เซลล์ของสิ่งมีชีวิต(Living cells)

          เซลล์  หมายถึง  หน่วยที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิตซึ่งยังคงสมบัติของการมีชีวิต กล่าวคือ มีกิจกรรมระดับเซลล์อยู่ ( metabolism)
         
          พ.ศ.2381 มัตทีอัส ยาคอบ ชไลเดน (Matthias Jakob Schleiden) นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน และในปีถัดมา พ.ศ.2382 เทโอดอร์ ชวันน์
(Theodor Schwann) นักสัตววิทยาชาวเยอรมัน ทั้งสองได้ค้นพบว่าทั้งพีชและสัตว์ต่างมีเซลล์เป็นองค์ประกอบ จึงได้ร่วมกันตั้ง"ทฤษฎีเซลล์" มีใจความว่า "สิ่งมีชีวิตทั้งหลยประกอบด้วยเซลล์และเซลล์คือหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด"

ทฤษฎีเซลล์มีใจความที่สำคัญ 3 ประการ คือ

1. สิ่งมีชีวิตทั้งหลายอาจมีเพียงเซลล์เดียว หรือ หลายเซลล์ ซึ่งภายในมีสารพันธุกรรมและมีกระบวนการเมแทบอลิซึม ทำให้สิ่งมีชีวิตดำรงอยู่ได้

2. เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิตที่มีการจัดระบบการทำงานภายในโครงสร้างของเซลล์

3. เซลล์มีกำเนิดมาจากเซลล์แรกเริ่ม เซลล์เกิดจากการแบ่งตัวของเซลล์เดิม แม้ว่าชีวิตแรกเริ่มจะมีวิวัฒนาการมาจากสิ่งไม่มีชีวิต แต่นักชีววิทยายังคงถือว่าการเพิ่มขึ้นของจำนวนเซลล์เป็นผลสืบเนื่องมาจากเซลล์รุ่นก่อน

โครงสร้างของเซลล์ที่ศึกษาด้วยกล้องจุลลทรรศน์อิเล็กตรอน

ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์
    ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์ หมายถึง โครงสร้างที่ห่อหุ้มไซโทพลาซึมให้คงรูปร่างและแสดงขอบเขตของเซลล์ ได้แก่ ผนังเซลล์ และเยื่อหุ้มเซลล์

 ผนังเซลล์(cell wall)

            ผนังเซลล์ (Cell wall) คือ ชั้นที่ล้อมเซลล์ซึ่งอยู่ถัดจากชั้นของเยื่อหุ้มเซลล์ มักพบอยู่ในพืช แบคทีเรีย อาร์เคีย เห็ดรา สาหร่าย แต่ไม่พบในสัตว์และโพรทิสต์ ผนังเซลล์ทำหน้าที่เป็นตัวค้ำจุนโครงสร้าง ปกป้องเซลล์ คัดกรองสาร และยังมีหน้าที่ป้องกันการขยายตัวมากเกินไปหากน้ำไหลผ่านเข้าสู่ภายในเซลล์ ผนังเซลล์เป็นเส้นใยที่ประกอบด้วยเซลลูโลส จัดเรียงตัวเป็นชั้นไขว้กัน

             นอกจากนี้เซลล์ที่มีอายุมากขึ้นอาจมีสารอื่นมาสะสมบนเส้นใยเซลลูโลสเพิ่มมากขึ้น เช่น 

เฮมิเซลลูโลส (hemicellulose) เพกทิน (pectin) ซูเบอริน (suberin) คิวทิน (cutin) และลิกนิน (lignin)

ผนังเซลล์จะมีช่องเล็กๆ เป็นทางสำหรับให้ไซโทพลาซึมจากเซลล์หนึ่งติดต่อกับไซโทพลาซึมของเซลล์ข้างเคียง เรียกบริเวณนี้ว่า พลาสโทเดสมาตา (plasmodesmata)

 เยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane)

      เยื่อหุ้มเซลล์ (plasma membrane) เป็นเยื่อหุ้มที่อยู่ชิดกับผนังเซลล์ มีความหนาประมาณ 8.5一10 นาโนเมตร อาจมีลักษณะเรียบ หรือพับไปมา เพื่อขยายขนาดเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์ เรียกว่า มีโซโซม (mesosome) หรือที่เรียกกันอีกอย่างว่า "เซลล์คุม" มีหน้าที่ควบคุม การเข้าออกของน้ำ สารอาหาร และอิออนโลหะต่าง ๆ เป็นตัวแสดงขอบเขตของเซลล์ เซลล์ทุกชนิดต้องมีเยื่อหุ้มเซลล์
      เยื่อหุ้มเซลล์และเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิดจัดเรียงตัวเป็น 2 ชั้น (lipid bilayer) โดยการหันด้านที่มีขั้ว (polar head) มีสมบัติชอบน้ำออกด้านนอก และ ด้านไม่มีขั้ว (nonpolar tail)มีสมบัติไม่ชอบน้ำเข้าด้านในโดยมีโปรตีนแทรกอยู่ นอกจากนี้ยังมี คอเลสเตอรอล ไกลโคลิพิด และไกลโคโปรตีนเป็นส่วนประกอบอยู่ด้วย เรียกลักษณะการจัดเรียงตัวแบบนี้ว่า "ฟลูอิดโมเซอิกโมเดล"(fluid mosaic model)
       เยื่อหุ้มยังทำหน้าที่เป็นเยื่อเลือกผ่าน ยอมให้เฉพาะสารที่เซลล์ต้องการหรือจำเป็นต้องใช้เท่านั้นผ่านเข้าออกได้ การแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เกิดขึ้นได้ดีกับสารที่ละลายในไขมันได้ดี ส่วนสารอื่น ๆ เช่น ธาตุอาหาร เกลือ น้ำตาล ที่แพร่เข้าเซลล์ไม่ได้ จะใช้การขนส่งผ่านโปรตีนที่เยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเป็นได้ทั้งแบบที่ใช้และไม่ใช้พลังงาน

ไซโทพลาซึม (cytoplasm)

     เป็นส่วนที่ล้อมรอบนิวเคลียสอยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ ไซโทพลาซึมประกอบด้วยส่วนที่สำคัญ 2 ส่วน คือ ออร์แกเนลล์ และ  ไซโทซอล (cytosol)

     ออร์แกเนลล์มีหลายชนิด กระจายอยู่ตามตำแหน่งต่างๆ ในไซโทพลาซึม บางชนิดมีเยื่อหุ้มที่มีองค์ประกอบคล้ายเยื่อหุ้มเซลล์ ออร์แกเนลล์แต่ละชนิดจะมีโครงสร้างและหน้าที่แตกต่างกัน ดังนี้

      

เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (endoplasmic reticulum ; ER)

      เป็นท่อแบนใหญ่ บางบริเวณโป่งออกเป็นถุง เรียงขนานกันเป็นชั้น ๆ ภายในมีของเหลวบรรจุอยู่มีท่อเชื่อมถึงกันเป็นร่างแหอยู่ล้อมรอบนิวเคลียส และเชื่อมกับเยื่อหุ้มนิวเคลียที่ผิวนอกของ เอนโดพลาสมิคเรติคูลัม

      

เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม มี  2  ชนิด คือ

       1. เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมชนิดผิวขรุขระ (rough endoplasmic reticulum : RER)เพราะมีไรโบโซมมาเกาะติดอยู่ทำให้มองดูคล้ายผิวขรุขระ

       2. เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมชนิดผิวเรียบ (smooth endoplasmic reticulum : SER)

เพราะไม่มีไรโบโซมมาเกาะผิวจึงดูเรียบ

ER ทั้งสองชนิดมีท่อเชื่อมถึงกัน

        RER เป็นบริเวณที่ไรโบโซมสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งบรรจุในเวสิเคิล และลำเลียง

ออกนอกเซลล์ หรือส่งต่อไปยังกอลจิคอมเพล็กซ์ หรือเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์

        

        SER ทำหน้าที่สังเคราะห์สารสเตรอยด์  เช่น  ฮอร์โมนเพศ ไตรกลีเซอไรด์ 

และสารประกอบคอเลสเทอรอล  รวมทั้งยังกำจัดสารพิษและควบคุมการผ่านเข้าออกของ

แคลเซียมไอออนในเซลล์กล้ามเนื้อยึดกระดูกและกล้ามเนื้อหัวใจ 

        SER มีมากในเซลล์สมอง  ต่อมหมวกไต  อัณฑะและรังไข่

ไรโบโซม (ribosome)

         เป็นออร์แกเนลล์ขาดเล็กที่ไม่มีเยื่อหุ้มเซลล์ ประกอบด้วย หน่วยย่อย 2 หน่วย คือ หน่วยย่อยขนาดเล็กและหน่วยย่อยขนาดใหญ่มีรูปร่างเป็นก้อน ดังภาพ ไรโบโซมประกอบด้วยโปรตีนและ RNA  ที่มีสัดส่วนใกล้เคียงกันโดยน้ำหนัก  ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีน

หน่วยย่อยทั้งสองชนิดของไรโบโซมอยู่แยกกันและจะมาติดกันขณะที่มีการสังเคราะห์โปรตีน

         ประกอบด้วยสารเคมี 2 ชนิด คือ กรดไรโบนิวคลีิอิก (ribonucleic : RNA) กับโปรตีนอยู่รวมกัน

เรียกว่า ไรโบนิวคลีโอโปรตีน (ribonucleoprotin)

         RNA เป็นชนิด ไรโบโซมอล อาร์เอนเอ (ribosomal RNA) ส่วนโปรตีนแตกต่างกันไป

ตามชนิดของสิ่งมีชีวิต

ไรโบโซม ที่เกาะอยู่บนเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมจะสร้างโปรตีนเพื่อส่งออกนอกเซลล์และ

สร้างโปรตีนที่เป็นองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์

 ไรโบโซมที่อยู่อิสระจะสร้างโปรตีนเพื่อใช้ภายในเซลล์

กอลจิคอมเพล็กซ์ 

    กอลจิคอมเพล็กซ์(Golgi complex) ทำหน้าที่ แพ็ค เติมแต่ง และส่งออกสาร โดยที่สารทุก ชนิดก่อนจะส่งออกไปนอกเซลล์โดยวิธี Exocytosis ต้องผ่านที่นี่ก่อน ซึ่งอาจจะมีการเติมคาร์โบไฮเดรตกับโปรตีนและไขมันที่สร้างจาก RER และ SER กลายเป็น Glycolipid ตามลำดับ โดยตัว Golgi complex จะหลุดออกมาเป็นถุงใส่สาร(Vasicle) ซึ่งอาจกลายเป็น ไลโซโซม(Lysosome) ได้ กอลจิคอมเพล็กซ์(Golgi complex) มีหน้าที่อื่นๆเช่นสร้าง Cell plate ในเซลล์พืช ,Acrosome ของอสุจิ ,Nematocyst ของ Cnidarian ,Enamel เคลือบฟัน เป็นต้น

โครงสร้างของ กอลจิคอมเพล็กซ์(Golgi Complex) 

เป็น ออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มชั้นเดียว มีลักษณะเป็นถุงแบนบางเรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ

หน้าที่ของ กอลจิคอมเพล็กซ์(Golgi Complex)

1.บรรจุและขนส่งโปรตีนสำหรับส่งออกนอกเซลล์

2.ดัดแปลงโปรตีนที่มาจาก RER โดยการเติมน้ำตาลหรือหมู่ฟังก์ชันต่างๆ

3.สังเคราะห์สารเพกติน(Pectin) ที่เป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์

4.สังเคราะห์ไลโซโซม(Lysosome) 

ไลโซโซม (lysosome)

            ไลโซโซม เป็นออร์แกแนลล์ ที่มีเมมเบรนห่อหุ้ม เพียงชั้นเดียว ซึ่งไม่ยอมให้เอนไซม์ต่างๆ ผ่านออก แต่เป็นเยื่อที่สลายตัว หรือรั่วได้ง่าย เมื่อเกิดการอักเสบของเนื้อเยื่อ หรือขณะที่มีการเจริญเติบโต เยื่อหุ้มนี้มีความทนทาน ต่อปฏิกิริยาการย่อยของเอนไซม์ ที่อยู่ภายในได้ เอนไซม์ที่อยู่ในถุงของไลโซโซมนี้ เชื่อกันว่าเกิดจากไลโซโซม ที่อยู่บน RER สร้างเอนไซม์ขึ้น แล้วส่งผ่านไปยังกอลจิบอดี แล้วหลุดเป็นถุงออกมา

              ทำหน้าที่เป็นผู้ขนส่งเอนไซม์ที่ใช้ในการย่อยสลายโปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรต มีลักษณะเป็นถุง มีเยื่อหุ้มชั้นเดียว พบในเซลล์สัตว์และพืชบางชนิด และเม็ดเลือดขาว เซลล์พืชบางชนิด เช่น กาบหอยแครง หม้อข้าวหม้อแกงลิงเป็นพืชที่ขาดสารอาหารบางชนิด เช่น N (ไนโตรเจน) จึงใช้ไลโซโซมในการย่อยแมลง

หน้าที่ของไลโซโซม

ไลโซโซม แบ่งออกเป็น 4 ชนิด คือ

1. ไลโซโซมระยะแรก (primary lysosome) มีน้ำย่อยที่สังเคราะห์มาจากไรโบโซม และเก็บไว้ในกอลจิบอดี แล้วหลุดออกมาเป็นถุง
2. ไลโซโซมระยะที่ 2 (secondary lysosome) เกิดจากไลโซโซมระยะแรก รวมตัวกับสิ่งแปลกปลอม ที่เข้ามาในเซลล์ โดยวิธีฟาโกไซโตซิส (phagocytic) หรือ พิโนไซโตซิส (phagocytosis) แล้วมีการย่อยต่อไป
3. เรซิดวล บอดี (residual body) เป็นส่วนที่เกิดจากการย่อยอาหาร ในไลโซโซมระยะที่สองไม่สมบูรณ์ มีกากอาหารเหลืออยู่ ในเซลล์บางชนิด เช่น อะมีบา โปรโตซัว จะขับกากอาหารออก ทางเยื่อหุ้มเซลล์ โดยวิธีเอกโซไซโตซิส (exocytosis) หรือในเซลล์บางชนิด อาจสะสมไว้เป็นเวลานาน ซึ่งสามารถใช้บอกอายุของเซลล์ได้ เช่น รงควัตถุที่สะสมไว้ในเซลล์ประสาท ของสัตว์ที่มีอายุมาก

4. ออโตฟาจิก แวคิวโอ หรือ ออโตฟาโกโซม (autophagic vacuole or autophagosome) เป็นไลโซโซม ที่เกิดในกรณีพิเศษ เนื่องจากกินส่วนต่างๆ ของเซลล์ตัวเอง เช่น ไมโทคอนเดรีย ร่างแหเอนโดปลาสซึม พบมากในเซลล์ตับ

แวคิวโอล (vacuole)

แวคิวโอล(Vacuole) คือ Vesicle ขนาดใหญ่ บรรจุสารต่างชนิดกัน

โครงสร้าง แวคิวโอล(Vacuole) 

ออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มชั้นเดียว แบ่งออกได้เป็น 4 แบบ ขึ้นกับโครงสร้างและหน้าที่

1.Food vacuole ในพวกโปรโตซัวและเซลล์เม็ดเลือดขาวบางชนิด

2.Contractile vacuole ในโปรโตซัวน้ำจืด

3.Fat vacuole ในเนื้อเยื่อสะสมไขมันสัตว์(Adipose tissue)

4.Central vacuole หรือ Sap vacuole ในเซลล์พืช(เรียก Tonoplast)

หน้าที่ แวคิวโอล(Vacuole) จำแนกตามประเภทและชนิดของแวคิวโอล

1.Food vacuole บริเวณที่เก็บอาหารและรวมกับไลโซโซมเมื่อเกิดการย่อย

2.Contractile vacuole ทำหน้าที่ในการกำจัดน้ำส่วนเกินในโปรโตซัวน้ำจืด

3.Fat vacuole ทำหน้าที่สะสมไขมัน(Lipid droplet)

4.Central vacuole ทำหน้าที่ในการสะสมสารชนิดต่างๆ เช่น น้ำ แร่ธาตุ สารสีบางชนิด นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับการรักษาแรงดันเต่ง(Turgor pressure) ภายในเซลล์ทำให้เกิดการขยายขนานเซลล์ได้ 

#Central vacuole ในเซลล์พืชจัดเป็นออร์แกเนลล์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุด

ไมโทคอนเดรีย (mitochondria)

         คือ แหล่งสร้างพลังงานของเซลล์ พบโดย คอลลิคเกอร์ (Kollicker)

         รูปร่างลักษณะ ส่วนใหญ่มีรูปร่างกลม ท่อนสั้น ท่อนยาว หรือกลมรีคล้ายรูปไข่ 

มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.2 – 1 ไมครอน ยาว 5 – 7 ไมครอน ประกอบด้วยสารพวกโปรตีนและไขมัน

        ไมโตคอนเดรียคือออร์แกเนลล์ที่อยู่ในไซโตพลาสซึมที่มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ชั้นนอกผิวเรียบ ส่วนชั้นในพับเข้าไปด้านใน เรียกว่า คริสตี (cristae) ภายในไมโตคอนเดรียมีของเหลวซึ่งประกอบด้วยสารหลายชนิด เรียกว่า เมทริกซ์ (matrix)ในมนุษย์มีไมโทคอนเดรียมากที่สุดที่กล้ามเนื้อหัวใจ จำนวนของไมโตคอนเดรียในเซลล์แต่ละชนิดจะมีจำนวนไม่แน่นอนขึ้นอยู่กับชนิดและกิจกรรมของเซลล์ เซลล์ที่มีเมแทบอลิซึมสูงจะมีไมโตคอนเดรียมาก เช่น เซลล์ตับ ไต กล้ามเนื้อหัวใจและเซลล์ต่อมต่าง ๆ

หน้าที่ของ mitochondria

1.  ทำหน้าที่เสมือนโรงงานแปรรูปอาหารหรือเรียกว่ากระบวนการเผาผลาญ   อาหารเพื่อให้ได้รหัสพันธุกรรม (DNA)

    1.1 ซึ่งเป็นวัตถุดิบในการซ่อมแซมเซลล์ที่สึกหรอและสร้างเซลล์ใหม่แทนเซลล์ที่ตายไป

2. เป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน ATP ทำให้คนเราสามารถทำกิจกรรมต่าง ๆ ในชีวิตประจำวันได้

    2.1 สร้างสารให้พลังงานสูง คือ ATP (Adenosine triphosphate) คือ โมเลกุลสารพลังงานสูงที่ให้พลังงานแก่ร่างกายเรา

  โดยแยกเป็น 2 ส่วน คือ

         - เยื่อหุ้มด้านนอก ทำหน้าที่เกี่ยวข้อง กับการสร้างสารประกอบ ฟอสโฟลิปิด 

         - เยื่อหุ้มด้านใน มีเอนไซม์เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ ATP

3.  เป็นแหล่งผลิตเอนไซม์นับพันๆ ชนิด เพื่อใช้ในกระบวนการเผาผลาญอาหารของเซลล์ทุกเซลล์ทั่วร่างกาย

     3.1 ภายในเมทริกซ์มีของเหลว ที่ทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ ซึ่งเกี่ยวข้อง กับปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในวัฏจักรเครปส์ (Krebs cycle) 

มี DNA (Deoxyribonucleic acid) RNA (Ribonucleic acid) เอนไซม์ และไรโบโซม 

อยู่ภายในออร์แกเนลล์ ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีนขึ้น ภายในออร์แกเนลล์

เซนทริโอล (centriole)

        เป็นออร์แกแนลที่ไม่มีเยื่อหุ้มพบในเซลล์สัตว์ทุกชนิดและเซลล์ของโพรตีสท์บางชนิด เซนทริโอล มีลักษณะเป็นทรงกระบอกสองอันวางตัวในแนวตั้งฉากกัน แต่ละอันประกอบด้วยไมโครทูบูล เรียงตัวกันเป็นวงกลม 9 กลุ่มและในแต่ละกลุ่มประกอบด้วยไมโครทูบูล 3 อันตรงกลางไม่มีไมโครทูบูลอยู่ โครงสร้างของเซนทริโอลจึงเป็นแบบ 9+0 (9+0 = 27 )
         
         หน้าที่ของเซนทริโอล
     1. สร้างเส้นใยไมโทติก ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของโครโมโซมในการบวนการแบ่งเซลล์ของสัตว์ ในเซลล์พืช จะมีโพลาร์แคป ทำหน้าที่คล้ายเซนทริโอลในเซลล์สัตว์ไมโทติกสปินเดิลประกอบด้วยไมโครทูบูลเรียง ตัวเป็น 9+0 (9+0 = 9 ) คือมีไมโครทูบูลเพียง 9 เส้นและรอบ ๆ เซนทริโอลจะมีไมโทติกสปินเดิลยื่นออกมาโดยรอบมากมายซึ่งเรียกว่า แอสเทอร์
     2. ทำหน้าที่เป็นเบซัลบอดี สร้างและควบคุมการเคลื่อนไหวของซิเลีย และแฟลเจลลัม โดยเบซัลบอดีประกอบด้วย ไมโครทูบูลเรียงตัวเป็น 9+0 (9+0 = 27 ) เหมือนเซนทริโอล
     3. ให้กำเนิดซิเลียและแฟลเจลลัม ซิเลียและแฟลเจลลัมเป็นออร์แกแนลที่มีเยื่อหุ้มและมีโครงสร้างแตกต่างจากเซนทริโอล เพราะประกอบด้วยไมโครทูบูลเรียงตัวเป็นวง 9 กลุ่ม แต่ละกลุ่มประกอบด้วยไมโครทูบูล 2 อัน และครงกลางมีไมโครทูบุลอิสระอีก 2 อันดังนั้นโครงสร้างของซิเลียและแฟลเจลลัมจึงเป็น 9+2 (9+2 = 20 ) ซิเลียต่างจากแฟลเจลลัมตรงที่ขนาดโดยทั่วไปซิเลียมีขนาดเล็กกว่าแฟลเจลลัม
และจำนวนซิเลียต่อเซลล์มักมีจำนวนมากกว่าแฟลเจลลัม