บทที่ 1 อยู่ดีมีสุข

การรักษาดุลยภาพของสิ่งมีชีวิต

1.1 เซลล์และองค์ประกอบสำคัญของเซลล์ Robert Hooke เป็นคนแรกที่มองเห็นเซลล์จากการใช้กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบที่ประดิษฐ์ขึ้น ศึกษาไม้คอร์กภาพที่เห็นเป็นห้องสี่เหลี่ยมกลวงๆคล้ายรังผึ้ง ได้ตั้งชื่อสิ่งที่มองเห็นว่า เซลลูเล(cellulae) เป็นเซลล์ที่ตายแล้ว

1.1 เซลล์และองค์ประกอบสำคัญของเซลล์ Anton van Leewenhoek มองเห็นเซลล์ที่ยังมีชีวิตได้เป็นคนแรก โดยเรียกสิ่งที่เห็นว่า animalicules ซึ่งหมายถึง สัตว์ตัวล็กๆ

1.1 เซลล์และองค์ประกอบสำคัญของเซลล์ Matthias Jakob Schleiden & Theodor Schwann เสนอทฤษฎีเซลล์(cell theory) มีใจความว่า “สิ่งมีชีวิตทั้งหลายประกอบด้วยเซลล์ และเซลล์คือหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด”

กล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง Light microscope (L.M.) แบบใช้แสง เชิงประกอบ แบบสเตอริโอ

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องผ่าน (Transmission Electron Microscope: TEM) ทำให้เกิดเป็นภาพ 2 มิติ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องกราด (Scanning Electron Microscope: SEM) ได้ภาพซึ่งมีลักษณะเป็นภาพ 3 มิติ TEM SEM

Plant cell

Animal cell

เปรียบเทียบเซลล์พืชและเซลล์สัตว์

โครงสร้างพื้นฐานของเซลล์ 1. ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์ 1.1 Cell Wall 1.2 Cell Membrane 2. Cytoplasm 2.1 Cytosol 2.2 Organelles 3. Nucleus 3.1 Nuclear Membrane 3.2 Nucleoplasm - Chromatin - Nucleolus

1. ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์ 1.1 Cell Wall - อยู่ด้านนอกของเยื่อหุ้มเซลล์ - พบเฉพาะในสิ่งมีชีวิตจำพวกแบคทีเรีย สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน เห็ด รา ยีสต์ สาหร่ายทุกชนิด และพืช -เพิ่มความแข็งแรงให้แก่เซลล์และทำให้เซลล์คงรูปร่าง

ไซโทซอล ผนังเซลล์ พลาสโมเดสมาตา ภาพที่ 1 ผนังเซลล์พืช

1. ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์(ต่อ) 1.2 เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell Membrane , Plasma membrane , Cytoplasmic membrane) - พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ยกเว้นไวรัส - ประกอบด้วยสารหลัก 2 ชนิด คือ ฟอสโฟลิพิดและโปรตีน - ทำหน้าที่ห่อหุ้มเซลล์ และรักษาสมดุลของสารภายในเซลล์ - Semipermeable Membrane Phospholipids bilayer Glycolipid Glycoprotein

The plasma membrane

โปรตีน โปรตีน โปรตีน โปรตีน โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์

2. Cytoplasm 2.1 ไซโทซอล (Cytosol) 2.2 ออร์แกเนลล์ (Organelles)

เซนทริโอล - พบเฉพาะในเซลล์สัตว์และโพรทิสต์บางชนิด - อยู่ใกล้นิวเคลียส - พบเฉพาะในเซลล์สัตว์และโพรทิสต์บางชนิด - สร้างเส้นใยสปินเดิลในกระบวนการแบ่งเซลล์

Endoplasmic reticulum : ER - มีเยื่อหุ้มชั้นเดียว - เป็นท่อแบน หรือกลม กระจายอยู่ใน cytosol - ช่องภายในท่อเรียกว่า cisternal space ซึ่งท่อนี้มีการเชื่อมติดต่อกับช่องว่างที่อยู่ระหว่างเยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นนอกและชั้นในด้วย แบ่งออกเป็น 2 แบบ คือ 1. Rough endoplasmic reticulum หรือ RER 2. Smoth endoplasmic reticulum หรือ SER

1. Rough endoplasmic reticulum (RER) มีไรโบโซมเกาะติดอยู่ที่เยื่อหุ้มด้านนอกทำให้มองเห็นขรุขระ ทำหน้าที่สร้างโปรตีนที่ส่งออกไปนอกเซลล์ (secondary protein) ไรโบโซมที่เกาะอยู่นี้สร้างโปรตีน แล้วผ่านเยื่อของ ER เข้าไปใน cisternal space แล้วหลุดออกไปจาก ER เป็น transport vesicle ส่งออกไปใช้ภายนอกเซลล์โดยตรง หรือนำไปเชื่อมกับเยื่อของ Golgi complex เพื่อเพิ่มคาร์โบไฮเดรตแก่โปรตีนที่สร้างขึ้นกลายเป็น glycoprotein ก่อนส่งออกไปใช้ภายนอกเซลล์

2. Smooth endoplasmic reticulum (SER) ไม่มีไรโบโซมมาเกาะที่เยื่อหุ้มด้านนอก จึงมองเห็นเป็นผิวเรียบๆ ท่อของ SER เชื่อมติดต่อกับ RER ได้ SER ไม่เกี่ยวกับการสร้างโปรตีน ส่วนใหญ่มีความสำคัญเกี่ยวกับการสร้างฮอร์โมนชนิดสเตอรอยด์ และไขมัน ลดความเป็นพิษของสารพิษ ในเซลล์กล้ามเนื้อ SER ทำหน้าที่ควบคุมการเก็บและปล่อยแคลเซียมเพื่อควบคุมการทำงานของเซลล์กล้ามเนื้อ เป็นต้น

Golgi complex - เป็นถุงแบนซ้อนกันเป็นชั้นๆ - อยู่ใกล้กับร่างแหเอนโดพลาซึม (ER) - ปรับเปลี่ยนโครงสร้างโมเลกุลของโปรตีนและไขมัน - สร้างvesicle ห่อหุ้มสาร เพื่อส่งออกไปยังปลายทางที่ต้องการ

The Golgi complex

ไลโซโซม (lysosome) - เป็นถุงกลมๆ - บรรจุเอนไซม์สำหรับย่อยสารต่างๆ ทำงานดีที่สุดที่ pH 5

ไมโทคอนเดรีย (Mitochondria ) - พบเฉพาะในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจำพวกยูคาริโอต - มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น - เป็นแหล่งผลิตสารพลังงานสูง (ATP) ให้แก่เซลล์

ไมโทคอนเดรีย ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มชั้นนอกและชั้นใน เยื่อหุ้มชั้นนอก ไรโบโซม เยื่อหุ้มชั้นใน คริสตี้ เมทริกซ์ DNA ในไมโทคอนเดรีย ไมโทคอนเดรีย

คลอโรพลาสต์ - พบในเซลล์พืชและโพรทิสต์บางชนิด - มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น - สังเคราะห์น้ำตาลกลูโคสในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

คลอโรพลาสต์ ไรโบโซม สโตรมา (Stroma) DNA ในคลอโรพลาสต์ ไทลาคอยด์ เยื่อหุ้มชั้นนอกและชั้นใน DNA ในคลอโรพลาสต์ กรานุม ไทลาคอยด์ ภาพที่ 8 คลอโรพลาสต์

ทำให้เกิดสีและสังเคราะห์แสง (เหลือง) เช่น มะเขือเทศ Chromoplast ทำให้เกิดสีและสังเคราะห์แสง Carotene (แดง, ส้ม) เช่น พริกแดง Xantrophyll (เหลือง) เช่น มะเขือเทศ

Leucoplast สะสมแป้ง สะสมไขมัน สะสมโปรตีน เม็ดสีที่ไม่มีสี ทำหน้าที่สะสมอาหาร สะสมแป้ง สะสมไขมัน สะสมโปรตีน

ไรโบโซม เป็นออร์แกเนลล์ที่พบในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีน

แวคิวโอล - พบในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจำพวกโพรทิสต์ พืช และสัตว์ - มีลักษณะเป็นถุงมีเยื่อหุ้มชั้นเดียว - แวคิวโอลมีหลายชนิด หลายขนาด และหลายรูปร่าง โดยทำหน้าที่แตกต่างกันออกไปได้แก่ 1. Contractile Vacuole - รักษาสมดุลของน้ำ - กำจัดของเสียภายในเซลล์ - พบในเซลล์ของโพรทิสต์บางชนิด เช่น อะมีบา พารามีเซียม และยูกลีนา เป็นต้น

2. Food Vacuole - พบในเซลล์ของโพรทิสต์บางชนิดและเซลล์เม็ดเลือดขาวของคน - บรรจุอาหารที่รับเข้ามาจากภายนอกเซลล์เพื่อทำการย่อยสลายต่อไป 3. Central Vacuole / Sap Vacuole - พบเฉพาะในเซลล์พืช - สะสมสารบางชนิด เช่น น้ำ น้ำตาล กรดอะมิโน ไอออน แก๊สระเหย สารสี ผลึก และสารพิษต่างๆ

คอนแทร็กไทล์แวคิวโอล ฟูดแวคิวโอล ร่องปาก รูทวาร คอนแทรกไทล์แวคิวโอลในพารามีเซียม

3. Nucleus - มักพบอยู่ตรงกลางเซลล์ เมื่อย้อมสีจะติดสีเข้มทึบ - พบเฉพาะในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจำพวกยูคาริโอต - ควบคุมการทำงานและกิจกรรมต่างๆ ของเซลล์ - เก็บสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตจำพวกยูคาริโอต

เยื่อหุ้มนิวเคลียส นิวคลีโอลัส รูนิวเคลียส โครมาทิน ภาพที่ 10 นิวเคลียส

ส่วนประกอบของสิ่งมีชีวิต เซลล์ (Cell) เนื้อเยื่อ (Tissue) อวัยวะ (Organ) ระบบอวัยวะ (Organ System) ร่างกาย (Body)

GENERAL BODY ORGANIZATION IN ANIMALS -สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (multicellular organism) มีการจัดเรียงตัวของหน่วยต่าง ๆ เป็นลำดับขั้นดังนี้ -เซลล์เป็นหน่วยย่อยที่เล็กที่สุด -ในแต่ละลำดับขั้นจะมีการทำงานร่วมกันอย่างเป็นระบบ เซลล์ เนื้อเยื่อ อวัยวะ ระบบอวัยวะ สิ่งมีชีวิตหนึ่งหน่วย

1.2 การลำเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์

การลำเลียงสารผ่านเซลล์ การรักษาดุลยภาพของเซลล์เป็นหน้าที่สำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์ โดยเยื่อหุ้มเซลล์จะควบคุมการผ่านเข้า-ออกของสารระหว่างสิ่งแวดล้อมภายนอกกับภายในเซลล์ ซึ่งการลำเลียงสารเข้า-ออกเซลล์มี 2 รูปแบบด้วยกัน ดังนี้ 1. การลำเลียงสารแบบผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 2. การลำเลียงสารแบบไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

การลำเลียงสารผ่านเซลล์(ต่อ) 1)การลำเลียงสารแบบผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ แบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ คือ 1. การลำเลียงแบบไม่ใช้พลังงานซึ่งแบ่งออกเป็น 3 วิธี คือ 1.1 การแพร่ (Diffusion) 1.2 ออสโมซิส (Osmosis) 1.3 การแพร่แบบฟาซิลิเทต (Facilitated Diffusion) 2. การลำเลียงแบบใช้พลังงาน หรือแอกทีฟทรานสปอร์ต (Active Transport)

การลำเลียงสารผ่านเซลล์(ต่อ) 1. การลำเลียงแบบไม่ใช้พลังงาน 1.1 การแพร่ (Diffusion) คือ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลหรือไอออนของสารใดๆ จากบริเวณที่มีความเข้มข้นมากไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นน้อย จนกว่าทุกบริเวณจะมีความเข้มข้นของสารนั้นเท่ากัน เรียกสภาวะนี้ว่าสมดุลของการแพร่ (Dynamic Equilibrium)

ให้นักเรียน…… สรุปหลักการแพร่ และการนำหลักการแพร่ไปใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน

ปัจจัยที่มีผลต่อการแพร่ ความเข้มข้นของสารที่แพร่ สารที่มีความเข้มข้นมากจะสามารถแพร่ได้รวดเร็วกว่าสารที่มีความ เข้มข้นน้อย อุณหภูมิ การเพิ่มอุณหภูมิเป็นการเพิ่มพลังงานจลน์ให้แก่โมเลกุลของสารที่แพร่ จึงมีผลทำให้การแพร่ เกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว ความดัน การเพิ่มความดันเป็นการเพิ่มพลังงานจลน์ให้แก่โมเลกุลของสารที่แพร่ จึงมีผลทำให้การแพร่ เกิดขึ้นได้รวดเร็วขึ้น

1.2 ออสโมซิส (Osmosis) เป็นการเคลื่อนที่ของน้ำ (ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวทำละลาย) ผ่านเยื่อเลือกผ่าน (Semipermeable Membrane) จากบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารละลายต่ำไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารละลายสูง การออสโมซิสของน้ำทำให้ปริมาตรของเซลล์เปลี่ยนแปลงได้

สารละลายน้ำตาล ความเข้มข้นสูง สารละลายน้ำตาล ความเข้มข้นต่ำ โมเลกุลน้ำตาล ทิศทางการเคลื่อนที่ของน้ำ เยื่อเลือกผ่าน ออสโมซิส

สารละลายแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามแรงดันออสโมซิส ได้แก่ 1. Isotonic Solution หมายถึง สารละลายภายนอกเซลล์ที่มีแรงดันออสโมซิสเท่ากับสารละลายภายในเซลล์ เซลล์นั้นจะมีปริมาตรคงที่ ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น 2. Hypertonic Solution หมายถึง สารละลายภายนอกเซลล์ที่มีแรงดันออสโมซิสสูงกว่าสารละลายภายในเซลล์ ทำให้น้ำออสโมซิสออกจากเซลล์สู่ภายนอกเซลล์ จึงทำให้เซลล์ลดขนาด เกิดการเหี่ยว เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า พลาสโมไลซิส (Plasmolysis) 3. Hypotonic Solution หมายถึง สารละลายภายนอกเซลล์ที่มีแรงดันออสโมซิสต่ำกว่าสารละลายภายในเซลล์ ทำให้น้ำออสโมซิสจากสารละลายภายนอกเซลล์สู่ภายในเซลล์ จึงทำให้ เซลล์เกิดการเต่งหรือแตกได้ เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า พลาสโมไทซิส (Plasmoptysis)

การเปลี่ยนแปลงของเซลล์สัตว์และเซลล์พืชเมื่อถูกแช่ในสารละลายที่มีความเข้มข้นต่างกัน

1.3 การแพร่แบบฟาซิลิเทต (Facilitated Diffusion) เป็นการเคลื่อนที่ของสารใดๆ จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารต่ำ โดยมีโปรตีนเป็นตัวพา (Protein Carrier) สารนั้นเข้าสู่เซลล์ โดยไม่ต้องใช้พลังงาน (ATP) จากเซลล์ การแพร่แบบนี้จะเกิดขึ้นได้เร็วกว่าการแพร่แบบธรรมดา การแพร่แบบฟาซิลิเทต

2. การลำเลียงแบบใช้พลังงานหรือแอกทีฟทรานสปอร์ต (Active Transport) เป็นการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของสารใดๆ จากบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นสูง โดยอาศัยโปรตีนเป็นตัวพา (Protein Carrier) และต้องใช้ พลังงาน (ATP) จากเซลล์ เช่น การดูดซึมสารอาหารที่ลำไส้เล็ก การลำเลียงโซเดียม-โพแทสเซียม (Na-K)เข้าและออกจากเซลล์ประสาท (Sodium-Potassium Pump) การดูดแร่ธาตุเข้าสู่รากพืช เป็นต้น

ภาพที่ 16 การลำเลียงแบบใช้พลังงาน

การจำลองแบบการลำเลียงสารเข้าสู่เซลล์ ทำกิจกรรมที่ 1.2 การจำลองแบบการลำเลียงสารเข้าสู่เซลล์ จากกิจกรรมที่ 1.2 และจากความรู้ที่ได้เรียนมาแล้ว ให้นักเรียนเปรียบเทียบอัตราเร็วของการลำเลียงสารแต่ละวิธี

การเปรียบเทียบการลำเลียงสารแบบผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ 3 วิธี

การลำเลียงสารผ่านเซลล์(ต่อ) 2) การลำเลียงสารแบบไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ การลำเลียงสารแบบไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ คือ 1. เอกโซไซโทซิส (Exocytosis) 2. เอนโดไซโทซิส (Endocytosis) ซึ่งแบ่งออกเป็น 3 วิธี คือ 2.1 ฟาโกไซโทซิส (Phagocytosis) 2.2 พิโนไซโทซิส (Pinocytosis) 2.3 การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ (Receptor-Mediated Endocytosis)

เอกโซไซโทซิส (Exocytosis) - เป็นการลำเลียงสารที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่ออกจากเซลล์ - บรรจุอยู่ในเวสิเคิล (Vesicle) แล้วเวสิเคิลจะค่อยๆ เคลื่อนเข้ามาเชื่อมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์ จากนั้นสารที่บรรจุอยู่ในเวสิเคิลจะถูกปล่อยออกสู่นอกเซลล์ - เช่น การหลั่งเอนไซม์ของเซลล์กระเพาะอาหาร การหลั่งฮอร์โมนอินซูลินของเซลล์ในตับอ่อนเข้าสู่กระแสเลือด หรือการนำของเสียออกจากเซลล์ของอะมีบา เป็นต้น

ภาพที่ 18 เอกโซไซโทซิส

เอนโดไซโทซิส (Endocytosis) เป็นการลำเลียงสารที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่จากสิ่งแวดล้อมภายนอกเข้าสู่ ภายในเซลล์แบ่งออกเป็น 3 วิธี คือ 1. ฟาโกไซโทซิส (Phagocytosis) - เป็นการลำเลียงที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่และมีสถานะเป็นของแข็งเข้าสู่เซลล์ - เช่น การกินอาหารของอะมีบา การกินเชื้อโรคของเม็ดเลือดขาวบางชนิด

2. พิโนไซโทซิส (Pinocytosis) - เป็นการลำเลียงสารที่มีสถานะเป็นของเหลวเข้าสู่เซลล์ - เช่น การนำสารเข้าสู่เซลล์ที่หน่วยไต และการนำสารเข้าสู่เซลล์ที่เยื่อบุลำไส้ พิโนไซโทซิส

การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ 3. การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ (Receptor-Mediated Endocytosis) - มีโปรตีนที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์เป็นตัวรับ (สาร) - สารที่ถูกลำเลียงเข้าสู่เซลล์ด้วยวิธีนี้จะต้องมีความจำเพาะในการจับกับโปรตีนตัวรับ (Protein Receptor) - เช่น การนำฮอร์โมนเข้าสู่เซลล์ การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ

จบแล้วจ้าๆๆๆๆๆๆ^^