วฏจกรของเซลลและการแบงเซลล

อาจารยกตตศกด จนทรสข สาขาการแพทยแผนไทยประยกต วทยาลยสหเวชศาสตร

Cell Cycle and Cell Division

• เปนทอยของ หนวยพนธกรรม(gene) ซงท าหนาทควบคมและถายทอดขอมลเกยวกบลกษณะทางพนธกรรมตางๆ ของสงมชวต เชน ลกษณะของเสนผม สของตา หมเลอด สผว ความสง ฯลฯ

• เปนโครงสรางทอยในนวเคลยส พบทงในเซลลพชและเซลลสตว

โครโมโซม (chromosome)

• ขณะทเซลลไมแบงตว จะไมเหนโครโมโซม เนองจากโครโมโซมอยในลกษณะเปนเสนใยเลกๆ สานกนเปนรางแหอยในนวเคลยส ซงเสนใยนเรยกวา โครมาตน (Chromatin)

• โครมาตน คอ สายของ DNA ทพนรอบโปรตนฮสโทน (histone) ท าใหรปรางโครมาตนคลายลกปดทเรยงตอๆ กน ม DNA พนรอบลกปดนน

• เมอเซลลมการแบงตว โครมาตนจะขดตวสนเขา และหนาขน จนมลกษณะเปนแทง เรยกวา โครโมโซม

โครโมโซม (chromosome)

โครโมโซม (chromosome)

ลกษณะของโครโมโซม (chromosome)

แตละโครโมโซม ประกอบดวย 2 โครมาทด (chromatid) ย ดต ดก นตรง เซน โทร เม ย ร (centromere) สวนของโครโมโซมทยนออกไปจากเซนโทรเมยร เรยกวา แขน (arm)

• อะโครเซนตรก (Acrocentric) เปนโครโมโซมทมลกษณะเปนแทง โดยมเซนโทรเมยรอยใกลกบปลายขางใดขางหนง จงเหนสวนเลกๆ ยนออกจากเซนโทรเมยร

• เทโลเซนตรก (Telocentric) เปนโครโมโซมทมลกษณะเปนแทง โดยมเซนโทรเมยรอยตอนปลายสดของโครโมโซม

โครโมโซม (chromosome) โครโมโซม แบงเปนแบบตางๆ ไดดงน

• เมตาเซนตรก (Metacentric) เปนโครโมโซมทมแขนยน 2 ขางออกจากเซนโทรเมยรเทากนหรอเกอบเทากน

• ซบเมตาเซนตรก (Submetacentric) เปนโครโมโซมทมแขนยนออกมา 2 ขางจากเซนโทรเมยรไมเทากน

สงมชวตตางชนดกน จะมจ านวนโครโมโซมแตกตางกน

จ านวนโครโมโซมของสงมชวตแตละชนดจะมจ านวนคงท

โครโมโซม (chromosome)

• การน าโครโมโซมขนาดตางๆ มาเรยงกน เรยกวา แครโอไทป (Karyotype) โดยจ าแนกตามลกษณะ ขนาด และต าแหนงของเซนโทรเมยร

• โครโมโซมในเซลลรางกายของคนม 46 แทง (23 ค) แบงเปน 2 ชนด คอ

1. โครโมโซมรางกาย (autosome) มจ านวน 22 ค (คท 1 – 22) เหมอนกนทงเพศหญงและชาย

2. โครโมโซมเพศ (sex chromosome) จ านวน 1 ค ในเพศหญงจะเปน XX สวนเพศชายเปน XY โดยโครโมโซม Y จะมขนาดเลกกวาโครโมโซม X

• ดงนน ผหญงจะมโครโมโซม 44 + XX แทง สวนผชายจะมโครโมโซม 44 + XY แทง

โครโมโซม (chromosome)

โครโมโซมของมนษย

โครโมโซมของมนษย

โครโมโซม (chromosome)

การแบงเซลลม 2 ขนตอน คอ 1. การแบงนวเคลยส (karyokinesis) ม 2 แบบ คอ 1.1 การแบงแบบไมโทซส (mitosis) 1.2 การแบงแบบไมโอซส ( meiosis) 2. การแบงไซโทพลาซม (cytokinesis) ม 2 แบบ คอ

2.1 แบบทเยอหมเซลลคอดกวจาก 2 ขาง เขาใจกลางเซลล เรยกวาแบบ furrow type ซงพบในเซลลสตว

2.2 แบบทมการสรางเซลลเพลท (cell plate) มากอตวบรเวณกงกลางเซลลขยายไป 2 ขางของเซลล เรยกวาแบบ cell plate type ซงพบในเซลลพช

การแบงเซลล (Cell Division)

ขนตอนโดยรวมของการแบงเซลล

• เปนการแบงเซลลเพอเพมจ านวนเซลลของรางกายในการเจรญเตบโตของสงมชวตหลายเซลล หรอการแบงเซลลเพอการสบพนธในสงมชวตเซลลเดยวและหลายเซลลบางชนด เชน พช

• ไมมการลดจ านวนชดโครโมโซม (2n ไป 2n หรอ n ไป n )

• เมอสนสดการแบงเซลลจะได 2 เซลลใหมทมโครโมโซมเทาๆ กน

การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)

• พบทเนอเยอเจรญปลายยอด, ปลายราก, แคมเบยมของพช, เนอเยอบผว, ไขกระดกในสตว, การสรางสเปรมและไขของพช

• ม 5 ระยะ คอ อนเตอรเฟส (interphase), โพรเฟส (prophase), เมทาเฟส (metaphase), แอนาเฟส (anaphase) และเทโลเฟส (telophase)

การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)

วฏจกรของเซลล (Cell Cycle)

วฏจกรของเซลล หมายถง ชวงระยะเวลาการเปลยนแปลงของเซลลในขณะทเซลลมการแบงตว ประกอบดวย 2 ระยะ คอ การเตรยมความพรอมทจะแบงตว และกระบวนการแบงเซลล

- G1: ระยะกอนการสราง DNA เปนระยะทเซลลมการเจรญเตบโตเตมท และสรางสารบางอยาง เพอเตรยมพรอมในการสราง DNA ตอไป

- S: ระยะสราง DNA (DNA replication) เปนระยะทมการสงเคราะห DNA เพมขนอก 1 เทาตว หรอมการจ าลองโครโมโซมอก 1 ชด โดยโครโมโซมทจ าลองขนจะตดกบทอนเกาทเซนโทรเมยร

วฏจกรของเซลล (Cell Cycle) 1. ระยะอนเตอรเฟส (Interphase) ระยะนเปนระยะเตรยมตวทจะแบงเซลล แบงออกเปน 3 ระยะยอย คอ

- G2: ระยะหลงสราง DNA เซลลมการเจรญเตบโตและเตรยมพรอมแบงโครโมโซมและไซโทพลาสซมตอไป

2. ระยะ M (M-phase)

• เปนระยะทมการแบงนวเคลยส และแบงไซโทพลาสซม

วฏจกรของเซลล (Cell Cycle)

• โครโมโซมจะมการเปลยนแปลงหลายขนตอนกอนทจะถกแบงแยกออกจากกน ประกอบดวย 4 ระยะยอย คอ โพรเฟส, เมทาเฟส, แอนาเฟส และเทโลเฟส

• ในเซลลบางชนด เชน เซลลเนอเยอเจรญของพช เซลลไขกระดก (เพอสรางเมดเลอดแดง) เซลลบผว พบวา เ ซ ล ล จ ะ ม ก า ร แ บ ง ตว อ ย เ ก อ บตลอดเวลา จงกลาวไดวาเซลลเหลานอยในวฏจกรของเซลลตลอด

วฏจกรของเซลล (Cell Cycle)

• แตเซลลบางชนด เมอแบงเซลลแลวจะไมแบงตวอกตอไป นนคอเซลลจะไมเขาสวฏจกรของเซลลอก เขาส G0 จนกระทงเซลลชราภาพและตายไปในทสด

การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)

• เซลลมการเปลยนแปลงทางเคมมากทสด หรอมเมทาบอลซมสงมาก จงเรยก Metabolic stage • ใชเวลานานทสด ดงนน ถาศกษาการแบงเซลลแบบไมโทซส จากกลองจลทรรศน จะพบเซลล

ปรากฏอยในระยะนมากทสด • มการสงเคราะห DNA ขนมาอก 1 เทาตว หรอมการจ าลองโครโมโซมอก 1 ชด แตยงตดกนอยท

เซนโทรเมยร ดงนนโครโมโซม 1 แทง จะม 2 โครมาทด โดยโครมาทดของโครโมโซมทอนเดยวกน เรยกวา sister chromatid

• ระยะนโครโมโซมจะมความยาวมากทสด และเซนทรโอแบงเปน 2 อน

Interphase

• โครมาทดหดสน ท าใหเหนชดเจนวา 1 โครโมโซม ม 2 โครมาทด • เยอหมนวเคลยส และนวคลโอลสสลายไป • เซนทรโอล (ในเซลลสตว) จะเคลอนท แยกไปอยตรงขามกน ในแตละขวเซลล และสรางเสนใย

โปรตน เรยกวา ไมโทตก สปนเดล (mitotic spindle) หรอ สปนเดล ไฟเบอร (spindle fiber) ไปเกาะทเซนโทรเมยร ของทกโครโมโซม

• ส าหรบในเซลลพช ไมมเซนทรโอล แตมไมโทตกสปนเดล การกระจายออก จากขวทอยตรงขามกน (polar cap)

Prophase

• ระยะนเหมาะตอการนบจ านวนโครโมโซม, จดเรยงโครโมโซมเปนคๆ หรอทเรยกวาแครโอไทป ( karyotype) หรอเหมาะตอการศกษารปราง ความผดปกตของโครโมโซม

• ตอนปลายของระยะน เซนโทรเมยรจะแบงครง ท าใหโครมาทดเรมแยกจากกน

Metaphase

• โครโมโซมเรยงตวอยในแนวกงกลางเซลล

• โครโมโซมหดสนมากทสด สะดวกตอการเคลอนท

• ระยะนไมโทตก สปนเดล หดสนเขา ดงใหโครมาทดแยกตวออกจากกน โครมาทด จะคอยๆ เคลอนไปยงแตละขวของเซลล

• โครโมโซมภายในเซลลเพมเปน 2 เทา หรอจาก 2n เปน 4n • เหนโครโมโซม มรปรางคลายอกษร ตวว ( V), ตวเจ ( J) และตวไอ ( I) ขนอยกบต าแหนงของ

เซนโทรเมยร วาอยกงกลางของโครโมโซม หรอคอนขางปลาย หรอเกอบปลายสด • ใชเวลาสนทสด

Anaphase

• โครมาทดทแยกออกจากกน จะเรยกวา โครโมโซมลก (daughter chromosome) ซงจะไปรวมกลมในแตละขวของเซลล

• เยอหมนวเคลยสและนวคลโอลสเรมปรากฏ แตไมโทตกสปนเดลจะสลายไป • มการแบงไซโทพลาสซมออกเปน 2 สวน เซลลสตว เยอหมเซลลคอดกวจาก 2 ขาง เขาใจกลางเซลล เซลลพช เกดเซลลเพลท (cell plate) กนตรงแนวกลางเซลล ขยายไป 2 ขางของเซลล ซงตอมาเซลลเพลทจะกลายเปนสวนของผนงเซลล • ผลสดทาย ไดเซลลใหม 2 เซลล เซลลละ 2n เหมอนเดมทกประการ

Telophase

การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)

การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)

การแบงเซลลแบบไมโอซส (Meiosis)

• เปนการแบงเซลลเพอสรางเซลลสบพนธของสตว ซงเกดในวยเจรญพนธของสงมชวต โดยพบในอณฑะ (testes) และรงไข (ovary)

• นอกจากนยงเปนการแบงเซลล เพอสรางสปอร (spore) ในพช ซงพบในอบละอองเรณ (pollen sac) และอบสปอร (sporangium) หรอโคน (cone) ในพวกสนหรอในออวล (ovule)

• มการลดจ านวนชดโครโมโซมจาก 2n (Diploid) เปน n (Haploid) ซงเปนกลไกหนงทชวยใหจ านวนชดโครโมโซมคงท

• ม 2 ขนตอน คอ ไมโอซส I (Meiosis - I) และไมโอซส II (Meiosis - II)

การแบงเซลลแบบไมโอซส (Meiosis)

การแบงเซลลแบบไมโอซส (Meiosis)

• ไมโอซส I (Meiosis - I) หรอ Reductional division ขนตอนนจะมการแยก homologous chromosome ออกจากกน ม 5 ระยะยอย คอ

ไมโอซส I (Meiosis - I)

• ไมโอซส II (Meiosis - II) หรอ Equational division ขนตอนนจะมการแยกโครมาทดออกจากกน ม 4 - 5 ระยะยอย คอ

• เมอสนสดการแบงจะได 4 เซลล ทมโครโมโซมเซลลละ n (Haploid) ซงเปนครงหนงของเซลลตงตน และเซลลผลลพธทไดไมจ าเปนตองมขนาดเทากน

ไมโอซส II (Meiosis - II)

• มการสงเคราะห DNA อก 1 เทาตว หรอมการจ าลองโครโมโซม อก 1 ชด (1โครโมโซม ม 2 โครมาทด)

Meiosis - I

Interphase - I

• เปนระยะทใชเวลานานทสด • มความส าคญตอการเกดววฒนาการของสงมชวตมากทสด เนองจากมการแปลผนของ gene เกดขน • โครโมโซมทเปนคกน (Homologous Chromosome) จะมาเขาคและแนบชดตดกน เรยกวา เกด

ไซแนปซส (Synapsis) ซงโฮโมโลกสโครโมโซมทไซแนปซสกน จะผละออกจากกนบรเวณกลางๆ แตตอนปลายยงไขวกนอย เรยกวา เกดไคแอสมา (chiasma)

• เกดการเปลยนแปลงชนสวนโครมาทดระหวางโครโมโซมทเปนโฮโมโลกสกนกบบรเวณทเกดไคแอสมา เรยกวา crossing over ท าใหเกดการผนแปรของยน ซงท าใหเกดการแปรผนของลกษณะสงมชวตตอไป

Prophase - I

• คของโฮโมโลกสโครโมโซมจะมาเรยงตวกน (เรยงค) อยในแนวกงกลางเซลล

• ไมโทตกสปนเดลจะหดตวดงใหโฮโมโลกสโครโมโซมแยกออกจากกน

• จ านวนชดโครโมโซมในเซลล ระยะนยงคงเปน 2n เหมอนเดม

• โครโมโซมจะไปรวมอย แตละขวของเซลล

• ในเซลลบางชนด ในระยะนจะมการสรางเยอหมนวเคลยส มาลอมรอบโครโมโซม และแบงไซโทพลาสซมออกเปน 2 เซลล เซลลละ n

• แตในเซลลบางชนด จะไมแบงไซโทพลาสซม โดยจะมการเปลยนแปลง ของโครโมโซมเขาสระยะโพรเฟส II เลย

• เปนระยะพกตว ซงมหรอไมมกได ขนอยกบชนดของเซลล • ไมมการสงเคราะห DNA หรอจ าลองโครโมโซมแตอยางใด

Meiosis - II

Interphase - II

• ไมโอซส II (Meiosis - II) หรอ Equational division ขนตอนนจะมการแยกโครมาทดออกจากกน ม 4 - 5 ระยะยอย คอ

• เมอสนสดการแบงจะได 4 เซลล ทมโครโมโซมเซลลละ n (Haploid) ซงเปนครงหนงของเซลลตงตน และเซลลผลลพธทไดไมจ าเปนตองมขนาดเทากน

ไมโอซส II (Meiosis - II)

• โครมาทดจะหดสนมากขน

• นวคลโอลสและเยอหมนวเคลยสสลายไป

• ไมมการเกดไซแนปซส, ไคแอสมา หรอครอสซงโอเวอร แตอยางใด

• โครโมโซมจะมาเรยงตวกน (เรยงเดยว) อยในแนวกงกลางเซลล

• เซนโทรเมยรแยกเปน 2 อน

• มการแยกโครมาทดของทกโครโมโซมออกจากกน เกดเปนโครโมโซมใหม

• ท าใหจ านวนชดโครโมโซมเพมจาก n เปน 2n ชวขณะ

• โครโมโซมจะไปรวมอย แตละขวของเซลล

• มการสรางเยอหมนวเคลยส และมการแบงไซโทพลาสซม จนไดเซลลใหม 4 เซลล ซงแตละเซลลมโครโมโซมเปน n (จ านวนโครโมโซมลดลงครงหนงจากเซลลเรมตน)

ไมโทซส (Mitosis) ไมโอซส (Meiosis)

1. โดยทวไปเปนการแบงเซลลของรางกายเพอเพมจ านวนเซลลและเพอการเจรญเตบโต หรอการสบพนธในสงมชวตเซลลเดยว

1. โดยทวไปเกดกบเซลลทจะท าหนาทใหก าเนดเซลลสบพนธ จงเปนการแบงเซลลเพอสรางเซลลสบพนธ

2. เรมจาก 1 เซลลแบงครงเดยวไดเปน 2 เซลลใหม 2. เรมจาก 1 เซลล แบง 2 ครง ไดเปน 4 เซลลใหม

3. เซลลใหมทเกดขน 2 เซลลสามารถแบงตวแบบไมโทซสไดอก

3. เซลลใหมทเกดขน 4 เซลลไมสามารถแบงตวแบบไมโอซสไดอก แตอาจแบงตวแบบไมโทซสได

4. การแบงแบบไมโทซส จะเรมเกดขนตงแต ระยะไซโกต และสบเนองกนไปตลอดชวต

4. สวนใหญจะแบงเมออวยวะสบพนธเจรญเตมทหรอเกดในไซโกตของสาหราย และราบางชนด

5. จ านวนโครโมโซมหลงการแบงจะเทาเดม (2n) เพราะไมมการแยกคของโฮโมโลกสโครโมโซม

5. จ านวนโครโมโซมจะลดลงครงหนง เนองจากการแยกคของโฮโมโลกสโครโมโซม ท าใหเซลลใหมมจ านวนโครโมโซมครงหนงของเซลลเดม (n)

6. ไมมไซแนปซส ไคแอสมา และครอสซงโอเวอร 6. เกดไซแนปซส ไคแอสมา และครอสซงโอเวอร

7. ลกษณะของสารพนธกรรม (DNA) และโครโมโซมในเซลลใหมทง 2 จะเหมอนกนทกประการ

7. ลกษณะของสารพนธกรรม และโครโมโซมในเซลลใหม อาจเปลยนแปล และแตกตางกนถาเกดครอสซงโอเวอร

• องคประกอบทางเคมของเซลล

• เมแทบอลซมของเซลล