Cell Structure and Function

1. สิ่งมีชีวิต (living organism) แบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่ม สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (unicellular organism) เช่น แบคทีเรีย สาหร่าย โปรตัวซัว และยีสต์เป็นต้น สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (multicellular organism) ได้แก่ ฟังไจ พืช และสัตว์ Cell Structure and Function บทนำ

2. “ขนาดของร่างกายกำหนดจากจำนวนเซลล์ ไม่ได้กำหนดจากขนาดของเซลล์” สิ่งมีชีวิตนอกจากมีความหลากหลายชนิดแล้ว ขนาดยังมีความแตกต่างกันด้วย ขนาดรูปร่างของหนูเล็กกว่าของคนมาก และขนาดของคนก็เล็กว่าช้างมาก ไม่ว่าขนาดร่างกายจะต่างกันอย่างไร ขนาดของเซลล์จะใกล้เคียงกัน ดังนั้นขนาดของร่างกายกำหนดจากจำนวนเซลล์ ไม่ได้กำหนดจากขนาดของเซลล์ ตัวอย่างเช่น ขนาดเซลล์ของหนู ~ ขนาดเซลล์ของช้าง แต่จำนวน เซลล์ของช้างมีจำนวนมากกว่า จำนวนเซลล์ของหนู

3. คำว่า “cell” (เซลล์) มีความหมายถึงช่องสี่เหลี่ยมเล็ก ๆ :บัญญัติขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ Robert Hooke เมื่อปี ค.ศ. 1665 โดยการใช้กล้องจุลทรรศน์ที่ปรับปรุงขึ้นส่องดูชิ้นไม้คอร์คที่ฝานเป็นชิ้นบาง ๆ ซึ่งเห็นเป็นช่องสี่เหลี่ยมขนาดเล็กมากมาย : ต่อมาอีก 2-3 ปี นักกายวิภาคศาสตร์ชาวอิตาลีชื่อ M. Malpighi ก็พบลักษณะโครงสร้างคล้ายกันนี้ในเนื้อเยื่อสัตว์ซึ่งเขาเรียกว่า vesicles หรือ utricles

4. ประวัติการศึกษาเรื่องเซลล์ประวัติการศึกษาเรื่องเซลล์ ค.ศ. 1590 Jansen ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ที่เป็น compound microscope ค.ศ. 1650-1700 Antony van Leeuwenhoeck ได้สังเกตเห็นนิวเคลียส สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว รวมถึงแบคทีเรีย • ค.ศ. 1700-1800 มีการกล่าวถึงและมีงานพิมพ์ที่เป็นรูปวาดเกี่ยวกับเนื้อเยื่อพืชเป็นส่วนมาก • ค.ศ. 1831-1833 Robert Brown ได้อธิบายถึงลักษณะนิวเคลียสในเซลล์พืชว่ามีรูปร่างกลม ค.ศ. 1838-1839 Theodor Schwann นักสัตวศาสตร์ชาวเยอรมันและ Matthias Schleiden นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมันได้สรุปว่า เนื้อเยื่อของสัตว์และพืชประกอบขึ้นด้วยเซลล์ แต่ละเซลล์เจริญพัฒนาอย่างเป็นอิสระ และได้เสนอทฤษฎีเซลล์ (Cell theory)

5. * สิ่งมีชีวิตทั้งหลายประกอบขึ้นด้วยเซลล์ซึ่งอาจจะเป็นเซลล์เดียวหรือหลายเซลล์ * เซลล์เป็นทั้งหน่วยโครงสร้างและหน่วยหน้าที่ของสิ่งมีชีวิต ทฤษฎีเซลล์ (Cell theory) • มีใจความหลักว่า • ต่อมา นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันชื่อ Rudolf Virchow ซึ่งศึกษาเกี่ยวกับการสืบพันธุ์ของเซลล์ ได้เสนอความคิดเสริมเพิ่มเติมกับทฤษฎีเซลล์ว่า * เซลล์ทั้งหลายกำเนิดขึ้นมาจากเซลล์ที่มีอยู่ก่อนแล้วโดยการแบ่งเซลล์

6. ค.ศ. 1840 ได้มีการเรียกชื่อส่วนประกอบทั้งหลายภายในเซลล์ว่า “protoplasm” โดย Purkinje ซึ่งต่อมาก็มีการใช้คำ “cytoplasm” ซึ่งหมายถึงของเหลวที่อยู่รอบนิวเคลียส ค.ศ. 1887-1900 ได้มีการปรับปรุงคุณภาพของกล้องจุลทรรศน์ น้ำยารักษาสภาพเนื้อเยื่อ (fixatives) สีย้อมและการตัดเนื้อเยื่อ ทำให้ความรู้เกี่ยวกับเซลล์เป็นไปอย่างกว้างขวางและได้รายละเอียดมากขึ้น ค.ศ 1930 เป็นต้นมา เมื่อมีการสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็คตรอนที่มีความ สามารถในการขยายสูง ทำให้การศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้าง ส่วนต่าง ๆ ของเซลล์ระดับลึก (ultrastructure) ก็ได้รับการศึกษาอย่าง กว้างขวาง

7. เซลล์คืออะไร???? คือ หน่วยที่เล็กที่สุดซึ่งเป็นทั้งหน่วยโครงสร้างและหน้าที่ของสิ่งมีชีวิตที่แสดงคุณลักษณะของชีวิตได้ ซึ่งได้แก่ สามารถนำวัตถุดิบเข้าภายในเซลล์ได้ สามารถใช้วัตถุดิบนั้นมาเป็นพลังงานและสังเคราะห์โมเลกุลใหม่ได้ มีการเจริญเติบโตได้ ตอบสนองต่อสิ่งเร้ารอบ ๆ ได้ สามารถดำรงสภาพสมดุล (homeostasis) ได้ สามารถแพร่พันธุ์ด้วยตนเองและปรับตัวได้

8. ขนาดของเซลล์ เซลล์ทั้งหลายมีขนาดเล็กมากและไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า ยกเว้นบางชนิดเช่น เซลล์ไข่ของพวกนกหรือไก่ เซลล์ไข่ของกบ เป็นต้น ใหญ่กว่า เซลล์พืช ใหญ่กว่า เซลล์สัตว์ เซลล์แบคทีเรีย 10-100 ไมครอน 10-30 ไมครอน 1 ไมครอน

9. ทำไมเซลล์ต้องจำกัดตัวเองให้มีขนาดเล็กทำไมเซลล์ต้องจำกัดตัวเองให้มีขนาดเล็ก :เนื่องจากมีข้อจำกัดของความสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่ผิวกับปริมาตรหรือที่เรียกว่า “surface-to-volume ratio” ยิ่งเซลล์มีขนาดเล็กประสิทธิภาพของการผ่านเข้า-ออกของสารผ่านพลาสมา เมมเบรน และการกระจายของสารภายในเซลล์ย่อมดีกว่าเซลล์ที่มีขนาดใหญ่ ยกเว้น เซลล์พืชบางชนิดแม้จะมีขนาดใหญ่แต่ก็ดำเนินกิจกรรมภายในเซลล์ได้ดี ทั้งนี้เพราะอาศัย cytoplasmic streaming ช่วยกระจายสารต่าง ๆ ให้ทั่วถึงภายในเซลล์

12. The electron micrograph reveals little internal detail in the prokaryotic cell ,although a number of flagella are seen.Prokaryotes are structurally much simpler than eukaryotic cells yet they carry many of the same chemical process

13. เซลล์ที่มีขนาดใหญ่ - ปริมาตรของเซลล์มาก พื้นที่ผิว : ปริมาตร น้อย - พื้นที่ผิวมาก :จะเป็นอุปสรรคต่อ กิจกรรมต่างๆของเซลล์ • เซลล์ที่มีขนาดเล็ก - ปริมาตรเซลล์น้อย พื้นที่ผิว : ปริมาตร มาก - พื้นที่ผิวน้อย :กิจกรรมต่างๆ ของเซลล์ เกิดได้มีประสิทธิภาพ

14. ชนิดของเซลล์ เซลล์ (cell) Prokaryotic cell heterotrophs autotrophs eukaryotic cell

15. Prokaryotic cell - โครงสร้างไม่สลับซับซ้อน, ขนาดเล็กประมาณ 1/10 ของ Eukaryotic cell - ออร์แกเนลล์มีเฉพาะ ribosome - มีนิวเครียสไม่แท้จริง ( nucleoid ) , DNA เป็นวง Eukaryotic cell - เป็นโครงสร้างที่มีความซับซ้อน - มีออร์แกเนลลืหลายชนิด - มีนิวเครียสแท้จริง (มี nuclear membrane), DNA เป็นสายตรง

16. ตารางเปรียบเทียบเซลล์ของ Prokaryotic กับ eukaryotic cell

18. Animal cell : ลักษณะและองค์ประกอบ

20. Plant cell : ลักษณะและองค์ประกอบ

22. Organelles 1. Plasma membrane แสดงชั้น phospholipid 2 ชั้น โมเลกุล phospholipid มีสองส่วน ส่วนที่เป็น charged หรือ polar head จัดเรียงตัวเป็นพื้นผิวอยู่ด้านนอกและด้านในเซลล์ ส่วนที่เป็น uncharged หรือ nonpolar tail หันเข้าหากันเป็นชั้นอยู่ตรงกลาง ในชั้น phospholipid นี้มีโปรตีนแทรกอยู่มากมาย และที่เซลล์สัตว์มีโมเลกุล cholesterol แทรกด้วย

23. 2. Nucleus and nuclear envelope แสดงลักษณะของนิวเคลียส ส่วนที่หุ้มรอบเป็น nuclear envelope ซึ่งเป็นเมมเบรนสองขั้น แต่ละชั้นเมมเบรนเป็น lipid bilayer structure ตลอดทั่ว envelope มี protein pores มากมาย

24. 3. Endoplasmic reticulum (ER) โครงสร้างเป็นระบบเมมเบรนที่เป็นถุงแบนและหลอดซึ่งติดต่อกัน ER ติดต่อถึงกันกับ nuclear envelope ER มีทั้ง rough ER และ smooth ER

25. 4. Golgi apparatus เป็นถุงเมมเบรนแบนซ้อนกัน โครงสร้างนี้มีด้านที่รับ vesicles เข้ามาเป็น cis face และด้านที่ปล่อย vesicles ออกไปเป็น trans face

27. 5. Mitochondrion เป็นแหล่งที่เกิดการหายใจของเซลล์ โครงสร้างที่หุ้มรอบด้วยเมมเบรนสองชั้น เมมเบรนชั้นในยื่นแทรกเข้าภายในเป็น cristae ซึ่งมีเอนไซม์ใช้ในการสร้าง ATP ภายในมี DNA, RNA, ribosomes และเอนไซม์หลายชนิด สามารถจำลองตัวเพิ่มจำนวนได้

28. 6. Centrioles เป็นโครงสร้างรูปแท่งทรงกระบอกขนาดเล็ก 2 แท่ง วางตัวตั้งฉากซึ่งกันและกันและอยู่บริเวณ centrosome ซึ่งเป็นบริเวณใกล้กับนิวเคลียส แต่ละแท่ง centriole ประกอบด้วยชุดไมโครทูบูล 9 ชุด เรียงเป็นวงรอบ (9+0) แต่ละชุดมีไมโครทูบูล 3 แท่ง

29. 7. Lysosomes เป็นถุงเมมเบรนกลมมีลักษณะทึบเมื่อดูด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ถุงเมมเบรนนี้หลุดจาก trans face ของ Golgi apparatus เป็น primary lysosome และเมื่อรวมกับโครงสร้างอื่นจะกลายเป็น secondary lysosome

30. 8. Ribosomes เป็นอนุภาคขนาดเล็กประกอบด้วย 2 subunits ribosomes ที่อยู่เป็นอิสระภายในไซโทพลาสซึมเกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีนที่ใช้อยู่ภายในเซลล์ ส่วน ribosome ที่ติดกับ ER ทำหน้าที่สร้างโปรตีนที่ถูกขับออกนอกเซลล์

31. 9. Peroxisomes (Glyoxysomes) เป็นถุงมีเมมเบรนหุ้ม ภายในมีเอนไซม์ที่ใช้ในการขนถ่ายไฮโดรเจนจากสารหลายชนิดไปยังออกซิเจนและได้ผลิตผลเป็น hydrogen peroxide (H2O2) และ H2O2 นี้ถูกเปลี่ยนให้เป็น H2O ในเซลล์ตับ peroxisome ช่วยทำลายพิษของสารที่เป็นพิษ ในเนื้อเยื่อพืชที่เก็บไขมัน เช่น เมล็ดพืชที่กำลังงอก เอนไซม์ใน peroxisome สามารถเปลี่ยนกรดไขมันให้เป็นน้ำตาลได้ peroxisome ไม่ได้กำเนิดมาจากระบบเมมเบรนภายในเซลล์ แต่เกิดขึ้นโดยการเข้ารวมกันของโปรตีนและไขมันเป็นเมมเบรน

32. 10. Cilia and Flagella เป็นโครงสร้างลักษณะคล้ายเส้นขนเคลื่อนไหวได้ ส่วนที่เป็นแกนประกอบด้วยคู่ไมโครทูบูล 9 คู่เรียงเป็นวงรอบ และมีไมโครทูบูล 1 คู่ อยู่ตรงกลางวง (9+2) บริเวณส่วนฐานยึดติดกับ basal body ซึ่งมีโครงสร้างเช่นเดียวกับ centriole

33. 11. Cytoskeleton : Microtubules มีลักษณะเป็นหลอดทรงกระบอกกลวง ไม่สามารถมองเห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์ธรรมดา แต่เมื่อมาจัดเรียงตัวเป็น mitotic spindle จะเห็นได้ แต่ละไมโครทูบูลมีเส้นผ่านศูนย์กลางราว 25 นาโนเมตร ความยาวไม่แน่ชัด มักอยู่กระจายทั่วเซลล์

35. 12. Cytoskeleton : Actin filaments มีลักษณะเป็นเส้นบาง ๆ มีขนาดกว้างประมาณ 5 นาโนเมตร และยาวราว 1.0 ไมครอน ประกอบขึ้นด้วย globular protein ที่จัดเรียงตัวเป็นสาย 2 สาย และอยู่พันกันเป็นเกลียว

37. 13. Cytoskeleton : Intermediate filament เป็นเส้นใยบาง ๆ ประกอบด้วยโปรตีนแตกต่างกันหลายชนิด ในเซลล์ชนิดต่าง ๆ

38. 14. Plastids : Chloroplasts เป็นออร์แกเนลล์ขนาดใหญ่ มีสีเขียว อยุ่ในเซลล์พืชและเซลล์สัตว์เท่านั้น โครงสร้างเป็นรูปไข่ มีเมมเบรนหั้ม 2 ชั้น ภายในเป็น stroma และมีแผ่น thyrakoid เรียงซ้อนกัน ที่เมมเบรน thyrakoid มีเอนไซม์สังเคราะห์ ATP และมี รงควัตถุ chlorophyll และ carotenoids ภายใน chloroplast มี DNA และ ribosomes สามารถสร้างโปรตีนและจำลองตัวเองได้

40. 15. Plastids : Leucoplasts (White plastids Leucoplastids เป็น plastids ที่ไม่มีสีเนื่องจากไม่มี pigments โดยปกติแล้วทำหน้าที่เก็บสะสมอาหาร และมักมีมากในส่วนของพืชที่มีหน้าที่เก็บสะสม เช่น ราก เมล็ด และใบอ่อน plastids นี้มีหลายชนิด เช่น amyloplast เก็บสะสมแป้ง lipidoplasts เก็บสะสมลิปิด น้ำมันหรือไขมัน proteoplasts เก็บสะสมโปรตีน

41. 16. Chromoplasts (Colored plastids) Chromoplasts เป็น plastids ที่มีสีต่าง ๆ ตาม pigments เช่น pigments carotenes ทำให้เป็นสีส้ม xanthophylls ทำให้เป็นสีเหลือง และอีกหลาย pigments ที่ทำให้เกิดสีแดง chromoplasts นี้ทำให้เกิดสีสรรต่าง ๆ ของดอกไม้และผลไม้

42. 17. Cell wall เป็นผนังแข็งทึบห่อหุ้มเซลล์พืช เซลล์สาหร่ายและฟังไจ องค์ประกอบทางเคมีของผนังเซลล์เหล่านี้แตกต่างกัน แต่โดยหน้าที่แล้วคล้ายคลึงกัน ผนังเซลล์ที่ถูกสร้างขึ้นระหว่างที่เซลล์พืชแบ่งเซลล์เรียกว่า “primary wall” ต่อมาผนังนี้หนาตัวขึ้นกลายเป็น “secondary wall”

43. 18. Vacuoles เป็นถุงที่มีผนังเป็นเมมเบรนชั้นเดียว ภายในบรรจุไว้ด้วยของเหลว ในเซลล์สัตว์มี vacuole ขนาดเล็ก เช่น phagocytic vacuoles, food vacuoles, autophagic vacuoles และ contractile vacuoles แต่เซลล์พืชโดยเฉพาะพวก parenchyma cells และ collenchyma cells มี vacuoles ใหญ่เรียกว่า “large central vacuole”

45. Cytoplasmic Inclusion

46. Cytoplasmic Inclusion คืออะไร????? Inclusion เป็นส่วนที่พบได้ในไซโทพลาสซึมของเซลล์พืชและเซลล์สัตว์ เป็นสิ่งที่เกิดจากกระบวนการเมตาโบลิซึม เป็นสารที่เซลล์เก็บสะสมไว้ เป็นสิ่งที่เซลล์นำเข้ามาจากภายนอก

47. Inclusion ในเซลล์สัตว์ เช่น Inclusion ในเซลล์พืช เช่น Lipid droplet เม็ดแป้ง ผลึก Glycogen vacuole Zymogen Pigments

48. เนื้อเยื่อสัตว์ (Animal Tissues) บทนำ สิ่งมีชีวิตทั้งหลายมีลำดับการจัดรวมกันขององค์ประกอบ (level of organization) เป็นตัวของสิ่งมีชีวิต อะตอม ชีวโมเลกุล ออร์แกเนลล์

49. เซลล์ เนื้อเยื่อ อวัยวะ ระบบอวัยวะ สิ่งมีชีวิต

50. เนื้อเยื่อ หมายถึงกลุ่มเซลล์ที่มีรูปร่างคล้ายกันและทำหน้าที่ร่วมกัน โครงสร้างของเนื้อเยื่อมีรูปแบบต่าง ๆ กันซึ่งแต่ละรูปแบบก็เหมาะกับหน้าที่ต่างกันออกไป สัตว์มีกระดูกสันหลัง (vertebrates) เนื้อเยื่อถูกจัดแบ่งออกเป็น 4 ชนิด (1) เนื้อเยื่อบุผิว (epithelial tissue) (2) เนื้อเยื่อเกี่ยวพัน (connective tissue) (3) เนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ (muscular tissue) (4) เนื้อเยื่อประสาท (nervous tissue)