การแปลรหัส
ไรโบโซมอ่าน mRNA ทีละโคดอนจากปลาย 5′ ไป 3′; tRNA ที่มี anticodon เข้าคู่พากรดอะมิโนมาให้ต่อเป็น polypeptide จุดเริ่มกำหนดกรอบอ่าน ส่วน stop codon เป็นสัญญาณยุติ ไม่ใช่กรดอะมิโน
พื้นฐานที่ใช้: mRNA มีลำดับเบส, codon มีสามเบส และโปรตีนประกอบจากกรดอะมิโน
เข้าใจเนื้อหาและเงื่อนไข
1. codon และ tRNA เชื่อมข้อมูลกับกรดอะมิโน
- การแปลรหัส (Translation) เปลี่ยนลำดับเบสของ mRNA ให้เป็นลำดับกรดอะมิโนของสายพอลิเปปไทด์
- รหัสพันธุกรรมและ tRNA:
- Codon: รหัสเบส 3 ตัวบน mRNA ที่เรียงลำดับจาก 5′→ 3′
- Anticodon: รหัสเบส 3 ตัวบน tRNA ที่จับคู่แบบ Complementary และ Antiparallel (3′→ 5′) กับ codon บน mRNA
- Aminoacyl-tRNA synthetase: เอนไซม์ที่มีความจำเพาะสูง ทำหน้าที่จับกรดอะมิโนที่ถูกต้องเข้ากับ tRNA แต่ละชนิดโดยใช้พลังงานจาก ATP

- จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
- ภาพรวม: โครงสร้าง tRNA รูปใบโคลเวอร์และการจับคู่รหัสกับ mRNA
- ส่วนประกอบและสัญลักษณ์: ปลาย 3′-OH บรรทุกกรดอะมิโน Methionine; วงด้านล่างแสดง Anticodon 3′ UAC 5′ จับคู่กับ Codon 5′ AUG 3′ บนสาย mRNA
- ข้อจำกัดของภาพจำลอง: แสดงในรูป 2 มิติ (Cloverleaf) โครงสร้างจริงในเซลล์พับตัวเป็นรูปตัว L 3 มิติ
2. start ตั้งกรอบอ่าน; stop จบการแปล
- รหัสเริ่มต้นและรหัสหยุดควบคุมจุดเริ่มและจุดสิ้นสุดของการสังเคราะห์โปรตีนอย่างแม่นยำ
- รหัสเริ่มต้น (Start codon):
- 5′ AUG 3′: กำหนดจุดเริ่มต้นของการแปลรหัสและเข้ารหัสกรดอะมิโน Methionine (Met) เป็นกรดอะมิโนตัวแรกของพอลิเปปไทด์เสมอ
- รหัสหยุด (Stop codons):
- 5′ UAA 3′, 5′ UAG 3′, 5′ UGA 3′: ไม่เข้ารหัสกรดอะมิโนใดๆ แต่จับกับโปรตีน Release factor ทำให้สายพอลิเปปไทด์หลุดออกจากไรโบโซม

- จุดสังเกตสำคัญในภาพ:
- ภาพรวม: ขั้นตอนการแปลรหัสภายในไรโบโซมทั้ง 3 ตำแหน่ง: A site, P site, E site
- กลไกการเคลื่อนที่: ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตาม mRNA ในทิศ 5′→ 3′; tRNA ตัวใหม่เข้าที่ A site, สายพอลิเปปไทด์ต่อยาวขึ้นที่ P site, และ tRNA เปล่าหลุดออกทาง E site
- ข้อจำกัดของภาพจำลอง: แสดงขั้นตอน Elongation วนซ้ำ ไม่ได้แสดงการประกอบตัวของหน่วยย่อยไรโบโซมขนาดเล็กและใหญ่ในระยะเริ่ม
3. รหัสเสื่อมซ้ำได้ แต่ความหมายของแต่ละ codon ชัด
- รหัสพันธุกรรมมีคุณสมบัติสากลที่สะท้อนวิวัฒนาการและความเที่ยงตรง
- คุณสมบัติของรหัสพันธุกรรม:
- Degenerate / Redundant (รหัสซ้ำซ้อน): กรดอะมิโน 1 ชนิดสามารถถูกเข้ารหัสด้วย codon มากกว่า 1 ชนิด (มี 61 codons สำหรับกรดอะมิโน 20 ชนิด) ช่วยลดผลกระทบของการกลายพันธุ์
- Unambiguous (ไม่คลุมเครือ): แต่ละ codon กำหนดกรดอะมิโนชนิดเดียวเท่านั้นอย่างแน่นอน ไม่กำกวม
- Nearly Universal (เกือบเป็นสากล): สิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดใช้รหัสพันธุกรรมเดียวกัน มีข้อยกเว้นเพียงเล็กน้อยในไมโทคอนเดรียหรือโปรโตซัวบางกลุ่ม
4. กรอบอ่านกำหนดผลผลิตและทิศทางของ polypeptide
- สายพอลิเปปไทด์ถูกสังเคราะห์อย่างมีทิศทางตามลำดับรหัสพันธุกรรม
- กรอบการอ่าน (Reading frame):
- การอ่าน codon ดำเนินไปทีละ 3 นิวคลีโอไทด์ต่อเนื่องโดยไม่เว้นวรรคและไม่ซ้อนทับกัน (Non-overlapping)
- การแทรกหรือขาดหายของเบสที่ไม่ใช่ทวีคูณของ 3 จะทำให้กรอบการอ่านเลื่อน (Frameshift) ส่งผลให้ลำดับกรดอะมิโนด้านหลังทั้งหมดเปลี่ยนไป
- ทิศทางการสังเคราะห์:
- mRNA ถูกอ่านจาก 5′→ 3′ สังเคราะห์พอลิเปปไทด์จาก ปลาย N (N-terminus) ไปยัง ปลาย C (C-terminus)
ความรู้นี้ใช้กับโจทย์แบบไหน?
แปล mRNA เป็น polypeptide
สังเกตจากโจทย์: โจทย์ให้ mRNA และ codon table
เลือกวิธีคิด: เริ่มแบ่ง triplet จาก AUG ตามกรอบ; เปิดตารางด้วย mRNA; หยุดที่ stop โดยไม่แทน stop เป็นกรดอะมิโน
วิเคราะห์ tRNA หรือ frameshift
สังเกตจากโจทย์: โจทย์ให้ anticodon หรือเพิ่ม/ลบเบส
เลือกวิธีคิด: จับคู่ codon กับ anticodon แบบสวนทาง; ตรวจว่า indel หารด้วยสามลงตัวหรือไม่ก่อนทำนายกรอบถัดไป
ตัวอย่างโจทย์พร้อมวิธีคิด
ตัวอย่าง 1 · แปลจาก AUG ถึง stop
แปล 5′-AUG GCU UUU UGA-3′
- แบ่งจาก start เป็น AUG | GCU | UUU | UGA
- ตาราง mRNA ให้ AUG=Met, GCU=Ala, UUU=Phe
- UGA เป็น stop จึงยุติ ไม่เพิ่มกรดอะมิโน
คำตอบ: Met–Ala–Phe แล้วหยุดที่ UGA
ตรวจเหตุผล: มีกรดอะมิโนสามตัวก่อน stop; ไม่เขียน UGA เป็น amino acid
ตัวอย่าง 2 · ลบหนึ่งเบสกับกรอบอ่าน
ถ้าลบหนึ่งนิวคลีโอไทด์จาก coding region หลัง start คาดผลต่อ codon ถัดไปอย่างไร?
- กรอบอ่านแบ่งเบสสามตัวต่อหนึ่ง codon
- การลบหนึ่งเบสไม่หารด้วยสาม จึงเลื่อนขอบเขต triplet หลังจุดลบ
- codon ส่วนมากหลังจุดนั้นเปลี่ยนและอาจเกิด stop; การลบสามเบสคงกรอบ downstream แต่ถ้ารอยลบไม่ตรงขอบ codon อาจเปลี่ยน codon รอบรอยต่อ
คำตอบ: มักเกิด frameshift หลังตำแหน่งลบหนึ่งเบส; ผลจริงขึ้นกับลำดับ
ตรวจเหตุผล: นับจำนวนเบสที่ลบและดูตำแหน่งรอยลบเทียบกับกรอบอ่าน