สรปยอบทเรยน รายวชา 2303107 GEN BIO ภาคการศกษาตน ปการศกษา 2553

Perpetuation of Life Part I - การสบทอดของชวต ตอนท 1 ลกษณะสาคญอยางหนงของสงมชวต คอ การสบตอชวตจากรนหนง ไปยงอกรนหนงอยางตอเนอง กระบวนการใดบางททาใหสงมชวตทกชนดสามารถใหกาเนดสงมชวตชนดเดยวกน และยงคงสามารถดารงเอกลกษณทเปนเผาพนธเดยวกนไวได

สงมชวตทกชนดสามารถใหกาเนดสงมชวตชนดเดยวกน ไดโดยการผานกระบวนการสบพนธ ซงม 2 แบบ คอ กระบวนการสบพนธแบบอาศยเพศ (sexual reproduction) และกระบวนการสบพนธแบบไมอาศยเพศ (asexual reproduction) กระบวนการสบพนธแบบอาศยเพศ เปนกระบวนการทลกทเกดขนเกดจากการรวมกนของเซลลสบพนธจาก พอ และ แม ทาใหลกทเกดขนมยนทไดจากการรวมยนของพอและแม สวนกระบวนการสบพนธแบบไมอาศยเพศนน เปนกระบวนการเพมจานวนของสงมชวตโดยทอาศย สงมชวตเดมเพยงตวเดยวทาใหลกทเกดขนมพนธกรรม เหมอนกบตวเดมทงหมด สงมชวตแตละชนดอาจมทงการสบพนธแบบอาศยเพศและการสบพนธแบบไมอาศยเพศ การสบพนธแบบอาศยเพศนเปนองคประกอบหนงททาใหเกดการแปร (variation) ในสงมชวต และววฒนาการของสงมชวต วฏจกรชวต (Life cycle)

วฏจกรชวตของสงมชวต (life cycle) เปนการบอกถงลาดบของชวงชวตจากรนตอรนผานกระบวนการสบพนธแบบอาศยเพศ วฏจกรชวตของสงมชวตม 3 แบบ ไดแก haplontic life cycle (รปท 1) diplontic life cycle (รปท 2) และ diplohaplontic life cycle (รปท 3)

Haplontic life cycle เปนวฏจกรชวตทชวงชวตสวนใหญเปน haploid (เซลลมโครโมโซม 1 ชด (n)) ชวงชวตทเปน diploid (เซลลมโครโมโซม 2 ชด (2n)) มเฉพาะตอนทเปน ไซโกต หลงจากการเกดการปฏสนธ (fertilization) ซงเมอเกดการปฏสนธแลว ไซโกต มการแบงเซลลแบบไมโอซสทนท ตวอยางสงมชวตทมวฏจกรชวตเปน haplontic life cycle เชน รา เหด สาหรายเซลลเดยว เปนตน

Diplontic life cycle เปนวฏจกรชวตทชวงชวตสวนใหญเปน diploid มเพยงชวงทเปนเซลลสบพนธ (gamete) เทานนทเปน haploid ซงการสรางเซลลสบพนธนมาจากการทเซลลแมมการแบงเซลลแบบไมโอซสนนเอง ตวอยางสงมชวตทมวฏจกรชวตเปน diplontic life cycle เชน สตว คน เปนตน

Diplohaplontic life cycle เปนวฏจกรชวตทมโครงสราง 2 แบบ คอ โครงสรางททาหนาทในการสรางเซลลสบพนธ เรยกวา gametophyte ซงเปนโครงสรางทประกอบดวย haploid cells และโครงสรางททาหนาทในการสรางสปอร เรยกวา sporophyte ซงเปนโครงสรางทประกอบดวย diploid cell ตวอยางสงมชวตทม life cycle เปน diplohaplontic life cycle เชน พชตางๆ และ สาหรายบางชนด เปนตน

รปท 1 haplontic life cycle

รปท 2 diplontic life cycle

รปท 3 diplohaplontic life cycle

การเตบโตพฒนาของสงมชวตในขนตอนตางๆ หรอการสรางเซลลสบพนธนน กระบวนการหนงทสงมชวตจาเปนตองม คอการเพมจานวนเซลล หรอการแบงเซลล ซงมการแบงเซลลเปน 2 แบบ คอ การแบงเซลลทไดเซลลลกมจานวนโครโมโซมเหมอนเซลลแมทกประการ เรยกวาการแบงเซลลแบบไมโทซส ซงมกเกดขนในขนตอนการเตบโตของสงมชวตทกชนด การสบพนธแบบไมอาศยเพศ และยงพบในการสรางเซลลสบพนธหรอสปอรของสงมชวตทมวฏจกรชวตแบบ haplontic life cycle และ diplohaplontic life cycle สวนกระบวนการแบงเซลลทมผลทาใหโครโมโซมมจานวนลดลงเปนครงหนง ซงเรยกวาการแบงเซลลแบบไมโอซส พบไดในกระบวนการสรางเซลลสบพนธของสงมชวตแบบ diplontic life cycle การแบงเซลลของไซโกตในสงมชวตแบบ haplontic life cycle และกระบวนการสรางสปอรของสงมชวตทมวฏจกรชวตแบบ diplohaplontic life cycle เปนตน วฏจกรเซลล (Cell cycle)

เซลลแตละเซลลมวฏจกรเซลล (cell cycle) แสดงดงรปท 4 ในวฏจกรเซลลประกอบดวย interphase และ division phase (หรอ mitotic phase) ในชวง interphase เปนชวงทยาวทสด ประมาณ 90% ของวฏจกร ซงในระยะ interphase น แบงออกเปน 3 ระยะยอย ไดแก G1 (first growth phase) ระยะ S (synthesis phase) และระยะ G2 (second growth phase) โดย ระยะ G1 เปนระยะทเซลลมการเตบโต และมกจกรรมตาง ๆ ภายในเซลลตามหนาทของเซลลนน ๆ ระยะ S เปนระยะทเกด DNA replication เพมเตรยมพรอมทจะสรางเซลลใหม ทาใหเมอสนสดระยะน เซลลจะมปรมาณดเอนเอเปน 2 เทาของเซลลเดม สวนระยะ G2 เปนระยะทเซลลมการเตบโต มการสงเคราะหสารตางๆ เพอใชในการแบงเซลลในระยะตอไป เมอสนสดระยะ interphase แลวเซลลจะเขาสระยะ mitotic phase ซงประกอบดวย 2 ชวง คอ nuclear division ซงเปนการแบงนวเคลยส และ cytokinesis ซงเปนการแบงไซโทพลาซม ในการแบงนวเคลยสยงแบงออกเปนระยะยอย ตามลกษณะของโครโมโซม และนวเคลยสทปรากฏ คอ prophase prometaphase metaphase anaphase และ telophase แสดงดงรปท 5

รปท 4 วฏจกรเซลล

รปท 5 การแบงเซลลแบบไมโทซส

การแบงเซลลแบบไมโอซสนนมผลทาใหจานวนโครโมโซมลดลงครงหนง ซงมรปแบบดงแสดงในรปท

6 เมอสนสด ไมโอซส 1 เซลลลกทเกดขนจะมจานวนโครโมโซมลดลงครงหนงโดยท 1 โครโมโซมยงประกอบดวย 2 โครมาตด และในระยะการแบงไมโอซส 2 มผลทาให คของโครมาตดแยกไปอยคนละเซลล เมอสนสดการแบงเซลลแบบไมโอซสแลวจะได เซลลลก 4 เซลลซงแตละเซลลมจานวนโครโมโซมลดลงเปนครงหนงจากเดม

รปท 6 การแบงเซลลแบบไมโอซส ในการแบงเซลลแบบไมโอซสน ในขนตอนของ prophase I โครโมโซมแตละแทงจะประกอบดวย 2 โครมาทด และโครโมโซมทเปนคกน ซงเรยกวา โฮโมโลกสโครโมโซม (homologous chromosome) จะเกดการแนบชดกนตลอดความยาวของโครโมโซม เรยกวา การเกด synapsis ซงจะทาใหเกดเปนโครงสรางทเรยกวา bivalent (หรอ tetrad) และโครงสรางนจะประกอบดวย 4 โครมาทด เนองจากคโฮโมโลกสโครโมโซม มลกษณะคลายคลงกนทงลกษณะรปรางของโครโมโซม และลาดบนวคลโอไทดของ DNA ทเปนสวนประกอบในโครโมโซม จงสามารถเกดการแลกเปลยนสวนของโครโมโซมซงกนและกนได เรยกวา การเกด crossing over ซงทาใหเกด gene recombination และเปนทมาของการเกดการแปรของสงมชวต (รปท 7)

รปท 7 การเกด crossing over ใน ไมโอซส

การถายทอดลกษณะทางพนธกรรมและการควบคมลกษณะทางพนธกรรม

ลกษณะตางๆของสงมชวตถกควบคมดวยยนซงสวนใหญอยบนโครโมโซมทอยในนวเคลยส สวนสงมชวตทเปนโพรแครโอตกมยนบนโครโมโซมเชนกน อยบรเวณทเปนนวคลออยด นอกจากนยงมยนทอยทคลอโรพลาสต และไมโตคอนเดรยอกดวย

โครโมโซมประกอบดวย DNA และโปรตน สวนของโครโมโซมทเปนยนนนคอสวนทเปน DNA โดยตวทกาหนดลกษณะตาง ๆ กคอลาดบนวคลโอไทดทเปนองคประกอบของ DNA นนเอง เมอมการสรางเซลลใหม ในระยะ S phase จะเกด DNA replication แบบ ทเปน semi-conservative replication ดงนนเมอมการแบงเซลลแบบไมโทซส เซลลลกทเกดขนจงไดรบรหสพนธกรรมทงหมดจากเซลลแม สวนในการแบงเซลลแบบไมโอซสนน เซลลลกมจานวนโครโมโซมลดลงครงหนงเสมอ ทาใหเซลลลกทเกดขนจะไดรบรหสพนธกรรม 1 ชด และเมอเกดการปฏสนธ กจะเกดการรวมกนใหมของรหสพนธกรรมทไดจาก พอ และ แม การศกษาการถายทอดทางพนธกรรมมความกระจางชดขนจากการศกษาโดย Gregor Mendel ซงไดกฎของการถายทอดลกษณะทางพนธกรรม 2 ขอ คอ Law of segregation และ Law of independent assortment ซงกฏการถายทางพนธกรรมของเมนเดล สามารถอธบายการถายทอดทางพนธกรรมของสงมชวตตาง ๆ ไดเปนอยางด แตอยางไรกตาม ยงมรปแบบการแสดงออกของยนอกหลายรปแบบทแตกตางไปจากการศกษาของเมนเดล ซงนกพนธศาสตรรนหลงไดอธบายรปแบบการแสดงออกของลกษณะพนธกรรมเพมเตมจากคาอธบายของเมนเดล เชน incomplete dominant, co-dominant, multiple alleles, polygenes, sex linked gene, sex influence, sex limited, และ linkage เปนตน

สารพนธกรรมของสงมชวตคอ DNA ซงเปนสารประเภทกรดนวคลอก เปนพอลเมอรของนวคลโอไทด แตละนวคลโอไทดประกอบดวย

1. นาตาล ซง DNA จะเปนนาตาลดออกซไรโบส สวน RNA จะเปนนาตาลไรโบส 2. ไนโตรจนสเบส ซงม 2 ประเภทคอ purine ไดแก adenine (A) และ guanine (G) และ pyrimidine ไดแก cytocine (C) และ thymine (T) (ใน RNA ไมม thymine แตม uracil (U) แทน)

3. ฟอสเฟต

DNA ทเปนองคประกอบในโครโมโซมมลกษณะเปนพอลนวคลโอไทดสายค ซงมการเขาคกนในลกษณะทเปน anti-parallel โดยการเขาคกนนนมาจากพนธะไฮโดรเจนทยดระหวางไนโตรจนสเบส purine และ pyrimidine คอ A คกบ T ยดกนดวยพนธะไฮโดรเจน 2 พนธะ และ C คกบ T ยดกนดวยพนธะไฮโดรเจน 3 พนธะ การสงเคราะหสาย DNA จะเปนไปแบบมทศทางจาก 5’ → 3’ เสมอ โดยมการเรมการสงเคราะหทจดของ origin of replication ซงอยกระจายบนโครโมโซม ในการสงเคราะหสาย DNA แบบมทศทางนเองทาให เกดการสรางสาย DNA ทเปน leading strand และ lacking strand องคประกอบทใชในการสงเคราะห DNA และลกษณะของ leading strand และ lackind strand แสดงดงรปท 8 ยนและการควบคมลกษณะทางพนธกรรม โครงสรางของยนประกอบดวย 3 สวนหลก คอ สวนควบคม (regulatory region) ยนโครงสราง (structural gene) และ สวนยต (terminator) (รปท 9) การควบคมลกษณะทางพนธกรรมเกดผานกระบวนการ transcription และ translation (รปท 10) ซงจะทาใหไดโปรตนทสามารถทางานได และควบคมการเกดลกษณะตาง ๆ ของสงมชวต

รปท 8 การสงเคราะห DNA

รปท 9 โครงสรางของยน

รปท 10 การแสดงออกของยนใน eukaryote