nucleus

เซลล์ของสิ่งมีชีวิตโดยทั่วไปมีนิวเคลียสเพียงหนึ่งนิวเคลียส ได้มีผู้ศึกษาความสำคัญ ของนิวเคลียส โดยทำลองนำนิวเคลียสออกจากเซลล์ของอะมีบา (Amoeba) ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว แล้วทดลองเลี้ยงไว้ พบว่าอะมีบาที่ไม่มีนิวเคลียส สามารถเคลื่อนไหว และมีการแลกเปลี่ยนแก๊ส กับสิ่งแวดล้อมภายนอกได้

แต่ไม่สามารถแบ่งเซลล์เพื่อเพิ่มจำนวน แล้วในที่สุดก็ตาย

ต่อมาได้มีนักวิทยาศาสตร์อีกท่านหนึ่งได้ทดลองนำนิวเคลียส ของอะมีบาเซลล์หนึ่งไปใส่ให้กับอะมีบาอีกเซลล์หนึ่ง ที่ได้นำนิวเคลียสออกไปแล้ว พบว่าอะมีบาเซลล์นี้สามารถมีชีวิตอยู่ และแบ่งเซลล์เพื่อสืบพันธุ์ต่อไปได้

ตัวอย่างการทดลองอีกการทดลองหนึ่ง ที่ศึกษาเกี่ยวกับหน้าที่ของนิวเคลียส โดยใช้สาหร่ายทะเลเซลล์เดียว ชื่อ Acetabularia spp. ( อะเซตาบูลาเรีย) 2 ชนิด เป็นชนิด ก. และชนิด ข. ได้มีการทดลอง โดยตัดส่วนยอดของเซลล์ทิ้งไป แล้วนำส่วนก้านของสาหร่ายชนิด ก. และ ชนิด ข. ไปต่อกับส่วนโคนสลับกัน ผลการทดลองพบว่า เมื่อสาหร่ายทั้งสองชนิดงอกส่วนยอดใหม่ออกมา ปรากฎว่าสาหร่ายที่ส่วนโคนมีนิวเคลียสเป็นชนิด ก. จะมีส่วนยอดคล้ายชนิด ก. และ สาหร่ายที่ส่วนโคนมีนิวเคลียสเป็นชนิด ข. จะมีส่วนยอดคล้ายชนิด ข.

จากการทดลองดังกล่าวข้างต้น นักเรียนจะเห็นได้ว่า นิวเคลียสทำหน้าที่ เป็นศูนย์กลางควบคุมการทำงานของเซลล์ โดยทำงานร่วมกับไซโทพลาสซึม ( cytoplasm) และมีความสำคัญ ต่อกระบวนการแบ่งเซลล์และการสืบพันธุ์

นิวเคลียสค้นพบโดย รอเบิร์ต บราวน์ นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ เมื่อปี ค.ศ. 1831 มีลักษณะเป็นก้อนทึบแสงเด่นชัน อยุ่บริเวณกลาง ๆ หรือค่อนไปข้างใดข้างหนึ่งของเซลล์ เซลล์โดยทั่วไป จะมี 1 นิวเคลียส เซลล์พารามีเซียม มี 2 นิวเคลียส ส่วนเซลล์พวกกล้ามเนื้อลาย เซลล์เวลเซล ( Vessel) ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตลาเทกซ์ในพืชชั้นสูง และเซลล์ของราที่เส้นใย ไม่มีผนังกั้นจะมีหลายนิวเคลียส เซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม และเซลล์ซีฟทิวบ์ของโฟลเอม ที่แก่เต็มที่จะไม่มีนิวเคลียส นิวเคลียสมีความสำคัญ เนื่องจากเป็นที่อยู่ของสารพันธุกรรม จึงมีหน้าที่ควบคุมการทำงานของเซลล์ โดยทำงาน ร่วมกับไซโทพลาสซึม จากการทดลองโดยนำนิวเคลียสของอะมีบาออก จะพบว่า อะมีบาตาย ภายใน 2-3 วัน 

นิวเคลียส มีรูปร่างค่อนข้างกลม และมีเยื่อหุ้มนิวเคลียส ( nuclear membrane) ซึ่งเป็นเยื่อสองชั้น ล้อมรอบส่วนประกอบภายในของนิวเคลียส เซลล์ของสิ่งมีชีวิต บางชนิด เช่น Bacteria ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส แต่มีสารพันธุกรรมกระจายอยู่ทั่วไปในไซโทพลาซึม เรียก เซลล์ที่มีลักษณะเช่นนี้ว่า เซลล์โพรคาริโอต( Prokaryotic cell) เซลล์ของ สิ่งมีชีวิตทั่วๆ ไปนั้นมีเยื่อหุ้มนิวเคลียส เรียกว่า เซลล์ยูคาริโอต ( Eukaryotic cell) เยื่อหุ้มนิวเคลียสมีรูเล็กๆ กระจายอยู่ทั่วไป เพื่อเป็นทางเข้าออก ของสารระหว่างภายใน และภายนอกนิวเคลียส

นิวเคลียสเป็นที่อยู่ของสารพันธุกรรม เรียกว่า ดี เอ็น เอ ( DNA) ย่อมาจาก deoxyribonucleic acid ดีเอ็นเอจะรวมตัวกับโปรตีน เกิดเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า โครมาทิน ( chromatin) ขณะที่มีการแบ่งเซลล์ จะเห็นโครมาทินมีลักษณะ เป็นแท่ง เราเรียกโครมาทินที่เป็นแท่งนี้ว่า โครโมโซม ( chromosome) ถ้าเราย้อมสีนิวเคลียส บางบริเวณของนิวเคลียสจะติดสีย้อม เข้มกว่าบริเวณอื่นๆ เรียกบริเวณนี้ว่า นิวคลีโอลัส ( nucleolus) นิวคลีโอลัสเป็นแหล่งสังเคราะห์สารที่เป็นองค์ประกอบของไรโบโซม

สารประกอบทางเคมีของนิวเคลียส ประกอบด้วย

1. ดีออกซีไรโบนิวคลีอิก แอซิด ( Deoxyribonucleic acid) หรือ DNA เป็นส่วนประกอบ ของโครโมโซมในนิวเคลียส

2. ไรโบนิวคลีอิก แอซิด ( Ribonucleic acid) หรือ RNA เป็นส่วนที่พบในนิวเคลียส โดยเป็นส่วนประกอบของนิวคลีโอลัส

3. โปรตีน ที่สำคัญคือ โปรตีนฮีสโตน ( Histone) โปรตีนโพรตามีน ( Protamine) ซึ่งเป็นโปรตีนเบส ( Basic protein) ทำหน้าที่เชื่อมเกาะอยู่กับ DNA ส่วนโปรตีนเอนไซม์ ส่วนใหญ่จะเป็นเอนไซม์ ในกระบวนการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก และเมแทบอลิซึมของกรดนิวคลีอิก และเอนไซม์ในกระบวนการไกลโคไลซีส ซึ่งเป็นกระบวนการสร้างพลังงานให้กับนิวเคลียส

โครงสร้างของนิวเคลียสประกอบด้วย 3 ส่วน คือ

1. เยื่อหุ้มนิวเคลียส ( Nulear membrane) เป็นเยื่อบางๆ 2 ชั้น เรียงซ้อนกัน ที่เยื่อนี้จะมีรู เรียกว่านิวเคลียร์พอร์ ( Nuclear pore) หรือ แอนนูลัส ( Annulus) มากมาย รูเหล่านี้ ทำหน้าที่เป็นทางผ่านของสารต่าง ๆ ระหว่างไซโทพลาสซึมและนิวเคลียส นอกจากนี้เยื่อหุ้มนิวเคลียส ยังมีลักษณะเป็นเยื่อเลือกผ่าน เช่นเดียวกับเยื่อหุ้มเซลล์ เยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นนอก จะติดต่อกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม และมีไรโบโซมมาเกาะ เพื่อทำหน้าที่ลำเลียงสารต่าง ๆ ระหว่างนิวเคลียสและไซโทพลาซึมด้วย

โครงสร้างนิวเคลียร์พอร์

2. โครมาทิน ( Chromatin) เป็นส่วนของนิวเคลียส ที่ย้อมติดสี เป็นเส้นในเล็กๆ พันกันเป็นร่างแห เรียกร่างแหโครมาทิน ( Chromatin network) โดยประกอบด้วย โปรตีน รวมกับกรดดีออกซีไรโบนิคลีอิค ( deoxyribonucleic acid) หรือเรียกว่า DNA เป็นสารพันธุกรรม ที่ควบคุมลักษณะของสิ่งมีชีวิต เส้นใยโครมาตินมีคุณสมบัติติดสีได้ดี ทำให้เห็นนิวเคลียสได้ชัดเจน

ในการย้อมสี โครมาทินจะติดสีแตกต่างกัน ส่วนที่ติดสีเข้มจะเป็นส่วนที่ไม่มีจีน (Gene) อยู่เลย หรือมีก็น้อยมาก เรียกว่า เฮเทอโรโครมาทิน ( Heterochromatin)

ส่วนที่ย้อมติดสีจาง เรียกว่า ยูโครมาทิน ( Euchromatin) ซึ่งเป็นที่อยู่ของจีน ในขณะที่เซลล์กำลังแบ่งตัว ส่วนของโครโมโซมจะหดสั้นเข้าและมีลักษณะเป็นแท่งเรียกว่า โครโมโซม ( Chromosome) และโครโมโซมจะจำลองตัวเองเป็นเส้นคู่ เรียกว่า โครมาทิด (Chromatid) โครโมโซมของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะมีจำนวนแน่นอน เช่น ของคนมี 23 คู่ ( 46 แท่ง ) แมลงหวี่ 4 คู่ ( 8 แท่ง) แมว 19 คู่ ( 38 แท่ง) หมู 20 คู่ ( 40 แท่ง) มะละกอ 9 คู่ ( 18 แท่ง) กาแฟ 22 คู่ ( 44 แท่ง) โครโมโซมมีหน้าที่ควบคุมกิจกรรมค่าง ๆ ของเซลล์และควบคุมการถ่ายทอด ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทั่วไป เช่น หมู่เลือด สีตา สีผิว ความสูง และการเกิดรูปร่าง ของสิ่งมีชีวิต เป็นต้น

3. นิวคลีโอรัส ( Nucleolus) เป็นส่วนของนิวเคลียส ที่มีลักษณะเป็นก้อนอนุภาคหนาทึบ ค้นพบโดยฟอนตานา ( Fontana ) เมี่อปี ค.ศ. 1781 ( พ.ศ. 2224) นิวคลีโอลัสพบเฉพาะเซลล์ของพวกยูคาริโอตเท่านั้น เซลล์อสุจิ เซลล์เม็ดเลือดแดง ที่เจริญเติบโตเต็มที่ ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม และเซลล์ไฟเบอร์ของกล้ามเนื้อ จะไม่มีนิวคลีโอลัส นิวคลีโอลัส เป็นตำแหน่งที่ติดสีเคมี บนไครโมโซม ประกอบด้วยสารประเภท DNA TNA ซึ่งทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับ กลไกการสร้างโปรตีน

ซึ่งนิวคลีโอรัส ประกอบด้วย โปรตีน และ RNA โดยโปรตีนเป็นชนิดฟอสโฟโปรตีน (Phosphoprotein) จะไม่พบโปรตีนฮิสโตนเลย ในเซลล์ที่มีกิจกกรรมสูง จะมีนิวคลีโอลัสขนาดใหญ่ ส่วนเซลล์ที่มีกิจกรรมต่ำ จะมีนิวคลีโอลัวขนาดเล็ก นิวคลีโอลัสมีหน้าที่ในการสังเคราะห์ RNA ชนิดต่างๆ และถูกนำออกทางรูของเยื่อหุ้มนิวเคลียส เพื่อสร้างเป็นไรโบโซมต่อไป ดังนั้น นิวคลีโอลัส จึงมีความสำคัญต่อการสร้างโปรตีน เป็นอย่างมาก เนื่องจากไรโบโซมทำหน้าที่สร้างโปรตีน