การศึ�กษาเซลล ศึ�กษาด้ วยกล องจุ�ลทรรศึน์ ท�าให้ สามารถเห้�น์รายละเอ�ยด้โครงสร างของเซลล ศึ�กษาด้ วยว"ธี�แยกชิ้"&น์ส'วน์ของเซลลโด้ยการเห้ว�(ยงด้ วยความเร�วท�(ต่'างๆก+น์ organelles ท�(แยกออกมาสามารถน์�าไปศึ�กษาโครงสร างและห้น์ าท�(ของม+น์

The size range of cells

ชิ้น์"ด้ของเซลล

เส น์ผ่'าศึ/น์ยกลาง

Myoplasmas

แบคท�เร�ยส'วน์ให้ญ่'ของ eukaryotic cell

0.1 - 1.0 ไมครอน์

1.0 - 10.0 ไมครอน์10.0 - 100.0 ไมครอน์

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 Fractionationว"ธี�การแยกชิ้"&น์ส'วน์ของเซลลท�าได้ โด้ยการ

เห้ว�(ยงด้ วยความเร�วท�(ต่'างๆก+น์ organelles ท�(แยกออกมาสามารถน์�าไปศึ�กษาโครงสร างและห้น์ าท�(ของม+น์

Prokaryotic and Eukaryotic cell

ส"(งม�ชิ้�ว"ต่ประกอบด้ วยเซลล เซลลแบ'งเป2น์ 2 ชิ้น์"ด้ ค3อ

1. prokaryotic cell

2. eukaryotic cell

ม�โครงสร างแต่กต่'างก+น์ ด้+&งน์�&

Prokaryotic cell(pro=before; karyon=kernel)

พบเฉพาะใน์ Kingdom Monera 

ไม'ม�น์"วเคล�ยสแท จุร"ง, ไม'ม�เย3(อห้� มน์"วเคล�ยสสารพ+น์ธี�กรรมอย/'ใน์บร"เวณท�(เร�ยกว'า nucleoid

ไม'ม� organelles ท�(ม�เย3(อห้� ม

A prokaryotic cell

พบใน์ Kingdoms Protista, Fungi, Plante และ Animalia

ม�น์"วเคล�ยสท�(แท จุร"ง, ห้� มด้ วยเย3(อห้� มน์"วเคล�ยสสารพ+น์ธี�กรรมอย/'ใน์น์"วเคล�ยสภายใน์ cytoplasm ประกอบด้ วย cytosol และม� organelles ท�(ม�เย3(อห้� ม

Eukaryotic cell(eu=true; karyon=kernel)

Cytoplasm = บร"เวณภายใน์เซลลท+&งห้มด้ ยกเว น์ส'วน์ของน์"วเคล�ยสCytosol = สารก"(งของเห้ลงภายใน์ cytoplasm

Geometric relationships explain why most cell are microscopic

ขน์าด้ของเซลลม�ข อจุ�าก+ด้โด้ย

เซลลท�(ม�ขน์าด้เล�กจุะต่ องม�ขน์าด้ท�(สามารถบรรจุ� DNA ไรโบโซม เอน์ไซม และองคประกอบภายใน์เซลลท�(ส�าค+ญ่เพ�ยงพอท�(จุะควบค�มเมต่าบอร"ซ�มเพ3(อการด้�ารงอย/'ของเซลลได้ เซลลท�(ม�ขน์าด้ให้ญ่'จุะต่ องม�พ3&น์ผ่"วเซลลเพ�ยงพอส�าห้ร+บการแลกเปล�(ยน์ก8าซออกซ"เจุน์ สารอาห้าร และของเส�ยภายใน์เซลล แม ว'าเซลลขน์าด้ให้ญ่'ม�พ3&น์ท�(ผ่"วมากกว'าเซลลขน์าด้เล�กก�จุร"ง แต่'เซลลขน์าด้ให้ญ่'ก�ม�อ+ต่ราส'วน์ของพ3&น์ท�(ผ่"วต่'อปร"มาต่รน์ อยกว'าเซลลขน์าด้เล�กท�(ม�ร/ปร'างเซลลเห้ม3อน์ก+น์ ด้+งน์+&น์อ+ต่ราส'วน์ของพ3&น์ท�(ผ่"วเซลลต่'อปร"มาต่รจุะเป2น์ต่+วก�าห้น์ด้ขน์าด้ของเซลล

The plasma membrane

ความส�าค+ญ่ของการแบ'งส'วน์ย'อยภายใน์ไซโต่พลาสซ�ม

ภายใน์ไซโต่พลาสซ�มของ eukaryotic cell ม�ความซ+บซ อน์ใน์เร3(องโครงสร างเพ3(อให้ อ+ต่ราส'วน์ของพ3&น์ท�(ผ่"วต่'อปร"มาต่รพอเห้มาะต่'อความต่ องการใน์การท�างาน์ของเซลล โด้ยม�เย3(อภายใน์เซลล (internal membrane) ซ�(งม�บทบาทส�าค+ญ่ ค3อ

แบ'งไซโต่พลาสซ�มเป2น์ส'วน์ย'อยๆ (compartment)

ภายใน์ส'วน์ย'อยๆแต่'ละส'วน์ม�ของเห้ลวห้ร3อโปรต่�น์ท�(เฉพาะเจุาะจุงต่'อปฏิ"ก"ร"ยาชิ้�วเคม�ท�(แต่กต่'างก+น์ ม�บทบาทส�าค+ญ่ต่'อการเก"ด้เมต่าบอร"ซ�มของเซลล เพราะท�(เย3(อม�เอน์ไซมห้ลายชิ้น์"ด้เป2น์ส'วน์ประกอบอย/' ภายใน์ส'วน์ย'อยม�สภาพแวด้ล อมท�(แต่กต่'างก+น์ซ�(งม�ความเฉพาะเจุาะจุงต่'อกระบวน์การเมต่าบอร"ซ�ม กระบวน์การเมต่าบอร"ซ�มแต่'ละอย'างสามารถด้�าเน์"น์ไปได้ พร อมๆก+น์ภายใน์เซลลเด้�ยวก+น์ โด้ยไม'เก"ด้การรบกวน์ซ�(งก+น์และก+น์

An animal cell

A plant cell

น์"วเคล�ยส (nucleus)

เป2น์ออรแกเน์ลลขน์าด้ให้ญ่'ท�(ม�เย3(อห้� มน์"วเคล�ยสแยกออกจุากไซโต่พลาสซ�มใน์เซลลพวกย/คาร"โอต่ ภายใน์บรรจุ�ย�น์ซ�(งควบค�มการท�างาน์ของเซลล ม�ขน์าด้โด้ยเฉล�(ยประมาณ 5 ไมครอน์

The nucleus and the

envelope

Nuclear envelope ม�ล+กษณะด้+งน์�&เป2น์เย3(อ 2 ชิ้+&น์ ม�ชิ้'องว'างต่รงกลางกว างประมาณ 20-40 nm

ม�ร/ (nuclear pores) แทรกอย/'ท+(วไป เป2น์ทางให้ สารต่'างๆ โด้ยเฉพาะ rRNA, mRNA และ nucleoprotein ผ่'าน์เข าออกได้ ผ่"วด้ าน์ใน์ของเย3(อห้� มน์"วเคล�ยสม�ชิ้+&น์บางๆของโปรต่�น์ย�ด้ต่"ด้อย/' ความส�าค+ญ่ของชิ้+&น์น์�&ย+งไม'ทราบแน์'ชิ้+ด้ อาจุชิ้'วยร+กษาร/ปทรงของน์"วเคล�ยส

ภายใน์น์"วเคล�ยสบรรจุ�สารพ+น์ธี�กรรมท�(อย/'ใน์ร/ปของโมเลก�ล DNA ท�(จุ+บก+บโมเลก�ลของโปรต่�น์ เป2น์โครโมโซม

Nucleolus

ม�ล+กษณะเป2น์เม�ด้กลมขน์าด้เล�กใน์น์"วเคล�ยส ใน์ห้น์�(งเซลลอาจุม�ห้น์�(งห้ร3อสองเม�ด้ มองเห้�น์ชิ้+ด้ขณะเซลลไม'ม�การแบ'งต่+ว ประกอบด้ วย nucleolar organizers และ ribosome ท�(ก�าล+งสร างข�&น์ nucleolus ท�าห้น์ าท�(สร าง ribosome

(nucleolar organizers เป2น์ส'วน์พ"เศึษของโครโมโซมท�(ม�ย�น์ท�(เก�(ยวก+บการสร าง ribosome อย/'ห้ลายชิ้�ด้)

น์"วเคล�ยสท�าห้น์ าท�(ควบค�มการสร างโปรต่�น์ใน์ไซโต่พลาสซ�ม

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

เป2น์ organelles ท�(ไม'ม�เย3(อห้� ม ท�าห้น์ าท�(สร างโปรต่�น์ ม� 2 ส'วน์ย'อย (subunit) สร างจุาก nucleolus ใน์เซลลท�(ม�การสร างโปรต่�น์ส/งจุะพบว'าม� nucleolus และ ribosome เป2น์จุ�าน์วน์มาก ต่+วอย'างเชิ้'น์ใน์เซลลต่+บของคน์ม� ribosome จุ�าน์วน์มากและม� nucleolus ท�(เด้'น์ชิ้+ด้มาก

Ribosome ม� 2 ชิ้น์"ด้ค3อ

1. free ribosomes ท�าห้น์ าท�(สร างโปรต่�น์ท�(ใชิ้ ใน์ cytosol เชิ้'น์ เอ�น์ไซมท�(เก�(ยวข องก+บเมต่าบอร"ซ�มใน์ cytoplasm

2. bound ribosomes เป2น์ ribosome ท�(เกาะอย/'ด้ าน์ผ่"วน์อกของ ER ท�าห้น์ าท�(สร างโปรต่�น์ท�(จุะถ/กส'งต่'อไปรวมก+บ organelles อ3(น์ๆ และโปรต่�น์ท�(จุะถ/กส'งออกไปใชิ้ น์อกเซลล ใน์เซลลท�(สร างโปรต่�น์ เชิ้'น์ เซลลต่+บอ'อน์ห้ร3อต่'อมอ3(น์ท�(สร างน์�&าย'อยจุะม� bound ribosomes เป2น์จุ�าน์วน์มาก

The Endomembrane system

ประกอบด้ วย

1. Nuclear envelop

2. Endoplasmic reticulum

3. Golgi apparatus

4. Lysosomes

5. Vacuoles

6. Plasma membrane

Endoplasmic reticulum (ER)(Endoplasmic = อย/'ใน์ไซโต่พลาสซ�ม, reticulum = ร'างแห้)

เป2น์ organelles ท�(ม�เย3(อห้� ม ม�ล+กษณะเป2น์ท'อแบน์ห้ร3อกลม กระจุายอย/'ใน์ cytosol ชิ้'องภายใน์ท'อเร�ยกว'า cisternal space ซ�(งท'อน์�&ม�การเชิ้3(อมต่"ด้ต่'อก+บชิ้'องว'างท�(อย/'ระห้ว'างเย3(อห้� มน์"วเคล�ยสชิ้+&น์น์อกและชิ้+&น์ใน์ด้ วย

ER ม� 2 ชิ้น์"ด้ ค3อ

1. Rough endoplasmic reticulum (RER)

ม�ไรโบโซมเกาะต่"ด้อย/'ท�(เย3(อห้� มด้ าน์น์อกท�าให้ มองเห้�น์ขร�ขระ ท�าห้น์ าท�(สร างโปรต่�น์ท�(ส'งออกไปน์อกเซลล (secondary protein) โด้ยไรโบโซมท�(เกาะอย/'น์�&สร างโปรต่�น์ แล วผ่'าน์เย3(อของ ER เข าไปใน์ cisternal space แล วห้ล�ด้ออกไปจุาก ER เป2น์ transport vesicle ส'งออกไปใชิ้ ภายน์อกเซลลโด้ยต่รง ห้ร3อน์�าไปเชิ้3(อมก+บเย3(อของ Golgi complex เพ3(อเพ"(มคารโบไฮเด้รต่แก'โปรต่�น์ท�(สร างข�&น์กลายเป2น์ glycoprotein ก'อน์ส'งออกไปใชิ้ ภายน์อกเซลล

2. Smooth endoplasmic reticulum (SER)

•ไม'ม�ไรโบโซมมาเกาะท�(เย3(อห้� มด้ าน์น์อก จุ�งมองเห้�น์เป2น์ผ่"วเร�ยบๆ ท'อของ SER เชิ้3(อมต่"ด้ต่'อก+บ RER ได้ •SER ไม'เก�(ยวก+บการสร างโปรต่�น์ ส'วน์ให้ญ่'ม�ความส�าค+ญ่เก�(ยวก+บการสร างฮอรโมน์ชิ้น์"ด้สเต่อรอยด้ และไขม+น์

•ลด้ความเป2น์พ"ษของสารพ"ษ

•ใน์เซลลกล ามเน์3&อ SER ท�าห้น์ าท�(ควบค�มการเก�บและปล'อยแคลเซ�(ยมเพ3(อควบค�มการท�างาน์ของเซลลกล ามเน์3&อ เป2น์ต่ น์

The Golgi apparatus

Golgi complexม�ล+กษณะเป2น์ถ�งแบน์ห้ลายถ�งเร�ยงซ อน์

ก+น์ เร�ยกว'า Golgi cisternar บร"เวณต่รงกลางเป2น์ท'อแคบและปลายสองข างโป;งออก และม�กล�'มของถ�งกลม (vesicles) อย/'รอบๆ Golgi complex ม�โครงสร างท�(เป2น์ 2 ห้น์ า ค3อ cis face และ trans face ท�(ท�าห้น์ าท�(ร+บและส'ง cis face เป2น์ส'วน์ของถ�งแบน์ท�(น์/น์อย/'ใกล ก+บ ER transport vesicles ท�(ถ/กสร างมาจุาก RER เคล3(อน์ท�(เข ามารวมก+บ Golgi complex ทางด้ าน์ cis face ส'วน์ trans face เป2น์ด้ าน์ท�(เว าของถ�งแบน์ เป2น์ด้ าน์ท�(สร าง vesicles และห้ล�ด้ออกไป

ห้น์ าท�(ของ Golgi complex ค3อ

เสร"มสร างคารโบไฮเด้รด้ให้ ก+บโปรต่�น์ท�(สร างมาจุาก RER ให้ เป2น์ glycoprotein เพ3(อส'งออกไปภายน์อกเซลลเก�บสะสมและกระจุายส"(งท�(เซลลสร างข�&น์ โด้ยเก�บไว ภายใน์ secondary granules เพ3(อส'งออกน์อกเซลล โด้ยกระบวน์การ exocytosis

สร าง primary lysosomes ซ�(งบรรจุ� hydrolytic enzymes น์�&าย'อยเห้ล'าน์�&ม+กเป2น์พวก glycoprotein โด้ยม�การเต่"มคารโบไฮเด้รต่ท�( Golgi complex

เก�(ยวก+บการสร างผ่น์+งห้� มเซลล (membrane flow)

Lysosomes

(a) Lysosomes in a white blood cell

(b) A Lysosome in actionPeroxisomefragment

Mitochondrionfragment

Lysosome

Lysosomesเป2น์ออรแกเน์ลลท�(ม�เย3(อห้� มร/ปกลมขน์าด้เล�ก ภายใน์บรรจุ� hydrolytic enzyme ห้ร3อ lysosomal enzyme ห้ลายชิ้น์"ด้ท�(ท�าห้น์ าท�(ย'อยโมเลก�ลขน์าด้ให้ญ่' ได้ แก' polysaccharides, fats และ nucleic acids

เอ�น์ไซมต่'างๆเห้ล'าน์�& ท�างาน์ด้�ท�(ส�ด้ท�( pH 5 lysosomal membrane ท�าห้น์ าท�(ร+กษาสภาพแวด้ล อมภายใน์ให้ เห้มาะแก'การท�างาน์ของเอ�น์ไซม โด้ยการป<& ม H+ จุาก cytossol เข าไปภายใน์

ถ า lysosome ฉ�กขาด้จุะไม'สามารถท�างาน์ได้ ด้� ห้ร3อเอ�น์ไซมอาจุออกมาท�าอ+น์ต่รายให้ แก'เซลลได้ จุากท�(กล'าวมาจุะเห้�น์ได้ ว'า การแบ'งไซโต่พลาสซ�มเป2น์ส'วน์ย'อยๆด้ วย membrane ม�ความส�าค+ญ่ต่'อการท�างาน์ของเซลลมาก

Hydrolytic enzyme และ lysosomal membrane สร างมาจุาก RER และส'งต่'อไปย+ง Golgi complex แล วแยกออกไปทางด้ าน์ trans face ของ Golgi complex เป2น์ lysosome

The formation and functions of lysosomes

ห้น์ าท�(ของ lysosome

เป2น์แห้ล'งย'อยภายใน์เซลล (intracellular digestion) ต่ย. เชิ้'น์

• อม�บาก"น์อาห้ารโด้ยว"ธี� phagocytosis เก"ด้เป2น์ food vacuole ซ�(งจุะรวมก+บ lysosome เอ�น์ไซมใน์cytosome จุะท�าห้น์ าท�(ย'อยอาห้ารน์+&น์

• เซลลของคน์ เชิ้'น์ macrophage ก�สามารถท�าลายส"(งแปลกปลอมท�(เข ามาใน์เซลลด้ วยว"ธี� phagocytosis และถ/กย'อยโด้ย lysosome ได้ เชิ้'น์ก+น์

เก�(ยวข องก+บการย'อย organelles ใน์ไซโต่พลาสซ�มเพ3(อน์�าสารต่'างๆกล+บมาใชิ้ สร าง organelles ให้ม'อ�ก (autophagy)

Lysosome สร างเอ�น์ไซมท�(เก�(ยวข องก+บการเก"ด้ metamorphosis ของการพ+ฒน์าของต่+วอ'อน์ใน์พวกส+ต่วสะเท"น์น์�&าสะเท"น์บกม�บทบาทส�าค+ญ่ต่'อเมต่าบอร"ซ�มต่'างๆใน์ร'างกายเป2น์อย'างมาก ถ าห้ากม�ความผ่"ด้ปกต่"ใน์การท�างาน์ของเอ�น์ไซมใน์ไลโซโซม จุะท�าให้ เก"ด้โรคต่'างๆได้

Vacuolesเป2น์ organelles ท�(ม�ล+กษณะเป2น์เย3(อ

ห้� ม แต่'ม�ขน์าด้ให้ญ่'กว'า vesicles ม�แบบต่'างๆได้ แก' food vacuole, contractile vacuole และ central vacuole

The plant cell vacuole

Relationships among organelles of the endomembrane system

Membranous organelles อ3(น์ๆ 1. Energy transcucers ได้ แก'

Mitochondria

Chloroplast

2. Peroxisomes (microbodies)

The mitochondrion, site of cellular respiration

Mitochondriaพบใน์ eukaryotic cell เก3อบท�กชิ้น์"ด้ ใน์เซลลบางชิ้น์"ด้อย'างม�เพ�ยงห้น์�(งอ+น์ท�(ม�ขน์าด้ให้ญ่' ห้ร3อใน์เซลลบางชิ้น์"ด้อาจุม� mitochondria เป2น์จุ�าน์วน์ร อยห้ร3อพ+น์ท+&งน์�&ข�&น์ก+บก"จุกรรมของเซลลน์+&น์ๆMitochondria ม�เย3(อห้� ม 2 ชิ้+&น์ ม�ล+กษณะเป2น์สองวงซ อน์ก+น์ แต่'ละชิ้+&น์ของ phospholipid bilayer จุะม�ล+กษณะเฉพาะต่+วท�(เก"ด้จุากโมเลก�ลของโปรต่�น์ท�(ฝั<งต่+วบน์เย3(อแต่'ละชิ้+&น์เย3(อห้� มชิ้+&น์น์อกเร�ยบ ส'วน์เย3(อชิ้+&น์ใน์จุะม�การโป;งย3(น์เข าข างใน์เร�ยกว'า cristae เย3(อห้� มท+&งสองชิ้+&น์แบ'ง mitochondria เป2น์ชิ้'องภายใน์ 2 ส'วน์ ได้ แก' ชิ้'องท�(อย/'ระห้ว'างเย3(อชิ้+&น์น์อกและเย3(อชิ้+&น์ใน์ (intermembrane space) และชิ้'องท�(ถ/กล อมรอบอย/'ภายใน์เย3(อชิ้+&น์ใน์ (mitochodrial matrix)

ใน์ชิ้'องท+&งสองม�เอ�น์ไซมต่'างชิ้น์"ด้ก+น์ ท�(เก�(ยวข องก+บกระบวน์การห้ายใจุระด้+บเซลล (cellular respiration) แต่'ละข+&น์ต่อน์ก+น์

•ท�(บร"เวณ cristae ของเย3(อห้� มชิ้+&น์ใน์ม�เอ�น์ไซมท�(เก�(ยวข องก+บ electron transport chain และ การส+งเคราะห้ ATP

•ใน์ matrix บรรจุ�เอ�น์ไซมท�(เก�(ยวข องก+บ Kreb’s cycle และ Beta oxidation ของกรด้ไขม+น์ เป2น์ต่ น์

The chloroplast, site of photosynthesis

ChloroplastChloroplast เป2น์ plastids ชิ้น์"ด้ห้น์�(งของ

เซลลพ3ชิ้ท�(ม�รงคว+ต่ถ�ส�เข�ยว ท�(เร�ยกว'า chlorophyll ซ�(งประกอบด้ วยเอ�น์ไซมและโมเลก�ลของสารท�(ท�าให้ เก"ด้กระบวน์การส+งเคราะห้ด้ วยแสง Chloroplast ม�เย3(อห้� ม 2 ชิ้+&น์ ห้� มล อมรอบของเห้ลวท�(เร�ยกว'า stroma ภายใน์ม�ถ�งแบน์ thylakoids ซ�(งซ อน์ก+น์เป2น์ต่+&งเร�ยกว'า granum

Peroxisomes

Peroxisomes (microbodies)เป2น์ organelles ท�(พบใน์เซลลย/คาร"โอต่เก3อบท�กชิ้น์"ด้ ม�ล+กษณะเป2น์ถ�งท�(ม�เย3(อห้� มชิ้+&น์เด้�ยว ภายใน์ม� granular core ซ�(งเป2น์ท�(รวมของเอ�น์ไซมย อมต่"ด้ส�เข มเอ�น์ไซมชิ้น์"ด้ต่'างๆท�าห้น์ าท�(เก�(ยวข องก+บการสร างห้ร3อท�าลาย hydrogen peroxide (H2O2) เพ3(อป?องก+น์ไม'ให้ เก"ด้สารพ"ษข�&น์ภายใน์เซลล

RH2 + O2 Oxidase R + H2O2

2H2O2 catalase 2H2O + O2

ใน์เซลลต่+บพบม� peroxisomes ขน์าด้ให้ญ่' จุ�งเข าใจุว'าอาจุม�ห้น์ าเก�(ยวข องก+บการท�าลายพ"ษของสารต่'างๆห้ลายชิ้น์"ด้ เชิ้'น์ alcohol

www.sc.chula.ac.th/courseware/bio-u2/ppt/b03.ppt