Chromosome ชีววิทยา ม. 4

Prokaryotic chromosome Circular DNA Nucleoid

โครโมโซมเป็นโครงสร้างที่อยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ ในขณะที่เซลล์ไม่แบ่งตัวหรืออยู่ในระยะอินเตอร์เฟส (Interphase) เราจะไม่เห็นโครโมโซมเนื่องจากโครโมโซมอยู่ในลักษณะเป็นเส้นใยเล็กๆสานกันอยู่ในนิวเคลียส เส้นใยนี้เรียกว่า โครมาทิน (chromatin) เมื่อเซลล์จะแบ่งตัว โครมาทินแต่ละเส้นจะแบ่งจาก 1 เป็น 2 แล้วขดตัวสั้นเข้าและหนาขึ้นจนมองเห็นเป็นแท่งในระยะโพรเฟส (prophase) และเมทาเฟส (metaphase) และเรียกชื่อใหม่ว่า โครโมโซม (chromosome)

โครโมโซมเห็นเป็นรูปร่างชัดเจนที่สุดในระยะเมตาเฟส (metaphase) ประกอบด้วย โครมาทิด 2 อัน ยึดติดกันตรง เซนโทรเมียร์ ส่วนของโครโมโซมที่ยื่นออกไปจากเซนโทรเมียร์ เรียกว่า แขน (arm) โครโมโซมของสิ่งมีชีวิตชั้นสูงจะมีปริมาณ DNA เท่ากับ ปริมาณโปรตีน และมี RNA ปนอยู่ บ้างเล็กน้อย เราจะเรียก โครโมโซมที่รวมอยู่กับโปรตีนและ RNA นี้ว่า โครมาติน (chromatin)

ในระยะเริ่มต้นของวัฏจักรเซลล์คือระยะ interphase โครโมโซมจะไม่เห็นรูปร่างชัดเจน แต่เห็นเป็นโครมาติน โปรตีนที่พบในโครมาตินของยูคาริโอท เรียกว่า ฮิสโตน (histone) มีมวลโมเลกุลประมาณ 11-12 kd ประกอบด้วยกรดอะมิโนพวกที่เป็นเบสสูงคือ มีกรดอะมิโน arginine และ lysine ประมาณหนึ่งในสี่ของกรดอะมิโนทั้งหมด

ที่ pH 7.0 หมู่ฟอสเฟตในโมเลกุลของ DNA จะแตกตัวหมด ทำให้ DNA มีประจุลบ สามารถจับสารพวกมีประจุบวกได้ ที่ pH 7.0 หมู่ R ของ arginine และ lysine มีประจุบวก เพราะฉะนั้นจึงทำให้ histone จับกับ DNA สายคู่ที่มีประจุลบ เกิดเป็นโครงสร้างที่เราเรียกว่า DNA - Histone Complex ในนิวเคลียสของเซลล์

Histone เป็นกลุ่มโปรตีนที่มีอยู่ 5 ชนิด คือ H1, H2A,H2B, H3 และ H4 H2A H2B H3 และ H4 จะมีจำนวนอย่างละ 2 หน่วยต่อหนึ่งนิวคลีโอโซมที่เป็นแกนจึงเรียกว่า nucleosome core บริเวณนี้จะมี DNA อยู่ประมาณ 146 คู่เบส H1 มีจำนวน 1 อัน ต่อ นิวคลีโอโซม และอยู่ระหว่าง nucleosome core 2 อัน จึงเรียกบริเวณนี้ว่า linker DNA มี DNA อยู่ประมาณ 60 คู่เบส

Arg Lys

DNA-Histone Complex

DNA-Histone Complex ที่ประกอบเป็น Chromosome

Nucleosome แต่ละอันจะเชื่อมต่อกันคล้ายลูกปัดบนเสันด้าย (bead on string) ถ้านำนิวคลีโอโซมหลายๆอันมามัดรวมกันจะมีลักษณะคล้ายเกลียวซึ่งเป็นส่วนของเส้นโครโมโซม การนำโครโมโซมขนาดต่างๆ มาเรียงกันเรียกว่า คารีโอไทป์ (karyotype) โดยจำแนกตามรูปร่างลักษณะ ขนาด และตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ที่เหมือนกัน

Chromosome Histone responsible for packing DNA Chromosome are made up of both DNA and protein Histone responsible for packing DNA DNA double helix wound around core of 8 histone molecules 2H2A, 2H2B, 2H3 and 2H4 (octamer of histone)

Histone protein H1 Lysine-rich H2A Slightly lysine rich H2B Slightly lysine rich H3 Arginine-rich H4 Arginine-rich

http://web. siumed. edu/~bbartholomew/images/Lehninger/Table%2024-03 http://web.siumed.edu/~bbartholomew/images/Lehninger/Table%2024-03.GIF

2. Nonhistone protein ทำหน้าที่แตกต่างกัน เช่น ทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ ซึ่งเกี่ยวกับการถอดรหัส เป็นโครงสร้างโดยเป็นแกนของโครโมโซม เป็นโปรตีนควบคุมการถอดรหัสของยีน

Chromatin packing Tree level of condensation First level, 2 nm is coiled into nucleosome, Bead = nucleosome = octamer + DNA Produced 11 nm diameter interphase chromatin fiber. Involed octamer

Second level, additional supercoling of 11 nm, to produce 30 nm called solenoid structure (6 nucleosome) - 30 nm chromatin fibers can be seen by light microscope Third level, 30 nm forms a series of looped domains then condense into chromatin fibers 300 nm diameter - One chromatid in metaphase ~ 700 nm - Two chromatids tightly colied metaphase Chromosome 1400 nm

Chromosome structure http://home.wxs.nl/~gkorthof/images/chromosome_structure.jpg

ชนิดของโครโมโซม พิจารณาตำแหน่งของ centromere Metacentric where the centromere is in the middle (p = q) Submetacentric where the centromere is displaced from the centre (p < q) Acrocentric where the centromere is at one end (p << q) telocentric

Metacentric Submetacentric Acrocentric Telocentric

การศึกษาโครโมโซมในคน มีขั้นตอนที่สำคัญดังนี้ เพาะเลี้ยงเซลล์เม็ดเลือดขาว ใส่ phytohemagglutinin (PHA) เก็บเกี่ยวเซลล์ เตรียมสไลด์เพื่อศึกษาโครโมโซม ย้อมสีโครโมโซม โดยใช้สีกิมซ่า (Giemsa ) ศึกษาโครโมโซมภายใต้กล้องจุลทรรศน์ บันทึกภาพและทำคาร์รีโอไทป์

การนำโครโมโซมขนาดต่างๆ มาเรียงกันเรียกว่า คารีโอไทป์ (karyotype) โดยจำแนกตามรูปร่างลักษณะ ขนาด และตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ที่เหมือนกัน

วิธีย้อมสี Giemsa สามารถย้อมสีโครโมโซมเห็นแถบสีเข้ม-จางที่แตกต่างกันเป็นลักษณะเฉพาะเรียกว่า G-banding ทำให้จัด homologous chromosome เข้าคู่ได้ง่ายและถูกต้อง

Human female karyotype

Human male karyotype

ตัวอย่างการศึกษาโครโมโซมในคน โครโมโซมที่ผิดปกติหลังได้รับสารกลุ่มยาสลบ

จำนวนของโครโมโซม สิ่งมีชีวิตชั้นสูงส่วนใหญ่มีโครโมโซม 2 ชุด เรียกว่า ดิพลอยด์ (Diploid) สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตส่วนใหญ่มีจำนวนโครโมโซมชุดเดียว (haploid)

ตัวอย่างพืชที่มีโครโมโซมมากกว่า 2 ชุด (polyploid) ฝ้ายดอน (American upland cotton) Triticum aestivum Common wheat (Bread wheat)

Reference ยุพา ผลโภคและคณะ. หลักพันธุศาสตร์. สมาคมพันธุศาสตร์แห่งประเทศไทย. กรุงเทพฯ. 2546 อมรา คัมภิรานนท์. พันธุศาสตร์ของเซลล์. ภาควิชาพันธุศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. 2540 Christopher Hutchison and David M. Glover. Cell Cycle Control. Unitated State. Oxford University Press Inc.,New York. 1995 Sarah C.R. Elgin and Jerry L.Workman. Chromatin Structure and Gene Expression. Unitated State. Oxford University Press Inc.,New York. 2000 http://www.bmb.psu.edu/courses/biotc489/notes/biointeract.htm http://www.rit.edu/~gtfsbi/IntroBiol/images/CH09/figure-09-07.jpg=bead on string2 http://www.rit.edu/%7Egtfsbi/IntroBiol/images/CH09/figure-09-10a-photo.jpg=cytokinesis http://academic.pgcc.edu/~aimholtz/AandP/206_ONLINE/Repro/Images/spermatogenesis.jpg http://academic.pgcc.edu/~aimholtz/AandP/206_ONLINE/Repro/Images/oogenesis.jpg http://www.csa.com/hottopics/stemcell/images/pluri.jpg http://www.pbs.org/saf/1101/images01/ineuron.gif http://www.bmb.psu.edu/courses/biotc489/notes/biointeract.ht