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

ซาลโมเนลลา เชื้อแบคทีเรียที่มากับอาหาร

จากกระแสข่าวในช่วงสองสัปดาห์ที่ผ่านมา กรณีพบผู้ป่วยในตำบลหนองปรือ อำเภอบางเสาธง จังหวัดสมุทรปราการ ที่รับประทานขนมจีบจากแม่ค้าเร่ แล้วเกิดอาการติดเชื้อในทางเดินอาหารหลายสิบราย โดยในจำนวนนี้มีผู้เสียชีวิต 1 คน เป็นหญิงอายุ 66 ปี ด้านนายประกิจ วงค์ประเสริฐ รองนายแพทย์สาธารณสุขจังหวัดสมุทรปราการ กล่าวว่า หลังส่งตัวอย่างขนมจีบไปตรวจที่กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ พบว่า ผลตรวจ เบื้องต้นจากผู้ป่วยในจำนวนดังกล่าว บางส่วนพบว่ามีเชื้อแบคทีเรียชนิด ซาลโมเนลลา (Salmonella) ซึ่งทำให้เกิดอาการเจ็บป่วยตามที่ปรากฏในข่าว ซาลโมเนลลา (Salmonella) ค้นพบโดย แดเนียล เอลเมอร์ แซลมอน (ชื่อซาลโมเนลลา มาจากนามสกุลผู้ค้นพบ) เป็นแบคทีเรียที่มีลักษณะรูปท่อน เคลื่อนที่โดยใช้แฟลเจลลา (flagella) เจริญได้ดีที่อุณหภูมิปานกลาง (mesophilic bacteria) และเจริญได้ในอุณหภูมิร่างกายของมนุษย์และสัตว์เลือดอุ่น อุณหภูมิต่ำสุดที่เจริญได้คือ 5.2 องศาเซลเซียส และอุณหภูมิสูงสุดที่เคยมีรายงานการเจริญเติบโตคือ 54 องศาเซลเซียส เจริญได้ทั้งภาวะที่มีอากาศและไม่มีอากาศ จึงพบได้ในอาหารที่บรรจุในบรรจุภัณฑ์สุญญากาศ (vacuum packaging) เชื้อซาลโมเนลลาสามารถทนความร้อนแตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิด สายพันธุ์ และปัจจัยจากสิ่งแวดล้อมภายนอก เช่น อุณหภูมิ และความชื้น […]

วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการร้องไห้

วิทยาศาสตร์ว่าด้วยการร้องไห้ คุณผู้อ่านร้องไห้ล่าสุดเมื่อไหร่? และอะไรคือสาเหตุที่ทำให้คุณร้องไห้ เมื่อร้องไห้เราทุกคนมีน้ำตา น้ำตาคือสารเติมความชุ่มชื้นให้แก่ดวงตาซึ่งพบในสัตว์หลายชนิด แต่ในมนุษย์น้ำตายังถูกใช้เพื่อแสดงอารมณ์อีกด้วย ว่าแต่ทำไมมนุษย์ถึงมีน้ำตาเมื่อรู้สึกเสียใจ? คำตอบที่แน่ชัดนั้นนักวิทยาศาสตร์ยังคงไม่ทราบแต่มีทฤษฎีบางทฤษฎีสนับสนุน มองไปที่เด็กทารกตัวน้อย สัตว์อื่นๆ เมื่อแรกเกิดนั้นพวกมันมาพร้อมกับสัญชาตญาณในการเอาตัวรอดและการปกป้องตัวเอง แต่กับมนุษย์ไม่ใช่ ลูกมนุษย์อ่อนแอบอบบางและต้องการการปกป้องจากมนุษย์ที่โตกว่า การร้องไห้จึงเป็นการส่งสัญญาณให้ผู้ใหญ่รู้ได้ว่าทารกนั้นๆ กำลังต้องการอะไรบางอย่าง พอโตขึ้นมาหน่อยการร้องไห้จึงเป็นการส่งสัญญาณไปยังสมาชิกในสังคมว่าเราต้องการความช่วยเหลืออะไรบางอย่าง ดูกันที่น้ำตาบ้าง น้ำตาจะเกิดขึ้นเมื่อมีอารมณ์สุดโต่งอย่างเสียใจสุดๆ ดีใจสุดๆ หรือตกใจสุดๆ ที่น่าสนใจก็คือในน้ำตาจากสถานการณ์ที่แตกต่างกันนั้นมีสารกระกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน เช่นน้ำตาจากการร้องไห้ไม่เหมือนกับน้ำตาจากการหั่นหัวหอม การศึกษาในปี 1980 พบว่าน้ำตาจากการร้องไห้มีส่วนประกอบของโปรตีนมากกว่า นั่นจึงทำให้น้ำตาค่อยๆ ไหลช้าๆ เป็นทางยาวลงมาที่แก้ม อีกการศึกษาหนึ่งพบว่าน้ำตาเป็นเครื่องมือของการจัดการ เมื่อใครสักคนทำผิดแล้วเขาร้องไห้ น้ำตาจะทำให้คนๆ นั้นได้รับการอภัยง่ายขึ้น ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เองพบว่าในน้ำตาของผู้หญิงนั้นมีสารเคมีที่ช่วยยับยั้งความโกรธของผู้ชาย เคยได้ยินกันใช่ไหมว่าการร้องไห้ออกมานั้นดีต่อคุณ วิทยาศาสตร์เองมีผลยืนยันเรื่องนี้ เมื่อคุณร้องไห้คุณอาจไม่ได้รู้สึกดีขึ้นมาเลยในทันที แต่ใน 90 นาทีหลังร้องไห้คุณจะรู้สึกดีขึ้น นอกจากนั้นในคนที่ไม่ได้ร้องไห้ออกมายังมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นคนเก็บกดและมีทัศนคติในทางลบมากขึ้นอีกด้วย เห็นอย่างนี้แล้วครั้งหน้าอย่าอายที่จะร้องไห้ เพราะมันดีต่อคุณเอง!   อ่านเพิ่มเติม วิทยาศาสตร์ว่าด้วยความน่ารัก

โลกซับซ้อนในมุมมองเรียบง่าย

เรื่อง วตา แซ่ตั้ง เครดิตภาพจาก vanity fair,imdb   ในตอนที่ โอเวน ซัสคายด์ เกิด เขาดูเหมือนเด็กคนอื่นทั่วๆ  ไป  จนกระทั่งเมื่ออายุ 3 ขวบครอบครัวของเขาสังเกตได้ถึงความผิดปกติบางอย่าง  เขาเริ่มไม่พูด ไม่สบตา ไม่มีการแสดงออกอย่างที่เคยเป็นมา  เด็กที่ร่าเริงของครอบครัวซัสคายด์หายไป  ทำให้พวกเขากังวลและพาโอเวนไปโรงพยาบาล  หมอตรวจพบว่าอาการที่โอเวนเป็นอยู่นั้น คือภาวะออทิซึม หรือโรคออทิสติก ซึ่งทำให้พัฒนาการทางการสื่อสารของเขาหยุดลง ครอบครัวของเขาใจสลาย  ก่อนภายหลังจะพบว่า การดูการ์ตูนของดิสนีย์ซึ่งเป็นกิจวัตรเดียวที่ครอบครัวทำร่วมกันได้จะช่วยนำโอเวนให้กลับมา นั่นคือเรื่องราวของครอบครัวซัสคายด์ที่ถูกบันทึกเป็นหนังสือที่ชื่อว่า Life, Animated: A Story of Sidekicks, Heroes, and Autism โดย รอน ซัสคายด์ พ่อของโอเวน  และภายหลังถูกนำมาสร้างเป็นภาพยนตร์สารคดีซึ่งได้คำตอบรับด้านบวกจากนักวิจารณ์ และเข้าชิงออสการ์ในสาขาภาพยนตร์สารคดียอดเยี่ยม ไม่ใช่ครั้งแรกที่โรคออทิสติกถูกนำมาพูดถึงบนจอเงิน  ในช่วงทศวรรษ 80 – 90 เป็นต้นมา มีหนังทั้งฮอลลี่วูดและหนังนอกกระแส ที่พยายามจะสอดแทรกตัวละครที่เป็นออทิสติกเข้ามา แต่บทบาทของพวกเขามักเป็นเพียงสีสัน หรืออุปสรรคให้กับเรื่องราวที่เกิดขึ้น ไม่ได้เพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับออทิสติกให้แก่ผู้ชมเท่าไหร่นัก […]

ส่องอนาคตของรถยนต์ไฟฟ้า มาแน่ในอีกไม่กี่ปี

ในหลายประเทศออกนโยบายอ้าแขนรับการมาถึงของรถยนต์ไฟฟ้าแล้ว มาดูกันว่าในงานมอเตอร์โชว์ที่ผ่านมามีรถยนต์ไฟฟ้าจากค่ายใดบ้างที่น่าสนใจ