เซลล์และการทำงานของเซลล์

ไซโทสเกเลตอน (cytoskeleton) เป็นเส้นใยโปรตีนท าหน้าที่ค ้าจุนเซลล์ เป็นที่ยึดเกาะของออร์แกเนลล์ให้อยู่ต าแหน่งต่างๆ ช่วยในการเคลื่อนที่ของออร์แกเนลล์ภายในเซลล์และการเคลื่อนที่ของเซลล์ cytoskeleton แบ่งเป็น 3 ชนิด 1.Microfilament 2.microtubule 3.intermediate filament

ไซโทซอล cytosol ไซโทซอลเป็นส่วนของไซโทพลาสซึมที่มีลักษณะเป็นสารกึ่งแข็งกึ่งเหลว มีอยู่ประมาณร้อยละ 50-60 ของปริมาตรเซลล์ทั้งหมด เซลล์ส่วนใหญ่มักมีปริมาตรของไซโทซอลประมาณ 3 เท่าของนิวเคลียส ไซโทซอลที่อยู่ติดกับเยื่อหุ้มเซลล์เรียกว่า ectoplasm ไซโทซอลบริเวณด้านในเรียกว่า endoplasm ไซโทซอลเป็นที่อยู่ของออร์แกเนลล์ต่างๆ และ โครงสร้างอื่น ๆ เช่น เม็ดไขมัน เม็ดสีในเซลล์สัตว์ หรือผลึกไขมันในเซลล์พืช

3.2.3 นิวเคลียส (nucleus) นิวเคลียส เป็นโครงสร้างที่เห็นได้ชัดเจน พบได้ในสิ่งมีชีวิตยูแคริโอต โดยทั่วไปเซลล์ยูแคริโอต มักมี 1 นิวเคลียส รูปร่างกลม รี หรือยาว พบอยู่กลางเซลล์หรือค่อนไป ทางด้านใดด้านหนึ่ง และมีเยื่อหุ้มนิวเคลียส 2 ชั้น นิวเคลียสเป็นศูนย์กลางควบคุมการท างานของเซลล์ ซึ่งมีหน้าที่เกี่ยวกับการถ่ายทอดลักษณะ ทางพันธุกรรม การแสดงออกของยีน การแบ่งเซลล์และการควบคุมการสังเคราะห์โปรตีน นิวเคลียส นิวเคลียสของเซลล์รากหอม นิวเคลียสของเซลล์เยือบุผิว

โครงสร้างของนิวเคลียสประกอบด้วยส่วนต่างๆ 1.เยื่อหุ้มนิวเคลียส (nuclear membrane) เป็นเยื่อหุ้ม 2 ชั้น และมีช่องเล็กๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 นาโนเมตรทะลุเยื่อทั้ง 2 ชั้นเรียกว่า Nuclear pores ซึ่งเป็นทางผ่านของสารระหว่างนิวเคลียสและไซโทพลาสซึม

2. นิวคลีโอลัส (nucleolus) เป็นโครงสร้างที่เห็นชัดเมื่อย้อมนิวเคลียสด้วยสีเฉพาะ ไม่มีเยื่อหุ้ม และจะสังเกตได้ชัดเจนในขณะที่เซลล์มีการสังเคราะห์โปรตีนมาก ประกอบด้วยโปรตีนและกรด นิวคลีอิกชนิด RNA เป็นส่วนใหญ่ และมี DNA ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ RNA รวมกับโปรตีนประกอบเป็นไรโบโซม

3. โครมาทิน (chromatin) ประกอบด้วยโปรตีน และ DNA ที่ขดพันกันไปมาในนิวเคลียส ขณะแบ่งเซลล์โครมาตินจะขดตัวแน่นท าให้หนาและสั้นลง จนเห็นเป็นแท่งโครโมโซม โดย DNA จะท าหน้าที่ควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม

ส าหรับสิ่งมีชีวิตประเภทโพรคาริโอต ที่ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส เช่น แบคทีเรีย DNA จะอยู่ในไซโทพลาสซึม เรียกบริเวณนี้ว่า นิวคลีออยด์(nucleoid)

ครูพิมพิม

เซลล์จะด ารงชีวิตอยู่ได้จะต้องมีการน าสารต่าง ๆ เข้าและออกจากเซลล์ เช่น สารอาหาร และ ที่ล าเลียงเข้าสู่เซลล์ เพื่อใช้ในการหายใจระดับเซลล์ท าให้ได้พลังงานไปใช้ในกิจกรรมต่าง ๆ รวมทั้งของเสียต่างที่จะต้องล าเลียงออกนอกเซลล์เพื่อไม่ให้เกิดผลกระทบบต่อการท างานต่างๆของ เซลล์ สารอาหาร แก๊สออกซิเจน ของเสีย แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ เซลล์ น าสารเข้าสู่เซลล์เพื่อใช้ในการหายใจระดับ เซลล์ท าให้ได้พลังงานไปใช้ในกิจกรรมต่างๆ ของเซลล์ ของเสีย และคาร์บอนไดออกไซด์ จะถูกล าเลียงออกเพื่อไม่ให้กระทบต่อเซลล์

เซลล ์ ม ี การควบค ุ มชนิดของสารที่ผ่านเข้า -ออกจากเซลล์ และยง ั สารมารถควบค ุ มปริมาณสารต่างๆที่ผ่านเข้า – ออก จากเซลล์ได้ด้วย ท าให้เซลล์มีความเข้มข้นของสาร แต่ละชนิดภายในและภายนอกเซลล์แตกต่างกัน Na⁺ K⁺ Cl⁻ 150 5 120 15 140 10 ความเข้มข้น (mM) ความเข้มข้น (mM) ภายนอกเซลล์ ภายในเซลล์ เช่น ไอออนภายในและภายนอกเซลล์ประสาทที่มีความส าคัญต่อการเกิดและการส่ง กระแสประสาท ซ ึ ่ งเป็ นกระบวนการส าคญ ั ในการร ั บร ้ ู และตอบสนองต ่ อส ิ ่ งเร ้ าของร่างกาย

ปฏ ิ บ ั ตก ิ ารทดสอบสมบ ั ตก ิ ารเป็ นเย ื ่ อเล ื อกผ ่ านของเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ในเซลล ์ สาหร ่ ายหางกระรอก

การล าเลียงสีนิวทัลเรดและสีผสมอาหารผ่านชั้นลิพิดของเยื่อห ้ ุ มเซลล ์ ภายนอกเซลล์ ภายในเซลล์ : สีผสมอาหาร : สีนิวทัลเรด สีที่ละลายในลิพิดจะลา เลย ี งเข ้ าส ่ ู เซลล์ได้ เมื่อน าชิ้นส่วนพืชแช่ในสีผสมอาหาร และ สีนิวทัลเรดระยะเวลาหนึ่งแล้วน ามาศึกษา ปรากฏว่า มีเพียงสีนิวทัลเรดเท ่ าน ั ่ นทส ี ่ ามารถแทรกผ ่ านเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ เข ้ าไปบริเวรภายในเซลล์ได้

การล าเลียงออกซิเจนผ่านชั้นลิพิดของเยื่อห ้ ุ มเซลล ์ ออกซ ิ เจน ไม ่ ม ีประจ ุ ม ี ขนาดเลก ็ มากพอทจ ี ่ ะแทรกตว ั เองผ ่ านช ่ องว ่ างระหว ่ างโมเลกล ุ ของฟอสโฟลิพิดได้ ภายนอกเซลล์ ภายในเซลล์ : ออกซิเจน สารขนาดเล็กบางชนิดที่ ไม่ละลายในลิพิด แต่สามารถ แทรกผ ่ านระหว ่ างโมเลกล ุ ของ ฟอสโฟลิพิดได้เพราะชั้นลิพิด ม ี การเคล ื ่ อนไหวอย ่ ู ตลอดเวลา

การลา เลย ี งกล ู โครสและคลอไรด ์ไอออนผ ่ านโปรตน ี ทเ ี ่ ย ื ่ อห ้ ุ มเซลล์ เช ่ น กล ู โคส ไม ่ ละลายในลพ ิ ด ิ และมข ี นาดใหญ ่ เกน ิ กว ่ าจะแทรกผ ่ านโมเลกล ุ ของลิพิดได้ และคลอไรด ์ไอออน ซ ึ ่ งมปี ระจ ุ จ ึ งยากทจ ี ่ ะผ ่ านช ้ ั นลพ ิ ด ิ ภายนอกเซลล์ ภายในเซลล์ : คลอไรด์ไอออน : กลูโคส สารอื่นที่ที่จ าเป็ นต่อเซลล์แต่ ไม่สามารถล าเลียง ผ่านชั้นลิพิดได้ เซลล์จะ ล าเลียงสารเหล่านั้น ผ่านโปรตีนในเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล์

ภายนอกเซลล์ ภายในเซลล์ สารที่มีขนาดใหญ่มาก เช่น เอนไซม์ จะไม่สามารถล าเลียงผ่านชั้นลิพิด หรือโปรตีน ในเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ได ้ จ ึ งลา เลย ี งเข ้ าหร ื อออกจากเซลล ์โดยวธ ิี การสร ้ างเวสิเคิลล้อมรอบสาร การล าเลียงเอนไซม์โดยเวสิเคล ถ ุ งเวส ิ เคล ิ

การล าเลียงสารโดยเวสิเคล

จะเห็นได้ว่าเซลล์ล าเลียงสารบางชนิดผ่านลิพิด บางชนิดผ่านโปรตีน และบางชนิดผ่านเวสิเคิล สมบ ั ตข ิ องสารและองค ์ประกอบของเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ มค ี วามส ั มพน ั ธ ์ กบ ั วธ ิีการล าเลียงสาร เข้าและออกจากเซลล์ การล าเลียงสารต่างวิธีเหล่านี้มีกลไกอย่างไร

กลไกการล าเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์ การแพร่แบบธรรมดา การล าเลียงสารผ่านชั้นลิพิดของเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล์นี้ จัดเป็ นการแพร่แบบธรรมดา ซึ่งรวมถึงสารที่ ละลายได้ดีในลิพิด กลไกการแพร่แบบธรรมดา ซึ่งเกิดจากการ เคล ื ่ อนท ี ่ ของโมเลกล ุ สารและการเคล ื ่ อนไหวของ ฟอสโฟลิพิดในชั้นลิพิดที่ท าให้เกิดช่องโมเลกล ุ ท ี ่ สารสามารถแทรกผ่านได้ มีทิศทางการล าเลียงจากบริเวณที่มีความเข้มข้นของ สารส ู งไปยง ั บร ิ เวณทม ี ่ ี ความเข ้ มข ้ นของสารตา ่ สารที่ละลายในน ้า หรือกลิ่งของน ้าหอมเป็ นการแพร่แบบธรรมดา

ออสโมซิส ค ื อการทโี ่ มเลกล ุ ของน า ้ สามารถแพร ่ ผ ่ านเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ได ้ เน ื ่ องจากน ้าเป็ นตัวท า ละลาย การแพร่ของน ้าจะเกิดจากบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารละลายต ่า ผ่านเยื่อ เลือกผ่าน ไปยง ั บร ิ เวณทม ี ่ ี ความเข ้ มข ้ นของสารละลายส ู ง

การแพร่แบบฟาซิลิเทต เกิดผ่านโปรตีนและมีทิศทางการ ล าเลียงจากบริเวณที่มีความ เข ้ มข ้ นของสารส ู งไปยง ั บร ิ เวณที่ มีความเข้มข้นของสารต ่า เช่น การลา เลย ี งกล ู โคสเข ้ าส ่ ู เซลล์ เม็ดเลือดแดง การแพร่แบบฟาซิลิเทตของกล ู โคส เกด ิ เร ็ วกว ่ าการแพร ่ แบบธรรมดามากเน ื ่ องจาก เป็ นการล าเลียงสารผ่านโปรตีน แต่ต้องเป็ นโปรตีนที่มีความจ าเพาะต่อสารด้วย

แอกทีฟทรานสปอร์ต เป็ นการล าเลียงโดยใช้พลังงานจากภายใน เซลล์ เช่น จากการสลายพันธะของ ATP เกิดผ่านโปรตีนที่มีความจ าเพาะ เช่น การ หลง ั ่ ไฮโดรเจนไอออนจากเซลล ์ บ ุ ผว ิ ของ กระเพาะอาหารเข ้ าส ่ ู กระเพาะอาหาร ทท ี ่ า ให้ภายในกระเพาะอาหารมีความเป็ นกรด ส ู งกว ่ าภายนอกเซลล ์ มาก ทิศทางการล าเลียงจะล าเลียงสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นต ่า ไปยังบริเวณที่มี สารความเข ้ มข ้ นส ู ง(เกิดขึ้นได้เพราะมีพลังงานเข้ามาช่วย)

การล าเลียงสารโดยสร้างเวสิเคิล เซลล์สามารถล าเลียงสารขนาดใหญ่ เข้าหรือออกจากเซลล์โดยการสร้าง ถ ุ งเวส ิเคิลจากเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ เพื่อล้อมรอบสารที่ต้องล าเลียง เย ื ่ อห ้ ุ มดง ั กล ่ าว ม ีโครงสร ้ างเป็ นช ้ ั น ฟอสโฟลิพิด เช ่ นเดย ี วกบ ั เย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ สามารถ คอดหล ุ ดออก หร ื อมารวมตว ั กบ ั เย ื ่ อห ้ ุ มอ ื ่นที่มี โครงสร้างเหมือนกันได้

การล าเลียงสารออกจากเซลล์โดยการสร้างเวสิเคิลเรียกว่า เอกโซไซโทซิส (exocytosis) ซึ่งเวสิเคิลทม ี ่ ส ี ารอย ่ ู ภายในจะเคล ื ่ อนมาส ่ ู ผว ิ เซลล ์ และเย ื ่ อห ้ ุ มท ้งสองเชื่อมต่อกันแล้วดัน ั ให ้ สารทอ ี ่ ย ่ ู ในถ ุ งเวส ิเคิลออกนอกเซลล์ เช่น การหลั่งน ้าลาย การหลั่งเอนไซม์จากเซลล์ ตับอ่อนไปยังล าไส้เล็ก เย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ และถ ุ งเวส ิ เคล ิสามารถรวมตัวกันได้เพราะมีโครงสร้างแบบเดียวกัน

การล าเลียงสารเข ้ าส ่ ู เซลล ์โดยการสร้างเวสิเคิลเรียกว่า เอนโดไซโทซิส (endocytosis) ซึ่งมี 3 ร ู ปแบบค ื อ ฟาโกไซโทซ ิ ส (phagocytosis) พิโนไซโทซิส (pinocytosis) และ การน าสาร เข ้ าส ่ ู เซลล ์โดยอาศ ั ยตว ั ร ั บ (receptor-mediated endocytosis ) ฟาโกไซโทซิส (phagocytosis) เป็ นการล าเลียงสารขนาดใหญ่ ที่ไม่ละลายน ้า โดยส ่ วนของเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ จะย ื ่ นไปโอบสารและสร้าง เป็ นถ ุ งล ้ อมรอบ เร ี ยกว ่ าถ ุ งเวส ิ เคล ิ ก่อนน าเข ้ าส ่ ู เซลล ์ เช ่ น การทา งานของเมด ็ เล ื อดขาวกล ่ ุ มฟาโกไซต์

พิโนไซโทซิส (pinocytosis) เป็ นการล าเลียงของเหลวทอ ี ่ ย ่ ู นอกเซลล ์ กลบ ั เข ้ ามาภายในเซลล ์ ซ ึ ่ งส ่ วนของเย ื ่ อห ้ ุ ม เซลล์จะคอดเว้าเกิดเป็ นถ ุ งเวส ิเคิล

การน าสารเข ้ าส ่ ู เซลล ์โดยอาศ ั ยตว ั ร ั บ (receptor-mediated endocytosis ) เป็ นการที่สารจะจับกับตัวรับสารจ าเพาะบนผว ิ นอกของเย ื ่ อห ้ ุ มเซลล ์ และเกิดเป็ นเวสิเคิล เข ้ าส ่ ู เซลล ์ เช ่ น การน าฮอร ์โมนบางชน ิ ดเข ้ าส ่ ู เซลล ์