โครงสร้างโครโมโซม ในสิ่งมีชีวิต ประกอบไปด้วยอะไรบ้าง และทำหน้าที่สำคัญอย่างไร

โครงสร้างโครโมโซม (Chromosome Structure)

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

โครงสร้างของเซลล์, โครงสร้างโครโมโมโซม, เซลล์
ภาพจำลองโครงสร้างของเซลล์

ปกติแล้ว โมเลกุลดีเอ็นเอเรียงตัวต่อกันเป็นสายยาวอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์สิ่งมีชีวิต ร่วมกับกลุ่มโปรตีนที่ช่วยในการขดตัว หรือ “ฮิสโทน” (Histone) ซึ่งสายดีเอ็นเอจะพันรอบโปรตีนฮิสโทน สร้างเป็นกลุ่มโมเลกุลขนาดใหญ่ขึ้นที่เรียกว่า “นิวคลีโอโซม” (Nucleosome) ซึ่งตลอดสายดีเอ็นเอ 1 โมเลกุลจะเกิดนิวคลีโอโซมหลายพันหลายร้อยกลุ่มเรียงตัวกันเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า “โครมาทิน” (Chromatin) อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์

ยีน, ลำดับเบส, โครงส้รางโครโมโซม
ลำดับเบสที่เรียงต่อกันบนสายดีเอนเอ เป็นตัวกำหนดลักษณะที่แสดงออกทางพันธุกรรม

แต่เมื่อเริ่มเข้าสู่ระยะการแบ่งเซลล์ (Cell Division) สายดีเอ็นเอที่เรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบนั้น ไม่เป็นผลดีต่อการแบ่งเซลล์และการเก็บรักษาชุดข้อมูลของรหัสพันธุกรรมให้สมบูรณ์ ดังนั้น สายดีเอ็นเอและกลุ่มโปรตีนที่อยู่ในโครงสร้างโครมาทินจึงเกิดการเรียงตัวขึ้นใหม่ กลายเป็นโครงสร้างที่เราเรียกกันว่า “โครโมโซม” (Chromosome) ซึ่งจะเกิดขึ้นเฉพาะในช่วงเวลาของการแบ่งเซลล์ หรือ ระยะเมทาเฟส (Metaphase) เท่านั้น

โครงสร้างโครโมโซม
สายดีเอนเอที่พันอยู่กับโปรตีนฮีสโทน

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

โครงสร้างโครโมโซม
ภาพจำลองโครงสร้างโครโมโซม

โครโมโซมถูกแบ่งออกเป็น 4 ลักษณะ จากรูปร่างหรือตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ ได้แก่

  1. เมทาเซนทริก (Metacentric) เมื่อตำแหน่งของเซนโทรเมียร์อยู่บริเวณกึ่งกลาง ส่งผลให้แขนทั้ง 2 ข้างของโครโมโซมมีความยาวใกล้เคียงกัน
  2. ซับเมทาเซนทริก (Submetacentric) เมื่อตำแหน่งของเซนโทรเมียร์อยู่เลยไปด้านใดด้านหนึ่ง ทำให้โครโมโซมมีแขนข้างสั้นและแขนข้างยาว
  3. อะโครเซนทริก หรือ ซับเทโลเซนทริก (Acrocentric/Subtelocentric) เมื่อเซนโทรเมียร์อยู่เกือบปลายสุดของโครโมโซม ส่งผลให้แขนข้างสั้นมีขนาดสั้นมาก ขณะที่แขนข้างยาวมีความยาวมากกว่าปกติ
  4. เทโลเซนทริก (Telocentric) เมื่อตำแหน่งเซนโทรเมียร์อยู่ปลายสุดของโครโมโซม ส่งผลให้โครโมโซมมีแขนข้างยาวเพียงอย่างเดียว
รูปร่างของโครโมโซม, โครงสร้างโครโมโซม
รูปร่างของโครโมโซม

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

คาริโอไทป์, โครโมโซม, โครงสร้างโครโมโซม
คาริโอไทป์ของมนุษย์

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-

การพัฒนาคุณภาพการศึกษาด้วยเทคโนโลยีสารสนเทศ (DLIT) โดยสำนักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน (สพฐ.) กระทรวงศึกษาธิการ

https://www.ducksters.com/science/biology/chromosomes.php

https://www.scimath.org/lesson-biology/item/6894-2017-05-14-03-59-30

https://www.britannica.com/science/chromosome

เรื่องแนะนำ

การปฏิวัตินีโอลิทิค คืออะไร

ผู้หญิงกำลังใช้เคียวเก็บเกี่ยวธัญพืชใน Tras os Monte ในโปรตุเกส ภาพถ่ายโดย VOLKMAR K. WENTZEL, NAT GEO IMAGE COLLECTION การปฏิวัตินีโอลิทิคซึ่งมีอีกชื่อหนึ่งว่า การปฏิวัติเกษตรกรรม คือการเปลี่ยนจากการล่าสัตว์และหาของป่าไปสู่การทำเกษตรกรรม ซึ่งได้เปลี่ยนแปลงมนุษยชาติไปตลอดกาล เชื่อกันว่า การปฏิวัตินีโอลิทิค (Neolithic) หรือ การปฏิวัติเกษตรกรรม เกิดขึ้นเมื่อราว 12,000 ปีก่อน มันเป็นช่วงเวลาคาบเกี่ยวระหว่างการสิ้นสุดของยุคน้ำแข็งครั้งสุดท้ายกับการเริ่มต้นของสมัย (Epoch) ทางธรณีวิทยาที่ในยุคปัจจุบันคือโฮโลซีน (Holocene) การปฏิวัติในครั้งนี้เปลี่ยนแปลงการกินอยู่ และการมีปฏิสัมพันธ์ของมนุษย์ไปตลอดกาล และได้เบิกทางสู่อารยธรรมมนุษย์สมัยใหม่ ในยุคนีโอลิทิค นักล่าหาของป่า (Hunter-Gatheres) เร่ร่อนอยู่ตามธรรมชาติเพื่อตามล่าและหาอาหาร แต่ได้มีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่เกิดขึ้น นักล่าอาหารกลายเป็นเกษตรกร และเปลี่ยนแปลงจากวิถีชีวิตนักล่าหาของป่ามาอยู่เป็นหลักเป็นแหล่งมากขึ้น สาเหตุของการตั้งรกราก แม้ว่าช่วงเวลาและสาเหตุที่แน่นอนของการเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตดั้งเดิมที่เคยเป็นมาจะยังเป็นเรื่องที่ถกเถียงกันอยู่ โดยมีการคาดเดาว่าการเพาะปลูกของมนุษย์เกิดขึ้นครั้งแรกในบริเวณพระจันทร์เสี้ยวอันอุดมสมบูรณ์ (Fertile Crescent หรือบริเวณเมโสโปเตเมีย) ในแถบตะวันออกกลาง อันเป็นบริเวณที่ผู้คนหลายกลุ่มพัฒนาการเกษตรตามแบบของตัวเอง จึงเป็นไปได้ว่า “การปฏิวัติเกษตรกรรม” เป็นการปฏิวัติที่มีการพัฒนาในตัวเองอยู่หลายครั้ง มีหลายสมมติฐานที่ให้คำตอบว่าเหตุใดมนุษย์จึงหยุดเร่ร่อนเพื่อหาอาหารและเริ่มเพาะปลูก ความกดดันทางประชากร (Population Pressure) อาจทำให้เกิดการแย่งชิงอาหารที่มากขึ้น […]

สายฟ้าภูเขาไฟ (Volcanic Lightning)

แสงแลบแปลบปลาบที่ฟาดผ่านออกมาจากลุ่มควันบนปากปล่องภูเขาไฟ เป็นภาพที่สร้างความสะพรึงและสวยงามไปพร้อมกัน สายฟ้าภูเขาไฟ หรือ Volcanic Lightning เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่หาดูได้ยากที่สุดอย่างหนึ่งบนโลก การเกิดพายุและสายฟ้าฟาดบนปากปล่องภูเขาไฟที่กำลังปะทุ แสงฟ้าผ่าที่เจิดจ้าท่ามกลางกลุ่มหมอกควันและเถ้าถ่านของภูเขาไฟที่กำลังพวยพุ่งขึ้นสู่ท้องฟ้า ความมหัศจรรย์ที่มาพร้อมกับการระเบิดอย่างรุนแรงของภูเขาไฟ ส่งผลให้การลงพื้นที่สำรวจและศึกษาปรากฏการณ์สายฟ้าแห่งภูเขาไฟอย่างใกล้ชิดกลายเป็นเรื่องยากและสุดแสนอันตราย ดังนั้น สาเหตุที่แท้จริงของการเกิดพายุสายฟ้าเหล่านี้ จึงกลายเป็นปริศนาที่นักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายได้แต่ทำการคาดการณ์ตามหลักทฤษฎีเบื้องต้นตลอดมา กลไกการเกิดปรากฏการณ์สายฟ้าแห่งภูเขาไฟ พายุและสายฟ้าฟาดบนปากปล่องภูเขาไฟก่อตัวขึ้นเหนือพื้นโลก จากกลุ่มเถ้าถ่าน (Volcanic Plume) หนาแน่นที่พวยพุ่งออกมา เมื่อภูเขาไฟเกิดการระเบิด แรงดันและการปะทุที่รุนแรงส่งผลให้อนุภาคต่างๆ ของทั้งเศษหิน ไอน้ำ ลาวา และก้อนน้ำแข็งในกลุ่มหมอกควันและเถ้าถ่าน เกิดการปะทะและเสียดสีกัน จนก่อให้เกิดปฏิกิริยาจากแรงเสียดทาน (Friction) ที่ทำให้อนุภาคทั้งหลายกลายเป็นประจุไฟฟ้า เนื่องจากการชนและเสียดสีกันท่ามกลางอุณหภูมิร้อนจัด ส่งผลให้เกิดการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอน (Electron) ระหว่างอนุภาคได้ง่าย อนุภาคที่ได้รับอิเล็กตรอนกลายเป็นอนุภาคที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นประจุลบ ขณะที่อนุภาค ซึ่งสูญเสียอิเล็กตรอนกลายเป็นอนุภาคที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเป็นประจุบวก อนุภาคทั้งสองขั้วเกิดการแบ่งแยกออกจากกันตามน้ำหนักและขนาดมวล ก่อตัวเป็นกลุ่มเมฆไอออน (Ion) อยู่เหนือปล่องภูเขาไฟ เมื่อการปะทุของภูเขาไฟยังคงดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง กลุ่มอนุภาคของเถ้าถ่านที่แยกออกจากกันตามคุณสมบัติทางไฟฟ้า จะมีขนาดใหญ่ขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้ความต่างศักย์ทางไฟฟ้าสูงขึ้น จนกระทั่งเกินขีดจำกัดการต้านทานของอากาศ ก่อให้เกิดสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ ซึ่งเหนี่ยวนำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน หรือการไหลของกระแสไฟฟ้า ซึ่งแสงจากสายฟ้าฟาด คือ การระเบิดของมวลอากาศที่ได้รับความร้อนสูงจัดในเวลาอันรวดเร็วจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ซึ่งต้องการเชื่อมต่ออนุภาคขั้วตรงข้ามเข้าหากัน เพื่อสร้างสมดุลระหว่างอนุภาคทั้งสอง ปรากฏการณ์สายฟ้าแห่งภูเขาไฟมักเกิดขึ้นจากการปะทุของภูเขาไฟขนาดใหญ่ เนื่องจากมีแต่การระเบิดอย่างรุนแรง […]

วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle)

คาร์บอนเป็นธาตุพื้นฐานในทุกสิ่งมีชีวิตที่อุบัติขึ้นบนโลกใบนี้ วัฏจักรคาร์บอน จึงเป็นส่วหนึ่งที่ช่วยขับเคลื่อนชีวิตให้สามารถดำรงอยู่ได้ และมีวิวัฒนาการมากมายอย่างเช่นทุกวันนี้ วัฏจักรคาร์บอน (Carbon Cycle) คือ การหมุนเวียนหรือการแลกเปลี่ยนธาตุคาร์บอน (Carbon) ในสถานะต่าง ๆ ระหว่างดิน หิน แหล่งน้ำ ชั้นบรรยากาศ และสิ่งมีชีวิต ซึ่งนับเป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอน (Reservoir) ที่สำคัญของโลก วัฏจักรคาร์บอนจึงหมายถึงการหมุนเวียนของธาตุและสารประกอบคาร์บอน ทั้งที่อยู่ในสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซ และยังหมายถึงการเปลี่ยนถ่ายคาร์บอนระหว่างแหล่งกักเก็บต่าง ๆ ผ่านกระบวนการทางเคมีที่เกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิตและการเปลี่ยนแปลงของโลก เช่น กระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช การย่อยสลายของจุลินทรีย์ หรือแม้แต่การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก เนื่องจากโลกเป็นระบบปิด (Closed System) สสารต่าง ๆ จึงไม่สามารถถ่ายเทออกสู่ภายนอกระบบได้ ดังนั้น ปริมาณของคาร์บอนทั้งหมดบนโลกจึงไม่เคยเปลี่ยนแปลงมาก่อน มีเพียงการหมุนเวียนและเปลี่ยนถ่ายของคาร์บอนในสถานะต่าง ๆ ระหว่างแหล่งกักเก็บที่สำคัญเหล่านี้เท่านั้น การหมุนเวียนคาร์บอนในแหล่งกักที่สำคัญของโลก สามารถจำแนกออกเป็น 4 ระบบ ดังนี้ 1. คาร์บอนในชั้นบรรยากาศ หมายถึง คาร์บอนในสถานะก๊าซ โดยเฉพาะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon Dioxide) ที่นับเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญของบรรยากาศโลก […]

ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นเพราะเหตุใด

เรามักจะรู้สึกว่า ช่วงวันเวลาของ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูอื่นๆ เหตุการณ์นี้สังเกตเห็นได้อย่างชัดเจนในประเทศแถบซีกโลกเหนือ ส่วนประเทศในเขตร้อนที่อยู่ใกล้แนวเส้นศูนย์สูตร อาจจะไม่เห็นความแตกต่างมากนัก สำหรับเหตุการณ์ ฤดูหนาวมืดเร็วกว่า ฤดูกาลอื่นนั้นมีคำตอบอยู่ที่ มุมเอียงของแกนโลก และการโคจรรอบดวงอาทิตย์ เพราะแกนโลกเอียง เมื่อเรามองโลกจากห้วงอวกาศ เราจะเห็นว่าโลกมีลักษณะเป็นทรงเกือบกลม อย่างไรก็ตาม โลกของเราไม่ได้ตั้งเป็นแนวตรงเสียทีเดียว แต่มีมุมเอียงประมาณ 23.5 องศา เนื่องจากการเอียงของแกนโลก ประกอบกับการโคจรรอบดวงอาาทิตย์ จึงทำให้ซีกหนึ่งของโลกเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ และอีกซีกหนึ่งเอียงออกห่างดวงอาทิตย์ เหตุเพราะแกนโลกเอียง จึงทำให้แสงอาทิตย์ส่องกระทบแตกต่างกันในแต่ละฤดูกาล ในช่วงฤดูร้อน ซีกโลกเหนือจะเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์ ซึ่งส่งผลให้มีช่วงกลาววันที่ยาวนาน แต่ในฤดูหนาว ซีกโลกเหนือเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์ จึงเป็นผลให้มีช่วงกลางวันที่สั้นกว่าฤดูร้อน รวมไปถึงอุณหภูมิก็จะลดต่ำลงในช่วงฤดูหนาวด้วย เนื่องจากรังสีจากดวงอาทิตย์ตกกระทบยังซีกโลกเหนือน้อยลง แล้วเป็นเช่นนี้เหมือนกันทั้งโลกเลยหรือ ในขณะที่เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นที่ซีกโลกเหนือ แต่ไม่ใช่จะเกิดขึ้นกับพื้นที่อื่นๆ ของโลก ในซีกโลกใต้จะให้ผลในทางตรงกันข้าม หรือประเทศที่อยู่แถบเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนแทบไม่แตกต่างกัน เรื่องที่น่าสนใจคือ ในระหว่างช่วงฤดูหนาวที่หลายประเทศต้องเผชิญกับช่วงกลางคืนที่ยาวนาน แต่บางพื้นที่ต้องพบกับความมืดมิดตลอดทั้งวันและคืน เช่น เมืองทรอมโซ ประเทศนอร์เวย์ เนื่องจากพื้นที่ดังกล่าวเอียงออกห่างจากดวงอาทิตย์จนแสงอาทิตย์เดินทางไปไม่ถึง สำหรับประเทศไทยที่อยู่ตั้งอยู่ใกล้กับแนวเส้นศูนย์สูตร ช่วงเวลากลางวันและกลางคืนในฤดูอาจไม่แตกต่างกันมากอย่างประเทศในเขตอบอุ่น เนื่องจากได้รับแสงแดดตลอดทั้งปี แม้จะรู้สึกได้บ้างในช่วงฤดูหนาวในประเทศไทย ที่คนส่วนใหญ่จะรู้สึกว่ามืดเร็วกกว่าฤดูอื่นๆ แต่ก็ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการดำรงชีวิตประจำวัน แตกต่างกับประเทศในซีกโลกเหนือ […]