โครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์

โครงสร้างของเซลล์ ที่ได้จากการศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน มีดังนี้

1. ผนังเซลล์ (Cell wall) ผนังเซลล์พบใน เซลล์พืช สาหร่าย แบคทีเรีย เห็ด รา ยีสต์ แต่ไม่พบในเซลล์สัตว์
- เป็นชั้นที่มีความแข็งแรง ทนทาน ช่วยให้เซลล์ ทรงรูปอยู่ได้
- ประกอบขึ้นจากเซลลูโลส (Cellulose) เป็นสำคัญ สำหรับในพืชและสาหร่าย ส่วนในแบคทีเรียและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน ขึ้นจากสารเพปทิโดไกลแคน (Peptidoglycan) (สารเชิงซ้อนของคาร์โบไฮเดรตและเพปไทด์)

มีสารชนิดอื่นๆ เป็นองค์ประกอบขึ้นกับสิ่งมีชีวิต เช่น
1. ในไดอะตอม จะมีซิลิกา (Silica)
2. ในเห็ด รา จะมีไคติน (Chitin)
3. ในพืชจะมีพวกลิกนิน (Lignin) และเพคติน (Pectin) เป็นต้น โดยในเซล์พืชนั้นเซลลลูโลส เปรียบเสมือนโครงเหล็ก ส่วนลิกนินและเพคติน เปรียบเสมือนคอนกรีตล้อมรอบโครงเหล็ก

ผนังเซลล์ของแบคทีเรีย ซึ่งประกอบด้วยสารเพปทิโดไกลแคน โดยไม่มีเซลลูโลสแต่อย่างใด

โครงสร้างของเซลล์แบคทีเรีย

แผนภาพแสดงผนังเซลล์ของแบคทีเรียซึ่งเป็นสารเพปทิโดไกลแคนโดยผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมบวก (Gram-positive cell wall) จะไม่มีชั้นไขมันอยู่ด้านนอก แต่ผนังเซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบมีชั้นไขมันอยู่ด้านนอก

2. ไกลโคแคลิกซ์ (Glycocalyx)
- ชั้นที่อ่อนนุ่ม
- พบในเซลล์สัตว์
- ประกอบขึ้นจากสารพวกโปรตีนและคาร์โบไฮเดรต จึงเรียกไกลโคโปรตีน (Glycoprotein)
- ทำหน้าที่รับรู้ระหว่างเซลล์ข้างเคียง (Recognition) ถ้าสูญเสียการรับรู้ระหว่างเซลล์ข้างเคียงจะทำให้เซลล์แบ่งตัวไม่หยุดยั้ง ทำให้เกิดเนื้องอกและเป็นมะเร็งในที่สุด

ประกอบด้วย ไขมันฟอสโฟลิปิด (Phospholipid) โปรตีน นอกจากนี้ยังมีคาร์โบไฮเดรตเล็กน้อย
โครงสร้าง สมมติฐานอธิบายโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์มี 2 แนวคิดที่สำคัญ คือ Unit membrane และ Fluid mosaic model
1. เยื่อยูนิต (Unit membrane) ไขมันจะเรียงตัวเป็น 2 ชั้น และมีโปรตีนขนาบอยู่ 2 ข้างของไขมัน

เยื่อยูนิตของเยื่อหุ้มเซลล์ตามโครงแบบของ Davson-Danielli

2. ฟลูอิด-โมเสค โมเดล (Fluid-mosaic model) ไขมันจะเคลื่อนที่ได้ และมีโปรตีนลักษณะเป็นก้อนแทรกอยู่ในระหว่างชั้นของไขมัน นักวิทยาศาสตร์ ยอมรับ ฟลูอิด-โมเสค โมเดล มากกว่า

หน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์
1. เป็นเยื่อเลือกผ่าน (Semi-permeable membrane): เป็นคุณสมบัติสำคัญที่สุด
2. เป็น receptor site: รับสาร
3. Recognition: จดจำสาร
4. Carrier protein

- Cytoplasmic inclusion เป็นสิ่งที่ไม่มีชีวิต เช่น อาหารสะสม ได้แก่ หยดไขมัน เม็ดแป้งหรือพวกผลึกต่างๆ
- Organelle (ออร์แกเนลล์) เป็นโครงสร้างที่ทำหน้าที่เฉพาะอย่างของเซลล์ เปรียบเสมือนบุคลากรในบริษัท หรือคนงานในโรงงานอุตสาหกรรม
หน้าที่ของออร์แกเนลล์ต่างๆ
ออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อยูนิตชั้นเดียว

ออร์แกเนลล์

หน้าที่

1. เอนโดพลาสมิก เรติคิวลัม (endoplasmic reticulum) มีลักษณะเป็นเยื่อบางๆ ชั้นเดียวพับซ้อนไปมา แบ่งเป็น 2 ชนิด คือ
1.1 เอ็นโดพลาสมิก เรติคิวลัม ชนิดขรุขระ หรือชนิดหยาบ (rough endoplasmic reticulum = RER)
โครงสร้าง เป็น ER ที่มีไรโบโซมเกาะอยู่มากมาย

- สร้างโปรตีนส่งออกไปใช้นอกเซลล์ (exoprotein)
- พบมากในตับอ่อน ลำไส้เล็ก ต่อมใต้สมอง
- ลำเลียงสารภายในเซลล์ (Intracellular transport)

RER = intracellular transport

ออร์แกเนลล์

หน้าที่

1.2 เอ็นโดพลาสมิก เรติคิวลัม ชนิดเรียบ (Smooth endoplasmic reticulum = SER) โครงสร้าง เป็น ER ที่ไม่มีไรโบโซมเกาะอยู่

1. สร้างไขมันเติมเข้าไปในโปรตีนที่สร้างจาก RER กลายเป็น lipoprotein
2. สร้างสารสเตียรอยด์ จึงพบมากในต่อมหมวกไตชั้นนอก คอร์ปัสลูเทียมในรังไข่และเซลล์อินเตอร์สติเชียลในอัณฑะ
3. กำจัดสารพิษในร่างกายจึงพบ SER มากในเซลล์ตับ
4. ดูดซึมไขมัน พบมากในเซลล์ผนังของวิลลัส)

ออร์แกเนลล์

หน้าที่

2. กอลจิ คอมเพลกซ์ (Golgi complex) โครงสร้าง ลักษณะเป็นถุงแบนๆ โดยปลายถุงพองเป็นกระเปาะ และเรียงซ้อนกันเป็นตั้งๆ ตั้งละ 5-15 ถุง

1. รับโปรตีนนมาจาก RER แล้วนำมาตกแต่งโดย
- อัดให้แน่น
- สร้างคาร์โบไฮเดรตเพิ่มเติมเข้าไปกลายเป็น glycoprotein
- สร้างเยื่อล้อมรอบโปรตีนและหลุดออกมา เป็นถุง (Secretory vesicle)
2. สร้างคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลใหญ่ เช่น แป้ง ไกลโคเจน และเซลลลูโลส
3. สร้างสารอีนาเมล (enamel) เคลือบฟัน
4. สร้างเมือก จึงพบมากในต่อมสร้างเมือก ต่อมน้ำลาย

ออร์แกเนลล์	หน้าที่
3. ไลโซโซม (lysosome) โครงสร้าง เป็นถุงกลมๆ ภายในบรรจุเอนไซม์ hydrolytic สำหรับย่อยอาหารและบรรจุเอนไซม์ acid phosphatase - พบเฉพาะในเซลล์สัตว์	1. ย่อยอาหารที่เซลล์กินเข้าไป ซึ่งย่อยได้ทั้งโปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรต เทียบได้กับลำไส้เล็ก และตับอ่อน 2. ย่อยสลายออร์แกเนลล์ตัวเอง เรียก Autophagy และย่อยสลายเซลล์ เมื่อเซลล์อ่อนหมดอายุ เรียกกระบวนการนี้ว่า Autolysis 3. กำลังจัดสิ่งแปลกปลอมที่เข้าไปในเซลล์ เช่น แบคทีเรีย จึงพบมากในเซลล์เม็ดเลือดขาว พวก Monocyte และ Neutrophil
4. แวคิวโอล (Vacuole) มี 4 ชนิด คือ 1. Sap vacuole พบในเซลล์พืช 2. Food vacuole พบในโพรโตซัว และสัตว์ชั้นต่ำ	1. เก็บสะสมของเสีย เช่น ผลึก Calcium oxalate 2. บรรจุรงควัตถุ Anthocyanin ทำให้กลีบดอกมี สีแดง ชมพู ม่วง น้ำเงิน 3. สะสม Sucrose, คาเฟอีน, นำมันหอมระเหย
3. Contracttile vacuole พบเฉพาะในโพรโตซัวน้ำจืด 4. Fat vacuole พบในเซลล์ไขมัน	- บรรจุอาหารที่เซลล์กินเข้ามาเพื่อรอการย่อยจากน้ำย่อยของโลโซโซม - ขจัดน้ำที่มากเกินพอออกจากเซลล์ เทียบได้กับไตคนเรา - เก็บสะสมไขมัน
5. เพอรอกซิโซม (Peroxisome)	ภายในบรรจุเอนไซม์ Catalase ใช้ย่อยสลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂) ให้เป็น H₂O และ O₂

ออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อยูนิต 2 ชั้น

ออร์แกเนลล์	หน้าที่
1. ไมโทคอนเดรีย (mitochondria)	- เป็นแหล่งสร้างพลังงานในรูปสารอินทรีย์พลังงานสูง (ATP = Adenosine triphosphate) จากการหายใจแบบใช้ O₂ ของเซลล์เปรียบเสมือนเป็นโรงผลิตไฟฟ้าของเซลล์ (Powerhouse of cell) - พบมากในแคมเบียมของพืช ในคนมีมากที่สุดในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ
2. คลอโรพลาสต์ (Chloroplast)	- เป็นเม็ดสี (plastid) ที่มีสีเขียวทำหน้าที่สังเคราะห์แสงพบเฉพาะในสาหร่าย (ยกเว้นสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) และพืช

ออร์แกเนลล์ที่ไม่มีเยื่อหุ้มรอบ

ออร์แกเนลล์

หน้าที่

1. ไรโบโซม (ribosome)

- เป็นออร์แกเนลล์ที่มีขนาดเล็กสุด
- สร้างโปรตีนโดยพบอยู่ในโครงสร้างต่อไปนี้
1. ลอยเป็นอิสระในไซโทพลาซึม สร้างโปรตีนไว้ใช้ในเซลล์เอง เช่น พบในเซลล์กล้ามเนื้อ
2. เกาะอยู่ที่ผิวนอกของ ER กลายเป็น RER ทำหน้าที่สร้างโปรตีนส่งไปใช้นอกเซลล์
3. เกาะอยู่ที่เยื่อหุ้มนิวเคลียส
4. บรรจุอยู่ในไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

ออร์แกเนลล์

หน้าที่

2. เซนทริโอล (Centriole)
- พบในเฉพาะเซลล์สัตว์
- ประกอบขึ้นจากหลอดโปรตีนไมโครทูบูล (microtubule) จัดเรียงตัวเป็นสูตรรหัส 9 + 0 (nine triplets)

1. เกี่ยวข้องกับการให้กำเนิดซีเลีย และแฟลกเจลลัม โดยโครงสร้างทั้งสองนี้ ประกอบด้วยหลอดไมโครทูบูลจัดเรียงตัวเป็น 9 + 2
2. เปลี่ยนแปลงไปเป็นเบซัลบอดี (basal body) ซึ่งอยู่ที่ฐานของแต่ละซีเลีย และแฟลกเจลลัม เพื่อควบคุมการโบกพัด โดยเบซัลบอดีมีโครงสร้างเหมือนเซนทริโอล
3. ให้กำเนิดไมโทติกสปินเดิล (mitotic spindle) ไปเกาะที่ปมไคเนโตคอร์ของโครโมโซม

เพื่อแยกโครโมโซมออกจากกัน ดังนั้นรอบๆ เซนทริโอลจะมีไมโทติกสปินเดิลมากมาย เรียก แอสเทอร์ (Aster)

ออร์แกเนลล์	หน้าที่
3. ไมโครทูบูล (microtubule) โครงสร้าง เป็นหลอดโปรตีนที่ประกอบด้วย โมเลกุลโปรตีน tubulin	- เป็นองค์ประกอบในเซนทริโอล ซีเลีย แฟลกเจลลัม เบซัลบอดีและไมโททิก สปินเดิล - เป็นองค์ประกอบในไซโทพลาซึมเป็นโครงสร้างค้ำจุนของเซลล์ (Cytoskeleton) - การลำเลียงสารออกนอกเซลล์ (exocytosis)
4. ไมโครฟิลาเมนต์ (microfilament) เช่น Actin	1. เป็นโครงร่างของเซลล์ (Cytoskeleton) ร่วมกับไมโครทูบูล 2. ก่อให้เกิดซูโดโปเดียม (Pseudopodium) 3. ทำให้เกิดการหดตัวและคลายตัวของเซลล์กล้ามเนื้อ 4.ช่วยในการแบ่งไซโทพลาซึมของเซลล์สัตว์ เมื่อมีการแบ่งเซลล์ 5. ช่วยในการยืดหดของไมโครวิลลัส ทำให้ดูดซึมอาหารได้ดีขึ้น
5. อินเทอร์มีเดียท ฟิลาเมนต์ (intermediate filament) เช่น Ketrtin , Desmin, vimentin	เป็นโครงร่างของเซลล์ร่วมกับไมโครทูบูลและไมโครฟิลาเมนต์ (Cytoskeleton) เป็น Cytoskeleton ของเซลล์ประสาท

โครงสร้างของ Cytoskeleton 3 ชนิด ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน

นิวเคลียส (Nucleus) ประกอบด้วย

ออร์แกเนลล์	หน้าที่
1. เยื่อหุ้มนิวเคลียส (nuclear membrane) เป็นเยื่อยูนิต 2 ชั้น	- คัดเลือกสารที่จะผ่านเข้าออกนิวเคลียสกับไซโทพลาซึม
รูนิวเคลียส (nuclear pore)	- เป็นช่องเล็กๆ ที่เยื่อหุ้มนิวเคลียสเป็นช่องให้สารผ่านเข้าออก
โครมาติน (Chromatin)	- บรรจุ DNA ซึ่งเป็นสารพันธุกรรมควบคุม กิจกรรมชีวิตของเซลล์
นิวคลีโอลัส (Nucleolus)	- สร้างไรโบโซม

เซลล์จำแนกตามนิวเคลียสเป็น 2 ประเภท คือ
1. โพรแคริโอติกเซลล์ โพรแคริโอติกเซลล์ (Prokaryotic cell) เป็นเซลล์ที่ไม่มีนิวเคลียส และไม่มีออร์แกเนลล์ชนิดมีเยื่อหุ้ม ไม่มีไมโครทูบูล และเซนทริโอล ไม่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส มีเฉพาะโรโบโซมขนาดเล็ก (70S) ได้แก่ เซลล์แบคทีเรีย สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (blue green algae หรือ cyano bacteria)
2. ยูแคริโอติก เซลล์ (Eukaryotic cell) ยูแคริโอติก เซลล์ (Eukaryotic cell) เป็นเซลล์ที่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส และมีออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มมีไรโบโซมขนาดใหญ่ (80S) ได้แก่ เซลล์โพรโตซัว สาหร่ายต่างๆ (ยกเว้นสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) เห็ด รา ยีสต์ เซลล์พืช และสัตว์ต่างๆ

ลักษณะ Prokaryote	ลักษณะ Eukaryote
1. เซลล์ขนาดเล็ก (1-10 ไมครอน)	1. เซลล์ขนาดใหญ่กว่า (10-100 ไมครอน)
2. DNA ปราศจากโปรตีนฮีสโตน และมีลักษณะเป็น Loop	2. DNA มีโปรตีนฮีสโตน เป็นองค์ประกอบอยู่ในรูปโครมาทิน
3. ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส	3. มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส
4. ไม่มีออร์แกเนลล์ชนิดที่มี เยื่อหุ้ม, ไม่มี Centrioles และ Microtubules	4. มีออร์แกเนลล์ชนิดที่มี เยื่อหุ้มและมี Centrioles, Microtubules
5. ไรโบโซมขนาดเล็ก (70S)*	5. ไรโบโซมขนาดใหญ่ (80S)
6. ผนังเซลล์ (Cell wall) ประกอบด้วยสารเคมี เรียก Peptidoglycan, ไม่มี Cellulose	6. ไม่มีผนังเซลล์ (Cell wall) ยกเว้น ในเซลล์พืชและเห็ด รา โดยผนังเซลล์ประกอบด้วยสาร Cellulose หรือ Chitin
7. แฟลเจลลาประกอบด้วยโปรตีน Flagellin	7. แฟลเจลลาและซีเลีย มีโปรตีน Tubulin เป็นองค์ประกอบ (9 + 2)
8. การแบ่งเซลล์เป็นแบบโดยตรง, ไม่มี Spindle	8. มีการแบ่งเซลล์เป็นแบบ Mitosis และมี Spindle fiber
9. การสืบพันธ์แบบอาศัยเพศเกิดน้อยมาก และไม่มีการแบ่ง Meiosis	9. การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ อาศัยการแบ่ง Meiosis และมีการปฏิสนธิ
10. ส่วนใหญ่หายใจแบบไม่ใช้ O₂	10. ส่วนใหญ่หายใจแบบใช้ O₂

ภาพแสดงโครงสร้างเซลล์แบคทีเรีย (a) และ (b)ซึ่งเป็นโปรแคริโอติก เซลล์

แผนภาพเปรียบเทียบโครงสร้างเซลล์พืช (A) และเซลล์สัตว์ (B) ซึ่งเป็นยูแคริโอติก เซลล์