บทที่ 4

1. บทที่ 4 หน่วยของสิ่งมีชีวิต

2. หน่วยของสิ่งมีชีวิต

3. เซลล์ (cell) ? คือ หน่วยที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิต

4. Robert Hooke ? • เป็นคนแรกที่เห็นเซลล์จากการใช้กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ ที่ประดิษฐ์ขึ้นเอง • ศึกษาไม้คอร์กภาพที่เห็นเป็นห้องสี่เหลี่ยมกลวงๆคล้ายรังผึ้ง ได้ตั้งชื่อสิ่งที่มองเห็นว่า เซลลูเล(cellulae) เป็นเซลล์ที่ตายแล้ว

6. Anton van Leewenhoek ? • มองเป็นเซลล์ที่ยังมีชีวิตเป็นคนแรก โดยเรียกสิ่งที่เห็นว่า animalicules ซึ่งหมายถึง สัตว์ตัวล็กๆ

8. Matthias Jakop Schleiden และ Theodor Schwann ? • เสนอทฤษฏีเซลล์(cell theory)ว่า เซลล์ประกอบไปด้วยองค์ประกอบของเซลล์ และผลิตภัณฑ์เซลล์

10. GENERAL BODY ORGANIZATION IN ANIMALS -สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (multicellular organism) มีการจัดเรียงตัวของหน่วยต่าง ๆ เป็นลำดับขั้นดังนี้ เซลล์ -เซลล์เป็นหน่วยย่อยที่เล็กที่สุด -ในแต่ละลำดับขั้นจะมีการทำงานร่วมกันอย่างเป็นระบบ เนื้อเยื่อ อวัยวะ ระบบอวัยวะ สิ่งมีชีวิตหนึ่งหน่วย

11. การศึกษาเซลล์ • ศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์ทำให้สามารถเห็นรายละเอียดโครงสร้างของเซลล์ • ศึกษาด้วยวิธีแยกชิ้นส่วนของเซลล์โดยการเหวี่ยงด้วยความเร็วที่ต่างๆกัน organelles ที่แยกออกมาสามารถนำไปศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของมัน

12. Light microscopeVS.Electron microscope ?

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

15. คำถาม?

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

17. Cell Fractionation วิธีการแยกชิ้นส่วนของเซลล์ทำได้โดยการเหวี่ยงด้วยความเร็วที่ต่างๆกัน organelles ที่แยกออกมาสามารถนำไปศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของมัน

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

19. Prokaryotic and Eukaryotic cell สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยเซลล์เซลล์แบ่งเป็น 2 ชนิดคือ 1. prokaryotic cell 2. eukaryotic cell มีโครงสร้างแตกต่างกันดั้งนี้

20. Prokaryotic cell (pro=before; karyon=kernel) • พบเฉพาะใน Kingdom Monera  • ไม่มีนิวเคลียสแท้จริง, ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส • สารพันธุกรรมอยู่ในบริเวณที่เรียกว่า nucleoid • ไม่มี organelles ที่มีเยื่อหุ้ม • ได้แก่ bacteria,blue green algae

21. A prokaryotic cell

22. Eukaryotic cell (eu=true; karyon=kernel) • พบใน Kingdoms Protista, Fungi, Plante และ Animalia • มีนิวเคลียสที่แท้จริง, หุ้มด้วยเยื่อหุ้มนิวเคลียส • สารพันธุกรรมอยู่ในนิวเคลียส • ภายใน cytoplasm ประกอบด้วย cytosol และมี organelles ที่มีเยื่อหุ้ม Cytoplasm = บริเวณภายในเซลล์ทั้งหมด ยกเว้นส่วนของนิวเคลียส Cytosol = สารกิ่งของเหลงภายใน cytoplasm

23. Animal cell

24. Plant cell

25. เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell membrane) • Plasma membrane • Cytoplasmic membrane ทำหน้าที่เป็นเยื่อเลือกผ่าน • Semipermeable membrane • Differentially membrane • Selectively permeable membrane

26. The plasma membrane

27. หน้าที่ของ cell membrane • ควบคุมการผ่านเข้าออกของสาร อาจเปลี่ยนรูปร่างเป็นไมโครวิลไลและเยื่อไมอีลิน

28. ความสำคัญของการแบ่งส่วนย่อยภายในไซโตพลาสซึมความสำคัญของการแบ่งส่วนย่อยภายในไซโตพลาสซึม ภายในไซโตพลาสซึมของ eukaryotic cell มีความซับซ้อนในเรื่องโครงสร้างเพื่อให้อัตราส่วนของพื้นที่ผิวต่อปริมาตรพอเหมาะต่อความต้องการในการทำงานของเซลล์โดยมีเยื่อภายในเซลล์ (internal membrane) ซึ่งมีบทบาทสำคัญคือ

29. แบ่งไซโตพลาสซึมเป็นส่วนย่อยๆ (compartment) • ภายในส่วนย่อยๆแต่ละส่วนมีของเหลวหรือโปรตีนที่เฉพาะเจาะจงต่อปฏิกิริยาชีวเคมีที่แตกต่างกัน • มีบทบาทสำคัญต่อการเกิดเมตาบอริซึมของเซลล์เพราะที่เยื่อมีเอนไซม์หลายชนิดเป็นส่วนประกอบอยู่ • ภายในส่วนย่อยมีสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันซึ่งมีความเฉพาะเจาะจงต่อกระบวนการเมตาบอริซึม กระบวนการเมตาบอริซึมแต่ละอย่างสามารถดำเนินไปได้พร้อมๆกันภายในเซลล์เดียวกันโดยไม่เกิดการรบกวนซึ่งกันและกัน

30. นิวเคลียส (nucleus) เป็นออร์แกเนลล์ขนาดใหญ่ที่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียสแยกออกจากไซโตพลาสซึมในเซลล์พวกยูคาริโอตภายในบรรจุยีนซึ่งควบคุมการทำงานของเซลล์มีขนาดโดยเฉลี่ยประมาณ 5 ไมครอน

31. The nucleus and the envelope

32. Nuclear envelope มีลักษณะดังนี้ • เป็นเยื่อ 2 ชั้นมีช่องว่างตรงกลางกว้างประมาณ 20-40 nm • มีรู (nuclear pores) แทรกอยู่ทั่วไปเป็นทางให้สารต่างๆโดยเฉพาะ rRNA, mRNA และ nucleoprotein ผ่านเข้าออกได้ • ผิวด้านในของเยื่อหุ้มนิวเคลียสมีชั้นบางๆของโปรตีนยึดติดอยู่ความสำคัญของชั้นนี้ยังไม่ทราบแน่ชัดอาจช่วยรักษารูปทรงของนิวเคลียส • ภายในนิวเคลียสบรรจุสารพันธุกรรมที่อยู่ในรูปของโมเลกุล DNA ที่จับกับโมเลกุลของโปรตีนเป็นโครโมโซม

33. Nucleolus มีลักษณะเป็นเม็ดกลมขนาดเล็กในนิวเคลียสในหนึ่งเซลล์อาจมีหนึ่งหรือสองเม็ดมองเห็นชัดขณะเซลล์ไม่มีการแบ่งตัวประกอบด้วย nucleolar organizers และ ribosome ที่กำลังสร้างขึ้น nucleolus ทำหน้าที่สร้าง ribosome (nucleolar organizers เป็นส่วนพิเศษของโครโมโซมที่มียีนที่เกี่ยวกับการสร้าง ribosome อยู่หลายชุด)

34. นิวเคลียสทำหน้าที่ควบคุมการสร้างโปรตีนในไซโตพลาสซึมนิวเคลียสทำหน้าที่ควบคุมการสร้างโปรตีนในไซโตพลาสซึม 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

35. Ribosomes เป็น organelles ที่ไม่มีเยื่อหุ้มทำหน้าที่สร้างโปรตีนมี 2 ส่วนย่อย (subunit) สร้างจาก nucleolus ในเซลล์ที่มีการสร้างโปรตีนสูงจะพบว่ามี nucleolus และ ribosome เป็นจำนวนมากตัวอย่างเช่นในเซลล์ตับของคนมี ribosome จำนวนมากและมี nucleolus ที่เด่นชัดมาก

36. Ribosome มี 2 ชนิดคือ 1. free ribosomesทำหน้าที่สร้างโปรตีนที่ใช้ใน cytosol เช่นเอ็นไซม์ที่เกี่ยวข้องกับเมตาบอริซึมใน cytoplasm 2. bound ribosomesเป็น ribosome ที่เกาะอยู่ด้านผิวนอกของ ER ทำหน้าที่สร้างโปรตีนที่จะถูกส่งต่อไปรวมกับ organelles อื่นๆและโปรตีนที่จะถูกส่งออกไปใช้นอกเซลล์ในเซลล์ที่สร้างโปรตีนเช่นเซลล์ตับอ่อนหรือต่อมอื่นที่สร้างน้ำย่อยจะมี bound ribosomes เป็นจำนวนมาก

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

38. Endoplasmic reticulum (ER) (Endoplasmic = อยู่ในไซโตพลาสซึม, reticulum = ร่างแห) เป็น organelles ที่มีเยื่อหุ้มมีลักษณะเป็นท่อแบนหรือกลมกระจายอยู่ใน cytosol ช่องภายในท่อเรียกว่า cisternal space ซึ่งท่อนี้มีการเชื่อมติดต่อกับช่องว่างที่อยู่ระหว่างเยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นนอกและชั้นในด้วย

39. ER มี 2 ชนิดคือ 1. Rough endoplasmic reticulum (RER) มีไรโบโซมเกาะติดอยู่ที่เยื่อหุ้มด้านนอกทำให้มองเห็นขรุขระทำหน้าที่สร้างโปรตีนที่ส่งออกไปนอกเซลล์ (secondary protein) โดยไรโบโซมที่เกาะอยู่นี้สร้างโปรตีนแล้วผ่านเยื่อของ ER เข้าไปใน cisternal space แล้วหลุดออกไปจาก ER เป็น transport vesicle ส่งออกไปใช้ภายนอกเซลล์โดยตรงหรือนำไปเชื่อมกับเยื่อของ Golgi complex เพื่อเพิ่มคาร์โบไฮเดรตแก่โปรตีนที่สร้างขึ้นกลายเป็น glycoprotein ก่อนส่งออกไปใช้ภายนอกเซลล์

40. 2. Smooth endoplasmic reticulum (SER) • ไม่มีไรโบโซมมาเกาะที่เยื่อหุ้มด้านนอกจึงมองเห็นเป็นผิวเรียบๆท่อของ SER เชื่อมติดต่อกับ RER ได้ • SER ไม่เกี่ยวกับการสร้างโปรตีนส่วนใหญ่มีความสำคัญเกี่ยวกับการสร้างฮอร์โมนชนิดสเตอรอยด์และไขมัน • ลดความเป็นพิษของสารพิษ • ในเซลล์กล้ามเนื้อ SER ทำหน้าที่ควบคุมการเก็บและปล่อยแคลเซี่ยมเพื่อควบคุมการทำงานของเซลล์กล้ามเนื้อเป็นต้น

41. The Golgi apparatus

42. Golgi complex มีลักษณะเป็นถุงแบนหลายถุงเรียงซ้อนกันเรียกว่า Golgi cisternar บริเวณตรงกลางเป็นท่อแคบและปลายสองข้างโป่งออกและมีกลุ่มของถุงกลม (vesicles) อยู่รอบๆ Golgi complex มีโครงสร้างที่เป็น 2 หน้าคือ cis face และ trans face ที่ทำหน้าที่รับและส่ง cis face เป็นส่วนของถุงแบนที่นูนอยู่ใกล้กับ ER transport vesicles ที่ถูกสร้างมาจาก RER เคลื่อนที่เข้ามารวมกับ Golgi complex ทางด้าน cis face ส่วน trans face เป็นด้านที่เว้าของถุงแบนเป็นด้านที่สร้าง vesicles และหลุดออกไป

43. หน้าที่ของ Golgi complex คือ • เสริมสร้างคาร์โบไฮเดรดให้กับโปรตีนที่สร้างมาจาก RER ให้เป็น glycoprotein เพื่อส่งออกไปภายนอกเซลล์ • เก็บสะสมและกระจายสิ่งที่เซลล์สร้างขึ้นโดยเก็บไว้ภายใน secondary granules เพื่อส่งออกนอกเซลล์โดยกระบวนการ exocytosis • สร้าง primary lysosomes ซึ่งบรรจุ hydrolytic enzymes น้ำย่อยเหล่านี้มักเป็นพวก glycoprotein โดยมีการเติมคาร์โบไฮเดรตที่ Golgi complex • เกี่ยวกับการสร้างผนังหุ้มเซลล์ (membrane flow)

44. Lysosomes (a) Lysosomes in a white blood cell

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

46. Lysosomes • เป็นออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มรูปกลมขนาดเล็กภายในบรรจุ hydrolytic enzyme หรือ lysosomal enzyme หลายชนิดที่ทำหน้าที่ย่อยโมเลกุลขนาดใหญ่ได้แก่ polysaccharides, fats และ nucleic acids • เอ็นไซม์ต่างๆเหล่านี้ทำงานดีที่สุดที่ pH 5 lysosomal membrane ทำหน้าที่รักษาสภาพแวดล้อมภายในให้เหมาะแก่การทำงานของเอ็นไซม์โดยการปั้ม H+ จาก cytossol เข้าไปภายใน

47. ถ้า lysosome ฉีกขาดจะไม่สามารถทำงานได้ดีหรือเอ็นไซม์อาจออกมาทำอันตรายให้แก่เซลล์ได้ • จากที่กล่าวมาจะเห็นได้ว่าการแบ่งไซโตพลาสซึมเป็นส่วนย่อยๆด้วย membrane มีความสำคัญต่อการทำงานของเซลล์มาก • Hydrolytic enzyme และ lysosomal membrane สร้างมาจาก RER และส่งต่อไปยัง Golgi complex แล้วแยกออกไปทางด้าน trans face ของ Golgi complex เป็น lysosome

48. The formation and functions of lysosomes

49. หน้าที่ของ lysosome • เป็นแหล่งย่อยภายในเซลล์ (intracellular digestion) ตย. เช่น • อมีบากินอาหารโดยวิธี phagocytosis เกิดเป็น food vacuole ซึ่งจะรวมกับ lysosome เอ็นไซม์ในcytosome จะทำหน้าที่ย่อยอาหารนั้น • เซลล์ของคนเช่น macrophage ก็สามารถทำลายสิ่งแปลกปลอมที่เข้ามาในเซลล์ด้วยวิธี phagocytosis และถูกย่อยโดย lysosome ได้เช่นกัน

50. เกี่ยวข้องกับการย่อย organelles ในไซโตพลาสซึมเพื่อนำสารต่างๆกลับมาใช้สร้าง organelles ใหม่อีก (autophagy) • Lysosome สร้างเอ็นไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเกิด metamorphosis ของการพัฒนาของตัวอ่อนในพวกสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก • มีบทบาทสำคัญต่อเมตาบอริซึมต่างๆในร่างกายเป็นอย่างมากถ้าหากมีความผิดปกติในการทำงานของเอ็นไซม์ในไลโซโซมจะทำให้เกิดโรคต่างๆได้