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

มารู้จัก เอนไซม์ ผู้ช่วยในระบบต่างๆ ของร่างกายเรา

เอนไซม์ นับว่าเป็นสารชีวโมเลกุลภายในเซลล์ที่สำคัญต่อการมีชีวิต ของทุกชีวิต เอนไซม์ (Enzyme) คือ สารชีวโมเลกุล (ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบจำพวก โปรตีน) ที่ช่วยเร่งอัตรากาเกิดปฏิกิริยาเคมีซึ่งเกิดขึ้นภายในเซลล์ เอนไซม์มีความสำคัญต่อกระบวนการสำคัญๆ ในร่างกายของเรา เช่น ทำหน้าที่ในระบบย่อยอาหาร และกระบวนการสร้างและสลาย หรือเมแทบอลิซึม (Metabolism) เป็นต้น เอนไซม์เปรียบเสมือนกุญแจสำคัญที่ส่งเสริมการมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่ไซนาโนแบคทีเรีย จนถึงสัตว์เลี้ยงลูกกด้วยนม อีกความหมายหนึ่งคือ ถ้าหากสิ่งมีชีวิตขาดเอนไซม์ ร่างกายของจะอ่อนแอลงเรื่อยๆ และตายในที่สุด ดังนั้น เอนไซม์จึงเปรียบเหมือนผู้ช่วยในระบบต่างๆ ของร่างกาย ทำหน้าที่ ช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีที่จำเพาะ (Specific catalyst) ซึ่งจะทำงานร่วมกับสารชีวเคมีอื่น ได้แก่ โคเอนไซม์ (Co-enzymes) ซึ่งร่างกายได้รับจากสารอาหารจำพวกพวก วิตามิน และแร่ธาตุที่จำเป็นต่อร่างกาย แต่ถ้ามีเฉพาะวิตามิน และแร่ธาตุนั้น จะไม่สามารถกระตุ้นการทำงานภายในเซลล์ได้ หากไม่ได้ทำงานร่วมกับเอนไซม์ หลักการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ การเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เริ่มจาก สารตั้งต้น (Substrate) เข้าจับกับเอนไซม์ที่ตำแหน่งกัมมันต์ หรือตำแหน่งที่เกิดปฏิกิริยา (active site) กลายเป็นสารประกอบเอนไซม์รวมกัมกับสารตั้งต้น (Enzyme-Substrate complex) และเกิดการเปลี่ยนสารตั้งต้นให้กลายเป็นผลผลิต […]

ธาตุและสารประกอบ (Elements and Compounds)

ธาตุและสารประกอบ เป็นโครงสร้างพื้นฐานของสารต่างๆ บนโลกใบนี้ รวมถึงเป็นองค์ประกอบในทุกสรรพชีวิต ธาตุและสารประกอบ สสารทุกชนิดบนโลกของเรามีหน่วยที่เล็กที่สุดเป็น “อะตอมของธาตุ” การทำปฏิกิริยารวมตัวของธาตุเป็นผลให้เกิด “สารประกอบ” และจากปฏิกิริยาระหว่างสารประกอบจึงก่อกำเนิดสสารที่มีความหลากหลายในทุกวันนี้ การแบ่งสารตามองค์ประกอบทางเคมี แบ่งได้ดังนี้ ธาตุ (Elements) หมายถึง สารบริสุทธิ์เนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบอย่างเดียว ธาตุไม่สามารถแยกสลายให้กลายเป็นสารอื่นโดยวิธีการทางเคมี ธาตุมีคุณสมบัติทั้ง 3 สถานะ ได้แก่ ของแข็ง เช่น ธาตุสังกะสี ตะกั่ว เงิน ของเหลว เช่น ปรอท และก๊าซ เช่น ออกซิเจน ไฮโดรเจน เป็นต้น ธาตุยังสามารถจำแนกคุณสมบัติออกเป็น ธาตุโลหะ ธาตุอโลหะ และธาตุกึ่งโลหะ ธาตุโลหะ (metal) เป็นธาตุที่มีสถานะเป็นของแข็ง (ยกเว้นปรอท ที่เป็นของเหลว ) มีผิวที่มันวาว นำความร้อน และไฟฟ้าได้ดี มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูง (ช่วงอุณหภูมิระหว่างจุดหลอมเหลวกับจุดเดือดต่างกันมาก) เช่น โซเดียม เหล็ก แคลเซียม ปรอท อะลูมิเนียม เป็นต้น ธาตุอโลหะ […]

ฺ”BICBOK” แผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูป

แผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูป นวัตกรรมเสริมความปลอดภัย การลาดยางมะตอยและการซ่อมแซมถนน ต้องอาศัยกระบวนการหลอมยางมะตอยให้เหลวหรืออ่อนตัว และคลุกเคล้ากับหินบดก่อนนำไปบดอัดทับผิวถนน ซึ่งมีขั้นตอนที่ยุ่งยากเพราะใช้ทั้งพื้นที่กว้า และเครื่องจักรขนาดใหญ่ในการทำงาน แม้จะมีการพัฒนายางมะตอยแบบผสมสำเร็จรูปชนิดบรรจุถุง เพื่อให้สามารถใช้งานได้สะดวกในการปิดผิวหรือซ่อมแซมจุดเสียหายขนาดเล็ก แต่ก็ยังมีข้อจำกัดอยู่หลายประการ เช่น ต้องใช้แรงอย่างมากในการบดอัดและเกลี่ยวัสดุให้เรียบเนียน รวมถึงต้องทิ้งไว้เป็นเวลา 2 ถึง 3 วัน เพื่อให้ยางมะตอยคงรูปและลดกลิ่นรบกวนลง ด้วยข้อจำกัดข้างต้นของวัสดุยางมะตอย นายพรพรต สุขสวัสดิ์ กรรมการผู้จัดการ บริษัท บิทูเมน อินโนเวชั่น จำกัด เปิดเผยว่า บริษัทฯ ในฐานะที่คุ้นเคยกับวัสดุยางมะตอยมานานจึงมองหาวิธีการใหม่เพื่อให้วัสดุยางมะตอยใช้งานง่ายและสะดวกยิ่งขึ้น จนเกิดแนวคิดที่จะสร้างสรรค์เป็นผลิตภัณฑ์ “แผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูป” พร้อมใช้งาน โดยร่วมกับ ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) พัฒนานวัตกรรมผลิตภัณฑ์ Bicbok ‘แผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูปพร้อมใช้งาน ที่สามารถปูปิดทับพื้นผิวที่หลากหลายได้สะดวกโดยไม่ต้องใช้เครื่องจักร ไม่ต้องพึ่งพาผู้เชี่ยวชาญ และใช้งานได้กับพื้นที่ทุกขนาดและยังคงคุณลักษณะที่โดดเด่นของยางมะตอย แผ่นพื้นยางมะตอยสำเร็จรูปที่พัฒนาขึ้น เป็นนวัตกรรมของวัสดุปิดผิวที่มีความโดดเด่นในด้านคุณสมบัติและความสะดวกในการใช้งาน ซึ่งสอดคล้องกับรูปแบบการใช้ชีวิตของผู้บริโภคสมัยปัจจุบันที่นิยมสินค้าประเภท DIY (Do It Yourself) ดร.พิทักษ์ เหล่ารัตนกุล นักวิจัยอาวุโสของกลุ่มวิจัยเทคโนโลยีเซรามิกส์และวัสดุก่อสร้าง เอ็มเทค สวทช. กล่าวและเสริมว่า […]