ระบบขับถ่าย (excretory system)

ระบบขับถ่าย (excretory system)

         

บทนำ

ในกระบวนการแคแทบอลิซึมของเซลล์ (catabolism : กระบวนการสลายโมเลกุลใหญ่ให้เป็นโมเลกุลที่เล็กลง) นอกเหนือจากผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้  ที่เป็นโมเลกุลขนาดเล็ก (simple molecules) ซึ่งเซลล์จะนำไปใช้ประโยชน์ได้แล้ว  ยังมีสารเคมีในกลุ่ม ไนโตรเจน  ซัลเฟอร์ และฟอสฟอรัส  ซึ่งเป็นสารที่เหลือหรือของเสียจากกระบวนการแคแทบอลิซึม เมื่อของเสียเหล่านี้เพิ่มมากขึ้น จะทำให้ความเข้มข้นของสารระหว่างภายในและภายนอกเซลล์ต่างกัน  ทำให้ของเสียแพร่ (diffuse) ผ่านเมมเบรน (membrane)  ออกนอกเซลล์สู่ภายนอก

          สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวจะมีการแพร่ออกของของเสียออกนอกเซลล์สู่สิ่งแวดล้อมโดยตรง  สิ่งมีชีวิตที่มีหลายเซลล์ (multicellular organism) รวมถึงสัตว์ด้วยจะมีการแพร่ออกของของเสียออกนอกเซลล์ มาอยู่ในช่องว่างระหว่างเซลล์ เรียกว่า ของเหลวในช่องว่างระหว่างเซลล์ (interstitial fluid) และจะมีอวัยวะที่ทำหน้าที่รวบรวมของเสียที่อยู่ในช่องว่างระหว่างเซลล์อีกทีหนึ่ง เพื่อขับออกมาสู่เส้นเลือดฝอย (blood  capillaries)  และสุดท้ายของเสียจะถูกขับมาที่อวัยวะที่ทำหน้าที่รวบรวมของเสียและขับออกนอกร่างกาย

การควบคุมน้ำภายนอกเซลล์

·   ระบบขับถ่าย (excretery systems) มีหน้าที่ควบคุมส่วนประกอบสารเคมีในร่างกาย โดยขับของเสียออกนอกระบบและรักษาสมดุลของน้ำ เกลือแร่  และสารอาหารภายในร่างกาย  ระบบขับถ่ายที่เรารู้จักกันดี เช่น ตับ ไต ปอด ผิวหนัง

·   การขับถ่าย (excretion) คือ การส่งผ่านของเสียจากกระบวนการเมตาบอลิซึมผ่าน  พลาสมาเมมเบรน (plasma membrane)

·   การกำจัด (elimination) เช่น การกำจัดอุจจาระ (feces)

ของเสียประเภทไนโตรเจน (nitrogenous waste)

ของเสียประเภทไนโตรเจนมาจากกระบวนการเมตาบอลิซึมของโปรตีน (protein metabolism) ของเสียที่เกิดจากเมตาบอลิซึมของโปรตีน เป็นกลุ่มอะมิโน (amino groups: NH₂)  กลุ่มอะมิโนจะถูกกำจัดออกจากโปรตีน และจะรวมตัวกับไฮโดรเจน ไอออน (hydrogen  ion : H⁺)  เกิดเป็น แอมโมเนีย (ammonia: NH₃)

                      

NH₂  + H⁺ (hydrogen ion) ® NH₃ (ammonia)

แต่แอมโมเนียนั้นเป็นพิษ (toxic) ต่อเซลล์ ในสัตว์ทะเลกลุ่มอะมิโน (NH₂) จะถูกขับออกมาโดยตรง ในสัตว์บก ซึ่งจำเป็นต้องรักษาน้ำเอาไว้แอมโมเนียจะถูกเปลี่ยนเป็นยูเรีย (urea) ซึ่งร่างกายทนความเข้มข้นของยูเรีย ที่ความเข้มข้นurea สูงๆ ได้

นกและแมลงจะขับของเสียไนโตรเจนในรูปของกรดยูริก (uric acid)  ส่วนสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำแ ละสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมแอมโมเนียจะถูกเปลี่ยนเป็นยูเรียแล้วส่งผ่านมาทางงหลอดเลือด ไปแยกน้ำออกที่ไต และขับออกไปนอกร่างกาย

รูปที่ 1 ของเสียจากกระบวนการเมตาบอลิซึมของโปรตีน ได้แก่ แอมโมเนีย (ammonia: NH₃), ปัสสาวะ (urea) และกรดยูริก (uric acid)

สมดุลของน้ำและเกลือแร่

·   ระบบขับถ่าย (excretory system) ทำหน้าที่ควบคุมสมดุลน้ำในร่างกาย

·   การรักษาสมดุลของสารละลายและน้ำในร่างกาย (osmoregulation) คือ การควบคุมการเข้าออกของน้ำและเกลือแร่ในสัตว์น้ำที่ความเข้มข้นของน้ำโดยรอบน้อยกว่า

·   Osmoconformers เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีความเข้มข้นภายในเซลล์กับนอกเซลล์ใกลเคียง

กันเป็น หรือ สารละลายภายนอกเซลล์มีความเข้มข้นเท่ากับภายในเซลล์ (isotonic)  ดังนั้นจึงมีการควบคุมการเข้าออกของน้ำ น้อยมาก

·   Osmoregulators  เป็นสิ่งมีชีวิตที่ต้องควบคุมกระบวนการรักษาสมดุลของสารละลายและน้ำในร่างกาย (osmoregulation)  เช่นในสัตว์ทะเล ซึ่งมีความเข้มข้นของเกลือเพียง  ⅓  ของน้ำทะเล ปัญหาของ  osmoregulators  มี 2 อันดับคือ 1) ต้องป้องกันการสูญเสียน้ำออกจากร่างกาย  และ 2) ป้องกันเกลือที่จะแพร่เข้าสู่ร่างกาย  ดังนั้น การขับน้ำออกของปลาจะขับออกจากเนื้อเยื่อ (tissue)  ไปยังเหงือก (gills)  โดยกระบวนการออสโมซิส (osmosis) (การเคลื่อนที่ของตัวทำละลาย ซึ่งมักจะกล่าวถึงน้ำ ผ่านเยื่อเลือกผ่านจากสารละลายที่เข้มข้นต่ำไปยังสารละลายที่เข้มข้นสูง)   ส่วนการขับเกลือออกไปยังเหงือกจะผ่านกระบวนการแพร่แบบใช้พลังงาน (active transport)

          สัตว์กระดูกอ่อน เช่น ปลาฉลาม  มีความเข้มข้นของเกลือภายในร่างกายมากกว่าน้ำทะเล  ดังนั้นน้ำทะเลจะออสโมซิสเข้าสู่ภายในร่างกายได้ น้ำนี้จะถูกใช้ในการขับของเสียออกนอกร่างกาย  ปลาน้ำจืดต้องป้องกันการเสียเกลือและการรับน้ำมากเกินไป  ปลาน้ำจืดไม่ดื่มน้ำ  แถมยังมีผิวหนังที่ปกคลุมด้วยเมือก (mucus)  บางๆ  น้ำจึงเข้า-ออกผ่านเหงือกเท่านั้น ปัญหาของปลาน้ำจืด ในปัจจุบันพบว่ามี แบคทีเรียที่คอยฉวยโอกาสอาศัยอยู่ที่ผิวหนังที่เป็นเมือก เมื่อภูมิคุ้มกันของปลาลดลงแบคทีเรียจะก่อให้เกิดโรคในปลาน้ำจืดได้

          สัตว์บกมีกระบวนการหลายอย่างในการป้องกันการสูญเสียน้ำ  เช่น  อยู่ในที่ที่  มีความชื้นสูง หรือมีการปกคลุมร่างกาย  หรือการดูดน้ำกลับทำให้ยูรีนมีความเข้มข้นสูงๆ ก่อนขับออกนอกร่างกาย

          คนที่อยู่ที่อุณหภูมิ 37 ^oC (อุณหภูมิร่างกายเรา) จะเสียน้ำ 1 ลิตรต่อชั่วโมง

การทำงานของระบบขับถ่าย

1.      ดูดน้ำกลับและกรองของเหลวในร่างกาย

2.      เคลื่อนย้ายของเสียที่ผ่านการกรองน้ำและดูดน้ำกลับแล้ว และส่งกลับสารที่จำ

เป็นต่อระบบการรักษาสมดุลของร่างกาย (homeostasis)  กลับคืนสู่ของเหลวในร่างกาย

3.      กำจัดของเสียออกจากร่างกาย

อวัยวะขับถ่ายของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

          ·   หนอนตัวแบน (flatworms) มีเนฟริเดียม (nephridium)  ซึ่งเป็นอวัยวะขับถ่าย  และที่ปลายท่อ (tubule) ของเนฟริเดียมมีเฟลมเซลล์ที่มีขนยาวๆ (ciliated flame cell)  เมื่อของเหลวไหลผ่านท่อนี้ สารและเกลือแร่ที่จำเป็นต่างๆ จะถูกดูดซึมกลับ (รูปที่ 2)

          ·   ในแมลง เช่น ในมดนั้น ของเหลวในร่างกายจะถูกส่งไปยังท่อมัลพิเกียน  (malpighian tubules)  ด้วยกระบวนการออสโมซีส เนื่องจากว่าในท่อมีความเข้มข้นของ  โปตัสเซียม (potassium) สูง  ของเสียประเภทไนโตรเจนจะเคลื่อนไปสู่ส่วนท้อง (gut)  แล้วน้ำจะถูกดูดซึมกลับ และของเสียจะถูกขับออกไป (รูปที่ 3)

รูปที่ 2 อวัยวะขับถ่ายของหนอนตัวแบน (flatworm) (A) และหนอนตัวกลม (B)

รูปที่ 3 อวัยวะขับถ่ายของมด

ระบบขับถ่ายในคน

          ·   ไต (kidneys) มีหน้าที่หลักคือ รักษาระดับของเหลวในร่างกาย  มีหน้าที่รองคือกำจัดของเสียออกนอกร่างกาย

           ·   ระบบขับถ่ายน้ำปัสสาวะ (urinary system) ประกอบด้วย

      ไต (kidneys) + ท่อไต (ureters) + กระเพาะปัสสาวะ (bladder) + ท่อปัสสาวะ (urethra)

          ·   หน่วยไต (nephron)  เป็นโครงสร้างพื้นฐานและหน่วยทำงานพื้นฐานของไตมี วิวัฒนาการมาจากเนฟริเดียม (nephridium)

          ·   ของเสียจากเลือดจะถูกกรองและเก็บไว้ในรูปของปัสสาวะ หรือ ยูรีน (urine) ที่ไต

          ·   ปัสสาวะจะเคลื่อนย้ายออกจากไตผ่านท่อไต  ไปเก็บไว้ยังกระเพาะปัสสาวะ จนกระทั่งออกไปท่อปัสสาวะและขับถ่ายออกไปในที่สุด (รูปที่ 4)

รูปที่ 4 อวัยวะขับถ่ายของคน  ไต (kidneys)คอยกำจัดของเสียออกนอกร่างกายและมีหน่วยไต (nephron) ทำหน้าที่หลัก

          ·      ภายในหน่วยไตมี แคปซูลรูปร่างคล้ายถ้วยเรียกว่า โกลเมอรูลัส (glomerulus) ซึ่งเป็นกระจุกหลอดเลือดฝอย (capillaries) (glomus = ลูกบอล; Latin) และมีท่อของหน่วยไต (renal tubule) อยู่

          เลือดจะไหลเข้าสู่ไตทั้ง 2 ข้างผ่านทางหลอดเลือดแดงไต (renal artery)  ซึ่งจะแตกแขนงเป็นเส้นเลือดฝอย (capillaries) หุ้มโกลเมอรูลัสอยู่ ความดันจากเส้นเลือดแดงใหญ่จะดันให้น้ำและสารจากเลือดถูกกรองผ่านโกลเมอรูลัส เข้าสู่โบว์แมนแคปซูล (Bowman's capsule)  หลังจากนั้นของเหลวจะไหลผ่านไปยังท่อไตขดส่วนต้น (proximal convoluted  tubule) แล้วไปที่ห่วงเฮนเล (Loop of Henle)  และไปท่อไตขดส่วนท้าย (distal convoluted tubule)  จากท่อไตขดส่วนท้าย ของเหลวจะไหลจะผ่านไปยังท่อรวม (collecting duct)  สารที่จำเป็นต่างๆ จะถูกดูดกลับผ่านเส้นเลือดฝอย (capillaries) ที่อยู่รอบๆ (รูปที่ 5)

รูปที่ 5 องค์ประกอบของหน่วยไต (nephron) ที่สำคัญ

หน้าที่ของ  nephron (หน่วยไต) 

1. กรอง (filtration) กรองน้ำและสารละลายออกจากเลือดใน โกลเมอรูลัส (glomerulus)

2. ดูดซึมกลับ (reabsorption)  ดูดสารที่เป็นประโยชน์ต่อร่างกายกลับเข้าสู่กระแสเลือด   ซึ่งเกิดขึ้นที่ท่อไต (tubule)  ทุกส่วน  ตั้งแต่ท่อไตขดส่วนต้น (proximal convoluted  tubule) จนถึงท่อรวม (collecting duct) 

3. ขับถ่าย (secretion) ขับไอออนหรือของเสียอื่นๆ รอบเส้นเลือดฝอยและหลอดไตไปสู่  ท่อไตขดส่วนท้าย (distal convoluted tubule) 

   ·    หน่วยไตสามารถกรองของเหลวจากร่างกายเราได้ 125 มิลลิลิตรต่อนาที

          กรองของเหลวในร่างกาย  16  รอบต่อวัน หรือกรองได้  180 ลิตรต่อวัน

          ซึ่งหมายความว่า 178.5  ลิตร จะถูกดูดซึมกลับ

          และ 1.5  ลิตร จะเป็นปัสสาวะ (urine) 

รูปที่ 6 ท่อไตขดส่วนต้น (proximal convoluted tubule) จะดูดกลับเกลือ NaCl, น้ำ, กลูโคส และกรดอะมิโน ออกจากสารละลายที่ผ่านมาในท่อไตส่วนนี้

รูปที่ 7 ห่วงเฮนเล (Loop of Henle) ยอมให้น้ำและสารโมเลกุลเล็กผ่านไปได้

รูปที่ 8 ท่อไตขดส่วนท้าย (distal convoluted tubule) จะดูดกลับเกลือ NaCl ออกจากสารละลายที่ผ่านมาในท่อไตส่วนนี้ด้วย

รูปที่ 9 ท่อรวม (collecting duct) เป็นที่ที่น้ำจะถูกดูดซึมกลับด้วยกระบวนการออสโมซีส (osmosis) ทำให้น้ำปัสสาวะ (urine) ที่ผ่านเข้ามาเข้มข้นขึ้น

รูปที่ 10 หน้าที่ของหน่วยไต (nephron) แยกตามส่วนต่างๆ 1) การกรอง (filtration); 2) การขับถ่ายและการดูดซึมกลับ (secretion and reabsorption; และ 3) การสร้างเป็นน้ำปัสสาวะ (urine processing)  ที่หน่วยไตเลือดที่ไหลผ่านเส้นเลือดฝอย (capillaries) ที่หุ้มโกลโมรูลัส (glomerulus) อยู่จะดันให้น้ำ และสารละลาย จากเลือดกรองผ่าน  โบว์แมนแคปซูล (Bowman's capsule) จนผ่านไปยังท่อรวม (collecting duct)  สารที่จำเป็นต่างๆ จะถูกดูดกลับผ่านเส้นเลือดฝอย (capillaries) ที่อยู่รอบๆ จนสุดท้ายออกมาเป็นปัสสาวะ (urine) เตรียมขับออกนอกร่างกายต่อไป

การสร้างน้ำปัสสาวะ (urine production) ได้จาก

1. การกรองในโกลเมอรูลัสและหลอดไต

2. กระบวนการดูดซึมกลับ (reabsorption) ที่ท่อไตขดส่วนต้น (proximal convoluted tubule)

3. จากการขับของเสียจากห่วงเฮนเล (loop of Henle)

องค์ประกอบของหน่วยไต

กลเมอรูลัส หรือ Glomerulus = กรองเลือด

โบว์แมนแคปซูล หรือ Bowman’s capsule = กรองเลือด

ท่อไตขดส่วนต้น หรือ Proximal convoluted tubule = ดูดซึมกลับ น้ำ (75% ), เกลือ, glocose  และ กรดอะมิโน

ห่วงเฮนเล หรือ Loop of Henle = ทำหน้าที่รักษาระดับความเข้มข้น

ท่อไตขดส่วนท้าย หรือ Distal convoluted tubule = ขับ H ions, potassium และ ยาบางชนิดออก

       ·  นิ่วในไต (kidney’s stones)

                     เกิดจากของเสียที่เข้มข้นมากจนตกตะกอน ทำให้เกิดเป็นก้อนนิ่วในไต ซึ่งสามารถ               ใหญ่ขึ้น ทำให้รบกวนระบบขับถ่ายและการทำงานของไต รักษาได้โดยการผ่าตัด หรือ

              การรักษาด้วยอัลตร้าซาวด์

หน้าที่ของไต

1. รักษาระดับของของเหลวภายนอกเซลล์ (extracellular fluid)

2. รักษาระดับสมดุลของไอออนต่างๆ ของของเหลวภายนอกเซลล์

3. รักษาระดับความเป็นกรด-ด่าง (pH) และความเข้มข้นของของเหลวภายนอกเซลล์

ฮอร์โมนที่ควบคุมน้ำและเกลือ

·   การดูดกลับน้ำควบคุมโดย ฮอร์โมน antidiuretic hormone  (ADH)  เป็น  negative  feedback

· ADH  หลั่งมาจากสมองส่วนต่อมพิทูอิทารี่ (pituitary gland) 

· เมื่อระดับน้ำในร่างกายลดลง ® ร่างกายจะส่งสัญญาณไปที่สมองส่วนไฮโปธาลามัส (hypothalamus) ® ส่งสัญญาณไปที่สมองส่วน pituitary gland ® หลั่งฮอร์โมน ADH สู่กระแสเลือด ® ทำให้ดูดซึมน้ำกลับมากขึ้นในไต ® น้ำกลับเข้าสู่กระแสเลือดมากขึ้น  ®  ทำให้ปัสสาวะเข้มข้น

· เมื่อน้ำในเลือดสูง ® มีเซ็นเซอร์ (sensors) ในหัวใจ ส่งสัญญาณไปยังสมองส่วน hypothalamus เพื่อลดระดับชอง ADH  ในเลือด ทำให้ลดการดูดน้ำกลับ ® ทำให้ปัสสาวะเจือจาง

·   Aldosterone  เป็นฮอร์โมนที่หลั่งจากไต  ควบคุมการดูดซึมจากหน่วยไต (nephron)  ไปยังเลือด  เมื่อระดับของโซเดียมในเลือดลดลง   aldosterone จะถูกหลั่งไปในกระแสเลือด ® ทำให้ดูดซึมโซเดียม (Na) จากหน่วยไตไปยังเลือดมากขึ้น  และยังทำให้เกิดกระบวนการออสโมซิสดูดน้ำกลับเข้าสู่กระแสเลือดอีกด้วย  ฮอร์โมนที่ควบคุมการหลั่งของ aldosterone อีกทีหนึ่งคือ renin

      หมายเหตุ   สารพิษบางอย่าง เช่น ปรอท (mercury)  และ โรคที่เกิดจากพันธุกรรม  จะทำให้เกิดการผิดปกติของไตได้  ผู้ป่วยที่มีปัญหาโรคไตสามารถรักษาด้วยวิธีการถ่ายไต (dialysis)  ซึ่งใช้เครื่องมือกรองสารแทนไต หรือการเปลี่ยนไตเลย

          _______________________________________________________________

วิตามินเสริมสำหรับผู้สูงอายุ

ผู้สูงอายุ  

          ผู้สูงอายุ คือ บุคคลที่มีอายุมากกว่า 65 ปี    ในบุคคลกลุ่มนี้ การทำงานของเซลล์และอวัยวะต่างๆ มักจะชะลอตัว   เป็นผลทำให้กระบวนการเมตทาบอลิซึมลดลง   และทำให้ความต้องการพลังงานแคลลอรี่ต่อวันลดลงด้วย   ผลที่ตามมาอีกอย่างคือ   การทำกิจกรรมทางกายภาพหรือกิจวัตรประจำวันก็ลดลงไปด้วย 

          เมื่อความต้องการพลังงานแคลลอรี่ลดลงในผู้สูงอายุ   การรับประทานอาหารก็ต้องถูกปรับให้สมดุลและถูกต้องตามไปด้วย  ที่สำคัญปริมาณของโปรตีน วิตามิน และแร่ธาตุที่จำเป็นต้องได้รับในปริมาณที่เหมาะสม   สำหรับผู้สูงอายุแล้ว สิ่งที่จะต้องทำคือ ลดไขมัน และหันมาบริโภคอาหารจำพวกคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และวิตามินต่างๆ เพิ่มขึ้น

          

วิตามินเอ (เบต้าแคโรทีน)

          วิตามินเอ หรือ เบต้าแคโรทีน เป็นสารอาหารที่สำคัญ มีคุณสมบัติต่อต้านอนุมูลอิสระ ทำหน้าที่เสมือนแม่บ้านที่คอยทำความสะอาดบ้าน สารต้านอนุมูลอิสระทำหน้าที่คอยกำจัดอนุมูลอิสระในร่างกายเราซึ่งเป็นต้นตอของปัญหาที่เลวร้ายทั้งหลายภายในร่างกายคนเรา ยกตัวอย่างเช่น อนุมูลอิสระจะคอยทำลายเซลล์ในร่างกาย ทำให้เราเป็นโรคต่างๆ    เบต้าแคโรทีนเป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่จะกำจัดอนุมูลอิสระในร่างกาย ป้องกันการเกิดเซลล์มะเร็ง  นอกจากนี้ยังมีการศึกษาพบว่า เบต้าแคโรทีนยังสามารถบรรเทาอาการโรคหัวใจในผู้สูงอายุได้  ป้องกันโรคเส้นเลือดหัวใจอุดตัน  และถ้ารับประทานอาหารที่มีปริมาณของเบต้าแคโรทีนที่เพียงพอจะช่วยป้องกันโรคต้อกระจกในผู้สูงอายุได้

Einstein Said

Einstein Said

Einstein Said that

“Imagination is more important than knowledge.”

“The true sign of intelligence is not knowledge but imagination, logic will get you from A to Z; imagination will get you everywhere.”

“I want to know how God created this world. I am not interested in this or that phenomenon, in the spectrum of this or that element. I want to know His thoughts; the rest are details.”

“If you want your children to be intelligent, read them fairy tales. If you want them to be more intelligent, read them more fairy tales.” 

“The gift of fantasy has meant more to [him] than [his] talent for absorbing positive knowledge.”

“Everybody is a genius. But if you judge a fish by its ability to climb a tree, it will live its whole life believing that it is stupid.”

“Intellectual growth should commence at birth and cease only at death.”

“I speak to everyone in the same way, whether he is the garbage man or the president of the university.”

“A human being is a part of the whole called by us universe, a part limited in time and space. He experiences himself, his thoughts and feelings as something separated from the rest, a kind of optical delusion of his consciousness. This delusion is a kind of prison for us, restricting us to our personal desires and to affection for a few persons nearest to us. Our task must be to free ourselves from this prison by widening our circle of compassion to embrace all living creatures and the whole of nature in its beauty.”

“Coincidence is God’s way of remaining anonymous.”

“Solitude is painful when one is young, but delightful when one is more mature.” 

“The monotony and solitude of a quiet life stimulates the creative mind.”

“Great spirits have always found violent opposition from mediocrities. The latter cannot understand it when a man does not thoughtlessly submit to hereditary prejudices but honestly and courageously uses his intelligence.”

“Scientists were rated as great heretics by the church, but they were truly religious men because of their faith in the orderliness of the universe.”

“Science without religion is lame, religion without science is blind.” 

“Strive not to be a success, but rather to be of value.” 

“With fame, I become more and more stupid, which of course is a very common phenomenon.”

“A person who never made a mistake never tried anything new.”

 “If you can’t explain it simply, you don’t understand it well enough.”

“Everyone should be respected as an individual, but no one idolized.” 

“If people are good only because they fear punishment, and hope for reward, then we are a sorry lot indeed.”

“Only a life lived for others is a life worthwhile.”

“The value of a man resides in what he gives, and not in what he is capable of receiving.”

“Learn from yesterday, live for today, and hope for tomorrow. The important thing is to not stop questioning. Curiosity has its own reason for existing.” 

“Never cease to stand like curious.”

“The world is a dangerous place to live; not because of the people who are evil, but because of the people who don’t do anything about it.” 

“Look deep into nature, and then you will understand everything better.” 

 “The world as we have created it s a process of our thinking. It cannot be changed without changing our thinking.”  “We cannot solve our problems with the same thinking we used when we created them.”

“If you want to live a happy life, tie it to a goal, not to people or things.”

“If you want to live a happy life, tie it to a goal, not to people or things.”

 “Only those who attempt the absurd can achieve the impossible.”

“What is right is not always popular, and what is popular is not always right.” 

“Out of clutter, find simplicity. From discord, find harmony. In the middle of difficulty lies opportunity.” 

"There are only two ways to live your life. One is as though nothing is a miracle. The other is as though everything is a miracle."

“The intuitive mind is a sacred gift and the rational mind is a faithful servant.” 

“Wisdom is not a product of schooling but of the lifelong attempt to acquire it.” 

“There are only two ways to live your life. One is as though nothing is a miracle. The other is as though everything is a miracle.”

“The secret to creativity is knowing how to hide your sources.”

__________________________________________

การกลายพันธุ์ (mutations)

             การกลายพันธุ์ หรือ mutation คือ กระบวนการที่ลำดับเบสบนดีเอนเอโมเลกุลถูกเปลี่ยนไป นั่นก็หมายความว่าการกลายพันธุ์คือการที่ DNA base-pair เปลี่ยนไป ทำให้ยีนเกิดการเปลี่ยน โครโมโซมเกิดการเปลี่ยนไป เซลล์ที่เกิดการกลายพันธุ์  เรียกว่า mutant cell

1.       ชนิดของการกลายพันธ์ (point mutations)

Mutations สามารถเกิดขึ้นเองได้จากการผิดพลาดของการทำงานของเซลล์ หรือสามารถเกิดขึ้นได้จากการเหนี่ยวนำให้เกิด mutation โดย mutagen ซึ่งเป็นสารเคมีหรือกระบวนการทางกายภาพ (physical or chemical agent) ที่เพิ่มอัตราการเกิด mutagens เหนี่ยวนำให้เกิดเรียกว่า induced mutations ส่วน mutations ที่เกิดขึ้นเองเรียกว่า spontaneous mutations   ส่วน point mutation คือ ลำดับเบสบนดีเอนเอถูกเปลี่ยนไป 1 เบส (base –pair substitution mutation) ดังนี้

1.1   Transition mutation

เป็นการ mutation จาก purine-pyrimidinr base pair คู่หนึ่งเป็น purine – pyrimidine base pair  อีกคู่หนึ่ง ซึ่งมีทั้งหมด 4 แบบคือ 1) AT ® GC,  2) GC ® AT,  3) TA® CG,  และ 4) CG  ®  TA

1.2   Transversion mutation

เป็นการ mutation จาก purine – pyrimidine base pair ไปเป็น pyrimidine – purine base pair  ซึ่งมีทั้งหมด 4 แบบ คือ

1) AT ® TA,   2) GC ® CG,   3) AT ® CG,  และ 4) GC  ® TA

1.3   Missense mutation

เป็นการ mutation ของยีน ที่มี nucleotide เปลี่ยนไปทำให้ mRNA codon  เปลี่ยนไปแล้วทำให้ การแปลรหัสเป็น amino acid เปลี่ยนไปจากเดิมด้วย อย่างเช่น

                        5’- AAA-3’                                         5’-GAA-3’

®                        3’-  TTT-5’                                          3’-CTT-5’

ทำให้เกิดการเปลี่ยน mRNA codon จาก 5’AAA-3’ (Lys) ® 5’-GAA-3’(Glu) เปลี่ยนการแปลรหัสเป็นกรดอะมิโนจาก ไลซีน (Lysine) --> กลูตามี (Glutamine)

  

1.4   Nonsense mutation

เป็นการ mutation ของยีนที่มี  nucleotide เปลี่ยนไปทำให้ mRNA codon ที่ถูกแปลรหัสเป็น amino acid เปลี่ยนไปเป็น stop codon ; UAG,UAA หรือ UGA   ตัวอย่างเช่น

                        5’-AAA – 3’                                                       5’-TAA-3’

                        3’-TAA-5’                          ®                          3’-ATT-5’

ทำให้เกิดการเปลี่ยน mRNA codon จาก 5’AAA-3’ (Lys)       เป็น        5’UAA-3’ (stop codon) หรือเรียกอีกอย่างว่า nonsense codon ทำให้ได้สาย polypedtides ที่ไม่สมบูรณ์   

1.5   Neutral mutation (เป็น subset ของ missense mutation)

การ mutation ในยีนที่ทำให้เปลี่ยน amino acid ตัวหนึ่งไปเป็น amino acid อีกตัวหนึ่งที่มีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนๆกัน ตัวอย่างเช่น

                5’AAA-3’        ®       5’-AGA-3’

                (LYS)                                (Arg)

ทั้ง Lys และ Arg เป็น basic amino acid                     

1.6   Silent mutation (เป็น subset ของ  missense mutation เช่นกัน)

การเปลี่ยนแปลงของ base-pair บน gene ที่ทำให้ mRNA codon ถูกแปลงรหัสเป็น amino acid ตัวเดิมอยู่ ตัวอย่างเช่น

                5’AAA-3’      ®             5’-AAG-3’

                (Lys)               =                    (Lys)     

1.7   Frameshift mutation

การเพิ่ม (addition) หรือ ลบ (deletion) ของ base-pair บนยีน ทำให้ reading frame ของสายโปรตีนนั้นๆ ตั้งแต่ตำแหน่งที่มีการเพิ่มหรือลบของ base-pair เปลี่ยนไปทั้งหมดและทำให้ได้สาย polypeptids ยาวขึ้นหรือสั้นลงก็ได้ 

นอกจากนี้แล้ว mutation ยังสามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทตามผลที่เกิดตามมาภายหลัง mutation นั่นคือ

1)      forward mutation  เป็นการ mutation ที่เปลี่ยน genotype ของ wild type*  ไปเป็น mutant

2)   reverse mutations หรือ back mutations เป็นการ mutation ที่เปลี่ยน genotype ของ mutant กลับมาเป็น wild type (หรือเกือบเป็น wild type ที่สมบูรณ์)
*  wild type คือ ลักษณะปกติดั้งเดิม

2.       การเกิด mutation ขึ้นเองและโดยการเหนี่ยวนำ

2.1   mutations ที่เกิดขึ้นเอง (spontaneous mutations)

ศัพท์บัญญัติที่ใช้วัดค่าการเกิด mutation มี 2 คำที่ควรรู้จักคือ 
1) Mutation rate เป็นความน่าจะเป็นในการเกิด mutation ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง เช่น จำนวน nucleotide pair ที่เกิด mutation ในหนึ่งรุ่น หรือ จำนวน nucleotide pair ที่เกิด mutation ในยีนๆหนึ่งในหนึ่งรุ่น
2) Mutation frequency คือ ตัวเลขความถี่การเกิด mutation แบบหนึ่งต่อเซลล์หนึ่ง หรือสิ่งมีชีวิตหนึ่งต่อประชากรทั้งหมด เช่น ตัวเลขการเกิด mutation ชนิดหนึ่งต่อ 1 เซลล์ตัวอ่อน 1 ล้านเซลล์

ในคนเรานั้นมีการเกิด mutation ที่เกิดขึ้นเอง ในยีนๆหนึ่งเท่ากับ 1x10^-4 –  4x10^-6 ต่อยีนต่อ

รุ่น ในแบคทีเรียการเกิด mutation จะน้อยกว่านั้น คือ 1x10^-5 – 1x 10^-7 ต่อยีนต่อรุ่น point mutation ทุกชนิดสามารถเกิดขึ้นเองได้ และการเกิด mutation ที่เกิดขึ้นเองนั้นสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่าง DNA  replication ใน G₁และ G₂  phases ของ cell cycle และเกิดจากการเคลื่อนย้ายของ transposable genetic elements   จะเห็นได้ว่า ในสิ่งมีชีวิตหนึ่งๆ ก็จะมีการกลายพันธ์เกิดขึ้นเองอยู่แล้ว จึงไม่น่าแปลกใจเลยว่าทำไมเราจึงพบเชื้อแบคทีเรียหรือไวรัสดื้อยาอยู่เสมอๆ

การผิดพลาดจาก DNA replication สามารถทำให้เกิด point mutation, additions และ

deletions ของยีนขึ้นได้   ตัวอย่างของ point mutation เกิดขึ้นจาก การจับคู่ที่ผิด (mismatching) ซึ่งเกิดจาก wobble pairing ได้แก่  เบสที่ถูกจับคู่กับเบส ที่ไม่ใช่คู่ของมัน เนื่องจากการฟอร์มของ hydrogen bonds ผิดตำแหน่ง   

การ mutation ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้นเอง เหตุการณ์การเปลี่ยนแปลง

ทางเคมีที่ทำให้เกิดการ  mutation ที่สำคัญคือ 1) depurination เป็นเหตุการณ์ที่ puring (A หรือ G) ถูกดึงออกไปจาก DNA เนื่องจากเกิดการสลายพันธะเบสและ deoxyribose sugar ถ้าบาดแผลนี้ไม่ได้รับการซ่อมแซมก็จะไม่มีการเข้าคู่ของเบสที่เฉพาะกับเบสที่ว่างนี้ ทำให้มีการจับbase เข้ามาเข้าคู่อย่างสุ่ม 2) deamination คือ amino group บนเบสของ DNA ถูกดึงออกไปเช่นการ deamination ของ cytosine ทำให้เปลี่ยนเบสใหม่จาก  cytosine ไปเป็น uracil ถ้า uracil นั้นไม่ถูกซ่อมเมื่อมี DNA replication จะทำให้ได้คู่ U=A และสุดท้ายจากคู่ CG จะเกิด transition mutation ไปเป็น TA base pair

2.2   Mutations ที่เกิดจากการเหนี่ยวนำ (induced mutation)

โดยทั่วไปการเหนี่ยวนำทำให้เกิดการ mutation จะเป็นวิธีที่ใช้ในการศึกษายีนการ mutation ทั่วไปใช้รังสี (radiation) และสารเคมี ซึ่งแต่ละกระบวนการจะมีกลไกที่เฉพาะแตกต่างกันไป

2.2.1    Radiation

·    ในการใช้รังสี X-rays  เพื่อทำให้เกิด mutation นั้น X- ray จะทะลุทะลวงเนื้อเยื่อให้ไปและชนกับโมเลกุลต่างๆ แล้วทำให้อิเล็กตรอน (e^-)  หลุดออกจากวงโคจร (orbits) ของโมเลกุลนั้นๆ ทำให้ โมเลกุลนั้นๆเกิดเป็นไอออน (ions) ไอออนนี้สามารถทำให้พันธะโควาเลนท์ (covalent bonds) ต่างๆ ของโมเลกุลในเซลล์แตกได้ ดังเช่นถ้า covalent bonds ของ DNA แตกจะทำให้เกิด mutation ที่โครโมโซมของคนเราได้ และถ้าในเซลล์มี ions มากๆ เซลล์ก็จะตายได้

·    Ultraviolet light (UV) rays  ไม่ทำให้เกิด ions แต่ UV ทำให้เกิด mutation โดยเกิดจากที่ purine และ pyrimidine  bases ของ DNA ดูดซับแสง UV  (คลื่นความถี่ 254-260 nm) จนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของ DNA เกิดเป็น point mutations ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งของ รังสี UV การ mutation ที่เกิดจากรังสี UV อันหนึ่ง คือ thymine dimers (T^T) 

          * สามารถจำง่ายๆว่า UVB burn (ผิวหนังไห้ม)  UVA ทำให้ aging (เซลล์แก่ตัวลง) ก็ได้

2.2.2    Chemical mutagens

สารเคมีที่ทำให้เกิด mutation แบ่งออกเป็น 3 กลุ่มคือ

1)      base analogs คือสารที่มีโครงสร้างเหมือน bases บน DNA

      * 5- bromouracil (5BU) เหมือน thymine แต่จะมี bromine (Br) แทนที่ methyl group (CH₃) 

      ที่ Uracil 

      * แต่อย่างไรก็ตามไม่ใช่ว่า base analogs ทุกตัวจะเป็นสาร mutagens แต่ใช้รักษา

                                 โรค AIDS  โดยที่ใช้ AZT ให้กับ AIDS virus ขณะที่ virus  กำลังสร้าง DNA (AIDS-virus เป็น 

                                  retrovirus มีสารพันธุกรรมเป็น RNA เมื่อเข้าไปใน host ต้องเปลี่ยน RNA ให้เป็น DNA 

                                  แล้วจึงแฝงตัว   เข้าไปใน host genome) AZT จะถูก AIDS-virus ใช้ในการสร้างสาย DNA 

                                  แต่ AZT มี azido group (N₃)   และไม่มี OH group ทำให้การสร้างสาย DNA ต้องหยุด 

                                  คือ ไม่สามารถนำ nucleotide เข้ามาต่อได้ และ AZT นี้จะถูกใช้โดย

                                  เอนไซม์ reverse transcriptase  ที่เปลี่ยน RNA เป็น DNA 

                                 ใน AIDS- virus เท่านั้นกับคนไม่เป็นไร

2)      base – modifying agents สาร mutagens ที่ทำการปรับเปลี่ยนโครงสร้างทาง

                                  เคมีของ base ตัวอย่างเช่น alkylating agents ซึ่งเป็นสารเคมีที่ทำให้เกิดหมู่ alkyl C-CH₃ และ – 

                                 CH₂CH₃ ) เช่น methylmethane sulfonate (MMS) ที่จะเติมหมู่ CH₃ ให้กับ guanine เกิดเป็น

                                 O⁶-methyl quanine ซึ่งจะจับคู่กับ thymine ทำให้เกิดการ mutation ของ GC ® AT

3)   intercalating agents สารนี้จะเข้าไปแทรกอยู่ระหว่างสาย  DNA เช่น proflavin, acridine และ ethidium bromide เมื่อสารเหล่านี้เข้าไปแทรกอยู่ใน DNA ระหว่างกระบวนการ replication นั้นจะทำให้เซลล์ต้องเติม bases (A,T,G หรือ C ก็ได้) ลงไปที่ DNA สายใหม่ ทำให้เกิด mutation แบบ additions หรือ deletions 

_______________________________________