การเเบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (meiosis)

ไมโอซิส

 

แผนภาพการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส

การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (อังกฤษ: Meiosis) เป็นการแบ่งเซลล์ที่พบในการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ในยูคาริโอต การแบ่งเซลล์แบบนี้ไม่พบในเซลล์ทุกเซลล์ การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสแบ่งเป็นระยะได้ 2 ระยะ ดังนี้

1. ระยะอินเตอร์เฟส (Interphase) มีการจำลองดีเอ็นเอ มีการสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ และโปรตีนเพื่อเตรียมพร้อมที่จะแบ่งตัว โครโมโซมประกอบด้วย 2 โครมาทิด เยื่อหุ้มนิวเคลียสยังไม่สลายไป
2. ระยะแบ่งเซลล์ (cell division) แบ่งออกเป็น 2 ระยะคือ
   1. ระยะไมโอซิส I (Meiosis I) เป็นระยะที่จำนวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่ง แบ่งเป็น 4 ระยะคือ
      1. ระยะโพรเฟส I เป็นช่วงที่ใช้เวลาถึง 90% ของการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส โครมาตินหดตัวเข้ามาเป็นโครโมโซม โครโมโซมที่เป็นคู่กัน (homologous chromosome) มาเข้าคู่กัน ทำให้เห็นแต่ละคู่มี 4 โครมาทิด เกิดการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนระหว่างซิสเตอร์ โครมาติด ซึ่งเรียกว่า ครอสซิ่ง โอเวอร์ (crossing over) ซึ่งทำให้เกิดการกลายพันธุ์หรือการแปรผันพันธุกรรม ซึ่งแบ่งย่อยออกเป็น 5 ระยะคือ
         1. เลปโททีน (Leptotene) โครโมโซมเป็นเส้นใย ขนาดเล็กและยาวมากสานกันไปมาเรียกว่า โครโมนีมา (Chromonema) บางส่วนพันกันถี่มาก เมื่อย้อมสีจะติดสีเข้มดูคล้ายลูกปัดซึ่งเรียกว่า โครโมเมียร์ (Chromomere) เห็นนิวคลีโอลัสชัดเจน
         2. ไซโกทีน (Zygotene) ส่วนฮอมอโลกัสโครโมโซมมาจับคู่เรียงกันตามความยาวของโครโมโซม ทำให้โครโมเมียร์ตรงกันทุกจุด เรียกว่า ซิแนปส์ (Synapse) การเกิดซิแนปส์ทำให้มีการเข้าคู่ของแอลลีล
         3. แพคีทีน (Pachytene) โครโมนีมาพันแน่นขึ้นจนเห็นเป็นเส้นหนาชัดเจน เรียกว่า โครโมโซม โดยฮอมอโลกัสโครโมโซมอยู่กันเป็นคู่ เรียกว่า ไบเวเลนต์ (Bivalent) แต่ละไบเวเลนต์ประกอบด้วย 4 โครมาทิด เรียกสภาพนี้ว่า เทแทรด (Tetrad)
         4. ดิโพลทีน (Diplotene) เซนโทรเมียร์ของแต่ละฮอมอโลกัสโครโมโซมแยกออกจากกัน แต่มีบางส่วนของฮอมอโลกัสโครโมโซมยังพันกันอยู่ เรียกบริเวณนั้นว่า ไคแอสมา (Chiasma) ซึ่งอาจมีได้หลายตำแหน่ง มีการแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนของนอนซิสเตอร์โครมาทิดเรียกว่า ครอสซิงโอเวอร์ (Crossing Over) ทำให้ยีนมีการเรียงตัวกันใหม่ และเกิดการแปรผันทางพันธุกรรม
         5. ไดอะไคนีซิส (Diakinesis) โครโมโซมหดสั้นมากขึ้นทำให้ไบเวเลนด์แยกตัวมากขึ้น โครโมโซมติดกันเฉพาะส่วนปลาย นิวคลีโอลัสและเยื่อหุ้มนิวเคลียสเริ่มสลายตัวไป ทำให้ไบเวเลนต์กระจายอยู่ในเซลล์
      2. ระยะเมทาเฟส I โครโมโซมที่มี 4 โครมาติดมาเรียงตัวที่ระนาบกลางเซลล์ มีเส้นใยสปินเดิลจับที่ไคนีโตคอร์
      3. ระยะแอนาเฟส I เป็นระยะที่มีการดึงโฮโมโลกัสโครโมโซมออกจากกัน เป็นระยะที่เกิดการลดจำนวนโครโมโซม
      4. ระยะเทโลเฟส I และการแบ่งไซโตพลาสซึม แต่ละขั้วของเซลล์มีโครโมโซมเป็นแฮพลอยด์ (n) 2 ชุด (แต่ยังมีซิสเตอร์โครมาติดอยู่) มีการแบ่งไซโตพลาสซึมและสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียสขึ้นใหม่
   2. ระยะไมโอซิส II (Meiosis II)
      1. ระยะโพรเฟส II เป็นระยะที่สร้างเส้นใยสปินเดิลเพื่อดึงซิสเตอร์ โครมาติดออกจากกัน
      2. ระยะเมตาเฟส II ซิสเตอร์โครมาติดเรียงอยู่กึ่งกลางเซลล์
      3. ระยะอะนาเฟส II เป็นระยะที่ดึงซิสเตอร์โครมาติดออกจากกัน
      4. ระยะเทโลเฟส II และการแบ่งไซโตพลาสซึม มีการสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียสและแบ่งไซโตพลาสซึมตามมา ในที่สุดจะได้เซลล์ลูก 4 เซลล์ ซึ่งมีโครโมโซมเป็นแฮพลอยด์ (n)

การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส ( mitosis)

การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส ( mitosis)

การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส เป็นการแบ่งเซลล์ เพื่อเพิ่มจำนวนเซลล์ของร่างกาย ในการเจริญเติบโต ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ หรือในการแบ่งเซลล์ เพื่อการสืบพันธุ์ ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว และหลายเซลล์บางชนิด เช่น พืช

•  ไม่มีการลดจำนวนชุดโครโมโซม ( 2n ไป 2n หรือ n ไป n )
•  เมื่อสิ้นสุดการแบ่งเซลล์จะได้ 2 เซลล์ใหม่ที่มีโครโมโซมเท่าๆ กัน และเท่ากับเซลล์ตั้งต้น
•  พบที่เนื้อเยื่อเจริญปลายยอด , ปลายราก , แคมเบียม ของพืชหรือเนื้อเยื่อบุผิว , ไขกระดูกในสัตว์ , การสร้างสเปิร์ม และไข่ของพืช
•  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

•  ระยะ G1 เป็นระยะก่อนการสร้าง DNA ซึ่งเซลล์มีการเจริญเติบโตเต็มที่ ระยะนี้ จะมีการสร้างสารบางอย่าง เพื่อใช้สร้าง DNA ในระยะต่อไป
•  ระยะ S เป็นระยะสร้าง DNA (DNA replication) โดยเซลล์มีการเจริญเติบโต และมีการสังเคราะห์ DNA อีก 1 ตัว หรือมีการจำลองโครโมโซม อีก 1 เท่าตัว แต่โครโมโซมที่จำลองขึ้น ยังติดกับท่อนเก่า ที่ปมเซนโทรเมียร์ ( centromere) หรือไคเนโตคอร์ ( kinetochore) ระยะนี้ใช้เวลานานที่สุด
•  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 โพรเฟส 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)
•  เป็นระยะที่เซลล์เติบโตเติมที่
•  เซลล์มีการเปลี่ยนแปลง ทางเคมีมากที่สุด หรือมีเมทาบอลิซึมสูงมาก จึงเรียก Metabolic stage
•  ใช้เวลานานที่สุด ดังนั้น ถ้าศึกษาการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส จากกล้องจุลทรรศน์ จะพบเซลล์ปรากฏ อยู่ในระยะนี้มากที่สุด
•  โครโมโซม มีลักษณะเป็นเส้นใยยาวขดไปมา เรียกว่า เส้นใยโครมาทิน ( chromation)
•  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
•  ระยะนี้ โครโมโซมจะมีความยาวมากที่สุด
2. ระยะโฟรเฟส ( prophase)
•  ระยะนี้โครมาทิดจะหดตัว โดยการบิดเป็นเกลียวสั้นลง ทำให้เห็นได้ชัดเจนมากขึ้นว่า โครโมโซม 1 แท่งมี 2 โครมาทิด
•  เยื่อหุ้มนิวเคลียส และนิวคลีโอลัสสลายไป
•  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)
•  ระยะนี้ไมโทติก สปินเดิลจะหดตัว ดึงให้โครมาทิดไปเรียงตัวอยู่ในแนวกึ่งกลางเซลล์ ( equatorial plate)
•  โครมาทิดหดสั้นมากที่สุด จึงสะดวกต่อการเคลื่อนที่ ของโครมาทิดมาก
•  ระยะนี้เหมาะมากที่สุด ต่อการนับจำนวนโครโมโซม , จัดเรียงโครโมโซมเป็นคู่ๆ หรือที่เรียกว่าแครีโอไทป์ ( karyotype) หรือเหมาะต่อการศึกษารูปร่าง ความผิดปกติ ของโครโมโซม
•  ตอนปลายของระยะนี้ มีการแบ่งตัว ของเซนโทรเมียร์ ทำให้โครมาทิดพร้อมที่จะแยกจากกัน
4. ระยะแอนาเฟส ( anaphase)
•  ระยะนี้ไมโทติก สปินเดิล หดสั้นเข้า ดึงให้โครมาทิดแยกตัวออกจากกัน แล้วโครมาทิด จะค่อยๆ เคลื่อนไปยังแต่ละขั้ว ของเซลล์
•  โครโมโซม ในระยะนี้จะเพิ่มจาก 2n เป็น 4n
•  เป็นระยะเวลาที่ใช้สั้นที่สุด
•  ระยะนี้จะเห็นโครโมโซม มีรูปร่างคล้ายอักษรต ตัววี ( V), ตัวเจ ( J) และตัวไอ ( I) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ ว่าอยู่กึ่งกลางของโครโมโซม หรือค่อนข้างปลาย หรือเกือบปลายสุด
5. ระยะเทโลเฟส ( telophase)
•  เป็นระยะสุดท้ายของการแบ่งเซลล์ โดยโครมาทิดที่แยกออกจากกัน จะเรียกเป็น โครโมโซมลูก ( daughter chromosome) ซึ่งจะไปรวมกลุ่มในแต่ละขั้วของเซลล์
•  มีการสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียส ล้อมรอบโครโมโซม และนิวคลีโอลัสปรากฏขึ้น
•  ไมโทติก สปินเดิล สลายไป
•  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
•  ผลสุดท้าย จะได้เซลล์ใหม่ 2 เซลล์ ที่มีขนาดเท่ากันเสมอ โดยนิวเคลียสของเซลล์ใหม่ มีองค์ประกอบ และสมบัติเหมือนกัน และมีสภาพเหมือนกับนิวเคลียส ในระยะอินเตอร์เฟส ของเซลล์เริ่มต้น

 

ระยะการแบ่ง	การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ
อินเตอร์เฟส (Interphase)	เพิ่มจำนวนโครโมโซม ( Duplication) ขึ้นมาอีกชุดหนึ่ง และติดกันอยู่ที่เซนโทรเมียร์ ( 1 โครโมโซม 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