โครงสร้างและการทำงานของเซลล์ ออกสอบบ่อย

โครงสร้างและการทำงานของเซลล์ บทพื้นฐานที่น้องๆ ควรเข้าใจและจำให้ได้ เพราะบทนี้ออกทุกปี และมีผสมอยู่กับบทอื่นๆ อีกเช่นกัน ดังนั้น หากรู้โครงสร้าง และเข้าใจหน้าที่ของส่วนประกอบแต่ละส่วนก็จะทำข้อสอบได้แน่นอน วันนี้ คอลัมน์ ‘รู้ไว้เผื่อออกสอบ’ จะพาทุกคนไปดูกันว่าเซลล์และออแกเนลล์แต่ละส่วนมีหน้าที่และความสำคัญอย่างไรบ้าง

เซลล์ คือ หน่วยย่อยพื้นฐานที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิต สามารถเพิ่มจำนวน เจริญเติบโต และตอบสนองต่อสิ่งเร้าได้ เซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีโครงสร้างพื้นฐาน 2 ส่วนหลักๆ ได้แก่  ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์ และส่วนโพรโทพลาซึม

ส่วนที่ 1 ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์ 

1. เยื่อหุ้มเซลล์  (cell membrane) 

• มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า plasma membrane
• ลักษณะเป็นเยื่อบางๆ ประกอบด้วย ฟอสโฟลิพิด (phospholipid) และโปรตีน (protein)
• ฟอสโฟลิพิดจะเรียงตัวเป็น 2 ชั้น (bilayer) โดยหันส่วนหางที่ไม่ชอบน้ำ  (hydrophilic tails) เข้าหากัน และหันส่วนหัวที่ชอบน้ำ (hydrophilic heads) ออกด้านนอก โดยมีโมเลกุลของโปรตีนกระจายตัวแทรกอยู่ระหว่างโมเลกุลของฟอสโฟลิพิด

2. ผนังเซลล์ (cell wall)

• พบในพืช เช่น ฟังไจ สาหร่าย เห็ด รา และแบคทีเรีย ไม่พบในเซลล์สัตว์
• เซลล์พืชมีผนังเซลล์ล้อมรอบเยื่อหุ้มเซลล์ มีองค์ประกอบหลักเป็น เซลลูโลส (cellulose)
• ผนังเซลล์พืชมี 2 ชั้น ได้แก่
  • ผนังเซลล์ปฐมภูมิ (Primary cell wall) พบในเซลล์พืชทุกชนิด ที่กำลังเจริญเติบโต หรือเซลล์ที่มีชีวิต มีองค์ประกอบ  เซลลูโลส (cellulose) และอาจมีเพกทิน (pectin)
  • ผนังเซลล์ทุติยภูมิ (Secondary cell wall) เกิดหลังผนังเซลล์ปฐมภูมิ มีองค์ประกอบ  เซลลูโลส (cellulose) และมีลิกนิน (lignin) ถ้าพอกหนาขึ้นจะทำให้เซลล์ตาย เช่น ไฟเบอร์ และเวสเซล

ส่วนที่ 2 โพรโตพลาซึม (protoplasm)

คือ ส่วนที่อยู่ถัดจากเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปด้านใน โดยจะแบ่งออกเป็น 2 ส่วนหลักๆ ได้แก่ นิวเคลียส (nucleus) และไซโตพลาซึม (cytoplasm) 

1. นิวเคลียส (nucleus)

• มีรูปร่างกลม ลักษณะชัดเจน พบใน Eukaryotic cell โครงสร้างนิวเคลียสประกอบด้วย
  • เยื่อหุ้มนิวเคลียส (nuclear envelope หรือ nuclear membrane) มีลักษณะเป็นเยื่อหุ้ม 2 ชั้น
  • nuclear pore เป็นรูกระจายอยู่รอบนิวเคลียส ซึ่งเกิดจาก pore protein complex มาเรียงต่อกัน คอยควบคุมการลำเลียงสารผ่านเข้า-ออกนิวเคลียส
  • nuclear lamina เป็น intermediate filament ชนิดหนึ่งที่สานเรียงตัวกันอยู่ใต้เยื่อหุ้มนิวเคลียส ทำหน้าที่รักษารูปทรงของนิวเคลียส
  • นิวคลีโอลัส (nucleolus)  เป็นโครงสร้างกลมๆ สีเข้ม ทำหน้าที่สังเคราะห์ ribosome ประกอบด้วย โปรตีน และ RNA
  • โครมาทิน (chromatin) เป็นสารพันธุกรรม ประกอบไปด้วย โปรตีน และ DNA เมื่อมีการแบ่งเซลล์ โครมาทินจะหดตัวหลายเป็นโครโมโซม
• เซลล์ส่วนใหญ่มักมี 1 นิวเคลียส
  • บางเซลล์อาจมีนิวเคลียสจำนวนมาก เช่น เซลล์กล้ามเนื้อโครงร่าง (skeletal muscle fiber)
  • บางเซลล์อาจไม่มีนิวเคลียส เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (mammalian RBC) และเซลล์ชีฟทิวบ์ (sieve tube member) ในท่อลำเลียงอาหารของพืช

2. ไซโตพลาซึม (cytoplasm) 

ไซโตพลาซึม จะแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ ออแกเนลล์ (organelles) และไซโทซอล (cytosol)

2.1 ออแกเนลล์ (organelles) 

ถือว่าเป็นอวัยวะของเซลล์ เพราะเป็นองค์ประกอบที่ทำหน้าที่ต่าง ๆ โดยแบ่งออกเป็น 3 กลุ่มหลัก ดังนี้

กลุ่มที่ 1 ออร์แกเนลล์ที่ไม่มีเยื่อหุ้ม

1.1 ไรโบโซม (ribosome) 

• เป็นออแกเนลล์ที่มีขนาดเล็กที่สุดภายในเซลล์ 
• พบทั้ง Prokaryotic cell และ Eukaryotic cell
• ประกอบด้วย 2 หน่วยย่อย คือ หน่วยเล็ก (small ribosomal subunit) และหน่วยใหญ่ (large ribosomal subunit) ซึ่งจะมาประกบกันเฉพาะเวลาสังเคราะห์โปรตีน 
• จะพบไรโบโซม อยู่ 4 ตำแหน่งในเซลล์ คือ
  • เกาะอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์
  • เกาะอยู่บน RER ทำหน้าที่สร้างโปรตีนที่จะส่งออกไปนอกเซลล์
  • ลอยอิสระใน cytosol ทำหน้าที่สร้างโปรตีนสำหรับใช้ภายในเซลล์
  • อยู่ใน mitochondria และ chloroplast ทำหน้าที่สร้างโปรตีนสำหรับใช้ในนั้น

1.2 เซนทริโอล (centriole)

• ลักษณะเป็นท่อทรงกระบอก 
• เซนทริโอลแต่ละอันจะประกอบด้วย microtubule หลายท่อ
• เซนทริโอลมักอยู่ด้วยกันเป็นคู่ ๆ และวางตัวตั้งฉากกัน เรียกบริเวณใน cytosol ที่พบคู่ของเซนทริโอลว่า เซนโทรโซม (centrosome) ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการประสานงานของ spindle fiber

1.3 ไซโทสเกเลตอน (cytoskeleton)

• เป็นเส้นใยโปรตีน (protein network) ซึ่งเป็นโครงสร้างช่วยค้ำจุนเซลล์ แบ่งออกเป็น 3 ประเภท เรียงจากลำดับใหญ่ไปเล็กได้ดังนี้
• microtubule ขนาดใหญ่ที่สุด เป็นท่อโปรตีน tubulin มีการเรียงตัวกัน 2 แบบ คือ
  • 9+2 คือ รอบๆ มี 9 มัด มัดละ 2 แท่ง ตรงกลางมี 2 แท่ง มีหน้าที่เป็นองค์ประกอบใน cilia และ flagellum
  • 9+0 คือ รอบๆ มี 9 มัด มัดละ 3 แท่ง ตรงกลางมี 0 แท่ง มีหน้าที่เป็นองค์ประกอบใน basal body (kinetosome) และ centriole
  • มีหน้าที่เป็นองค์ประกอบของ spindle fiber ที่ใช้ในการแยก chromosome
  • เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของ vesicle หรือ organelles ภายในเซลล์
• intermediate filament ขนาดปานกลาง โดยมีหน้าที่เกี่ยวกับ
  • การค้ำจุ้นโครงสร้างต่างๆ ภายในเซลล์
  • เป็นองค์ประกอบของ nuclear lamina ที่ใช้ค้ำจุนโครงสร้างของนิวเคลียส
  • เป็นองค์ประกอบของโปรตีน keratin เช่น ผิว ผม เล็บ เขาสัตว์
• microfilament ขนาดเล็กที่สุด เป็นเส้นใยของโปรตีน actin โดยมีหน้าที่เกี่ยวกับ
  • การเคลื่อนที่คล้ายอะมีบา (amoeboid movement) และการสร้างเท้าเทียม (pseudopodia) ของโพโทรซัวและเม็ดขาวบางชนิด
  • การหมุนเวียน cytoplasm ในเซลล์พืช (cytoplasmic streaming/cyclosis)
  • การแบ่ง cytoplasm ของสัตว์ (cleavage furrow type)
  • ทำงานร่วมกับโปรตีน myosin ในการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อ
  • เป็นองค์ประกอบของ microvilli ในเซลล์เยื่อบุผิวลำไส้เล็ก และเซลล์ท่อหน่วยไต

กลุ่มที่ 2 ออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม 1 ชั้น 

2.1 Endoplasmic Reticulum (ER) 

• เป็น internal membrane ที่มีขนาดใหญ่ที่สุด อยู่ล้อมรอบนิวเคลียส แบ่งเป็น 2 ชนิด
  • ร่างแหเอนโดพลาซึมชนิดขรุขระ (Rough endoplasmic reticulum : RER) มี ribosome เกาะ ลักษณะเป็นแผ่นแบนๆ เชื่อมต่อกัน
  • ร่างแหเอนโดพลาซึมชนิดเรียบ (Smooth endoplasmic reticulum : SER) ไม่มี ribosome เกาะ ลักษณะจะคล้ายท่อที่ต่อกัน

2.2 กอลจิ คอมเพล็กซ์ (golgi complex) 

• บางคนอาจจะเรียกว่า Golgi body / Golgi apparatus
• มีลักษณะเป็นถุงแบนๆ (golgi cisternae) เรียงซ้อนตัวกันเป็นชั้นๆ 
• อยู่ติดกับ ER

2.3 ไลโซโซม (lysosome) 

• ลักษณะเป็นถุงกลมๆ เป็น vesicle ที่หลุดมาจาก golgi complex
• มีความเป็นกรดสูงที่สุดภายในเซลล์
• ภายในมี hydrolytic enzyme เป็นเอนไซม์ที่ทำงานในสภาวะที่เป็นกรดเท่านั้น

2.4 เพอรอกซิโซม (peroxisome)

• มีอีกชื่อเรียกว่า microbodies
• ลักษณะถุงกลมๆ คล้าย lysosome ภายในบรรจุเอนไซม์  catalase
• พบในเซลล์พืช เซลล์ตับและไต

2.5 แวคิวโอล (vacuole) 

• เป็นออร์แกเนลล์ที่มีลักษณะเป็นถุง พบในเซลล์พืช และสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำ
• มีความหลากหลายสูง แบ่งเป็น 3 ชนิด แต่ละชนิดจะมีหน้าที่แตกต่างกัน ดังนี้
  • food vacuole มีหน้าที่บรรจุอาหาร หรือเชื้อโรคที่กินเข้าไปของสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำ เช่น อะมีบา พารามีเซียม ฟองน้ำ และเม็ดเลือดขาวบางชนิด
  • contractile vacuole พบเฉพาะโพรโทซัวน้ำจืด ทำหน้าที่ช่วยกำจัดน้ำส่วนเกินที่ไหลเข้ามาภายในเซลล์
  • sap vacuole เป็นออแกเนลล์ขนาดใหญ่ภายในเซลล์พืช ทำหน้าที่เก็บสะสมสารต่างๆ เช่น น้ำ,กรดอินทรีย์, สารสี

กลุ่มที่ 3 ออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น

3.1 ไมโทคอนเดรีย (mitochondria) 

• เกี่ยวข้องกับการหายใจในระดับเซลล์แบบใช้ออกซิเจน (aerobic respiration)
• แบ่งเป็น 2 ส่วน เยื่อหุ้มชั้นนอกสุด (outer mitochondrial membrane) และเยื่อหุ้มชั้นใน  (inner mitochondrial membrane) ซึ่งมีการทบไปทบมาของ cristae
• ภายในมีของเหลว เรียกว่า matrix เป็นบริเวณที่เกิด Krebs cycle / β-oxidation
• มี circular DNA, 70s ribosome เป็นของตัวเอง จึงสามารถสังเคราะห์โปรตีน และจำลองตัวเองโดยที่ไม่ต้องอาศัยคำสั่งจากนิวเคลียส (semiautonomous organelles)

3.2 คลอโรพลาสต์ (chloroplast) 

• เป็นเม็ดสี (plastid) สีเขียว พบในเซลล์พืช และสาหร่าย
• แบ่งเป็น 2 ส่วน เยื่อหุ้มชั้นนอกสุด (outer chloroplast membrane) และเยื่อหุ้มชั้นใน  (inner chloroplast membrane)
• ภายในมีเยื่อ thylakoid ลักษณะคล้ายเหรียญ ซึ่งวางซ้อนทับกันจนเป็นตั้งของเหรียญ เรียกว่า granum แต่ละ granum จะมีทางเชื่อมถึงกัน เรียกว่า stroma lamella / intergrana lamella
• ภายใน chloroplast ยังมีของเหลวเรียก stroma ซึ่งเป็นเอนไซม์สำหรับสังเคราะห์ด้วยแสง
• มี circular DNA, 70s ribosome จึงจำลองตัวเองและสังเคราะห์โปรตีนได้ เหมือนกับ mitochondria

2.2 ไซโทซอล (cytosol)

• เป็นส่วนของไซโทพลาซึม มีลักษณะเป็นสารกึ่งแข็งกึ่งเหลว 
• ไซโทซอลที่อยู่ติดกับเยื่อหุ้มเซลล์เรียกว่า เอ็กโทพลาซึม (Ectoplasm) ส่วนบริเวณด้านใน เรียกว่า เอนโดพลาซึม (Endoplasm)

สำหรับคอลัมน์ ‘รู้ไว้เผื่อออกสอบ’ วิชาชีววิทยาบทความต่อไปจะเป็นเรื่องราวเกี่ยวกับอะไร ฝากติดตามกันด้วยนะคะ ถ้าน้อง ๆ มีประเด็นที่น่าสนใจ หรือความรู้จากวิชาอะไร ที่อยากให้นำมาเล่า หรือแจกทริคการจำ ก็สามารถคอมเมนต์เอาไว้ด้านล่างได้เลย!