จากทฤษฎีโครโมโซมในการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของซัตตัน การค้นพบ DNA ว่าเป็นสารพันธุกรรมโดยการทดลองของ แอเวอรี่และคณะ รวมทั้งกระบวนการทางเซลล์วิทยา ( Cytology ) ที่ศึกษาด้วยกล้องจุลทัศน์ พบว่า DNA เป็นองค์ประกอบทางโครโมโซม และยีนก็คือส่วนของ DNA ที่ทำหน้าที่กำหนดลักษณะทางพันธุกรรมที่อยู่บนโครโมโซมนั่นเอง ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายมุ่งศึกษาโครโมโซมและ DNA โดยละเอียด เพราะจะนำไปสู่ความเข้าใจการเกิดลักษณะต่างๆของสิ่งมีชีวิต

  รูปร่าง ลักษณะ และจำนวนโครโมโซม

นักเรียนได้ทราบมาแล้วว่าเซลล์ที่ยังไม่มีการแบ่งเซลล์โครโมโซมจะมีลักษณะเป็นเส้นเล็กยาวขดพันกันอยู่ภายในนิวเคลียสเรียกว่า โครมาทิน เมื่อมีการแบ่งเซลล์ โครโมโซมจะจำลองตัวเองเป็นเส้นคู่ที่เหมือนกันทุกประการในระยะอินเตอร์เฟส แล้วจึงขดสั้นและหนาขึ้น สามารถเห็นได้อย่างชัดเจนที่สุดในระยะเมทาเฟสจากการย้อมด้วยสีย้อม DNA เช่น สีแอซีซีโครคาร์มีน หรือ ฮีมาทอซิลิน (hematoxilin) เป็นต้น สิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งอาจมีโครโมโซมที่มีรูปร่างแบบเดียวหรือหลายแบบก็ได้ นักเรียนสามารถศึกษาโครโมโวมแบบต่างๆได้ดังภาพ

ในสิ่งมีชีวิตที่เซลล์ร่างกายมีโครโมโซม 2 ชุด เรียกว่า ดิพลอยด์เช่น คน โครโมโซมชุดหนึ่งได้รับมาจากพ่อ อีกชุดหนึ่งได้รับมาจากแม่เมื่อมีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส โครโมโซมที่จะเป็นคู่กันและจามาเข้าคู่กันแล้วแยกออกจากกันไปสู่เซลล์ลูกที่สร้างขึ้น เมื่อเสร็จสิ้นการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส โครโมโซมในเซลล์ลูกที่เกิดขึ้นจะลดลงครึ่งหนึ่งเนียกว่า แฮพลอยด์ โดยทั่วไปแล้วสิ่งมีชีวิตแต่ละสปีชีส์มีจำนวนโครโมโซมคงที่ ดังตาราง

คลิก ที่นี่! เพื่อชมตาราง

  ส่วนประกอบของโครโมโซม

ถ้าหากจะประมาณสัดส่วนระหว่าง DNA และโปรตีนที่เป็นองค์ประกอบของโครโมโซมของยูคาริโอต จะพบว่า ประกอบด้วย DNA 1 ใน 3 และอีก 2 ใน 3 เป็นโปรตีนโดยส่วนที่เป็นโปรตีนจะเป็น ฮิสโตน ( Histone ) และ นอนฮิสโตน ( Non - histone ) อย่างละประมาณเท่าๆกัน

ในปี พ.ศ. 2427 นักวิทยาศาสตร์พบว่าฮิสโตนเป็นโปรตีนที่มีองค์ประกอบ ส่วนใหญ่เป็นกรดอะมิโนที่มีประจุบวก ( basic amino acid ) เช่น ไลซีน และ อาร์จีนีน ทำให้สมบัติในการเกาะจับกับสาย DNA ซึ่งมีประจุลบได้เป็นอย่างดี และทำให้เกิดการสร้างสมดุลของประจุ ( neutralize ) ของโครมาทินด้วยสาย DNA พันรอบกลุ่มโปรตีนฮิสโตนคล้ายเม็ดลูกปัด เรียกโครงสร้างนี้ว่า นิวคลีโอโซม ( nucleosome ) โดยจะมีฮิสโตนบางชนิดเชื่อมต่อระหว่างเม็ดลูกปัดแต่ละเม็ดดังภาพ

ส่วนของโปรตีนนอนฮิสโตนนั้นมีมากมายหลายชนิด อาจจะเป็นร้อยหรือพันชนิด ขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งมีชีวิต โดยโปรตีนเหล่านี้จะมีหน้าที่แตกต่างกันไป บางชนิดมีหน้าที่ช่วยในการขดตัวของ DNA หรือบางชนิดก็เกี่ยวข้องกับกระบวนการจำลองตัวเองของ DNA ( DNA replication ) หรือการแสดงออกของยีน เป็นต้น

สำหรับในโพรคาริโอต เช่น แบคทีเรีย E. Coli มีจำนวนโครโมโซมชุดเดียว และมีโครโมโซมเพียงโครโมโซมเดียว เป็นรูปวงแหวนอยู่ในไซโทพลาซึม ประกอบด้วย DNA 1 โมเลกุล และ ไม่มีฮิสโตนเป็นองค์ประกอบ

สารพันธุกรรมทั้งหมดของสิ่งมีชีวติชนิดหนึ่งๆ เรียกว่า จีโนม ( genome ) จากการศึกษาพบว่าสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีขนาดจีโนมและจำนวนยีนแตกต่างกัน ดังตาราง

คลิก ที่นี่! เพื่อชมตาราง