cell

Vacuoles เป็ น organelles ท่มี ลี กั ษณะเป็ นเย่อื ห้มุ แต่มี ขนาดใหญ่กว่า vesicles มแี บบต่างๆได้แก่ food vacuole, contractile vacuole และ central vacuole 51

The plant cell vacuole 52

Relationships among organelles of the endomembrane system 53

Membranous organelles อ่นื ๆ 1. Energy transcucers ได้แก่ Mitochondria Chloroplast 2. Peroxisomes (microbodies) 54

The mitochondrion, site of cellular respiration 55

Mitochondria พบใน eukaryotic cell เกือบทกุ ชนิด ในเซลล์บางชนิดอย่างมเี พยี ง หน่ึงอันท่มี ีขนาดใหญ่ หรือในเซลล์บางชนิดอาจมี mitochondria เป็ น จานวนร้อยหรือพนั ทัง้ นีข้ นึ้ กับกจิ กรรมของเซลล์นัน้ ๆ Mitochondria มีเย่ือห้มุ 2 ชัน้ มีลักษณะเป็ นสองวงซ้อนกนั แต่ละชัน้ ของ phospholipid bilayer จะมีลักษณะเฉพาะตวั ท่เี กดิ จากโมเลกุล ของโปรตนี ท่ฝี ังตวั บนเย่ือแต่ละชัน้ เย่ือหุ้มชัน้ นอกเรียบ ส่วนเย่อื ชัน้ ในจะมีการโป่ งย่นื เข้าข้างในเรียกว่า cristae เย่อื หุ้มทัง้ สองชัน้ แบ่ง mitochondria เป็ นช่องภายใน 2 ส่วน ได้แก่ ช่องท่อี ยู่ระหว่างเย่อื ชัน้ นอกและเย่อื ชัน้ ใน (intermembrane space) และช่องท่ถี ูกล้อมรอบอยู่ภายในเย่ือชัน้ ใน (mitochodrial matrix) 56

ในช่องทงั้ สองมีเอน็ ไซม์ต่างชนิดกนั ท่เี ก่ยี วข้องกบั กระบวนการหายใจระดบั เซลล์ (cellular respiration) แต่ละขัน้ ตอนกัน •ท่บี ริเวณ cristae ของเย่อื ห้มุ ชัน้ ในมีเอน็ ไซม์ท่ี เก่ียวข้องกับ electron transport chain และ การสังเคราะห์ ATP •ใน matrix บรรจเุ อน็ ไซม์ท่เี ก่ยี วข้องกับ Kreb’s cycle และ Beta oxidation ของกรดไขมัน เป็ น ต้น 57

The chloroplast, site of photosynthesis 58

Chloroplast Chloroplast เป็ น plastids ชนิดหน่ึงของเซลล์พชื ท่มี ีรงควัตถุสีเขียว ท่เี รียกว่า chlorophyll ซ่งึ ประกอบด้วย เอน็ ไซม์และโมเลกุลของสารท่ที าให้เกดิ กระบวนการสังเคราะห์ ด้วยแสง Chloroplast มีเย่อื ห้มุ 2 ชัน้ ห้มุ ล้อมรอบของเหลวท่ี เรียกว่า stroma ภายในมีถุงแบน thylakoids ซ่งึ ซ้อนกัน เป็ นตงั้ เรียกว่า granum 59

Peroxisomes 60

Peroxisomes (microbodies) เป็ น organelles ท่พี บในเซลล์ยคู าริโอตเกือบทุกชนิด มีลักษณะเป็ น ถุงท่มี ีเย่อื หุ้มชัน้ เดียว ภายในมี granular core ซ่งึ เป็ นท่ีรวมของ เอน็ ไซม์ย้อมตดิ สีเข้ม เอน็ ไซม์ชนิดต่างๆทาหน้าท่เี ก่ียวข้องกับการสร้างหรือทาลาย hydrogen peroxide (H2O2) เพ่ือป้องกันไม่ให้เกดิ สารพษิ ขึน้ ภายในเซลล์ RH2 + O2 Oxidase R + H2O2 2H2O2 catalase 2H2O + O2 ในเซลล์ตับพบมี peroxisomes ขนาดใหญ่ จงึ เข้าใจว่าอาจมีหน้า เก่ียวข้องกบั การทาลายพษิ ของสารต่างๆหลายชนิด เช่น alcohol 61

การลาเลียงสารผ่านเย่ือห้มุ เซลล์ (Traffic Across Membranes) เย่อื ห้มุ เซลล์มสี มบตั ทิ ่ยี อมให้สารบางอย่างผ่านเข้าไปใน เซลล์ได้ง่ายกว่าสารบางอย่างชนิดอ่นื เรียกว่า selective permeability ดงั นัน้ เย่อื ห้มุ เซลล์จะ ควบคุมชนิดและอัตราการลาเลียงโมเลกุลของสารผ่านเข้า และออกจากเซลล์ 62

Selective permeability ของเย่อื ห้มุ เซลล์ขนึ้ อย่กู ับ 1. Phospholipid bilayer 1.1 โมเลกุลไม่มีขัว้ ไฟฟ้า (nonpolar (hydrophobic) molecules) เช่น hydrocarbons และ O2 ซ่งึ สามารถ ละลายได้ในเย่ือห้มุ เซลล์จะผ่านเย่ือห้มุ เซลล์ได้ง่ายกว่าสารอ่นื และเม่ือเปรียบเทยี บระหว่างสาร 2 ชนิดท่ลี ะลายในไขมันได้ เท่ากันสารท่มี ีขนาดเล็กกว่าสามารถผ่านไปได้ดีกว่า 63

1.2 โมเลกุลมีขัว้ ไฟฟ้า (polar (hydrophilic) molecules)  โมเลกุลขนาดเล็กท่มี ีขัว้ ไฟฟ้าแต่ไม่มีอิออน (small, polar uncharged molecules)เช่น H2O, CO2 สามารถผ่าน เย่อื ห้มุ สังเคราะห์ (synthetic membranes) ได้ง่าย  โมเลกุลขนาดใหญ่ท่มี ีขัว้ ไฟฟ้าแต่ไม่มีอิออน (large, polar uncharged molecules) เช่น นา้ ตาลกลูโคส ผ่านเย่ือหุ้ม สังเคราะห์ได้ไม่ง่าย  สารท่มี ีอิออน (ions) ทุกชนิดถงึ แม้ว่าจะมขี นาดเลก็ เช่น Na+, H+ ผ่านชัน้ Hydrophobic bilayer ได้ยาก 64

- 2. Specific integral transport proteins โมเลกุลของนา้ CO2 และ สารท่ไี ม่มีขัว้ ไฟฟ้า (nonpolar molecules) สามารถผ่านเย่ือห้มุ เซลล์ได้ง่ายเช่นเดยี วกับเย่อื ห้มุ สังเคราะห์ เย่อื ห้มุ เซลล์ต่างจากเย่อื ห้มุ สังเคราะห์คือมีสมบัตยิ อมให้สาร บางอย่างท่มี ีอิออนและสารท่มี ีขัว้ ไฟฟ้าขนาดกลางผ่านได้ โดยสารเหล่านีผ้ ่านเข้าไปท่ี transport proteins 65

Diffusion and Passive transport การแพร่ (diffusion) หมายถงึ การเคล่ือนท่ี ของโมเลกุลของสารจากบริเวณท่มี คี วามเข้มข้นของสาร มากกว่าไปยังบริเวณท่มี คี วามเข้มข้นของสารน้อยกว่า จนกว่าจะอยู่ในสภาพสมดุล (dynamic equilibrium) เม่ืออย่ใู นสภาพสมดุลแล้ว โมเลกุล ของสารยังคงเคล่ือนอยู่แต่เคล่ือนท่ดี ้วยอัตราเร็วเท่ากัน ทงั้ สองบริเวณ 66

การแพร่ของโมเลกุลของสารผ่านเย่อื ห้มุ เซลล์ เรียกว่า passive transport เซลล์ไม่ต้องใช้พลังงานท่ี จะทาให้เกดิ การแพร่ขนึ้ และเย่อื ห้มุ เซลล์มีสมบัติ selective permeable ดังนัน้ อัตราการแพร่ของสาร ชนิดต่างๆจะไม่เท่ากัน นา้ จะสามารถแพร่ผ่านเย่อื ห้มุ เซลล์ได้อย่างอิสระซ่งึ มีความสาคญั มากสาหรับการดารงอย่ขู องเซลล์ 67

การแพร่ของโมเลกุลของสารผ่านเย่ือห้มุ เซลล์ (a) โมเลกุลของสารเคล่ือนท่จี ากบริเวณท่ีมีความเข้มข้นมากกว่าไปยงั บริเวณท่ีมีความเข้มข้นน้อยกว่า จนกระท่งั อยู่ในสภาพสมดุล (dynamic equilibrium) เม่ืออย่ใู นสภาพสมดุลแล้วโมเลกุลของสารยังคง เคล่ือนท่อี ยู่แต่อัตราการเคล่ือนท่ขี องสารจากทัง้ สองด้านของเย่อื หุ้มเซลล์ เท่ากนั 68

(b) ในกรณีนี้ แสดงสารละลายของสี 2 ชนิด ท่อี ยู่คนละด้าน ของเย่อื ห้มุ เซลล์ โมเลกุลของสารสีเขียวจะเคล่ือนท่ีไปยัง ด้านซ้าย ทงั้ ๆท่ตี อนเร่ิมต้นความเข้มข้นของสารในด้านซ้ายสูง กว่า 69

ตัวอย่างการแพร่ในส่งิ มชี ีวติ ได้แก่ การหายใจของสัตว์ ขณะหายใจเข้าก๊าซ ออกซเิ จนจากอากาศท่ผี ่านเข้าไปในถุงลมในปอดมีความ เข้มข้นสูงกว่าในเส้นเลือดฝอย ออกซเิ จนจงึ แพร่จากถุง ลมเข้าไปในเส้นเลือดฝอย และในขณะเดยี วกนั คาร์ บอนไดออกไซด์ จะแพร่ จากเส้ นเลือดเข้ าส่ ูถุงลม 70

Osmosis Osmosis หมายถงึ การแพร่ของโมเลกุลของนา้ จากบริเวณท่ีมี โมเลกุลของนา้ หนาแน่นมากกว่าหรือสารละลายท่เี จือจางกว่า (hypoosmotic solution)ไปยังบริเวณท่ีมีโมเลกุลของนา้ น้อยกว่าหรือสารละลายท่ีเข้มข้นกว่า (hyperosmotic solution) โดยผ่านเย่อื หุ้มเซลล์ 71

The water balance of living cells ลูกศรแสดงทศิ ทางการเคล่ือนท่ขี องโมเลกุลของนา้ ผ่านเซลล์สัตว์ซ่งึ ไม่มีผนัง เซลล์ และเซลล์พชื ซ่งึ มีผนังเซลล์ 72

The contractile vacuole of Paramesium : an evolutionary adaptation for osmoregulation Filling vacuole Contracting vacuole 73

Facilitated diffusion Transport proteins ช่วยในการนาโมเลกุลของสารผ่านเย่อื หุ้ม เซลล์จากบริเวณท่มี ีความเข้มข้นของสารสูงไปยงั บริเวณท่มี ีความ เข้มข้นต่ากว่า เรียกกระบวนการนีว้ ่า facilitated diffusion โดย เซลล์ไม่ต้องใช้พลังงาน 74

Active transport บางครัง้ เซลล์ต้องการลาเลียงสารจากท่มี คี วาม เข้มข้นต่าไปยังท่มี ีความเข้มข้นสูงกว่า กระบวนการนี้ เรียกว่า active transport ซ่งึ ต้องการพลังงานคือ ATP ตัวอย่างเช่น เซลล์ขบั NA+ ออกนอกเซลล์และนา K+ เข้าไปในเซลล์ ซ่งึ เรียกว่า Sodium-potassium pump 75

The sodium-potassium pump 76

Sodium-potassium pump กระบวนการเร่ิมต้นจาก Na+ จบั กบั โปรตีนซ่งึ เป็ น transport protein แล้ว ATP ให้พลังงานแก่ โปรตนี ทาให้โปรตนี เปล่ียนรูปร่างและปล่อย Na+ ผ่าน เย่อื ห้มุ เซลล์ออกไป ขณะเดยี วกัน K+ เข้าจบั กบั โปรตนี ทาให้โปรตนี เปล่ียนแปลงรูปร่างอกี ครัง้ หน่ึง ทาให้ K+ ถกู ปล่อยเข้าไปในเซลล์ แล้วโปรตนี กลับมีรูปร่างเหมือนเดมิ อกี พร้อมท่จี ะเร่ิมต้นกระบวนการใหม่ต่อไป 77

Diffusion Passive transport Facilitated transport Active transport 78

An electrogenic pump Electrogenic pump เป็ น transport protein ท่ที า ให้เกดิ ความต่างศักด์ทิ ่เี ย่อื หุ้มเซลล์ 79

An electrogenic pump ตวั อย่างเช่น Na+/K+ pump เป็ น electrogenic pump ท่สี าคัญของเซลล์สัตว์ Proton pump เป็ น electrogenic pump ท่สี าคญั ของเซลล์พชื แบคทเี รีย และพวกเหด็ รา รวมทงั้ mitochondria และ chloroplasts ใช้ proton pump ในการสังเคราะห์ ATP 80

Cotransport เป็ นกระบวนการร่วมท่เี กดิ จาก ATP pump ตวั เดยี ว ทางานแล้วมีผลไปทาให้ transport protein ตวั ต่อไปทางาน เพ่ือนาสารเข้าสู่เซลล์ ตวั อย่างเช่น ในเซลล์พืชใช้ proton pump ร่วมกบั transport protein ท่ี นา sucrose–H+ เข้าไป ในเซลล์ 81

Exocytosis and endocytosis transport large molecules สารท่มี ีโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น โปรตนี และ คาร์โบไฮเครต ผ่านออกนอกเซลล์ด้วยกระบวนการ exocytosis และเข้าไปในเซลล์ด้วยกระบวนการ endocytosis 82

Endocytosis มี 3 แบบ ได้แก่ 1. Phagocytosis 2. Pinocytosis 3. Receptor-mediated endocytosis 83

Phagocytosis Phagocytosis เป็ นการนาสารท่เี ป็ นของแข็งเข้าเซลล์ โดยเซลล์ย่นื ส่วน cytoplasm ไปโอบล้อมสารของแข็งนัน้ แล้วเข้าไปในเซลล์ เป็ น food vacuole แล้ว food vacuole นัน้ จะไปรวมกบั lysosome ซ่งึ ภายในมี hydrolytic enzymes ท่จี ะย่อยสลาย สารนัน้ ต่อไป อมีบากนิ แบคทเี รียด้วยวธิ ีนี้ 84

Pinocytosis Pinocytosis เป็ นการนาสารท่เี ป็ นของเหลวเข้าเซลล์ โดยเย่ือ ห้มุ เซลล์เว้าเข้าไปเพ่อื นาสารเข้าไป กลายเป็ นถุงเลก็ ๆอย่ใู น cytoplasm 85

Receptor-mediated endocytosis Receptor-mediated endocytosis เป็ นการนาสารเฉพาะ บางชนิดเข้าไปในเซลล์ โดยท่ผี ิวเซลล์มี receptor เฉพาะสาหรับสาร บางอย่างเข้ามาจบั แล้วถูกนาเข้าไปในเซลล์เป็ นถุงเลก็ ๆ เม่ือผ่านการ ย่อยแล้ว receptor สามารถถกู นามาใช้ใหม่ได้อีก 86