โครงสร้างของเซลล์

โครงสร้างของเซลล์

ที่มา : http://www.asps.org.au/wp-content/uploads/plant-cell.jpg
เซลล์โดยทั่วไปถึงแม้จะมีขนาด รูปร่าง และหน้าที่แตกต่างกัน แต่ลักษณะพื้นฐานภายในเซลล์มักไม่แตกต่างกัน
นักชีววิทยาได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนศึกษาเซลล์ของสิ่งมีชีวิตพบว่า ในไซโทพลาซึมมีโครงสร้างขนาดเล็กที่ทำหน้าที่เฉพาะ
เรียกว่า ออร์แกเนลล์ (organelle) มีหลายขนาด รูปร่าง จำนวน และหน้าที่ต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ซึ่งจะประกอบด้วย
โครงสร้างพื้นฐานที่คล้าย คลึงกัน ดังนี้
1. นิวเคลียส (nucleus)

ที่มา : http://www.buzzle.com/articles/cell-nucleus-structure-and-functions.html
เป็นโครงสร้างที่มักพบอยู่กลางเซลล์เมื่อย้อมสีจะติดสีเข้มทึบ มีลักษณะเป็นก้อนทึบแสงเด่นชัดอยู่บริเวณกลางๆ เซลล์โดยทั่วๆ
ไปจะมี 1 นิวเคลียส เซลล์พารามีเซียม มี 2 นิวเคลียส นิวเคลียสมีความสำคัญเนื่องจากเป็นที่อยู่ของสารพันธุกรรม จึงมีหน้าที่ควบคุมการ
ทำงานของเซลล์ โดยทำงานร่วมกับไซโทพลาซึม
      สารประกอบทางเคมีของนิวเคลียส ประกอบด้วย
1.1 ดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (deoxyribonucleic acid) หรือ DNA เป็นส่วนประกอบของโครโมโซมนิวเคลียส
1.2 ไรโบนิวคลีอิก แอซิด (ribonucleic acid) หรือ RNA เป็นส่วนที่พบในนิวเคลียสโดยเป็นส่วนประกอบของนิวคลีโอลัส
1.3 โปรตีน ที่สำคัญคือโปรตีนฮีสโตน (histone) โปรตีนโพรตามีน (protamine) ทำหน้าที่เชื่อมเกาะอยู่กับ DNA
ส่วนโปรตีนเอนไซม์ส่วนใหญ่จะเป็นเอนไซม์ในกระบวนการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก และเมแทบอลิซึมของกรดนิวคลีอิก โครงสร้างของนิวเคลียส ประกอบด้วย 3 ส่วน คือ
1. เยื่อหุ้มนิวเคลียส (nuclear membrane) เป็นเยื่อบางๆ 2 ชั้น เรียงซ้อนกัน ที่เยื่อนี้จะมีรู เรียกว่านิวเคลียร์ พอร์ (nuclear pore)
หรือ แอนนูลัส (annulus) มากมาย ทำหน้าที่เป็นทางผ่านของสารต่างๆ ระหว่างไซโทพลาซึมและนิวเคลียส นอกจากนี้เยื่อหุ้มนิวเคลียสยังมีลักษณะ
เป็นเยื่อเลือกผ่านเช่นเดียวกับ เยื่อหุ้มเซลล์
2. โครมาทิน (chromatin) เป็นส่วนของนิวเคลียส ที่ย้อมติดสี เป็นเส้นใยเล็กๆ พันกันเป็นร่างแห ประกอบด้วย โปรตีนหลายชนิด
และ DNA มีหน้าที่ควบคุมกิจกรรมต่างๆ ของเซลล์และควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทั่วไป
           3. นิวคลีโอลัส (nucleolus) เป็นส่วนของนิวเคลียสที่มีลักษณะเป็นก้อนอนุภาคหนาทึบ ประกอบด้วย โปรตีน และ RNA โดยโปรตีน
เป็นชนิดฟอสโฟโปรตีน (phosphoprotein) และไม่พบโปรตีนฮีสโตนเลย นิวคลีโอลัสมีหน้าที่ในการสังเคราะห์ RNA ชนิดต่างๆ ดังนั้นนิวคลีโอลัสจึงมี
ความสำคัญต่อการสร้างโปรตีนเป็นอย่างมาก เนื่องจากไรโบโซมทำหน้าที่สร้างโปรตีน
2. ไซโทพลาซึม (cytoplasm)
เป็นส่วนที่ล้อมรอบนิวเคลียสอยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น 2 ชั้น คือ
          1. เอกโทพลาซึม (ectoplasm) เป็นส่วนของไซโทพลาซึมที่อยู่ด้านนอกติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ มีลักษณะบางใส เพราะมีส่วนประกอบต่างๆ
ของเซลล์อยู่น้อย
          2. เอนโดพลาซึม (endoplasm) เป็นชั้นของไซโทพลาซึมที่อยู่ด้านในใกล้นิวเคลียส ชั้นนี้จะมีลักษณะที่เข้มข้นกว่าเนื่องจากมี
ออร์แกเนลล์ (organelle) และอนุภาคต่างๆ ของสารอยู่มาก จึงเป็นบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ของเซลล์มากด้วย ไซโทพลาซึม นอกจากแบ่งออกเป็น 2 ชั้นแล้วยังมีส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ส่วนคือ

ก. ออร์แกเนลล์ (organelle) เป็นส่วนที่มีชีวิต ทำหน้าที่คล้ายๆ กับเป็นอวัยวะของเซลล์
ออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม (membrane bounded organelle)
  1. ไมโทคอนเดรีย (mitochondria)

ที่มา : http://student.nu.ac.th/u46410320/mitochondria.html

ส่วนใหญ่จะมีรูปร่างกลม ท่อนสั้น ท่อนยาว หรือกลมรีคล้ายรูปไข่ ประกอบด้วยสารโปรตีน
ประมาณร้อยละ 60-65 และลิพิดประมาณร้อยละ 35-40 ภายในไมโทคอนเดรียมีของเหลวซึ่งประกอบด้วยสารหลายชนิดเรียกว่า มาทริกซ์ (matrix)
มีเอนไซม์ที่สำคัญในการสร้างพลังงานจากการหายใจ นอกจากนี้ยังพบเอนไซม์ในการสังเคราะห์ DNA สังเคราะห์ RNA และโปรตีนด้วย
หน้าที่ของไมโทคอนเดรียคือ เป็นแหล่งสร้างพลังงานของเซลล์โดยการหายใจ
      2. เอนโดพลาสมิก เรติคูลัม (endoplasmic reticulum:ER)

ที่มา : http://cronodon.com/BioTech/Cell_structure.html

เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมเป็นออร์แกเนลล์ที่มีเมมเบรนห่อหุ้มประกอบด้วยโครงสร้างระบบท่อที่มีการเชื่อมประสานกันทั้งเซลล์ แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ
           2.1 เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดขรุขระ (rough endoplasmic reticulum:RER) เป็นชนิดที่มีไรโบโซม มีหน้าที่สำคัญคือ
การสังเคราะห์โปรตีนของไรโบโซมที่เกาะอยู่ และลำเลียงสารซึ่งได้แก่โปรตีนที่สร้างได้ และสารอื่นๆ
           2.2 เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดเรียบ (smooth endoplasmic reticulum:SER) เป็นชนิดที่ไม่มีไรโบโซม มีหน้าที่สำคัญคือ
ลำเลียงสารต่างๆ เช่น RNA ลิพิดโปรตีนสังเคราะห์สารพวกไขมันและสเตอรอยด์ฮอร์โมน
      3. กอลจิ บอดี (Golgi body)

ที่มา : http://student.nu.ac.th/u46410320/Golgi%20body.htm

มีรูปร่างลักษณะเป็นถุงแบนๆ หรือเป็นท่อเรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ มีหน้าที่สำคัญคือ เก็บสะสมสารที่เซลล์สร้างขึ้นก่อนที่จะปล่อยออกนอกเซลล์ ซึ่งสารส่วนใหญ่เป็นสารโปรตีน นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับการสร้างนีมาโทซีส (nematocyst) ของไฮดราอีกด้วย
      4. ไลโซโซม (lysosome)

ที่มา : http://biology.tutorvista.com/animal-and-plant-cells/organelles.html

เป็นออร์แกเนลล์ที่มีเมมเบรนห่อหุ้มเพียงชั้นเดียว รูปร่างกลมรี พบเฉพาะในเซลล์สัตว์เท่านั้น มีหน้าที่ที่สำคัญคือ
           4.1 ย่อยสลายอนุภาคและโมเลกุลของสารอาหารภายในเซลล์
           4.2 ย่อยหรือทำลายเชื้อโรคและสิ่งแปลกปลอมต่างๆ ที่เข้าสู่ร่างกายหรือเซลล์
           4.3 ทำลายเซลล์ที่ตายแล้ว
           4.4 ย่อยสลายโครงสร้างต่างๆ ของเซลล์ในระยะที่เซลล์มีการเปลี่ยนแปลง
      5. แวคิวโอล (vacuole)

ที่มา : http://en.wikipedia.org/wiki/File:Plant_cell_structure_svg_vacuole.svg

แวคิวโอลเป็นออร์แกเนลล์ที่มีลักษณะเป็นถุง โดยทั่วไปจะพบในเซลล์พืชและสัตว์ชั้นต่ำ แบ่งเป็น 3 ชนิดคือ
          5.1 ลิวโคพลาสต์ (leucoplast) เป็นพลาสติดที่ไม่มีสี
          5.2 โครโมพลาสต์ (chromoplast) เป็นพลาสติดที่มีรงควัตถุสีอื่นๆ นอกจากสีเขียว
          5.3 คลอโรพลาสต์ (chloroplast) เป็นพลาสติดที่มีสีเขียว ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารคลอโรฟีลล์ ภายในคลอโรพลาสต์ประกอบด้วยส่วนที่
เป็นของเหลวเรียกว่า สโตรมา (stroma) มีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง มี DNA,RNA และไรโบโซม และเอนไซม์อีกหลายชนิดปะปนกันอยู่
ข. ออร์แกเนลล์ที่ไม่มีเยื่อหุ้ม (nonmembrane bounded organelle)
1. ไรโบโซม (ribosome)

   

ที่มา : http://www.thaigoodview.com/node/23740?page=0,5

เป็นออร์แกเนลล์ขนาดเล็ก พบได้ในสิ่งมีชีวิตทั่วไป ประกอบด้วยสารเคมี 2 ชนิด คือ กรดไรโบนิวคลีอิก
(ribonucleic acid:RNA) กับโปรตีน มีทั้งที่อยู่เป็นอิสระในไซโทพลาซึม และเกาะอยู่บนเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม พวกที่เกาะอยู่ที่เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม
จะบฃพบมากในเซลล์ต่อมที่สร้าง เอนไซม์ต่างๆ พลาสมาเซลล์เหล่านี้จะสร้างโปรตีนที่นำไปใช้นอกเซลล์เป็นสำคัญ
      2. เซนทริโอล (centriole)

ที่มา : http://unlockinglifescode.org/media/details/419

   มีลักษณะคล้ายท่อทรงกระบอก 2 อันตั้งฉากกัน พบเฉพาะในสัตว์และโพรทิสต์บางชนิด มีหน้าที่เกี่ยวกับการแบ่งเซลล์
เซนทริโอลแต่ละอันจะประกอบด้วยชุดของไมโครทูบูล (microtubule) ซึ่งเป็นหลอดเล็กๆ มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการลำเลียงสารในเซลล์ ให้ความแข็งแรงแก่เซลล์
และโครงสร้างอื่นๆ เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ การเคลื่อนที่ของเซลล์
ข. ไซโทพลาสมิก อินคลูชัน (cytoplasmic inclusion) หมายถึง สารที่ไม่มีชีวิตที่อยู่ในไซโทพลาสมิก เช่น เม็ดแป้ง (starch grain) เม็ดโปรตีน หรือพวกของเสีย
ที่เกิดจากกระบวนการแมแทบอลิซึม
3. ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์ หมายถึง โครงสร้างที่ห่อหุ้มไซโทพลาซึมของเซลล์ให้คงรูปร่างและแสดงขอบเขตของเซลล์ ได้แก่
1. เยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane)

ที่มา : http://2012books.lardbucket.org/books/introduction-to-chemistry-general-organic-and-biological/s20-03-membranes-and-membrane-lipids.html

เยื่อหุ้มเซลล์มีชื่อเรียกได้หลายอย่าง เช่น พลาสมา เมมเบรน (plasma membrane) ไซโทพลาสมิก
เมมเบรน (cytoplasmic membrane) เยื่อหุ้มเซลล์มีความหนาประมาณ 75 อังสตรอม ประกอบด้วยโปรตีนประมาณร้อยละ 60 ลิพิดประมาณร้อยละ 40
การเรียงตัวของโปรตีนและลิพิดจัดเรียงตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อน การเรียงตัวในลักษณะเช่นนี้เรียกว่า ยูนิต เมมเบรน
เยื่อหุ้มเซลล์มีหน้าที่หลายประการคือ
      3.1 ห่อหุ้มส่วนของโพรโทพลาซึมที่อยู่ข้างในทำให้เซลล์แต่ละเซลล์แยกออกจากัน
      3.2 ช่วยควบคุมการเข้าออกของสารต่างๆ ระหว่างภายในเซลล์และสิ่งแวดล้อม มีคุณสมบัติเป็นเซมิเพอร์มีเอเบิล เมมเบรน (semipermeable membrane)
ซึ่งจะยินยอมให้สารบางชนิดเท่านั้นที่ผ่านเข้าออกได้ ซึ่งการผ่านเข้าออกจะมีอัตราเร็วที่แตกต่างกัน
      3.3 ความต่างศักย์ทางไฟฟ้า (electrical potential) ของภายในและภายนอกเซลล์เนื่องมาจากการกระจายของไอออนและโปรตีนไม่เท่ากัน
ซึ่งมีความสำคัญในการนำสารพวกไอออนเข้าหรือออกจากเซลล์และมีความจำเป็นต่อการทำงานของเซลล์ประสาทและเซลล์กล้ามเนื้อมาก
      3.4 เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่รับสัมผัสสาร ทำให้เกิดการเร่งหรือลดการเกิดปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์นั้นๆ

 

 

 

การสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจน (anaerobic respiration)

 

 

 

 

 

การหมักแอลกอฮอล์ (alcoholic fermentation)

ที่มา : http://www.pw.ac.th/main/website/sci/7_main.html
เป็นกระบวนการสลายกลูโคสเป็นกรดไพรูวิกตามขั้นตอน ไกลโคลิซิส มีการสร้าง ATP เกิดขึ้น 2 โมเลกุล จากนั้นกรดไพรูวิกจะเปลี่ยนเป็นแอซิทัลดีไฮด์ (acetaldehyde)
โดยมีเอนไซม์ไพรูเวท ดีคาร์บอกซิเลส(pyruvate decarboxylase) ช่วยเร่งปฏิกิริยามี CO2 เกิดขึ้นในขั้นตอนนี้ 2 โมเลกุล จากนั้นแอซิทัลดีไฮด์ก็จะเปลี่ยน เป็นเอทานอล (ethanol)
โดยมี เอนไซม์แอลกอฮอล์ดีไฮโดรจีเนส(alcohol dehydrogenase) เป็นตัวช่วยเร่งปฏิกิริยาจะเห็นว่ากระบวนการหมักแอลกอฮอล์ จะมีเฉพาะไกลโคลิซิสไม่มีวัฏจักรเครบส์ ไม่มีกระบวน
การถ่ายทอดอิเล็กตรอน ไม่มี O2 เข้าร่วมปฏิกิริยา จึงเกิด ATP เพียง 2 โมเลกุล น้อยกว่าการสลายกลูโคสแบบใช้ออกซิเจนถึง 18-19 เท่า
แม้ว่ากระบวนการหมักแอลกอฮอล์ จะให้พลังงานน้อย แต่มนุษย์ก็นำวิธีการสลายอาหารแบบนี้มาใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวาง เช่น การใช้ยีสต์ สำหรับหมัก เบียร์ ไวน์และเครื่องดื่มที่มีแอลกอฮอล์ชนิดต่าง ๆ เป็นต้น

การหมักกรดแลกติก (Lactic acid fermentation)

ที่มา : http://www.pw.ac.th/main/website/sci/7_main.html
เป็นกระบวนการสลายกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่พบในเซลล์กล้ามเนื้อลายของสัตว์ พยาธิตัวตืดและแบคทีเรียบางชนิด โดยกลูโคสจะเข้าสู่กระบวนการ
ไกลโคลิซิส เปลี่ยนแปลงเป็นกรดไพรูวิก เช่นเดียวกับการหมักแอลกอฮอล์ แต่ในขั้นต่อมากรดไพรูวิกนั้นจะเปลี่ยนเป็นกรดแลกติก (Lactic acid) โดยมีเอนไซม์แลกเตทดีโฮโดรจีเนส (lactate dehydrogenase)
เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการสลายกลูโคส โดยกระบวนการหมักกรดแลกติก ทำให้เกิด ATP 2 โมเลกุล และกรดแลกติก 2 โมเลกุล โดยไม่มี CO2 เกิดขึ้น
มนุษย์ได้ใช้ประโยชน์จากกระบวนการหมักกรดแลกติกของแบคทีเรียบางชนิด มาใช้ในการผลิตอาหารบางอย่าง เช่น นมเปรี้ยว โยเกิร์ต เต้าเจี้ยว เต้าหู้ยี้ ผักและผลไม้ดอง
เป็นต้น

ที่มา : http://www.ceted.org/webbio/chapter03/index_l03_p17.php

 

การสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน (Aerobic respiration)

การสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน แบ่งออกเป็น 4 ชั้นตอนย่อยๆ คือ ที่มา :https://minsirima.files.wordpress.com/2014/06/krebsrev.gif 1. Glycolysis 2. Formation Acetyl Co A 3. Kresb cycle 4. Electron Transpory Chian : ETC 1. glycolysis ที่มา : https://minsirima.files.wordpress.com/2014/06/steps-of-glycolysis-1021119.png จะเกิดขึ้นที่บริเวณ cytosol ของเซลล์สารตั้งต้นคือ clucose 1 โมเลกุล ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้คือ pyruvic acid 2 โมเลกุลซึ่งในการเปลี่ยน clucose ไปเป็น pyruvic acid จะมีการใช้ ATP 2 โมเลกุล และได้ ATP 4 โมเลกุล สรุปจึงได้ ATP สุทธิแค่ 2 โมเลกุล และ NADH 2 โมเลกุล 2. Formation Acetyl Co A ที่มา : https://minsirima.files.wordpress.com/2014/06/09_10pyruvatetoacetylcoa_l.jpg เกิดที่ matrix ของ mitochondria สารตั้งต้นคือ pyruvic acid 2 โมเลกุล ผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่ได้คือ Acetyl Co A 2 โมเลกุล ซึ่งจะได้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นคือ NADH 2 โมเลกุล และ CO2 2 โมเลกุล 3. Krebs cycle ที่มา : https://minsirima.files.wordpress.com/2014/06/citirc-acid-cycle.jpg วัฏจักรเครบส์เริ่มด้วย Acetyl Co A ซึ่งมี C 2 อะตอมรวมกับ Oxaloacetate ซึ่งมี C 4 อะตอม เกิดเป็นสารที่มี C 6 อะตอม คือ กรดซิตริก (citric acid) จากนั้นกรดซิตริกนี้จะ decarboxylation เกิดเป็นสาร C 5 อะตอม และเกิดการ decarboxylation อีกครั้งกลายเป็นสาร C 4 อะตอม แล้วเปลี่ยนแปลงต่อไปอีกหลายขั้นโดยใช้เอนไซม์หลายชนิดและในที่สุดก็จะได้ Oxaloacetate ตามเดิม สรุปผลิตภัณฑ์ที่ได้จาก Krebs cycle NADH 6 โมเลกุล FANH2 2 โมเลกุล ATP 2 โมเลกุล CO2 4 โมเลกุล 4. Electron Transpory Chian : ETC ที่มา : https://minsirima.files.wordpress.com/2014/06/etc.jpg เกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มชั้นในของ mitichondria ซึ่งตัวรับอิเล็กตรอน (NADH,FADH2) จะมีการส่งต่อ อิเล็กตรอนผ่่านตัวรับอิเล็กตรอนซึ่งในการส่งผ่านอิเล็กตรอนจะมีการปั๊ม H+ มาไว้ที่ Inner membranespace เมื่อส่งอิเล็กตรอนผ่านไปจนสุดท้ายจะมี O2 มาเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายกลายเป็น H2O และจากการที่มีการปั๊ม H+ มาไว้ที่ Inner membranespace ทำให้เกิดความต่างศักย์สะสมอยู่ H+ ที่สะสมอยู่ในInner membranespace จะไหลเข้ามาอยู่ใน matrix ตามเดิมโดยผ่านบริเวณเอมไซม์ ATP Sythase พร้อมปล่อยพลังงานออกมาเพื่อรวมกับ ADP + Pi กลายเป็น ATP