เซลล์(cell)

คำอธิบายชั้นเรียน

 

โครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์ Cell

ประวัติและความเป็นมาของเซลล์

สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่เดิมใช้แว่นขยายหรือเลนส์อันเดียวส่องดู คงเช่นเดียวกับการใช้เเว่นขยายส่องดูลายมือ ในระยะต่อมา Galilei Galileo ได้สร้างแว่นขยายส่องดูสิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก ๆ ในราวปี พ.ศ.2153

ในช่วง ปี พ.ศ.2133 ช่างทำแว่นตาชาวฮอลันดา ชื่อ Zaccharias Janssen ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ ซึ่งประกอบด้วย แว่นขยาย 2 อัน แต่ยังไม่สามารถส่องดูอะไรได้

พ.ศ.2208 Robert Hooke ได้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ ชนิดเลนส์ประกอบ ที่มีลำกล้อง รูปร่างสวยงาม ป้องกันแสงภายนอกรบกวนได้ และไม่ต้องถือเลนส์ ์ให้ซ้อนกัน เขาตรวจดูสิ่งต่าง ๆ เช่น ไม้คอร์กที่ฝานบาง ๆ ด้วยมีดโกน พบว่า ไม้คอร์กประกอบด้วย ช่องเล็ก ๆ มากมาย เขาเรียกช่องเล็ก ๆ เหล่านั้นว่า "cell" ซึ่งหมายความถึง ห้องว่าง ๆ หรือห้องขัง เซลล์ที่ฮุคเห็นเป็นเซลล์ที่ตายแล้ว เหลือแต่ผนังเซลล์ของพืชที่แข็งแรงกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ในสัตว์ จึงทำให้คงรูปร่างอยู่ได้ ้เพราะผนังเซลล์มีสารประกอบพวกเซลลูโลส และซูเบอริน ดังนั้น ฮุคจึงได้ชื่อว่า เป็นผู้ตั้งชื่อเซลล์

พ.ศ.2215 Antony Van Leeuwenhoek ชาวฮอลันดา ได้สร้างกล้องจุลทรรศน์ ชนิดเลนส์เดี่ยว จากแว่นขยายที่เขาฝนเอง ซึ่งสามารถขยายได้ถึง 270 เท่า เขาใช้กล้องจุลทรรศน์ ตรวจดูหยดน้ำ จากบึง และแม่น้ำ และจากน้ำฝน ที่รองเก็บไว้ในหม้อ เห็นสิ่งมีชีวิตชนิดเล็ก ๆ มากมาย คือ พบแบคทีเรีย สาหร่าย โพรโทซัว สัตว์น้ำขนาดเล็ก แล้วยังส่องดูสิ่งต่าง ๆ เช่น เม็ดโลหิตแดง เซลล์สืบพันธุ์ของสัตว์เพศผู้ กล้ามเนื้อ เป็นต้น จึงได้ส่งข้อมูลเผยแพร่ ทำให้ได้ชื่อว่าเป็นคนพบจุลินทรีย์เป็นคนแรก

พ.ศ.2367 Rene J.H.Dutrochet นักพฤกษศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ได้ศึกษาเนื้อเยื่อพืชและสัตว์ พบว่าประกอบไปด้วยเซลล์

พ.ศ.2376 Robert Brown นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ เป็นคนแรกที่ค้นพบว่า ในเซลล์พืชมีนิวเคลียส (nucleus) เป็นก้อนกลม ๆ อยู่ภายในเซลล์

พ.ศ.2378 เฟ-ลิกซ์ ดือจาร์แดง นักสัตววิทยาชาวฝรั่งเศส ศึกษาจุลินทรีย์ และสิ่งมีชีวิตอี่น ๆ พบว่า ภายในประกอบด้วยของเหลวมีลักษณะคล้ายวุ้นใส ๆ จึงเรียกว่า ชาร์โคด (sarcode) ซึ่งเป็นภาษาฝรั่งเศส โดยมาจากภาษากรีกว่า ซารค์ (sarx) ซึ่งแปลว่าเนื้อ

พ.ศ.2381 Matthias Jacob Schleiden นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน ศึกษาเนื้อเยื่อพืชชนิดต่าง ๆ แล้วสรุปได้ว่า เนื้อเยื่อพืชทุกชนิด ประกอบด้วยเซลล์

พ.ศ.2382 Theodor Schwann นักสัตววิทยาชาวเยอรมัน ศึกษาเนื้อเยื่อ ของสัตว์หลาย ๆ ชนิด แล้วสรุปได้ว่า เนื้อเยื่อสัตว์ทุกชนิด ประกอบด้วยเซลล์ ดังนั้น ชวันน์และชไลเดน จึงร่วมกันตั้งทฤษฎีเซลล์ (Cell theory) มีใจความสำคัญคือ "สิ่งมีชีวิตทั้งหลาย ประกอบด้วยเซลล์ และผลิตภัณฑ์ของเซลล์" (All animals and plants are composed of cells and products)

พ.ศ.2382 Johannes Purkinje นักสัตววิทยาชาวเชคโกสโลวาเกีย ศึกษาไข่ และตัวอ่อนของสัตว์ชนิดต่าง ๆ พบว่า ภายในมีของเหลวใส เหนียว และอ่อนนุ่ม คล้ายวุ้น เรียกของเหลวนี้ว่า โปรโตปลาสซึม (protoplasm)

พ.ศ.2389 Hugo Von Mohl นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน ศึกษาเนื้อเยื่อพืช พบว่า ในเซลล์พืชมีของเหลวใส ๆ จึงเรียกว่า ชไลม์ (schleim) หรือโปรโตปล าสซึม

พ.ศ.2404 Max Schltze นักสัตววิทยาชาวเยอรมัน พิสูจน์ว่า ชาร์โคด หรือโปรโตปลาสซึม ที่พบในเซลล์สัตว์และเซลล์พืช เป็นของเหลวชนิดเดียวกัน

พ.ศ.2411 Thomas Henry Huxley แพทย์ชาวอังกฤษ ศึกษาคุณสมบัติของโปรโตปลาสซึม พบว่า โปรโตปลาสซึม เป็นรากฐานของสิ่งมีชีวิต (Protoplasm called the physical of life)

พ.ศ.2423 Walther Flemming ศึกษานิวเคลียสของเซลล์ พบว่า ประกอบด้วยโครโมโซม

ต่อจากนั้น มีนักวิทยาศาสตร์อีกมากมาย ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับเซลล์ และส่วนประกอบของเซลล์ ด้วยกล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ และได้พัฒนาขึ้นเรื่อย ๆ จนในปี พ.ศ.2475 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน 2 คน คือ E.Ruska และ Max Knoll ได้เปลี่ยนแปลงกระบวนการต่าง ๆ ของกล้องจุลทรรศน์ ที่ใช้แสงและเลนส์ มาใช้ลำอิเล็กตรอนแทน ทำให้สามารถศึกษา ส่วนประกอบต่าง ๆ ของเซลล์ ได้ละเอียดมากยิ่งขึ้น

ชนิดและองค์ประกอบของเซลล์

ชนิดของเซลล์

1. Prokaryotic cells เซลล์ของสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำ พวกแบคทีเรีย สาหร่ายสีเขียว แกมน้ำเงิน และไมโครพลาสมา ลักษณะเด่นคือ เซลล์ไม่มีเยื่อหุ้ม แบ่งแยกต่างหาก ลักษณะเซลล ์จะค่อนข้างเล็ก มีขนาด 0.2-10 ไมโครเมตร


2. Ukaryotic cells ได้แก่ เห็ด รา เซลล์ของพืช และสัตว์ทั่วๆไป มีขนาด 10-100 ไมโครเมตร




เปรียบเทียบลักษณะ ของเซลล์โปรคาริโอต และเซลล์ยูคาริโอต

ลักษณะ

เซลล์โปรคาริโอต

เซลล์ยูคาริโอต

1. กลุ่มสิ่งมีชีวิต

แบคทีเรีย , สาหร่ายสีเขียว แกมน้ำเงิน ( ไซยาโนแบคทีเรีย )

สาหร่าย , รา , โปรโตซัว , พืช , สัตว์

2. ขนาด

1-2 ไมโครเมตร x 1-4 ไมโครเมตร หรือเล็กกว่านี้

เส้นผ่านศูนย์กลาง มากกว่า 5 ไมโครเมตร

3. โครงสร้างนิวเคลียส

ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส , มีโครโมโซม เป็นวงกลมเส้นเดียว , โครโมโซม ไม่มีฮีสโตน ไม่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโตซิส

มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส , มีโครโมโซมมากกว่า 1 เส้น , ฮีสโตน มีการแบ่งนิวเคลียส แบบไมโตซิส

4. การไหลเวียน ของไซโตปลาสซึม

ไม่มี

มี

5. ฟิโนไซโตซิส

ไม่มี

มี

6. กาซแวคิวโอ

มีในบางพวก

ไม่มี

7. มีโซโซม

มี

ไม่มี

8. ไรโบโซม

70 S กระจายในไซโตปลาสซึม

80 S เกาะตามเยื่อหุ้ม เช่น ER, 70 S ในไมโตคอนเดรีย และคลอโรพลาสต์

9. ไมโตคอนเดรีย

ไม่มี

มี

10. คลอโรพลาสต์

ไม่มี

มีในเซลล์บางชนิด

11. กอลจิบอดี

ไม่มี

มี

12. เอนโดพลาสมิก เรติคิวลัม

ไม่มี

มี

13. แวคิวโอที่มีเยื่อหุ้ม

ไม่มี

มี

14. เยื่อหุ้มเซลล์

โดยทั่วไปไม่มีสเตอรอล เป็นองต์ประกอบ , บางส่วนทำหน้าที่ เกี่ยวกับการหายใจ , เซลล์บางชนิด ทำหน้าที่สังเคราะห์ด้วยแสง

มีสเตอรอลเป็นองค์ประกอบ , ไม่ทำหน้าที่หายใจ และสังเคราะห์แสง

15. ผนังเซลล์

ประกอบด้วย เปปติโดไกลแคน ( มิวรีน หรือมิวโคเปปไทด์ ) ยกเว้น ไมโครพลาสมา

ไม่มี เปปติโดไกลแคน เป็นองค์ประกอบ , ราส่วนใหญ่มีไคติน , พืชส่วนใหญ่มีเซลล์ลูโลส , สัตว์ไม่มี

16. อวัยวะในการเคลื่อนที่

เส้นใยไฟบริลสานกันง่ายๆ ประกอบด้วย แฟลกเจลลิน (flagelin)

ประกอบด้วยไมโครทิวบูล มาเรียงกันในลักษณะ 9+2

17. เท้าเทียม

ไม่มี

เซลล์บางชนิดมี

18. อัตราส่วนของเบส ของ DNA เมื่อเทียบเป็นโมล % ของเบส กวานีน + ไซโตซีน (G+C%)

28-73

ประมาณ 40

องค์ประกอบของเซลล์

เซลล์โดยทั่วไปถึงแม้จะมีขนาด รูปร่าง และหน้าที่แตกต่างกัน แต่ลักษณะพื้นฐานภายในเซลล์มักไม่แตกต่างกัน นักชีววิทยาได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนศึกษาเซลล์ของสิ่งมีชีวิตพบว่า ในไซโทพลาซึมมีโครงสร้างขนาดเล็กที่ทำหน้าที่เฉพาะเรียกว่า ออร์แกเนลล์ (organelle) มีหลายขนาด รูปร่าง จำนวน และหน้าที่ต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ซึ่งจะประกอบด้วยโครงสร้างพื้นฐานที่คล้ายคลึงกัน ดังนี้

โครงสร้างของเซลล์เมื่อศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน


  1. นิวเคลียส (nucleus)
 
เป็นโครงสร้างที่มักพบอยู่กลางเซลล์เมื่อย้อมสีจะติดสีเข้มทึบ มีลักษณะเป็นก้อนทึบแสงเด่นชัดอยู่บริเวณกลางๆ เซลล์โดยทั่วๆ ไปจะมี 1 นิวเคลียส เซลล์พารามีเซียม มี 2 นิวเคลียส นิวเคลียสมีความสำคัญเนื่องจากเป็นที่อยู่ของสารพันธุกรรม จึงมีหน้าที่ควบคุมการทำงานของเซลล์ โดยทำงานร่วมกับไซโทพลาซึม

โครงสร้างของนิวเคลียสและเยื่อหุ้มนิวเคลียส


 สารประกอบทางเคมีของนิวเคลียส ประกอบด้วย
 1. ดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (deoxyribonucleic acid) หรือ DNA เป็นส่วนประกอบของโครโมโซมนิวเคลียส
 2. ไรโบนิวคลีอิก แอซิด (ribonucleic acid) หรือ RNA เป็นส่วนที่พบในนิวเคลียสโดยเป็นส่วนประกอบของนิวคลีโอลัส
 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 นอกจากนี้เยื่อหุ้มนิวเคลียสยังมีลักษณะเป็นเยื่อเลือกผ่านเช่นเดียวกับเยื่อหุ้มเซลล์
 2. โครมาทิน (chromatin) เป็นส่วนของนิวเคลียสที่ย้อมติดสี เป็นเส้นใยเล็กๆ พันกันเป็นร่างแห ประกอบด้วย โปรตีนหลายชนิด และ DNA มีหน้าที่ควบคุมกิจกรรมต่างๆ ของเซลล์และควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทั่วไป
 3. นิวคลีโอลัส (nucleolus) เป็นส่วนของนิวเคลียสที่มีลักษณะเป็นก้อนอนุภาคหนาทึบ ประกอบด้วย โปรตีน และ RNA โดยโปรตีนเป็นชนิดฟอสโฟโปรตีน (phosphoprotein) และไม่พบโปรตีนฮีสโตนเลย นิวคลีโอลัสมีหน้าที่ในการสังเคราะห์ RNA ชนิดต่างๆ ดังนั้นนิวคลีโอลัสจึงมีความสำคัญต่อการสร้างโปรตีนเป็นอย่างมาก 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 ชั้น แล้วยังมีส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ส่วนคือ
ก. ออร์แกเนลล์ (organelle) เป็นส่วนที่มีชีวิต ทำหน้าที่คล้ายๆ กับเป็นอวัยวะของเซลล์ ออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม (membrane bounded organelle) 1. ไมโทคอนเดรีย (mitochondria) 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) เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมเป็นออร์แกเนลล์ที่มีเมมเบรนห่อหุ้ม

เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม

ประกอบด้วยโครงสร้างระบบท่อที่มีการเชื่อมประสานกันทั้งเซลล์ 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) มีรูปร่างลักษณะเป็นถุงแบนๆ หรือเป็นท่อเรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ มีหน้าที่สำคัญคือ เก็บสะสมสารที่เซลล์สร้างขึ้นก่อนที่จะปล่อยออกนอกเซลล์ ซึ่งสารส่วนใหญ่เป็นสารโปรตีน นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับการสร้างนีมาโทซีส (nematocyst) ของไฮดราอีกด้วย

กอลจิบอดี


 4. ไลโซโซม (lysosome) เป็นออร์แกเนลล์ที่มีเมมเบรนห่อหุ้มเพียงชั้นเดียว รูปร่างกลมรี พบเฉพาะในเซลล์สัตว์เท่านั้น มีหน้าที่ที่สำคัญคือ
 4.1 ย่อยสลายอนุภาคและโมเลกุลของสารอาหารภายในเซลล์
 4.2 ย่อยหรือทำลายเชื้อโรคและสิ่งแปลกปลอมต่างๆ ที่เข้าสู่ร่างกายหรือเซลล์
 4.3 ทำลายเซลล์ที่ตายแล้ว
 4.4 ย่อยสลายโครงสร้างต่างๆ ของเซลล์ในระยะที่เซลล์มีการเปลี่ยนแปลง
 5. แวคิวโอล (vacuole) แวคิวโอลเป็นออร์แกเนลล์ที่มีลักษณะเป็นถุง โดยทั่วไปจะพบในเซลล์พืชและสัตว์ชั้นต่ำ แบ่งเป็น 3 ชนิดคือ
 5.1 ลิวโคพลาสต์ (leucoplast)  เป็นพลาสติดที่ไม่มีสี
 5.2 โครโมพลาสต์ (chromoplast)  เป็นพลาสติดที่มีรงควัตถุสีอื่นๆ นอกจากสีเขียว
 5.4 คลอโรพลาสต์ (chloroplast)  เป็นพลาสติดที่มีสีเขียว ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารคลอโรฟีลล์ ภายในคลอโรพลาสต์ประกอบด้วยส่วนที่เป็นของเหลวเรียกว่า สโตรมา (stroma) มีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง มี DNA,RNA และไรโบโซม และเอนไซม์อีกหลายชนิดปะปนกันอยู่

ออร์แกเนลล์ที่ไม่มีเยื่อหุ้ม (nonmembrane bounded organelle)
 1. ไรโบโซม (ribosome) เป็นออร์แกเนลล์ขนาดเล็ก พบได้ในสิ่งมีชีวิตทั่วไป ประกอบด้วยสารเคมี 2 ชนิด คือ กรดไรโบนิวคลีอิก (ribonucleic acid:RNA) กับโปรตีน มีทั้งที่อยู่เป็นอิสระในไซโทพลาซึม และเกาะอยู่บนเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม พวกที่เกาะอยู่ที่เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมจะบฃพบมากในเซลล์ต่อมที่สร้างเอนไซม์ต่างๆ พลาสมาเซลล์เหล่านี้จะสร้างโปรตีนที่นำไปใช้นอกเซลล์เป็นสำคัญ
 2. เซนทริโอล (centriole) มีลักษณะคล้ายท่อทรงกระบอก 2 อันตั้งฉากกัน พบเฉพาะในสัตว์และโพรทิสต์บางชนิด มีหน้าที่เกี่ยวกับการแบ่งเซลล์ เซนทริโอลแต่ละอันจะประกอบด้วยชุดของไมโครทูบูล (microtubule) ซึ่งเป็นหลอดเล็กๆ มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการลำเลียงสารในเซลล์ ให้ความแข็งแรงแก่เซลล์และโครงสร้างอื่นๆ เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ การเคลื่อนที่ของเซลล์
 ข. ไซโทพลาสมิก อินคลูชัน (cytoplasmic inclusion) หมายถึง สารที่ไม่มีชีวิตที่อยู่ในไซโทพลาสมิก เช่น เม็ดแป้ง (starch grain) เม็ดโปรตีน หรือพวกของเสียที่เกิดจากกระบวนการแมแทบอลิซึม

  3. ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์
 
หมายถึง โครงสร้างที่ห่อหุ้มไซโทพลาซึมของเซลล์ให้คงรูปร่างและแสดงขอบเขตของเซลล์ได้แก่
 1. เยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane)

  เยื่อหุ้มเซลล์มีชื่อเรียกได้หลายอย่าง เช่น พลาสมา เมมเบรน (plasma membrane) ไซโทพลาสมิก เมมเบรน (cytoplasmic membrane) เยื่อหุ้มเซลล์มีความหนาประมาณ 75 อังสตรอม ประกอบด้วยโปรตีนประมาณร้อยละ 60 ลิพิดประมาณร้อยละ 40 การเรียงตัวของโปรตีนและลิพิดจัดเรียงตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อน การเรียงตัวในลักษณะเช่นนี้เรียกว่า ยูนิต เมมเบรน (unit membrane)

โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์


 เยื่อหุ้มเซลล์มีหน้าที่หลายประการคือ
 1. ห่อหุ้มส่วนของโพรโทพลาซึมที่อยู่ข้างในทำให้เซลล์แต่ละเซลล์แยกออกจากัน
 2. ช่วยควบคุมการเข้าออกของสารต่างๆ ระหว่างภายในเซลล์และสิ่งแวดล้อม มีคุณสมบัติเป็นเซมิเพอร์มีเอเบิล เมมเบรน (semipermeable membrane) ซึ่งจะยินยอมให้สารบางชนิดเท่านั้นที่ผ่านเข้าออกได้ ซึ่งการผ่านเข้าออกจะมีอัตราเร็วที่แตกต่างกัน
 3. ความต่างศักย์ทางไฟฟ้า (electrical potential) ของภายในและภายนอกเซลล์เนื่องมาจากการกระจายของไอออนและโปรตีนไม่เท่ากัน ซึ่งมีความสำคัญในการนำสารพวกไอออนเข้าหรือออกจากเซลล์ ซึ่งมีความจำเป็นต่อการทำงานของเซลล์ประสาทและเซลล์กล้ามเนื้อมาก
 4. เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่รับสัมผัสสาร ทำให้เกิดการเร่งหรือลดการเกิดปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์นั้นๆ
  2. ผนังเซลล์ (cell wall)
 ผนังเซลล์ พบได้ในสิ่งมีชีวิตหลากชนิด เช่น เซลล์พืช สาหร่าย แบคทีเรีย และรา ผนังเซลล์ทำหน้าที่ป้องกันและให้ความแข็งแรงแก่เซลล์ โดยที่ผนังเซลล์เป็นส่วนที่ไม่มีชีวิตของเซลล์

ผนังเซลล์พืช


 ผนังเซลล์พืช ประกอบด้วยชั้นต่างๆ 3 ชั้น คือ
 1. ผนังเชื่อมยึดระหว่างเซลล์ (middle lamella) เป็นชั้นที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์พืชแบ่งตัวและเป็นชั้นที่เชื่อมระหว่างเซลล์ให้อยู่ติดกัน
 2. ผนังเซลล์ปฐมภูมิ (primary wall) เป็นชั้นที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์เริ่มเจริญเติบโต ประกอบด้วยสารพวก เซลลูโลส เป็นส่วนใหญ่
 3. ผนังเซลล์ทุติยภูมิ (secondary wall) เป็นชั้นที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์หยุดขยายขนาดแล้ว โดยมีสารพวก เซลลูโลส คิวทิน ซูเบอริน ลิกนิน และเพกทินมาเกาะ

ถึงแม้เซลล์จะมีรูปร่าง ขนาด และหน้าที่ต่างๆ กันออกไปก็ตาม แต่ต้องมีส่วนประกอบพื้นฐาน บางอย่างเหมือนๆ กัน ได้แก่

1.   เยื่อหุ้มเซลล์ (plasma membrane หรือ cell membrane) เป็นส่วนที่ห่อหุ้ม ของเหลวที่อยู่ภายใน โดยทั่วไปเยื่อหุ้มเซลล์ มีคุณสมบัติเป็นเยื่อเลือกผ่าน (semipermeable membrane) ซึ่งยอมให้สารบางชนิด แพร่ผ่านเข้าออกได้

2.   ของเหลวภายในเซลล์ ได้แก่ ส่วนที่เรียกว่า โปรโตปลาสซึม ของเหลวนี้ มีส่วนประกอบสำคัญอยู่ 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ ส่วนของนิวเคลียส และส่วนที่อยู่รอบนิวเคลียส เรียกว่า ไซโตรพลาสซึม ซึ่งแบ่งเป็น ส่วนที่มีชีวิต (organell) ส่วนที่ไม่มีชีวิต (inclusion) เซลล์ที่นำมาศึกษาโดยละเอียด ก็คือ เซลล์พืช และเซลล์สัตว์

เซลล์พืช

เซลล์สัตว์
 




 

นอกจากองค์ประกอบข้างต้นนี้ ในเซลล์สัตว์ยังมี เซลตริโอล และ ไรโบโซม อีกด้วย

เปรียบเทียบความแตกต่างระหว่างเซลล์พืช และเซลล์สัตว์

เซลล์พืช

เซลล์สัตว์

1. เซลล์พืชมีรูปร่างเป็นเหลี่ยม

1. เซลล์สัตว์มีรูปร่างกลม หรือรี

2. มีผนังเซลล์อยู่ด้านนอก

2. ไม่มีผนังเซลล์ แต่มีสารเคลือบเซลล์อยู่ด้านนอก

3. มีคลอโรพลาสต์ภายในเซลล์

3. ไม่มีคลอโรพลาสต์

4. ไม่มีเซนทริโอล

4. มีเซนทริโอลใช้ในการแบ่งเซลล์

5. แวคคิวโอลมีขนาดใหญ่ มองเห็นได้ชัดเจน

5. แวคคิวโอลมีขนาดเล็ก มองเห็นได้ไม่ชัดเจน

6. ไม่มีไลโซโซม

6. มีไลโซโซม

 

องค์ประกอบของเซลล์

1. ส่งนที่ทำหน้าที่ห่อหุ้มเซลล์

plasma membrane

เยื่อหุ้มเซลล์ เป็นเยื่อหุ้มที่อยู่ชิดกับผนังเซลล์ อาจจะมีลักษณะเรียบ (smooth) หรืออาจจะพับไปมา เพื่อขยายขนาด เยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์ เรียกว่า mesosomes มีหน้าที่ควบคุม การเข้าออกของน้ำ สารอาหาร และอิออนโลหะต่างๆ เป็นตัวแสดงขอบเขตของเซลล์ เซลล์ทุกชนิดต้องมีเยื่อหุ้มเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์เป็นเยื่อบางๆ ประกอบด้วนสารประกอบสองชนิด คือ ไขมันชนิดฟอสโฟลิปิด กับโปรตีน โดยมฟอสโฟลิปิดอยู่ตรงกลาง 2 ข้างเป็นโปรตีน โดยมีไขมันหนาประมาณ 35 อังสตรอม และโปรตีนข้างละ 20 อังสตรอม รวมทั้งหมดหนา 75 อังสตรอม ลักษณะที่แสดงส่วนประกอบ ของเยื่อหุ้มเซลล์นี้ ต้องส่องดู ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จึงจะเห็นได้ สารที่เป็นไลปิด หรือสารที่ละลายในไลปิด สามารถผ่านเข้าออก ได้ง่ายกว่าสารอื่นๆ นอกจากนี้ เยื่อหุ้มเซลล์ยังมีรูพรุน ที่ยอมให้สารโมเลกุลเล็ก ประมาณ 8 อังสตรอม รวมทั้งอิออนบางอย่าง ที่ละลายน้ำผ่านได้ดี สำหรับการจัดเรียงตัว ของเยื่อหุ้มเซลล์ มีอยู่หลายทฤษฎี ซึ่งในปัจจุบัน ก็ยังไม่สามารถ สรุปได้แน่นอน โดยมีทฤษฎีดังนี้

•  โครงสร้างเม็ดเลือดแดง ของกอร์เตอร์ และเกรนเดล ( Gorter and Grende )ในปี พ.ศ. 2468 ประกอบด้วย ชั้นของไขมันเรียงกัน 2 ชั้น

•  เยื่อหุ้มเซลล์ตามความเห็น ของแดเนียลและฮาร์วีย์ ( Daniell and Harvey) ในปี พ.ศ. 2478 ประกอบด้วยชั้นไขมัน และโปรตีน 2 ชั้น

•  เยื่อหุ้มเซลล์ตามทฤษฎี ของแดเนียลและดาฟสัน ( Daniell-Davson) ในปี พ.ศ. 2478 ประกอบด้วย ชั้นของไขมันเรียงกัน 2 แถว โดยด้านที่มีประจุหันออกด้านนอก ส่วนโปรตีนมีลักษณะ เป็นก้อนกลมหุ้ม ทั้งด้านบน และด้านล่างของชั้นไขมัน

•  พ.ศ. 2515 ซิงเกอร์และนิโคลสัน ( Singer and Nicholson) ได้เสนอโครงสร้างแบบฟลูอิดโมเสด ( Fluid mosaic model) ที่เป็นโครงสร้างของไขมัน เรียงตัวอยู่ 2 ชั้นห่างๆกัน และไม่อยู่กับที่ มีการเคลื่อนที่ไปมาได้ และมีโมเลกุลของโปรตีนอยู่ข้างๆ หรืออาจซ้อนอยู่ระหว่างโมเลกุลของไขมัน ซึ่งโครงสร้างในลักษณะนี้ มีความแตกต่าง จากโครงสร้างของแนวความคิดอื่นๆ ดังรูป

 

 

เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่ ห่อหุ้มส่วนที่อยู่ภายในทั้งหมด และเป็นเยื่อเลือกผ่าน (Semipermeable membrane หรือ differentially permeable membrane) ดังนั้นจึงทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนสาร ระหว่างเซลล์และสิ่งที่อยู่โดยรอบ รวมทั้งการกระจายประจุไฟฟ้า จนทำให้เกิด ความต่างศักย์ไฟฟ้าขึ้นได้ ระหว่างภายในเซลล์ และนอกเซลล์ สารเคลือบเซลล์ ( cell coat) โดยทั่วไป เซลล์จะมีสารเคลือบ เยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอก อีกชั้นหนึ่ง สารเหล่านี้ ไซโตปลาสซึมเป็นตัวสร้างขึ้นมา ในเซลล์สัตว์มีสารเคลือบ พวกไกลโคโปรตีน ( glycoprotein) คือ เป็นสารประกอบ ของคาร์โบไฮเดรตและโปรตีน สารเคลือบเซลล์ในเซลล์ แต่ละชนิดของสัตว์จะต่างกัน แต่สารเคลือบเซลล์ ทำหน้าที่อย่างเดียวกัน คือทำให้เซลล์เหล่านั้น รวมกลุ่มกันได้เป็นเนื้อเยื่อ อวัยวะ และระบบอวัยวะมากที่สุด บางครั้งเซลล์อาจผิดปกติ มีการแบ่งตัวเร็วเกินไป เพราะสารเคลือบเซลล์ผิดปกติ จนกลายเป็นมะเร็ง ซึ่งร่างกายควบคุมไม่ได้

ในพืชมีสารเคลือบต่างๆ เช่น ลิกนิน ( lignin) เซลลูโลส คิวติน ( cutin) ซูเบอริน (suberin) เพคติน ทำให้เกิดเป็นผนังเซลล์ที่ไร้ชีวิต อยู่ชั้นนอกของเยื่อหุ้มเซลล์ โดยมีเซลลูโลส เป็นแกนนำสำคัญ ของผนังเซลล์พืชทุกชนิด และมีสารอื่นๆ ปะปนอยู่

ผนังเซลล์ cell wall

 

ผนังเซลล์ เป็นเยื่อหนา หุ้มอยู่ชั้นนอก ของเยื่อหุ้มเซลลื ผนังเซลล์น ี้โปรโตปลาสซึมสร้างขึ้นมา เพื่อเพิ่มความแข็งแรง พบในแบคทีเรีย เห็ดรา สาหร่าย พืชชนิดต่างๆ ในแบคทีเรีย ผนังเซลล์มีโพลีแซคคาไรด์เป็นแกน และมีโปรตีน กับไขมันยึดเกาะ ชั้นที่ให้ความแข็งแรง และอยู่ชั้นในสุด เรียกว่า ชั้นมิวรีน หรือเปปติโดไกลแคน (murein หรือ peptidoglycan) เห็ดรา ผนังเซลล์เป็นพวกไคติน ( chitin) ซึ่งเป็นสารประกอบ ชนิดเดียวกันกับเปลือกกุ้ง บางครั้งอาจพบว่า มีเซลลูโลสปนอยู่ด้วย สาหร่าย ผนังเซลล์ประกอบด้วยเพคติน ( pectin) เป็นส่วนใหญ่ และมีเซลลูโลสประกอบอยู่ด้วย ในพืช ผนังเซลล์ ประกอบด้วย เซลลูโลส และสารประกอบเพคติก เช่น แคลเซียมเพคเตด เป็นต้น ผนังเซลล์พืชที่อยู่ติดๆ กัน ถึงแม้จะหนา และแข็งแรง แต่ก็มีช่องทางติดต่อกันได้ เป็นทางติดต่อของไซโตปลาสซึมทั้ง 2 เซลล์ ที่เรียกว่า พลาสโมเดสมาตา ( plasmodesmata)

พลาสโมเดสมาตา

เยื่อหุ้มนิวเคลียส nuclear envelope

โครงสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียส ( nuclear envelope)

2. ส่วนไซโตพลาสซึม 

เอนโดพลาสซึม endoplasmic reticulum

เอนโดพลาสมิก เรติคูลัม ( endoplasmic reticulum : ER) เป็นออร์แกเนล ที่มีผนังบาง 2 ชั้น มีความหนาน้อยกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ มีลักษณะ เป็นท่อขดพับไปมา เป็นออร์แกเนล ที่เกี่ยวข้องกับ การสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งไรโบโซม จะเกาะทางด้าน ไซโตซอลของเยื่อหุ้ม โปรตีนถูกสังเคราะห์ ข้ามเยื่อหุ้ม ของเอนโดพลาสมิก เรทิคิวลัม นอกจากจะเป็น ที่ให้ไรโบโซมเกาะอยู่แล้ว ยังทำหน้าท ี่สังเคราะห์สาร ( sterols) และ phospholipids เป็นสารที่จำเป็น ของทุกๆเยื่อหุ้ม เอนโดพลาสมิก เรทิคิวลัม ยังทำหน้าที่ ี่ขนถ่ายเอนไซม์ และโปรตีนโมเลกุล เรียกว่า การหลั่งสาร หรือกระบวนการขับสาร ออกนอกเซลล์ ( secetion) ประกอบด้วย โครงสร้างระบบท่อ ที่มีการเชื่อมประสานกัน ทั้งเซลล์ส่วนของท่อยังติดต่อ กับเยื่อหุ้มเซลล์ เยื่อหุ้มนิวเคลียส และกอลจิบอดีด้วย ภายในท่อมีของเหลวซึ่งเรียกว่า ไฮยาโลพลาซึม (hyaloplasm) บรรจุอยู่ และพบในยฝุคารีโอตเท่านั้น ER แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ

1. เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดขรุขระ (rough endoplasmic reticulum : RER) เป็นชนิดที่มี ไรโบโซมเกาะ

หน้าที่

•  การสังเคราะห์โปรตีน ของไรโบโซมที่เกาะอยู่ โดยมีกอลจิบอดี ( golgi body)

•  เป็นตัวสะสม หรือทำให้มีขนาดพอเหมาะ ที่ส่งออกนอกเซลล์

•  ลำเลียงสาร ซึ่งได้แก่ โปรตีน ที่สร้างได้ และสารอื่นๆ เช่น ลิพิดชนิดต่างๆ

ในเซลล์ที่เกิดใหม่ พบว่ามี RER มากกว่า SER แต่เมื่เซลล์มีอายุมากขึ้น พบว่า SER มากกว่า RER เชื่อกันว่า RER จะเปลี่ยนเป็น SER เมื่อเซลล์มีอายุมากขึ้น

2. เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดเรียบ (smooth endoplasmic reticulum : SER) เป็นชนิดที่ไม่มี ไรโบโซมเกาะ พบมากในเซลล ์ที่มีหน้าที่กำจัดสารพิษ และสร้างสารสเตอรอยด์ จึงพบในเซลล์ที่ต่อมหมวกไต เซลล์แทรกของเลย์ดิกในอัณฑะ เซลล์รังไข่ และในเซลล์ของตับ และยังทำหน้าที่ คือ ลำเลียงสารต่างๆ เช่น RNA ลิพิด โปรตีน เนื่องจากผนังของ ER ยอมให้สารประกอบโมเลกุลใหญ่บางชนิด รวมทั้ง ลิปิด เอนไซม์ และโปรตีนผ่านเข้าออกได้ จึงเป็นทางผ่านของสาร และเกลือแร่เข้าไปกระจายทั่วเซลล์ รวมทั้งสารต่างๆ ยังอาจสะสมไว้ใน ER อีกด้วย และการขับของเสีย ออกจากเซลล์ โดยผ่านทาง ER เรียกว่า เอกโซไซโทซิส ( exocytosis)

คลอโรพลาสต์  choroplasts

คลอโรพลาสต์ ( chloroplaast) เป็นพลาสติด ที่มีสีเขียว พบเฉพาะในเซลล์พืช และสาหร่าย เกือบทุกชนิด พลาสติคมีเยื่อหุ้มสองชั้น ภายในโครงสร้างพลาสติค จะมีเม็ดสี หรือรงควัตถุบรรจุอยู่ ถ้ามีเม็ดสีคลอโรฟิลล์ ( chlorophyll) เรียกว่า คลอโรพลาสต์ ถ้ามีเม็ดสีชนิดอื่นๆ เช่น แคโรทีนอยด์ เรียกว่า โครโมพลาส ถ้าพลาสติคนั้นไม่มีเม็ดสี เรียกว่า ลิวโคพลาสต์ ( leucoplast) ทำหน้าที่ เป็นแหล่งเก็บสะสมโปรตีน หรือเก็บสะสมแป้ง ที่เรียกว่า เม็ดสี ( starch grains) เรียกว่า amyloplast ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารคลอโรฟิลล์ ภายในคลอโรพลาสต ์ประกอบด้วย ส่วนที่เป็นของเหลว เรียกว่า สโตรมา ( stroma) มีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง กับการสังเคราะห์ด้วยแสง แบบที่ไม่ต้องใช้แสง ( dark reaction) มี DNA RNA และไรโบโซม และเอนไซม์อีกหลายชนิด ปะปนกันอยู่ ในของเหลวเป็นเยื่อลักษณะคล้ายเหรียญ ที่เรียงซ้อนกันอยู่ เรียกว่า กรานา (grana) ระหว่างกรานา จะมีเยื่อเมมเบรน เชื่อมให้กรานาติดต่อถึงกัน เรียกว่า อิกเตอร์กรานา ( intergrana) หน่วยย่อย ซึ่งเปรียบเสมือน เหรียญแต่ละอัน เรียกเหรียญแต่ละอันว่า กรานาลาเมลลา ( grana lamella) หรือ กรานาไทลาคอยด์ ( grana thylakoid) ไทลาคอยด์ในตั้งเดียวกัน ส่วนที่เชื่อมติดกัน เรียกว่า สโตรมา ไทลาคอยด์ (stroma thylakoid) ไม่มีทางติดต่อกันได้ แต่อาจติดกับไทลาคอยด์ในตั้งอื่น หรือกรานาอื่นได้ ทั้งกรานา และอินเตอร์กรานา เป็นที่อยู่ของคลอโรฟิลล์ รงควัตถุอื่นๆ และพวกเอนไซม์ ที่เกี่ยวข้อง กับการสังเคราะห์ด้วยแสง แบบที่ต้องใช้แสง ( light reaction) บรรจุอยู่ หน้าที่สำคัญ ของคลอโรพลาส คือ การสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) โดยแสงสีแดง และแสงส