โครงสร้างโครโมโซม ในสิ่งมีชีวิต
สิ่งมีชีวิต ทั้งพืช สัตว์ รวมมนุษย์ ล้วนประกอบขึ้นจากเซลล์ (Cell) จำนวนมาก ซึ่งภายในเซลล์แต่ละเซลล์มีองค์ประกอบที่สำคัญยิ่ง คือ นิวเคลียส (Nucleus) ศูนย์กลางที่ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของเซลล์และเป็นแหล่งบรรจุสารพันธุกรรมที่เรารู้จักกันดีในชื่อ “ดีเอ็นเอ” (DNA) ซึ่งต่อเรียงกันเป็น โครงสร้างโครโมโซม
ดีเอ็นเอ (DNA) หรือ กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (Deoxyribonucleic Acid)
เป็นหน่วยพื้นฐานที่สำคัญที่สุดในการกำหนดลักษณะและการแสดงออกของสิ่งมีชีวิต ประกอบขึ้นจากโมเลกุลของน้ำตาล (Deoxyribose) หมู่ฟอสเฟต (Phosphate) และโมเลกุลเบส (Nitrogenous Base) 4 ชนิด ได้แก่ อะดีนีน (Adenine : A) ไซโตซีน (Cytosine : C) กวานีน (Guanine : G) และไทมีน (Thymine : T) เรียงต่อกันเป็นสายยาวที่เรียกว่า “นิวคลีโอไทด์” (Nucleotide)
อ่านเพิ่มเติม : ส่วนประกอบของเซลล์พืช และเซลล์สัตว์
โดยนิวคลีโอไทด์จำนวนมากจะเชื่อมต่อกันจนสายดีเอ็นเอมีลักษณะโครงสร้างเป็นเกลียวคู่ (Double Helix) นอกจากนี้ ลำดับของโมเลกุลเบสทั้ง 4 จะเรียงตัวต่อกันอย่างจำเพาะเจาะจง สร้างเป็นชุดคำสั่งที่ถูกส่งต่อไปเพื่อใช้ประโยชน์ในการสร้างองค์ประกอบต่างๆ รวมถึงการกำหนดรหัสหรือชุดข้อมูลทางพันธุกรรมที่เรียกว่า “ยีน” (Gene) ในสิ่งมีชีวิตอีกด้วย
ปกติแล้ว โมเลกุลดีเอ็นเอเรียงตัวต่อกันเป็นสายยาวอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์สิ่งมีชีวิต ร่วมกับกลุ่มโปรตีนที่ช่วยในการขดตัว หรือ “ฮิสโทน” (Histone) ซึ่งสายดีเอ็นเอจะพันรอบโปรตีนฮิสโทน สร้างเป็นกลุ่มโมเลกุลขนาดใหญ่ขึ้นที่เรียกว่า “นิวคลีโอโซม” (Nucleosome) ซึ่งตลอดสายดีเอ็นเอ 1 โมเลกุลจะเกิดนิวคลีโอโซมหลายพันหลายร้อยกลุ่มเรียงตัวกันเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า “โครมาทิน” (Chromatin) อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์
แต่เมื่อเริ่มเข้าสู่ระยะการแบ่งเซลล์ (Cell Division) สายดีเอ็นเอที่เรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบนั้น ไม่เป็นผลดีต่อการแบ่งเซลล์และการเก็บรักษาชุดข้อมูลของรหัสพันธุกรรมให้สมบูรณ์ ดังนั้น สายดีเอ็นเอและกลุ่มโปรตีนที่อยู่ในโครงสร้างโครมาทินจึงเกิดการเรียงตัวขึ้นใหม่ กลายเป็นโครงสร้างที่เราเรียกกันว่า “โครโมโซม” (Chromosome) ซึ่งจะเกิดขึ้นเฉพาะในช่วงเวลาของการแบ่งเซลล์ หรือ ระยะเมทาเฟส (Metaphase) เท่านั้น
โครงสร้างของโครโมโซม
ในช่วงระยะเวลาของการแบ่งเซลล์ ภายในนิวเคลียสจะเกิดการจำลองตัวของดีเอ็นเอ (DNA Replication) ทำให้สายดีเอ็นเอเพิ่มจำนวนขึ้นเป็น 2 เท่า ก่อให้เกิดโครโมโซม หรือคู่โครโมโซมที่ประกอบไปด้วยโครมาทิน 2 แท่ง หรือที่เรียกกันว่า “ซิสเทอร์โครมาทิด” (Sister-Chromatid) ซึ่งถูกเชื่อมติดกันไว้ตรงบริเวณรอยคอดที่เรียกว่า “เซนโทรเมียร์” (Centromere) เซนโทรเมียนั้น ทำให้เกิดการแบ่งแขนของโครโมโซมออกเป็น 2 ส่วน คือ แขนข้างสั้น (Short arm) และแขนข้างยาว (Long arm) โดยแขนของโครโมโซมจะเป็นตำแหน่งที่อยู่ของยีนต่างๆ ในขณะที่ส่วนปลายของโครโมโซม หรือ “เทโลเมียร์” (Telomere) มีหน้าที่ช่วยป้องกันดีเอ็นเอจากการถูกทำลาย
โครโมโซมถูกแบ่งออกเป็น 4 ลักษณะ จากรูปร่างหรือตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ ได้แก่
- เมทาเซนทริก (Metacentric) เมื่อตำแหน่งของเซนโทรเมียร์อยู่บริเวณกึ่งกลาง ส่งผลให้แขนทั้ง 2 ข้างของโครโมโซมมีความยาวใกล้เคียงกัน
- ซับเมทาเซนทริก (Submetacentric) เมื่อตำแหน่งของเซนโทรเมียร์อยู่เลยไปด้านใดด้านหนึ่ง ทำให้โครโมโซมมีแขนข้างสั้นและแขนข้างยาว
- อะโครเซนทริก หรือ ซับเทโลเซนทริก (Acrocentric/Subtelocentric) เมื่อเซนโทรเมียร์อยู่เกือบปลายสุดของโครโมโซม ส่งผลให้แขนข้างสั้นมีขนาดสั้นมาก ขณะที่แขนข้างยาวมีความยาวมากกว่าปกติ
- เทโลเซนทริก (Telocentric) เมื่อตำแหน่งเซนโทรเมียร์อยู่ปลายสุดของโครโมโซม ส่งผลให้โครโมโซมมีแขนข้างยาวเพียงอย่างเดียว
จำนวน ขนาด และรูปร่างของโครโมโซม จำเป็นอย่างยิ่งในการศึกษาโครงสร้างของสิ่งมีชีวิต เมื่อนำโครโมโซมทั้งหมดในเซลล์หนึ่งเซลล์ ซึ่งอยู่ในระยะการแบ่งเซลล์มาจัดคู่ตามขนาดและรูปร่างเป็น “โครโมโซมคู่เหมือน” (Homologous Chromosome) จะทำให้เกิดผังการเรียงลำดับโครโมโซมจากขนาดใหญ่ไปเล็ก ที่เรียกว่า “คาริโอไทป์” (Karyotype)
โดยสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีจำนวนคู่โครโมโซมไม่เท่ากัน มีคาริโอไทป์ไม่เหมือนกัน ในขณะที่สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันจะมีจำนวนโครโมโซมเท่ากัน อย่างเช่น คาริโอไทป์ของมนุษย์ ซึ่งมนุษย์มีจำนวนโครโมโซมในเซลล์ร่างกาย 46 โครโมโซม นับเป็น 23 คู่ โดยโครโมโซม 22 คู่แรกจะมีเหมือนกันในมนุษย์เพศหญิงและเพศชายที่เรียกกันว่า “โครโมโซมร่างกาย” (Autosome) ขณะที่โครโมโซมคู่ที่ 23 คือ “โครโมโซมเพศ” (Sex chromosome) ซึ่งทำหน้าที่ระบุเพศของมนุษย์
ข้อมูลจากการศึกษาโครโมโซมนั้น เป็นประโยชน์อย่างยิ่งในทางการแพทย์ เพื่อทำความเข้าใจต่อโรคทางพันธุกรรมต่างๆ รวมถึงการตรวจรักษาทารกในครรภ์ นอกจากนี้ การจัดทำแผนผังโครโมโซม ยังช่วยในการจัดจำแนกสิ่งมีชีวิต ศึกษาวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตสายพันธุ์ต่างๆ รวมถึงการนำข้อมูลไปใช้ประโยชน์ในการปรับปรุงสายพันธุ์ได้อีกด้วย
สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ
ข้อมูลอ้างอิง
https://www.patreon.com/statedclearly
https://www.trueplookpanya.com/knowledge/content/65256/-scibio-sci-
https://www.ducksters.com/science/biology/chromosomes.php
https://www.scimath.org/lesson-biology/item/6894-2017-05-14-03-59-30
