บทที่ 4 เซลล์ของสิ่งมีชีวิต บทที่ 4 เซลล์ของสิ่งมีชีวิต Biology (40241)

บทที่ 4 เซลล์ของสิ่งมีชีวิต. 4. 1 เซลล์และทฤษฎีเซลล์. 4 บทที่ 4 เซลล์ของสิ่งมีชีวิต 4.1 เซลล์และทฤษฎีเซลล์ 4.2 โครงสร้างของเซลล์ที่ศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน 4.2.1 นิวเคลียส 4.2.2 ไซโทพลาซึม 4.2.3 ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์ 4.3 การรักษาดุลยภาพของเซลล์ 4.3.1 การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 4.3.2 การลำเลียงสารโดยไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 4.4 การสื่อสารระหว่างเซลล์ 4.5 การแบ่งเซลล์ 4.5.1 การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส 4.5.2 การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส 4.6 การเปลี่ยนสภาพของเซลล์และการชราภาพของเซลล์ 4.7 เนื้อเยื่อ อวัยวะและระบบของร่างกาย

การรักษาดุลยภาพของเซลล์ (Homeostasis)

การรักษาดุลยภาพของเซลล์ 1 การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์. 1 การรักษาดุลยภาพของเซลล์ 1 การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 1.1 การลำเลียงแบบไม่ใช้พลังงาน (Passive transport) - การแพร่แบบธรรมดา (diffusion) - ออสโมซิส (osmosis) - การแพร่แบบฟาซิลิเทต (facilitated diffusion)   1.2 การลำเลียงแบบใช้พลังงาน (Active transport) 2 การลำเลียงสารโดยไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 2.1 เอกโซไซโทซิส (exocytosis) 2.2 เอนโดไซโทซิส (endocytosis) - ฟาโกไซโทซิส (phagocytosis) - พิโนไซโทซิส (pincocytosis)  - การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ (receptor-mediated endocytosis)  

Cell membrane

1 การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 1 การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 1.1 การลำเลียงแบบไม่ใช้พลังงาน (Passive transport) - การแพร่แบบธรรมดา (diffusion) - ออสโมซิส (osmosis) - การแพร่แบบฟาซิลิเทต (facilitated diffusion)   1.2 การลำเลียงแบบใช้พลังงาน (Active transport)

Diffusion การแพร่ (Diffusion) คือ การเคลื่อนย้ายของโมเลกุลสารจากบริเวณที่มีความหนาแน่นของโมเลกุลของสารนั้นสูง ไปยังบริเวณที่มีความหนาแน่นของโมเลกุลสารนั้นต่ำ แบ่งเป็น การแพร่แบบธรรมดา (Simple diffusion) คือ การที่อนุภาคของสารเคลื่อนที่กระจัดกระจายไปในตัวกลางทุกทิศทุกทาง จนกระทั่งเข้าสู่สภาวะสมดุล ออสโมซิส (Osmosis) คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของน้ำผ่านเยื่อเลือกผ่าน จากบริเวณที่มีความเข้มข้นน้ำน้อย การแพร่แบบฟาซิลิเทต (Facilitated diffusion) เป็นการนำสารเข้าสู่เซลล์ด้วยการทำงานของโปรตีนซึ่งเรียกว่า ตัวพา (carrier) ที่แทรกอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์มีทิศทางจากบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารมากไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารนั้นน้อย

Diffusion is defined as the movement of molecules from an area of high concentration to an area of low concentration. we say that a concentration gradient exists (high to low). http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

Diffusion - the process by which molecules spread from areas of high concentratiion, to areas of low concentration. When the molecules are even throughout a space - it is called EQUILIBRIUM

Osmosis The plasma membrane will allow certain substances to cross it but not others! Such a membrane is referred to as "selective permeable" (or "semipermeable"). The plasma membrane's permeability depends on a large part on its makeup. Osmosis is the movement of water from a region of high water concentration to a region of lower water concentration through a semi permeable membrane

http://mil. citrus. cc. ca http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

สารละลายแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ 1 สารละลายแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ 1.  สารละลายไฮเปอร์โทนิก (Hypertonic solution) คือ สารละลายที่มีความเข้มสูงกว่าสารละลายภายในเซลล์ 2.  สารละลายไฮโปโทนิก (Hypertonic solution) หมายถึง สารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าความเข้มข้นของสารละลายภายในเซลล์ 3.  สารละลายไอโซโทนิก (Isotonic solution) คือ สารละลายที่มีความเข้มข้นเท่ากับสารละลายภายในเซลล์ พลาสโมไลซิส(Plasmolysis) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์อยู่ในสารละลายไฮเปอร์โทนิก โดยน้ำจากภายในเซลล์จะออสโมซิสผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ออกมาภายนอก ทำให้เซลล์เหี่ยว พลาสมอปไทซิส (Plasmoptysis) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์อยู่ในสารละลายไฮโปโทนิก โดยน้ำจะออสโมซิสเข้าสู่เซลล์ทำให้เซลล์เต่งขึ้น

One can now describe the above cases using comparative terms: the solution that loses the water is "Hypotonic" the solution that gains the water is "Hypertonic". Isotonic: Special equilibrium case where there is no net movement of water.

http://mil. citrus. cc. ca http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

http://mil. citrus. cc. ca http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

http://mil. citrus. cc. ca http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

turgor pressure When the cell is placed into a hypotonic solution, such as pure water, water moves into the cell and expands the plasma membrane against the cell wall. The cell wall is made of a rigid polysaccharide termed cellulose and does not expand with the enlarging membrane.  In fact, the cell wall resists the expansion of the plasma membrane and creates a type of pressure within the cell termed turgor pressure. 

facilitated diffusion Some molecules would move across the membrane by passive means, but they are either too large or have some type of charge that would not allow them to cross.  In this case, special protein “channels” offer larger or insulated passageways that make it possible for them to cross.  In this case, the proteins facilitate the movement, and the process is called facilitated diffusion.

Facilitated Diffusion

Facilitated Diffusion

Facilitated Diffusion

Active transport การลำเลียงแบบแอกทีฟทรานสปอร์ต (Active transport) เป็นการลำเลียงสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารน้อยไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารมาก โดยเซลล์นำพลังงานที่ได้จากการสลายสารอาหารมาใช้เพื่อเอาชนะแรงผลักดันที่เกิดจากความแตกต่างระหว่างความเข้มข้นของสาร

"Active Transport" "pumps" materials across the membrane against the concentration gradient. I.e. from low concentration to high concentration therefore requires energy.

Active transport

Active transport

http://mil. citrus. cc. ca http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

We shall see that these proteins in the membrane are involved in both passive and active transport

2 การลำเลียงสารโดยไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 2 การลำเลียงสารโดยไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 2.1 เอกโซไซโทซิส (exocytosis) 2.2 เอนโดไซโทซิส (endocytosis) - ฟาโกไซโทซิส (phagocytosis) - พิโนไซโทซิส (pinocytosis)  - การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ (receptor-mediated endocytosis)  

2.1 เอกโซไซโทซิส (exocytosis) เป็นการลำเลียงสารโมเลกุลขนาดใหญ่ออกจากเซลล์ สารที่จะถูกส่งออกไปนอกเซลล์บรรจุอยู่ในเวสิเคิล (vesicle) เมื่อเวสิเคิลรวมตัวกับเยื่อหุ้มเซลล์ สารที่อยู่ภายในเวสิเคิลก็จะถูกปล่อยออกไปนอกเซลล์ เช่น การหลั่งเอนไซม์จากเยื่อบุผนังกระเพาะอาหาร การกำจัดของเสียที่ย่อยไม่ได้ออกจากเซลล

Exocytosis Exocytosis involves the fusion of a vesicle with the plasma membrane in which the contents of the vesicle are discharged from the cell.  The enzymes associated with the tip of the sperm cell are released in this way. Once released via exocytosis, these enzymes penetrate the protective layers of the egg allowing the sperm nucleus to enter the egg.

Exocytosis: Material (wastes etc Exocytosis: Material (wastes etc.) are expelled from the cell (recall golgi vesicles).

Exocytosis

Exocytosis : Vesicle-mediated transport

Exocytosis

2.2 เอนโดไซโทซิส (endocytosis) เป็นการลำเลียงสารขนาดใหญ่เข้าสู่เซลล์ แบ่งออกเปน 3 วิธี คือ 2.1 ฟาโกไซโทซิส (phagocytosis) พบได้ในเซลล์จำพวกอะมีบา และเซลล์เม็ดเลือดขาว โดยเซลล์สามารถยื่นไซโทพลาซึมออกมาล้อมอนุภาคของสารที่มีขนาดใหญ่ที่เป็นของแข็ง ก่อนที่จะนำเข้าสู่เซลล์ในรูปของเวสิเคิล เรียกอีกอย่างว่า การกินของเซลล์ (cell eating) 2.2 พิโนไซโทซิส (pinocytosis)  เป็นการนำอนุภาคของสารที่อยู่ในรูปของสารละลายเข้าสู่เซลล์ โดยการทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เว้าเข้าไปในไซโทพลาซึมทีละน้อย จนกลายเป็นถุงเล็กๆ เมื่อเยื่อหุ้มเซลล์ปิดสนิทถงนี้จะหลุดเข้าไปกลายเป็นเวสิเคิลอยู่ในไซโทพลาซึม เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า การดื่มของเซลล์ (cell drinking) 2.3 การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ (receptor-mediated endocytosis)   โดยมีโปรตีนตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์ สารที่ถูกลำเลียงเข้าสู่เซลล์ด้วยวิธีนี้จะต้องมีความจำเพาะในการจับกับโปรตีนตัวรับ ที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์จึงจะสามารถนำเข้าสู่เซลล์ได้ หลังจากนั้น เยื่อหุ้มเซลล์จึงเว้าเป็นเวสิเคิลหลุดเข้าสู่ภายในเซลล์

Endocytosis The process of taking a substance into the cell via a vesicle is termed endocytosis During phagocytosis, large molecules are engulfed within a vesicle and destroyed.  During pinocytosis, vesicles form around liquid or very small particles and transport them into the cell.  During receptor-mediated endocytosis, the receptors on the cell surface bind to specific solutes resulting in the formation of a vesicle which serves to transport the solute into the interior of the cell.  Such a scenario allows cells to take up specific types of molecules and sort them within the cell.

Endocytosis : Large materials transported into the cell.

Endocytosis

pinocytosis http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

phagocytosis http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

receptor-mediated endocytosis http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

http://mil. citrus. cc. ca http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

การสื่อสารระหว่างเซลล์ (cells communication)

การสื่อสารระหว่างเซลล์ยีสต์ Yeast cell สามารถสื่อสารกันได้อย่างไร ?   เซลล์ยีสต์  สามารถจับคู่กันผสมพันธุ์กันได้  โดยยีสต์สามารถรู้ว่าเซลล์ยีสต์ที่จับคู่กันนั้นเป็นเพศตรงข้ามได้  โดยเซลล์ยีสต์จะหลั่งสารเคมีออกมา และเซลล์ที่จับคู่นั้นสามารถรับสัมผัสกันได้

การสื่อสารระหว่างเซลล์ยีสต์ http://io.uwinnipeg.ca/~simmons/1115/cm1503/cellcommunication.htm

cells communication (Animal) Animal cells สามารถสื่อสารกันได้โดยใช้ specialized connections ระหว่างเซลล์ ตัวอย่างเช่น 1) Gap Junctions – บริเวณ gap junction จะมีช่องว่างระหว่างเซลล์ประมาณ 2-4 nm ทำหน้าที่ เป็นช่องสำหรับแลกเปลี่ยนสารแคมีระหว่างเซลล์ และสัญญาณประจุไฟฟ้าสามารถผ่านได้ การเปิด-ปิดของ gap junction ขึ้นอยู่กับ ความเข้มข้นของ calcium ion ภายในเซลล์ (ถ้า สูงขึ้น conc. จะปิด) ความเป็นกรด-เบส ภายในเซลล์ (ถ้า pH ต่ำกว่า 7-6.8 จะปิด) 2) Desmosomes – ทำหน้าที่ เชื่อมเซลล์ให้ติดกัน มีผลทำให้รวมกันเป็น tissue และคงรูปอยู่ได้ 3) Tight Junctions – เกิดจากรวมกันของ cell membrane 2 cells จนสารไม่สามารถผ่านได้ ทำหน้าที่ ป้องกันการเคลื่อนที่ของสารพวกน้ำ หรือตัวถูกละลายผ่านทางช่องว่างระหว่างเซลล์ (EMC)

cells communication In many cases, cells communicate with one another with the use of specialized connections between cells. For example, animal cells communicate via: 1) Gap Junctions - connect cells by a protein channel that allows cells to exchange chemical signals. 2) Desmosomes - hold cells together and provide strength without affecting the passage of material between cells. 3) Tight Junctions - an impermeable junction in which membranes of adjacent cells fuse together.

http://mil. citrus. cc. ca http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

cells communication (Plants) เซลล์พืชที่อยู่ชิดกันจะมีช่องพลาสโมเดสมาตา(plasmodecmata)   ทำให้เซลล์พืชทั้งสองเชื่อมต่อกันได้  และ สารต่าง ๆ  จากไซโทพลาซึมของเซลล์หนึ่งจะเชื่อมต่อกับอีกเซลล์หนึ่งได้

Plant cells communicate by means of plasmodesmata Plant cells communicate by means of plasmodesmata. Plasmodesmata are intercellular channels that allow molecules to pass from cell to cell. http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

เซลล์ประสาท (nerve cells) โดยเซลล์ประสาทที่เชื่อมต่อกันนั้น  จะมีการหลั่งสารออกมา  เพื่อกระตุ้นให้เซลล์ประสาทอีกเซลล์หนึ่งทำงานต่อได้   เช่น  เซลล์ประสาทรับความรู้สึกผ่านไปทางแอกซอน (axon) และแอกซอนนี้จะปล่อยสารเคมี  คือ  สารสื่อประสาท (neurotransmitter) จากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง   โดยที่เยื่อเซลล์ประสาทตัวรับจะมีสารโปรตีน  ซึ่งเป็นตัวรับสารสื่อประสาทได้  จึงตอบสนองได้

Nerve Cells Communicate

ฮอร์โมน (Hormone) ฮอร์โมน (Hormone) ก็สามารถสื่อสารกันได้ โดยเซลล์ที่ผลิตฮอร์โมน เช่น ต่อมไร้ท่อต่าง ๆ จะปล่อยฮอร์โมนไปตามกระแสเลือด  เมื่อถึงเซลล์ของอวัยวะเป้าหมายก็สามารถตอบสนองการกระตุ้นนั้นได้   เช่น การทำงานของฮอร์โมนจากต่อมพิทูอิทารีไปกระตุ้นการเจริญของไข่ในรังไข่ได้

Hormonal Signaling in Plants and Animal

Signal Transduction Pathways

Local Communication in Animal Cells

กระบวนการสื่อสารระหว่างเซลล์มี 3 ขั้นตอน 1. การรับสัญญาณ (reception) หมายถึง การที่เซลล์เป้าหมายรับสัญญาณ (signal) จากภายนอกเซลล์ โดยโปรตีนตัวรับซึ่งอยู่บริเวณผิวของเซลล์เป้าหมาย จับตัวกับโมเลกุลของสารเคมีที่หลั่งออกมาจากเซลล์อื่น เช่น ฮอร์โมน สารสื่อประสาท ถ้าเป็นสเตรอยด์ ตัวรับสัญญาณจะอยู่ภายในเซลล์ 2. การส่งสัญญาณ (signal transduction) เป็นการเปลี่ยนรูปแบบสัญญาณ เมื่อโมเลกุลของฮอร์โมนหรือสารสื่อประสาทจับกับโปรตีนตัวรับ ทำให้โปรตีนตัวรับเกิดการเปลี่ยนแปลงเพื่อส่งสัญญาณ 3. การตอบสนอง (response) เป็นขั้นตอนที่เซลล์เป้าหมายแสดงกิจกรรมต่างๆ ตอบสนองต่อสัญญาณที่ได้รับ เช่น การหลั่งสารออกจากเซลล์ การจัดเรียงตัวของไซโทสเกเลตอน ทำให้เซลล์เปลี่ยนรูปร่าง การตอบสนองของเซลล์มีความจำเพาะต่อสารเคมี เพราะเซลล์ต่างชนิดกันมีโปรตีนที่เป็นตัวรับต่างชนิดกัน การตอบสนองจึงขึ้นอยู่กับชนิดของโปรตีนตัวรับของเซลล์นั้นๆ สิ่งสำคัญในการตอบสนองต่อสัญญาณ คือ ความสามารถของโปรตีนตัวรับในการเปลี่ยนรูปร่างกลับไปมาได้ เพื่อให้พร้อมที่จะตอบสนองเมื่อได้รับสัญญาณใหม่

3 Stages of Cell Signaling Reception A chemical message binds to a protein on the cell surface Transduction The binding of the signal molecule alters the receptor protein in some way. The signal usually starts a cascade of reactions known as a signal transduction pathway Response The transduction pathway finally triggers a response The responses can vary from turning on a gene, activating an enzyme, rearranging the cytoskeleton There is usually an amplification of the signal (one hormone can elicit the response of over 108 molecules

Reference http://io.uwinnipeg.ca/~simmons/1115/cm1503/cellcommunication.htm http://61.19.145.7/student/science401/bio/bio4-2/main2.html http://mil.citrus.cc.ca.us/cat2courses/bio104/ChapterNotes/Chapter04notesLewis.htm

Thank you Miss Lampoei Puangmalai Department of science St. Louis Collage Chachoengsao

Cell membrane

a) Diffusion: definition - is the movement of ions or molecules from regions of higher concentration to regions of lower concentration. (Down a concentration gradient)

phagocytosis

phagocytosis and pinocytosis