cell

บทที่ 4 หน่วยของส่ิงมชี ีวติ 1

หน่วยของสิ่งมชี ีวติ 2

เซลล์ (cell) ? คือ หน่วยที่เลก็ ที่สุดของสิ่งมีชีวติ 3

Robert Hooke ? • เป็นคนแรกที่เห็นเซลลจ์ ากการใชก้ ลอ้ งจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ ประกอบ ที่ประดิษฐข์ ้ึนเอง • ศึกษาไมค้ อร์กภาพท่ีเห็นเป็นหอ้ งสี่เหลี่ยมกลวงๆคลา้ ยรังผ้งึ ไดต้ ้งั ชื่อส่ิงที่มองเห็นวา่ เซลลูเล(cellulae) เป็นเซลลท์ ี่ตายแลว้ 4

5

Anton van Leewenhoek ? • มองเป็นเซลลท์ ี่ยงั มีชีวติ เป็นคนแรก โดยเรียกส่ิงท่ีเห็นวา่ animalicules ซ่ึงหมายถึง สตั วต์ วั ลก็ ๆ 6

7

Matthias Jakop Schleiden และ Theodor Schwann ? • เสนอทฤษฏีเซลล์ (cell theory) วา่ เซลลป์ ระกอบไปดว้ ย องคป์ ระกอบของเซลล์ และผลิตภณั ฑเ์ ซลล์ 8

9

GENERAL BODY ORGANIZATION IN ANIMALS -ส่งิ มีชวี ติ หลายเซลล์ (multicellular organism) มีการจดั เรียงตวั ของหน่วยต่าง ๆ เป็ นลาดบั ขัน้ ดงั นี้ เซลล์ -เซลล์เป็ นหน่วยย่อยท่ีเล็ก ท่ีสุด เนือ้ เย่อื -ในแต่ละลาดับขัน้ จะมีการ ทางานร่วมกนั อย่างเป็ นระบบ อวัยวะ ระบบอวัยวะ ส่งิ มีชีวติ หน่ึงหน่วย 10

การศกึ ษาเซลล์  ศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์ ทาให้สามารถเหน็ รายละเอยี ดโครงสร้างของเซลล์  ศึกษาด้วยวธิ ีแยกชนิ้ ส่วนของเซลล์โดยการเหว่ยี ง ด้วยความเร็วท่ตี ่างๆกัน organelles ท่แี ยก ออกมาสามารถนาไปศกึ ษาโครงสร้างและหน้าท่ขี อง มัน 11

Light microscope VS. Electron microscope ? 12

13

Electron micrographs Transmission electron Scanning electron micrographs (TEM) micrographs (SEM) 14

คำถำม? 15

Different Types of Light Microscope: A Comparison Brightfield Phase-contrast (unstained specimen) Differential- interference- Brightfield contrast (stained (Nomarski) specimen) Fluorescene Confocal Human Cheek Epithelial Cells 16

Cell Fractionation วิธีการแยกชนิ้ ส่วนของเซลล์ทาได้โดยการเหว่ียงด้วยความเร็วท่ี ต่างๆกัน organelles ท่แี ยกออกมาสามารถนาไปศกึ ษาโครงสร้าง และหน้าท่ขี องมัน 17

The size range of cells ชนิดของเซลล์ เส้นผ่าศูนย์กลาง Myoplasmas 0.1 - 1.0 ไมครอน แบคทเี รีย 1.0 - 10.0 ไมครอน ส่วนใหญ่ของ 10.0 - 100.0 eukaryotic cell ไมครอน 18

Prokaryotic and Eukaryotic cell ส่งิ มชี ีวติ ประกอบด้วยเซลล์ เซลล์แบ่งเป็ น 2 ชนิด คอื 1. prokaryotic cell 2. eukaryotic cell มีโครงสร้างแตกต่างกนั ดงั้ นี้ 19

Prokaryotic cell (pro=before; karyon=kernel) พบเฉพาะใน Kingdom Monera ไม่มีนิวเคลียสแท้จริง, ไม่มีเย่อื ห้มุ นิวเคลียส สารพนั ธุกรรมอยู่ในบริเวณท่เี รียกว่า nucleoid ไม่มี organelles ท่มี เี ย่ือห้มุ ได้แก่ bacteria,blue green algae 20

A prokaryotic cell 21

Eukaryotic cell (eu=true; karyon=kernel) พบใน Kingdoms Protista, Fungi, Plante และ Animalia มีนิวเคลียสท่แี ท้จริง, ห้มุ ด้วยเย่อื ห้มุ นิวเคลียส สารพนั ธุกรรมอยู่ในนิวเคลียส ภายใน cytoplasm ประกอบด้วย cytosol และมี organelles ท่มี ีเย่อื ห้มุ Cytoplasm = บริเวณภำยในเซลล์ท้งั หมด ยกเว้นส่วนของนิวเคลียส Cytosol = สำรกงิ่ ของเหลงภำยใน cytoplasm 22

Animal cell 23

Plant cell 24

เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell membrane) • Plasma membrane • Cytoplasmic membrane ทำหน้ำท่เี ป็ นเย่ือเลือกผ่ำน - Semipermeable membrane - Differentially membrane - Selectively permeable membrane 25

The plasma membrane 26

หน้ำที่ของ cell membrane • ควบคุมการผา่ นเขา้ ออกของสาร อาจเปลี่ยนรูปร่างเป็นไมโครวิลไล และเยอื่ ไมอีลิน 27

ความสาคญั ของการแบ่งส่วนย่อยภายในไซโตพลาสซมึ ภายในไซโตพลาสซึมของ eukaryotic cell มีความซับซ้อนในเร่ืองโครงสร้างเพ่อื ให้อตั ราส่วนของ พนื้ ท่ผี วิ ต่อปริมาตรพอเหมาะต่อความต้องการในการ ทางานของเซลล์ โดยมเี ย่อื ภายในเซลล์ (internal membrane) ซ่งึ มบี ทบาทสาคัญ คือ 28

 แบ่งไซโตพลาสซมึ เป็ นส่วนย่อยๆ (compartment)  ภายในส่วนย่อยๆแต่ละส่วนมขี องเหลวหรือโปรตนี ท่ี เฉพาะเจาะจงต่อปฏกิ ริ ิยาชวี เคมีท่แี ตกต่างกัน  มีบทบาทสาคัญต่อการเกดิ เมตาบอริซมึ ของเซลล์ เพราะท่เี ย่อื มี เอนไซม์หลายชนิดเป็ นส่วนประกอบอยู่  ภายในส่วนย่อยมีสภาพแวดล้อมท่แี ตกต่างกันซ่งึ มีความ เฉพาะเจาะจงต่อกระบวนการเมตาบอริซึม กระบวนการเมตาบอริซึมแต่ละอย่างสามารถดาเนินไปได้ พร้อมๆกันภายในเซลล์เดียวกนั โดยไม่เกิดการรบกวนซ่งึ กันและ กนั 29

นิวเคลียส (nucleus) เป็ นออร์แกเนลล์ขนาดใหญ่ท่มี เี ย่อื ห้มุ นิวเคลียส แยกออกจากไซโตพลาสซมึ ในเซลล์พวกยคู าริโอต ภายใน บรรจุยีนซ่งึ ควบคุมการทางานของเซลล์ มขี นาดโดยเฉล่ีย ประมาณ 5 ไมครอน 30

The nucleus and the envelope 31

Nuclear envelope มีลักษณะดงั นี้ เป็ นเย่ือ 2 ชัน้ มีช่องว่างตรงกลางกว้างประมาณ 20-40 nm มีรู (nuclear pores) แทรกอยู่ท่วั ไป เป็ นทางให้สารต่างๆ โดยเฉพาะ rRNA, mRNA และ nucleoprotein ผ่านเข้า ออกได้  ผิวด้านในของเย่อื ห้มุ นิวเคลียสมชี นั้ บางๆของโปรตีนยดึ ตดิ อยู่ ความสาคัญของชัน้ นีย้ งั ไม่ทราบแน่ชัด อาจช่วยรักษารูปทรงของ นิวเคลียส  ภายในนิวเคลียสบรรจุสารพนั ธุกรรมท่อี ย่ใู นรูปของโมเลกุล DNA ท่จี บั กับโมเลกุลของโปรตีน เป็ นโครโมโซม 32

Nucleolus มลี ักษณะเป็ นเมด็ กลมขนาดเลก็ ในนิวเคลียส ใน หน่ึงเซลล์อาจมีหน่ึงหรือสองเม็ด มองเหน็ ชัดขณะเซลล์ไม่ มีการแบ่งตวั ประกอบด้วย nucleolar organizers และ ribosome ท่กี าลังสร้างขนึ้ nucleolus ทา หน้าท่สี ร้าง ribosome (nucleolar organizers เป็ นส่วนพเิ ศษของ โครโมโซมท่มี ยี นี ท่เี ก่ยี วกับการสร้าง ribosome อยู่ หลายชุด) 33

นิวเคลียสทาหน้าท่คี วบคุมการสร้างโปรตนี ในไซโตพลาสซมึ Messenger RNA (mRNA) transcribed in the nucleus from DNA instructions  Passes through nuclear pores into cytoplasm  Attaches to ribosomes where the genetic message is translated into primary structure 34

Ribosomes เป็ น organelles ท่ไี ม่มีเย่อื ห้มุ ทาหน้าท่สี ร้างโปรตนี มี 2 ส่วนย่อย (subunit) สร้างจาก nucleolus ในเซลล์ท่มี ีการสร้างโปรตนี สูงจะพบว่า มี nucleolus และ ribosome เป็ นจานวนมาก ตวั อย่างเช่นในเซลล์ตับ ของคนมี ribosome จานวนมากและมี nucleolus ท่เี ด่นชัดมาก 35

Ribosome มี 2 ชนิดคือ 1. free ribosomes ทาหน้าท่สี ร้างโปรตีนท่ใี ช้ใน cytosol เช่น เอ็นไซม์ท่เี ก่ยี วข้องกับเมตาบอริซมึ ใน cytoplasm 2. bound ribosomes เป็ น ribosome ท่เี กาะอยู่ ด้านผิวนอกของ ER ทาหน้าท่สี ร้างโปรตนี ท่จี ะถูกส่งต่อไปรวมกับ organelles อ่นื ๆ และโปรตนี ท่จี ะถกู ส่งออกไปใช้นอกเซลล์ ใน เซลล์ท่สี ร้างโปรตนี เช่น เซลล์ตบั อ่อนหรือต่อมอ่นื ท่ีสร้างนา้ ย่อย จะมี bound ribosomes เป็ นจานวนมาก 36

The Endomembrane system ประกอบด้วย 1. Nuclear envelop 2. Endoplasmic reticulum 3. Golgi apparatus 4. Lysosomes 5. Vacuoles 6. Plasma membrane 37

Endoplasmic reticulum (ER) (Endoplasmic = อยู่ในไซโตพลาสซมึ , reticulum = ร่างแห) เป็ น organelles ท่มี ีเย่อื หุ้ม มี ลักษณะเป็ นท่อแบนหรือกลม กระจายอย่ใู น cytosol ช่องภายในท่อเรียกว่า cisternal space ซ่งึ ท่อนีม้ ีการเช่ือมตดิ ต่อกับช่องว่าง ท่อี ยู่ระหว่างเย่ือหุ้มนิวเคลียสชัน้ นอกและ ชัน้ ในด้วย 38

ER มี 2 ชนิด คือ 1. Rough endoplasmic reticulum (RER) มีไรโบโซมเกาะตดิ อย่ทู ่เี ย่อื ห้มุ ด้านนอกทาให้มองเหน็ ขรุขระ ทา หน้าท่สี ร้างโปรตนี ท่สี ่งออกไปนอกเซลล์ (secondary protein) โดยไรโบโซมท่เี กาะอย่นู ีส้ ร้างโปรตนี แล้วผ่านเย่อื ของ ER เข้าไปใน cisternal space แล้วหลุดออกไปจาก ER เป็ น transport vesicle ส่งออกไปใช้ภายนอกเซลล์โดยตรง หรือนาไปเช่อื มกับเย่อื ของ Golgi complex เพ่อื เพ่มิ คาร์โบไฮเดรตแก่โปรตนี ท่สี ร้างขึน้ กลายเป็ น glycoprotein ก่อนส่งออกไปใช้ภายนอกเซลล์ 39

2. Smooth endoplasmic reticulum (SER) •ไม่มีไรโบโซมมาเกาะท่เี ย่อื ห้มุ ด้านนอก จงึ มองเหน็ เป็ นผิว เรียบๆ ท่อของ SER เช่ือมตดิ ต่อกับ RER ได้ •SER ไม่เก่ยี วกับการสร้างโปรตนี ส่วนใหญ่มีความสาคัญ เก่ียวกับการสร้างฮอร์โมนชนิดสเตอรอยด์ และไขมัน •ลดความเป็ นพษิ ของสารพษิ •ในเซลล์กล้ามเนือ้ SER ทาหน้าท่คี วบคุมการเก็บและปล่อย แคลเซ่ยี มเพ่ือควบคุมการทางานของเซลล์กล้ามเนือ้ เป็ นต้น 40

The Golgi apparatus 41

Golgi complex มีลักษณะเป็ นถุงแบนหลายถุงเรียงซ้อนกัน เรียกว่า Golgi cisternar บริเวณตรงกลางเป็ นท่อแคบและปลายสอง ข้างโป่ งออก และมีกลุ่มของถุงกลม (vesicles) อยู่รอบๆ Golgi complex มีโครงสร้างท่เี ป็ น 2 หน้า คอื cis face และ trans face ท่ที าหน้าท่รี ับและส่ง cis face เป็ นส่วนของ ถุงแบนท่นี ูนอยู่ใกล้กับ ER transport vesicles ท่ถี ูกสร้าง มาจาก RER เคล่ือนท่เี ข้ามารวมกบั Golgi complex ทางด้าน cis face ส่วน trans face เป็ นด้านท่เี ว้าของถุง แบน เป็ นด้านท่สี ร้าง vesicles และหลุดออกไป 42

หน้าท่ขี อง Golgi complex คอื เสริมสร้างคาร์โบไฮเดรดให้กบั โปรตนี ท่สี ร้างมาจาก RER ให้ เป็ น glycoprotein เพ่อื ส่งออกไปภายนอกเซลล์ เกบ็ สะสมและกระจายส่ิงท่เี ซลล์สร้างขนึ้ โดยเก็บไว้ภายใน secondary granules เพ่อื ส่งออกนอกเซลล์ โดยกระบวนการ exocytosis สร้าง primary lysosomes ซ่งึ บรรจุ hydrolytic enzymes นา้ ย่อยเหล่านีม้ ักเป็ นพวก glycoprotein โดยมี การเตมิ คาร์โบไฮเดรตท่ี Golgi complex  เก่ียวกับการสร้างผนังหุ้มเซลล์ (membrane flow) 43

Lysosomes (a) Lysosomes in a white blood cell 44

(b) A Lysosome in action Peroxisome Mitochondrion fragment fragment Lysosome 45

Lysosomes เป็ นออร์แกเนลล์ท่มี ีเย่อื หุ้มรูปกลมขนาดเล็ก ภายในบรรจุ hydrolytic enzyme หรือ lysosomal enzyme หลายชนิดท่ที าหน้าท่ยี ่อยโมเลกุลขนาดใหญ่ ได้แก่ polysaccharides, fats และ nucleic acids เอน็ ไซม์ต่างๆเหล่านี้ ทางานดที ่สี ุดท่ี pH 5 lysosomal membrane ทาหน้าท่รี ักษาสภาพแวดล้อม ภายในให้เหมาะแก่การทางานของเอ็นไซม์ โดยการปั้ม H+ จาก cytossol เข้าไปภายใน 46

ถ้า lysosome ฉีกขาดจะไม่สามารถทางานได้ดี หรือ เอ็นไซม์อาจออกมาทาอนั ตรายให้แก่เซลล์ได้ จากท่กี ล่าวมาจะเหน็ ได้ว่า การแบ่งไซโตพลาสซมึ เป็ น ส่วนย่อยๆด้วย membrane มีความสาคญั ต่อการ ทางานของเซลล์มาก Hydrolytic enzyme และ lysosomal membrane สร้างมาจาก RER และส่งต่อไปยัง Golgi complex แล้วแยกออกไปทางด้าน trans face ของ Golgi complex เป็ น lysosome 47

The formation and functions of lysosomes 48

หน้าท่ขี อง lysosome เป็ นแหล่งย่อยภายในเซลล์ (intracellular digestion) ตย. เช่น • อมีบากนิ อาหารโดยวิธี phagocytosis เกิดเป็ น food vacuole ซ่งึ จะรวมกบั lysosome เอน็ ไซม์ใน cytosome จะทาหน้าท่ยี ่อยอาหารนัน้ • เซลล์ของคน เช่น macrophage กส็ ามารถทาลายส่ิง แปลกปลอมท่เี ข้ามาในเซลล์ด้วยวธิ ี phagocytosis และถกู ย่อยโดย lysosome ได้เช่นกนั 49

เก่ยี วข้องกับการย่อย organelles ในไซโตพลาสซึมเพ่อื นา สารต่างๆกลับมาใช้สร้าง organelles ใหม่อีก (autophagy) Lysosome สร้างเอน็ ไซม์ท่เี ก่ียวข้องกับการเกิด metamorphosis ของการพฒั นาของตัวอ่อนในพวกสัตว์ สะเทนิ นา้ สะเทนิ บก มีบทบาทสาคญั ต่อเมตาบอริซมึ ต่างๆในร่างกายเป็ นอย่างมาก ถ้าหากมีความผดิ ปกตใิ นการทางานของเอน็ ไซม์ในไลโซโซม จะ ทาให้เกดิ โรคต่างๆได้ 50