การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (mitosis)
การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส เป็นการแบ่งเซลล์ เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ของร่างกาย ในการเจริญเติบโต ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ หรือในการแบ่งเซลล์ เพื่อการสืบพันธุ์ ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว และหลายเซลล์บาง ชนิด เช่น พืช
o ไม่มีการลดจำนวนชุดโครโมโซม (2n ไป 2n หรือ n ไป n )
o เมื่อสิ้นสุดการแบ่งเซลล์จะได้ 2 เซลล์ใหม่ที่มีโครโมโซมเท่าๆ กัน และเท่ากับเซลล์ตั้งต้น
o พบที่เนื้อเยื่อเจริญปลายยอด, ปลายราก, แคมเบียม ของพืชหรือเนื้อเยื่อบุผิว, ไขกระดูกในสัตว์, การสร้างสเปิร์ม และไข่ของพืช
o มี 5 ระยะ คือ อินเตอร์เฟส (interphase), โพรเฟส (prophase), เมทาเฟส (metaphase), แอนาเฟส (anaphase) และเทโลเฟส (telophase)
วัฏจักรของเซลล์ (cell cycle)
วัฏจักรของเซลล์ หมายถึง ช่วงระยะเวลาการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ ในขณะที่เซลล์มีการแบ่งตัว ซึ่งประกอบด้วย 2 ระยะได้แก่ การเตรียมตัวให้พร้อม ที่จะแบ่งตัว และกระบวนการแบ่งเซลล์
1. ระยะอินเตอร์เฟส (Interphase)
ระยะนี้เป็นระยะเตรียมตัว ที่จะแบ่งเซลล์ในวัฏจักรของเซลล์ แบ่งออกเป็น 3 ระยะย่อย คือ
o ระยะ G1 เป็นระยะก่อนการสร้าง DNA ซึ่งเซลล์มีการเจริญเติบโตเต็มที่ ระยะนี้ จะมีการสร้างสารบางอย่าง เพื่อใช้สร้าง DNA ในระยะต่อไป
o ระยะ S เป็นระยะสร้าง DNA (DNA replication) โดยเซลล์มีการเจริญเติบโต และมีการสังเคราะห์ DNA อีก 1 ตัว หรือมีการจำลองโครโมโซม อีก 1 เท่าตัว แต่โครโมโซมที่จำลองขึ้น ยังติดกับท่อนเก่า ที่ปมเซนโทรเมียร์ (centromere) หรือไคเนโตคอร์ (kinetochore) ระยะนี้ใช้เวลานานที่สุด
o ระยะ G2 เป็นระยะหลังสร้าง DNA ซึ่งเซลล์มีการเจริญเติบโต และเตรียมพร้อม ที่จะแบ่งโครโมโซม และไซโทพลาสซึมต่อไป
2. ระยะ M (M-phase)
ระยะ M (M-phase) เป็นระยะที่มีการแบ่งนิวเคลียส และแบ่งไซโทพลาสซึม ซึ่งโครโมโซม จะมีการเปลี่ยนแปลงหลายขั้นตอน ก่อนที่จะถูกแบ่งแยกออกจากกัน ประกอบด้วย 4 ระยะย่อย คือ โพรเฟ
ส เมทาเฟส แอนาเฟส และเทโลเฟส
ในเซลล์บางชนิด เช่น เซลล์เนื้อเยื่อเจริญของพืช เซลล์ไขกระดูก เพื่อสร้างเม็ดเลือดแดง เซลล์บุผิว พบว่า เซลล์จะมีการแบ่งตัว อยู่เกือบตลอดเวลา จึงกล่าวได้ว่า เซลล์เหล่านี้ อยู่ในวัฏจักรของเซลล์ตลอด แต่เซลล์บางชนิด เมื่อแบ่งเซลล์แล้ว จะไม่แบ่งตัวอีกต่อไป นั่นคือ เซลล์จะไม่เข้าสู่วัฏจักรของเซลล์อีก เข้าสู่ G0 จนกระทั่งเซลล์ชราภาพ (cell aging) และตายไป (cell death) ในที่สุด แต่เซลล์บางชนิด จะพักตัวหรืออยู่ใน G0 ชั่วระยะเวลาหนึ่ง ถ้าจะกลับมาแบ่งตัวอีก ก็จะเข้าวัฏจักรของเซลล์ต่อไป
ขั้นตอนต่างๆของโมโทซิส
1. ระยะอินเตอร์เฟส (interphase)
o เป็นระยะที่เซลล์เติบโตเติมที่
o เซลล์มีการเปลี่ยนแปลง ทางเคมีมากที่สุด หรือมีเมแทบอลิซึมสูงมาก จึงเรียก Metabolic stage
o ใช้เวลานานที่สุด ดังนั้น ถ้าศึกษาการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส จากกล้องจุลทรรศน์ จะพบเซลล์ปรากฏ อยู่ในระยะนี้มากที่สุด
o โครโมโซม มีลักษณะเป็นเส้นใยยาวขดไปมา เรียกว่า เส้นใยโครมาทิน (chromation)
o มีการสังเคราะห์ DNA ขึ้นมาอีก 1 เท่าตัว หรือมีการจำลองโครโมโซมอีก 1 ชุด แต่ยังติดกันอยู่ ที่ปมเซนโทรเมียร์ (centromere) หรือไคเนโตคอร์ (kinetochore) ดังนั้นโครโมโซม 1 แท่ง จะมี 2 ขา เรียกแต่ละขานั้น เรียกว่า โครมาทิด (chromatid) โดยโครมาทิดทั้งสองขา ของโครโมโซมท่อนเดียวกัน เรียกว่า sister chromatid ดังนั้น ถ้าโครโมโซมในเซลล์ 8 แท่งก็จะมี 16 โครมาทิด หรือในคนเรา มีโครโมโซม 46 แท่ง ก็จะมี 92 โครมาทิด
o ระยะนี้ โครโมโซมจะมีความยาวมากที่สุด
2. ระยะโฟรเฟส (prophase)
o ระยะนี้โครมาทิดจะหดตัว โดยการบิดเป็นเกลียวสั้นลง ทำให้เห็นได้ชัดเจนมากขึ้นว่า โครโมโซม 1 แท่งมี 2 โครมาทิด
o เยื่อหุ้มนิวเคลียส และนิวคลีโอลัสสลายไป
o เซนทริโอล (centrioles) ในเซลล์สัตว์ และโพรติสท์บางชนิด เช่น สาหร่าย รา จะเคลื่อนที่ แยกไปอยู่ตรงข้ามกัน ในแต่ละขั้วเซลล์ และสร้างเส้นใยโปรตีน (microtubule) เรียกว่า ไมโทติก สปินเดิล (mitotic spindle) และสปินเดิล ไฟเบอร์ (spindle fiber) ไปเกาะที่เซนโทรเมียร์ ของทุกโครมาทิก ดังนั้น รอบๆ เซนโทรโอล จึงมีไมโทติก สปินเดิล ยื่นออกมาโดยรอบมากมาย เรียกว่า แอสเทอร์ (Aster) สำหรับใช้ในเซลล์พืช ไม่มีเซนทริโอล แต่มีไมโทติก สปินเดิล การกระจายออก จากขั้วที่อยู่ตรงข้ามกัน (polar cap) ข้อควรทราบพิเศษ ระยะโฟรเฟสนี้ พบว่า ในเซลล์สัตว์ จะมีเซนทริโอล 2 อัน หรือมีแอสเทอร์ 2 อัน
3. ระยะเมทาเฟส (metaphase)
o ระยะนี้ไมโทติก สปินเดิลจะหดตัว ดึงให้โครมาทิดไปเรียงตัวอยู่ในแนวกึ่งกลางเซลล์ (equatorial plate)
o โครมาทิดหดสั้นมากที่สุด จึงสะดวกต่อการเคลื่อนที่ ของโครมาทิดมาก
o ระยะนี้เหมาะมากที่สุด ต่อการนับจำนวนโครโมโซม, จัดเรียงโครโมโซมเป็นคู่ๆ หรือที่เรียกว่าแครีโอไทป์ (karyotype) หรือเหมาะต่อการศึกษารูปร่าง ความผิดปกติ ของโครโมโซม
o ตอนปลายของระยะนี้ มีการแบ่งตัว ของเซนโทรเมียร์ ทำให้โครมาทิดพร้อมที่จะแยกจากกัน
4. ระยะแอนาเฟส (anaphase)
o ระยะนี้ไมโทติก สปินเดิล หดสั้นเข้า ดึงให้โครมาทิดแยกตัวออกจากกัน แล้วโครมาทิด จะค่อยๆ เคลื่อนไปยังแต่ละขั้ว ของเซลล์
o โครโมโซม ในระยะนี้จะเพิ่มจาก 2n เป็น4n
o เป็นระยะเวลาที่ใช้สั้นที่สุด
o ระยะนี้จะเห็นโครโมโซม มีรูปร่างคล้ายอักษรตัววี (V), ตัวเจ (J) และตัวไอ (I) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ ว่าอยู่กึ่งกลางของโครโมโซม หรือค่อนข้างปลาย หรือเกือบปลายสุด
5. ระยะเทโลเฟส (telophase)
o เป็นระยะสุดท้ายของการแบ่งเซลล์ โดยโครมาทิดที่แยกออกจากกัน จะเรียกเป็น โครโมโซมลูก (daughter chromosome) ซึ่งจะไปรวมกลุ่มในแต่ละขั้วของเซลล์
o มีการสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียส ล้อมรอบโครโมโซม และนิวคลีโอลัสปรากฏขึ้น
o ไมโทติก สปินเดิล สลายไป
o มีการแบ่งไซโทพลาสซึมออกเป็น 2 ส่วน คือ 1. ในเซลล์สัตว์ จะเกิดโดย เยื่อหุ้มเซลล์จะคอดกิ่วจาก 2 ข้าง เข้าใจกลางเซลล์ จนเกิดเป็นเซลล์ 2 เซลล์ใหม 2. ในเซลล์พืช จะเกิดโดย กอลจิคอมเพลกซ์สร้างเซลลูโลส มาก่อตัวเป็นเซลล์เพลท (cell plate) หรือแผ่นกั้นเซลล์ ตรงกลางเซลล์ ขยายไป 2 ข้างของเซลล์ ซึ่งต่อมาเซลล์เพลท จะกลายเป็นส่วนของผนังเซลล์
o ผลสุดท้าย จะได้เซลล์ใหม่ 2 เซลล์ ที่มีขนาดเท่ากันเสมอ โดยนิวเคลียสของเซลล์ใหม่ มีองค์ประกอบ และสมบัติเหมือนกัน และมีสภาพเหมือนกับนิวเคลียส ในระยะอินเตอร์เฟส ของเซลล์เริ่มต้น
| ระยะการแบ่ง | การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ |
| อินเตอร์เฟส (Interphase)  | · เพิ่มจำนวนโครโมโซม (Duplication) ขึ้นมาอีกชุดหนึ่ง และติดกันอยู่ที่เซนโทรเมียร์ (1โครโมโซม มี 2 โครมาทิด) · มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีมากที่สุด (metabolic stage) · เซนตริโอ แบ่งเป็น 2 อัน · ใช้เวลานานที่สุด , โครโมโซมมีความยาวมากที่สุด |
| โพรเฟส (Prophase)  | · โครมาทิดหดสั้น ทำให้มองเห็นเป็นแท่งชัดเจน · เยื่อหุ้มนิวเคลียสและนิวคลีโอลัสหายไป · เซนตริโอลเคลื่อนไป 2 ข้างของเซลล์ และสร้างไมโทติก · สปินเดิลไปเกาะที่เซนโทรเมียร์ ระยะนี้จึงมีเซนตริโอล 2 อัน |
| เมตาเฟส (Metaphase)  | · โครโมโซมเรียงตัวตามแนวกึ่งกลางของเซลล์ · เหมาะต่อการนับโครโมโซม และศึกษารูปร่างโครงสร้างของโครโมโซม · เซนโทรเมียร์จะแบ่งครึ่ง ทำให้โครมาทิดเริ่มแยกจากกัน · โครโมโซมหดสั้นมากที่สุด สะดวกต่อการเคลื่อนที่ |
| แอนาเฟส (Anaphase)  | · โครมาทิดถูกดึงแยกออกจากกัน กลายเป็นโครโมโซมอิสระ · โครโมโซมภายในเซลล์เพิ่มเป็น 2 เท่าตัว หรือจาก 2n เป็น 4n (tetraploid) · มองเห็นโครโมโซม มีรูปร่างคล้ายอักษรรูปตัว V , J , I · ใช้เวลาสั้นที่สุด |
| เทโลเฟส (Telophase)  | · โครโมโซมลูก (daughter chromosome) จะไปรวมอยู่ขั้วตรงข้ามของเซลล์ · เยื่อหุ้มนิวเคลียส และนิวคลีโอลัสเริ่มปรากฏ · มีการแบ่งไซโทพลาสซึม เซลล์สัตว์ เยื่อหุ้มเซลล์คอดเข้าไป บริเวณกลางเซลล์ เซลล์พืช เกิดเซลล์เพลท (Cell plate) กั้นแนวกลางเซลล์ ขยายออกไปติดกับผนังเซลล์เดิม · ได้ 2 เซลล์ใหม่ เซลล์ละ 2n เหมือนเดิมทุกประการ |
| | |
การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิล(meiosis)
ไมโอซิสเป็นการแบ่งนิวเคลียสของเซลล์ที่เจริญเป็นเซลล์สืบพันธุ์ทั้งในเซลล์พืชและเซลล์สัตว์มีการเปลี่ยนแปลง 2 ครั้ง ติดต่อกันหลังจากแบ่งเซลล์เสร็จแล้วได้เซลล์ใหม่ 4 เซลล์ แต่ละเซลล์มีโครโมโซมเพียงครึ่งหนึ่งของเซลล์แม่ โครโมโซมของเซลล์ใหม่แต่ละเซลล์จึงเป็นแฮพลอยด์ (haploid) หรือ n โครโมโซม คือมีโครโมโซมเพียงชุดเดียวเท่านั้น เป็นการแบ่งเซลล์เพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์ การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสครั้งแรกและครั้งที่สอง ประกอบด้วยระยะต่างๆ ดังนี้
1 การแบ่งไมโอซิสครั้งแรก (meiosis I) มีระยะต่างๆ ดังนี้
ระยะอินเตอร์เฟส I (interphase I) การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระยะนี้มีการเตรียมสารต่างๆ เช่นโปรตีน เอนไซม์ เพื่อใช้ในระยะต่อไป จึงมี
เมแทบอลิซึมสูง มีนิวเคลียสใหญ่ มีการจำลองโครโมโซมใหม่แนบชิดกับโครโมโซมเดิมและเหมือนเดิมทุกประการ โครโมโซมเป็นเส้นบางยาวๆ พันกันเป็นกลุ่มร่างแห
- โครโมโซมหดสั้นเป็นแท่งหนาขึ้น
- โครโมโซมคู่เหมือน (homologous chromosome) มาจับคู่กันเป็นคู่ๆ แนบชิดกันเรียก ไซแนพซิส (synapsis) คู่ของโครโมโซมแต่ละคู่เรียก ไบวาเลนท์ (bivalant) แต่ละโครโมโซมที่เข้าคู่กัน มี 2 โครมาทิด มีเซนโทรเมียร์ยึดไว้ ดังนั้น 1 ไบวาเลนท์มี 4 โครมาทิด
- โครมาทิดที่แนบชิดกันเกิดมีการไขว้กัน เรียก การไขว้เปลี่ยน (crossing over) ตำแหน่งที่ไขว้ทับกัน เรียกไคแอสมา (chiasma)
- เซนทริโอแยกไปยังขั้วเซลล์ทั้ง 2 ข้าง
- มีเส้นใยสปินเดิล ยึดเซนโทรเมียร์ของแต่ละโครโมโซมกับขั้วเซลล์
- โครโมโซมหดตัวสั้นและหนามากขึ้น เยื่อหุ้มนิวเคลียสและนิวคลีโอลัสค่อยๆ สลายไป
ระยะเมทาเฟส I (mataphase I) แต่ละไบวาเลนท์ของโครโมโซม มาเรียงอยู่กลางเซลล์ เยื่อหุ้มนิวเคลียสและนิวคลีโอลัสสลายไปหมดแล้ว
ระยะแอนาเฟส I (anaphase I) โครโมโซมคู่เหมือนที่จับคู่กัน ถูกแรงดึงจากเส้นใยสปินเดิลให้แยกตัวออกจากกันไปยังขั้วเซลล์ที่อยู่ตรงข้าม การแยกนั้นแยกไปทั้งโครโมโซมที่มี 2 โครมาทิด และการแยกโครโมโซมนี้มีผลทำให้การสลับชิ้นส่วนของโครมาทิดตรงบริเวณที่มีการไขว้เปลี่ยนช่วยทำให้เกิดการแปรผัน (variation) ของลักษณะต่างๆ ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งมีประโยชน์ในแง่วิวัฒนาการจากการแยกกันของโครโมโซมไปยังขั้วเซลล์แต่ละข้างมีโครโมโซมเหลือเพียงครึ่งหนึ่งของเซลล์เดิม
ระยะเทโลเฟส I (telophase I) ในระยะนี้จะมีโครโมโซม 2 กลุ่มแต่ละกลุ่มจะมีจำนวนโครโมโซมเพียงครึ่งหนึ่งของเซลล์เดิม แต่ละเซลล์มีโครโมโซมเป็นแฮพลอยด์
2 ไมโอซีส ครั้งที่ 2 (meiosis II)
ไมโอซีสครั้งที่ 2เกิดต่อเนื่องไปเลยไม่มีพักและผ่านระยะอินเทอร์เฟสไป ไม่มีการจำลอง
โครโมโซมใหม่อีก เริ่มมีการเปลี่ยนแปลงดังนี้
ระยะโพรเฟส II (prophase II) แต่ละโครโมโซมในนิวเคลียส แยกเป็น 2 โครมาทิด มี เซนโทรเมียร์ยึดไว้ เซนทริโอลแยกออกไปขั้วเซลล์ทั้ง 2 ข้าง มีเส้นใยสปินเดิลยึด เซนโทรเมียร์กับขั้วเซลล์ เยื่อหุ้มนิวเคลียสและนิวคลีโอลัสสลายไป
ระยะแอนาเฟส II (anaphase II) เส้นใยสปินเดิลหดตัวสั้นเข้าและดึงให้โครมาทิดของแต่ละโครโมโซมแยกออกจากกันไปขั้วเซลล์ตรงกันข้าม
ระยะเทโลเฟส II (terophase II) เกิดนิวคลีโอลัส เยื่อหุ้มนิวเคลียสล้อมรอบ โครมาทิดกลุ่มใหญ่ แต่ละโครมาทิดก็คือ โครโมโซม นั้นเอง เมื่อจบการแบ่งเซลล์ในระยะเทโลเฟส 2 แล้วได้เซลล์ใหม่ 4 เซลล์ แต่ละเซลล์มีโครโมโซมเป็นแฮพลอยด์
