ไมโทซิส ไมโอซิส และวัฏจักรเซลล์

การแบ่งนิวเคลียสมีสองรูปแบบที่กระจายโครโมโซมไปยังเซลล์ใหม่: ไมโทซิสจะคัดลอกชุดโครโมโซมที่สมบูรณ์ไปยังเซลล์ลูกแต่ละเซลล์ ในขณะที่ไมโอซิสจะลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่งเพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์ และในการทำเช่นนั้นจะสร้างความหลากหลายทางพันธุกรรม

Definition

ไมโทซิสคือการแบ่งที่สร้างนิวเคลียสลูกที่เหมือนกันทางพันธุกรรมสองนิวเคลียส ไมโอซิสคือการแบ่งแบบลดจำนวนสองขั้นตอนที่สร้างเซลล์สืบพันธุ์แบบแฮพลอยด์ (haploid gametes) และวัฏจักรเซลล์คือลำดับเหตุการณ์ที่มีการควบคุมซึ่งเซลล์จะเติบโต จำลองดีเอ็นเอ และแบ่งตัว

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมระยะต่างๆ ของวัฏจักรเซลล์และจุดตรวจสอบ (checkpoints) ระยะต่างๆ ของไมโทซิสที่สร้างเซลล์ลูกที่เหมือนกันทางพันธุกรรมสองเซลล์ การแบ่งไมโอซิสสองครั้งที่ลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง การจับคู่ของโฮโมโลกัสโครโมโซม (homologues) และการไขว้เปลี่ยน (crossing over) ในไมโอซิส I และวิธีการที่เหตุการณ์ไมโอซิสเป็นพื้นฐานทางกายภาพสำหรับกฎของเมนเดล หัวข้อนี้กล่าวถึงการกระจายโครโมโซมที่เป็นระเบียบ ส่วนความผิดพลาดในกระบวนการนี้จะกล่าวถึงภายใต้ภาวะแอนนิวพลอยดี (aneuploidy)

Core questions

• ระยะต่างๆ ของวัฏจักรเซลล์คืออะไร และจุดตรวจสอบควบคุมความก้าวหน้าอย่างไร
• ไมโทซิสทำให้มั่นใจได้อย่างไรว่าเซลล์ลูกแต่ละเซลล์ได้รับชุดโครโมโซมที่สมบูรณ์
• การแบ่งไมโอซิสสองครั้งลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่งได้อย่างไร
• การจับคู่ของโฮโมโลกัสโครโมโซมและการไขว้เปลี่ยนในไมโอซิสเป็นพื้นฐานของกฎของเมนเดลได้อย่างไร

Key concepts

• ระยะและจุดตรวจสอบของวัฏจักรเซลล์
• ระยะต่างๆ ของไมโทซิส
• ไมโอซิส I และไมโอซิส II
• การจับคู่ของโฮโมโลกัสโครโมโซมและการไขว้เปลี่ยน
• การแบ่งแบบลดจำนวนและการสร้างเซลล์สืบพันธุ์

Mechanisms

ดีเอ็นเอถูกจำลองในระยะ S และเมื่อมีการแบ่งตัว สปินเดิล (spindle) จะยึดติดกับเซนโทรเมียร์ (centromeres) เพื่อแยกสารพันธุกรรม ในไมโทซิส ซิสเตอร์โครมาทิด (sister chromatids) จะแยกออกจากกันเพื่อให้ได้เซลล์ที่เหมือนกัน ในขณะที่ในไมโอซิส โครโมโซมโฮโมโลกัสจะจับคู่กันก่อนและแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนโดยการไขว้เปลี่ยน จากนั้นจึงแยกออกจากกัน ตามด้วยการแบ่งครั้งที่สองที่แยกซิสเตอร์โครมาทิด ทำให้จำนวนโครโมโซมลดลงครึ่งหนึ่งและมีการสับเปลี่ยนอัลลีล (alleles)

Clinical relevance

เหตุการณ์ไมโอซิสของการแยกโฮโมโลกัสโครโมโซมจะอธิบายว่าการรวมกันใหม่ (recombination) และการแยกตัวอย่างอิสระ (independent assortment) สร้างความหลากหลายของเซลล์สืบพันธุ์ได้อย่างไร ในขณะที่ความล้มเหลวของการควบคุมวัฏจักรเซลล์เป็นสาเหตุของโรคมะเร็ง และความผิดพลาดในการแยกตัวของไมโอซิสทำให้เกิดภาวะแอนนิวพลอยดีที่พบในการแท้งบุตรและภาวะต่างๆ เช่น กลุ่มอาการดาวน์

History

เฟลมมิง (Flemming) ได้อธิบายไมโทซิสในทศวรรษ 1880 และไมโอซิสได้รับการอธิบายในเวลาไม่นานหลังจากนั้น การตระหนักว่าพฤติกรรมของโครโมโซมในไมโอซิสสะท้อนการแยกตัวแบบเมนเดลได้ตอกย้ำทฤษฎีโครโมโซม และการควบคุมระดับโมเลกุลของวัฏจักรเซลล์ได้รับการอธิบายในปลายศตวรรษที่ยี่สิบ ซึ่งเป็นผลงานที่ได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลในปี 2001

Key figures

• Walther Flemming
• Theodor Boveri
• Paul Nurse

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

ความแตกต่างหลักระหว่างไมโทซิสกับไมโอซิสคืออะไร

ไมโทซิสสร้างเซลล์ลูกสองเซลล์ที่เหมือนกันทางพันธุกรรมกับเซลล์แม่และซึ่งกันและกัน ในขณะที่ไมโอซิสเกี่ยวข้องกับการแบ่งสองครั้งที่ลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง และผ่านการไขว้เปลี่ยนและการแยกตัวอย่างอิสระ ทำให้เกิดเซลล์สืบพันธุ์ที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรมสี่เซลล์

ทำไมไมโอซิสจึงมีความสำคัญต่อความหลากหลายทางพันธุกรรม

ไมโอซิสสับเปลี่ยนอัลลีลในสองวิธี: การไขว้เปลี่ยนจะแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนระหว่างโครโมโซมโฮโมโลกัส และการแยกตัวอย่างอิสระจะกระจายโครโมโซมจากแม่และพ่อแบบสุ่ม ดังนั้นเซลล์สืบพันธุ์แต่ละเซลล์จึงมีชุดอัลลีลที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว