การเเบ่งเซลล์สืบพันธุ์
การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (Meiosis)
เป็นการแบ่งเซลล์ที่พบในการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ในยูคาริโอต การแบ่งเซลล์แบบนี้ไม่พบในเซลล์ทุกเซลล์ การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสแบ่งเป็นระยะได้ 2 ระยะ ดังนี้
1.ระยะอินเตอร์เฟส (Interphase) มีการจำลองดีเอ็นเอ มีการสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ และโปรตีนเพื่อเตรียมพร้อมที่จะแบ่งตัว โครโมโซมประกอบด้วย 2 โครมาทิด เยื่อหุ้มนิวเคลียสยังไม่สลายไป
2.ระยะแบ่งเซลล์ (cell division) แบ่งออกเป็น 2 ระยะคือ
1.ระยะไมโอซิส I (Meiosis I) เป็นระยะที่จำนวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่ง แบ่งเป็น 4 ระยะคือ
1.ระยะโพรเฟส I เป็นช่วงที่ใช้เวลาถึง 90% ของการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส โครมาตินหดตัวเข้ามาเป็นโครโมโซม โครโมโซมที่เป็นคู่กัน (homologous chromosome) มาเข้าคู่กัน ทำให้เห็นแต่ละคู่มี 4 โครมาทิด เกิดการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนระหว่างซิสเตอร์ โครมาติด ซึ่งเรียกว่า ครอสซิ่ง โอเวอร์ (crossing over) ซึ่งทำให้เกิดการกลายพันธุ์หรือการแปรผันพันธุกรรม ซึ่งแบ่งย่อยออกเป็น 5 ระยะคือ
- เลปโททีน (Leptotene) โครโมโซมเป็นเส้นใย ขนาดเล็กและยาวมากสานกันไปมาเรียกว่า โครโมนีมา (Chromonema) บางส่วนพันกันถี่มาก เมื่อย้อมสีจะติดสีเข้มดูคล้ายลูกปัดซึ่งเรียกว่า โครโมเมียร์ (Chromomere) เห็นนิวคลีโอลัสชัดเจน
-ไซโกทีน (Zygotene) ส่วนฮอมอโลกัสโครโมโซมมาจับคู่เรียงกันตามความยาวของโครโมโซม ทำให้โครโมเมียร์ตรงกันทุกจุด เรียกว่า ซิแนปส์ (Synapse) การเกิดซิแนปส์ทำให้มีการเข้าคู่ของแอลลีล
- แพคีทีน (Pachytene) โครโมนีมาพันแน่นขึ้นจนเห็นเป็นเส้นหนาชัดเจน เรียกว่า โครโมโซม โดยฮอมอโลกัสโครโมโซมอยู่กันเป็นคู่ เรียกว่า ไบเวเลนต์ (Bivalent) แต่ละไบเวเลนต์ประกอบด้วย 4 โครมาทิด เรียกสภาพนี้ว่า เทแทรด (Tetrad)
- ดิโพลทีน (Diplotene) เซนโทรเมียร์ของแต่ละฮอมอโลกัสโครโมโซมแยกออกจากกัน แต่มีบางส่วนของฮอมอโลกัสโครโมโซมยังพันกันอยู่ เรียกบริเวณนั้นว่า ไคแอสมา (Chiasma) ซึ่งอาจมีได้หลายตำแหน่ง มีการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนของนอนซิสเตอร์โครมาทิดเรียกว่า ครอสซิงโอเวอร์ (Crossing Over) ทำให้ยีนมีการเรียงตัวกันใหม่ และเกิดการแปรผันทางพันธุกรรม
- ไดอะไคนีซิส (Diakinesis) โครโมโซมหดสั้นมากขึ้นทำให้ไบเวเลนด์แยกตัวมากขึ้น โครโมโซมติดกันเฉพาะส่วนปลาย นิวคลีโอลัสและเยื่อหุ้มนิวเคลียสเริ่มสลายตัวไป ทำให้ไบเวเลนต์กระจายอยู่ในเซลล์
2.ระยะเมทาเฟส I โครโมโซมที่มี 4 โครมาติดมาเรียงตัวที่ระนาบกลางเซลล์ มีเส้นใยสปินเดิลจับที่ไคนีโตคอร์
3.ระยะแอนาเฟส I เป็นระยะที่มีการดึงโฮโมโลกัสโครโมโซมออกจากกัน เป็นระยะที่เกิดการลดจำนวนโครโมโซม
4.ระยะเทโลเฟส I และการแบ่งไซโตพลาสซึม แต่ละขั้วของเซลล์มีโครโมโซมเป็นแฮพลอยด์ (n) 2 ชุด (แต่ยังมีซิสเตอร์โครมาติดอยู่) มีการแบ่งไซโตพลาสซึมและสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียสขึ้นใหม่
2. ระยะไมโอซิส II (Meiosis II)
1. ระยะโพรเฟส II เป็นระยะที่สร้างเส้นใยสปินเดิลเพื่อดึงซิสเตอร์ โครมาติดออกจากกัน
2. ระยะเมตาเฟส II ซิสเตอร์โครมาติดเรียงอยู่กึ่งกลางเซลล์
3. ระยะอะนาเฟส II เป็นระยะที่ดึงซิสเตอร์โครมาติดออกจากกัน
4. ระยะเทโลเฟส II และการแบ่งไซโตพลาสซึม มีการสร้าเยื่อหุ้มนิวเคลียสและแบ่งไซโตพลาสซึมตามมา ในที่สุดจะได้เซลล์ลูก 4 เซลล์ ซึ่งมีโครโมโซมเป็นแฮพลอยด์ (n)
การเเบ่งเซลล์แบบไมโอซิส
การเเบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (Mitosis)
เป็นการแบ่งเซลล์แบบแบ่งตัวโดยตรง คือ นิวเคลียสค่อยๆ ยาวออกและเกิดคอดลงแล้วแบ่งไซโตพลาสซึมเป็น 2 ส่วนกลายเป็น 2 เซลล์ โดยทั้ง 2 เซลล์ต่างมีคุณสมบัติเหมือนเซลล์เดิม จำนวนโครโมโซม หลังการแบ่งจะเท่าเดิม (2n) เพราะไม่มีการแยกคู่ ของโฮโมโลกัสโครโมโซม การแบ่งเซลล์แบบนี้จะพบมากในสัตว์เซลล์เดียว
การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส เป็นการแบ่งเซลล์ เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ของร่างกาย ในการเจริญเติบโต ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ หรือในการแบ่งเซลล์ เพื่อการสืบพันธุ์ ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว และหลายเซลล์บาง ชนิด เช่น พืช
o ไม่มีการลดจำนวนชุดโครโมโซม (2n ไป 2n หรือ n ไป n )
o เมื่อสิ้นสุดการแบ่งเซลล์จะได้ 2 เซลล์ใหม่ที่มีโครโมโซมเท่าๆ กัน และเท่ากับเซลล์ตั้งต้น
o พบที่เนื้อเยื่อเจริญปลายยอด, ปลายราก, แคมเบียม ของพืชหรือเนื้อเยื่อบุผิว, ไขกระดูกในสัตว์, การสร้างสเปิร์ม และไข่ของพืช
o มี 5 ระยะ คือ อินเตอร์เฟส (interphase), โพรเฟส (prophase), เมทาเฟส (metaphase), แอนาเฟส (anaphase) และเทโลเฟส (telophase)
วัฏจักรของเซลล์ (cell cycle)
วัฏจักรของเซลล์ หมายถึง ช่วงระยะเวลาการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ ในขณะที่เซลล์มีการแบ่งตัว ซึ่งประกอบด้วย 2 ระยะได้แก่ การเตรียมตัวให้พร้อม ที่จะแบ่งตัว และกระบวนการแบ่งเซลล์
1. ระยะอินเตอร์เฟส (Interphase)
ระยะนี้เป็นระยะเตรียมตัว ที่จะแบ่งเซลล์ในวัฏจักรของเซลล์ แบ่งออกเป็น 3 ระยะย่อย คือ
- ระยะ G1 เป็นระยะก่อนการสร้าง DNA ซึ่งเซลล์มีการเจริญเติบโตเต็มที่ ระยะนี้ จะมีการสร้างสารบางอย่าง เพื่อใช้สร้าง DNA ในระยะต่อไป
- ระยะ S เป็นระยะสร้าง DNA (DNA replication) โดยเซลล์มีการเจริญเติบโต และมีการสังเคราะห์ DNA อีก 1 ตัว หรือมีการจำลองโครโมโซม อีก 1 เท่าตัว แต่โครโมโซมที่จำลองขึ้น ยังติดกับท่อนเก่า ที่ปมเซนโทรเมียร์ (centromere) หรือไคเนโตคอร์ (kinetochore) ระยะนี้ใช้เวลานานที่สุด
- ระยะ G2 เป็นระยะหลังสร้าง DNA ซึ่งเซลล์มีการเจริญเติบโต และเตรียมพร้อม ที่จะแบ่งโครโมโซม และไซโทพลาสซึมต่อไป
2. ระยะ M (M-phase)
ระยะ M (M-phase) เป็นระยะที่มีการแบ่งนิวเคลียส และแบ่งไซโทพลาสซึม ซึ่งโครโมโซม จะมีการเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอน ก่อนที่จะถูกแบ่งแยกออกจากกัน ประกอบด้วย 4 ระยะย่อย คือโพรเฟส เมทาเฟส แอนาเฟส และเทโลเฟส
ในเซลล์บางชนิด เช่น เซลล์เนื้อเยื่อเจริญของพืช เซลล์ไขกระดูก เพื่อสร้างเม็ดเลือดแดง เซลล์บุผิว พบว่า เซลล์จะมีการแบ่งตัว อยู่เกือบตลอดเวลา จึงกล่าวได้ว่า เซลล์เหล่านี้ อยู่ในวัฏจักรของเซลล์ตลอด แต่เซลล์บางชนิด เมื่อแบ่งเซลล์แล้ว จะไม่แบ่งตัวอีกต่อไป นั่นคือ เซลล์จะไม่เข้าสู่วัฏจักรของเซลล์อีก เข้าสู่ G0 จนกระทั่งเซลล์ชราภาพ (cell aging) และตายไป (cell death) ในที่สุด แต่เซลล์บางชนิด จะพักตัวหรืออยู่ใน G0 ชั่วระยะเวลาหนึ่ง ถ้าจะกลับมาแบ่งตัวอีก ก็จะเข้าวัฏจักรของเซลล์ต่อไป
ไมโทซีสของสัตว์
ขั้นตอนต่างๆของโมโทซิส
1. ระยะอินเตอร์เฟส (interphase)
o เป็นระยะที่เซลล์เติบโตเติมที่
o เซลล์มีการเปลี่ยนแปลง ทางเคมีมากที่สุด หรือมีเมแทบอลิซึมสูงมาก จึงเรียก Metabolic stage
o ใช้เวลานานที่สุด ดังนั้น ถ้าศึกษาการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส จากกล้องจุลทรรศน์ จะพบเซลล์ปรากฏ อยู่ในระยะนี้มากที่สุด
o โครโมโซม มีลักษณะเป็นเส้นใยยาวขดไปมา เรียกว่า เส้นใยโครมาทิน (chromation)
o มีการสังเคราะห์ DNA ขึ้นมาอีก 1 เท่าตัว หรือมีการจำลองโครโมโซมอีก 1 ชุด แต่ยังติดกันอยู่ ที่ปมเซนโทรเมียร์ (centromere) หรือไคเนโตคอร์ (kinetochore) ดังนั้นโครโมโซม 1 แท่ง จะมี 2 ขา เรียกแต่ละขานั้น เรียกว่า โครมาทิด (chromatid) โดยโครมาทิดทั้งสองขา ของโครโมโซมท่อนเดียวกัน เรียกว่า sister chromatid ดังนั้น ถ้าโครโมโซมในเซลล์ 8 แท่งก็จะมี 16 โครมาทิด หรือในคนเรา มีโครโมโซม 46 แท่ง ก็จะมี 92 โครมาทิด
o ระยะนี้ โครโมโซมจะมีความยาวมากที่สุด
2. ระยะโฟรเฟส (prophase)
o ระยะนี้โครมาทิดจะหดตัว โดยการบิดเป็นเกลียวสั้นลง ทำให้เห็นได้ชัดเจนมากขึ้นว่า โครโมโซม 1 แท่งมี 2 โครมาทิด
o เยื่อหุ้มนิวเคลียส และนิวคลีโอลัสสลายไป
o เซนทริโอล (centrioles) ในเซลล์สัตว์ และโพรติสท์บางชนิด เช่น สาหร่าย รา จะเคลื่อนที่ แยกไปอยู่ตรงข้ามกัน ในแต่ละขั้วเซลล์ และสร้างเส้นใยโปรตีน (microtubule) เรียกว่า ไมโทติก สปินเดิล (mitotic spindle) และสปินเดิล ไฟเบอร์ (spindle fiber) ไปเกาะที่เซนโทรเมียร์ ของทุกโครมาทิก ดังนั้น รอบๆ เซนโทรโอล จึงมีไมโทติก สปินเดิล ยื่นออกมาโดยรอบมากมาย เรียกว่า แอสเทอร์ (Aster) สำหรับใช้ในเซลล์พืช ไม่มีเซนทริโอล แต่มีไมโทติก สปินเดิล การกระจายออก จากขั้วที่อยู่ตรงข้ามกัน (polar cap) ข้อควรทราบพิเศษ ระยะโฟรเฟสนี้ พบว่า ในเซลล์สัตว์ จะมีเซนทริโอล 2 อัน หรือมีแอสเทอร์ 2 อัน
3. ระยะเมทาเฟส (metaphase)
o ระยะนี้ไมโทติก สปินเดิลจะหดตัว ดึงให้โครมาทิดไปเรียงตัวอยู่ในแนวกึ่งกลางเซลล์ (equatorial plate)
o โครมาทิดหดสั้นมากที่สุด จึงสะดวกต่อการเคลื่อนที่ ของโครมาทิดมาก
o ระยะนี้เหมาะมากที่สุด ต่อการนับจำนวนโครโมโซม, จัดเรียงโครโมโซมเป็นคู่ๆ หรือที่เรียกว่าแครีโอไทป์ (karyotype) หรือเหมาะต่อการศึกษารูปร่าง ความผิดปกติ ของโครโมโซม
o ตอนปลายของระยะนี้ มีการแบ่งตัว ของเซนโทรเมียร์ ทำให้โครมาทิดพร้อมที่จะแยกจากกัน
4. ระยะแอนาเฟส (anaphase)
o ระยะนี้ไมโทติก สปินเดิล หดสั้นเข้า ดึงให้โครมาทิดแยกตัวออกจากกัน แล้วโครมาทิด จะค่อยๆ เคลื่อนไปยังแต่ละขั้ว ของเซลล์
o โครโมโซม ในระยะนี้จะเพิ่มจาก 2n เป็น4n
o เป็นระยะเวลาที่ใช้สั้นที่สุด
o ระยะนี้จะเห็นโครโมโซม มีรูปร่างคล้ายอักษรตัววี (V), ตัวเจ (J) และตัวไอ (I) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ ว่าอยู่กึ่งกลางของโครโมโซม หรือค่อนข้างปลาย หรือเกือบปลายสุด
5. ระยะเทโลเฟส (telophase)
o เป็นระยะสุดท้ายของการแบ่งเซลล์ โดยโครมาทิดที่แยกออกจากกัน จะเรียกเป็น โครโมโซมลูก (daughter chromosome) ซึ่งจะไปรวมกลุ่มในแต่ละขั้วของเซลล์
o มีการสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียส ล้อมรอบโครโมโซม และนิวคลีโอลัสปรากฏขึ้น
o ไมโทติก สปินเดิล สลายไป
o มีการแบ่งไซโทพลาสซึมออกเป็น 2 ส่วน คือ 1. ในเซลล์สัตว์ จะเกิดโดย เยื่อหุ้มเซลล์จะคอดกิ่วจาก 2 ข้าง เข้าใจกลางเซลล์ จนเกิดเป็นเซลล์ 2 เซลล์ใหม 2. ในเซลล์พืช จะเกิดโดย กอลจิคอมเพลกซ์สร้างเซลลูโลส มาก่อตัวเป็นเซลล์เพลท (cell plate) หรือแผ่นกั้นเซลล์ ตรงกลางเซลล์ ขยายไป 2 ข้างของเซลล์ ซึ่งต่อมาเซลล์เพลท จะกลายเป็นส่วนของผนังเซลล์
o ผลสุดท้าย จะได้เซลล์ใหม่ 2 เซลล์ ที่มีขนาดเท่ากันเสมอ โดยนิวเคลียสของเซลล์ใหม่ มีองค์ประกอบ และสมบัติเหมือนกัน และมีสภาพเหมือนกับนิวเคลียส ในระยะอินเตอร์เฟส ของเซลล์เริ่ม
การเเบ่งเซลล์แบบไมโทซิส
สรุป
การแบ่งเซลล์แบบไมโทซีส และไมโอซีส มีความแตกต่างกันในรายะเอียดทั้งในเรื่องตำแหน่งการเกิด และกระบวนการแบ่ง ซึ่งสามารถสรุปความแตกต่างในทั้ง 2 ประเด็น ได้ดังนี้
 | ||
เปรียบเทียบการแบ่งเซลล์แบบไมโอซีส และไมโทซีส | ||
ลักษณะ | ไมโทซีส | ไมโอซีส |
1. วัตถุประสงค์และการปรากฏ | มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ที่มีจำนวนชุดโครโมโซมเท่าเซลล์เริ่มต้น เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในเนื้อเยื่อแทบทุกชนิดตลอดระยะการเจริญและการซ่อมแซม | ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (multicellular organisms) มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างลดจำนวนชุดโครโมโซมในเซลล์เริ่มต้นให้เหลือเพียงครึ่งหนึ่งในเซลล์สืบพันธุ์จึงพบเฉพาะในอวัยวะสืบพันธุ์เท่านั้น |
2. จำนวนเซลล์ที่ได้จากการแบ่ง | 2 เซลล์ | 4 เซลล์ |
3. จำนวนชุดโครโมโซมของเซลล์ที่ได้จากการแบ่งและข้อมูลทางพันธุกรรม | เท่ากับเซลล์เริ่มต้นข้อมูลทางพันธุกรรมเหมือนกัน | ครึ่งหนึ่งของเซลล์เริ่มต้นข้อมูลทางพันธุกรรมแตกต่างกัน ความผันแปรทางพันธุกรรมเกิดจากการเกิด crossing over ในระยะโพรเฟส I |
4. จำนวนครั้งของการแบ่งต่อการลอก แบบดีเอ็นเอ 1 ครั้ง | 1 ครั้ง | 2 ครั้ง |
5. การเข้าคู่กันของฮอมอ-โลกัสโครโมโซม และการเกิด crossing over | ไม่เกิด | เกิด |
