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