ชีววิทยา

32
แม้ว่าไอโซโทปของธาตุแต่ละชนิดจะมีจานวนนิวตรอนไม่เท่ากัน แต่ธาตุนั้นๆ ยังคงมี

คุณสมบตั เิ ดิมทุกประการ เนือ่ งจากคุณสมบตั ขิ องธาตุถูกกาหนดดว้ ยจานวนโปรตอนทอ่ี ยู่ในนวิ เคลียสของ
อะตอม ซึ่งมีการทดลองโดยใช้ 12C และ 14C ในสิ่งมีชีวิตเป็นวัตถุดิบที่ใช้ในกระบวนการเจริญเติบโต
พบวา่ ส่ิงมีชีวิตสามารถดารงชีวิตได้ตามปกติ ต่อมานักวิทยาศาสตร์จึงใช้ธาตุกัมมันตรังสีเป็นตัวติดตาม
(tracer) เม่ือเซลล์ของสิ่งมีชีวิตนาธาตุกัมมันตรังสีเข้าสู่เซลล์ก็จะมีการปล่อยพลังงานออกมา
นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถติดตามการเคลื่อนท่ีและตาแหน่งของเซลล์น้ัน ๆ ได้ ตัวอย่างเช่น เมลวิน
คาลวิน (Melvin Calvin) ใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ท่ีมี 14C ผสมอยู่ ในการติดตามรูปแบบและข้ันตอน
การสังเคราะหแ์ สงของพืช ทาใหท้ ราบว่าก๊าซคารบ์ อนไดออกไซด์ถูกเปล่ยี นไปเป็นสารตัวกลางชนดิ ใดบ้าง
กอ่ นจะเป็นแป้งและนา้ ตาลในตอนท้ายสดุ

นอกจากนใี้ นทางการแพทย์ไดม้ ีการประยุกต์ใช้ธาตุกัมมันตรังสีกับเคร่ืองมือท่ีช่ือว่า PET
(Positron-Emission Tomography) ซง่ึ เปน็ เครอ่ื งมือทใี่ ช้รว่ มกับธาตกุ มั มันตรังสีในการสร้างภาพแสดง
ใหเ้ หน็ ตาแหนง่ ของเนอ้ื เยื่อในร่างกายมนษุ ย์ หลักการคือแพทย์จะใชน้ า้ ตาลหรอื กลโู คสทม่ี ีธาตุกมั มนั ตรงั สี
เป็นสว่ นประกอบฉีดเขา้ สู่เสน้ เลอื ดของผู้ป่วย ซ่ึงเซลล์ของอวัยวะต่าง ๆ จะมีการนาน้าตาลกลูโคสเข้าสู่
เซลล์ในอัตราท่ีแตกต่างกัน ผู้ป่วยจะถูกนาตัวเข้าไปในเคร่ืองตรวจ (PET) โดยเครื่องจะตรวจและ
คานวณหาปรมิ าณรังสีท่ีปล่อยออกมาจากเน้ือเย่ือหรืออวัยวะส่วนต่างๆ แล้วนาข้อมูลมาสร้างเป็นภาพ
แพทยจ์ ึงสามารถวเิ คราะหค์ วามผิดปกตใิ นการทางานของเนอ้ื เยอ่ื หรอื อวยั วะตา่ งๆ ในร่างกายได้

อิเลก็ ตรอนท่ีโคจรอยู่รอบนิวเคลียสมีมวลน้อยและมีวงโคจรจากัด เน่ืองจากมีแรงดึงดูด
ของประจุบวกจากโปรตอน อิเล็กตรอนที่โคจรอยู่ในวงรัศมีที่ใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุดจะถูกดึงดูดมาก
ที่สุด ส่วนอิเล็กตรอนที่โคจรอยู่ไกลออกไปจะมีแรงดึงดูดจากนิวเคลียสน้อยลง ดังนั้นอิเล็กตรอนที่อยู่
ช้นั นอกจะถูกอะตอมอืน่ ดงึ ไปใชท้ าใหเ้ กิดปฏิกิริยาทางเคมีได้ง่าย

2.1.2 พนั ธะเคมีระหวา่ งอะตอม
โดยปกตอิ ะตอมของธาตุจะมีจานวนอิเล็กตรอนเท่ากับจานวนโปรตอน อะตอมของธาตุ

แตล่ ะชนดิ จะมีอเิ ลก็ ตรอนซึ่งโคจรรอบนิวเคลียส และมรี ะดับชัน้ ออร์บิทอลส์ (orbitals) ต้ังแต่ช้ันที่ 1 ถึง
ชั้นที่ 7 โดยแต่ละชัน้ จะมีจานวนอนภุ าคอิเล็กตรอนที่แตกต่างกัน กล่าวคือชั้นท่ี 1 สามารถมีอิเล็กตรอน
ได้มากทีส่ ุด 2 อนภุ าค ชน้ั ที่ 2 มไี ด้ 8 อนภุ าค ชนั้ ท่ี 3 มีได้ 18 อนภุ าค ส่วนช้ันอ่ืนๆ มีจานวนอิเล็กตรอน
แตกต่างกนั ไปตามชนิดของธาตุ อิเล็กตรอนทีอ่ ยไู่ กลจากนิวเคลยี สออกไปในแตล่ ะชั้นจะมพี ลงั งานมากข้ึน
และอิเลก็ ตรอนช้ันนอกสดุ จะมพี ลงั งานมากท่สี ดุ ดังน้นั ธาตแุ ต่ละชนิดจึงใช้อเิ ลก็ ตรอนวงนอกสดุ ในการรบั
การให้ และการใชอ้ เิ ลก็ ตรอนร่วมกัน ซงึ่ ทาให้เกิดพันธะทางเคมี (chemical bonding) ระหว่างอะตอม
ในอะตอมของธาตุบางชนดิ สามารถให้ และรบั อเิ ลก็ ตรอนได้อย่างง่าย ขณะที่ธาตุบางชนิดไม่ยอมท่ีจะให้
หรือรบั อิเลก็ ตรอนเนอ่ื งจากอะตอมมคี วามเสถียรมาก ตัวอย่างเช่น กา๊ ซเฉือ่ ย (มีอเิ ล็กตรอนวงนอกสดุ ครบ
8 อิเล็กตรอน ทาให้อะตอมมีความเสถียร) ได้แก่ ฮีเลียม (Helium) นีออน (Neon) อาร์กอน (Argon)
ครปิ ทอน (Krypton) ซนี อน (Xenon) เรดอน (Radon)

ดงั นน้ั อะตอมของธาตุท่ีพบได้บ่อยหรือพบมากในส่ิงมีชีวิตส่วนใหญ่จึงเป็นอะตอมหรือ
ธาตทุ ่มี กั มีการแลกเปลยี่ นอเิ ลก็ ตรอน กล่าวคือเป็นธาตุท่ีมีทว่ี ่างในระดบั ช้ันออร์บทิ อลส์ทอ่ี ยนู่ อกสดุ ทาให้
เกิดพันธะทางเคมกี ับอะตอมอ่นื ๆ ไดง้ า่ ย เชน่ ออกซเิ จน คารบ์ อน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และ
แคลเซียม เปน็ ต้น

33

2.1.3 พนั ธะเคมใี นสารชวี โมเลกุล
โมเลกุล หมายถงึ อะตอมสองอะตอมหรอื มากกวา่ ของธาตุชนดิ เดียวกันหรือต่างชนิดกัน

ที่เกิดพันธะเคมีร่วมกัน ซึ่งสามารถเขียนแทนโดยใช้ตัวอักษรและตัวเลข เช่น โมเลกุลของน้า ( H2O)
ประกอบดว้ ยไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซิเจน 1 อะตอม โมเลกุลของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)
ประกอบด้วยคาร์บอน 1 อะตอม และออกซิเจน 2 อะตอม โมเลกุลของน้าตาลกลูโคส (C6H12O6)
ประกอบด้วยคารบ์ อน 6 อะตอม ไฮโดรเจน 12 อะตอม และออกซเิ จน 6 อะตอม เปน็ ต้น

2.1.3.1 การเกิดพันธะไอออนิก
ธาตแุ ต่ละชนดิ จะมีจานวนโปรตอนที่มปี ระจุบวก และอเิ ล็กตรอนเป็นประจุลบ

ในจานวนเท่ากันทาให้ธาตุมีสภาพเปน็ กลางทางไฟฟา้ แตเ่ ม่ือธาตุนนั้ ๆ เกิดการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลย่อม
มอี ะตอมหน่ึงทาหน้าทใี่ หอ้ ิเลก็ ตรอนวงนอกสุดไป การสญู เสียอเิ ล็กตรอนวงนอกสุดทาให้อะตอมมีจานวน
โปรตอนมากกว่า ผลคอื ทาให้อะตอมนน้ั มีประจรุ วมเป็นบวก และอีกอะตอมหนึ่งทาหน้าที่รับอิเล็กตรอน
น้นั มา การรับอเิ ลก็ ตรอนมาเพิม่ ในวงนอกสุดทาให้อะตอมมีจานวนอเิ ล็กตรอนมากกว่าโปรตอน ผลคือทา
ใหอ้ ะตอมน้ันมปี ระจรุ วมเป็นลบ อะตอมของธาตทุ ่มี ปี ระจบุ วกหรอื ลบนี้เรียกว่า อิออน (ion)

ตัวอย่างเช่น อะตอมของคลอรีน ในสภาวะปกติจะมีอิเล็กตรอนวงนอกสุด 7
อนุภาค ซึง่ ขาดอิเลก็ ตรอนอกี 1 อนุภาค กจ็ ะทาให้อเิ ล็กตรอนวงนอกสุดครบ 8 อนภุ าค ซึ่งมีความเสถียร
ดงั นัน้ อะตอมคลอรนี จึงมีแนวโนม้ ที่จะรับอิเลก็ ตรอนจากอะตอมอน่ื มากกว่าทจ่ี ะให้ เมื่อได้รับอิเล็กตรอน
มาก็จะกลายเป็นอิออนของคลอรีน (Cl-) ซ่ึงเป็นประจุลบ ในทางตรงข้ามอะตอมของโซเดียมซึ่งมี
อเิ ล็กตรอนวงนอกสดุ 1 อนภุ าค จึงมีแนวโนม้ ทจ่ี ะใหอ้ เิ ลก็ ตรอนกับอะตอมอื่นไป เพอ่ื ลดระดับชนั้ พลงั งาน
ลงมาซ่ึงจะมีความเสถียรแล้วกลายเป็นอิออนของโซเดียม (Na+) ซ่ึงมีประจุบวก เมื่ออิออนของธาตุท่ีมี
ประจุบวกอยู่ใกล้กบั อิออนของธาตทุ ม่ี ปี ระจลุ บจะเกิดแรงดึงดดู ระหวา่ งกัน ทาให้เกิดพันธะเคมีท่ีเรียกว่า
พันธะไอออนกิ (ionic bond) ในทน่ี เ้ี ม่ืออิออนของโซเดียมกับอิออนของคลอรีนรวมตัวกันจะได้โมเลกุล
โซเดียมคลอไรด์ (NaCl) หรือเกลือแกง (ภาพที่ 2.2)

อะตอมโซเดยี มใหอ้ ิเล็กตรอน ทง้ั สองธาตเุ สถียรเพราะมี
กบั อะตอมของคลอรีน อเิ ลก็ ตรอนวงนอกสดุ ครบ 8

ภาพที่ 2.2 การเกดิ พนั ธะไอออนนกิ โดยการให้และการรบั อเิ ลก็ ตรอนของอะตอมโซเดียมและคลอรีน
ท่ีมา: ดัดแปลงจาก Campbell และคณะ (2008) หน้า 39

34
2.1.3.2 การเกิดพนั ธะโควาเลนซ์
พันธะโควาเลนซ์เป็นพันธะท่ีเกิดจากการท่ีอะตอมของธาตุท่ีต้องการท่ีจะรับ

อเิ ลก็ ตรอนอย่างเดยี วกันซง่ึ ไมต่ อ้ งการเสยี อิเลก็ ตรอนมาอยใู่ กลช้ ิดกัน ดงั นนั้ เมอ่ื ไมม่ ีฝา่ ยใดให้อิเล็กตรอน
จงึ มกี ารใชอ้ ิเล็กตรอนวงนอกสดุ ร่วมกนั แทน ทาใหเ้ กิดแรงดงึ ดูดระหวา่ งอะตอมขนึ้ เกิดเป็นโมเลกุลเรยี กวา่
พันธะโควาเลนซ์ (covalent bond) การเขียนสูตรโครงสร้าง (structural formula) ทางเคมีจึงมีความ
จาเป็นเพอ่ื ให้เขา้ ใจการจดั เรียงตวั และรูปแบบของการเกดิ พนั ธะระหว่างอะตอมได้ ตวั อย่างเช่น โมเลกุล
ของกา๊ ซไฮโดรเจน (H2) ซ่งึ มีการใช้อิเลก็ ตรอนรว่ มกัน 1 คู่ สามารถเขยี นแทนดว้ ย H H โมเลกุลของกา๊ ซ
ออกซิเจน (O2) ซ่งึ มีการใชอ้ ิเลก็ ตรอนรว่ มกัน 2 คู่ สามารถเขยี นแทนด้วย O O สว่ นก๊าซไนโตรเจน (N2)
มีการใช้อิเลก็ ตรอนร่วมกัน 3 คู่ เขยี นแทนดว้ ย N N เป็นต้น

สาหรบั โมเลกลุ ทีย่ ึดกันดว้ ยพนั ธะโควาเลนซ์ถา้ เปน็ โมเลกลุ ที่เป็นธาตุตัวเดยี วกนั
จะสามารถดึงดูดอิเลก็ ตรอนได้เทา่ กนั จะทาให้ทั้งสองด้านของโมเลกลุ เป็นกลาง เรียกว่า โมเลกลุ ที่ไม่มขี ว้ั
(nonpolar molecule) เชน่ โมเลกลุ ของไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน เป็นต้น แต่สาหรับธาตุที่
เป็นคนละชนดิ กันแลว้ มกี ารใช้อเิ ล็กตรอนร่วมกนั หรือเกิดเปน็ พันธะโควาเลนซ์ ธาตุใดธาตุหนึ่งในโมเลกุล
อาจมีความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนเข้ามาหาได้มากกว่า ทาให้ด้านของธาตุนั้นมีประจุที่เป็นลบ
อ่อน ๆ ส่วนธาตทุ ม่ี คี วามสามารถดงึ ดูดน้อยกวา่ จะกลายเป็นด้านท่ีมีประจุบวกอ่อนๆ เรียกว่า โมเลกุลมี
ขั้ว (polar molecule) ตัวอยา่ งเช่น โมเลกลุ ของน้า (H2O) ซึ่งออกซิเจนมีอิเล็กตรอนวงนอกสุดมากกว่า
ไฮโดรเจน จะสามารถดงึ ดดู อะตอมของไฮโดรเจนเข้ามาหา ทาใหเ้ กดิ เป็นประจลุ บอ่อน ๆ ทางดา้ นอะตอม
ของออกซิเจน และเป็นประจุบวกอ่อนๆ ทางด้านอะตอมของไฮโดรเจน ดังน้ันโมเลกุลของน้าจึงเป็น
โมเลกุลมขี ั้ว (ภาพที่ 2.3)

โมเลกลุ ไฮโดรเจนถูกออกซเิ จนดงึ เข้ามา เนื่องจาก
ออกซเิ จนมอี ิเล็กตรอนท่ีเป็นประจลุ บมากกวา่

เป็นผลใหด้ า้ นออกซิเจนมปี ระจุ
ลบและด้านไฮโดรเจนมีประจุ
บวกทาให้โมเลกลุ ของนา้ มีข้ัว

ภาพที่ 2.3 โมเลกุลของน้า (H2O) เป็นโมเลกลุ มขี วั้ เกดิ จากพันธะโควาเลนซ์ ของอะตอมออกซิเจน
1 โมเลกลุ และไฮโดรเจน 2 โมเลกลุ

ที่มา: ดัดแปลงจาก Campbell และคณะ (2008) หนา้ 39

35

2.1.3.3 พันธะไฮโดรเจน
เปน็ พนั ธะที่อะตอมไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึง่ ใช้อิเลก็ ตรอนร่วมกบั ธาตโุ มเลกุล

อื่น ซ่ึงส่วนใหญ่พันธะไฮโดรเจนมักเป็นพันธะระหว่างอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจน
ไนโตรเจน และฟลูออรนี เนื่องจากไฮโดรเจนมีแรงดงึ ดดู ในโมเลกลุ ต่า ดา้ นไฮโดรเจนจึงมีความเป็นประจุ
บวกอ่อนๆ ทาให้สามารถดงึ ดูดกับประจุลบของโมเลกุลอน่ื ไดแ้ ละเกดิ เป็นพนั ธะไฮโดรเจน

อยา่ งไรกต็ ามพนั ธะไฮโดรเจนสามารถสลายได้งา่ ย แต่ภายในสิ่งมีชีวิตพันธะน้ีมี
ความสาคญั ต่อโครงสร้างและหน้าทข่ี องสารประกอบท่อี ย่ใู นร่างกาย โดยเฉพาะพันธะไฮโดรเจนระหว่าง
โมเลกลุ ของนา้ และสารชีวโมเลกุลอื่น ๆ ที่มีขนาดใหญ่หรือมีลักษณะเป็นสายยาวที่เช่ือมกันด้วยพันธะ
ไฮโดรเจน สามารถเกดิ การมว้ นตวั เกิดเปน็ โครงสรา้ งและรปู ร่างทเี่ หมาะสมกบั หน้าท่ขี องสารเหล่านน้ั อกี
ทงั้ ยงั พบพันธะไฮโดรเจนระหวา่ งสายโพลีนิวคลโี อไทด์ (polynucleotide) ซ่งึ เป็นสารพนั ธกุ รรมอกี ด้วย

2.2 นา้ และชวี ิต

นอกจากน้าจะมีคุณสมบัติเป็นตัวทาละลายท่ีดีแล้ว น้าถือเป็นองค์ประกอบที่สาคัญมากท่ีสุด
สาหรับส่ิงมีชีวิตทุกชนิดที่อาศัยอยู่บนโลกใบนี้ เพราะเซลล์ของส่ิงมีชีวิตมีน้าเป็นองค์ประกอบ แล ะ
เก่ียวข้องกบั ปฏิกิริยาเคมตี า่ งๆ ภายในเซลล์

2.2.1 คุณสมบัติทวั่ ไปของนา้
นา้ เปน็ โมเลกลุ มขี วั้ ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอมเกิดพันธะโควาเลนซ์กบั ออกซิเจน 1

อะตอม มีความเป็นกลางทางไฟฟ้า จากคุณสมบัตินี้ทาให้น้าเป็นตัวทาละลายสารประกอบต่างๆ เช่น
เกลือ น้าตาล แอลกอฮอล์ และสารท่ีมีขั้วอ่ืนๆ ได้อีกมากมาย ดังน้ันสารประกอบใดท่ีมีข้ัวจึงสามารถ
ละลายในน้าได้เช่นกัน หรืออาจกล่าวได้ว่าเป็นสารท่ีเป็นโมเลกุลชอบน้า (hydrophilic) ในขณะท่ี
สารประกอบที่ไม่มีข้วั เช่น นา้ มนั ขผ้ี ้ึง จะไม่สามารถละลายไดใ้ นนา้ หรอื ไมช่ อบนา้ (hydrophobic) เม่ือ
นาน้ามันมาผสมกับนา้ จะพบวา่ มกี ารแยกชน้ั ของน้าและน้ามนั อยา่ งชัดเจน

น้าสามารถเปลย่ี นสถานะจากของเหลวให้กลายเป็นของแข็งได้ ในสภาวะท่อี ณุ หภูมติ ่ากว่า
0 องศาเซลเซยี ส โมเลกลุ ของนา้ ทกุ โมเลกุลจะทาพนั ธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลอ่ืนอีก 4 โมเลกุล ไปเร่ือยๆ
(ภาพท่ี 2.4) แต่ในสภาวะที่เปน็ น้าแขง็ โมเลกลุ ของนา้ จะมีความห่างของโมเลกุลมากกว่าในสถานะท่ีเป็น
ของเหลว จึงมีความหนาแน่นน้อยลงทาให้น้าแข็งน้ันสามารถลอยบนผิวน้าได้ และท่ีอุณหภูมิ 100
องศาเซลเซียส นา้ สามารถเปลย่ี นสถานะจากของเหลวกลายเปน็ ไอไดซ้ ่งึ มคี วามห่างของโมเลกุลมากท่สี ุด

36

ภาพท่ี 2.4 โมเลกุลของนา้ ทาพันธะไฮโดรเจนกับน้าโมเลกลุ อืน่ ๆ
ทม่ี า: Reece และคณะ (2011) หนา้ 47

2.2.2 ความสา้ คัญของนา้ ตอ่ สง่ิ มีชวี ิต
น้ามคี วามสาคญั ต่อสิง่ มีชวี ิตทุกชนิดท้งั บนบก แหล่งน้า ทะเล และมหาสมุทร หรือแม้จะ

เป็นเพยี งเซลล์หน่ึงเซลล์ ซง่ึ สามารถสรุปไดด้ งั นี้ คือ
2.2.2.1 ชว่ ยรักษาใหเ้ ซลล์คงรปู ร่างอยไู่ ด้ โดยช่วยรกั ษาแรงดนั ออสโมตกิ (osmotic) ของ

เซลล์ เนื่องจากน้าเปน็ ของเหลวที่มแี รงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่ดีกว่าสารประกอบเคมีชนิดอ่ืนๆ ท่ีมี
น้าหนักโมเลกลุ ใกลเ้ คยี งกันแตม่ ีสภาพเปน็ กา๊ ซ เช่น แอมโมเนีย (17) มีเทน (16) คารบ์ อนไดออกไซด์ (44)

2.2.2.2 น้ามีจดุ เยอื กแขง็ ต่า ทาใหไ้ ม่เป็นอันตรายต่อเซลล์ เพราะการเปล่ียนสถานะของ
นา้ จากของเหลวกลายเป็นของแขง็ จะเกดิ การขยายตวั ซึ่งจะทาให้เซลล์แตกได้ เช่น ถ้านาผักไปแช่ในช่อง
แช่แข็งผกั จะเหยี่ วเนื่องจากเซลลแ์ ตก

2.2.2.3 เน่อื งจากน้ามจี ุดเดือด 100 องศาเซลเซียส และมคี วามรอ้ นแฝงของการกลายเป็น
ไอสูงประมาณ 539 แคลอรีตอ่ กรมั ดงั นน้ั เม่ือมกี ารระเหยของน้าในรูปของเหงื่อจึงเป็นการลดความร้อน
หรอื ระบายความร้อนของสัตว์ หรอื เม่ืออากาศรอ้ นพืชจะมกี ารคายน้ามากเพื่อเป็นการลดความร้อนในอีก
ทางหนง่ึ

2.2.2.4 น้ามีค่าความร้อนจาเพาะสูงดงั นน้ั จงึ สามารถดดู พลังงานความร้อนไว้ได้มาก และ
ถ่ายเทไปยังโมเลกุลข้างเคียงได้ดี ทาให้อุณหภูมิของน้าไม่เพ่ิมสูงฉับพลัน กระบวนการเมทาบอลิซึมใน
เซลลจ์ งึ คงท่ี ซ่งึ เป็นประโยชนต์ อ่ การดารงชวี ิตของสงิ่ มชี ีวิต

2.2.2.5 แรงยึดเหนยี่ วระหวา่ งโมเลกุลของนา้ สามารถยึดเหนี่ยวกับโมเลกุลของสารอนิ ทรยี ์
อ่ืนได้ดี เช่น แป้ง โปรตีน หรือเซลลูโลส จึงเป็นผลดีต่อการลาเลียงสารอาหารต่างๆ ไปตามร่างกาย
นอกจากน้แี รงยึดระหวา่ งโมเลกลุ ของน้าเองสามารถทาให้นา้ ไหลได้อย่างต่อเนื่องในท่อขนาดเล็ก ซ่ึงเป็น
ประโยชนต์ ่อการไหลเวยี นของเลอื ดในสงิ่ มีชีวิต และการลาเลียงของน้าในท่อลาเลียงของพืชไปตามลาต้น
โดยไมข่ าดตอน (ภาพที่ 2.5)

37
2.2.2.6 นา้ สามารถดูดพลังงานแสงทม่ี ีความยาวคลน่ื มาก เช่น รังสีอินฟราเรด (infrared)
ท่ีมคี วามรอ้ นสูงได้ดี ดังนัน้ รังสที ี่ผ่านมาสู่ชัน้ บรรยากาศของโลกจงึ ถูกดูดซับไว้ท้ังจากไอน้าในอากาศและ
ในแหล่งนา้ ตา่ งๆ ทาให้อณุ หภูมขิ องโลกไมร่ ้อนจนเกินไป ทาให้เหมาะสมตอ่ การดารงชีวิตของสิ่งมชี วี ิต

ภาพท่ี 2.5 การลาเลยี งน้าในท่อขนาดเล็กของพืชอาศยั แรงยึดเหนี่ยวของโมเลกลุ น้า
ท่ีมา: Reece และคณะ (2011) หน้า 47

2.2.3 สภาพความเป็นกรดและด่างต่อส่ิงมชี วี ิต
สภาพความเป็นกรดและดา่ ง (เบส) ของสารละลายสามารถวัดได้ในรูปของค่าพีเอช (pH)

ในสภาวะใดๆ น้ันน้าจะมีการแตกตวั เป็นอิออนสองชนดิ คอื ไฮโดรเจนออิ อน (H+) และไฮดรอกไซด์อิออน
(OH-) ซ่ึงความเป็นกรดหรือเบสขึ้นอยู่กับปริมาณไฮโดรเจนไอออนท่ีอยู่ในสารละลาย กล่าวคือถ้า
สารละลายมีปริมาณไฮโดรเจนอิออนมากก็จะมีความเป็นกรดมาก ตรงกันข้ามถ้าสารละลายมีปริมาณ
ไฮโดรเจนออิ อนน้อยกจ็ ะมคี วามเป็นเบส ค่าพีเอชมีค่าต้ังแต่ 0 (มีความเป็นกรดสูง) ถึง 14 (มีความเป็น
กรดต่า หรอื เปน็ เบสสงู ) สารละลายที่เป็นกลางจะมีค่าพีเอชเท่ากับ 7 ตัวอย่างเช่น น้า เลือด และน้าตา
มีค่าพีเอชเท่ากับ 7 น้าทะเลและสภาพในลาไส้เล็กมีค่าพีเอชประมาณ 8 ผงซักฟอกต่างๆ มีค่าพีเอช
ประมาณ 13-14 สว่ นนา้ มะนาวและกรดในกระเพาะอาหารมคี ่าพเี อชเทา่ กบั 2 เป็นตน้ (ภาพที่ 2.6)

38

ภาพท่ี 2.6 ค่าความเป็นกรด-ดา่ งของสารละลาย
ทม่ี า: Reece และคณะ (2011) หนา้ 54

โดยท่วั ไปภายในร่างกายของส่ิงมีชวี ิตปฏิกริ ิยาเคมีต่าง ๆ จะเกิดได้ดีในช่วงพีเอชประมาณ
7 (7.3-7.5) ยกเวน้ ในกระเพาะอาหารของสัตวห์ ลายชนิดรวมทง้ั คน ซ่ึงมีเอนไซม์ท่ีทางานได้ดีที่ช่วงพีเอช
ต่าประมาณ 2-3 นอกจากน้กี รดและเบสยังสามารถจาแนกเป็นกรดอ่อนกรดแก่ และเบสอ่อนเบสแก่ เช่น
กรดคาร์บอนิก (H2CO3) เป็นกรดที่ให้ไฮโดรเจนอิออนน้อยเมื่อแตกตัวในน้าจึงเป็นกรดอ่อน ในขณะท่ี
ไฮโดรคลอริก (HCl) แตกตัวให้ไฮโดรเจนอิออนทันทีเมื่อละลายน้าจึงเป็นกรดแก่ ซ่ึงพบได้ในกระเพาะ
อาหาร อย่างไรกต็ ามในส่งิ มีชวี ติ กรดทม่ี ากเกินในกระเพาะอาหารอาจเปน็ อันตรายต่อผนังกระเพาะอาหาร
ดงั น้ันคนเราจงึ กนิ ยาลดกรดท่ีมีตัวยาให้ไฮดรอกไซด์อิออน ซ่งึ จะไปรวมกบั ไฮโดรเจนออิ อนกลายเป็นนา้ ซง่ึ
ช่วยใหล้ ดความเปน็ กรดลงได้

ในชวี ติ ประจาวนั ของคนเราใช้สารเคมหี ลายอยา่ ง เช่น แอมโมเนยี น้ายาซักลา้ ง ผงซกั ฟอก
เป็นตน้ ซงึ่ อาจเป็นกรดหรือเบสและถา้ มกี ารกาจัดทผ่ี ดิ วธิ ีอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้ นอกจากนี้
การเผาไหมห้ รือใชป้ ๋ยุ เคมีทม่ี ีไนโตรเจนเป็นองคป์ ระกอบในปรมิ าณสงู อาจทาให้เกดิ ภาวะฝนกรดซง่ึ ส่งผล
ต่อสง่ิ แวดล้อมท่เี ปน็ ท่ีอยูข่ องสิ่งมีชวี ติ ได้

เนื่องจากการเปล่ียนแปลงพีเอชอย่างรวดเร็วมีผลต่อกระบวนการทางานของเอนไซม์
ตวั รับสัญญาณ (receptors) ตา่ ง ๆ ของเซลล์ ดงั น้ันภายในร่างกายของส่ิงมีชีวิตชั้นสูงจึงมีระบบควบคุม
ไม่ให้พีเอชภายในร่างกายเปล่ียนแปลงไปอย่างรวดเร็วเรียกว่า “ระบบบัฟเฟอร์ (buffer system)” ซ่ึง
ประกอบดว้ ยกรดออ่ นหรอื เบสออ่ น ตวั อยา่ งเช่น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซดซ์ ง่ึ เป็นของเสยี จากกระบวนการ

39

เมทาบอลซิ มึ เมื่อรวมตวั กับนา้ จะทาให้เกดิ กรด ทาใหเ้ ลือดมีสภาวะเป็นกรด ในเลือดจึงมีระบบบัฟเฟอร์
ประกอบด้วยกรดคาร์บอนิกและไบคาร์บอเนตอิออน เม่ือค่าพีเอชเพิ่มข้ึน (เป็นด่าง) กรดคาร์บอนิกจะ
กาจดั ไฮดรอกไซด์ออิ อนสว่ นเกิน โดยแตกตวั ใหไ้ ฮโดรเจนอิออนมารวมกับไฮดรอกไซด์อิออนกลายเป็นน้า
ดังสมการขา้ งลา่ งน้ี

H2CO3 (แตกตวั ให้ HCO3- + H+) + OH- HCO3- + H2O

ตรงกันขา้ มเมื่อเลือดมคี า่ พเี อชตา่ (เป็นกรด) ไบคาร์บอเนตอิออนจะรวมตัวกับไฮโดรเจน
ออิ อนทาให้เลือดมีสภาพเป็นกรดน้อยลงดังสมการข้างล่างน้ี

HCO3- + H+ H2CO3

แตอ่ ยา่ งไรกต็ ามระบบพเี อชในรา่ งกายสามารถควบคมุ ตอ่ การเปลี่ยนแปลงพีเอชได้ในช่วง
แคบๆ ระหว่าง 7.3-7.5 ถ้าเลือดมีการเปล่ียนแปลงพีเอชต่าประมาณ 7 ระบบบัฟเฟอร์จะไม่สามารถ
ควบคุมได้ และทาใหเ้ กิดอาการโคมา (coma) ผลคือหมดสติ แต่ถ้าพีเอชสูงประมาณ 7.8 ผลคือจะทาให้
เกดิ อาการเกร็งของกล้ามเนอื้ ซง่ึ อาจถงึ แก่ชีวติ ได้
ส่วนเกลือน้ัน หมายถึง สารประกอบทล่ี ะลายนา้ แล้วแตกตัวให้อิออนอื่นที่ไม่ใช่ไฮโดรเจน
และไฮดรอกไซด์ โดยปกตเิ กลือเกดิ จากปฏกิ ริ ยิ าระหวา่ งกรดและเบส ซ่งึ เปน็ ปฏกิ ริ ยิ าท่ีสามารถผนั กลับได้
ดงั สมการ
HCl + NaOH NaCl + H2O (โซเดยี มคลอไรด์ในนา้ แตกตวั ให้ Na+ กบั Cl-)

อิออนหลายชนดิ ที่เกิดการแตกตัวจากเกลือทาหนา้ ทส่ี าคญั ในกระบวนการตา่ งๆ ของเซลล์
เชน่ อิออนของโซเดยี ม คลอไรด์ โพแทสเซยี ม และแคลเซยี ม เป็นตน้

2.3 สารชีวโมเลกลุ

สารชีวโมเลกลุ เปน็ สารประกอบอินทรียซ์ ง่ึ เปน็ องคป์ ระกอบของส่ิงมชี วี ติ ถกู สรา้ งข้ึนจากสิ่งมีชีวติ
ไดแ้ ก่ คารโ์ บไฮเดรต ไลพดิ โปรตีน และกรดนวิ คลอี ิก ซึ่งมคี วามสาคญั อยา่ งยง่ิ ต่อการดารงชวี ติ โครงสร้าง
ทางเคมขี องสารแตล่ ะชนดิ เปน็ ตัวกาหนดหนา้ ทข่ี องสารแต่ละกลุม่

2.3.1 โครงสร้างและหนา้ ท่ขี องสารชีวโมเลกลุ
สารชีวโมเลกุลสว่ นใหญป่ ระกอบดว้ ยธาตุคารบ์ อนและไฮโดรเจนอย่างน้อย 1 อะตอม ซึ่งมี

โครงสร้างและหน้าท่แี ตกต่างกนั ตามชนิดของหมฟู่ งั กช์ ัน (functional groups) (ตารางที่ 2.2) ซึง่ เปน็ กลุ่ม
ของอะตอมหรือโมเลกลุ ทเ่ี กดิ พนั ธะโควาเลนซ์กับคาร์บอนในสารประกอบอินทรีย์ คาร์บอนเป็นธาตุท่ีมี
ความสาคัญเน่ืองจากคาร์บอนแต่ละอะตอมสามารถเกิดพันธะโควาเลนซ์กับอะตอมของธาตุอ่ืนได้ถึง 4
พันธะ ทาให้โครงสร้างของสารประกอบค่อนข้างเสถียร สารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่จะมีคาร์บอน
เชอื่ มต่อกันเปน็ โครงร่างหลัก (backbone) ส่วนออกซิเจน ไฮโดรเจน และอะตอมของธาตุอื่นจะเข้ามา

40
เช่อื มกับคารบ์ อนทีเ่ ปน็ โครงรา่ งหลัก การมีหมฟู่ ังก์ชันทีแ่ ตกต่างกันในสารชวี โมเลกลุ ทาให้สารประกอบมี
คุณสมบตั แิ ละหน้าทีแ่ ตกตา่ งกันดว้ ย

ตัวอย่างเช่น สารประกอบไฮโดรคาร์บอน ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนและไฮโดรเจน
มีคุณสมบัติไม่ชอบน้า หรือไม่มีขั้ว ดังน้ันกรดไขมันที่เป็นองค์ประกอบของไลพิดซึ่งเป็นสารประกอบ
ไฮโดรคาร์บอนจึงไม่ละลายน้า ส่วนน้าตาลซ่ึงเป็นสารประกอบในกลุ่มแอลกอฮอล์ มีหมู่ฟังก์ชันคือหมู่
ไฮดรอกซลิ (__OH) ซ่งึ มขี ้ัว โมเลกลุ ของนา้ จงึ เกิดพันธะไฮโดรเจนกบั หมูฟ่ งั กช์ ันนท้ี าให้น้าตาลละลายน้าได้

ส่วนฮอร์โมนเพศท่ีจัดเป็นไลพิดในกลุ่มคลอเรสเทอรอล (cholesterol) ได้แก่ ฮอร์โมน
เทสโทสเทอโรน (testosterone) และอีสโทรเจน (estrogen) แม้ฮอร์โมนท้ัง 2 ชนิดจะมีหมู่ฟังก์ชันที่
แตกตา่ งกันเล็กน้อยแตก่ ลบั ทาใหส้ ิง่ มชี ีวติ แสดงออกในเพศทแ่ี ตกต่างกัน กล่าวคือสัตว์บางชนิดในวัยอ่อน
จะยังไมม่ กี ารกาหนดเปน็ เพศใด แตถ่ า้ ในรา่ งกายมปี ริมาณฮอร์โมนเพศผู้หรอื เทสโทสเทอโรนมากจะทาให้
ระบบสืบพนั ธ์ุเปน็ แบบเพศผู้ ตรงกนั ข้ามถา้ มฮี อร์โมนเพศเมียหรืออสี โทรเจนมากกจ็ ะทาให้ระบบสืบพันธุ์
เปลี่ยนแปลงเป็นแบบเพศเมีย

นอกจากนก้ี ารอธบิ ายหนา้ ที่ของเซลล์หรือส่ิงมีชีวิตสามารถใช้โครงสร้างของโมเลกุลของ
สารที่อยู่ภายในเซลล์ ตัวอย่างเช่น ไวรัสชนิดหนึ่งสามารถเข้าสู่เซลล์ของเจ้าบ้าน ( host) โดยเกาะกับ
โปรตีนจาเพาะท่อี ยบู่ นเยอ่ื หุ้มเซลล์ เนอื่ งจากโปรตนี ท่ีเย่ือหุม้ เซลลข์ องเจ้าบ้านน้ันมีรูปร่าง ร่องหรือส่วน
เว้าสว่ นโคง้ และตาแหน่งประจุ ท่ีสอดคล้องกับโปรตีนที่อยู่บนผิวของไวรัส ดังนั้นจะเห็นได้ว่าไวรัสบาง
ชนิดทเี่ ป็นอันตรายตอ่ สง่ิ มชี วี ติ ชนดิ หนงึ่ อาจไม่มผี ลหรือทาอนั ตรายใดเลยตอ่ สง่ิ มชี วี ติ ชนดิ อนื่ ๆ

2.3.2 คารโ์ บไฮเดรต
เป็นสารชีวโมเลกุลทม่ี ปี ริมาณมากทีส่ ุด โมเลกลุ ของคาร์โบไฮเดรตประกอบด้วยคาร์บอน

ไฮโดรเจน และออกซิเจนในอตั ราส่วน 1:2:1 คาร์โบไฮเดรตมีความสาคัญต่อเซลล์โดยเป็นโครงสร้างของ
เซลลแ์ ละเปน็ แหลง่ พลังงาน สามารถแบ่งออกเปน็ 3 กลมุ่ ดงั น้ีคอื โมโนแซกคาไรด์ (monosaccharide)
โอลิโกแซกคาไรด์ (oligosaccharide) และโพลแี ซกคาไรด์ (polysaccharide)

2.3.2.1 โมโนแซกคาไรด์
โมโนแซกคาไรด์ หมายถึง น้าตาลโมเลกุลเดี่ยวซ่ึงมีสูตรโมเลกุลทั่วไป คือ

(CH2O)n เมื่อ n คือจานวนคาร์บอนอะตอม โดยท่ัวไปพบว่ามีค่าต้ังแต่ 3 ข้ึนไป มีหมู่ __OH อย่างน้อย
2 หมู่ เชื่อมต่อกับโครงร่างคาร์บอน และมีหมู่อัลดีไฮด์หรือคีโตนหน่ึงหมู่ ซึ่งแบ่งได้เป็น 2 กลุ่มตามหมู่
ฟังก์ชันในโมเลกุล (ตารางที่ 2.3) ผลึกของโมโนแซกคาไรดท์ กุ ชนดิ มีลักษณะสีขาว ละลายน้าได้ และมีรส
หวาน น้าตาลโมเลกุลเด่ียวที่พบบ่อยจะมีจานวนคาร์บอน 5 หรือ 6 อะตอม เมื่อละลายน้าจะเกิดเป็น
โครงสรา้ งรปู วงแหวน เช่น น้าตาลไรโบส (ribose sugars) น้าตาลดีออกซีไรโบส (deoxyribose sugars)
ซึ่งเป็นองค์ประกอบของอาร์เอ็นเอและดีเอ็นเอตามลาดับ น้าตาลทั้งสองชนิดนี้ประกอบด้วยคาร์บอน
5 อะตอม สว่ นนา้ ตาลกลูโคสจะประกอบดว้ ยคารบ์ อน 6 อะตอม ซ่งึ มีความสาคญั คือ เป็นแหล่งพลังงาน
เป็นองค์ประกอบโครงสร้างของเซลล์ และเป็นสารต้ังต้นในการสร้างสารประกอบอินทรีย์ชนิดอ่ืน เช่น
วติ ามนิ ซี และกลเี ซอรอล เป็นต้น

41

ตารางที่ 2.2 หมู่ฟงั กช์ นั ท่ีสาคัญในสารชีวโมเลกลุ

ชื่อหมฟู่ งั ก์ชนั โครงสร้าง ชื่อสารประกอบ ตัวอยา่ ง คุณสมบตั ิ
ไฮดรอกซิล แอลกอฮอล์ เอทานอล มีขั้ว ละลายได้ในน้า
(Hydroxyl) อะซิโตน และเปน็ ตัวชว่ ยละลาย
น้าตาล
คีโตน พ บ ไ ด้ ใ น น้ า ต า ล
แบ่งเป็น น้าตาลคีโตส
คารบ์ อนิล และน้าตาลอลั โดส
(Carbonyl)
อลั ดไี ฮด์ โพรพานอล

คาร์บอกซิล กรดคาร์บอกซลิ กิ กรดอะซติ กิ มีขั้ว แตกตัวให้ H+
(Carboxyl) หรอื กรดอินทรยี ์ ไกลซนี ไอออน และคาร์บอก-
ซิเลตไอออนซ่ึงพบใน
อะมโิ น เอมนี เซลล์
(Amino) พบในเซลล์อยู่ในรูป
ของ NH3+

ซลั ไฟดริล ไทออล ซิสเทอนี ทาให้โปรตีนมีความ
(Sulfhydryl) กลีเซอรอล เ ส ถี ย ร โ ด ย เ กิ ด เ ป็ น
ฟอสเฟต โครงสรา้ งระดับ
ฟอสเฟต อินทรยี ์ฟอสเฟต ตติยภูมิ
(Phosphate) หมู่ฟอสเฟต
เกิดปฏิกริ ิยากับนา้ จะ
สามารถใหพ้ ลงั งานได้

เมทธิล เมทธลิ เลต 5 เมทธิล- การเติมหมู่เมทธิลท่ี
(Methyl) ซิสทดิ ีน ดี เ อ็ น เ อ มี ผ ล ต่ อ ก า ร
แสดงออกของยนี

ทม่ี า: ดัดแปลงจาก Reece และคณะ (2011) หนา้ 64-65

42
ตารางที่ 2.3 โครงสร้างของนา้ ตาลโมเลกลุ เดี่ยว

ทม่ี า: Campbell และคณะ (2008) หนา้ 70
2.3.2.2 โอลิโกแซกคาไรด์
หมายถึง น้าตาลโมเลกุลเดี่ยวต้ังแต่ 2 โมเลกุล (หน่วย) ข้ึนไปแต่ไม่เกิน 100

หนว่ ย ท่ีเช่ือมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนซ์ เช่น น้าตาลโมเลกุลคู่ (disaccharides) ได้แก่ น้าตาลซูโครส
(sucrose sugars) น้าตาลแลกโทส (lactose sugars) และน้าตาลมอลโทส (maltose sugars) เป็นต้น
น้าตาลซูโครสเปน็ นา้ ตาลที่พบในผลไม้จึงเป็นน้าตาลที่พบมากท่ีสุดในธรรมชาติ ประกอบด้วยโมโนเมอร์
(monomer) ของน้าตาลกลูโคสและฟรุกโทสท่ีเชื่อมกันด้วยพันธะไกลโคซิดิก (glycosidic bond) โดย
การดงึ นา้ (dehydration) ออกจากโครงสร้าง 1 โมเลกลุ (ภาพที่ 2.7) นา้ ตาลมอลโทสเปน็ นา้ ตาลท่ีพบได้
ในเมล็ดพันธพ์ุ ืช ประกอบด้วยนา้ ตาลกลโู คส 2 โมเลกลุ สว่ นน้าตาลแลกโทสเป็นน้าตาลท่ีพบได้ในน้านม
ประกอบด้วยน้าตาลกลูโคสและกาแลกโทส นอกจากนี้ยังพบว่าโปรตีนและไลพิดหลายชนิดมีสายของ
โอลโิ กแซกคาไรดเ์ กาะอยู่ ซ่ึงมีความสาคัญโดยเป็นตาแหน่งจดจา (recognition size) ของเซลล์ ระบบ
ภูมิคุ้มกัน (immune system) และยังเกี่ยวข้องกับการสื่อสารระหว่างเซลล์ (cells communication)
อกี ด้วย

43

กลูโคส กลโู คส มอลโทส

กลูโคส ฟรกุ โทส ซูโครส

ภาพที่ 2.7 โครงสรา้ งของนา้ ตาลโมเลกุลคู่ เช่น มอลโทส และซโู ครส
ทีม่ า: ดดั แปลงจาก Reece และคณะ (2011) หนา้ 71

2.3.2.3 โพลีแซกคาไรด์
เปน็ คารโ์ บไฮเดรตทีม่ ีโครงสร้างเปน็ สายยาวประกอบด้วยโมโนเมอร์ของน้าตาล

ต่างๆ มาตอ่ กนั กลายเป็นคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน ได้แก่ เซลลูโลส (cellulose) ซ่ึงเป็นองค์ประกอบของ
ผนงั เซลลพ์ ชื แป้ง (starch) ไกลโคเจน (glycogen) และไคตนิ (chitin) แมว้ ่าทัง้ ส่ีชนดิ ท่ีกล่าวมาจะมโี มโน
เมอรเ์ หมอื นกนั คือ กลโู คส แต่มคี ณุ สมบตั ิทแ่ี ตกตา่ งกัน เน่ืองจากลักษณะการเกิดพันธะของสารประกอบ
ทัง้ สามชนิดมคี วามแตกตา่ งกนั กล่าวคือ ในแป้ง กลูโคสจะเช่ือมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนซ์ในลักษณะท่ี
ทามุมเลก็ น้อย ทาให้สายของกลูโคสในแปง้ มลี ักษณะเป็นเกลียวมหี มู่ __OH ยื่นออกจากเกลียวในทุกด้าน
ทาให้แปง้ เกิดปฏิกริ ยิ ากับเอนไซม์บางชนดิ เท่าน้ัน ตัวอย่างเชน่ เม็ดแป้งทสี่ ะสมอยู่ในคลอโรพลาสต์ ได้แก่
อะไมโลส (amylose) และอะไมโลเพกติน (amylopectin) ซึ่งมีการแตกแขนงเลก็ น้อย (ภาพท่ี 2.8)

คลอโรพลาสต์ เม็ดแปง้

อะไมโลเพกตนิ

อะไมโลส

ภาพที่ 2.8 เม็ดแป้งทสี่ ะสมอยใู่ นคลอโรพลาสต์ ได้แก่ อะไมโลส และอะไมโลเพกติน
ท่มี า: ดดั แปลงจาก Reece และคณะ (2011) หนา้ 72

44

ในเซลลูโลส กลโู คสจะเชื่อมต่อกันเป็นสายของโพลีแซคคาไรด์ และมีการเชื่อม
กบั สายด้านขา้ งดว้ ยพนั ธะไฮโดรเจน จงึ มลี ักษณะเหมือนมัดเส้นใยทาให้เกิดความแข็งแรงและทนต่อการ
ยอ่ ยสลายของเอนไซม์ เสน้ ใยเซลลูโลสมีลักษณะเหนยี วและไม่ละลายน้า เซลล์ของพืชจึงมีความทนทาน
ต่อสภาพแวดลอ้ มตา่ งๆ ไดด้ ี เพราะมีเซลลูโลสเปน็ องค์ประกอบของผนังเซลล์ (ภาพท่ี 2.9)

ผนังเซลล์ มดั เส้นใย เส้นใย
เซลลโู ลส เซลลูโลส

พันธะไฮโดรเจน โมเลกุล
ระหว่างสาย เซลลูโลส
โมเลกลุ กลโู คส

ภาพที่ 2.9 โครงสร้างและการจดั เรยี งตัวของเซลลโู ลสทเ่ี ปน็ องคป์ ระกอบของผนังเซลลพ์ ชื
ท่ีมา: ดัดแปลงจาก Reece และคณะ (2011) หน้า 73

สาหรับไกลโคเจน กลูโคสจะเช่ือมต่อกันเป็นสายและเป็นเกลียวแต่มีการแตก
แขนงคลา้ ยรากตน้ ไม้ (ภาพท่ี 2.10) ซึ่งจะถกู เกบ็ สะสมไวใ้ นกลา้ มเนื้อและตบั เม่อื ระดับน้าตาลในเลอื ดตา่
เซลลต์ บั จะสลายไกลโคเจนและปล่อยกลโู คสสกู่ ระแสเลอื ด และในขณะท่อี อกกาลังกายในระยะเวลาสั้นๆ
กลา้ มเน้อื จะสามารถใชไ้ กลโคเจนเปน็ แหล่งพลงั งานได้

ไมโทคอนเดรยี เมด็ ไกลโคเจน

ไกลโคเจน

ภาพที่ 2.10 ไกลโคเจนทส่ี ะสมอย่ภู ายในเซลล์ตับมีโครงสรา้ งเป็นสายแบบเกลียวและแตกแขนง
ทม่ี า: ดัดแปลงจาก Reece และคณะ (2011) หนา้ 72

45
ส่วนไคติน โมเลกุลของกลูโคสจะมีหมู่ท่ีมีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบเช่ือมอยู่
ดว้ ย (ภาพท่ี 2.11 ก) อนพุ นั ธข์ องไคตินมีหน้าที่เสริมความแข็งแรงให้กับโครงกระดูกและส่วนของลาตัว
ใหก้ ับสัตว์หลายชนิด เช่น ไสเ้ ดือนดิน ปู แมลง (ภาพที่ 2.11 ข) แมงมุม หมัด เป็นต้น นอกจากนี้ยังเป็น
ส่วนท่ีเสรมิ ความแข็งแรงใหก้ ับผนังเซลล์ของเห็ดราอกี ด้วย ในทางการแพทย์มกี ารใช้ไคตินสังเคราะห์เป็น
เส้นด้าย หรือท่ีเรียกว่า ไหมละลาย (ภาพที่ 2.11 ค) ซึ่งใช้ในการเย็บแผลโดยไหมสามารถสลายได้เอง
หลงั จากทแี่ ผลหายสนิท

ก. ข. ค.
ภาพท่ี 2.11 โครงสร้างของไคตินซ่ึงมีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ (ก.) ไคตินท่ีพบในเปลือกแมลง (ข.)

และไคตนิ ท่ีสงั เคราะห์เปน็ ดา้ ยเย็บแผล (ค.)
ทมี่ า: Campbell และคณะ (2008) หนา้ 74

2.3.3 ไลพดิ
เป็นสารชีวโมเลกุลชนิดหนึ่งท่ีให้พลังงานมากกับร่างกาย เป็นองค์ประกอบของเย่ือหุ้ม

เซลล์ และเนื้อเยื่อในร่างกาย ไลพิดในกลุ่มไขมัน ฟอสโฟไลพิด (phospholipids) คลอเรสเทอรอล
และแวกซ์ (wax) หรือขผ้ี ้งึ มีโครงสรา้ งสว่ นหางทเี่ ปน็ กรดไขมนั (fatty acids) ส่วนสเทียรอยด์ (steroid)
มีโครงสร้างเป็นรูปวงแหวนท่มี ีคาร์บอน 5 ถึง 6 อะตอม จานวน 4 วงเชอื่ มตอ่ กัน

2.3.3.1 ไขมันและกรดไขมนั
ไขมันเป็นไลพิดชนิดหน่ึง โมเลกุลอาจประกอบด้วยกรดไขมัน 1, 2 หรือ 3

โมเลกลุ เช่อื มต่อกบั กลเี ซอรอล (clycerol) 1 โมเลกลุ ดว้ ยพันธะเอสเทอร์ (ester bond) โดยการดึงน้า
ออกจากโมเลกุล (ภาพท่ี 2.12) กรดไขมันเป็นโครงร่างของไฮโดรคาร์บอนโดยปกติมีจานวนคาร์บอน
16-18 อะตอม และมากที่สุดถึง 36 อะตอม ท่ีปลายข้างหนึ่งมีหมู่คาร์บอกซิลเชื่อมอยู่และมีไฮโดรเจน
เชื่อมกับคาร์บอนท้ังหมดหรือเกือบทั้งหมดในโครงร่าง กรดไขมันทาหน้าท่ีเป็นส่วนหางในโมเลกุลของ
ไขมนั แบ่งเปน็ 2 ชนิด คอื กรดไขมนั ไมอ่ ิม่ ตวั (unsaturated fatty acids) หมายถึง กรดไขมันทม่ี ีพันธะ
คใู่ นสายไฮโดรคาร์บอนต้ังแต่ 1 ตาแหนง่ ข้ึนไป เป็นกรดไขมันที่พบไดใ้ นน้ามันพชื มลี ักษณะเปน็ ของเหลว
ท่ีอุณหภูมิห้อง กรดไขมันอิ่มตัว (saturated fatty acids) หมายถึง กรดไขมันที่ไม่มีพันธะคู่ในสาย
ไฮโดรคารบ์ อนอยู่เลย เป็นกรดไขมนั ท่ีพบได้ในไขมนั ของสัตว์ มลี กั ษณะเปน็ ของแขง็ ที่อณุ หภูมิหอ้ ง

ไขมันมีลักษณะเป็นฉนวนความร้อนและมีสภาพเป็นกลาง เป็นสารประกอบใน
รา่ งกายทใี่ ห้พลงั งานมากทีส่ ดุ เมอ่ื เทยี บกบั คาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนหรือแป้งถึงสองเท่า ไขมันช่วยให้ความ
อบอ่นุ กบั รา่ งกาย และช่วยลดแรงกระแทกในสว่ นต่างๆ ของรา่ งกายอีกด้วย

46

พนั ธะเอสเทอร์

ดึงน้าออก กรดไขมัน

กลีเซอรอล โมโนกลีเซอไรด์ ไตรกลเี ซอไรด์
(monoglyceride) (triglyceride)

ภาพท่ี 2.12 โครงสรา้ งทางเคมขี องโมโนกลีเซอไรด์ และไตรกลีเซอไรด์
ทมี่ า: ดัดแปลงจาก Campbell และคณะ (2008) หน้า 75

2.3.3.2 ฟอสโฟไลพดิ
เป็นไลพิดท่ีพบมากเพราะเป็นองค์ประกอบของเย่ือหุ้มเซลล์ โครงสร้าง

ประกอบดว้ ยกลีเซอรอลเชื่อมกับกรดไขมัน 2 หมู่ ทาหนา้ ที่เป็นส่วนหาง และมีส่วนหัวเป็นหมู่ฟอสเฟตมี
คณุ สมบัติมีข้วั (ภาพที่ 2.13 ก) เยอ่ื ห้มุ เซลลม์ ีโครงสรา้ งเป็นฟอสโฟไลพิดสองช้ัน การเรียงตวั จงึ หนั ดา้ นหวั
ทช่ี อบน้าเข้าสภู่ ายในและภายนอกเซลล์ และหนั ดา้ นหางท่ไี มช่ อบน้ามาชนกัน (ภาพท่ี 2.13 ข)

ส่วนหัวชอบน้า ภายนอกเซลล์

กรดไขมัน

ก. ส่วนหางไม่ ภายในเซลล์
ชอบนา้
ข.

ภาพท่ี 2.13 โครงสร้างของฟอสโฟไลพิด 1 โมเลกลุ (ก.) และฟอสโฟไลพดิ เรยี งตัว 2 ชั้น (ข.)
ท่มี า: ดดั แปลงจาก Reece และคณะ (2011) หน้า 76-77

47
2.3.3.3 แวกซ์

เป็นกรดไขมันท่ีมีลักษณะโครงร่างเป็นโซ่ยาว เช่ือมต่อกับแอลกอฮอล์หรือวง
แหวนคาร์บอนทีเ่ ปน็ สายยาว ทาให้มีลกั ษณะแข็งและกันน้าได้ ท่ผี ิวของใบพชื บางชนิดจะมคี ิวติเคิลซ่งึ เป็น
สารประกอบจาพวกแวกซ์ เพอื่ ปอ้ งกันไม่ให้พืชสูญเสยี น้ามาก และปอ้ งกันไม่ให้ปรสิตเข้าไปทาลายเซลล์
นอกจากน้ีแวกซย์ งั ช่วยให้ผิวหนงั มคี วามยดื หย่นุ และทาใหเ้ สน้ ขนของสัตว์บางชนิดไม่เปียกน้า รังของผ้ึง
จึงไมเ่ ปยี กน้าเนือ่ งจากผึ้งสรา้ งรังดว้ ยขี้ผง้ึ เพ่อื เปน็ ที่อยู่ของตัวอ่อนและเกบ็ สะสมนา้ ผงึ้

2.3.3.4 สเทยี รอยด์
มีโครงสร้างแตกต่างจากไขมันท่ัวไป คือ มีโครงสร้างคาร์บอนที่ต่อกันเป็นวง

แหวนเรยี งตอ่ กนั 4 วง ซง่ึ เป็นแกนหลัก และอาจมีหม่ฟู งั กช์ ันอ่ืนมาเชื่อมต่อซึ่งทาให้ได้เป็นสารประกอบ
หลายกลุ่ม ตัวอย่างอนุพันธ์ของสเทียรอยด์ เช่น เออร์โกสเทอโรล (ergosterol) ซ่ึงร่างกายใช้ในการ
สังเคราะห์วิตามินดี กรดโคลิค (cholic acid) ซ่ึงพบได้ในน้าดี คอร์ติโซน (cortisone) เป็นฮอร์โมนจาก
ต่อมหมวกไต คลอเรสเทอรอล ซึง่ เปน็ สาเหตุทีท่ าให้เส้นเลือดอดุ ตนั เทสโทสเทอโรนและเอสทราไดออล
(estradiol) เป็นฮอร์โมนเพศ (ภาพท่ี 2.14)

คลอเรสเทอรอล อสิ ทราไดออล เทสโทสเทอโรน

ภาพที่ 2.14 โครงสรา้ งสารทเี่ ปน็ อนุพนั ธข์ องสเทียรอยด์ ไดแ้ ก่ คลอเรสเทอรอล อสิ ทราไดออล และ
เทสโทสเทอโรน

ทมี่ า: ดัดแปลงจาก Reece และคณะ (2011) หน้า 63, 77

2.3.4 โปรตีน
เป็นสารชีวโมเลกุลท่ีถือว่ามีความสาคัญต่อส่ิงมีชีวิต เพราะทาให้ร่างกายเจริญเติบโต

โดยเฉพาะอย่างยิง่ การเจริญเตบิ โตของสมอง เป็นส่วนประกอบของเยอ่ื หมุ้ เซลล์ เอนไซม์ และเป็นฮอร์โมน
หลายชนดิ นอกจากน้ยี งั เปน็ อาหารสาคัญของเมล็ดและตัวอ่อนท่ีอยู่ในไข่ โปรตีนเป็นสารชีวโมเลกุลท่ีมี
ความหลากหลายของชนดิ มากท่สี ดุ อาจมีความแตกต่างกันนับพันชนิด โปรตีนบางชนิดช่วยเร่งปฏิกิริยา
บางชนดิ ทาหน้าที่เป็นโปรตีนเสน้ ใย เชน่ ขน ผม รวมท้ังเส้นใยที่เป็นองค์ประกอบภายในเซลล์ หรือเป็น
องค์ประกอบของเนอ้ื เย่อื ต่างๆ บางชนดิ ทาหน้าที่เก่ียวกับการเคล่ือนย้ายสาร การติดต่อสื่อสารระหว่าง
เซลล์ และบางชนดิ ทาหน้าทใี่ นระบบภมู ิคมุ้ กนั เพ่อื ป้องกันเชอ้ื โรคหรือสิ่งแปลกปลอมท่ีจะเข้าไปทาลาย
เซลล์ ซ่ึงความแตกต่างของโครงสร้างหรือหน้าท่ีของโปรตีนเหล่าน้ีเกิดจากการมีลาดับของกรดอะมิโนที่
แตกต่างกันซง่ึ ถูกกาหนดโดยสารพันธุกรรม

48

โมเลกลุ ของโปรตีนประกอบดว้ ยธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และไนโตรเจน (C, H,
O และ N) แตล่ ะหน่วยยอ่ ยของโปรตีน คอื กรดอะมิโน ประกอบด้วยหมู่คาร์บอกซิล (carboxyl group,
__COOH) และหม่อู ะมโิ น (amino group, __NH2) เน่อื งจากหมู่อะมิโนสามารถรับ H+ หรือโปรตอน และ
หมู่คารบ์ อกซิลให้ H+ ได้ ดังน้ันกรดอะมิโนจงึ เปน็ ทง้ั กรดและเบสในขณะเดยี วกนั แตป่ ระจุรวมของโปรตนี
ส่วนใหญ่เป็นประจุบวก ในกรดอะมิโนท้ัง 20 ชนิด มีหมู่คาร์บอกซิลและหมู่อะมิโนเป็นองค์ประกอบ
เหมือนกัน ดังน้ันกรดอะมิโนแต่ละชนิดจึงมีความแตกต่างกันท่ีหมู่อาร์ (R-group) ทาให้สามารถแบ่ง
กรดอะมิโนตามคณุ สมบตั ิของหมอู่ าร์ได้ 3 กลุ่ม คือ มขี ้วั มปี ระจุ (ลบและบวก) และไม่มีขวั้ (ภาพท่ี 2.15)

หมู่อาร์มีข้ัว (ชอบน้า) หมูอ่ าร์ทแี่ ตกตา่ งกัน

หมอู่ ารม์ ปี ระจุ (ชอบน้า) หม่อู ารท์ มี่ ปี ระจุบวก (เปน็ เบส)
หมู่อารท์ ีม่ ีประจุลบ (เปน็ กรด)

หม่อู ารไ์ ม่มีขวั้ (ไม่ชอบน้า)

ภาพท่ี 2.15 กรดอะมโิ น 20 ชนิด ท่พี บในส่งิ มีชวี ติ
ที่มา: ดัดแปลงจาก Reece และคณะ (2011) หน้า 79

49
กรดอะมิโนแตล่ ะชนดิ เช่ือมต่อกันด้วยพนั ธะเพปไทด์ (peptide bond) ระหวา่ งหมู่อะมิโน
หรือหมู่เอมีนของกรดอะมิโนตวั หน่งึ กบั หมู่คาร์บอกซิลของกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่ง โดยการดึงน้าออกจาก
โมเลกลุ แล้วเกิดพันธะระหวา่ งคารบ์ อนกับไนโตรเจน ไดเ้ ป็นไดเพปไทด์ (dipeptide) แต่ถ้ามีกรดอะมิโน
มาเรียงต่อกันหลายหน่วยโดยเกิดพันธะเพปไทด์ก็จะได้เปน็ โพลเี พปไทด์ (polypeptide) ทาให้เกิดปลาย
2 ด้าน โดยปลายด้านที่มีหมู่อะมิโน เรียกว่า ปลาย N (N-terminal) ส่วนปลายด้านท่ีมีหมู่คาร์บอกซิล
เรียกว่า ปลาย C (C-terminal) (ภาพท่ี 2.16) ในโปรตีนโมเลกุลหนึ่งอาจมีโพลีเพปไทด์เพียง 1 หน่วย
หรือมากกวา่ ก็ได้

พันธะเพปไทด์

หม่อู ะมิโน (ปลาย N) หมู่คาร์บอกซลิ (ปลาย C)

ภาพที่ 2.16 กรดอะมิโนเชอ่ื มตอ่ กนั ด้วยพนั ธะเพปไทดเ์ กดิ เป็นโพลเี พปไทด์
ทม่ี า: ดดั แปลงจาก Reece และคณะ (2011) หน้า 80

2.3.4.1 การแบง่ ชนดิ ของโปรตีนตามโครงสร้าง สามารถแบง่ ได้ 4 ชนดิ ดงั น้ี
1) โครงสรา้ งระดบั ปฐมภมู ิ (primary structure) เป็นโครงสร้างระดับพื้นฐาน

โดยเกิดจากการนากรดอะมิโนมาเช่ือมต่อกันเป็นสายยาวด้วยพันธะเพปไทด์ แต่ละหน่วยโพลีเพปไทด์
ประกอบดว้ ยกรดอะมโิ นตัง้ แต่ 3 ตัวขึน้ ไป

2) โครงสร้างระดับทุติยภูมิ (secondary structure) เป็นโครงสร้างโปรตีนที่
เกิดจากสายโพลีเพปไทด์มีการบดิ โค้งงอ เป็นวงหรือพับซ้อนกัน เน่ืองจากหมู่อาร์ของกรดอะมิโนมีการ
เกดิ พันธะตา่ งๆ เช่น พนั ธะไฮโดรเจน พันธะไดซัลไฟด์ (disulfide bond) พนั ธะไอออนนกิ พันธะระหว่าง
โมเลกุลที่ไม่มีขั้ว และแรงแวนเดอร์วาลส์ (van der waals interaction) (ภาพที่ 2.17) ซ่ึงทาให้เกิด
โครงสรา้ งโปรตีนท่มี รี ปู ร่างเปน็ เกลียว (helix) หรืออาจเป็นแผ่น (sheets) (ภาพที่ 2.18) อยา่ งไรก็ตามแม้
โปรตีนระดบั ทตุ ยิ ภูมจิ ะมรี ปู รา่ งเปน็ เกลยี วหรอื เปน็ แผน่ ท่มี ีลกั ษณะคลา้ ยคลึงกนั แตล่ าดบั ของกรดอะมโิ น
ในโครงสร้างระดบั ปฐมภูมิยงั คงมีความแตกตา่ งกนั

50

พันธะ พันธะระหว่าง
ไฮโดรเจน โมเลกุลไม่มขี ว้ั และ
แรงแวนเดอร์วาลส์
พันธะ พนั ธะไอออนนิก
ไดซลั ไฟด์

สายโพลีเพปไทด์

ภาพท่ี 2.17 พนั ธะทางเคมีภายในสายโพลเี พปไทด์
ที่มา: ดดั แปลงจาก Reece และคณะ (2011) หนา้ 83

รูปร่างแบบเกลียว
แอลฟา ( )

รูปรา่ งแบบแผน่ เบตา ( )

ภาพท่ี 2.18 โครงสรา้ งโปรตีนระดับทุติยภูมิ มรี ูปร่างแบบเป็นเกลียวหรอื เปน็ แผน่
ทม่ี า: ดดั แปลงจาก Reece และคณะ (2011) หน้า 82

3) โครงสร้างระดับตติยภูมิ (tertiary structure) เป็นโครงสร้างท่ีเกิดจาก
โปรตีนระดบั ทตุ ิยภูมิท่ขี ดเปน็ เกลียวหรือเป็นแผน่ ขดตวั แน่นมากข้ึนกว่าเดมิ เกดิ เป็นโดเมน (domain) ซึง่
หมายถงึ ชว่ งหนึง่ ของสายโพลีเพปไทด์ท่ีเกาะกลุ่มกันเปน็ หนว่ ยย่อยและมีความเสถียร โครงสร้างระดับน้ี
เป็นโครงสรา้ งทโี่ ปรตีนสามารถทางานได้ ตวั อยา่ งเช่น โปรตนี ทีท่ าหน้าที่เป็นช่องให้สารเคล่ือนที่ผ่านเข้า
ออกเย่อื หุ้มเซลล์ (ภาพที่ 2.19)

51

ภาพที่ 2.19 โครงสร้างโปรตนี ระดับทตุ ิยภูมทิ ่ีฝงั ตัวอยทู่ ่เี ยอ่ื หุ้มเซลล์
ทมี่ า: Campbell และคณะ (2008) หน้า 129

4) โครงสรา้ งระดบั จตุรภูมิ (quaternary structure) เปน็ โครงสร้างที่เกิดจาก
โปรตนี สองสาย (สองโดเมน) หรือมากกว่า เกิดพันธะระหว่างกันและเกาะอยู่รวมกันเป็นกลุ่มโดยมีการ
ทางานร่วมกัน ตัวอย่างเช่น ฮโี มโกลบิน ซ่งึ เปน็ โปรตนี ทีเ่ ป็นองค์ประกอบของเซลล์เม็ดเลือดแดงมีโดเมน
ของโพลีเพปไทดเ์ รยี งตวั เกาะกลุม่ กันอยู่ 4 ซบั ยูนิต (subunit) (ภาพที่ 2.20)

แอลฟาซบั ยนู ิต ( )
เบตาซบั ยนู ิต ( )

ภาพที่ 2.20 ลักษณะโครงสรา้ งของฮโี มโกลบนิ
ทม่ี า: ดัดแปลงจาก Reece และคณะ (2011) หนา้ 83

โครงสร้างของโปรตีนยังมีการดัดแปลงได้อีกโดยมักมีหมู่โอลิโกแซ็กคาไรด์แบบ
สายตรงหรอื แตกแขนงสั้นๆ เกาะอย่กู ับสายของโปรตีน ทาใหเ้ กดิ เปน็ ไกลโคโปรตนี (glycoprotein) ซ่ึงมี

52

หลายแบบอยู่ที่บริเวณเย่ือหุ้มเซลล์ หรือถูกหลั่งออกจากเซลล์ นอกจากน้ียังมีไลพิดอีกหลายชนิดท่ี
สามารถเชื่อมตอ่ กับโปรตีนได้

2.3.4.2 การแบง่ โปรตีนตามความหมายทางโภชนาการ สามารถแบง่ ออกได้เปน็ 2 กลุม่
1) กรดอะมิโนทจ่ี า้ เป็น (essential amino acid) เป็นกรดอะมิโนท่ีร่างกายไม่

สามารถสังเคราะห์ข้ึนเองได้ จึงเป็นกรดอะมิโนที่จาเป็นซึ่งได้มาจากการบริโภคอาหาร มีประมาณ 10
ชนิด (ตารางท่ี 2.4) ซึ่งพบได้ในเนื้อ นม ไข่ เคร่ืองในสัตว์ หากร่างกายได้รับกรดอะมิโนเหล่านี้อย่าง
เพียงพอจะทาให้ร่างกายเจริญเติบโตดี สมบูรณ์แขง็ แรง และมีความสามารถต้านทานโรคได้สูง

2) กรดอะมิโนท่ีไม่จ้าเป็น (non-essential amino acid) เป็นกรดอะมิโนที่
ร่างกายสามารถสังเคราะห์ข้ึนเองได้จากอาหารที่สะสมไว้ แต่ทั้งนี้ร่างกายก็ยังต้องมีการบริโภคอาหาร
เพือ่ ให้สามารถสงั เคราะหก์ รดอะมโิ นเหล่าน้ขี ้นึ ได้ โปรตนี ที่บรโิ ภคเขา้ ไปจะถูกยอ่ ยเปน็ กรดอะมิโนซงึ่ เซลล์
ในรา่ งกายจะนาไปใชใ้ นกระบวนการเมทาบอลซิ มึ เพือ่ ใชส้ รา้ งพลงั งานโดยการดงึ หมอู่ ะมิโนออกมา แล้วจะ
กลายเปน็ แอมโมเนยี ซงึ่ เปน็ สารพิษ เมือ่ รวมตัวกบั คาร์บอนไดออกไซดจ์ ะกลายเป็นยูเรยี ซึง่ ถกู ขับออกทาง
ไตละลายอยูใ่ นนา้ ปสั สาวะ

ตารางที่ 2.4 กรดอะมโิ น 20 ชนิด ทพี่ บในร่างกายมนษุ ย์

กรดอะมิโนทจ่ี ้าเป็น กรดอะมิโนทีไ่ ม่จา้ เปน็
วาลนี (Valine) ไกลซนี (Glycine)
อะลานีน (Alanine)
ทริปโตเฟน (Tryptophan) โพรลีน (Proline)
ทรโี อนีน (Threonine) ไทโรซนี (Tyrosine)
เซรนี (Serine)
ฟีนลิ อะลานีน (Phenylalanine) ซสิ เทอีน (Cysteine)
เมไธโอนนี (Methionine)
ไลซนี (Lysine) แอสพาราจนี (Asparagine)
ลวิ ซนี (Leucien) กลูตามีน (Glutamine)
ไอโซลวิ ซนี (Isoleucine)
ฮสิ ทิดนี (Histidine) กรดแอสพาร์ตกิ (Aspartic acid)
อารจ์ นิ นี (Arginine) กรดกลูตามกิ (Glutamic acid)

ท่มี า: ดัดแปลงจาก คณาจารยช์ ีววิทยา และกองบรรณาธกิ าร Think Beyoud Genius (2560) หน้า 30

2.3.4.3 การแบ่งชนิดของโปรตีนตามหนา้ ท่ี เนอื่ งจากโปรตีนประกอบไปดว้ ยกรดอะมิโน
หลายชนิดแตล่ ะชนิดมคี ณุ สมบัติท่ีแตกต่างกัน ทาให้โปรตีนมีโครงสร้างและหน้าที่ท่ีแตกต่างกัน เพ่ือให้
เขา้ ใจได้ง่ายขนึ้ อาจสามารถสรุปหนา้ ท่ีของโปรตนี ตามหน้าทไี่ ด้ดงั ตารางที่ 2.5

53

ตารางท่ี 2.5 หนา้ ท่ีของโปรตนี โดยภาพรวม

ประเภทโปรตีน การท้างาน ตัวอยา่ ง
เอนไซม์ เร่ ง ปฏิ กิ ริ ยา ท าง เ คมีอ ย่ า ง -เอนไซม์ท่ีทาหน้าที่สลายโมเลกุลอาหารด้วย
จาเพาะ ปฏกิ ิริยาไฮโดรไลซิส

สะสมอาหาร เก็บสะสมอาหารในรูปกรด -เคซนี (Casein) เปน็ โปรตีนในน้านม
อะมิโน -โปรตีนในเมล็ดพนั ธ์พุ ชื
-โอวอลบมู ิน (Ovalbumin) สะสมในไขข่ าว

ฮอร์โมน ควบคุมกิจกรรมต่างๆ ภายใน -อินซูลิน สร้างจากตับอ่อน ควบคุมระดับน้าตาล
รา่ งกายใหเ้ ป็นปกติ ในเลือดทมี่ ากใหก้ ลับเป็นปกติ

กลา้ มเนื้อ หดและคลายตัว ทาให้ร่างกาย -พบในเซลล์กล้ามเนอื้ ลาย ไดแ้ ก่ แอกทิน และ
สามารถเคลอ่ื นไหวได้ ไมโอซิน

แอนตบิ อดี ปอ้ งกันเช้ือโรค -พบในซีรมั สรา้ งมาจากเซลล์เม็ดเลอื ดขาว

โปรตนี ลาเลียง ลาเลียงสารทเี่ ข้า-ออกจากเซลล์
โปรตีนตัวรบั ตอบสนองต่อสารท่ีมากระตุ้น -โปรตนี ตวั รับทีเ่ ยือ่ หมุ้ เซลล์

หรอื โมเลกุลสัญญาณ
โปรตนี โครงสรา้ ง ค้าจุนให้เซลล์คงรูปร่าง เกิด -คอลลาเจนซง่ึ เปน็ โปรตนี เส้นใย

ความแข็งแรงหรอื ยืดหยุ่น
ที่มา: ดดั แปลงจาก Reece และคณะ (2011) หน้า 78

54
2.3.4.4 ความสา้ คัญของรูปร่างโปรตีน
แม้ว่าโปรตีนที่สร้างข้ึนในร่างกายจะถูกกาหนดโดยรหัสพันธุกรรม แต่ก็อาจมี

ความผิดพลาดได้ซ่ึงอาจเกิดจากการกลายพันธ์ุ (mutation) ในระดับยีนหรือดีเอ็นเอ ตัวอย่างเช่น
โรคซกิ เคิลเซลล์อะนเี มีย (sickle-cell anemia) เปน็ โรคทางพันธุกรรมทม่ี ีความผิดปกตโิ ดยเม็ดเลือดแดง
มลี ักษณะบิดโค้งเหมอื นรปู พระจันทร์เส้ียว ซ่ึงมีสาเหตุเกิดจากการที่ลาดับเบสในยีนที่ควบคุมการสร้าง
โปรตีนฮีโมโกลบินผิดเพี้ยนไป ทาให้ลาดบั อะมโิ นตาแหน่งที่ 6 เปล่ียนแปลงจาก กรดกลูตามิกเป็นวาลีน
สายเบตาฮโี มโกลบนิ จึงผิดปกตไิ ปด้วย ส่งผลใหร้ ปู ร่างของเม็ดเลือดแดงมคี วามผดิ ปกติ (ตารางที่ 2.6)
ตารางที่ 2.6 เปรียบเทยี บการสรา้ งโปรตนี ฮโี มโกลบนิ ทป่ี กติ กับผดิ ปกติทาใหเ้ กดิ โรคซกิ เคลิ เซลลอ์ ะนีเมยี

ที่มา: Reece และคณะ (2011) หน้า 84
อย่างไรกต็ ามรูปรา่ งของโปรตนี สามารถเปล่ียนแปลงไดจ้ ากสภาวะที่ไม่เหมาะสม

เนอื่ งจากโปรตนี ท่ีทาหนา้ ท่ีได้สว่ นใหญเ่ ปน็ โครงสร้างในระดับตตยิ ภมู ิ ซึ่งมพี นั ธะไฮโดนเจนเป็นสาคญั และ
สามารถสลายได้ง่ายเมื่อโดนความร้อน หรือมกี ารเปล่ียนแปลงค่า pH ทาให้โปรตนี ไม่สามารถทาหน้าที่ได้
ตอ่ ไป เรียกวา่ “การเสยี สภาพ (denatured)”

2.3.5 กรดนิวคลอี ิก
กรดนวิ คลอี ิก (nucleic acid) เป็นสารชีวโมเลกุลท่ีมีความสาคัญมากในสิ่งมีชีวิต เพราะ

เป็นสารพันธุกรรมซ่ึงมีการถ่ายทอดจากส่ิงมีชีวิตรุ่นหน่ึงไปยังรุ่นหนึ่งอย่างมีแบบแผน โดยพบอยู่ใน
นวิ เคลยี สของทกุ เซลล์ หน่วยย่อยของกรดนิวคลีอิก คือ นิวคลีโอไทด์ (nucleotide) ใน 1 นิวคลีโอไทด์
ประกอบดว้ ย นา้ ตาล หม่ฟู อตเฟส และเบสทีม่ ีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบ (nitrogenous base) น้าตาล
ในนวิ คลโี อไทดม์ ี 2 ชนดิ คอื ดีออกซีไรโบส (deoxyribose) เป็นน้าตาลที่เป็นองค์ประกอบของดีเอ็นเอ
และไรโบส (ribose) เป็นนา้ ตาลท่เี ป็นองค์ประกอบของอาร์เอ็นเอ (RNA) น้าตาลท้ัง 2 ชนิดมีโครงสร้าง

55
คล้ายกัน กล่าวคือเป็นน้าตาลท่ีมีคาร์บอน 5 อะตอมและมีโครงสร้างเป็นวงแหวน ต่างกันท่ีน้าตาล
ดีออกซีไรโบสจะไม่มีออกซิเจนเกาะกับคาร์บอนในตาแหน่งที่ 2 ในขณะที่ไรโบสมีออกซิเจนเกาะกับ
คาร์บอนในตาแหน่งดงั กล่าว กรดนิวคลอี ิกมนี วิ คลโี อไทดท์ ี่เป็นองค์ประกอบแตกต่างกันตามชนิดของหมู่
เบส ได้แก่ อะดีนีน (adenine) กวานีน (guanine) ไซโทซีน (cytosine) ไทมีน (thymine) และยูราซิล
(uracil)

โครงสรา้ งของดเี อน็ เอเป็นสายโพลีนิวคลีโอไทด์ (polynucleotide) 2 สาย ตาแหน่งของ
หมู่เบสเชอื่ มต่อกนั ดว้ ยพันธะไฮโดรเจนเปรยี บเสมือนขัน้ บนั ไดบดิ เปน็ เกลยี วเวียนขวา ส่วนทีเ่ ปรียบเสมอื น
ราวบันได คือ น้าตาลดีออกซีไรโบสและหมู่ฟอสเฟตท่ีเช่ือมติดกันด้วยพันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์
(phosphodiester bond)

โครงสรา้ งระหวา่ งดีเอ็นเอกับอาร์เอ็นเอมีความแตกตา่ งกนั คอื อาร์เอ็นเอมีโครงสร้างเป็น
สายโพลนี ิวคลีโอไทดเ์ พยี ง 1 สาย มนี า้ ตาลไรโบสเปน็ องคป์ ระกอบดังทกี่ ลา่ วมาแลว้ และอาร์เอน็ เอจะไมม่ ี
เบสชนดิ ไทมีน แต่จะมีเบสชนิดยูราซลิ แทน (ภาพที่ 2.21)

ไนโตรจนี ัสเบส

นิวคลโี อไทด์

ภาพท่ี 2.21 โครงสรา้ งและองคป์ ระกอบของกรดนิวคลอี กิ
ทีม่ า: ดดั แปลงจาก Campbell และคณะ (2008) หน้า 87

56

สรปุ

สารประกอบเคมใี นสิ่งมีชีวิตเปน็ สารประกอบอนิ ทรีย์ หรอื ท่เี รยี กว่าสารชีวโมเลกุล โดยส่วนใหญ่
ประกอบไปด้วยธาตุคารบ์ อน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส อะตอมของธาตุเหล่าน้ีมี
การรวมกันเปน็ โมเลกลุ ด้วยพันธะทางเคมี ได้แก่ พันธะไอออนิก พันธะโควาเลนซ์ และพันธะไฮโดรเจน
เกดิ เปน็ สารอินทรีย์ทม่ี โี มเลกลุ ใหญ่ ไดแ้ ก่ คารโ์ บไฮเดรต ไลพิด โปรตีน และกรดนิวคลีอิก สารประกอบ
เหลา่ นมี้ คี วามสาคญั ต่อการเจรญิ เตบิ โตของรา่ งกาย โดยเปน็ สารท่ใี หพ้ ลังงานซ่งึ เซลล์ของสิง่ มชี ีวิตใชไ้ ปใน
กระบวนการเมทาบอลซิ มึ ต่างๆ เพื่อทาใหส้ ิ่งมีชีวิตดารงชวี ิตอยไู่ ด้

ค้าถามท้ายบท

1. ธาตชุ นิดใดเป็นธาตุท่ีพบมากและเปน็ องค์ประกอบหลักของสง่ิ มีชวี ติ
2. พนั ธะทางเคมีแบบใดบา้ งทสี่ ามารถพบไดใ้ นสารประกอบของสิง่ มชี ีวติ
3. สารชวี โมเลกุลทีพ่ บในสง่ิ มีชีวิตมกี ชี่ นดิ อะไรบ้างให้ยกตวั อย่างประกอบ
4. โครงสร้างที่เปน็ องค์ประกอบของส่ิงมีชวี ติ ทีจ่ ัดเปน็ สารประกอบจาพวกคารโ์ บไฮเดรตมีอะไรบ้าง

ใหอ้ ธบิ ายพร้อมยกตวั อยา่ งประกอบ
5. โครงสร้างของโปรตีนแบ่งเป็นกแี่ บบ อะไรบา้ ง ใหอ้ ธบิ ายพร้อมยกตัวอยา่ งประกอบ
6. ให้บอกความสาคญั ของโปรตนี โดยสรปุ มาเปน็ ข้อๆ ว่ามีอะไรบา้ ง
7. ไลพิดมคี วามสาคัญตอ่ สง่ิ มชี วี ิตอย่างไรบ้าง ให้อธิบายพรอ้ มยกตัวอยา่ งประกอบ
8. ไลพดิ แบง่ ออกเป็นกช่ี นิด อะไรบา้ ง ให้อธิบายพร้อมยกตวั อย่างประกอบ
9. กรดนิวคลีอกิ มคี วามสาคญั อยา่ งไรต่อสิ่งมีชีวติ
10. ให้เขยี นเหตผุ ลอธิบายวา่ สารชวี โมเลกุลประเภทใดมีความสาคัญต่อส่ิงมชี ีวิตมากทสี่ ุด

57

เอกสารอ้างองิ

คณาจารย์ชีววทิ ยา และกองบรรณาธกิ าร Think Beyoud Genius. 2560. สรปุ หลกั ชีววทิ ยา ม.4-5-6
ฉบบั สมบรู ณ์. ธงิ ค์ บยี อนด์ บ๊คุ ส์ จากดั , นนทบรุ ี.

Campbell, N.A., Reece, J.B., Urry, L.A., Cain, M.L., Wasserman, S.A., Minorsky, P.V. and
Jackson, R.B. 2008. Biology. 8thed. Pearson Education Inc., United States of
America.

Reece, J.B., Urry, L.A., Cain, M.L., Wasserman, S.A., Minorsky, P.V. and Jackson, R.B. 2011.
Biology. 9thed. Pearson Education Inc., United States of America.

แผนบรหิ ารการสอนประจาบทที่ 3

เร่อื ง โครงสรา้ งและหนา้ ทข่ี องเซลล์
หวั ขอ้ เน้อื หา

3.1 เซลล์คืออะไร
3.2 ประวัติการศึกษาเก่ียวกบั เซลล์

3.2.1 ทฤษฎเี ซลล์
3.2.2 เซลล์กับการศึกษาภายใต้กลอ้ งจลุ ทรรศน์
3.2.3 เทคนิคท่ีใชศ้ ึกษาองคป์ ระกอบของเซลล์
3.3 ชนดิ ของเซลล์
3.3.1 เซลลแ์ บบโพรคารโิ อต
3.3.2 เซลล์แบบยูคารโิ อต
3.4 โครงสร้างและหนา้ ที่ขององคป์ ระกอบเซลล์
3.4.1 เยอ่ื หุม้ เซลล์
3.4.2 นวิ เคลยี ส
3.4.3 ไรโบโซม
3.4.4 รา่ งแหเอ็นโดพลาสซมึ
3.4.5 กอลจบิ อดี
3.4.6 ไลโซโซม
3.4.7 แวควิ โอล
3.4.8 ไมโทคอนเดรยี
3.4.9 คลอโรพลาสต์
3.4.10 เพอรอ์ อกซิโซม
3.4.11 ไซโทสเกเลทัน
3.5 องค์ประกอบภายนอกเซลลแ์ ละการเชื่อมตอ่ ระหว่างเซลล์
3.5.1 ผนังเซลล์
3.5.2 สารแมทรกิ ซ์ระหว่างเซลล์
3.5.3 การเชื่อมตอ่ ระหว่างเซลล์
3.6 การลาเลยี งสารผ่านเย่อื หมุ้ เซลล์
3.6.1 การลาเลียงสารแบบไม่ใช้พลังงาน
3.6.2 การลาเลียงสารแบบใช้พลงั งาน
3.6.3 การลาเลียงสารท่มี โี มเลกุลใหญ่
สรปุ
คาถามท้ายบท
เอกสารอา้ งอิง

60

วตั ถุประสงค์เชิงพฤติกรรม
เมื่อศึกษาบทเรยี นนีแ้ ล้ว ผู้เรียนควรมคี วามรคู้ วามสามารถ ดงั น้ี
1. บอกความหมายของเซลล์ ประวตั ิการศกึ ษาเซลล์ ชนิด โครงสร้างและหนา้ ทข่ี องเซลล์ได้
2. อภิปรายโครงสรา้ งหน้าที่ขององค์ประกอบท่อี ยู่ภายในเซลล์ และภายนอกเซลล์ได้
3. อธบิ ายรูปแบบการลาเลียงสารผ่านเซลล์ได้

วธิ สี อนและกิจกรรมการเรยี นการสอน
1. นาสบู่ ทเรียนด้วยการบรรยายประกอบ PowerPoint presentation
2. ผู้เรยี นแบ่งกลุ่มแลกเปล่ียนความรู้ เพ่ือทบทวนเกยี่ วกับเนือ้ หาประจาบท
3. ผเู้ รียนแสดงความคิดเห็นและตอบคาถามรว่ มกันเกีย่ วกบั เนื้อหาทเี่ รยี น
4. ผเู้ รียนสร้างผงั ความคดิ ประจากลุ่มเกยี่ วกบั เนือ้ หาประจาบทเรยี น

สื่อการเรยี นการสอน
1. เอกสารประกอบการสอนรายวชิ าชีววทิ ยา 1 บทที่ 3
2. เน้ือหา PowerPoint presentation บทท่ี 3
3. โมเดลของเซลล์แบบโพรคาริโอตและยคู ารโิ อต

การวัดผลและประเมินผล
การวัดผล

1. การตง้ั คาถามของผ้เู รยี นและการตอบคาถามระหว่างเรียน
2. การมีส่วนร่วมของผู้เรียนในกลุ่ม และสรุปผังความคิดประจากลุ่มเกี่ยวกับเนื้อหาประจา
บทเรียน
3. ตอบคาถามทา้ ยบทและส่งงานทไี่ ด้รบั มอบหมายตรงตามกาหนดเวลา
การประเมินผล
1. ผเู้ รยี นตงั้ คาถามทนี่ า่ สนใจและตอบคาถามผสู้ อนในระหวา่ งเรยี นถูกตอ้ งไมน่ อ้ ยกว่ารอ้ ยละ 80
2. สังเกตพฤติกรรมการมสี ่วนร่วมของสมาชิกในกลุ่ม และสรปุ ผังความคดิ ประจากลมุ่ เก่ยี วกบั
เนอ้ื หาประจาบทเรียนได้ถูกตอ้ งไม่น้อยกวา่ ร้อยละ 80
3. ตอบคาถามทา้ ยบทและสง่ งานทไ่ี ดร้ บั มอบหมายตรงตามเวลาท่ีกาหนด และมคี วามถกู ต้องไม่
นอ้ ยกวา่ รอ้ ยละ 80

บทที่ 3
โครงสรา้ งและหนา้ ที่ของเซลล์

เซลลข์ องสิ่งมชี วี ติ สว่ นใหญ่มีขนาดเล็ก ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า การศึกษาเซลล์จึงต้อง
อาศยั เครอื่ งมือเพอื่ ช่วยให้เราสามารถมองเหน็ ลกั ษณะโครงสร้างต่างๆ ของเซลล์ได้ เครื่องมือท่ีทาให้เรา
มองเห็นลักษณะโครงสร้าง และองค์ประกอบภายในเซลล์ได้ ก็คือ กล้องจุลทรรศน์ (microscope)
ปจั จุบันกล้องจลุ ทรรศนถ์ กู พัฒนาให้มีคณุ สมบัติ และประสทิ ธภิ าพมากขึ้นเร่ือยๆ เพ่ือที่จะศึกษาส่ิงที่เรา
ต้องการทราบในทุกเรื่องของเซลล์ นอกจากนยี้ งั มีการศกึ ษา และวจิ ยั ค้นคว้าอกี มากมายทางชวี เคมีเพื่อให้
ทราบถึงหน้าท่หี รอื กลไกการทางานต่างๆ ขององค์ประกอบเหล่านั้นท่ีเกิดขึ้นภายในเซลล์ และระหว่าง
เซลล์ เหตผุ ลท่ตี ้องเร่มิ จากการศึกษาในระดบั เซลล์ เพราะเซลล์คอื หน่วยพน้ื ฐานทเ่ี ล็กทส่ี ดุ ของสง่ิ มีชวี ติ

3.1 เซลลค์ อื อะไร

“เซลล์คืออะไร” สาหรับบุคคลทั่วไปคงเข้าใจความหมายของคาว่าเซลล์อย่างผิวเผิน แต่เป็น
คาถามที่นกั ชวี วิทยาทกุ คนทราบกนั ดีว่า เซลล์ คือ หน่วยท่ีเล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิต ท่ียังคงสามารถทางาน
และคงคุณสมบัตขิ องส่ิงมชี ีวติ ชนิดน้ันๆ ได้ กล่าวคือ เซลล์ตอ้ งมกี ระบวนการเมทาบอลซิ มึ (Metabolism)
การตอบสนองต่อส่ิงแวดล้อม การเจริญเติบโต และการสืบพันธุ์ เป็นต้น เซลล์แต่ละเซลล์อาจมีความ
แตกต่างกนั ในเร่ืองของขนาด รูปร่าง และกจิ กรรมของเซลล์

เซลล์ที่ยังมชี ีวติ ทกุ เซลล์ยอ่ มมีลักษณะเหมือนกนั อยู่ 3 ประการ คือ เซลลท์ กุ เซลล์จะต้องมีส่วนท่ี
เปน็ เยื่อหุ้มเซลล์ (plasma membrane) หรือเรียกอีกอย่างหน่ึงว่า เซลล์เมมเบรน (cell membrane)
มีลักษณะเป็นเย่ือบางๆ ที่ห่อหุ้มองค์ประกอบภายในเซลล์หรือออร์กาเนลล์ (Organelles) เอาไว้
มีความสามารถในการจากดั สารท่จี ะผา่ นเข้าหรือออกจากเซลล์ นอกจากน้ีเยื่อหุ้มเซลลท์ าให้กระบวนการ
เมทาบอลิซึมต่างๆ เกิดในทิศทางท่ีสามารถควบคุมได้ เซลล์ต้องมีนิวเคลียสหรือบริเวณที่เป็นท่ีอยู่ของ
ดีเอ็นเอ และมีไซโทพลาสซึม (cytoplasm) ซ่ึงมีลักษณะเป็นของกึ่งแข็งกึ่งเหลว (semifluid matrix)
นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบต่างๆ ภายในเซลล์อีกมากมายซ่ึงมีหน้าที่การทางานที่แตกต่างกัน โดยจะ
อธิบายถงึ รายละเอียดในหัวขอ้ โครงสร้างและหน้าที่ขององคป์ ระกอบเซลล์ตอ่ ไป

3.2 ประวัติการศึกษาเก่ียวกับเซลล์

การค้นพบและการศกึ ษาเก่ยี วกับเซลล์มีความก้าวหน้ามากขึ้นเรื่อยๆ เร่ิมตั้งแต่ท่ีมีการประดิษฐ์
กล้องจลุ ทรรศน์ขนึ้ ในปี ค.ศ. 1590 และไดม้ ีการพัฒนาใหก้ ลอ้ งมีประสทิ ธภิ าพมากขนึ้ ในชว่ งปี ค.ศ. 1600
ตอ่ มาไมน่ านในปี ค.ศ. 1665 โรเบิร์ต ฮุกต์ (Robert Hooke) ใช้กล้องจุลทรรศน์ส่องดูโครงสร้างเซลล์ที่
ตายแล้วของเปลือกต้นโอ๊ค ซ่ึงนับว่าเป็นการค้นพบผนังเซลล์ (cell wall) เป็นครั้งแรก และต่อมาในปี
ค.ศ. 1674 แอนโทนี แวน ลเี วนฮกุ (Antoni van Leeuwenhoek) ไดป้ ระดิษฐ์เลนสข์ องกลอ้ งจุลทรรศน์

62
ทีม่ ีประสทิ ธิภาพดีขนึ้ เพื่อใช้ศึกษาเซลล์สเปิร์ม โพรทิสต์ และแบคทีเรีย จึงนับว่าเป็นการค้นพบโลกของ
สิง่ มชี วี ิตขนาดเล็ก (microorganism)

ในช่วงทศวรรษท่ี 1820 ได้มีการพัฒนาเลนส์ของกล้องจุลทรรศน์ให้มีความคมชัดมากข้ึนโดย
โรเบริ ์ต บราวน์ (Robert Brown) ไดส้ อ่ งดูเซลลแ์ ละพบจดุ ทมี่ ีลกั ษณะเขม้ กว่าบรเิ วณอื่นภายในเซลล์ เขา
เรียกส่ิงท่ีเขาค้นพบนี้ว่า นิวเคลียส หลังจากนั้น แมทเทียส ชไลเดน (Matthias Schleiden) ได้ต้ัง
ข้อสังเกตอย่างหนึ่งเกี่ยวกับเซลล์ของพืชแต่ละเซลล์ว่า เซลล์มีการพัฒนาอย่างอิสระแม้ว่าจะเป็น
สว่ นประกอบของโครงสรา้ งของพืชกต็ าม

ในปี ค.ศ. 1839 ธีโอดอร์ ชวาน (Theodor Schwann) พบว่า เซลล์และสารท่ีเป็นผลิตผลของ
เซลล์ ทาหนา้ ท่ีเป็นองคป์ ระกอบของพืชและสัตว์ โดยเซลล์แต่ละเซลล์มีชีวิตและทางานอย่างเป็นอิสระ
แมว้ า่ เซลล์เหลา่ นน้ั จะเป็นองค์ประกอบของสงิ่ มีชวี ติ ทม่ี คี วามสลับซับซ้อน ต่อมา รูดอฟ เวอคาว (Rudolf
Virchow) ได้ทาการศกึ ษาพัฒนาการและการสบื พนั ธุ์ของเซลล์ เขาพบว่าเซลล์สามารถแบง่ ตัวได้เซลล์ใหม่
และเซลลท์ ีเ่ กดิ ขึ้นใหมล่ ว้ นเกดิ มาจากการแบ่งเซลลข์ องเซลลท์ ่ีมอี ยเู่ ดมิ ทงั้ ส้นิ

จากการศึกษาเซลล์ของสิ่งมีชีวิตภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ทาให้นักวิทยาศาสตร์ได้เสนอข้อสรุป
ทฤษฎีเซลล์ (cell theory) ในปจั จุบัน

3.2.1 ทฤษฎีเซลล์
3.2.1.1 สิง่ มชี วี ติ ทุกชนิดประกอบด้วยเซลล์ อาจมีหน่งึ เซลล์ หรืออาจมีหลายเซลล์ทางาน

ร่วมกนั
3.2.1.2 เซลล์คือหน่วยที่เล็กท่ีสุดของส่ิงมีชีวิต ท่ีสามารถทางานและคงคุณสมบัติของ

สิง่ มีชีวติ น้นั ๆ
3.2.1.3 เซลล์เกิดจากการเจรญิ เตบิ โตและการแบ่งเซลล์ของเซลล์ที่มอี ยเู่ ดมิ

3.2.2 เซลล์กบั การศกึ ษาภายใต้กล้องจุลทรรศน์
ปัจจุบันกล้องจุลทรรศน์ถูกพัฒนาให้มีประสิทธิภาพสูงข้ึนจนสามารถเห็นรายละเอียด

โครงสร้างตา่ งๆ ขององค์ประกอบภายในเซลลไ์ ดช้ ดั เจน กล้องจุลทรรศน์ที่ใช้ในปัจจุบันส่วนใหญ่ยังคงใช้
แสงเป็นแหลง่ ทที่ าให้เกิดภาพ เรียกวา่ กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและมเี ลนสเ์ ปน็ องคป์ ระกอบ 2 ชน้ิ หรือ
มากกว่า ชดุ ของเลนสท์ าหน้าท่ใี นการหักเหคล่ืนแสงที่ส่องผ่านวัตถุและทาให้เกิดการขยายของภาพ แต่มี
ข้อจากัดคือตัวอย่างทีจ่ ะศึกษาดว้ ยกลอ้ งชนดิ น้ีต้องมีความบางพอทีจ่ ะทาให้แสงส่องผา่ นได้ อย่างไรก็ตาม
เนอ่ื งจากเซลลแ์ ละองค์ประกอบของเซลล์โดยส่วนใหญ่จะไมม่ ีสจี ึงทาใหต้ ้องมีการยอ้ มสีตัวอย่างก่อนท่ีจะ
นาไปศึกษาภายใตก้ ล้องจลุ ทรรศน์ เพือ่ ทาให้สามารถมองเห็นองคป์ ระกอบของตัวอย่างทีต่ ้องการศึกษาได้

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่มีคุณภาพดีอาจสามารถขยายภาพได้ถึง 2,000 เท่า ขณะท่ี
ภาพยังคงชัดเจนอยู่ หากขยายภาพมากกวา่ น้ีอาจทาใหไ้ ด้ภาพทไี่ ม่ชัดเจน เหตุผลคือเมอ่ื แสงส่องผ่านวัตถุ
ท่ีมีขนาดเล็กกว่าคร่ึงหนึ่งของความยาวคลื่นแสง จะไม่ทาให้เกิดการหักเหของแสง ดังน้ันจึงทาให้ไม่
สามารถแยกแยะรายละเอยี ดของภาพที่เหน็ ได้ ซ่ึงเปน็ ขอ้ จากดั อีกข้อหนงึ่ ของกลอ้ งจุลทรรศน์แบบใช้แสง
อย่างไรก็ตาม กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงเป็นกล้องที่นิยมใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยทั่วไป เพราะมีราคา
ไม่สงู มาก และสามารถเห็นโครงสร้างบางอยา่ งของเซลล์ได้ เช่น ผนังเซลล์ เย่ือหุ้มเซลล์ นิวเคลียส และ
พลาสติด (Plastid) หรือแม้กระท่งั เซลลข์ องแบคทเี รยี เป็นต้น

63
กล้องจุลทรรศนอ์ ิเลก็ ตรอน (electron microscope) เป็นกลอ้ งทถี่ ูกพฒั นาขนึ้ มาในช่วงปี
ค.ศ. 1950 เพื่อศึกษาลกั ษณะโครงสรา้ งของออร์กาเนลล์ภายในเซลล์ได้ เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงกว่า
กลอ้ งจลุ ทรรศนแ์ บบใชแ้ สงมาก เพราะใช้ลาอิเล็กตรอนในการทาให้เกิดภาพ และใช้เลนส์แม่เหล็กไฟฟ้า
แทนเลนส์ธรรมดา จากการที่อเิ ลก็ ตรอนเคลอ่ื นท่ีในความยาวคลน่ื ทส่ี ้นั กวา่ แสงปกติ 100,000 เท่า ดังน้ัน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงสามารถมองเห็นภาพท่ีมีขนาดเล็กกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ถึง
100,000 เท่า กล้องจลุ ทรรศนอ์ ิเลก็ ตรอนแบ่งตามลกั ษณะของหลกั การทางานได้ 2 ชนิด คอื
กลอ้ งจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (scanning electron microscope, SEM) มี
หลกั การทางาน คอื อเิ ลก็ ตรอนทถ่ี กู ยิงออกมาจากแหล่งกาเนิดบางส่วนจะผ่านตัวอย่างไป แต่บางส่วนจะ
ตกกระทบตวั อยา่ งซ่งึ เคลือบผวิ ดว้ ยทองคา เม่ือทองคาถูกกระตุ้นจะปล่อยพลังงานในรูปอิเล็กตรอนและ
รงั สเี อก็ ซ์ออกมา ซึง่ ระบบสามารถนาไปประมวลผลเป็นภาพพ้นื ผิวของตวั อย่างทสี่ ่องดูไดเ้ ป็นลักษณะของ
ภาพ 3 มิติ
ส่วนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (transmission electron microscope,
TEM) มีหลักการทางาน คือ อิเล็กตรอนจากแหล่งกาเนิดจะเคลื่อนท่ีผ่านตัวอย่างซ่ึงมีความบางมาก ท่ี
เคลือบดว้ ยโลหะหนักซงึ่ จะจับกับโครงสร้างภายในเซลล์ได้แตกต่างกัน ทาให้อิเล็กตรอนบางส่วนที่ผ่าน
ตัวอย่างที่มีความหนาแน่นของโลหะหนักท่ีแตกต่างกัน กระเจิงออกมาในรูปแบบซึ่งระบบสามารถ
ตรวจสอบและประมวลผลเปน็ ภาพไดใ้ นลกั ษณะของภาพ 2 มิติ
อยา่ งไรกต็ าม แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะมีความสามารถในการขยายภาพท่ีสูง
แต่ก็ไม่สามารถศึกษาสิ่งมีชีวิตในขณะท่ียังมีชีวิตอยู่ได้ เพราะตัวอย่างท่ีต้องการศึกษาจะตายในข้ันการ
เตรยี มตวั อย่าง ในขณะท่กี ล้องจลุ ทรรศนแ์ บบใช้แสงธรรมดาสามารถศึกษาได้ทั้งตัวอย่างที่ตายแล้ว และ
ตวั อยา่ งทย่ี ังมีชวี ติ ซงึ่ ทาให้เหน็ รูปแบบการเคล่อื นท่ีของสิง่ มีชีวิตขนาดเลก็ ได้
ในชว่ งหลายสิบปที ผ่ี ่านมากลอ้ งจลุ ทรรศนแ์ บบใช้แสงได้ถูกพัฒนาให้มีความก้าวหน้ามาก
ขึน้ ดว้ ยเทคนคิ ตา่ ง ๆ ตวั อย่างเชน่ การตดิ ฉลาก (labeling) เซลล์ หรอื โครงสร้างโมเลกลุ ภายในเซลล์ด้วย
สารเรืองแสง ซ่ึงทาให้เห็นโครงสร้างต่างๆ ภายในเซลล์ได้ชัดเจนมากข้ึนด้วยการส่องภายใต้กล้อง
จุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนส์ (fluorescent microscope) นอกจากน้ีกล้องจุลทรรศน์คอนโฟคอลและ
ดีคอนโวลูชัน (confocal and deconvolution microscope) ยังสามารถทาให้เกิดภาพของตัวอย่าง
เนื้อเย่อื และเซลล์ทย่ี อ้ มด้วยสารฟลูออเรสเซนส์ในลกั ษณะของภาพ 3 มิติ และยังมีเทคนิคเสริมที่เรียกว่า
ซุปเปอร์รีโซลูชัน (super resolution) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สามารถขยายสัญญาณภาพฟลูออเรสเซนส์ให้
คมชดั ได้ สาหรับวตั ถทุ ีม่ ีขนาดเล็กประมาณ 10-20 นาโนเมตร (nanometers, nm)
โดยทั่วไปเซลล์มีขนาดอยู่ระหว่าง 1-100 ไมโครเมตร (micrometers, µm) ซึ่งสามารถ
มองเหน็ ภายใต้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ได้แก่ เซลล์พืช เซลล์สัตว์ และเซลล์แบคทีเรีย (ภาพที่ 3.1)
เซลลบ์ างเซลล์อาจมีขนาดใหญ่ เช่น เซลล์ไข่แดงในไข่ของนกหรือไก่ เซลล์ในเนื้อเย่ือของแตงโม เซลล์
ไข่กบ และเซลลไ์ ขป่ ลา เปน็ ตน้ ดงั นั้นการศึกษาตัวอย่างส่ิงมีชีวิตจึงควรเลือกกล้องจุลทรรศน์ให้ตรงกับ
วตั ถุประสงค์ของการศึกษา

64

ภาพที่ 3.1 ขนาดของเซลล์
ท่มี า: Reece และคณะ (2011) หนา้ 95

3.2.3 เทคนคิ ท่ใี ชศ้ ึกษาองค์ประกอบของเซลล์
กล้องจุลทรรศน์ถือเปน็ เครื่องมือทม่ี ีความสาคัญมากในการศึกษาเซลล์วิทยา (cytology)

ซึง่ เป็นการศึกษาเกี่ยวกับโครงสร้างของเซลล์ แต่การที่จะทาให้เข้าใจถึงหน้าทก่ี ารทางานจะต้องอาศยั การ
ผสมผสานระหวา่ งความรู้ทางดา้ นเซลล์วิทยา และชวี เคมซี ง่ึ ศกึ ษาถงึ กระบวนการเคมภี ายในเซลล์ เทคนิค
หนึ่งทีม่ ีประโยชนส์ าหรับการศึกษาโครงสรา้ งและหนา้ ทข่ี องเซลล์ คอื เทคนคิ แยกองค์ประกอบเซลล์ (cell
fractionation) ซ่ึงเป็นเทคนิคท่ีใช้เครื่องมือท่ีเรียกว่า เครื่องป่ันเหวี่ยง (centrifuge) สาหรับใช้ในการ
ป่ันเหวี่ยงด้วยความเร็วสูงที่ระดับต่างกัน กล่าวคือ องค์ประกอบภายในเซลล์ที่มีขนาดใหญ่และเล็ก
แตกต่างกัน จะตกตะกอนที่ระดับความเร็วของการปั่นเหว่ียงต่าไปหาความเร็วสูงได้แตกต่างกัน เช่น
นิวเคลยี ส และขยะทีส่ ะสมภายในเซลล์ (cellular debris) จะตกตะกอนทคี่ วามเร็ว 1,000 g (1,000 เท่า
ของแรงโน้มถ่วงของโลก) ต่อเวลาปน่ั 10 นาที สว่ นไมโทคอนเดรีย (mitochondria) และคลอโรพลาสต์

65
(chloroplast) จะตกตะกอนทีค่ วามเรว็ 20,000 g ตอ่ เวลาปน่ั 20 นาที เยื่อหุ้มเซลลแ์ ละโครงสร้างท่ีเป็น
องค์ประกอบของเย่ือหุ้มเซลล์ ตกตะกอนท่ีความเร็ว 80,000 g ต่อเวลาการป่ัน 60 นาที และไรโบโซม
(ribosomes) ตกตะกอนทีค่ วามเร็ว 150,000 g ตอ่ เวลา 3 ชั่วโมง (ภาพที่ 3.2)

ทาใหเ้ ซลลแ์ ตกด้วยเครื่องปั่น
เซลล์และ
เนื้อเยอ่ื
องคป์ ระกอบภายในเซลล์
ท้งั หมดอยู่รวมกนั ในหลอด
ป่นั เหวีย่ งที่ 1,000 g ป่ันเหวีย่ งเพื่อแยก
เปน็ เวลา 10 นาที องคป์ ระกอบภายในเซลล์

ยา้ ยส่วนทีไ่ มต่ ก
ตะกอนใสห่ ลอดใหม่
การป่นั เหวี่ยงแยก
ตามลาดบั ความเร็ว

ตะกอนที่มนี ิวเคลยี ส

ตะกอนท่มี ไี มโทคอนเดรยี
หรือคลอโรพลาสต์
ตะกอนของเยอื่ หุ้มเซลล์
กอลจิบอดี และ ER
ตะกอน
ไรโบโซม

ภาพที่ 3.2 การศึกษาองคป์ ระกอบของเซลลด์ ้วยเทคนคิ แยกองค์ประกอบเซลล์
ทีม่ า: ดัดแปลงจาก Reece และคณะ (2011) หน้า 97

การแยกองค์ประกอบของเซลล์ออกมาเป็นประโยชน์ต่อการศึกษา เพราะทาให้นักวิจัย
สามารถเตรียมตัวอย่างที่ต้องการศึกษาได้ในปริมาณมาก จากการศึกษาพบว่า วิธีการป่ันเหวี่ยงด้วย
ความเรว็ สงู นัน้ ไมท่ าใหอ้ อร์กาเนลล์และองค์ประกอบต่างๆ ภายในเซลลเ์ กดิ ความเสียหายแต่อย่างใด

ตัวอย่างที่มีกา รศึกษาแล ะส นับส นุนว่าองค์ ประกอบภาย ใน ของ เซล ล์น้ั นไม่เกิดควา ม
เสียหาย คือ การศึกษาทางชีวเคมีเกี่ยวกับกิจกรรมของเอนไซม์ที่ใช้ในกระบวนการหายใจระดับเซลล์

66

(cellular respiration) ซ่ึงใหผ้ ลบวก กล่าวคอื มีกิจกรรมของเอนไซม์เกิดข้นึ และเมื่อนาองคป์ ระกอบนั้น
ไปศกึ ษาภายใต้กล้องจุลทรรศนอ์ ิเลก็ ตรอนก็พบวา่ มไี มโทคอนเดรยี เปน็ จานวนมาก ทาให้นักวิจัยสามารถ
สรปุ ได้วา่ ไมโทคอนเดรยี เปน็ ออร์กาเนลล์ท่เี ก่ียวขอ้ งกบั กระบวนการหายระดับเซลล์

3.3 ชนิดของเซลล์

เซลล์ถูกแบง่ ออกเป็น 2 ชนิด คือ เซลล์แบบโพรคาริโอต (prokaryotic cells) ได้แก่ เซลล์ของ
ส่ิงมีชีวิตที่ถูกจัดอยู่ในโดเมน (domain) แบคทีเรีย และอาร์เคีย (Archaea) ส่วนเซลล์แบบยูคาริโอต
(eukaryotic cells) คอื เซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่จดั อย่ใู นโดเมนยคู าร์ยา (Eukarya) ได้แก่ พวกโพรทิสต์ เห็ด
รา พชื และสตั ว์

3.3.1 เซลล์แบบโพรคาริโอต
โพรคาริโอต (prokaryote) หมายถึง เซลล์ก่อนที่จะมีนิวเคลียส ได้แก่ แบคทีเรีย และ

อาร์เคีย เป็นเซลล์ท่ีมีขนาดเล็ก เซลล์แบบโพรคาริโอตเป็นเซลล์ท่ีมีความหลากหลายในแง่ของ
กระบวนการเมทาบอลิซึม หลายชนดิ สามารถดารงชวี ิตและใช้พลังงานในส่งิ แวดลอ้ มไดห้ ลายรูปแบบ

โพรคารโิ อต แบง่ เปน็ 2 กลุม่ คอื ยแู บคทีเรยี (eubacteria) หรือแบคทเี รยี ท่แี ทจ้ รงิ ไดแ้ ก่
แบคทีเรียท่วั ไปท่อี ย่ตู ามสภาพแวดล้อมในธรรมชาติ และอารเ์ คยี ซ่งึ เป็นแบคทีเรียท่ีโบราณกว่ากลุ่มแรก
อาศยั ตามสภาพแวดล้อมทีไ่ ม่ปกติ เช่น นา้ พรุ อ้ น ภูเขาน้าแขง็ ใตท้ ะเลลกึ เป็นต้น แมว้ ่าแบคทีเรียทั้งสอง
กลมุ่ น้จี ะมคี วามคลา้ ยคลึงกนั ทงั้ ขนาดและรูปรา่ ง แต่มคี วามแตกต่างกนั อย่างมากตามโครงสร้างในระดับ
โมเลกุล กล่าวคือ แบคทีเรียมีการสังเคราะห์โปรตีน โดยมีกรดอะมิโนชนิดฟอร์มิลเมทไธโอนิน
(formylmethionine) เป็นตัวเริ่มต้นในสายของโพลีเพปไทด์ ในขณะที่กลุ่มอาร์เคียมีกรดอะมิโนชนิด
เมทไธโอนินเป็นตวั เริ่มต้น นอกจากนีย้ ังพบโปรตนี ในกลุม่ ฮีสโทน (histones) ที่เกาะอยู่กับสายของดีเอ็น
เออีกดว้ ย ซึ่งลกั ษณะท้ังสองของอาร์เคียนพ้ี บได้ในเซลล์ยคู าริโอต (eukaryote)

โดยทั่วไปเซลล์โพรคาริโอตมีขนาดเล็กประมาณ 1-10 ไมโครเมตร ลักษณะของเซลล์มี
ความเรยี บง่าย แต่ผนงั เซลล์มีความแขง็ แรงซ่ึงล้อมรอบเยอ่ื หมุ้ เซลลเ์ อาไวท้ าใหเ้ ซลลส์ ามารถคงรูปร่างอยู่
ได้ บรเิ วณเยื่อหุ้มเซลลด์ า้ นในจะมีสายของโปรตีนทาหน้าที่เป็นโครงร่างของเซลล์ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับ
ไซโทสเกเลทัน (cytoskeleton) ของเซลล์ยูคาริโอต ผนังภายนอกของเซลล์แบคทีเรียหรือแคปซูล
(capsule) มีสารประเภทโพลีแซคคาไรดท์ ่มี คี วามเหนียว ทาใหแ้ บคทีเรยี สามารถเกาะกบั พ้นื ผิวต่างๆ ได้
ดี และยังช่วยเพ่ิมความแขง็ แรงให้กบั เซลล์

แบคทเี รียส่วนใหญ่จะมีแฟลกเจลลัม (flagellum) หนึ่งอันหรือมากกว่าซึ่งใช้ช่วยในการ
เคลื่อนที่ แต่โครงสร้างแฟลกเจลลัมของแบคทีเรียมีความแตกต่างจากโครงสร้างแฟลกเจลลัมของ
ยูคาริโอต คือ ภายในจะไม่มีชุดของไมโครทิวบูล (microtubules) เรียงตัวกันอยู่ในแฟลกเจลลัม
นอกจากนเ้ี ซลล์ของแบคทเี รียยงั มสี ว่ นที่ยืน่ ออกมา เรียกวา่ ฟมิ บริอี (fimbriae) ซึ่งเป็นโปรตนี ที่มลี กั ษณะ
เปน็ สาย ชว่ ยในการยึดเกาะกบั พ้นื ผวิ ของวตั ถหุ รือยดึ กับแบคทีเรียเซลล์อื่น และอาจช่วยในการถ่ายโอน
สารพนั ธุกรรมระหว่างแบคทเี รยี (ภาพที่ 3.3)

67

โครโมโซม ฟิมบริอี ภาพตัดตามยาวของแบคทเี รีย
แบคทีเรีย นวิ คลีออยด์ ซึง่ เป็นทีอ่ ยู่ ชนิด Bacillus coagulans
ของดีเอ็นเอแบคทเี รยี
แบคทีเรียทม่ี ี ไรโบโซม ทาหน้าท่ีใน (TEM)
รูปรา่ งแบบแทง่ การสงั เคราะหโ์ ปรตีน
เยื่อห้มุ เซลลข์ องแบคทีเรีย

ผนงั เซลลข์ องแบคทีเรยี
แคปซลู ทห่ี ุ้มเซลล์แบคทีเรีย

แฟลกเจลลา ซ่งึ ใช้ในการ
เคล่ือนที่ของแบคทเี รยี

ภาพที่ 3.3 โครงสร้างและลกั ษณะของเซลลโ์ พรคารโิ อต
ทมี่ า: ดัดแปลงจาก Campbell และคณะ (2008) หน้า 98

เย่อื หุม้ เซลล์ของแบคทีเรียมลี กั ษณะเปน็ ฟอสโฟไลพดิ 2 ชนั้ ทาหนา้ ทีค่ วบคุมการผ่านเข้า
ออกของสารเหมอื นกับเซลลย์ ูคาริโอต โดยมีโปรตนี ที่เยื่อหุ้มเซลล์ชว่ ยในการเคล่อื นทขี่ องสาร และมตี วั รับ
สัญญาณเป็นจานวนมาก โปรตีนเหล่านี้ยังทาหน้าท่ีเป็นเอนไซม์ในกระบวนการต่างๆ ตัวอย่างเช่น
แบคทีเรียบางชนิดที่สังเคราะห์แสงได้ มีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นที่เย่ือหุ้มเซลล์ของ
แบคทีเรีย โปรตนี ท่เี ยื่อหุ้มเซลลเ์ หล่านีม้ ีการจัดเรียงตัวอย่างเปน็ ระบบ ทาหนา้ ที่เปลี่ยนพลังงานแสงเป็น
พลังงานเคมอี ยู่ในรปู ของ ATP เพ่ือนาไปใชใ้ นกิจกรรมของเซลลต์ อ่ ไป

สาหรับแบคทีเรียสีเขียวแกมน้าเงิน (cyanobacteria) หรือสาหร่ายสีเขียวแกมน้าเงิน
(blue green algae) มลี กั ษณะของเยื่อหุม้ เซลล์ที่น่าสนใจอย่างหน่ึง คือ เย่ือหุ้มเซลล์มีการยื่นเข้าไปใน
ไซโทพลาสซึม และพับซ้อนกันไปมาเป็นการเพิ่มพื้นที่ผิวของเย่ือหุ้มเซลล์ บริเวณเย่ือหุ้มเซลล์
ประกอบด้วยโปรตนี ท่ที าหนา้ ทเ่ี กย่ี วกบั การสังเคราะห์แสง อาจเป็นไปได้ว่าแบคทีเรียสีเขียวแกมน้าเงิน
เป็นต้นกาเนิดของคลอโรพลาสต์ในเซลลพ์ ชื ท่ีเกดิ จากววิ ัฒนาการแบบอยู่รว่ มกนั ระหวา่ งเซลล์โพรคารโิ อต
และเซลล์ยคู าริโอต

ภายในไซโทพลาสซึมของเซลล์โพรคาริโอตประกอบด้วยไรโบโซมทาหน้าท่ีในการ
สงั เคราะห์โปรตีน และนวิ คลอี อยด์ (nucleoid) ซึง่ เปน็ สว่ นของดีเอน็ เอที่ไม่มีเย่ือหุ้ม ประกอบด้วยดีเอ็น
เอหนึง่ ชน้ิ ซึง่ มลี กั ษณะเป็นวงกลมเปน็ โครโมโซมของแบคทีเรยี (bacterial chromosome) นอกจากน้ใี น
ไซโทพลาสซึมของแบคทีเรียบางชนิดยังมีดีเอ็นเอท่ีเป็นวงขนาดเล็กอีกช้ินหนึ่ง เรียกว่า พลาสมิด
(plasmid) ทาหน้าที่สร้างโปรตนี ในการตา้ นทานยาปฏชิ ีวนะ

68
3.3.2 เซลลแ์ บบยูคาริโอต
หมายถงึ เซลลท์ ี่มนี วิ เคลียสอยา่ งแท้จริง กล่าวคือ เป็นเซลล์ท่ีประกอบด้วยออร์กาเนลล์

ต่างๆ ที่มีเย่ือหุ้ม และมีความซับซ้อนมากกว่าเซลล์แบบโพรคาริโอต เช่น มีนิวเคลียส ไมโทคอนเดรีย
คลอโรพลาสต์ ไลโซโซม (lysosome) ร่างแหเอนโดพลาสซึม (endoplasmic reticulum) กอลจิบอดี
(golgibody) และมีโปรตีนท่ีทาหน้าท่ีเป็นโครงร่างของเซลล์ คือ ไซโทสเกเลทัน (ภาพท่ี 3.4 และ 3.5)
ออรก์ าเนลลต์ า่ ง ๆ เหลา่ น้สี ามารถควบคุมชนดิ และปรมิ าณในการเคลือ่ นทีผ่ ่านเข้าออกของสาร ทาใหส้ าร
ทอ่ี ยู่ภายในเซลล์มีความเข้มข้นสูง เหมาะสาหรับการเกิดปฏิกิริยาเคมี หรืออาจเป็นแหล่งรวบรวมและ
กาจัดของเสีย หรือส่งสารออกภายนอกเซลล์ ด้วยความซับซ้อนขององค์ประกอบภายในเซลล์จึงทาให้
เซลล์ยูคาริโอตมีขนาดทีใ่ หญก่ ว่าโพรคารโิ อตมาก คอื มีขนาดประมาณ 10-100 ไมโครเมตร

ภาพที่ 3.4 โครงสร้างและลกั ษณะของเซลลย์ ูคารโิ อต (เซลล์สัตว์)
ท่มี า: Klug และคณะ (2012) หนา้ 20

69

ภาพที่ 3.5 โครงสรา้ งและลกั ษณะของเซลลย์ ูคาริโอต (เซลลพ์ ืช)
ทมี่ า: Postlethwait และ Hopson (2006) หนา้ 87

ภายในเซลล์ของยูคาริโอตระหว่างเซลล์พืชกับเซลล์สัตว์อาจมีบางออร์กาเนลล์หรือ
โครงสร้างบางส่วนท่ีมีความแตกต่างกัน โดยอาจพบเฉพาะในเซลล์สัตว์หรือเซลล์พืชอย่างใดอย่างหนึ่ง
ยกตวั อยา่ งเช่น ในเซลลส์ ัตวจ์ ะมีไลโซโซม เซ็นโทรโซมท่เี ป็นเซน็ ทรโิ อล แฟลกเจลลมั และเซลล์สัตว์อาจมี
ไมโครวิลไล (microvilli) ซึง่ ช่วยเพ่มิ พ้ืนทีผ่ ิวให้กับเซลล์โดยช่วยส่งเสริมการดูดซึม ในขณะท่ีเซลล์พืชจะมี
คลอโรพลาสต์ เซน็ ทรัลแวควิ โอล ผนงั เซลล์ และพลาสโมเดสมาตา เปน็ ต้น

การจัดเรียงตัวของออร์กาเนลล์เย่ือหุ้มภายในเซลล์ยูคาริโอตมีระเบียบและแบบแผน
เนื่องจากการสังเคราะห์หรือสร้างสารบางอย่างมีการผ่านออร์กาเนลล์ ที่เป็นเยื่อหุ้มภายในตามลาดับ
เริ่มต้นจากภายในนวิ เคลยี สท่ีควบคุมการสังเคราะห์โปรตนี โดยการส่งข้อความผ่านออกมาในรูปของสาย
mRNA (messenger RNA) ซึ่งจะถูกสังเคราะห์เป็นโปรตีนโดยไรโบโซม และโปรตีนท่ีได้จะถูกต่อเติม
ดัดแปลงโดยร่างแหเอ็นโดพลาสซมึ และกอลจบิ อดี ตามลาดับ ก่อนจะถูกส่งไปยังเย่ือหุ้มเซลล์เพ่ือปล่อย
ออกนอกเซลล์ (ภาพท่ี 3.6)

70

ภาพที่ 3.6 การจัดเรยี งตวั ของออรก์ าเนลล์ทมี่ ีเยอ่ื หมุ้ ภายในเซลลย์ ูคารโิ อตอย่างเป็นระบบ
ท่ีมา: Reece และคณะ (2011) หน้า 108

3.4 โครงสร้างและหนา้ ทีข่ ององคป์ ระกอบเซลล์

เมอื่ เปรยี บเทยี บระหว่างเซลลโ์ พรคาริโอตกับเซลล์ยูคาริโอต จะพบว่าเซลล์แบบยูคาริโอตนั้นมี
ความซบั ซอ้ นกว่ามาก เนื่องจากมีโครงสร้างและออรก์ าเนลลต์ า่ งๆ ในเซลลม์ ากมาย แต่ละออร์กาเนลล์จะ
ทาหนา้ ที่เฉพาะเจาะจงแตกตา่ งกนั แตห่ นา้ ท่ีและการทางานของออร์การเนลล์เหล่าน้นั ลว้ นเก่ียวข้องและ
มีความสมั พนั ธก์ ัน ทาให้เซลล์สามารถดารงชวี ติ โดยคงคุณลกั ษณะของส่งิ มชี ีวติ อยูไ่ ด้ ดังน้ันการทจี่ ะทราบ
คุณสมบัติและความจาเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตเราจึงควรทราบโครงสร้างและหน้าท่ีขององค์ประกอบ
ตา่ งๆ ของเซลลด์ งั ตอ่ ไปนี้ คือ

3.4.1 เย่ือหุ้มเซลล์
เยอ่ื หุ้มเซลลเ์ ป็นขอบเขตทก่ี ้ันระหวา่ งองคป์ ระกอบภายในเซลล์ กับส่ิงแวดล้อมภายนอก

เซลล์ มคี วามหนาประมาณ 8 นาโนเมตร เยอ่ื หมุ้ ชีวภาพนท้ี าหนา้ ท่คี วบคุมการผ่านเข้าออกของสารให้กับ
เซลล์ มคี ุณสมบตั ิเปน็ เยอ่ื เลอื กผา่ น (selective permeability) ซง่ึ ยอมให้สารบางอย่างผา่ นเขา้ ออกเซลล์
ได้ง่าย ในขณะท่ีสารหรือโมเลกลุ เคมีบางอยา่ งผ่านเข้าออกได้ไม่ง่ายนัก ความสามารถของเยื่อหุ้มเซลล์ท่ี
แยกแยะการแลกเปลย่ี นสารเคมีระหวา่ งเซลลก์ บั ส่งิ แวดลอ้ มนีถ้ ือเปน็ คุณสมบัติพนื้ ฐานของส่งิ มชี วี ิต

โครงสร้างของเยื่อห้มุ เซลล์ ประกอบด้วยไลพิดและโปรตนี เปน็ องคป์ ระกอบหลัก และยังมี
คาร์โบไฮเดรตซ่ึงเป็นส่วนสาคัญ ไลพิดท่ีเป็นองค์ประกอบของเย่ือหุ้มเซลล์เป็นไลพิดชนิดฟอสโฟไลพิด
เรียงตัวประกบกนั 2 ชน้ั (phospholipid bilayers) ซง่ึ เป็นโมเลกุลท่ีมีคุณสมบัติแตกต่างกันในสองด้าน
(amphipathic) กล่าวคอื มดี า้ นหัวท่ีชอบนา้ (hydrophilic heads) ซึ่งหันเข้าสู่เซลลก์ ับหนั ออกนอกเซลล์
และมีดา้ นหางทีไ่ ม่ชอบนา้ (hydrophobic tails) หันประกบเข้าหากัน (ภาพที่ 3.7) นอกจากนี้โปรตีนที่
เปน็ องคป์ ระกอบซ่งึ ฝงั ตวั อยู่ทเ่ี ยื่อหมุ้ เซลลก์ ็มที ง้ั ส่วนทชี่ อบน้าและไมช่ อบนา้ เชน่ กนั

71

ภาพท่ี 3.7 การจดั เรยี งตัวของฟอสโฟไลพดิ และโปรตนี ทเ่ี ปน็ องคป์ ระกอบของเยอื่ หมุ้ เซลล์
ทม่ี า: Reece และคณะ (2011) หนา้ 126

การที่เยอื่ ห้มุ เซลล์มลี ักษณะคล้ายกับของเหลว และมโี ปรตีนหลายแบบท่ีฝังตัวอยทู่ เี่ ย่อื หุ้ม
เซลล์ (integral protein) หรอื อาจเกาะกบั เยื่อหุ้มเซลลด์ า้ นใดดา้ นหนึง่ (peripheral protein) นัน้ ทาให้
โครงสร้างการจัดเรียงตัวของเยื่อหุ้มเซลล์มีช่ือเรียกว่า ฟลูอิดโมซาอิกโมเดล (fluid mosaic model)
แบบจาลองนี้แสดงให้เห็นว่า เย่ือหุ้มเซลล์ประกอบด้วยส่วนต่างๆ ได้แก่ ฟอสโฟไลพิด ไกลโคไลพิด
(glycolipids) สเตียรอยด์ (คลอเรสเทอรอล) และโปรตีนหลายชนิด (ภาพที่ 3.8) ในส่วนหัวของ
ฟอสโฟไลพิดซึ่งมีองค์ประกอบเป็นหมู่ฟอสเฟตนั้นอาจมีหมู่ฟังก์ชันอ่ืนมาเกาะ ในขณะท่ีส่วนหาง
ประกอบด้วยกรดไขมันซ่ึงอาจพบทั้งชนิดกรดไขมันอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว นอกจากน้ีแบบจาลองนี้ยังช้ีให้
เห็นว่า ฟอสโฟไลพิดและองค์ประกอบต่างๆ ท่ีอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์นั้นสามารถไหล เคลื่อนที่ไปมา หรือ
เปลีย่ นตาแหนง่ และยืดหดได้ อาจกล่าวได้ว่าเยื่อหุ้มเซลล์มลี กั ษณะเป็นของกึง่ แขง็ กึง่ เหลว

ฟอสโฟไลพิด 2 ชั้นของเยื่อหุ้มเซลล์ทาหน้าที่ในการกั้นไม่ให้สารที่สามารถละลายน้าได้
เคลือ่ นท่ีผา่ นเข้าหรือออก ดังน้ันโปรตีนที่เป็นองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์จึงต้องทาหน้าท่ีช่วยในการ
เคล่ือนที่ของสารเหล่าน้ี สารบางชนิดสามารถเคล่ือนท่ีผ่านได้โดยไม่ใช้พลังงาน (passive transport)
ในขณะที่สารบางอย่างจะต้องใช้พลังงาน ATP ในการเคลื่อนท่ีผ่านเข้าหรือออก (active transport)
นอกจากนี้โปรตีนยังอาจทาหน้าท่ีเป็นตัวรับสัญญาณ (receptors) จากภายนอกเซลล์ ทาหน้าท่ีเป็น
เอนไซมใ์ นปฏกิ ริ ยิ าตา่ งๆ ทบ่ี ริเวณเยื่อหุ้มเซลล์ ทาหน้าที่เป็นโปรตีนจดจา (recognition proteins) ใน
การระบตุ าแหนง่ และหนา้ ที่ของเซลลน์ ้นั ๆ และโปรตนี บางชนดิ ชว่ ยป้องกนั เซลล์จากการทาลาย เป็นต้น

72

ภาพท่ี 3.8 ลักษณะโครงสร้างและองค์ประกอบของเยอื่ หมุ้ เซลล์
ท่ีมา: Lewis (2009) หนา้ 28

3.4.2 นิวเคลยี ส
สาหรบั เซลล์แบบยคู าริโอต นวิ เคลียสนับวา่ เป็นบริเวณท่ีเป็นท่ีอยู่ของยีนส์ เกือบท้ังหมด

(ยีนส์บางส่วนอยู่ในไมโทคอนเดรีย และคลอโรพลาสต์) ในเซลล์ของส่ิงมีชีวิตซึ่งเป็นออร์กาเนลล์ท่ีมี
ความสาคญั มากท่สี ดุ ภายในเซลล์ เนื่องจากประกอบด้วยดีเอ็นเอซึ่งเป็นสารพันธุกรรม และดีเอ็นเอเป็น
รหสั ทก่ี าหนดการสร้างโปรตีนและเอนไซมต์ ่างๆ ท่ีสาคัญในกระบวนการเมทาบอลซิ ึม

โดยทว่ั ไปแล้วนวิ เคลียสของยคู าริโอตมคี วามกวา้ งเส้นผา่ ศนู ย์กลางประมาณ 5 ไมโครเมตร
ถกู หอ่ ห้มุ เอาไว้ด้วยเยอื่ หุ้มนิวเคลยี ส (nuclear envelope) (ภาพท่ี 3.9) ซึง่ แบง่ แยกระหว่างองค์ประกอบ
ภายในกับไซโทพลาสซมึ เยอ่ื หุม้ นวิ เคลยี สมลี ักษณะเปน็ เยอ่ื ห้มุ 2 ช้ัน ท่มี โี ครงสร้างเป็น ฟอสโฟไลพิดกับ
โปรตีน ระหว่างชั้นของเย่ือหุ้มมีความห่างกันประมาณ 20-40 นาโนเมตร ท่ีผิวของเย่ือหุ้มเต็มไปด้วยรู
(nuclear pores) ซึ่งมีขนาดเสน้ ผา่ นศนู ยก์ ลางประมาณ 100 นาโนเมตร ทาหนา้ ท่ีสาคัญโดยเปน็ ทางผา่ น
เข้าออกของโปรตีนและอาร์เอ็นเอ นอกจากนภี้ ายในนิวเคลียสมลี กั ษณะเป็นของก่ึงแข็ง ก่ึงเหลว เรียกว่า
นิวคลีโอพลาสซึม (nucleoplasm) ประกอบไปด้วยดีเอ็นเอและโปรตีนหลายชนิด บริเวณใจกลางของ
นิวเคลียสมีลักษณะเป็นก้อนกลมเรียกว่า นิวคลีโอลัส (nucleolus) ซ่ึงเป็นบริเวณที่มียีนส์สาหรับ
สังเคราะหโ์ ปรตนี หนว่ ยใหญ่และหน่วยย่อย โดยจะเคลอ่ื นท่ผี ่านรทู ่เี ยอื่ หุ้มนิวเคลียสแล้วมารวมกันภายใน
ไซโทพลาสซมึ กลายเป็นไรโบโซม

73
ภายในนิวเคลียสของยูคาริโอต ในสภาวะปกติดีเอ็นเอจะรวมอยู่กับโปรตีนฮีสโตน
(histone) และโปรตนี อื่นๆ ยึดเกาะรวมกนั มีลักษณะเป็นเสน้ ใยโครมาติน (chromatin fiber) แตถ่ า้ เซลล์
อยู่ในระหว่างช่วงของการแบ่งเซลล์ โครมาทินจะหดตัวส้ันเข้าเกิดเป็นโครงสร้าง เรียกว่า โครโมโซม
(chromosome) นิวเคลยี สของเซลลย์ ูคาริโอตมีหน้าท่ี 2 ประการ คือ เป็นที่อยู่ของดีเอ็นเอ โดยเย่ือหุ้ม
นวิ เคลยี สป้องกนั ไม่ใหด้ ีเอน็ เอถกู ทาลายหรอื ถกู รบกวนจากปฏิกริ ิยาตา่ ง ๆ ท่เี กิดขนึ้ ในไซโทพลาสซมึ และ
หน้าท่ีท่ีสอง คือ ท่ีเย่ือหุ้มนิวเคลียสจะมีโปรตีนตัวรับสัญญาณ และช่องหรือรูท่ีจากัดการเข้าออกของ
เอนไซม์และสารตา่ งๆ ในการเขา้ ถึงดเี อน็ เอ โครงสร้างและหนา้ ท่ีของนิวเคลียสทาให้ดีเอ็นเอถูกจัดเก็บไว้
อย่างปลอดภยั และเป็นระเบียบ ทาใหด้ ีเอ็นเอคงคุณสมบตั ิทสี่ ามารถจาลองตัวเอง (self-replication) ได้

ภาพท่ี 3.9 ลักษณะโครงสร้างของนวิ เคลยี สและเยอ่ื หมุ้ นิวเคลียส
ท่ีมา: Reece และคณะ (2011) หน้า 103

3.4.3 ไรโบโซม
โครงสร้างของไรโบโซมประกอบด้วยโปรตีน และ rRNA (ribosomal RNA) มีหน้าท่ี

เก่ยี วขอ้ งกับการสงั เคราะหโ์ ปรตีน อาจกลา่ วไดว้ ่า ไรโบโซมเปรียบเสมอื นโรงงานสงั เคราะหโ์ ปรตีน เซลลท์ ี่
มีอัตราของการสงั เคราะหโ์ ปรตนี สงู จะพบว่ามีจานวนของไรโบโซมเป็นจานวนมาก ตัวอย่างเช่น เซลล์ตับ
ออ่ นของมนษุ ย์ซ่ึงมไี รโบโซมประมาณ 2-3 ลา้ นหนว่ ย แต่ท่ีน่าท่ึงมากกว่าน้ัน คือเซลล์ที่มีการสังเคราะห์

74

โปรตีนจานวนมากอาจมนี วิ เคลียสหลายนวิ เคลยี สภายในเซลล์ ตวั อยา่ งเช่น เซลลก์ ลา้ มเน้ือลาย ซึ่งแต่ละ
เซลล์เสน้ ใยจะประกอบไปดว้ ยนิวเคลียสจานวนมาก

ไรโบโซมภายในเซลลม์ ี 2 แบบ คอื ไรโบโซมท่ลี อ่ งลอยอสิ ระในไซโทพลาสซึม กับไรโบโซม
ทเี่ กาะกับผวิ ด้านนอกของรา่ งแหเอน็ โดพลาสซมึ หรอื ท่ีเกาะอยกู่ ับเยอื่ หมุ้ นิวเคลียส ไรโบโซมท้งั 2 แบบ มี
โครงสร้างไม่แตกต่างกัน คือ ประกอบด้วยหน่วยย่อยใหญ่ (large subunit) และหน่วยย่อยเล็ก (small
subunit) (ภาพท่ี 3.10) แตไ่ รโบโซมอสิ ระจะทาหน้าที่สร้างโปรตีนที่ใช้ภายในไซโทพลาสซึมหรือภายใน
เซลล์ ตัวอย่างเชน่ ไรโบโซมอสิ ระที่สรา้ งเอนไซม์ในการสลายโมเลกุลของนา้ ตาลในขนั้ แรก ส่วนไรโบโซมท่ี
เกาะกบั รา่ งแหเอน็ โดพลาสซึม หรอื นิวเคลียสจะทาหน้าทส่ี รา้ งโปรตนี ซง่ึ จะถกู สง่ ต่อไปยังออร์กาเนลล์อื่น
เพือ่ ทาการห่อหุ้มกลายเป็นออร์กาเนลล์หนงึ่ เชน่ ไลโซโซม หรืออาจถูกส่งออกไปใช้ภายนอกเซลล์ในรูป
ของการหลัง่ สาร ตัวอย่างเชน่ เซลลต์ บั ออ่ นซ่งึ ผลิตเอนไซม์ทีเ่ กยี่ วกบั การยอ่ ยอาหาร จะพบว่ามีไรโบโซม
แบบเกาะกบั รา่ งแหเอน็ โดพลาสซึมเป็นจานวนมาก

ไรโบโซมอสิ ระในไซโทพลาสซมึ
รา่ งแหเอ็นโดพลาสซึม (ER)
ไรโบโซมทเี่ กาะกบั ER

ไรโบโซม

ภาพที่ 3.10 ลกั ษณะโครงสรา้ งของไรโบโซม
ทมี่ า: ดัดแปลงจาก Reece และคณะ (2011) หน้า 103

3.4.4 ร่างแหเอ็นโดพลาสซมึ
เปน็ ออรก์ าเนลลท์ ี่มโี ครงสรา้ งลักษณะเหมือนเย่ือทพ่ี ับซอ้ นกนั คลา้ ยโครงขา่ ย การพบั ซอ้ น

กันทาให้มีปริมาณเย่ือมากกว่าคร่ึงหนึ่งของเซลล์ คาว่า “เอ็นโดพลาสมิก (endoplasmic)” หมายถึง
ภายในไซโทพลาสซมึ ส่วนคาวา่ “เรติคิวลมั (reticulum)” หมายถงึ ตาข่ายเล็กๆ

ภาพจากล้องจุลทรรศน์อิเลก็ ตรอนแสดงใหเ้ หน็ วา่ ร่างแหเอ็นโดพลาสซึมมลี กั ษณะเปน็ เยอ่ื
ที่พับซ้อนกันมีลักษณะเหมือนท่อ และเป็นถุงแบน เรียกว่า ซิสเทอนี (cisternae) หมายถึง ถุงที่บรรจุ
ของเหลว ภายในถุงมีลักษณะเป็นช่องว่าง เรียกว่า ลูเมน (lumen) หรือ ซิสเทอนอลสเปซ (cisternal
space) นอกจากน้ีส่วนเยื่อหุ้มของร่างแหเอ็นโดพลาสซึมยังเช่ือมต่อกับเย่ือหุ้มนิวเคลียสอีกด้วย
(ภาพท่ี 3.11)

ร่างแหเอ็นโดพลาสซึมภายในเซลล์แบ่งออกเป็น 2 ชนิด ตามลักษณะพื้นผิว ได้แก่ SER
(smooth endoplasmic reticulum) หมายถึง ร่างแหเอ็นโดพลาสซมึ แบบเรียบ (ไม่มีไรโบโซมมาเกาะ)

75
และ RER (rough endoplasmic reticulum) หมายถึง ร่างแหเอ็นโดพลาสซึมแบบขรุขระ (มีไรโบโซม
มาเกาะ) ความแตกต่างน้ที าใหร้ า่ งแหเอ็นโดพลาสซมึ ทงั้ 2 ชนดิ มีหน้าทแ่ี ตกต่างกันด้วย

โดย SER มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาภายในเซลล์ ซ่ึงแตกต่างกันตามชนิดของเซลล์
ได้แก่ การสงั เคราะหไ์ ลพดิ เมทาบอลิซึมของคาร์โบไฮเดรต การสลายยาและสารพิษ (SER ของเซลล์ตับ)
และเก็บสะสมแคลเซียมอิออน (SER ของเซลล์กล้ามเนื้อลาย) เป็นต้น เอนไซม์ที่สร้างมาจาก SER มี
ความสาคัญต่อการสงั เคราะห์ไลพิด นา้ มัน ฟอสโฟไลพดิ และสเทยี รอยด์ที่สาคัญ เช่น ฮอร์โมนเพศ และ
ฮอรโ์ มนทีห่ ลั่งจากต่อมหมวกไต โดยพบวา่ เซลลข์ องอัณฑะ รังไข่ และเซลลต์ อ่ มหมวกไต จะมีร่างแหเอ็น
โดพลาสซมึ แบบเรียบนใี้ นปริมาณมาก

ส่วน RER มีหน้าที่เก่ียวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนร่วมกับไรโบโซมท่ีเกาะอยู่ท่ีผิวของ
RER ตวั อย่างเช่น การสรา้ งฮอร์โมนอนิ ซลู ินของเซลล์ตับอ่อนซงึ่ จะถกู หลง่ั เข้าสู่กระแสเลือดเพื่อลดความ
เข้มข้นของน้าตาล เป็นต้น โปรตีนสายยาวที่ถูกสร้างข้ึนจากไรโบโซมจะมีการขดตัวเป็นโครงสร้างที่
ซับซอ้ นข้นึ นอกจากน้ยี งั มกี ารเตมิ สายคาร์โบไฮเดรตเขา้ ไปทโ่ี ปรตีนดว้ ยเอนไซมท์ ่ถี กู สร้างข้ึนภายใน RER
ดังนัน้ โปรตีนทีส่ ร้างขน้ึ โดย RER ส่วนใหญ่จงึ เป็นไกลโคโปรตนี

ไกลโคโปรตีนท่สี ร้างขน้ึ จะถกู คดั แยกออกจากโปรตนี ท่สี ร้างขน้ึ ใหม่จากไรโบโซม โดยจะถูก
หอ่ หุ้มอยู่ในถุงเวซิเคิล (Vesicle) ซึ่งสร้างข้ึนในส่วนที่เรียกว่า ทรานซิชันนอล อีอาร์ (transitional ER)
(ภาพที่ 3.11) และถูกสง่ ตอ่ ไปยังออร์กาเนลลอ์ ่นื หรือถูกสง่ ไปภายนอกเซลล์

เยื่อหมุ้ นวิ เคลยี ส
เช่ือมต่อกบั เยือ่ หุ้มของ ER ภาพถา่ ย ER จากกล้องจุลทรรศน์
อเิ ล็กตรอนแบบสอ่ งผา่ น (TEM)

Smooth ER Rough ER

เวซเิ คิลถกู ส่งต่อไปยังกอลจบิ อดี
หรอื ถูกสง่ ไปภายนอกเซลล์

ภาพที่ 3.11 ลกั ษณะโครงสรา้ งของร่างแหเอ็นโดพลาสซมึ
ท่ีมา: ดดั แปลงจาก Reece และคณะ (2011) หนา้ 104

76
3.4.5 กอลจบิ อดี
กอลจิบอดเี ป็นออร์กาเนลล์ท่ีมีลักษณะเป็นถุงแบนซ้อนทับกันหลายช้ันคล้ายกับ ER แต่

ไมไ่ ด้มีส่วนเยอ่ื หุ้มทเี่ ช่ือมต่อกบั นิวเคลียส ถงุ เวซิเคิลทีม่ ีโปรตีนอยู่ภายในซึ่งถูกส่งมาจาก ER จะเคล่ือนท่ี
มารวมตวั กับเย่ือห้มุ ของกอลจบิ อดใี นด้านซสิ เฟส (cis face) ซ่ึงเป็นด้านที่รับเวซิเคิล โปรตีนท่ีอยู่ภายใน
เวซิเคิลจะเคลื่อนท่มี ายังด้านทรานเฟส (trans face) ของกอลจิบอดี ในขณะนี้กอลจิบอดดีจะทาหน้าท่ี
ในการนาหมู่น้าตาลมาเชื่อมต่อกับโปรตีนและไขมันท่ีถูกส่งมาจาก ER นอกจากน้ียังทาหน้าที่ตัดสาย
โปรตนี โปรตีนท่ถี กู ดัดแปลงโมเลกุลโดยกอลจบิ อดีจะถูกหอ่ หุ้มและสง่ ออกไปในรปู ของถุงเวซิเคลิ เลก็ ๆ ซงึ่
จะถกู ส่งตอ่ ไปยังสว่ นอืน่ ๆ หรือไปยังเยอ่ื หมุ้ เซลล์และถกู ส่งออกไปนอกเซลล์ตอ่ ไป (ภาพท่ี 3.12)

ภาพท่ี 3.12 ลกั ษณะโครงสรา้ งของกอลจบิ อดี
ทม่ี า: Reece และคณะ (2011) หนา้ 106

3.4.6 ไลโซโซม
ถุงเวซิเคิลท่ีห่อหุ้มโปรตีนที่ถูกดัดแปลงโมเลกุลโดยกอลจิบอดี มีหน้าที่เก่ียวข้องกับ

กระบวนเมทาบอลิซมึ ตา่ งๆ ของเซลล์ ตัวอย่างเชน่ ไลโซโซม ซ่ึงเป็นออร์กาเนลล์ท่ีมีลักษณะเป็นถุงเล็กๆ
ท่ีถกู สร้างมาจากกอลจิบอดี ภายในไลโซโซมบรรจุสารท่เี ป็นเอนไซม์ (hydrolytic enzyme) สาหรบั ใช้ใน
การยอ่ ยสลายสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ โดยจะทางานไดด้ ใี นสภาวะแวดล้อมท่ีเป็นกรด ถ้าถุงไลโซโซมนี้
เกดิ การรว่ั หรอื แตกออกเอนไซม์ภายในจะยังคงไม่ทางานเนอ่ื งจากภายในไซโทพลาสซมึ มสี ภาวะเป็นกลาง
อย่างไรก็ตามหากมีไลโซโซมเป็นจานวนมากท่ีแตกออกก็จะทาให้เกิดการย่อยสลายของ องค์ประกอบ
ต่างๆ ภายในเซลล์และทาให้เซลลถ์ กู ทาลายในท่สี ดุ

ในเซลล์ของอะมีบาหรือโพรโตซัวหลายชนิดซึ่งมีการกินอาหารโดยวิธีฟาโกไซโทซิส
(phagocytosis) ซ่ึงเปน็ การย่นื สว่ นของไซโทพลาสซมึ ของเซลลไ์ ปโอบลอ้ มอาหาร โดยอาหารท่ีถกู กินเข้า

77

ไปจะกลายเป็นถงุ อาหาร (food vacuole) แลว้ ไปรวมตวั กับไลโซโซม เอนไซมท์ ่ีอยูใ่ นถุงไลโซโซมจะย่อย
อาหารที่มีขนาดใหญ่ให้กลายเป็นสารอาหารที่มีโมเลกุลเล็กซ่ึงเซลล์สามารถนาไปใช้ ในกระบวนการ
เจรญิ เตบิ โตได้

นอกจากนี้ออร์กาเนลล์ภายในเซลล์ทหี่ มดสภาพหรอื เกดิ การเสียหายจะถูกห่อหุ้มด้วยเย่ือ
เซลล์ 2 ช้ัน เมือ่ ไลโซโซมมารวมตวั กับออรก์ าเนลลท์ ่ีเสียหายนี้ เอนไซม์ในไลโซโซมจะทาหน้าที่ย่อยสลาย
ทาให้ได้โมเลกุลของสารอินทรีย์ซ่ึงเซลล์สามารถนากลับไปใช้ใหม่ได้ เรียกกระบวนนี้ว่า ออโทฟาจี
(autophagy) (ภาพที่ 3.13)

ภาพถา่ ยไลโซโซมจากกลอ้ ง TEM เพอรอ์ อกซโิ ซมและไมโทคอนเดรียทเี่ สยี สภาพจะถกู
ห่อห้มุ ดว้ ยเยื่อเซลลเ์ พื่อรอการย่อยทาลายจากไลโซโซม

เยือ่ เซลล์
ไมโทคอนเดรยี
เพอร์ออกซิโซม

ไลโซโซม

ภาพที่ 3.13 ลักษณะโครงสร้างของไลโซโซม
ท่ีมา: ดัดแปลงจาก Campbell และคณะ (2008) หน้า 107

3.4.7 แวควิ โอล
เป็นถุงเวซิเคิลท่ีมีขนาดใหญ่ สร้างมาจากร่างแหเอ็นโดพลาสซึมและกอลจิบอดี ดังนั้น

แวคิวโอลจึงจัดเปน็ ออร์กาเนลล์ทมี่ ีเย่ือห้มุ ที่อยู่ภายในเซลล์อย่างหน่ึง เยื่อหุ้มของแวคิวโอลจึงมีลักษณะ
เปน็ เยอ่ื ทีค่ วบคุมการผา่ นเข้าออกของสารได้เหมือนเยื่อหุ้มเซลล์ เป็นผลให้สารท่ีอยู่ในแวคิวโอลแตกต่าง
จากสารทีอ่ ยู่ในไซโทพลาสซมึ

แวคิวโอลท่ีพบภายในเซลล์มีหน้าที่แตกต่างกันตามชนิด ได้แก่ ฟูดแวคิวโอล (food
vacuole) (ภาพที่ 3.13) ซึ่งเป็นแวคิวโอลที่สะสมอาหาร หรืออาจเกิดจากการกินอาหารของเซลล์แบบ
ฟาโกไซโทซิส คอนแทรคไทล์แวคิวโอล (contractile vacuole) ซึ่งส่วนใหญ่พบในโพรโทซัวท่ีอาศัยใน

78
แหลง่ น้าจืด (ภาพที่ 3.14) ทาหน้าที่ในการควบคุมน้าโดยการป๊ัมน้าที่มากเกินออกนอกเซลล์ เพ่ือรักษา
สภาพความเข้มข้นของอิออนและโมเลกลุ ของสารภายในเซลล์ใหเ้ หมาะสมต่อการดารงชีวติ

ภาพที่ 3.14 ลักษณะของคอนแทรคไทลแ์ วคิวโอลของ Paramecium caudatum
ทม่ี า: Reece และคณะ (2011) หน้า 134

ในเซลล์พชื กบั เชื้อรามีบางแวควิ โอลทาหนา้ ท่คี ล้ายกับไลโซโซมในเซลล์สัตว์ ซึ่งมีเอนไซม์
สาหรบั ย่อยสลายโมเลกุลของสาร เรียกว่า ไฮโดรไลติกแวคิวโอล (hydrolytic vacuole) นอกจากน้ีใน
เซลล์พืชยังมีแวควิ โอลขนาดเล็กทาหน้าท่เี กบ็ สะสมอาหารประเภทโปรตนี ใหก้ ับต้นอ่อนท่ีเจริญอยใู่ นเมลด็
อีกดว้ ย แวคิวโอลในพืชบางชนิดยังเก็บสะสมสารทเ่ี ปน็ พิษหรอื สารทมี่ รี สชาติไม่อรอ่ ยเพอ่ื ป้องกนั สัตวท์ ี่กนิ
พืชเป็นอาหารไมใ่ ห้ทาลายกดั กินต้นพืช และพืชบางชนิดแวควิ โอลทาหนา้ ทใี่ นการเกบ็ สะสมสารรงควัตถทุ ่ี
มสี ีต่างๆ ซึง่ พบทเี่ ซลล์ของกลีบดอกโดยสสี นั ของดอกน้ันมีประโยชนใ์ นการดึงดดู ให้แมลงมาผสมเกสร

เซลล์พืชทีม่ กี ารเจริญจนสมบูรณ์แล้วจะมีเซ็นทรัลแวคิวโอล (central vacuole) ซ่ึงเป็น
แวควิ โอลท่ีมขี นาดใหญ่ (ภาพท่ี 3.15) พัฒนามาจากแวคิวโอลขนาดเล็กมารวมตัวกัน สารละลายที่อยู่ใน
เซ็นทรลั แวคิวโอล เรยี กว่า เซลลแ์ ซป (cell sap) ซงึ่ เป็นที่รวบรวมอิออนของสารประกอบอนนิ ทรีย์ ได้แก่
โพแทสเซียมและคลอไรด์ บทบาทสาคัญของแวคิวโอลชนิดน้ีคือช่วยให้เซลล์พืชมีการขยายและ
เจริญเติบโตโดยการดดู ซับน้าเข้าไปภายในแวคิวโอล

ภาพที่ 3.15 ลกั ษณะของเซน็ ทรลั แวคิวโอลทีพ่ บภายในเซลล์พืช
ท่ีมา: Campbell และคณะ (2008) หน้า 108

79
3.4.8 ไมโทคอนเดรีย

เป็นออรก์ าเนลล์ทส่ี ามารถเปล่ียนพลงั งานให้อยู่ในรูปที่เซลล์สามารถนาไปใช้ในกิจกรรม
ต่างๆ ได้ ไมโทคอนเดรยี เปน็ บรเิ วณทม่ี ีการเกดิ กระบวนการหายใจระดับเซลล์ โดยการใชอ้ อกซเิ จนในการ
สร้างพลงั งาน ATP ดว้ ยการสกัดเอาพลังงานจากสารอาหารจาพวก คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมนั

ไมโทคอนเดรยี เปน็ ออร์กาเนลลท์ ีพ่ บในเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด เซลล์ยูคาริโอตบางชนิดมี
ไมโทคอนเดรียทมี่ ีขนาดใหญ่เพียงอันเดียว แต่โดยส่วนใหญ่เซลล์อาจมีไมโทคอนเดรียตั้งแต่ 100-1,000
ทั้งนี้ข้ึนกับกิจกรรมของเซลล์ กล่าวคือ เซลล์ที่ทาหน้าท่ีเก่ียวข้องกับการเคลื่อนท่ีหรือหดตัวก็จะมี
ไมโทคอนเดรียเป็นจานวนมากกวา่ เซลล์ปกติ ไมโทคอนเดรยี มีเยอื่ หุ้มซงึ่ เป็นฟอสโฟไลพิด 2 ชั้น ท่ีเย่ือหุ้ม
น้ันประกอบด้วยโปรตีนอย่างจาเพาะ เยื่อหุ้มชั้นนอกมีลักษณะเรียบในขณะที่ช้ันในมีลักษณะพับไปมา
เรียกว่า คริสตี (cristae) ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มชั้นนอกกับช้ันใน เรียกว่า อินเตอร์เมมเบรนสเปซ
(intermembrane space) ของเหลวท่ีถูกหุ้มด้วยเยื่อชั้นใน เรียกว่า แมทริกซ์ (matrix) ซึ่งเต็มไปด้วย
เอ็นไซม์ชนิดต่างๆ ไรโบโซม และดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรีย (mitochondrial DNA) (ภาพท่ี 3.16)
เอนไซม์ในแมทริกซ์ทาหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในบางขั้นของกระบวนการหายใจระดับเซลล์ การที่
ไมโทคอนเดรียมีเย่ือหุ้มชั้นในที่พับไปมาทาให้มีพื้นท่ีผิวมาก ซึ่งส่งผลให้ไมโทคอนเดรียสามารถสร้าง
พลังงานในรปู ของ ATP ได้มาก

ภาพที่ 3.16 ลกั ษณะโครงสร้างของไมโทคอนเดรยี
ที่มา: Reece และคณะ (2011) หนา้ 110

3.4.9 คลอโรพลาสต์
เป็นออร์กาเนลล์ที่พบได้ในเซลล์พืชและสาหร่าย คลอโรพลาสต์เป็นตาแหน่งที่เกิด

กระบวนการสังเคราะห์แสง โดยการเปล่ียนพลังงานแสงให้อยู่ในรูปของพลังงานเคมีซ่ึงนามาใช้ในการ
สังเคราะหส์ ารประกอบอินทรียจ์ าพวกน้าตาล โดยมีวตั ถดุ บิ ตง้ั ต้น คอื คารบ์ อนไดออกไซด์และนา้

80
คลอโรพลาสต์มีรงควัตถุสีเขียวประเภทคลอโรฟิลล์ เอนไซม์ และโมเลกุลที่เก่ียวข้องกับ

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นองค์ประกอบ ลักษณะรูปร่างดูคล้ายเลนส์ มีขนาดยาว 3-6
ไมโครเมตร และเช่นเดียวกบั ไมโทคอนเดรีย คลอโรพลาสต์เป็นออร์กาเนลล์ท่ีมีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น แต่ภายใน
เยื่อหุ้มชั้นในคลอโรพลาสต์ มีระบบโครงสร้างที่เป็นเยื่อมีลักษณะคล้ายถุงแบนๆ เรียกว่า ไทลาคอยด์
(thylakoids) ซ้อนและเช่ือมกันอยู่ เรียกว่า กรานัม (granum) ของเหลวท่ีอยู่รอบๆ เรียกว่า สโตรมา
(stroma) ซ่ึงมีเอนไซม์หลายชนิด ไรโบโซม และดีเอ็นเอท่ีเป็นของคลอโรพลาสต์ (chloroplast DNA)
(ภาพท่ี 3.17)

คลอโรพลาสต์เรียกอีกอย่างหน่ึงว่า พลาสติด (plastid) นอกจากนี้ยังมี อะไมโลพลาสต์
(amyloplast) เป็นพลาสติดท่ีไม่มีสีทาหน้าที่ในการสะสมแป้ง เช่น อะไมโลส และโครโมพลาสต์
(chromoplast) เปน็ พลาสตดิ ท่ีมีรงควัตถุสะสมอยู่ทาให้ผลหรอื ดอกมีสีส้มหรอื สเี หลือง

ภาพท่ี 3.17 ลกั ษณะโครงสร้างของคลอโรพลาสต์
ที่มา: Reece และคณะ (2011) หน้า 111

การศึกษาเซลล์ในขณะท่ียังมีชีวิตบ่งช้ีว่าท้ังคลอโรพลาสต์และไมโทคอนเดรียมีการ
เคลือ่ นที่อยู่ภายในเซลล์ เปลี่ยนรูปร่าง สามารถแบ่งจานวนเพิ่มขึ้นได้เอง และมีดีเอ็นเอเป็นของตัวเอง
จากการศกึ ษาพบว่า ทัง้ คลอโรพลาสตแ์ ละไมโทคอนเดรยี อาจเปน็ แบคทีเรยี หรือโพรคารโิ อตทีเ่ ขา้ มาอาศยั
อยู่ร่วม (symbiosis) กับเซลล์ยูคาริโอต ทฤษฎีเอ็นโดซิมไบออน (endosymbiont theory) ได้อธิบาย
การอยู่ร่วมกันของเซลล์ทั้ง 2 แบบนี้ว่า บรรพบุรุษของเซลล์ยูคาริโอตได้กลืนกินเซลล์โพรคาริโอตที่ใช้
ออกซิเจน (ไมโทคอนเดรีย) ในการดารงชีวิตและมีการอาศัยอยู่ร่วมกัน ต่อมาเซลล์ยูคาริโอตได้กลืนกิน
เซลล์โพรคาริโอตที่สามารถสังเคราะหแ์ สงได้ (คลอโรพลาสต์) และมีวิวัฒนาการอยรู่ ่วมกันกลายเป็นเซลล์
ยูคาริโอตทส่ี ังเคราะห์แสงได้ (ภาพที่ 3.18)

เซลลโ์ พรคารโิ อตทถี่ ูกกลนื กนิ 81
โดยเซลลย์ ูคารโิ อต และ
กลายเป็นไมโทคอนเดรยี บรรพบุรษุ ของ
เซลลย์ คู ารโิ อต

เซลลโ์ พรคารโิ อตสังเคราะห์แสงได้
ทีถ่ กู กลนื กินโดยเซลลย์ ูคาริโอต
และกลายเป็นคลอโรพลาสต์

ภาพท่ี 3.18 ทฤษฎีเอ็นโดซมิ ไบออนบง่ ช้จี ุดกาเนิดของไมโทคอนเดรยี และคลอโรพลาสต์ในเซลล์ยูคาริโอต
ทม่ี า: ดดั แปลงจาก Reece และคณะ (2011) หนา้ 109

3.4.10 เพอรอ์ อกซโิ ซม
เพอร์ออกซิโซม (peroxisome) เป็นออร์กาเนลล์ท่ีมีเย่ือหุ้มช้ันเดียว (ภาพที่ 3.19) มี

หน้าท่ีเฉพาะเก่ียวกับกระบวนการภายในเซลล์ ของเหลวในเพอร์ออกซิโซมเป็นเอนไซม์ท่ีใช้ในการดึง
อะตอมของไฮโดรเจนออกจากโมเลกุลของสาร เปลี่ยนให้กลายเป็นก๊าซออกซิเจน และได้
ไฮโดรเจนเพอรอ์ อกไซด์ (H2O2) ซ่ึงเปน็ ท่มี าของชือ่ ออรก์ าเนลล์ นอกจากนี้เพอร์ออกซิโซมยังสามารถใช้
ออกซิเจนในการสลายโมเลกลุ กรดไขมันให้เล็กลง และส่งตอ่ ให้กบั ไมโทคอนเดรียใชใ้ นกระบวนการหายใจ
ระดับเซลล์

เพอร์ออกซิโซมในเซลล์ตับสามารถเปลี่ยนแอลกอฮอล์หรือสารที่มีพิษโดยการเปล่ียน
ไฮโดรเจนของสารเหลา่ นัน้ ใหก้ ลายเป็นออกซิเจน แมว้ ่าไฮโดรเจนเพอร์ออกไซดจ์ ะมคี วามเปน็ พษิ ตอ่ เซลล์
แต่เอนไซม์ท่ีอยใู่ นออร์กาเนลล์สามารถเปลย่ี นไฮโดรเจนเพอร์ออกไซดใ์ ห้กลายเป็นนา้ ได้

เพอรอ์ อกซิโซมท่สี าคัญชนดิ หน่ึง คอื ไกลออกซิโซม (glyoxysomes) พบในเนือ้ เยื่อชนิด
สะสมไขมนั ของเมลด็ พืช ไกลออกซิโซมประกอบด้วยเอนไซมท์ จี่ ะเปลย่ี นไขมันให้กลายเป็นน้าตาลเพื่อใช้
เป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงานในการเจริญเติบโต จนกว่าต้นอ่อนจะสามารถสร้างน้าตาลจาก
กระบวนการสงั เคราะห์แสงเองได้

82

ภาพที่ 3.19 ลักษณะโครงสร้างของเพอรอ์ อกซโิ ซม
ทมี่ า: Campbell และคณะ (2008) หน้า 111

3.4.11 ไซโทสเกเลทนั
ไซโทสเกเลทัน (cytoskeleton) เป็นออรก์ าเนลล์ที่เป็นโครงร่างใหก้ ับเซลล์ มีโครงสร้าง

เป็นเสน้ ใยโปรตีนท่ีเชอื่ มตอ่ กนั ไซโทสเกเลทันภายในเซลล์ อาจมีการรวมกลุ่ม เปลี่ยนแปลงรูปร่าง และ
อาจมีการเปลี่ยนตาแหน่งได้ ไซโทสเกเลทันแบ่งตามโครงสร้างได้ 3 ชนิด ประกอบด้วย ไมโครทูบูล
(microtubules) ไมโครฟิลาเมนท์ (microfilaments) และอินเทอร์มีเดียตฟิลาเมนท์ (intermediate
filaments)

ไมโครทูบูล เป็นไซโทสเกเลทันท่ีมีขนาดใหญ่ท่ีสุด มีลักษณะเป็นกระบอกกลวง
ประกอบดว้ ยหน่วยย่อย คือ ทูบูลิน (tubulin) (ภาพท่ี 3.20) ทาหน้าท่ีเป็นโครงร่างของเซลล์และช่วยใน
การเคล่ือนท่ีขององค์ประกอบภายในเซลล์ร่วมกับมอร์เตอร์โปรตีน (motor protein) เช่น การช่วย
ลาเลยี งถงุ เวซิเคลิ จากกอลจบิ อดีไปยังเยอื่ ห้มุ เซลล์ การเคลื่อนทข่ี องโครโมโซมไปยังตาแหนง่ ทเ่ี หมาะสมใน
การแบ่งเซลล์ เซลล์ ไมโครทูบูลมีการสร้างและการกาหนดทิศทางอย่างแน่นอน ตัวอย่างเช่น ขณะท่ี
อะมีบากาลังเคลื่อนท่ีโดยการใช้เท้าเทียม เซลล์จะมีการสร้างไมโครทูบูลตามทิศทางการเคล่ือนท่ีของ
อะมบี า โดยดา้ นไมโครทูบลู ท่ถี ูกสร้างใหม่จะมโี ปรตีนจาเพาะมาเกาะทาให้เกิดการสร้างไมโครทูบูลอย่าง
ตอ่ เนือ่ ง สว่ นอกี ปลายดา้ นหนง่ึ ของไมโครทูบลู ซงึ่ ไม่มโี ปรตีนนี้มาเกาะก็จะเกิดการสลายตัวของหนว่ ยย่อย
ทบู ลู ิน

ในเซลล์สัตว์ไมโครทูบูลถูกสร้างข้ึนจากเซ็นโทรโซม (centrosomes) ซึ่งประกอบด้วย
เซน็ ทริโอล (centrioles) เรยี งตัวตั้งฉากกัน 2 อนั (ภาพท่ี 3.21) อยู่บรเิ วณใกลก้ บั นวิ เคลียส เซ็นทริโอลมี
โครงสรา้ งเปน็ ไมโครทูบูล 9 ชดุ เรยี งตวั กนั เปน็ วงแหวนซึ่งแต่ละชุดประกอบดว้ ย 3 ไมโครทูบูล ในขณะท่ี
เกิดกระบวนการแบง่ เซลล์เซน็ โทรโซมจะถูกจาลองขน้ึ อีก 1 ชดุ เพอื่ ทาหน้าทเี่ ปน็ ศนู ยก์ ลางของการสร้าง
ไมโครทูบูลในเซลล์ใหม่ อย่างไรก็ตามเซ็นโทรโซมที่ประกอบด้วยเซ็นทริโอลจะไม่พบในเซลล์พืช และ