ครูสิปป์แสง สุขผล - sipsang's biology homethe size range of...
TRANSCRIPT
ครสปปแสง สขผล
การศกษาเซลล ศกษาดวยกลองจลทรรศน ท าใหสามารถเหนรายละเอยดโครงสรางของเซลล
ศกษาดวยวธแยกชนสวนของเซลลโดยการเหวยงดวยความเรวทตางๆกน organelles ทแยกออกมาสามารถน าไปศกษาโครงสรางและหนาทของมน
The size range
of cells
ชนดของเซลล เสนผาศนยกลาง
Myoplasmas
แบคทเรย
สวนใหญของeukaryotic cell
0.1 - 1.0 ไมครอน
1.0 - 10.0 ไมครอน
10.0 - 100.0 ไมครอน
Different Types of Light Microscope: A Comparison
Human Cheek Epithelial Cells
Brightfield
(unstained
specimen)
Brightfield
(stained
specimen)
Fluorescene
Phase-contrast
Differential-
interference-
contrast
(Nomarski)
Confocal
Electron micrographs
Transmission electron
micrographs (TEM)
Scanning electron
micrographs (SEM)
Cell Fractionationวธการแยกชนสวนของเซลลท าไดโดยการเหวยงดวยความเรวท
ตางๆกน organelles ทแยกออกมาสามารถน าไปศกษาโครงสรางและหนาทของมน
Prokaryotic and Eukaryotic cell
สงมชวตประกอบดวยเซลล เซลลแบงเปน 2 ชนด คอ
1. prokaryotic cell
2. eukaryotic cell
มโครงสรางแตกตางกน ดงน
Prokaryotic cell
(pro=before; karyon=kernel)
พบเฉพาะใน Kingdom Monera
ไมมนวเคลยสแทจรง, ไมมเยอหมนวเคลยส
สารพนธกรรมอยในบรเวณทเรยกวา nucleoid
ไมม organelles ทมเยอหม
A prokaryotic cell
พบใน Kingdoms Protista, Fungi, Plante และAnimalia
มนวเคลยสทแทจรง, หมดวยเยอหมนวเคลยส
สารพนธกรรมอยในนวเคลยส
ภายใน cytoplasm ประกอบดวย cytosol และมorganelles ทมเยอหม
Eukaryotic cell
(eu=true; karyon=kernel)
Cytoplasm = บรเวณภายในเซลลทงหมด ยกเวนสวนของนวเคลยสCytosol = สารกงของเหลงภายใน cytoplasm
Geometric relationships
explain why most cell are
microscopic
ขนาดของเซลลมขอจ ากดโดย เซลลทมขนาดเลกจะตองมขนาดทสามารถบรรจ DNA ไรโบโซม เอนไซม และองคประกอบภายในเซลลทส าคญเพยงพอทจะควบคมเมตาบอรซมเพอการด ารงอยของเซลลได
เซลลทมขนาดใหญจะตองมพนผวเซลลเพยงพอส าหรบการแลกเปลยนกาซออกซเจน สารอาหาร และของเสยภายในเซลลแมวาเซลลขนาดใหญมพนทผวมากกวาเซลลขนาดเลกกจรง แตเซลลขนาดใหญกมอตราสวนของพนทผวตอปรมาตรนอยกวาเซลลขนาดเลกทมรปรางเซลลเหมอนกน ดงนนอตราสวนของพนทผวเซลลตอปรมาตรจะเปนตวก าหนดขนาดของเซลล
The plasma membrane
ความส าคญของการแบงสวนยอยภายในไซโตพลาสซม
ภายในไซโตพลาสซมของ eukaryotic cell
มความซบซอนในเรองโครงสรางเพอใหอตราสวนของพนทผวตอปรมาตรพอเหมาะตอความตองการในการท างานของเซลล โดยมเยอภายในเซลล (internal
membrane) ซงมบทบาทส าคญ คอ
แบงไซโตพลาสซมเปนสวนยอยๆ (compartment)
ภายในสวนยอยๆแตละสวนมของเหลวหรอโปรตนทเฉพาะเจาะจงตอปฏกรยาชวเคมทแตกตางกน
มบทบาทส าคญตอการเกดเมตาบอรซมของเซลล เพราะทเยอมเอนไซมหลายชนดเปนสวนประกอบอย
ภายในสวนยอยมสภาพแวดลอมทแตกตางกนซงมความเฉพาะเจาะจงตอกระบวนการเมตาบอรซม
กระบวนการเมตาบอรซมแตละอยางสามารถด าเนนไปไดพรอมๆกนภายในเซลลเดยวกน โดยไมเกดการรบกวนซงกนและกน
An animal cell
A plant cell
นวเคลยส (nucleus)
เปนออรแกเนลลขนาดใหญทมเยอหมนวเคลยสแยกออกจากไซโตพลาสซมในเซลลพวกยคารโอต ภายในบรรจยนซงควบคมการท างานของเซลล มขนาดโดยเฉลยประมาณ 5 ไมครอน
The nucleus
and the
envelope
Nuclear envelope มลกษณะดงน
เปนเยอ 2 ชน มชองวางตรงกลางกวางประมาณ 20-40 nm
มร (nuclear pores) แทรกอยทวไป เปนทางใหสารตางๆโดยเฉพาะ rRNA, mRNA และ nucleoprotein ผานเขาออกได
ผวดานในของเยอหมนวเคลยสมชนบางๆของโปรตนยดตดอยความส าคญของชนนยงไมทราบแนชด อาจชวยรกษารปทรงของนวเคลยส
ภายในนวเคลยสบรรจสารพนธกรรมทอยในรปของโมเลกลDNA ทจบกบโมเลกลของโปรตน เปนโครโมโซม
Nucleolus
มลกษณะเปนเมดกลมขนาดเลกในนวเคลยส ในหนงเซลลอาจมหนงหรอสองเมด มองเหนชดขณะเซลลไมมการแบงตว ประกอบดวย nucleolar organizers
และ ribosome ทก าลงสรางขน nucleolus ท าหนาทสราง ribosome
(nucleolar organizers เปนสวนพเศษของโครโมโซมทมยนทเกยวกบการสราง ribosome อยหลายชด)
นวเคลยสท าหนาทควบคมการสรางโปรตนในไซโตพลาสซม
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
Ribosomes
เปน organelles ทไมมเยอหม ท าหนาทสรางโปรตน ม 2 สวนยอย(subunit) สรางจาก nucleolus ในเซลลทมการสรางโปรตนสงจะพบวาม nucleolus และ ribosome เปนจ านวนมาก ตวอยางเชนในเซลลตบของคนม ribosome จ านวนมากและม nucleolus ทเดนชดมาก
Ribosome ม 2 ชนดคอ
1. free ribosomes ท าหนาทสรางโปรตนทใชในcytosol เชน เอนไซมทเกยวของกบเมตาบอรซมในcytoplasm
2. bound ribosomes เปน ribosome ทเกาะอยดานผวนอกของ ER ท าหนาทสรางโปรตนทจะถกสงตอไปรวมกบorganelles อนๆ และโปรตนทจะถกสงออกไปใชนอกเซลล ในเซลลทสรางโปรตน เชน เซลลตบออนหรอตอมอนทสรางน ายอยจะม bound ribosomes เปนจ านวนมาก
The Endomembrane system
ประกอบดวย
1. Nuclear envelop
2. Endoplasmic reticulum
3. Golgi apparatus
4. Lysosomes
5. Vacuoles
6. Plasma membrane
Endoplasmic reticulum (ER)(Endoplasmic = อยในไซโตพลาสซม,
reticulum = รางแห)
เปน organelles ทมเยอหม มลกษณะเปนทอแบนหรอกลม กระจายอยในcytosol ชองภายในทอเรยกวา cisternal
space ซงทอนมการเชอมตดตอกบชองวางทอยระหวางเยอหมนวเคลยสชนนอกและชนในดวย
ER ม 2 ชนด คอ
1. Rough endoplasmic reticulum (RER)
มไรโบโซมเกาะตดอยทเยอหมดานนอกท าใหมองเหนขรขระ ท าหนาทสรางโปรตนทสงออกไปนอกเซลล (secondary
protein) โดยไรโบโซมทเกาะอยนสรางโปรตน แลวผานเยอของER เขาไปใน cisternal space แลวหลดออกไปจาก ER
เปน transport vesicle สงออกไปใชภายนอกเซลลโดยตรงหรอน าไปเชอมกบเยอของ Golgi complex เพอเพมคารโบไฮเดรตแกโปรตนทสรางขนกลายเปน glycoprotein
กอนสงออกไปใชภายนอกเซลล
2. Smooth endoplasmic reticulum (SER)
•ไมมไรโบโซมมาเกาะทเยอหมดานนอก จงมองเหนเปนผวเรยบๆ ทอของ SER เชอมตดตอกบ RER ได
•SER ไมเกยวกบการสรางโปรตน สวนใหญมความส าคญเกยวกบการสรางฮอรโมนชนดสเตอรอยด และไขมน
•ลดความเปนพษของสารพษ
•ในเซลลกลามเนอ SER ท าหนาทควบคมการเกบและปลอยแคลเซยมเพอควบคมการท างานของเซลลกลามเนอ เปนตน
The Golgi apparatus
Golgi complex
มลกษณะเปนถงแบนหลายถงเรยงซอนกน เรยกวาGolgi cisternar บรเวณตรงกลางเปนทอแคบและปลายสองขางโปงออก และมกลมของถงกลม (vesicles) อยรอบๆGolgi complex มโครงสรางทเปน 2 หนา คอ cis face
และ trans face ทท าหนาทรบและสง cis face เปนสวนของถงแบนทนนอยใกลกบ ER transport vesicles ทถกสรางมาจาก RER เคลอนทเขามารวมกบ Golgi complex
ทางดาน cis face สวน trans face เปนดานทเวาของถงแบน เปนดานทสราง vesicles และหลดออกไป
หนาทของ Golgi complex คอ
เสรมสรางคารโบไฮเดรดใหกบโปรตนทสรางมาจาก RER ใหเปน glycoprotein เพอสงออกไปภายนอกเซลล
เกบสะสมและกระจายสงทเซลลสรางขน โดยเกบไวภายในsecondary granules เพอสงออกนอกเซลล โดยกระบวนการexocytosis
สราง primary lysosomes ซงบรรจ hydrolytic
enzymes น ายอยเหลานมกเปนพวก glycoprotein โดยมการเตมคารโบไฮเดรตท Golgi complex
เกยวกบการสรางผนงหมเซลล (membrane flow)
Lysosomes
(a) Lysosomes in a white blood cell
(b) A Lysosome in action
Peroxisomefragment
Mitochondrionfragment
Lysosome
Lysosomes
เปนออรแกเนลลทมเยอหมรปกลมขนาดเลก ภายในบรรจhydrolytic enzyme หรอ lysosomal enzyme
หลายชนดทท าหนาทยอยโมเลกลขนาดใหญ ไดแกpolysaccharides, fats และ nucleic acids
เอนไซมตางๆเหลาน ท างานดทสดท pH 5
lysosomal membrane ท าหนาทรกษาสภาพแวดลอมภายในใหเหมาะแกการท างานของเอนไซม โดยการปม H+
จาก cytossol เขาไปภายใน
ถา lysosome ฉกขาดจะไมสามารถท างานไดด หรอเอนไซมอาจออกมาท าอนตรายใหแกเซลลได
จากทกลาวมาจะเหนไดวา การแบงไซโตพลาสซมเปนสวนยอยๆดวย membrane มความส าคญตอการท างานของเซลลมาก
Hydrolytic enzyme และ lysosomal
membrane สรางมาจาก RER และสงตอไปยงGolgi complex แลวแยกออกไปทางดาน trans
face ของ Golgi complex เปน lysosome
The formation and functions of lysosomes
หนาทของ lysosome
เปนแหลงยอยภายในเซลล (intracellular digestion)
ตย. เชน
• อมบากนอาหารโดยวธ phagocytosis เกดเปนfood vacuole ซงจะรวมกบ lysosome เอนไซมในcytosome จะท าหนาทยอยอาหารนน
• เซลลของคน เชน macrophage กสามารถท าลายสงแปลกปลอมทเขามาในเซลลดวยวธ phagocytosis
และถกยอยโดย lysosome ไดเชนกน
เกยวของกบการยอย organelles ในไซโตพลาสซมเพอน าสารตางๆกลบมาใชสราง organelles ใหมอก(autophagy)
Lysosome สรางเอนไซมทเกยวของกบการเกดmetamorphosis ของการพฒนาของตวออนในพวกสตวสะเทนน าสะเทนบก
มบทบาทส าคญตอเมตาบอรซมตางๆในรางกายเปนอยางมากถาหากมความผดปกตในการท างานของเอนไซมในไลโซโซม จะท าใหเกดโรคตางๆได
Vacuolesเปน organelles ทมลกษณะเปนเยอหม แตม
ขนาดใหญกวา vesicles มแบบตางๆไดแก food
vacuole, contractile vacuole และ central
vacuole
The plant cell vacuole
Relationships among organelles of the
endomembrane system
Membranous organelles อนๆ
1. Energy transducers ไดแก
Mitochondria
Chloroplast
2. Peroxisomes (microbodies)
The mitochondrion, site of cellular respiration
Mitochondriaพบใน eukaryotic cell เกอบทกชนด ในเซลลบางชนดอยางมเพยงหนงอนทมขนาดใหญ หรอในเซลลบางชนดอาจม mitochondria เปนจ านวนรอยหรอพนทงนขนกบกจกรรมของเซลลนนๆ
Mitochondria มเยอหม 2 ชน มลกษณะเปนสองวงซอนกน แตละชนของ phospholipid bilayer จะมลกษณะเฉพาะตวทเกดจากโมเลกลของโปรตนทฝงตวบนเยอแตละชน
เยอหมชนนอกเรยบ สวนเยอชนในจะมการโปงยนเขาขางในเรยกวาcristae เยอหมทงสองชนแบง mitochondria เปนชองภายใน 2 สวนไดแก ชองทอยระหวางเยอชนนอกและเยอชนใน (intermembrane
space) และชองทถกลอมรอบอยภายในเยอชนใน (mitochodrial
matrix)
ในชองทงสองมเอนไซมตางชนดกน ทเกยวของกบกระบวนการหายใจระดบเซลล (cellular respiration)
แตละขนตอนกน
•ทบรเวณ cristae ของเยอหมชนในมเอนไซมทเกยวของกบ electron transport chain และการสงเคราะห ATP
•ใน matrix บรรจเอนไซมทเกยวของกบ Kreb’s
cycle และ Beta oxidation ของกรดไขมน เปนตน
The chloroplast, site of photosynthesis
Chloroplast
Chloroplast เปน plastids ชนดหนงของเซลลพชทมรงควตถสเขยว ทเรยกวา chlorophyll ซงประกอบดวยเอนไซมและโมเลกลของสารทท าใหเกดกระบวนการสงเคราะหดวยแสง
Chloroplast มเยอหม 2 ชน หมลอมรอบของเหลวทเรยกวา stroma ภายในมถงแบน thylakoids ซงซอนกนเปนตงเรยกวา granum
Peroxisomes
Peroxisomes (microbodies)
เปน organelles ทพบในเซลลยคารโอตเกอบทกชนด มลกษณะเปนถงทมเยอหมชนเดยว ภายในม granular core ซงเปนทรวมของเอนไซมยอมตดสเขม
เอนไซมชนดตางๆท าหนาทเกยวของกบการสรางหรอท าลายhydrogen peroxide (H2O2) เพอปองกนไมใหเกดสารพษขนภายในเซลล
RH2 + O2Oxidase R + H2O2
2H2O2 catalase 2H2O + O2
ในเซลลตบพบม peroxisomes ขนาดใหญ จงเขาใจวาอาจมหนาเกยวของกบการท าลายพษของสารตางๆหลายชนด เชน alcohol
The cytoskeleton
เปนโครงสรางภายในเซลล ประกอบดวยเสนใยโปรตนทประสานกนเปนรางแห แทรกตวอยภายในcytoplasm ท าหนาทเปนโครงรางภายในเพอรกษารปทรงหรอเปลยนรปทรง และท าใหเกดการเคลอนไหวภายใน cytoplasm และการเคลอนทของเซลลบางชนด
The cytoskeleton
Cytoskeleton ท างานรวมกบ motor proteins ท าใหเกดการเคลอนทภายในเซลล เชน การเคลอนทของ flagellum หรอ cilia รวมทงการหดตวของเซลลกลามเนอ
Motor molecules and the cytoskeleton
Motor molecules น า vesicles หรอ organelles
ไปยงต าแหนงเปาหมาย โดยผานไปตาม cytosleleton
MicrotubulesMicrofilaments
(Actin Filaments)Intermediate
Filaments
Cytoskeleton ประกอบดวยเสนใยโปรตน 3 ชนดไดแก
โครงสราง : เปนทอตรงและกลวงประกอบดวย tubulin protein
ขนาดเสนผาศนยกลาง : 25 nm
องคประกอบ : -tubulin และ -tubulin
Structure of Microtubules
รกษารปทรงและพยงเซลล
เปนเสนทางเคลอนทใหกบ organelles อน
เกยวของกบการแยกของโครโมโซมขณะทมการแบงเซลล
Function of Microtubules
Microtubules ถกสรางมาจาก centrosome ซงอยใกล nucleus
ในเซลลสตว บรเวณ centrosome ม centrioles
อย 1 ค
Centrosome containing a pair of centrioles
Centrosome and centrioles
ในเซลลหลายชนดมการสราง microtubules จากบรเวณcentrosome ทอยใกลๆกบนวเคลยส
ในบรเวณ centrosome ของเซลลสตวม centrioles อย1 ค แตละ centriole ประกอบดวย microtubules
จ านวน 3 ทอ จ านวน 9 ชด เรยงตวเปนวงกลม
ในขณะทเซลลแบงตวจะมการเพม centrioles เปน 2 ชด
แมวา centrioles จะมสวนเกยวของกบการสรางmicrotubules แตกไมเปนสงจ าเปนส าหรบพวกยคารโอตทกชนด ในพชไมม centrioles
Microtubules เปนแกนของ flagellum และ cilia
A comparison of the beating of flagella and cilia
Ultrastructure of a eukaryotic
flagellum or cilium
โครงสรางของ flagellum หรอ cilia ทศกษาภายใตกลอง EM
(a) ภาพตดตามยาว
(b) ภาพตดตามขวาง แสดงใหเหนโครงสรางภายใน ประกอบดวยแกนของmicrotubules อยภายในเยอหมเซลลท ยนยาวตามขนไป เรยงกนเปนpattern "9+2" คอ แกนกลางประกอบดวย microtubules 2 ทอ(doublets) จ านวน 9 ชดเรยงตวรอบเปนวงกลม และตรงกลางมmicrotubules อก 2 ทอ แตละทอคของรอบนอกมแขน 1 ค (dynein)
ยนยาวออกไปสมผสกบทอคทอยใกลเคยง และม radial spoke ยนเขาไปตดตอกบทอคตรงกลาง
( c) แสดง basal body ซงอยทฐานของ flagellum หรอ cilia มโครงสรางเหมอนกบ centriole ประกอบดวย microtubules 3 ทอเรยงกนเปนวงกลม
How dynein” walking” moves cilia and flagella
การเคลอนตวของ dynein ท าใหเกดการเคลอนไหวของflagellum หรอ cilia การเคลอนตวของ dynein arm ทเกาะกบทอคของ microtubules
หนง ไปเกาะทอกทอคหนง โดยการเกาะและปลอยสลบกนไปนมผลท าให flagellum หรอ cilia เบนโคงเคลอนทไปได การท างานของdynein ใชพลงงานจาก ATP
โครงสราง : เปนเสนใยทบ 2 สายพนกนเปนเกลยว
ขนาดเสนผาศนยกลาง : 7 nm
องคประกอบ : Actin
Structure of Microfilaments
Function of Microfilaments
รกษารปทรงของเซลลและการเคลอนไหวภายในเซลล
การหดตวของเซลลกลามเนอ
ท าใหเกดการคอดตวเปนรอง ขณะทมการแบงเซลลสตว
A structure role of microfilaments
Microfilaments
(Actin filaments)
Microvilli
Intermediate
filaments
Microvilli ทเซลลล าไสคงรปอยไดเนองจากม microfilaments เปนแกน ชงเชอมตอกบ intermediate filaments
Microfilaments and motility
ในเซลลกลามเนอ actin filaments เรยงกนอยางเปนระเบยบท าหนาทเกยวของกบการหดตวของเซลลกลามเนอ
ในเซลลอมบา การยน pseudopodium ออกไปเกดจากการยดและหดตวของ actin filaments
ในเซลลพช การท างานรวมกนของ actin และ myosin ท าใหเกดการไหลภายใน cytoplasm
โครงสราง : ประกอบดวยมดของหนวยยอย
โปรตนทพนกนเปนเกลยว
ขนาดเสนผาศนยกลาง : 6-12 nm
องคประกอบ : โปรตนหลายชนด แลวแตชนดของเซลล ตย. เชน keratin
Structure of Intermediate Filaments
ท าให organelles อยประจ าท
รกษาโครงสรางของเซลล
Function of Intermediate Filaments
Microvilli
Microfilaments
(Actin filaments)
Intermediate
filaments
Plant cell wallscell wall เปนผนงเซลลของพชทอยภายนอกของเยอหม
เซลล มโครงรางเปนผนงหนาประกอบดวย cellulose ฝงตวอยในโปรตนและ polysaccharides
เซลลพชตดตอกบเซลลทอยขางเคยงโดยทางชอง plasmodesmata
Extracellular matrix (ECM)
เซลลสตวไมม cell wall แตมสารทถกสรางออกมาอยดานนอกของเยอหมเซลล เรยกวาextracellular matrix
Extracellular matrix (ECM) of an animal cell
Fibronectin
องคประกอบและโครงสรางของ ECM จะแตกตางกนในเซลลแตละชนด เซลลในตวอยางทแสดงน ECM ประกอบดวยสารพวก glycoprotein 3 ชนด ไดแก
1. collagen fiber ทฝงตวอยในรางแหของproteoglycans ซงประกอบดวยคารโบไฮเดรต 95 %
2. fibronectin เปน glycoprotein ทเกาะอยกบreceptor protein ทอยทเยอหมเซลล (integrin)
3. integrin จะเชอมโยงระหวาง ECM กบmicrofilament ใน cytoplasm ซงมบทบาทส าคญเกยวของกบการน าสญญาณการถกกระตนระหวางสงแวดลอมภายนอกกบภายในเซลลได
Intercellular junctions in animal tissues
ม 3 ชนด คอ
1. Tight junctions
2. Desmosomes
3. Gap junctions
Intercellular junctions in animal tissues
Cellular junction ในเซลลสตว
(a) tight junction พบอยใตผวเซลลดานทเปนอสระ เยอหมเซลลของเซลลทอยตดกน มการเชอมตดกน แตไมเชอมกนตลอด มสวนทไมเชอมกน เกดชองเปนระยะๆ
(b) desmosome พบในเซลลเนอเยอทกชนด เยอหมเซลลของเซลลทอยตดกนไมเชอมตดกน และบรเวณนม filament มาเกาะอยดานในของเซลลทงสอง
(c) gap junction ชองวางระหวางเซลลแคบกวาทอน หรอเกอบไมมเลย โดยมความกวางประมาณ 20 Ao บรเวณนเปนทใหโมเลกลของสารตางๆทมขนาดเลกผานไปมาได
เซลลเปนหนวยของสงมชวตทม organelles ตางๆท างานรวมกน
ตวอยางเชน เซลล macrophage ยน pseudopodia
ออกไปจบแบคทเรย โดยการยดและหดของ actin filament
Food vacuoles ถกยอยโดย lysosome ซง lysosome
สรางมาจาก ER และ Golgi
เอนไซมของ lysosomes และโปรตนของ cytoskeleton ถกสรางขนท ribosomes
โปรตนถกแปรรหสมาจาก mRNA ทถอดรหสมาจาก DNA
ในนวเคลยส
กระบวนการทงหมดเหลานตองการพลงงานในรปของ ATP
ซงสวนใหญสรางมาจาก mitochondria
Membrane Structure
and Function
Membranes Structure
Membrane มองคประกอบทส าคญ ไดแก
Lipids
Protein
และ Carbohydrates
Membrane models
นกวทยาศาสตรไดมแนวคดเรอง membrane model ตางๆ ซงเปลยนแปลงไปตามความรทเจรญกาวหนาขน
Artificial membranes (cross section)
Hydrophobic tail
Hydrophilic head
Two generations of membrane
models
(a) The Davson-Danielli model (1935 –1970)
(b) Current fluid mosaic model
Freeze fracture
and freeze-etch
The fluidity of membranes
(a) Movement of
phospholipids
(b) Membrane
fluidity
Cholesterol ลดการเคลอนทของโมเลกลของ phospholipids ท าให membrane คงรปอยไดในทอณหภมสง แตในทอณหภมต า cholesterol ลดการรวมตวกนของ phospholipids ท าให membrane ไมแขงตว
(c ) Cholesterol within the membrane
โครงสรางของเยอหมเซลลสตว
เยอหมลอมรอบเซลล ประกอบดวย phospholipid,
membrane protein, carbohydrates และcholesterols ปจจบนเชอวาโครงสรางทางโมเลกลของmembrane มลกษณะเปน Fluid Mosaic Model เสนอโดยSinger และ Nicholson ในป ค.ศ. 1972 มลกษณะดงน
1. membrane ประกอบดวย lipid bilayer ทตอเนองเปนแผน และมโปรตนชนดตางๆฝงอย โดยมการเรยงตวแบบmosaic (คลายสงนนขนาดเลกหลายชนดมาเรยงตดตอกน)
2. ม peripheral protein ตดอยทผวดานในของmembrane
3. สวนทผวดานนอกม oligopolysaccharide chains
ของ glygoproteins และ glycolipids ยนยาวออกมา
The structure of transmembrane protein
Sidedness of
plasma
membrane
ดานของ membrane ม 2 ดานคอ cytoplasmic sides (ดานภายใน cytoplasm) และ extracellular sides (ดานภายนอกเซลล) มลกษณะทแตกตางกน ซงความแตกตางนเกดขนตงแต membrane ถกสรางมาจาก ER และ Golgi complex
ในรปนสสมเปน membrane ของ organelles ดานทอยภายใน organellles จะเปนดาน extracellular sides สวนอกดานหนงจะเปน cytoplasmic sides สเขยวแทน carbohydrates ทสรางมาจาก ER และ modified ท Golgi complex
Vesicles ทรวมกบ plasma membrane นอกจาก membrane ทหม vesicles จะเปนสวนของ plasma membrane แลว ยงเปนการหลงสารออกจากเซลลดวย (สมวง)
Some functions of membrane protein
Transport protein เปนทางให ions และโมเลกลตางๆผานเขาออกเยอหมเซลล
Enzymes
Signal transduction: โปรตนมหนาทเกยวของกบการจดจ าเพอทจะจบกบโมเลกลของสารอนภายนอกเซลลท าใหเกดกระบวนการตางๆได เชน ฮอรโมน
Intercellular junctions เปนองคประกอบของ tight
junction ทอยบรเวณดานขางของเซลลทอยตดกน
Cell-cell recognition
Attachment to the
cytoskeleton and
extracellular
matrix (ECM)
เยอหมเซลลมสมบตทยอมใหสารบางอยางผานเขาไปในเซลลไดงายกวาสารบางอยางชนดอน เรยกวาselective permeability ดงนนเยอหมเซลลจะควบคมชนดและอตราการล าเลยงโมเลกลของสารผานเขาและออกจากเซลล
การล าเลยงสารผานเยอหมเซลล
(Traffic Across Membranes)
Selective permeability ของเยอหมเซลลขนอยกบ
1. Phospholipid bilayer
1.1 โมเลกลไมมขวไฟฟา (nonpolar (hydrophobic)
molecules) เชน hydrocarbons และ O2 ซงสามารถละลายไดในเยอหมเซลลจะผานเยอหมเซลลไดงายกวาสารอน
และเมอเปรยบเทยบระหวางสาร 2 ชนดทละลายในไขมนไดเทากนสารทมขนาดเลกกวาสามารถผานไปไดดกวา
1.2 โมเลกลมขวไฟฟา (polar (hydrophilic)
molecules)
โมเลกลขนาดเลกทมขวไฟฟาแตไมมอออน (small, polar
uncharged molecules)เชน H2O, CO2 สามารถผานเยอหมสงเคราะห (synthetic membranes) ไดงาย
โมเลกลขนาดใหญทมขวไฟฟาแตไมมอออน (large, polar
uncharged molecules) เชน น าตาลกลโคส ผานเยอหมสงเคราะหไดไมงาย
สารทมอออน (ions) ทกชนดถงแมวาจะมขนาดเลก เชนNa+, H+ ผานชน Hydrophobic bilayer ไดยาก
- 2. Specific integral transport proteins
โมเลกลของน า CO2 และ สารทไมมขวไฟฟา (nonpolar
molecules) สามารถผานเยอหมเซลลไดงายเชนเดยวกบเยอหมสงเคราะห
เยอหมเซลลตางจากเยอหมสงเคราะหคอมสมบตยอมใหสารบางอยางทมอออนและสารทมขวไฟฟาขนาดกลางผานไดโดยสารเหลานผานเขาไปท transport proteins
Diffusion and Passive transport
การแพร (diffusion) หมายถง การเคลอนทของโมเลกลของสารจากบรเวณทมความเขมขนของสารมากกวาไปยงบรเวณทมความเขมขนของสารนอยกวาจนกวาจะอยในสภาพสมดล (dynamic
equilibrium) เมออยในสภาพสมดลแลว โมเลกลของสารยงคงเคลอนอยแตเคลอนทดวยอตราเรวเทากนทงสองบรเวณ
การแพรของโมเลกลของสารผานเยอหมเซลลเรยกวา passive transport เซลลไมตองใชพลงงานทจะท าใหเกดการแพรขน และเยอหมเซลลมสมบตselective permeable ดงนนอตราการแพรของสารชนดตางๆจะไมเทากน
น าจะสามารถแพรผานเยอหมเซลลไดอยางอสระซงมความส าคญมากส าหรบการด ารงอยของเซลล
การแพรของโมเลกลของสารผานเยอหมเซลล
(a) โมเลกลของสารเคลอนทจากบรเวณทมความเขมขนมากกวาไปยงบรเวณทมความเขมขนนอยกวา จนกระทงอยในสภาพสมดล (dynamic
equilibrium) เมออยในสภาพสมดลแลวโมเลกลของสารยงคงเคลอนทอยแตอตราการเคลอนทของสารจากทงสองดานของเยอหมเซลลเทากน
(b) ในกรณน แสดงสารละลายของส 2 ชนด ทอยคนละดานของเยอหมเซลล โมเลกลของสารสเขยวจะเคลอนทไปยงดานซาย ทงๆทตอนเรมตนความเขมขนของสารในดานซายสงกวา
ตวอยางการแพรในสงมชวต
ไดแก การหายใจของสตว ขณะหายใจเขากาซออกซเจนจากอากาศทผานเขาไปในถงลมในปอดมความเขมขนสงกวาในเสนเลอดฝอย ออกซเจนจงแพรจากถงลมเขาไปในเสนเลอดฝอย และในขณะเดยวกนคารบอนไดออกไซดจะแพรจากเสนเลอดเขาสถงลม
Osmosis
Osmosis หมายถงการแพรของโมเลกลของน าจากบรเวณทมโมเลกลของน าหนาแนนมากกวาหรอสารละลายทเจอจางกวา (hypoosmotic solution)ไปยงบรเวณทมโมเลกลของน านอยกวาหรอสารละลายทเขมขนกวา(hyperosmotic solution) โดยผานเยอหมเซลล
The water balance of living cells
ลกศรแสดงทศทางการเคลอนทของโมเลกลของน าผานเซลลสตวซงไมมผนงเซลล และเซลลพชซงมผนงเซลล
The contractile vacuole of Paramesium : an
evolutionary adaptation for osmoregulation
Filling vacuole
Contracting vacuole
Facilitated diffusion
Transport proteins ชวยในการน าโมเลกลของสารผานเยอหมเซลลจากบรเวณทมความเขมขนของสารสงไปยงบรเวณทมความเขมขนต ากวา เรยกกระบวนการนวา facilitated diffusion โดยเซลลไมตองใชพลงงาน
Active transport
บางครงเซลลตองการล าเลยงสารจากทมความเขมขนต าไปยงทมความเขมขนสงกวา กระบวนการน เรยกวา active transport ซงตองการพลงงานคอATP
ตวอยางเชน เซลลขบ NA+ ออกนอกเซลลและน าK+ เขาไปในเซลล ซงเรยกวา Sodium-potassium
pump
The sodium-potassium pump
Sodium-potassium pump
กระบวนการเรมตนจาก Na+ จบกบโปรตนซงเปนtransport protein แลว ATP ใหพลงงานแกโปรตนท าใหโปรตนเปลยนรปรางและปลอย Na+ ผานเยอหมเซลลออกไป ขณะเดยวกน K+ เขาจบกบโปรตนท าใหโปรตนเปลยนแปลงรปรางอกครงหนง ท าให K+ ถกปลอยเขาไปในเซลล แลวโปรตนกลบมรปรางเหมอนเดมอกพรอมทจะเรมตนกระบวนการใหมตอไป
Diffusion
Facilitated
transport
Active
transport
Passive
transport
An electrogenic pump
Electrogenic pump เปน transport protein ทท าใหเกดความตางศกดทเยอหมเซลล
An electrogenic pump
ตวอยางเชน
Na+/K+ pump เปน electrogenic pump
ทส าคญของเซลลสตว
Proton pump เปน electrogenic pump
ทส าคญของเซลลพช แบคทเรย และพวกเหดรา รวมทงmitochondria และ chloroplasts ใช proton
pump ในการสงเคราะห ATP
Cotransport
ตวอยางเชน ในเซลลพชใชproton pump รวมกบtransport protein ทน า sucrose–H+ เขาไปในเซลล
เปนกระบวนการรวมทเกดจาก ATP pump ตวเดยวท างานแลวมผลไปท าให transport protein ตวตอไปท างานเพอน าสารเขาสเซลล
Exocytosis and endocytosis
transport large molecules
สารทมโมเลกลขนาดใหญ เชน โปรตน และคารโบไฮเครต ผานออกนอกเซลลดวยกระบวนการexocytosis และเขาไปในเซลลดวยกระบวนการendocytosis
Endocytosis ม 3 แบบ ไดแก
1. Phagocytosis
2. Pinocytosis
3. Receptor-mediated endocytosis
Phagocytosis เปนการน าสารทเปนของแขงเขาเซลล โดยเซลลยนสวน cytoplasm ไปโอบลอมสารของแขงนน แลวเขาไปในเซลล เปนfood vacuole แลว food vacuole นนจะไปรวมกบlysosome ซงภายในม hydrolytic enzymes ทจะยอยสลายสารนนตอไป อมบากนแบคทเรยดวยวธน
Phagocytosis
Pinocytosis
Pinocytosis เปนการน าสารทเปนของเหลวเขาเซลล โดยเยอหมเซลลเวาเขาไปเพอน าสารเขาไป กลายเปนถงเลกๆอยใน
cytoplasm
Receptor-mediated endocytosis
Receptor-mediated endocytosis เปนการน าสารเฉพาะบางชนดเขาไปในเซลล โดยทผวเซลลม receptor เฉพาะส าหรบสารบางอยางเขามาจบ แลวถกน าเขาไปในเซลลเปนถงเลกๆ เมอผานการยอยแลว receptor สามารถถกน ามาใชใหมไดอก
การแบงเซลลCell Division
Binary fission in Bacteria
สงมชวตหลายเซลล การแบงตว Mitosis Growth
Meiosis
Eukaryote
สงมชวตชนสงทวๆ ไป Sexual Reproduction
Sex cellเพอ สราง
Singleparent
Asexual reproduction
Offspring Offspring
Two parents
Sperm Egg
Sexual reproduction
+
Inherit traits from two
parents
Inherit DNA from only one
parent
เซลลทมโครโมโซม1ชด=>Haploid
cellจ ำนวนโครโมโซม=>Haploid
numberค ำยอ= n
เซลลทมโครโมโซมคเหมอน2
ชด=Diploid cell
จ ำนวนโครโมโซม=>Diploid
number
ค ำยอ=2n
Development of Higher Organism
Female Adult (2n)Male Adult (2n)
Meiosis Meiosis
Sperm (n)
Embryo (2n)
Egg (n)
MitosisZygote (2n)
Mitosis
MitosisFertilization
Human
life cycle
การแบงเซลล Eukaryotic cell
1 Karyokinesisการแบงนวเคลยส
1
2 Cytokinesisการแบงไซโตพลาสซม
Nucleus Mitosis
MeiosisCytoplasm2
Cytoki-nesis
differs
for
animal
& plant
Functions of Mitosis
Growth in an onion root
Cell replacement in skin
Asexual reproduction
of Hydra
การแบงเซลลแบบ Mitosis
การแบงเซลลทมการแบงนวเคลยสแบบ MitosisSomatic cell Meristematic cell
จ านวนโครโมโซมของเซลลใหมทไดเทากบ เซลลเรมตน
2n 2n 2n
การแบงนวเคลยสแบบMitosis
Prophase
InterphaseG1 - phase
Division phase
S - phaseG2 - phase
MetaphaseAnaphaseTelophase
Chromosome
Chromatid
Metaphase chromosome
DNA + Protein
Chromatin / Chromatin net work
รปราง ไมแนนอน ขนกบระยะการเจรญของเซลล
mitosi
s
mitosis
การแบงเซลลแบบ Mitosis
Somatic cell Cell ของ Meristem
Cell CyclePermanent Tissue
Cell Cycle
G1 phase S phase
G2 phase
Cytokinesis
การแบงเซลลแบบ Meiosis
แบงนวเคลยสแบบ Meiosisเพอสรางเซลลสบพนธ (sex cell)จ านวนโครโมโซมของเซลลใหม =ครงหนงของเซลลเรมตน
2n Meiosis I nn Meiosis IInnnn
Meiosis I & Meiosis II
Prophase I
Anaphase II
Telophase II
Metaphase I
Anaphase ITelophase I
Metaphase II
Prophase II
Prophase I1. Leptotene
Synapsis2. Zygotene3. Pachytene4. Diplotene5. Diakinesis
4 strandCrossing over
Synapsis การจบคกนของโครโมโซมคเหมอน(homologous chromosome)
A B
BAa b
ba
Crossing over
การแลกเปลยนชนสวนระหวาง non-sister chromatid ของ homologous chromosome
เกดในระยะ Diplotene ของ Prophase I ในการแบงเซลลแบบ Meiosis (Meiosis I)
Homologous chromosome
Sister chromatid
A BBA
a bba
non-sister chromatid
A BBA
a bba
Meiosis
Crossing Over
A BA ba Ba b
CO.
Non-CO.
Non-CO.
A B
a b
Telophase IAnaphase IMetaphase IProphase I
meiosis
TetradsTelophase IIAnaphase IIMetaphase IIProphase II
meiosis
mitosis & meiosis
Primary oocyte (2n)
secondary oocyte(n)
Polar bodies(n) ootid
Oogonium(2n)
ovum
differentiate
Meiosis 2
Spermatids(n)
Meiosis 1Secondary spermatocyte(n)
Primary spermatocyte(2n)
Mitosis
differentiate
Sperm(n)
Spermatogonium(2n)
2n
n
n
n
การสรางเซลลสบพนธในพชดอก
Sporophyte 2n สวนตางๆ ของพช
Gametophyte n Male = Microspore
Female = Megaspore
Microspore
(n)
Sperm nuclei (2)
Tube nucleus (1)
Pollen grain (ละอองเรณ)(n)
3 nucleus
การสรางเซลลสบพนธในพชดอก
4 Megaspore (n)
Embryo sac( 8 นวเคลยส )
1 Megaspore (n)
แบงนวเคลยส 3 ครง( แบบ Mitosis )
1 Egg (n)
2 Synergids (n)
3 Antipodal (n)
2 Polar nuclei (n)
การสรางเซลลสบพนธในพชดอก
Result of the independent orientation of
chromosomes at metaphase
Cell
density,
growth
factor
cell
division
Growth factor experiment
Model
for the
cell-
cycle
control
system
How a growth factor signals the cell-
cycle control system
Growth & metastasis of a malignant
tumor of the breast