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

งูเหลือมกลืนเหยื่อตัวใหญ่กว่ามันได้หลายเท่า

งูเหลือมกลืนเหยื่อตัวใหญ่กว่ามันได้หลายเท่า งูเหลือม คือ สัตว์ที่เชื่อกันว่า มีวิวัฒนาการมาจากสัตว์ตระกูลจิ้งจก และ ตุ๊กแก ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อหนึ่งร้อยล้านปีมาแล้ว และยังถือว่าเป็นหนึ่งในสัตว์ที่อันตรายและมีลำตัวยาวที่สุดในโลก โดยเฉพาะงูเหลือมในฝั่งเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ในปัจจุบันสามารถวัดความยาวสูงสุดได้ยี่สิบห้าฟุต หากถามว่าทำไมงูเหลือมถึงกลายเป็นหนึ่งในสัตว์ที่อันตรายที่สุดในโลก นั่นเป็นเพราะ งูเหลือมมีกล้ามเนื้อที่แข็งแรงซึ่งสามารถรัดเหยื่อ จนเลือดในตัวเหยื่อหยุดไหลเวียนได้ ยิ่งไปกว่านั้น ในทุกๆ ครั้งที่เหยื่อพยายามจะหายใจ มันจะรัดเหยื่อแน่นขึ้นอีก จนขาดอากาศหายใจในที่สุด นอกจากกล้ามเนื้อที่แข็งแรงแล้ว ขากรรไกรของงูเหลือมก็สามารถทำงานได้ดีด้วยเช่นกัน งูเหลือมสามารถกินเหยื่อตัวใหญ่ได้ เพราะขากรรไกรของมันมีความยืดหยุ่นอย่างมาก ยิ่งไปกว่านั้น ฟันแถวล่างของมัน ยังยืดออกจากกันและขยับได้อย่างอิสระคล้ายกับปีกของนก ซึ่งช่วยให้มันสามารถอ้าปากได้กว้างและกลืนเหยื่อลงไปในคอได้ ฟันของงูเหลือมยังมีลักษณะที่แหลมคม โค้งไปด้านใน ซึ่งมีข้อดีอย่างมากในการจับ และล็อคเหยื่อให้แน่นทำให้เหยื่อไม่สามารถดิ้นหลุดออกจากปาก จากนั้นจึงค่อยๆ ดันเหยื่อเข้าไปในคอของมัน   อ่านเพิ่มเติม ความกลัวงูและแมงมุมติดตัวเรามาตั้งแต่เกิดหรือไม่?    

โปรตีนทางเลือกจากจุลินทรีย์

ครั้งแรกในไทย วิจัย โปรตีนทางเลือก จากจุลินทรีย์ พัฒนาสู่เนื้อบดเทียมทดแทนเนื้อสัตว์ ปลอดภัยไร้สารปนเปื้อน ในปัจจุบัน เทคโนโลยีและการวิจัยเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์อาหารกำลังได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หัวข้อที่เกี่ยวข้องกับอาหารแห่งอนาคต หรือการเสาะหาแหล่งอาหารจากทางเลือกอื่นๆ ล่าสุด ไบโอเทค สวทช. เปิดตัวความสำเร็จผลงานวิจัย โปรตีนทางเลือก จากจุลินทรีย์ หรือ “มัยคอโปรตีน (Mycoprotein)” ที่ผลิตได้ในประเทศไทยเป็นครั้งแรก โดยโปรตีนที่ได้มีลักษณะเส้นใยคล้ายเนื้อสัตว์ ไม่มีคอเลสเตอรอล อุดมด้วยไฟเบอร์ ไวตามิน และเบต้ากลูแคน ที่สำคัญบริโภคได้อย่างมั่นใจ ปลอดภัย ไร้สารปนเปื้อน พร้อมร่วมมือบริษัทเอกชน พัฒนาสู่ “เนื้อบดเทียม” และ “ผลิตภัณฑ์อาหารสำเร็จรูป” ออกสู่ตลาด เผยเตรียมโชว์ในงานประชุมวิชาการประจำปี สวทช. ครั้งที่ 16 (NAC2021) ที่จะจัดขึ้นในรูปแบบออนไลน์ ระหว่างวันที่ 25-30 มีนาคม 2564 นี้ ดร.กอบกุล เหล่าเท้ง นักวิจัยอาวุโส กลุ่มวิจัยส่วนผสมฟังก์ชันและนวัตกรรมอาหาร ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) เปิดเผยในงานแถลงข่าวการจัดงานประชุมวิชาการ […]

ศึกษาภาพสามมิติของถ้ำหลวง-ขุนน้ำนางนอน โดยจิสด้า

ชมภาพสามมิติของถ้ำหลวง-ขุนน้ำนางนอน ที่เกิดขึ้นจากการประมวลภาพถ่ายดาวเทียมเข้ากับข้อมูลทางภูมิศาสตร์สารสนเทศ เพื่อเห็นภาพรวมของสถานที่ชัดเจนมากยิ่งขึ้น