วฏจกรของเซลลและการแบงเซลล
อาจารยกตตศกด จนทรสข สาขาการแพทยแผนไทยประยกต วทยาลยสหเวชศาสตร
Cell Cycle and Cell Division
• เปนทอยของ หนวยพนธกรรม(gene) ซงท าหนาทควบคมและถายทอดขอมลเกยวกบลกษณะทางพนธกรรมตางๆ ของสงมชวต เชน ลกษณะของเสนผม สของตา หมเลอด สผว ความสง ฯลฯ
• เปนโครงสรางทอยในนวเคลยส พบทงในเซลลพชและเซลลสตว
โครโมโซม (chromosome)
• ขณะทเซลลไมแบงตว จะไมเหนโครโมโซม เนองจากโครโมโซมอยในลกษณะเปนเสนใยเลกๆ สานกนเปนรางแหอยในนวเคลยส ซงเสนใยนเรยกวา โครมาตน (Chromatin)
• โครมาตน คอ สายของ DNA ทพนรอบโปรตนฮสโทน (histone) ท าใหรปรางโครมาตนคลายลกปดทเรยงตอๆ กน ม DNA พนรอบลกปดนน
• เมอเซลลมการแบงตว โครมาตนจะขดตวสนเขา และหนาขน จนมลกษณะเปนแทง เรยกวา โครโมโซม
โครโมโซม (chromosome)
โครโมโซม (chromosome)
ลกษณะของโครโมโซม (chromosome)
แตละโครโมโซม ประกอบดวย 2 โครมาทด (chromatid) ย ดต ดก นตรง เซน โทร เม ย ร (centromere) สวนของโครโมโซมทยนออกไปจากเซนโทรเมยร เรยกวา แขน (arm)
• อะโครเซนตรก (Acrocentric) เปนโครโมโซมทมลกษณะเปนแทง โดยมเซนโทรเมยรอยใกลกบปลายขางใดขางหนง จงเหนสวนเลกๆ ยนออกจากเซนโทรเมยร
• เทโลเซนตรก (Telocentric) เปนโครโมโซมทมลกษณะเปนแทง โดยมเซนโทรเมยรอยตอนปลายสดของโครโมโซม
โครโมโซม (chromosome) โครโมโซม แบงเปนแบบตางๆ ไดดงน
• เมตาเซนตรก (Metacentric) เปนโครโมโซมทมแขนยน 2 ขางออกจากเซนโทรเมยรเทากนหรอเกอบเทากน
• ซบเมตาเซนตรก (Submetacentric) เปนโครโมโซมทมแขนยนออกมา 2 ขางจากเซนโทรเมยรไมเทากน
สงมชวตตางชนดกน จะมจ านวนโครโมโซมแตกตางกน
จ านวนโครโมโซมของสงมชวตแตละชนดจะมจ านวนคงท
โครโมโซม (chromosome)
• การน าโครโมโซมขนาดตางๆ มาเรยงกน เรยกวา แครโอไทป (Karyotype) โดยจ าแนกตามลกษณะ ขนาด และต าแหนงของเซนโทรเมยร
• โครโมโซมในเซลลรางกายของคนม 46 แทง (23 ค) แบงเปน 2 ชนด คอ
1. โครโมโซมรางกาย (autosome) มจ านวน 22 ค (คท 1 – 22) เหมอนกนทงเพศหญงและชาย
2. โครโมโซมเพศ (sex chromosome) จ านวน 1 ค ในเพศหญงจะเปน XX สวนเพศชายเปน XY โดยโครโมโซม Y จะมขนาดเลกกวาโครโมโซม X
• ดงนน ผหญงจะมโครโมโซม 44 + XX แทง สวนผชายจะมโครโมโซม 44 + XY แทง
โครโมโซม (chromosome)
โครโมโซมของมนษย
โครโมโซมของมนษย
โครโมโซม (chromosome)
การแบงเซลลม 2 ขนตอน คอ 1. การแบงนวเคลยส (karyokinesis) ม 2 แบบ คอ 1.1 การแบงแบบไมโทซส (mitosis) 1.2 การแบงแบบไมโอซส ( meiosis) 2. การแบงไซโทพลาซม (cytokinesis) ม 2 แบบ คอ
2.1 แบบทเยอหมเซลลคอดกวจาก 2 ขาง เขาใจกลางเซลล เรยกวาแบบ furrow type ซงพบในเซลลสตว
2.2 แบบทมการสรางเซลลเพลท (cell plate) มากอตวบรเวณกงกลางเซลลขยายไป 2 ขางของเซลล เรยกวาแบบ cell plate type ซงพบในเซลลพช
การแบงเซลล (Cell Division)
ขนตอนโดยรวมของการแบงเซลล
• เปนการแบงเซลลเพอเพมจ านวนเซลลของรางกายในการเจรญเตบโตของสงมชวตหลายเซลล หรอการแบงเซลลเพอการสบพนธในสงมชวตเซลลเดยวและหลายเซลลบางชนด เชน พช
• ไมมการลดจ านวนชดโครโมโซม (2n ไป 2n หรอ n ไป n )
• เมอสนสดการแบงเซลลจะได 2 เซลลใหมทมโครโมโซมเทาๆ กน
การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)
• พบทเนอเยอเจรญปลายยอด, ปลายราก, แคมเบยมของพช, เนอเยอบผว, ไขกระดกในสตว, การสรางสเปรมและไขของพช
• ม 5 ระยะ คอ อนเตอรเฟส (interphase), โพรเฟส (prophase), เมทาเฟส (metaphase), แอนาเฟส (anaphase) และเทโลเฟส (telophase)
การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)
วฏจกรของเซลล (Cell Cycle)
วฏจกรของเซลล หมายถง ชวงระยะเวลาการเปลยนแปลงของเซลลในขณะทเซลลมการแบงตว ประกอบดวย 2 ระยะ คอ การเตรยมความพรอมทจะแบงตว และกระบวนการแบงเซลล
- G1: ระยะกอนการสราง DNA เปนระยะทเซลลมการเจรญเตบโตเตมท และสรางสารบางอยาง เพอเตรยมพรอมในการสราง DNA ตอไป
- S: ระยะสราง DNA (DNA replication) เปนระยะทมการสงเคราะห DNA เพมขนอก 1 เทาตว หรอมการจ าลองโครโมโซมอก 1 ชด โดยโครโมโซมทจ าลองขนจะตดกบทอนเกาทเซนโทรเมยร
วฏจกรของเซลล (Cell Cycle) 1. ระยะอนเตอรเฟส (Interphase) ระยะนเปนระยะเตรยมตวทจะแบงเซลล แบงออกเปน 3 ระยะยอย คอ
- G2: ระยะหลงสราง DNA เซลลมการเจรญเตบโตและเตรยมพรอมแบงโครโมโซมและไซโทพลาสซมตอไป
2. ระยะ M (M-phase)
• เปนระยะทมการแบงนวเคลยส และแบงไซโทพลาสซม
วฏจกรของเซลล (Cell Cycle)
• โครโมโซมจะมการเปลยนแปลงหลายขนตอนกอนทจะถกแบงแยกออกจากกน ประกอบดวย 4 ระยะยอย คอ โพรเฟส, เมทาเฟส, แอนาเฟส และเทโลเฟส
• ในเซลลบางชนด เชน เซลลเนอเยอเจรญของพช เซลลไขกระดก (เพอสรางเมดเลอดแดง) เซลลบผว พบวา เ ซ ล ล จ ะ ม ก า ร แ บ ง ตว อ ย เ ก อ บตลอดเวลา จงกลาวไดวาเซลลเหลานอยในวฏจกรของเซลลตลอด
วฏจกรของเซลล (Cell Cycle)
• แตเซลลบางชนด เมอแบงเซลลแลวจะไมแบงตวอกตอไป นนคอเซลลจะไมเขาสวฏจกรของเซลลอก เขาส G0 จนกระทงเซลลชราภาพและตายไปในทสด
การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)
• เซลลมการเปลยนแปลงทางเคมมากทสด หรอมเมทาบอลซมสงมาก จงเรยก Metabolic stage • ใชเวลานานทสด ดงนน ถาศกษาการแบงเซลลแบบไมโทซส จากกลองจลทรรศน จะพบเซลล
ปรากฏอยในระยะนมากทสด • มการสงเคราะห DNA ขนมาอก 1 เทาตว หรอมการจ าลองโครโมโซมอก 1 ชด แตยงตดกนอยท
เซนโทรเมยร ดงนนโครโมโซม 1 แทง จะม 2 โครมาทด โดยโครมาทดของโครโมโซมทอนเดยวกน เรยกวา sister chromatid
• ระยะนโครโมโซมจะมความยาวมากทสด และเซนทรโอแบงเปน 2 อน
Interphase
• โครมาทดหดสน ท าใหเหนชดเจนวา 1 โครโมโซม ม 2 โครมาทด • เยอหมนวเคลยส และนวคลโอลสสลายไป • เซนทรโอล (ในเซลลสตว) จะเคลอนท แยกไปอยตรงขามกน ในแตละขวเซลล และสรางเสนใย
โปรตน เรยกวา ไมโทตก สปนเดล (mitotic spindle) หรอ สปนเดล ไฟเบอร (spindle fiber) ไปเกาะทเซนโทรเมยร ของทกโครโมโซม
• ส าหรบในเซลลพช ไมมเซนทรโอล แตมไมโทตกสปนเดล การกระจายออก จากขวทอยตรงขามกน (polar cap)
Prophase
• ระยะนเหมาะตอการนบจ านวนโครโมโซม, จดเรยงโครโมโซมเปนคๆ หรอทเรยกวาแครโอไทป ( karyotype) หรอเหมาะตอการศกษารปราง ความผดปกตของโครโมโซม
• ตอนปลายของระยะน เซนโทรเมยรจะแบงครง ท าใหโครมาทดเรมแยกจากกน
Metaphase
• โครโมโซมเรยงตวอยในแนวกงกลางเซลล
• โครโมโซมหดสนมากทสด สะดวกตอการเคลอนท
• ระยะนไมโทตก สปนเดล หดสนเขา ดงใหโครมาทดแยกตวออกจากกน โครมาทด จะคอยๆ เคลอนไปยงแตละขวของเซลล
• โครโมโซมภายในเซลลเพมเปน 2 เทา หรอจาก 2n เปน 4n • เหนโครโมโซม มรปรางคลายอกษร ตวว ( V), ตวเจ ( J) และตวไอ ( I) ขนอยกบต าแหนงของ
เซนโทรเมยร วาอยกงกลางของโครโมโซม หรอคอนขางปลาย หรอเกอบปลายสด • ใชเวลาสนทสด
Anaphase
• โครมาทดทแยกออกจากกน จะเรยกวา โครโมโซมลก (daughter chromosome) ซงจะไปรวมกลมในแตละขวของเซลล
• เยอหมนวเคลยสและนวคลโอลสเรมปรากฏ แตไมโทตกสปนเดลจะสลายไป • มการแบงไซโทพลาสซมออกเปน 2 สวน เซลลสตว เยอหมเซลลคอดกวจาก 2 ขาง เขาใจกลางเซลล เซลลพช เกดเซลลเพลท (cell plate) กนตรงแนวกลางเซลล ขยายไป 2 ขางของเซลล ซงตอมาเซลลเพลทจะกลายเปนสวนของผนงเซลล • ผลสดทาย ไดเซลลใหม 2 เซลล เซลลละ 2n เหมอนเดมทกประการ
Telophase
การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)
การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)
การแบงเซลลแบบไมโอซส (Meiosis)
• เปนการแบงเซลลเพอสรางเซลลสบพนธของสตว ซงเกดในวยเจรญพนธของสงมชวต โดยพบในอณฑะ (testes) และรงไข (ovary)
• นอกจากนยงเปนการแบงเซลล เพอสรางสปอร (spore) ในพช ซงพบในอบละอองเรณ (pollen sac) และอบสปอร (sporangium) หรอโคน (cone) ในพวกสนหรอในออวล (ovule)
• มการลดจ านวนชดโครโมโซมจาก 2n (Diploid) เปน n (Haploid) ซงเปนกลไกหนงทชวยใหจ านวนชดโครโมโซมคงท
• ม 2 ขนตอน คอ ไมโอซส I (Meiosis - I) และไมโอซส II (Meiosis - II)
การแบงเซลลแบบไมโอซส (Meiosis)
การแบงเซลลแบบไมโอซส (Meiosis)
• ไมโอซส I (Meiosis - I) หรอ Reductional division ขนตอนนจะมการแยก homologous chromosome ออกจากกน ม 5 ระยะยอย คอ
ไมโอซส I (Meiosis - I)
• ไมโอซส II (Meiosis - II) หรอ Equational division ขนตอนนจะมการแยกโครมาทดออกจากกน ม 4 - 5 ระยะยอย คอ
• เมอสนสดการแบงจะได 4 เซลล ทมโครโมโซมเซลลละ n (Haploid) ซงเปนครงหนงของเซลลตงตน และเซลลผลลพธทไดไมจ าเปนตองมขนาดเทากน
ไมโอซส II (Meiosis - II)
• มการสงเคราะห DNA อก 1 เทาตว หรอมการจ าลองโครโมโซม อก 1 ชด (1โครโมโซม ม 2 โครมาทด)
Meiosis - I
Interphase - I
• เปนระยะทใชเวลานานทสด • มความส าคญตอการเกดววฒนาการของสงมชวตมากทสด เนองจากมการแปลผนของ gene เกดขน • โครโมโซมทเปนคกน (Homologous Chromosome) จะมาเขาคและแนบชดตดกน เรยกวา เกด
ไซแนปซส (Synapsis) ซงโฮโมโลกสโครโมโซมทไซแนปซสกน จะผละออกจากกนบรเวณกลางๆ แตตอนปลายยงไขวกนอย เรยกวา เกดไคแอสมา (chiasma)
• เกดการเปลยนแปลงชนสวนโครมาทดระหวางโครโมโซมทเปนโฮโมโลกสกนกบบรเวณทเกดไคแอสมา เรยกวา crossing over ท าใหเกดการผนแปรของยน ซงท าใหเกดการแปรผนของลกษณะสงมชวตตอไป
Prophase - I
• คของโฮโมโลกสโครโมโซมจะมาเรยงตวกน (เรยงค) อยในแนวกงกลางเซลล
• ไมโทตกสปนเดลจะหดตวดงใหโฮโมโลกสโครโมโซมแยกออกจากกน
• จ านวนชดโครโมโซมในเซลล ระยะนยงคงเปน 2n เหมอนเดม
• โครโมโซมจะไปรวมอย แตละขวของเซลล
• ในเซลลบางชนด ในระยะนจะมการสรางเยอหมนวเคลยส มาลอมรอบโครโมโซม และแบงไซโทพลาสซมออกเปน 2 เซลล เซลลละ n
• แตในเซลลบางชนด จะไมแบงไซโทพลาสซม โดยจะมการเปลยนแปลง ของโครโมโซมเขาสระยะโพรเฟส II เลย
• เปนระยะพกตว ซงมหรอไมมกได ขนอยกบชนดของเซลล • ไมมการสงเคราะห DNA หรอจ าลองโครโมโซมแตอยางใด
Meiosis - II
Interphase - II
• ไมโอซส II (Meiosis - II) หรอ Equational division ขนตอนนจะมการแยกโครมาทดออกจากกน ม 4 - 5 ระยะยอย คอ
• เมอสนสดการแบงจะได 4 เซลล ทมโครโมโซมเซลลละ n (Haploid) ซงเปนครงหนงของเซลลตงตน และเซลลผลลพธทไดไมจ าเปนตองมขนาดเทากน
ไมโอซส II (Meiosis - II)
• โครมาทดจะหดสนมากขน
• นวคลโอลสและเยอหมนวเคลยสสลายไป
• ไมมการเกดไซแนปซส, ไคแอสมา หรอครอสซงโอเวอร แตอยางใด
• โครโมโซมจะมาเรยงตวกน (เรยงเดยว) อยในแนวกงกลางเซลล
• เซนโทรเมยรแยกเปน 2 อน
• มการแยกโครมาทดของทกโครโมโซมออกจากกน เกดเปนโครโมโซมใหม
• ท าใหจ านวนชดโครโมโซมเพมจาก n เปน 2n ชวขณะ
• โครโมโซมจะไปรวมอย แตละขวของเซลล
• มการสรางเยอหมนวเคลยส และมการแบงไซโทพลาสซม จนไดเซลลใหม 4 เซลล ซงแตละเซลลมโครโมโซมเปน n (จ านวนโครโมโซมลดลงครงหนงจากเซลลเรมตน)
ไมโทซส (Mitosis) ไมโอซส (Meiosis)
1. โดยทวไปเปนการแบงเซลลของรางกายเพอเพมจ านวนเซลลและเพอการเจรญเตบโต หรอการสบพนธในสงมชวตเซลลเดยว
1. โดยทวไปเกดกบเซลลทจะท าหนาทใหก าเนดเซลลสบพนธ จงเปนการแบงเซลลเพอสรางเซลลสบพนธ
2. เรมจาก 1 เซลลแบงครงเดยวไดเปน 2 เซลลใหม 2. เรมจาก 1 เซลล แบง 2 ครง ไดเปน 4 เซลลใหม
3. เซลลใหมทเกดขน 2 เซลลสามารถแบงตวแบบไมโทซสไดอก
3. เซลลใหมทเกดขน 4 เซลลไมสามารถแบงตวแบบไมโอซสไดอก แตอาจแบงตวแบบไมโทซสได
4. การแบงแบบไมโทซส จะเรมเกดขนตงแต ระยะไซโกต และสบเนองกนไปตลอดชวต
4. สวนใหญจะแบงเมออวยวะสบพนธเจรญเตมทหรอเกดในไซโกตของสาหราย และราบางชนด
5. จ านวนโครโมโซมหลงการแบงจะเทาเดม (2n) เพราะไมมการแยกคของโฮโมโลกสโครโมโซม
5. จ านวนโครโมโซมจะลดลงครงหนง เนองจากการแยกคของโฮโมโลกสโครโมโซม ท าใหเซลลใหมมจ านวนโครโมโซมครงหนงของเซลลเดม (n)
6. ไมมไซแนปซส ไคแอสมา และครอสซงโอเวอร 6. เกดไซแนปซส ไคแอสมา และครอสซงโอเวอร
7. ลกษณะของสารพนธกรรม (DNA) และโครโมโซมในเซลลใหมทง 2 จะเหมอนกนทกประการ
7. ลกษณะของสารพนธกรรม และโครโมโซมในเซลลใหม อาจเปลยนแปล และแตกตางกนถาเกดครอสซงโอเวอร
• องคประกอบทางเคมของเซลล
• เมแทบอลซมของเซลล