เรื่องที่ 2 กระบวนการแบ่งเซลล์
การแบ่งเซลล์มี 2 ขั้นตอน คือ
1. การแบ่งนิวเคลียส (Karyokinesis) จะมี 2 แบบ คือ
1.1 การแบ่งแบบ ไมโทซิส (Mitosis)
1.2 การแบ่งแบบ ไมโอซิส (Meiosis)
2. การแบ่งไซโทพลาสซึม (Cytokinesis) มี 2 แบบ คือ
2.1 แบบที่เยื่อหุ้มเซลล์คอดกิ่วจาก 2 ข้าง เข้าใจกลางเซลล์ เรียกว่า Furrow type ซึ่งพบในเซลล์สัตว์
2.2 แบบที่มีการสร้างเซลล์เพลท (Cell plate) มาก่อตัว บริเวณกึ่งกลางเซลล์ขยายไป 2 ข้างของเซลล์ เรียกว่า Cell plate type ซึ่งพบในเซลล์พืช
การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส ( Mitosis)
การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส เป็นการแบ่งเซลล์ เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ของร่างกาย ในการเจริญเติบโต ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ หรือในการแบ่งเซลล์ เพื่อการสืบพันธุ์ ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว และหลายเซลล์บางชนิด เช่น พืช
• ไม่มีการลดจำนวนชุดโครโมโซม (2n ไป 2n หรือ n ไป n )
• เมื่อสิ้นสุดการแบ่งเซลล์จะได้ 2 เซลล์ใหม่ที่มีโครโมโซมเท่าๆ กัน และเท่ากับเซลล์ตั้งต้น
• พบที่เนื้อเยื่อเจริญปลายยอด ปลายราก แคมเบียม ของพืชหรือเนื้อเยื่อบุผิว ไขกระดูก ในสัตว์ การสร้างสเปิร์ม และไข่ของพืช
• 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 แต่โครโมโซมที่จำลองขึ้นยังติดกับท่อนเก่า 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 คือ โพรเฟส เมทาเฟส แอนาเฟส และเทโลเฟส
ตารางแสดง ลักษณะขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงในระยะการแบ่งเซลล์แบบ Mitosis
การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส ( Meiosis)
การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส เป็นการแบ่งเซลล์เพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์ของสัตว์ ซึ่งเกิดใน วัยเจริญพันธุ์ ของสิ่งมีชีวิต โดยพบในอัณฑะ (Testes) รังไข่ (Ovary) และเป็นการแบ่ง เพื่อสร้างสปอร์ (Spore) ในพืช ซึ่งพบในอับละอองเรณู (Pollen sac) และอับสปอร์(Sporangium) หรือโคน (Cone) หรือในออวุล (Ovule) มีการลดจำนวนชุดโครโมโซมจาก 2n เป็น n ซึ่งเป็นกลไกหนึ่ง ที่ช่วยให้ จำนวนชุดโครโมโซมคงที่ ในแต่ละสปีชีส์ ไม่ว่าจะเป็นโครโมโซม ในรุ่นพ่อ – แม่ หรือรุ่นลูก – หลานก็ตาม การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส มี 2 ขั้นตอน คือ
1. ไมโอซิส I (Meiosis – I)
ไมโอซิส I (Meiosis – I) หรือ Reductional division ขั้นตอนนี้จะมีการแยกhomologous chromosome ออกจากกันมี 5 ระยะย่อย คือ
• Interphase – I
• Prophase – I
• Metaphase – I
• Anaphase – I
• Telophase – I
2. ไมโอซิส II (Meiosis – II)
ไมโอซิส II (Meiosis – II) หรือ Equational division ขั้นตอนนี้จะมีการแยกโครมาทิด ออกจากกัน
มี 5 ระยะย่อย คือ
• Interphase – II
• Prophase – II
• Metaphase – II
• Anaphase – II
• Telophase – II
เมื่อสิ้นสุดการแบ่งจะได้ 4 เซลล์ที่มีโครโมโซมเซลล์ละ n (Haploid) ซึ่งเป็นครึ่งหนึ่งของเซลล์ ตั้งต้น และเซลล์ที่ได้เป็นผลลัพธ์ ไม่จำเป็นต้องมีขนาดเท่ากัน
ขั้นตอน ในการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส
Meiosis – I มีขั้นตอน ดังนี้
Interphase – I
• มีการสังเคราะห์ DNA อีก 1 เท่าตัว หรือมีการจำลองโครโมโซม อีก 1 ชุด และยังติดกันอยู่ที่ ปมเซนโทรเมียร์ ดังนั้น โครโมโซม 1 ท่อน จึงมี 2 โครมาทิด
Prophase – I
• เป็นระยะที่ใช้เวลานานที่สุด
• มีความสำคัญ ต่อการเกิดวิวัฒนาการ ของสิ่งมีชีวิตมากที่สุด เนื่องจากมีการแปรผันของยีนเกิดขึ้น
• โครโมโซมที่เป็นคู่กัน ( Homologous Chromosome) จะมาเข้าคู่ และแนบชิดติดกัน เรียกว่า เกิดไซแนปซิส ( Synapsis) ซึ่งคู่ของโฮโมโลกัส โครโมโซม ที่เกิดไซแนปซิสกันอยู่นั้น เรียกว่า ไบแวเลนท์ (Bivalent) ซึ่งแต่ละไบแวเลนท์มี 4 โครมาทิดเรียกว่า เทแทรด (Tetrad) ในคน มีโครโมโซม 23 คู่ จึงมี 23 ไบแวเลนท์
• โฮโมโลกัส โครโมโซม ที่ไซแนปซิสกัน จะผละออกจากกัน บริเวณกลาง ๆ แต่ตอนปลาย ยังไขว้กันอยู่ เรียกว่า เกิดไคแอสมา (Chiasma)
• มีการเปลี่ยนแปลงชิ้นส่วนโครมาทิด ระหว่างโครโมโซมที่เป็นโฮโมโลกัสกัน กับบริเวณที่เกิดไคแอสมา เรียกว่า ครอสซิ่งโอเวอร์ (Crossing over) หรืออาจมีการเปลี่ยนแปลง ชิ้นส่วนของโครมาทิด ระหว่างโครโมโซม ที่ไม่เป็นโฮโมโลกัสกัน (Nonhomhlogous chromosome) เรียกว่าทรานสโลเคชัน (Translocation) กรณีทั้งสอง ทำให้เกิดการผันแปรของยีน (Geng variation) ซึ่งทำให้เกิดการแปรผันของลักษณะสิ่งมีชีวิต (Variation)
Metaphase – I
ไบแวเลนท์จะมาเรียงตัวกัน อยู่ในแนวกึ่งกลางเซลล์ (โฮโมโลกัส โครโมโซม ยังอยู่กันเป็นคู่ ๆ)
Anaphase – I
• ไมโทติก สปินเดิล จะหดตัวดึงให้ โฮโมโลกัสโครโมโซม ผละแยกออกจากกัน
• จำนวนชุดโครโมโซมในเซลล์ ระยะนี้ยังคงเป็น 2n เหมือนเดิม ( 2n เป็น 2n)
Telophase – I
• โครโมโซมจะไปรวมอยู่ แต่ละขั้วของเซลล์ และในเซลล์บางชนิด ในระยะนี้ จะมีการสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียส มาล้อมรอบโครโมโซม และแบ่งไซโทพลาสซึม ออกเป็น 2 เซลล์ เซลล์ละ n แต่ในเซลล์บางชนิดจะไม่แบ่งไซโทพลาสซึม โดยจะมีการเปลี่ยนแปลง ของโครโมโซม เข้าสู่ระยะโพรเฟส II เลย
Meiosis – II มีขั้นตอน ดังนี้
Interphase – II
• เป็นระยะพักตัว ซึ่งมีหรือไม่ก็ได้ ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์
• ไม่มีการสังเคราะห์ DNA หรือจำลองโครโมโซมแต่อย่างใด
Prophase – II
• โครมาทิดจะหดสั้นมากขึ้น
• ไม่มีการเกิดไซแนปซิส ไคแอสมา ครอสซิ่งโอเวอร์ แต่อย่างใด
Metaphase – II
• โครมาทิดมาเรียงตัว อยู่ในแนวกึ่งกลางเซลล์
Anaphase – II
• มีการแยกโครมาทิดออกจากกัน ทำให้จำนวนชุดโครโมโซมเพิ่มจาก n
• เป็น 2n ชั่วขณะ
Telophase – II
• มีการแบ่งไซโทพลาสซึม จนได้เซลล์ใหม่ 4 เซลล์ ซึ่งแต่ละเซลล์ มีโครโมโซม เป็น n
• ใน 4 เซลล์ที่เกิดขึ้นนั้น จะมียีนเหมือนกันอย่างละ 2 เซลล์ ถ้าไม่เกิดครอสซิ่งโอเวอร์ หรืออาจจะมียีนต่างกันทั้ง 4 เซลล์ ถ้าเกิดครอสซิ่งโอเวอร์ หรืออาจมียีนต่างกันทั้ง 4 เซลล์ถ้าเกิด ครอสซิ่งโอเวอร์