ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเซลล์

สรุปความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเซลล์

ในระดับชีววิทยา เซลล์→เนื้อเยื่อ→อวัยวะ→ระบบอวัยวะ→สิ่งมีชีวิต

เซลล์ที่แบ่งโดยใช้ nuclear membrane มี 2 ประเภท

1. Prokaryotic cell ไม่มี nuclear membrane พบได้ในสมช.อาณาจักรมอเนอรา

2. Eukaryotic cell มี nuclear membrane ที่เยื้อหุ้มเซลล์พบว่าเป็นฟอสโฟอลิพิดและโปรตีน พบได้ในสมช.ตั้งแต่อาณาจักรโพรติสตา แต่ในอาณาจักรโพรติสตาเซลล์ที่อยู่รวมกันเป็นกลุ่มไม่ได้ทำงานประสานกัน แค่อยู่เป็นกลุ่ม เรียกว่า colony

สิ่งมีชีวิตในอาณาจักรพืช ฟังไจ และสัตว์ มีการทำงานประสานเป็นระบบมากขึ้น และมีบทบาทหน้าที่ในระบบนิเวศทั้งเป็น autotroph และ heterothroph (carnivore, herbivore, omnivore, decomposer, etc.) เราอาจแบ่งเซลล์ออกเป็นเซลล์พืช เซลล์สัตว์ โดยสังเกตจากออร์แกเนลล์ และข้อแตกต่างของเซลล์ทั้งสองดังนี้

เซลล์พืช	เซลล์สัตว์
ส่วนใหญ่รูปร่างเหลี่ยม	ส่วนใหญ่รูปร่างกลมหรือรี
มี cell wall แต่เป็นส่วนไม่มีชีวิตที่ช่วยเสริมความแข็งแรง และ chloroplast ที่ช่วยในกระบวนการ photosynthesis	ไม่มี cell wall เซลล์จึงมีโอกาสแตกได้ง่าย และไม่มี chloroplast
ไม่มี centriole	มี centriole
มี Vacuole ขนาดใหญ่	Vacuole มีขนาดเล็ก

          

ทฤษฎีเซลล์ของชวานน์ และชไลเดน สรุปได้ว่า เป็นหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตที่มีการจัดระบบการทำงานภายในเซลล์ และมีต้นกำเนิดมาจากเซลล์ต้นแบบ โดยเซลล์ต้นแบบนั้นเกิดขึ้นจากสารอินทรีย์ซึ่งเป็นสิ่งไม่มีชีวิต อีกทั้งเซลล์ยังมีสารพันธุกรรม และกระบวนการเมทาบอลิซึมที่ช่วยทำให้เซลล์ดำรงชีวิตอยู่ได้

โครงสร้างเซลล์ อาจแบ่งได้ 3 ส่วนหลัก

1. Cell Membrane สมช. ทุกชนิดต้องมี cell membrane แต่องค์ประกอบที่พบได้ในเซลล์สมช.ส่วนใหญ่เป็นฟอสโฟลิพิดกับโปรตีน ยกเว้นกลุ่มแบคทีเรียเพราะเยื้อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยเพบทิโดไกลแคน

และมีสมบัติเป็น semi-permeable membrane หรือเยื่อเลือกผ่าน

Fluid Mosaic Model แสดงองค์ประกอบของ cell membrane โดยมีฟอสโฟลิพิด (สีเหลืองที่มีแขน) เรียงตัวกัน โดยหันด้านไม่มีขั้ว (สีเหลือง) ออกและด้านที่มีขั้ว (แขน) เข้าหากัน เป็นลักษณะ bilayer

2. Cell Wall พบเฉพาะเซลล์พืช เป็นส่วนที่ไร้ชีวิต มักประกอบด้วย cellulose (ซึ่งเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ที่ประกอบด้วยน้ำตาลกลูโคสโมเลกุลเดี่ยวจับกันด้วยพันธะไกลโคซิดิกแบบเบตา 1-4) ทำให้ cell wall มีความแข็งแรงมาก ช่วยเสริมสร้างความแข็งแรงให้เซลล์พืช และมีสมบัติ permeable membrane ยอมให้สารผ่านโดยง่าย

3. Protoplasm ส่วนที่อยู่ใน cell membrane ทั้งหมด แบ่งเป็น

3.1 Cytoplasm ส่วนที่เป็นสารกึ่งเหลวภายในเซลล์พบกิจกรรมต่างๆ ที่เกิดจาก organelle

3.2 Nucleus บรรจุสารพันธุกรรมบน DNA ซึ่งขดเป็นเส้นโครมาทิน มีหน้าที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม และหน้าที่บางประการของเซลล์สิ่งมีชีวิต ยกเว้นเซลล์เม็ดเลือดแดงที่มีอายุมากขึ้น

ออร์แกเนลล์และหน้าที่

1. Endoplasmic Reticulum ทำหน้าที่สังเคราะห์สาร มี 2 ชนิด คือ

1.1 RER (Rough Endoplasmic Reticulum) มีไรโบโซมเกาะอยู่ และมีลักษณะเป็นท่อเรียงซ้อนกัน จึงทำหน้าที่ส่งโปรตีนที่ไรโบโซมสังเคราะห์ออกสู่นอกเซลล์ เช่น ในเซลล์ตับอ่อน ซึ่งทำหน้าที่สังเคราะห์เอนไซม์ที่ใช้ย่อยสารอาหารเกือบทุกชนิด โดยมีกอลจิ คอมเพล็กซ์เป็นตัวสะสมความเข้มข้นที่เหมาะสมก่อนส่งออกสู่นอกเซลล์

1.2 SER (Smooth Endoplasmic Reticulum) ไม่มีไรโบโซมเกาะ ทำหน้าที่สังเคราะห์สารสเตียรอยด์ เช่น ฮอร์โมนเพศ ควบคุมการเข้าออกของแคลเซียมไอออนในเซลล์กล้ามเนื้อยึดกระดูกและกล้ามเนื้อหัวใจ สังเคราะห์และเก็บไกลโคเจนในตับ และกำจัดสารพิษที่เซลล์ตับ จึงพบได้ที่ ตับ สมอง ต่อมหมวกไต อัณฑะ รังไข่

2. Golgi Apparatus ทำงานร่วมกับ ER สังเคราะห์สารประกอบคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน เช่น ไกลโคโปรตีน ทำหน้าที่บรรจุผลิตภัณฑ์โปรตีนขนออกนอกเซลล์โดยบรรจุในถุง vesicle สร้างเยื่อหุ้มไลโซโซม และสร้าง acrosome ห่อหุ้มเอนไซม์ที่ใช้เจาะไข่ในการผสมพันธุ์ของสัตว์ตรงปลายของอสุจิ

3. Lysosome เป็นออร์แกเนนล์เยื้อหุ้ม 1 ชั้น ภายในบรรจุเอนไซม์ซึ่งเป็น vesicle ที่หลุดมาจาก Golgi Apparatus ทำหน้าที่ย่อยสลายสิ่งแปลกปลอมที่อยู่ในเซลล์ (จึงพบในเซลล์เม็ดเลือดขาวของคน) ย่อยสารโมเลกุลใหญ่ให้เป็นโมเลกุลเล็ก และย่อยสลายเซลล์ที่ตายแล้ว (Autolysis) นอกจากนี้ในระยะ Metamorphosis ของลูกอ๊อดพบไลโซโซมเป็นจำนวนมากบรรจุเอนไซม์ที่ใช้ย่อยสลายส่วนหางของลูกอ๊อดอีกด้วย

4. Mitochondria เปรียบเสมือน house of energy ของ cell มีการหายใจระดับเซลล์เกิดขึ้นในวัฏจักรเครบส์ เป็นออร์แกเนนล์เยื้อหุ้ม 2 ชั้น เยื้อหุ้มชั้นในเรียกคริสตี (Cristae) พบเข้าไปข้างในภายในบรรจุของเหลวเรียกว่า เมทริกซ์ (Matrix) พบออร์แกเนลล์นี้ได้มากที่เซลล์ตับ กล้ามเนื้อหัวใจ เป็นต้น

5. Chloroplast พบได้เฉพาะเซลล์พืช เป็นออร์แกเนลล์เยื้อหุ้ม 2 ชั้น ภายในมีของเหลวเรียกว่า stroma มีโครงสร้างคล้ายถุงแบน เรีกยว่า Thylakoid ซ้อนทับกันเป็นตั้ง เรียกว่า Granum แต่ละ granum มีโครงสร้างเชื่อมถึงกัน อีกทั้งในถุงแบนๆ นี้จะช่องว่างเกิดขึ้นเรียกว่า Lumen ซึ่งในกระบวนการสร้าง ATP ของพืช จะเกิดขึ้นระหว่าง Stroma กับ lumen ซึ่งจะได้ศึกษาต่อไป และมีสารสีมาเกาะบน Thylakoid ที่ช่วยในกระบวนการ Photosynthesis เช่น Chlorophyll, Carotenoid

6. Chromoplast เป็น plastid ที่มีสารสีที่ทำให้เกิดสีต่างๆ ยกเว้นสีเขียว เช่น Carotenoid ให้สีส้มกับสีแดง Xantophyll ให้สีเหลืองและน้ำตาล
7. Leucoplast เป็นเม็ดพลาสติดไม่มีสีมีหน้าที่สะสมเม็ดป้งที่ได้จากการสังเคราะห์แสงจึงพบได้ในเซลล์ของรากที่มีการสะสมอาหารในเซลล์ เช่น มันแกว มันเทศ หรือผลไม้ เช่น กล้วย รวมทั้งบริเวณของพืชที่ไม่มีสี 
***5-7 เป็นออร์แกเนลล์ที่เรียกรวมกันว่า พลาสติด (Plastid)***

8. Vacuole มี 3 ชนิด ได้แก่ 
8.1 contractile vacuole ทำหน้าที่รักษาสมดุลของน้ำในเซลล์ของพารามีเซียม อะมีบา

สังเกตการหด-ขยายของ contractile vacuole

8.2 food vacuole บรรจุอาหารที่รับมาจากนอกเซลล์เพื่อย่อยสลายต่อไป พบในเซลล์เม็ดเลือดขาวและสมช.เซลล์เดียว

8.3 sap vacuole ในพืชอายุน้อยจะพบถุงนี้เป็นจำนวนมากแต่เมื่ออายุมากจะรวมกันเป็นถุงเดียว มีหน้าที่สะสมสารอาหาร สารสี ไอออน สารพิษ

9. Centriole ไม่มีเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์ มี DNA และ RNA ที่ทำให้สามารถจำลองตัวเองและสร้างสายสปินเดิลที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของโครโมโซมในขณะเซลล์แบ่งตัว (ยกเว้นพืช) ออร์แกเนลล์นี้มีลักษณะเป็นหลอดเล็กๆ ที่เรียกว่า microtubule เรียงเป็นกลุ่มเล็กๆ 9 กลุ่มกลุ่มละ 3 หลอด เชื่อมต่อกันโดยตรงกลางไม่มี microtubule ทำให้การเรียกการเรียงตัวแบบนี้ว่า 9+0
แต่ถ้ากล่าวถึงส่วนฐานหรือ basal body ของซีเลียและแฟลกเจลลัม จะพบไมโครทิวบูลเรียงตัวกันแบบ 9+2 ส่วนที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของซิเลียและแฟลกเจลลัมจะเป็นแบบ 9+0

10. Cytoskeleton ทำหน้าที่คำจุนโครงสร้างเซลล์และเป็นที่ยึดเกาะของออร์แกเนลล์จึงมีโอกาสพบในเซลล์ของสัตว์เซลล์เดียวที่ไม่มีผนังเซลล์รวมทั้งเซลล์สัตว์ แบ่งได้ 3 ชนิด
1. Microfilament มีหน่วยย่อยเป็นโปรตีน actin ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 nm ต่อกันเป็นสองสายแล้วพันกันเป็นเกลียว ทำหน้าที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของเซลล์อย่าง อะมีบา เซลล์เม็ดเลือดขาว ค้ำจุ้นโครงสร้างไมโครวิลไล เยื่อบุในลำไส้เล็ก และช่วยในการแบ่งตัวของไซโทพลาสซึมในกระบวนการแบ่งตัวเซลล์
2. Microtubule เกิดจากโปรตีนทูบูลิน เรียงต่อกันเป็นวงแหวนและสายยาวกลายเป็นท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 nm ซึ่งเป็นโครงสร้างในเส้นใยสปินเดิล ซีเลีย แฟลกเจลลัม และลำเลียงออร์อกเนลล์ภายในเซลล์
3. Intermediate filament ใหญ่กว่า microfilament แต่เล็กกว่า microtubule ประกอบด้วยโปรตีนในกลุ่มเคอราติน มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8-12 nm ประกอยด้วยหน่วยย่อยเรียงต่อกันเป็น 4 สาย บิดกันเป็นเกลียว จำนวน 8 ชุด เรียงตัวเป็นร่างแหตามลักษณะรูปร่างเซลล์ จึงพบได้ที่เส้นขน และเล็บของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม