การแบ่งเซลล์ และ วัฏจักรของ ......การแบ...
Post on 27-Jun-2020
35 Views
Preview:
TRANSCRIPT
การแบงเซลล และ วฏจกรของเซลลCell Division and Cell Cycle
O-Phart Phrathep
B.Sc. (Biology), M.Sc. (Plant Science)
Department of Biology, Mahidol Wittayanusorn School
ขนตอนโดยรวมของการแบงเซลล
การแบงนวเคลยส(karyokinesis)
การแบงไซโตพลาซม(cytokinesis)
การแบงเซลล(cell division)
ไมโทซส(mitosis)
ไมโอซส(meiosis)
การเกดรองแบง(furrow type)
การเกดแผนกนเซลล(cell plate type)
= +
- Animal cell
- Actin
microfilament
- Plant cell
- Golgibody
แบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis) แบงเปน 5 ระยะยอย- Interphase - Prophase- Metaphase- Anaphase- Telophase
ขนเตรยมการ
การแบงนวเคลยส(M-phase)
การแบงเซลล
การแบงเซลลแบบไมโทซส (Mitosis)
จดประสงค
- เปนการแบงเซลลเพอเพมจ านวนเซลลรางกาย (somatic cell)
เพอการเจรญเตบโตของพช สตวหลายเซลล และมนษย
- เพอการสบพนธในสงมชวตเซลลเดยว
- เพอสรางเซลลสบพนธ (sperm และ egg)ในพช
ดงนนจะพบการแบงเซลลชนดนใน เนอเยอบผว ไขกระดกในสตว
เนอเยอเจรญปลายยอด ปลายราก แคมเบยม (cambium) ของพช
ลกษณะของการแบงเซลลแบบไมโทซส1. ไมมการลดจ านวนชดโครโมโซม (2n 2n, n n)
2. เมอสนสดการแบงเซลลจะได 2 เซลลใหมทมโครโมโซมเทากน และเทากบเซลลตงตน
วฏจกรของเซลล (cell cycle)
: ชวงระยะเวลาทเซลลเกดการแบงตว
แบงออกเปน 2 ระยะ
1. Interphase เปนระยะเตรยมการทจะแบงเซลล
2. M-phase (mitotic phase) เปนระยะทมการแบงนวเคลยส และไซโทพลาซม
Interphase
M-phase
ระยะ Interphase: เปนระยะทเซลลเตรยมตวทจะแบงตว
แบงออกเปน 3 ระยะยอย คอ G1 S และ G2
G1
S
G2
G1 หรอ 1st Gap Phase
G1
S
G2
- เปนระยะกอนการสราง DNA- เซลลมการเจรญเตบโตเตมท- มการสรางสารทจะใชในการสราง DNA ตอไป
G1
S
G2
- เปนระยะทมการสงเคราะห DNA (DNA synthesis) เพมขนอก 1 เทาตว ดงนนจงเปนการจ าลองโครโมโซมเพมขน
อก 1 เทาตว
S หรอ Synthetic Phase
- โครโมโซมทจ าลองขนมาในระยะ S นยงไมแยกจากกนโดยจะตดกนอยทปมตรงกลาง (ปม centromere) - ดงนนในระยะนจะเหนโครโมโซม 1 ทอนม 2 ขาง (เหมอนปาทองโก) แตละขางของโครโมโซมเรยกวา โครมาตด(chromatid)
- ถาเปนโครมาตดของโครโมโซมทอนเดยวกน จะเรยกวาเปน ซสเตอรโครมาตด (sister chromatid)
centromere
sister chromatid
G1
S
G2
- เปนระยะหลงการสราง DNA - มการสรางสารอนๆเพมเตมเลกนอย- เซลลจะมการเจรญเตบโตเตมทและพรอมทจะแบงนวเคลยสและไซโทพลาซมตอไป
G2 หรอ 2nd gap phase
ใน Animal cell นนตอนทายของระยะ interphase จะมการจ าลองตวของ centriole เพมเปน 2 อน เพอเตรยมเคลอนท
ไปท 2 ขางของเซลล
สรปวาระยะ interphase
จะเปนระยะทเซลลมการเจรญเตบโตเตมท
มการเปลยนแปลงทางชวเคมมากทสดจงเรยกวาเปน metabolic stage of cell
ใชเวลานานทสด ดงนนถาศกษาการแบงเซลลแบบไมโทซสจากกลองจลทรรศนกจะพบเซลลในระยะนมากทสด
มการสงเคราะห DNA และ chromosome อก 1 ชด
ระยะน chromosome ยงขดกนเปนสายยาว หรอ chromatin ดงนนจงมความยาวมากทสด
เมอผานระยะนองคประกอบของเซลลจะเพมขนเปนเทาตว
M-phase: เปนระยะทมการแบงนวเคลยสและ
ไซโทพลาซม โดยโครโมโซมจะมการเปลยนแปลงหลายขนตอนกอนท จะถกแบงแยกออกจากกน
- ประกอบดวย 4 ระยะยอย คอ
1. โพรเฟส (Prophase)
2. เมทาเฟส (Metaphase)
3. แอนาเฟส (Anaphase)
4. เทโลเฟส (Telophase)
สรปวา วฏจกรของเซลลจะประกอบดวยระยะตางๆ คอ
โพรเฟส (Prophase)โครมาตด 2 เสนของแตละโครโมโซมจะหด
สนเขา ดงนนจะเหนชดเจนวา 1 chromosome = 2 chromatids
• เยอหมนวเคลยส และนวคลโอลสสลายตวไป
• ในเซลลสตว Centriole จะเคลอนทแยกไปอย 2 ขวของเซลลตรงขามกน
• รอบๆ centriole จะม mitotic spindleหรอ spindle fiber ยนออกมามากมาย เรยกวา aster
• ในเซลลพชจะไมม centriole แตจะม polar cap ท าหนาทแทน
Aster = centriole + mitotic spindle
Mitotic spindle ทสรางจะไปเกาะทปม kinetochore บน centromere ของ chromosome
Astral microtubule
Kinetochore microtubule
Polar microtubule
Prophase
Metaphase Mitotic spindle จะหดตวดงให
chromosome มาเรยงตวในแนวกงกลางเซลล (equatorial plateหรอ metaphase plate)
ระยะน chromosome จะหดตวสนมากทสด - เหมาะแกการแบงแยกตว- สะดวกตอการเคลอนทของ
chromosome
เมตาเฟส Metaphase
ระยะนจะเหน chromosome ชดเจนทสด ดงนนจงเหมาะแกการ
- จดเรยง chromosome เปนคๆ
(ท า karyotype)
- การนบจ านวน chromosome
- การศกษารปรางและความผดปกตของ chrosome
ทปลายของระยะน chromosome จะเรมผละออกจากกน
Male human chromosome
แอนาเฟส (Anaphase) Mitotic spindle จะหดตวสนมากขน
ดงให chromatid ของทก chrosome แยกตวออกจากน
เกดเปน daughter chromosome
2n 4n ชวขณะ ใชเวลาสนทสด
พบ chromosome ในระยะนนอยทสด
-
Telophase Daughter chromosome ทเกดขนจะแยกหางจากกนมากขน (จากการหดตวของ
spindle fiber) จนกระทงไปอยขวตรงขามของเซลลและเรมคลายตวออกจากกน
ตอนนทขวของเซลลแตละขางจะประกอบดวย chromosome ทมจ านวนเทากน และเทากบเซลลเรมตนกอนแบง
ตอนปลายระยะน mitotic spindle จะสลายตวไป
กลมของ daughter chr. จะขยายตวออกเปนเสนใยยาวขดไปมาคลายตาขาย เหมอนกบระยะแรกของ interphase
Nuclear membrane และ nucleolus จะเรมปรากฏท าใหเหน nucleus ใหมทขวเซลล
เกดการแบงตวของ cytoplasm = cytokinesis
Animal cell Plant cell
Phase chromosome DNA
Pre- interphase 2n 1 เทา
Interphase 2n 2 เทา
Prophase 2n 2 เทา
Metaphase 2n 2 เทา
Anaphase 4n 2 เทา
Telophase 2n 1 เทา
Cytokinesis 2n 1 เทา
สงมชวต A มโครโมโซม 2 n = 4 แทงMitosis
เซลลทแบงตวเสรจแลวแบงตวตอไป (ยงคงอยใน cell cycle) เขาสระยะพก (เขา G0 ) ...อาจกลบมาแบงตวอกครงเมอมสงกระตน มการเปลยนแปลงสภาพไปท าหนาทเฉพาะ (differentiate)
ในเซลลบางชนดจะมการแบงตวอยตลอดเวลา เชน เซลลเนอเยอเจรญของพช เซลลไขกระดก (เพอสรางเมดเลอด) เซลลบผว ดงนนเซลลพวกนกจะอยในวฏจกรของเซลลตลอดเวลา แตเซลลอกบางชนดเมอแบงตวเสรจแลวจะไมเกดการแบงตวอกตอไป ไดแก เซลลประสาท โดยเซลลจะเขาสระยะ Go อยางถาวร หรออาจกลบมาแบงตวไดหากมการกระตน เชน parenchyma ของพช
ปจจบนพบวา cell cycle เกยวของกบการท างานของโปรตนส าคญ 2 ชนด คอCyclin และ CDK (cyclin dependent kinase)
พบวาปรมาณของ cyclin และ CDK จะเพม และลดลงเปนวฏจกรเพอควบคมการท างานของวฏจกรเซลล
MPF = Cyclin +CDK
MPF = Mitotic-phase promoting factor
Cancer and the Control of Cell Proliferation
การแบงเซลลแบบไมโอซส (Meiosis) เปนการแบงเซลลเพอ
- สราง sex cell (gamete) ในสตว
- สราง spore ในพช
มการลดจ านวนชด chromosome ลงจาก 2n n ซงเปนกลไกหนงทชวยใหจ านวนชด chromosome คงทเทากนในลกหลานทกรน
เกดขนในชวงวยเจรญพนธ (reproductive stage) ของสงมชวต
47
การสรางเซลลสบพนธของพชดอก
การสราง sperm ใน male gametophyte (pollen)
การสราง egg ใน female gametophyte (embryo sac)
ดงนนจะพบการแบงเซลลแบบนใน อณฑะ (testes)
รงไข (ovary)
อบสปอร (sporangium)
อบเรณ (pollen sac)
cone (strobilus) ของสน
Diploid
Haploid
แบงออกเปน 2 ขนตอน
1. ไมโอซส I (meiosis-I)เปนขนทมการแยก homologouschromosome ออกจากกน (2n n) จงเรยกไดวาเปน Reductional division
2. ไมโอซส II (meiosis-II)เปนขนตอนทมการแยก sister chromatidออกจากกน (ไมมการลดจ านวนชด chr.) n n จงเรยกไดวาเปน Equational division
การเปลยนแปลงทส าคญใน meiosis
Meiosis-I (Reductional division)
แบงเปน 5 ระยะยอย- Interphase-I
- Prophase-I
- Metaphase-I
- Anaphase-I
- Telophase-I
Interphase-I
มการสงเคราะห DNA ขนมาอก 1 เทาตว (กคอจ าลองchromosome ขนมาอก 1 ชด) และยงตดกนอยทปม centromere ดงนน chromosome แตละทอนจงม 2 chromatid
centromere
sister chromatid
Prophase - I เปนระยะทใชเวลานานทสด (ในเพศหญง
gamete จะแบงตวคางอยทระยะนจนเขาสวยเจรญพนธ)
Homologous chr. จะถกดงใหมาเขาคและแนบชดตดกน เรยกวาเกด synapsis
คของ homologous chr. ทแนบชดตดกนแลวเรยกวา bivalent
แตละ bivalent จะม chromatid 4 เสน จงเรยกวา tetrad
Centriole ในเซลลสตว จะเคลอนทไปทขวของเซลล
Homologous chr. ทชดกนจะเรมผละอกจากกนตามแนวแยก โดยตรงกลางแยกกนกอน แตตอนปลายยงไขวกนอย
บรเวณทไขวกนอยเรยกวา chiasmaหมายเหต: Chr. = Chromosome
Synapsis
Time course of prophase I
chiasma
มการแลกเปลยนชนสวนของ chromatid ของ chr.ทเปนคกน (homologous chr.) เรยกวาเกด crossing over
ต าแหนงนจะมการแลกเปลยนชนสวนของ chr. ซงสงผลใหเกดการแปรผนของยน (gene) ซงจะสงผลใหเกดการแปรผนของลกษณะทางพนธกรรมในสงมชวต (เกด variation)
Metaphase - I
Nuclear membrane สลายไป และม mitotic spindle กอตวขนในลกษณะเชนเดยวกบ mitosis
Chr. หดตวสนมากทสด
Bivalent มาเรยงตวในแนวศนยสตรของเซลล (Metaphase plate)
Centromere ของแตละคทเปน bivalent จะดงตวแยกจากกนไปในทศตรงขามของขวเซลล
Anaphase - I
Homologous chr. ทมาจบคกน เปน bivalent จะเคลอนทแยกจากกนไปสคนละขวเซลล
ดงนนระยะนจงเปนระยะทมการแยกคของ homologous chr.
แตละ chr. ทเคลอนทไปยงขวเซลลยงคงประกอบดวย 2 chromatid และยงคงตดกนท centromere
ระยะนจ านวน chr. ภายในเซลลยงคงเปน 2n เหมอนเดม เนองจาก homologous chr.ยงอยเซลลเดยวกนเหมอนกนเหมอนเดม
Telophase-I
Chr. ทง 2 กลมแยกไปถงขวเซลล ท าใหไดจ านวน chr. ลดลงเหลอเพยงครงเดยว (haploid หรอ n)
ในสงมชวตสวนมาก จะมการสราง nuclear membrane รอบกลม chr. เกดเปน 2 nucleus ใหม แตละ nucleus มจ านวน chr. เปน haploid เกดขน
Meiosis-II (Equational division)แบงเปน 5 ระยะยอย
- Interphase-II
- Prophase-II
- Metaphase-II
- Anaphase-II
- Telophase-II
Interphase-II จะมหรอไมมกได แตถามกจะเปนเพยง
ระยะพกสนๆ แตจะไมมการจ าลอง chr. หรอสงเคราะห DNA ใดๆทงสน
Prophase-II Chr. หดสนมากขน Nuclear membrane และ nucleolus สลาย
ไป ไมมการเกด synapsis, chiasma, และ
crossing over ใดๆ ทงสน
Metaphase-II Chr. มาเรยงตวอยในแนวกงกลางเซลล
Anaphase-II Centromere แยกเปน 2 อน มการแยก chromatid ของทก chr.
ออกจากกน เกดเปน chr. ใหม ท าใหระยะนมจ านวนชด chr. เพมเปน n => 2n (ชวระยะสนๆ)
Telophase-II Chromosome ใหมรวมตวกนในแต
ละขวเซลล และคลายตวออก มการสราง nuclear membrane
และเกด cytokinesis เกดเปน 4 เซลลใหม เซลลละ n (โดย 4 เซลลนนอาจมขนาดเทากนหรอไมกได)
Metaphase II
Anaphase II Telophase II
Prophase II
Tetrad microspore
การสราง sperm และ egg ของสตวเลยงลกดวยน านม
แผนภาพสรปการแบงเซลลแบบ meiosis
เปรยบเทยบการแบงเซลลแบบ mitosis และ meiosisMitosis Meiosis
1. เปนการแบงเซลลของรางกายเพอเพมจ านวนเซลล เพอการเตบโต หรอการสบพนธในสงมชวตเซลลเดยวและพช2. เรมจาก 1 เซลล แบงครงเดยวไดเปน 2 เซลลใหม3. เซลลใหมทเกดขน 2 เซลลสามารถแบงตวแบบ mitosis ตอไปไดอก4. เกดขนตงแตระยะ zygote สบตอไปจนตลอดชวต5. จ านวนโครโมโซมหลงการแบงจะเทาเดม เพราะไมมการแยกค homologous chromosome6. ไมม synapsis, chiasma และ crossing over7. DNA และ chromosome ใหมจะเหมอนเดมทกประการ
1. เปนการแบงเซลลเพอใหก าเนดเซลลสบพนธในสตว หรอสรางสปอรในพช2. เรมจาก 1 เซลล แบง 2 ครง ไดเปน 4 เซลลใหม3. เซลลใหมทเกดขน 4 เซลล ไมสามารถแบงแบบ meiosis ตอไปได แตอาจแบงแบบ mitosis ไดอก4. สวนใหญจะเกดขนเมออวยวะสบพนธเจรญเตมทแลว หรอเกดในไซโกตของสาหรายและราบางชนด5. จ านวนโครโมโซมลดลงครงหนง (2n => n)หลงจาก ไมโอซส-I เนองจากมการแยกคโฮโมโลกสโครโมโซม6. เกด synapsis, chiasma และมกเกด crossing over7. ลกษณะของ DNA และchromosome อาจเปลยนแปลงถาเกด crossing over
แผนภาพเปรยบเทยบการแบงเซลลแบบ meiosis และ mitosis
75
Nucleoid and Bacterial chromosome
• Monoploid
• Single circular double strand DNA
76
Plasmid = extrachromosomal DNA
• Circular DNA ขนาดเลก• อยนอก bacterial
chromosome• มยนตานทานยาปฏชวนะ, ยนสราง
สารพษ• ใชประโยชนในการท า DNA สาย
ผสม (Recombinant DNA)
77
การสบพนธของแบคทเรย
การสบพนธแบบไมอาศยเพศ (Asexual reproduction)
Binary fission (การแบงเปน 2 สวน)
จ านวนเซลลทได = จ านวนเซลลเรมตน x 2n
n = จ านวนครงทแบงตว
78
chromophore
79
Parasexual reproduction
คอนจเกชน (Conjugation)
Conjugation tube (Sex pilli)
+ -
80
การเปลยนแปลงพนธกรรมของแบคทเรยConjugation
Transformation
Transduction
top related