมีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนสิ่งมีชีวิตต้นแบบทุกประการ
วิธีการโคลน คือ การนำนิวเคลียสของเซลล์ร่างกาย (Somatic Cell) ใส่เข้าไปในเซลล์ไข่ที่ถูกดูดเอานิวเคลียสออกแล้ว จากนั้นกระตุ้นด้วยไฟฟ้าเพื่อให้แต่ละส่วนหลอมรวมกันแล้วนำไปเพาะเลี้ยงให้พัฒนาเป็นเอ็มบริโอ

การใช้ความรู้ทางด้านพันธุ์ศาสตร์ 

1. การแพทย์ เช่นการผลิตโปรตีนที่ใช้เป็นยาหรือวัคซีน เช่นการผลิตอินซูลิน การผลิตวัคซีนไวรัสตับอักเสบ บี 
2. อุตสาหกรรม เช่น ปรับปรุงพันธุ์จุลินทรีย์ เพื่อใช้ในการผลิตยาปฏิชีวนะ วิตตามิน  กรด
3.การเกษตร ปรับปรุงพันธ์พืช   สัตว์ การดัดแปลงพันธุกรรมพืชต้านทานต่อโรคและแมลง

ความหลากหลายทางชีวภาพ ( Biodiversity หรือ Biological Diversity) 

หมายความถึงความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต
ระดับของความหลากหลายทางชีวภาพ
การศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพ สามารถแบ่งย่อยออกได้เป็น 3 ระดับคือ 
1. ความหลากหลายทางพันธุกรรม (Genetic diversity)
 2. ความหลากหลายทางชนิดพันธุ์ (Species diversity)
 3.ความหลากหลายทางระบบนิเวศ (Ecological diversity) 
การจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิต จึงเป็นการบอกว่าสิ่งมีชีวิตแต่ละกลุ่มมีความสัมพันธ์กับสิ่งมีชีวิตอีกกลุ่มหนึ่งหรือไม่ ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่นำมาใช้ในการจัดหมวดหมู่ เช่น ลักษณะทางสัณฐานวิทยา (morphological characteristics)  ทางกายวิภาค (anatomy) และสรีรวิทยา (physiology)  
วิธีการจัดจำแนกจะใช้การเปรียบเทียบลักษณะความเหมือนหรือแตกต่างจาก dichotomous key และสรุปว่าเป็นสิ่งมีชีวิตชนิดใด  ถ้าเป็นชนิดใหม่จะต้องมีการตั้งชื่อ (nomenclature) โดยใช้หลักการของ binomial system of nomenclature 

การจัดจำแนกสิ่งมีชีวิต (classification of organisms)

การจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตออกเป็นหมวดหมู่
1. สามารถบ่งบอกถึงลำดับของสิ่งมีชีวิต
2. ตำแหน่งในการเกิดขึ้นของชนิดในขบวนการวิวัฒนาการ
การศึกษาชนิด ความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตและความสัมพันธ์ในเชิงวิวัฒนาการระหว่างสิ่งมีชีวิตต่างๆ เรียกว่า อนุกรมวิธาน taxonomy 

การจัดลำดับทางอนุกรมวิธาน (taxonomic hierarchy)

การเรียกชื่อวิทยาศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตประกอบด้วย 2 ส่วน (binomial nomenclature) คือ ชื่อ genus และชื่อ species 
การจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตออกเป็นอาณาจักรต่างๆ ( kingdom) โดยอาศัยลักษณะและการจัดเรียงตัวของเซลล์และความแตกต่างของลักษณะการกินอาหาร  แบ่งเป็น ชนิด ( species) สกุล ( genus) วงศ์ ( family) อันดับ ( order) ชั้น ( class) ไฟลัม (phylum) อาณาจักร (kingdom) และจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตออกเป็น 5 อาณาจักร  คือ
1.อาณาจักรโมเนอรา (Kingdom Monera) คือพวกสิ่งมีชีวิตที่เป็นโปรคาริโอท (prokaryote) เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ได้แก่ แบคทีเรียและไซยาโนแบคทีเรีย
2.อาณาจักรโปรติสตา (Kingdom Protista) เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (unicellular organisms) ที่เป็นพวกยูคาริโอท (eukaryote) อาจจะอาศัยอยู่เดี่ยวๆ หรือเป็นกลุ่ม เช่น อมีบา พารามีเซียม ยูกลีนา
3.อาณาจักรฟังไจ (Kingdom Fungi) เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (multicellular organisms) ที่เป็นยูคาริโอท กินอาหารโดยการย่อยสลายสารอินทรีย์ต่างๆ ได้แก่ เห็ด และรา
4.อาณาจักรพืช ( Kingdom Plantae) เป็นสิ่งมีชีวิตพวกพืชซึ่งเป็นพวกยูคาริโอทที่มีหลายเซลล์ มีผนังเซลล์ (cell wall) ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยตัวเอง มีความสามารถในการสังเคราะห์แสง
5.อาณาจักรสัตว์ ( Kingdom Animalia) เป็นสิ่งมีชีวิตพวกสัตว์ที่เป็นพวกยูคาริโอทที่มีหลายเซลล์ ไม่มีผนังเซลล์ กินอาหารโดยการกินสิ่งมีชีวิตอื่นเป็นอาหาร ส่วนใหญ่เคลื่อนที่ได้อย่างน้อยในช่วงใดช่วงหนึ่งของชีวิต