โครงสร้างและการทำงานของเซลล์ ออกสอบบ่อย

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

เซลล์ คือ หน่วยย่อยพื้นฐานที่ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า เป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิต สามารถเพิ่มจำนวน เจริญเติบโต และตอบสนองต่อสิ่งเร้าได้เซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีโครงสร้างพื้นฐาน 2 ส่วนหลักๆ ได้แก่ ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์และส่วนโพรโทพลาซึม

ส่วนที่ 1 ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์

1. เยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane)

• มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า plasma membrane
• ลักษณะเป็นเยื่อบางๆ ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิด (phospholipid) และโปรตีน (protein)
• ฟอสโฟลิพิดจะเรียงตัวเป็น 2 ชั้น (bilayer) โดยหันส่วนหางที่ไม่ชอบน้ำ (hydrophilic tails) เข้าหากัน และหันส่วนหัวที่ชอบน้ำ (hydrophilic heads) ออกด้านนอกโดยมีโมเลกุลของโปรตีนกระจายตัวแทรกอยู่ระหว่างโมเลกุลของฟอสโฟลิพิด

หน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์คือ กำหนดขอบเขตของเซลล์ ทำให้เซลล์คงรูปอยู่ได้ และเป็นเยื่อเลือกผ่าน (semipermeable membrane) คือ มีคุณสมบัติคัดเลือกสารที่จะผ่านเข้า-ออกจากเซลล์ และเป็นส่วนสำคัญสำหรับการติดต่อระหว่างเซลล์ด้วยกัน

2. ผนังเซลล์ (cell wall)

• พบในพืช เช่น ฟังไจ สาหร่าย เห็ด รา และแบคทีเรียไม่พบในเซลล์สัตว์

• 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

หน้าที่ของผนังเซลล์คือ ช่วยให้เซลล์คงรูปอยู่ได้และให้ความแข็งแรงกับเซลล์

ส่วนที่ 2 โพรโตพลาซึม (protoplasm)

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

1. นิวเคลียส (nucleus)

• มีรูปร่างกลม ลักษณะชัดเจนพบใน Eukaryotic cell โครงสร้างนิวเคลียสประกอบด้วย

• เยื่อหุ้มนิวเคลียส (nuclear envelope หรือ nuclear membrane)มีลักษณะเป็นเยื่อหุ้ม 2 ชั้น

  • nuclear pore เป็นรูกระจายอยู่รอบนิวเคลียส ซึ่งเกิดจาก pore protein complex มาเรียงต่อกัน คอยควบคุมการลำเลียงสารผ่านเข้า-ออกนิวเคลียส
  • nuclear laminaเป็น 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

• บางเซลล์อาจมีนิวเคลียสจำนวนมากเช่น เซลล์กล้ามเนื้อโครงร่าง (skeletal muscle fiber)

  • บางเซลล์อาจไม่มีนิวเคลียสเช่น เซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (mammalian RBC) และเซลล์ชีฟทิวบ์ (sieve tube member) ในท่อลำเลียงอาหารของพืช

หน้าที่ของนิวเคลียสมีความสำคัญกับเซลล์มาก เพราะนิวเคลียสเป็นส่วนที่เก็บสารพันธุกรรม DNAไว้ บริเวณที่เกิดการจำลองตัวเอง (DNA Replication) และการถอดรหัสของดีเอ็นเอ (Transcription)

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 ตำแหน่งในเซลล์คือ

• เกาะอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์

  • เกาะอยู่บน RER ทำหน้าที่สร้างโปรตีนที่จะส่งออกไปนอกเซลล์
  • ลอยอิสระใน cytosol ทำหน้าที่สร้างโปรตีนสำหรับใช้ภายในเซลล์
  • อยู่ใน mitochondria และ chloroplast ทำหน้าที่สร้างโปรตีนสำหรับใช้ในนั้น

หน้าที่ของไรโบโซมมีหน้าที่หลักอย่างเดียว คือ สังเคราะห์โปรตีน (protein synthesis)

1.2 เซนทริโอล (centriole)

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

หน้าที่ของเซนทริโอลคือ ช่วยในการดึงโครโมโซมให้แยกออกจากกันในขณะที่มีการแบ่งเซลล์ และช่วยในการเคลื่อนที่ของเซลล์บางชนิด

1.3 ไซโทสเกเลตอน (cytoskeleton)

• เป็นเส้นใยโปรตีน (protein network) ซึ่งเป็นโครงสร้างช่วยค้ำจุนเซลล์ แบ่งออกเป็น 3 ประเภท เรียงจากลำดับใหญ่ไปเล็กได้ดังนี้

• microtubule ขนาดใหญ่ที่สุด เป็นท่อโปรตีน tubulin มีการเรียงตัวกัน 2 แบบ คือ

• 9+2คือ 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 fiberที่ใช้ในการแยก chromosome
  • เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของ vesicle หรือ organellesภายในเซลล์

• intermediate filamentขนาดปานกลาง โดยมีหน้าที่เกี่ยวกับ

• การค้ำจุ้นโครงสร้างต่างๆภายในเซลล์

  • เป็นองค์ประกอบของ nuclear lamina ที่ใช้ค้ำจุนโครงสร้างของนิวเคลียส
  • เป็นองค์ประกอบของโปรตีน keratinเช่น ผิว ผม เล็บ เขาสัตว์

• microfilamentขนาดเล็กที่สุด 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 microvilliในเซลล์เยื่อบุผิวลำไส้เล็ก 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

หน้าที่ของ RER

• สร้างโปรตีนสำหรับส่งออกนอกเซลล์ หรือเป็นองค์ประกอบของ membrane protein

หน้าที่ของ SER

• สังเคราะห์ลิพิด (lipid) เช่น phospholipid, steroid จึงพบมากที่อัณฑะ รังไข่ ต่อมหมวกไตส่วนนอก (สร้าง steroid hormone)
• กำจัดสารพิษต่างๆ (detoxification)เช่น แอลกอฮอล์ ยา ในเซลล์ตับ
• ในกล้ามเนื้อ SER จะเรียกว่า sarcoplamicreticulum (SR) ทำหน้าที่ควบคุมแคลเซียม และกระตุ้นการทำงานของเซลล์กล้ามเนื้อ

2.2 กอลจิ คอมเพล็กซ์ (golgi complex)

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

หน้าที่ของกอลจิ คอมเพล็กซ์

• ปรับแต่ง (protein modification)เติมคาร์โบไฮเดรตเข้าไปใน vesicle ให้กับโปรตีนที่สังเคราะห์มา RER กลายเป็น glycoprotein และแพ็กโปรตีน (protein packaging) ก่อนส่งออกไปนอกเซลล์
• สังเคราะห์สารที่เป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์ที่ไม่ใช่เซลลูโลส (noncellulose polysaccharide) เช่น pectin
• golgi complex ยังเกี่ยวข้องกับการสร้าง lysosomeด้วย

2.3 ไลโซโซม (lysosome)

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

หน้าที่ของไลโซโซม

• ย่อยอาหารภายในเซลล์ (intracellular digestion) โดยจะรวมกับ food vacuole แล้วปล่อยเอนไซม์ออกมาเพื่อไปย่อยอาหาร พบใน อะมีบา พารามีเซียม ฟองน้ำ ไฮดรา ปะการัง
• ย่อยเชื้อโรค ในเม็ดเลือดขาวบางชนิด เช่น macrophage, neutrophil จะใช้ lysosome ในการย่อยสิ่งแปลกปลอมต่างๆ ที่เข้ามาภายในเซลล์
• ย่อยเซลล์ตัวเองที่หมดอายุ(autolysis) หรือ ย่อยออแกเนลล์ที่หมดอายุ (autophagy)
• เกี่ยวข้องกับ metamorphosis ในสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกเช่น ลูกอ๊อดจะย่อยหางตัวเองทิ้งเพื่อเจริญไปเป็นกบ

2.4 เพอรอกซิโซม (peroxisome)

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

หน้าที่เพอรอกซิโซม

• ช่วยผลิตและกำจัดไฮโดรเจนเพอร์ออกไซด์ (H2O2)ภายในเซลล์ โดยการกำจัดจะใช้เอนไซม์ชื่อ catalase เมื่อสลายมาแล้วจะกลายเป็น H2O และ O2
• ทำงานร่วมกับ mitochondria และ chloroplast ได้ ในการหายใจแสง (photorespiration)
• เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาการสลายกรดไขมัน (fatty acid β-oxidation)

2.5 แวคิวโอล (vacuole)

• เป็นออร์แกเนลล์ที่มีลักษณะเป็นถุง พบในเซลล์พืช และสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำ

• มีความหลากหลายสูง แบ่งเป็น 3 ชนิด แต่ละชนิดจะมีหน้าที่แตกต่างกัน ดังนี้

• food vacuoleมีหน้าที่บรรจุอาหาร หรือเชื้อโรคที่กินเข้าไปของสิ่งมีชีวิตชั้นต่ำเช่น อะมีบา พารามีเซียม ฟองน้ำ และเม็ดเลือดขาวบางชนิด

  • contractile vacuole พบเฉพาะโพรโทซัวน้ำจืด ทำหน้าที่ช่วยกำจัดน้ำส่วนเกินที่ไหลเข้ามาภายในเซลล์
  • sap vacuoleเป็นออแกเนลล์ขนาดใหญ่ภายในเซลล์พืช ทำหน้าที่เก็บสะสมสารต่างๆเช่น 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 matrixเป็นบริเวณที่เกิด Krebs cycle / β-oxidation
• มี circular DNA, 70s ribosome เป็นของตัวเองจึงสามารถสังเคราะห์โปรตีน และจำลองตัวเองโดยที่ไม่ต้องอาศัยคำสั่งจากนิวเคลียส(semiautonomous organelles)

หน้าที่ไมโทคอนเดรียหลักๆ คือ สร้างและผลิตพลังงานสูง (ATP) ให้กับเซลล์ทำให้เกิดวัฏจักรเครบส์ (Krebs cycle) และเกิดการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (Electron transport chain)

3.2 คลอโรพลาสต์ (chloroplast)

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

หน้าที่ของคลอโรพลาสต์คือ เกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) ของพืช

2.2 ไซโทซอล (cytosol)

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

หน้าที่ของไซโทซอลคือ เป็นที่อยู่ของออร์แกเนลล์ต่าง ๆ และโครงสร้างอื่น ๆ เช่น เม็ดไขมัน เม็ดสี ในเซลล์สัตว์ Ergastic substance ในเซลล์พืช

มาทดสอบความรู้กัน!

ทำความรู้จักโครงและหน้าที่ของเซลล์แต่ละส่วนไปแล้ว คราวนี้มาลองทดสอบความจำกันหน่อยดีกว่าค่ะว่าจำกันได้ไหม แต่ละโครงสร้างต่างกัน หรือทำงานอย่างไรบ้าง?

1. ส่วนประกอบในข้อใดพบแต่ในเซลล์พืช

ก.ไซโทพลาซึม

ข.นิวเคลียส

ค.คลอโรพลาสต์

ง.เยื่อหุ้มเซลล์

2. ส่วนประกอบของเซลล์ส่วนใดที่ไม่พบในเซลล์สัตว์

ก.เยื่อหุ้มเซลล์

ข.ผนังเซลล์

ค.ไซโทพลาซึม

ง.นิวเคลียส

3. เซลล์ข้อใดที่ไม่มีนิวเคลียสเป็นส่วนประกอบ

ก.เซลล์ประสาท

ข.เซลล์เม็ดเลือดแดง

ค.เซลล์เยื่อบุข้างแก้ม

ง.เซลล์กล้ามเนื้อ

4. ส่วนประกอบของเซลล์ส่วนใดเป็นแหล่งสร้างพลังงานให้แก่เซลล์

ก. นิวเคลียส

ข.ไรโบโซม

ค.ไมโทคอนเดรีย

ง.เอนโดพลาสมิก

น้องๆ คิดว่าแต่ละข้อตอบอะไรบ้างๆ มาคอมเมนต์ด้านล่างได้เลย!

สำหรับน้องๆ ที่อยากอัปเลเวลเพิ่มความมั่นใจในการสอบชีวะ พี่แป้งขอเสิร์ฟ คอร์สพิชิต TCAS – สรุปเนื้อหาชีวะกับ“อ.อุ้ย - ผศ.ดร.ศุภณัฐ ไพโรหกุล” ผู้แต่งหนังสือปลาหมึกคอร์สสรุปเนื้อหาชีวะ ม.ปลาย ตามหลักสูตร สสวท. ใหม่ล่าสุด! เนื้อหาครอบคลุมทุกการสอบของ TCAS อธิบายละเอียด กระชับ ตรงจุด มีสรุปเนื้อหาเป็นคอนเซ็ปต์สั้นๆ เข้าใจง่าย จบใน 10 นาที พร้อมรับหนังสือประกอบการเรียน สรุปเนื้อหาจบใน 1 หน้า ที่ อ.อุ้ย จัดทำขึ้นใหม่โดยเฉพาะ

นอกจากนี้ยังมี คอร์สพิชิต TCAS – ตะลุยโจทย์ชีวะคอร์สนี้นอกจากน้องๆ จะได้ตะลุยโจทย์ชีวะ แนวข้อสอบออกใหม่ 665 ข้อแล้ว ยังมีเฉลยละเอียดแบบจัดเต็ม เพื่อให้น้องๆ ได้ทบทวน เรียนรู้เทคนิคการทำโจทย์ต่างๆ และฝึกทำข้อสอบลับฝีมือก่อนลงสนามจริงด้วย

น้องๆ ที่สนใจอยากติวออนไลน์กับ Dek-D School สามารถปรึกษาพี่ๆ เพิ่มเติมได้ที่ Line @SchoolDekDหรือ ติดตามข้อมูลข่าวสาร และเทคนิคการติวต่างๆ เพิ่มเติม ได้ที่ Facebook Dek-D School ได้เลยค่ะ

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