เซลล์ของสิ่งมีชีวิตโดยทั่วไปมีนิวเคลียสเพียงหนึ่งนิวเคลียส ได้มีผู้ศึกษาความสำคัญ ของนิวเคลียส โดยทำลองนำนิวเคลียสออกจากเซลล์ของอะมีบา (Amoeba) ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว แล้วทดลองเลี้ยงไว้ พบว่าอะมีบาที่ไม่มีนิวเคลียส สามารถเคลื่อนไหว และมีการแลกเปลี่ยนแก๊ส กับสิ่งแวดล้อมภายนอกได้
แต่ไม่สามารถแบ่งเซลล์เพื่อเพิ่มจำนวน แล้วในที่สุดก็ตาย
ต่อมาได้มีนักวิทยาศาสตร์อีกท่านหนึ่งได้ทดลองนำนิวเคลียส ของอะมีบาเซลล์หนึ่งไปใส่ให้กับอะมีบาอีกเซลล์หนึ่ง ที่ได้นำนิวเคลียสออกไปแล้ว พบว่าอะมีบาเซลล์นี้สามารถมีชีวิตอยู่ และแบ่งเซลล์เพื่อสืบพันธุ์ต่อไปได้
ตัวอย่างการทดลองอีกการทดลองหนึ่ง ที่ศึกษาเกี่ยวกับหน้าที่ของนิวเคลียส โดยใช้สาหร่ายทะเลเซลล์เดียว ชื่อ Acetabularia spp. ( อะเซตาบูลาเรีย) 2 ชนิด เป็นชนิด ก. และชนิด ข. ได้มีการทดลอง โดยตัดส่วนยอดของเซลล์ทิ้งไป แล้วนำส่วนก้านของสาหร่ายชนิด ก. และ ชนิด ข. ไปต่อกับส่วนโคนสลับกัน ผลการทดลองพบว่า เมื่อสาหร่ายทั้งสองชนิดงอกส่วนยอดใหม่ออกมา ปรากฎว่าสาหร่ายที่ส่วนโคนมีนิวเคลียสเป็นชนิด ก. จะมีส่วนยอดคล้ายชนิด ก. และ สาหร่ายที่ส่วนโคนมีนิวเคลียสเป็นชนิด ข. จะมีส่วนยอดคล้ายชนิด ข.
จากการทดลองดังกล่าวข้างต้น นักเรียนจะเห็นได้ว่า นิวเคลียสทำหน้าที่ เป็นศูนย์กลางควบคุมการทำงานของเซลล์ โดยทำงานร่วมกับไซโทพลาสซึม ( cytoplasm) และมีความสำคัญ ต่อกระบวนการแบ่งเซลล์และการสืบพันธุ์
นิวเคลียสค้นพบโดย รอเบิร์ต บราวน์ นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ เมื่อปี ค.ศ. 1831 มีลักษณะเป็นก้อนทึบแสงเด่นชัน อยุ่บริเวณกลาง ๆ หรือค่อนไปข้างใดข้างหนึ่งของเซลล์ เซลล์โดยทั่วไป จะมี 1 นิวเคลียส เซลล์พารามีเซียม มี 2 นิวเคลียส ส่วนเซลล์พวกกล้ามเนื้อลาย เซลล์เวลเซล ( Vessel) ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตลาเทกซ์ในพืชชั้นสูง และเซลล์ของราที่เส้นใย ไม่มีผนังกั้นจะมีหลายนิวเคลียส เซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม และเซลล์ซีฟทิวบ์ของโฟลเอม ที่แก่เต็มที่จะไม่มีนิวเคลียส นิวเคลียสมีความสำคัญ เนื่องจากเป็นที่อยู่ของสารพันธุกรรม จึงมีหน้าที่ควบคุมการทำงานของเซลล์ โดยทำงาน ร่วมกับไซโทพลาสซึม จากการทดลองโดยนำนิวเคลียสของอะมีบาออก จะพบว่า อะมีบาตาย ภายใน 2-3 วัน
นิวเคลียส มีรูปร่างค่อนข้างกลม และมีเยื่อหุ้มนิวเคลียส ( nuclear membrane) ซึ่งเป็นเยื่อสองชั้น ล้อมรอบส่วนประกอบภายในของนิวเคลียส เซลล์ของสิ่งมีชีวิต บางชนิด เช่น Bacteria ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส แต่มีสารพันธุกรรมกระจายอยู่ทั่วไปในไซโทพลาซึม เรียก เซลล์ที่มีลักษณะเช่นนี้ว่า เซลล์โพรคาริโอต( Prokaryotic cell) เซลล์ของ สิ่งมีชีวิตทั่วๆ ไปนั้นมีเยื่อหุ้มนิวเคลียส เรียกว่า เซลล์ยูคาริโอต ( Eukaryotic cell) เยื่อหุ้มนิวเคลียสมีรูเล็กๆ กระจายอยู่ทั่วไป เพื่อเป็นทางเข้าออก ของสารระหว่างภายใน และภายนอกนิวเคลียส
นิวเคลียสเป็นที่อยู่ของสารพันธุกรรม เรียกว่า ดี เอ็น เอ ( DNA) ย่อมาจาก deoxyribonucleic acid ดีเอ็นเอจะรวมตัวกับโปรตีน เกิดเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า โครมาทิน ( chromatin) ขณะที่มีการแบ่งเซลล์ จะเห็นโครมาทินมีลักษณะ เป็นแท่ง เราเรียกโครมาทินที่เป็นแท่งนี้ว่า โครโมโซม ( chromosome) ถ้าเราย้อมสีนิวเคลียส บางบริเวณของนิวเคลียสจะติดสีย้อม เข้มกว่าบริเวณอื่นๆ เรียกบริเวณนี้ว่า นิวคลีโอลัส ( nucleolus) นิวคลีโอลัสเป็นแหล่งสังเคราะห์สารที่เป็นองค์ประกอบของไรโบโซม
สารประกอบทางเคมีของนิวเคลียส ประกอบด้วย
1. ดีออกซีไรโบนิวคลีอิก แอซิด ( Deoxyribonucleic acid) หรือ DNA เป็นส่วนประกอบ ของโครโมโซมในนิวเคลียส
2. ไรโบนิวคลีอิก แอซิด ( Ribonucleic acid) หรือ RNA เป็นส่วนที่พบในนิวเคลียส โดยเป็นส่วนประกอบของนิวคลีโอลัส
3. โปรตีน ที่สำคัญคือ โปรตีนฮีสโตน ( Histone) โปรตีนโพรตามีน ( Protamine) ซึ่งเป็นโปรตีนเบส ( Basic protein) ทำหน้าที่เชื่อมเกาะอยู่กับ DNA ส่วนโปรตีนเอนไซม์ ส่วนใหญ่จะเป็นเอนไซม์ ในกระบวนการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก และเมแทบอลิซึมของกรดนิวคลีอิก และเอนไซม์ในกระบวนการไกลโคไลซีส ซึ่งเป็นกระบวนการสร้างพลังงานให้กับนิวเคลียส
โครงสร้างของนิวเคลียสประกอบด้วย 3 ส่วน คือ
1. เยื่อหุ้มนิวเคลียส ( Nulear membrane) เป็นเยื่อบางๆ 2 ชั้น เรียงซ้อนกัน ที่เยื่อนี้จะมีรู เรียกว่านิวเคลียร์พอร์ ( Nuclear pore) หรือ แอนนูลัส ( Annulus) มากมาย รูเหล่านี้ ทำหน้าที่เป็นทางผ่านของสารต่าง ๆ ระหว่างไซโทพลาสซึมและนิวเคลียส นอกจากนี้เยื่อหุ้มนิวเคลียส ยังมีลักษณะเป็นเยื่อเลือกผ่าน เช่นเดียวกับเยื่อหุ้มเซลล์ เยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นนอก จะติดต่อกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม และมีไรโบโซมมาเกาะ เพื่อทำหน้าที่ลำเลียงสารต่าง ๆ ระหว่างนิวเคลียสและไซโทพลาซึมด้วย
2. โครมาทิน ( Chromatin) เป็นส่วนของนิวเคลียส ที่ย้อมติดสี เป็นเส้นในเล็กๆ พันกันเป็นร่างแห เรียกร่างแหโครมาทิน ( Chromatin network) โดยประกอบด้วย โปรตีน รวมกับกรดดีออกซีไรโบนิคลีอิค ( deoxyribonucleic acid) หรือเรียกว่า DNA เป็นสารพันธุกรรม ที่ควบคุมลักษณะของสิ่งมีชีวิต เส้นใยโครมาตินมีคุณสมบัติติดสีได้ดี ทำให้เห็นนิวเคลียสได้ชัดเจน
ในการย้อมสี โครมาทินจะติดสีแตกต่างกัน ส่วนที่ติดสีเข้มจะเป็นส่วนที่ไม่มีจีน (Gene) อยู่เลย หรือมีก็น้อยมาก เรียกว่า เฮเทอโรโครมาทิน ( Heterochromatin)
ส่วนที่ย้อมติดสีจาง เรียกว่า ยูโครมาทิน ( Euchromatin) ซึ่งเป็นที่อยู่ของจีน ในขณะที่เซลล์กำลังแบ่งตัว ส่วนของโครโมโซมจะหดสั้นเข้าและมีลักษณะเป็นแท่งเรียกว่า โครโมโซม ( Chromosome) และโครโมโซมจะจำลองตัวเองเป็นเส้นคู่ เรียกว่า โครมาทิด (Chromatid) โครโมโซมของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดจะมีจำนวนแน่นอน เช่น ของคนมี 23 คู่ ( 46 แท่ง ) แมลงหวี่ 4 คู่ ( 8 แท่ง) แมว 19 คู่ ( 38 แท่ง) หมู 20 คู่ ( 40 แท่ง) มะละกอ 9 คู่ ( 18 แท่ง) กาแฟ 22 คู่ ( 44 แท่ง) โครโมโซมมีหน้าที่ควบคุมกิจกรรมค่าง ๆ ของเซลล์และควบคุมการถ่ายทอด ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทั่วไป เช่น หมู่เลือด สีตา สีผิว ความสูง และการเกิดรูปร่าง ของสิ่งมีชีวิต เป็นต้น
3. นิวคลีโอรัส ( Nucleolus) เป็นส่วนของนิวเคลียส ที่มีลักษณะเป็นก้อนอนุภาคหนาทึบ ค้นพบโดยฟอนตานา ( Fontana ) เมี่อปี ค.ศ. 1781 ( พ.ศ. 2224) นิวคลีโอลัสพบเฉพาะเซลล์ของพวกยูคาริโอตเท่านั้น เซลล์อสุจิ เซลล์เม็ดเลือดแดง ที่เจริญเติบโตเต็มที่ ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม และเซลล์ไฟเบอร์ของกล้ามเนื้อ จะไม่มีนิวคลีโอลัส นิวคลีโอลัส เป็นตำแหน่งที่ติดสีเคมี บนไครโมโซม ประกอบด้วยสารประเภท DNA TNA ซึ่งทำหน้าที่เกี่ยวข้องกับ กลไกการสร้างโปรตีน
ซึ่งนิวคลีโอรัส ประกอบด้วย โปรตีน และ RNA โดยโปรตีนเป็นชนิดฟอสโฟโปรตีน (Phosphoprotein) จะไม่พบโปรตีนฮิสโตนเลย ในเซลล์ที่มีกิจกกรรมสูง จะมีนิวคลีโอลัสขนาดใหญ่ ส่วนเซลล์ที่มีกิจกรรมต่ำ จะมีนิวคลีโอลัวขนาดเล็ก นิวคลีโอลัสมีหน้าที่ในการสังเคราะห์ RNA ชนิดต่างๆ และถูกนำออกทางรูของเยื่อหุ้มนิวเคลียส เพื่อสร้างเป็นไรโบโซมต่อไป ดังนั้น นิวคลีโอลัส จึงมีความสำคัญต่อการสร้างโปรตีน เป็นอย่างมาก เนื่องจากไรโบโซมทำหน้าที่สร้างโปรตีน
ไซโตพลาสซึม เป็นส่วนที่อยู่ในเซลล์ทั้งหมด ยกเว้นนิวเคลียส ไซโตพลาสซึม เป็นของเหลว มีความข้นโปร่งแสง ประกอบด้วย น้ำประมาณ 75 - 90 เปอร์เซ็นต์ ที่เหลือเป็นสารชนิดอื่น เช่น โปรตีน คาร์โบไฮเดรท ไขมัน และสารอนินทรีย์ที่อยู่ในรูปสารละลาย ส่วนสารอินทรีย์ มักอยู่ในรูปของคอลลอยด์ (colloid) หน้าที่ของไซโตพลาสซึม ได้แก่
• เป็นบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาเคมีของเซลล์
• สลายวัตถุดิบเพื่อให้ได้พลังงานและสิ่งที่จำเป็นสำหรับเซลล์
• สังเคราะห์สารที่จำเป็นสำหรับเซลล์
• เป็นที่เก็บสะสมวัตถุดิบสำหรับเซลล์
เกี่ยวข้องกับกระบวนการขับถ่ายของเสียของเซลล์
ไซโตสเกลเลตัน ( Cytoskeleton ) อยู่ภายในไซโตพลาสซึมประกอบด้วย
1. ไมโครฟิลาเมนต์ ( Microfilament ) เป็นเส้นใยโปรตีนขนาดเล็ก
• ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของเซลล์
• ควบคุมการทำงานของเซลล์กล้ามเนื้อ การหดตัวของเซลล์ ทำให้สามารถเคลื่อนไหวส่วนต่างๆ ได้
2. ไมโครทูบูล ( Microtubule) เป็นเส้นใยเล็กๆ เป็นท่อกลวงตรงกลาง ประกอบด้วยโปรตีน เป็นโครงสร้างที่กระจายอยู่ทั่วไปภายในเซลล์ และเป็นส่วนประกอบโครงสร้างของ ซีเลีย และแฟคเจลลัม ซึ่งเป็นออร์แกแนลส์ ที่ช่วยในการเคลื่อนไหวของสิ่งมีชีวิตเซลเดียว
ไลโซโซม ( lysosome) พบครั้งแรกโดย คริสเตียน เดอ ดูฟ ( Christain de Duve) เมื่อปี พ.ศ. 2495 โดยดูจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน คล้ายถุงลม รูปร่างกลมรี เส้นผ่านศูนย์กลาง ประมาณ 0.15-0.8 ไมครอน พบเฉพาะในเซลล์สัตว์เท่านั้น มักพบใกล้กับกอลจิบอดี ไลโซโซม ยังเป็นส่วนสำคัญ ในการย่อยสลาย องค์ประกอบของเซลล์ หลังจากเซลล์ตาย โดยพบมาก ในฟาโกไซทิกเซลล์ ( phagocytic cell) เช่น เซลล์เม็ดเลือดขาว และเซลล์นระบบเรติคูโล เอนโดทีเลียม ( reticuloendothelial system) เช่น ตับ ม้าม นอกจากนี้ ยังพบไลโซโซม จำนวนมาก ในเซลล์ที่ได้รับบาดเจ็บ หรือมีการสลายตัวเอง เช่น เซลล์ส่วนหาง ของลูกอ๊อด เป็นต้น ไลโซโซม มีเอนไซน์หลายชนิด จึงสามารถย่อยสลาย สารต่างๆ ภายในเซลล์ได้ดี
เป็นออร์แกแนลล์ ที่มีเมมเบรนห่อหุ้ม เพียงชั้นเดียว ซึ่งไม่ยอมให้เอนไซม์ต่างๆ ผ่านออก แต่เป็นเยื่อที่สลายตัว หรือรั่วได้ง่าย เมอื่เกิดการอักเสบของเนื้อเยื่อ หรือขณะที่มีการเจริญเติบโต เยื่อหุ้มนี้มีความทนทาน ต่อปฏิกิริยาการย่อยของเอนไซม์ ที่อยู่ภายในได้ เอนไซม์ที่อยู่ในถุงของไลโซโซมนี้ เชื่อกันว่าเกิดจากไลโซโซม ที่อยู่บน RER สร้างเอนไซม์ขึ้น แล้วส่งผ่านไปยังกอลจิบอดี แล้วหลุดเป็นถุงออกมา
ไลโซโซม มีหน้าที่สำคัญ คือ
• ย่อยสลายอนุภาค และโมเลกุลของสารอาหาร ภายในเซลล์
• ย่อย หรือทำลายเชื้อโรค และสิ่งแปลกปลอมต่างๆ ที่เข้าสู่ร่างกายหรือเซลล์ เช่น เซลล์เม็ดเลือดขาวกิน และย่อยสลายเซลล์แบคทีเรีย
• ทำลายเซลล์ที่ตายแล้ว หรือเซลล์ที่มีอายุมาก โดยเยื่อของไลโซโซม จะฉีกขาดได้ง่าย แล้วปล่อยเอนไซม์ออกมา ย่อยสลายเซลล์ดังกล่าว
• ย่อยสลายโครงสร้างต่างๆ ของเซลล์ ์ในระยะที่เซลล์มีการเปลี่ยนแปลง และมีเมตามอร์โฟซีส ( metamorphosis) เช่น ในเซลล์ส่วนหางของลูกอ๊อด
ไลโซโซม แบ่งออกเป็น 4 ชนิด
• ไลโซโซมระยะแรก ( primary lysosome) มีน้ำย่อยที่สังเคราะห ์มาจากไรโบโซม และเก็บไว้ในกอลจิบอดี แล้วหลุดออกมาเป็นถุง
• ไลโซโซมระยะที่ 2 (secondary lysosome) เกิดจากไลโซโซมระยะแรก รวมตัวกับสิ่งแปลกปลอม ที่เข้ามาในเซลล์ โดยวิธีฟาโกไซโตซิส ( phagocytic) หรือ พิโนไซโตซิส ( phagocytosis) แล้วมีการย่อยต่อไป
• เรซิดวล บอดี ( residual body) เป็นส่วนที่เกิดจากการย่อยอาหาร ในไลโซโซมระยะที่สองไม่สมบูรณ์ มีกากอาหารเหลืออยู่ ในเซลล์บางชนิด เช่น อะมีบา โปรโตซัว จะขับกากอาหารออก ทางเยื่อหุ้มเซลล์ โดยวิธีเอกโซไซโตซิส ( exocytosis) หรือในเซลล์บางชนิด อาจสะสมไว้เป็นเวลานาน ซึ่งสามารถใช้บอกอายุของเซลล์ได้ เช่น รงควัตถุที่สะสมไว ้ในเซลล์ประสาท ของสัตว์ที่มีอายุมาก
• ออโตฟาจิก แวคิวโอ หรือ ออโตฟาโกโซม ( autophagic vacuole or autophagosome) เป็นไลโซโซม ที่เกิดในกรณีพิเศษ เนื่องจากกินส่วนต่างๆ ของเซลล์ตัวเอง เช่น ไมโตคอนเดรีย ร่างแหเอนโดปลาสซึม พบมากในเซลล์ตับ
เพอรอกซิโซม ( Peroxisome) หรือไมโครบอดี ( microbodies) เป็นออร์แกเนลล์ขนาดเล็ก ที่มีเยื่อหุ้มชั้นเดียว รูปร่างคล้ายไลโซโซม แต่สามารถแบ่งตัวได้เอง คล้ายกับไมโทคอนเดรีย และคลอโรพลาสต์ ภายในประกอบด้วย เอนไซม์หลายชนิด ที่มีหน้าที่สำคัญ ในกระบวนการเมตาบอลิสม์ ของกรดไขมัน เพอรอกซิโซมจะหลั่งเอนไซม์ชื่อ คะตะเลส ( Catalase) มาย่อยไฮโดรเจนเพอรอกไซด์ (Hydrpgen peroxide) ซึ่งเป็นพิษต่อเซลล์ ให้กลายเป็นโมเลกุลน้ำ ในพืชเพอรอกซิโซม มีบทบาทสำคัญ คือ เปลี่ยนกรดไขมัน ที่สะสมอยู่ในเมล็ดพืช ให้เป็นคาร์โบไฮเดรต สำหรับใช้เป็นแหล่งพลังงาน ในการงอกของเมล็ด โดยผ่านวัฏจักรไกลออกซิเลท ( Glyoxylate cycle)
เป็นโครงสร้าง ที่เล็กกว่าไรโซโซม และมีจำนวนน้อย มักพบมากในตับและไต ข้างในบรรจุเอนไซม ์ที่เกี่ยวข้อง กับการสังเคราะห์ไฮโดรเจน เปอร์ออกไซด์ ( hydrogen peroxide) และประมาณ 40% เป็นเอนไซม์คะตะเลส ( catalase) เพอรอกซิโซม จะทำงานได้ดี ในขบวนการเมตาโบลิซึมของไขมัน และเกี่ยวกับการกำจัดสารพิษ เช่น เอทานอล ( ethanol)
ไมโตคอนเดรีย เป็นออร์แกเนลล์ ที่พบเฉพาะในเซลล์ ของยูคารีโอต ที่ใช้ออกซิเจน ในการหายใจเท่านั้น ในระยะแรกที่พบ ตั้งชื่อออร์แกเนลล์นี้หลายชื่อ เช่น คอนดริโอโซม ( chondriosome) ไบโอบลาสต์ ( bioblast) จนกระทั่ง พ.ศ. 2440 เบนดา (benda) ได้เรียกว่า ไมโตคอนเดรีย
รูปร่างของไมโตคอนเดรีย เป็นก้อนกลม หรือก้อนรีๆ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 0.5-1.0 ไมครอน ความยาวประมาณ 5-10 ไมครอน หรือยาวมากกว่า มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ซึ่งเป็นชนิดยูนิตเมมเบรน เยื่อชั้นในมีลักษณะเป็นท่อ หรือเยื่อที่พับทบกันอยู่ เรียกว่า ครีสตี ( cristae) ท่อนี้ยื่นเข้าไปในส่วนของเมทริกซ์ ( matrix) ที่เป็นของเหลว ของสารประกอบหลายชนิด
ไมโตคอนเดรีย พบในยูคารีโอตเกือบทุกชนิด ยกเว้นเซลล์บางชนิด เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดง โดยเซลล์แต่ละเซลล์ มีจำนวนไมโตคอนเดรียไม่เท่ากัน โดยทั่วไป พบไมโตคอนเดรียมาก ในเซลล์ที่มี อัตราเมตาโบลิซึมสูง เช่น เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ เซลล์ต่อม เซลล์ที่กำลังเจริญเติบโต เป็นต้น
หน้าที่
1. สร้างสารให้พลังงานสูง คือ ATP (Adenosine triphosphate) โดยแยกเป็น 2 ส่วน คือ
• เยื่อหุ้มด้านนอก ทำหน้าที่เกี่ยวข้อง กับการสร้างสารประกอบ ฟอสโฟลิปิด
• เยื่อหุ้มด้านใน มีเอนไซม์เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ ATP
2. ภายในเมทริกซ์มีของเหลว ที่ทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ ซึ่งเกี่ยวข้อง กับปฏิกิริยาเคมี ต่างๆ ในวัฏจักรเครปส์ ( Krebs cycle)
3. มี DNA (Deoxyribonucleic acid) RNA (Ribonucleic acid) เอนไซม์ และไรโบโซม อยู่ภายในออร์แกเนลล์ ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีนขึ้น ภายในออร์แกเนลล์
เวสิเคิล ( Vesicle) ภายในเซลล์มี เวสิเคิล ซึ่งมีลักษณะ คล้ายถุงกลมขนาดเล็ก กระจายอยู่ทั่วไป เวสิเคิล ทำหน้าที่แตกต่างกันออกไป ขึ้นกับสารที่บรรจุอยู่ ในเวสิเคิลนั้น เวสิเคิลบางชนิดในเซลล์สัตว์ เช่น ไลโซโซม ( Lysosome) มีเอนไซม์ต่างๆ อยู่ ภายใน เอนไซม์เหล่าน ี้สามารถย่อยสารได้หลายอย่าง เช่น คาร์โบไฮเดรต ลิพิด โปรตีนและสารอื่นๆ ทำให้มีการย่อยสารต่างๆ ภายในเซลล์ นอกจากนี้ยัง สามารถย่อยเชื้อโรคต่างๆ หรือสิ่งแปลกปลอมที่เข้าสู่เซลล์ เช่น การย่อยเชื้อโรค ของเซลล์เม็ดเลือดขาว เป็นต้น
ความแตกต่างของ Lysosome, Vesicle, และ Vacuole
Vacuole เป็นออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม ภายใน Vacuole อาจจะเป็นอาหาร , น้ำ , เอนไซม์ , หรือสารอื่นๆ ส่วน Vesicle คือ Vacuole ขนาดเล็กๆ จะเห็นได้จากประโยค ที่ว่า " Vesicles is a term given for very small vacuoles."
ตัวอย่าง Vacuole คือ Food vacuole ซึ่งภายใน จะมีอาหาร ที่เซลล์สามารถนำมาใช้ได้ โดยจะทำการย่อยสลาย โดยอาศัยเอนไซม์จาก Lysosome ( ซึ่งไลโซโซม จะเกิดจากการ budding จาก Golgi body), Contractile vacuole ซึ่งเป็น Vacuole ชนิดพิเศษ ทำหน้าที่ปั๊มน้ำออกจากเซลล ์เพื่อไม่ให้เซลล์แตก เนื่องจากการมีน้ำมากเกินไป พบในเซลล์สิ่งมีชีวิตบางชนิด
กอลจิบอดี ( golgi body) มีชื่อเรียกที่แตกต่างกัน หลายอย่าง คือ กอลจิ คอมเพล็กซ์ ( golgi complex) กอลจิ แอพพาราตัส ( golgi apparatus) ดิกไทโอโซม (dictyosome) เป็นออร์แกเนลล์ ที่ตั้งขึ้นตามชื่อของ คามิลโล กอลจิ ( camillo golgi) นักชีววิทยาชาวอิตาเลียน ในปี พ.ศ. 2423 โดยศึกษาจากเซลล์ประสาท และพบออร์แกเนนล์นี้ ต่อมาเมื่อมี กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จึงพบและยืนยันว่าออร์แกเนลล์นี้มีจริง ในปี พ.ศ. 2499
กอลจิบอดี มีรูปร่างเป็นลักษณะคล้ายชามซึ่งเรียกว่า ซิสเทอร์นา ( cisterna หรือ flattened sac) เป็นถุงแบนๆ หรือเป็นท่อเรียงซ้อนกัน เป็นชั้นๆ มีจำนวนไม่แน่นอน มีประมาณ 5-10 ชั้น มักพบ 2-8 อัน ตรงปลายของถุงมักโป่งออก ถุงเหล่านี้มีผนัง 2 ชั้น หรือยูนิตเมมเบรนเหมือนๆ กับเยื่อหุ้มนิวเคลียส และเยื่อหุ้มเซลล์ และมีโครงสร้างคล้าย SER ภายในถุงมีของเหลวบรรจุอยู่ โดยทั่วไป จะพบในเซลล์สัตว์ ์มีกระดูกสันหลัง มากกว่าสัตว ์ไม่มีกระดูกสันหลัง
รูปร่างของกอลจิบอดี จะเปลี่ยนอยู่เสมอ เป็นเพราะบางส่วนเจริญเติบโต บางส่วนจะหด และหายไป ด้านที่มีการเจริญเติบโต จะสร้างตัวเองโดย มีการรวมตัวของเวสิเคล จากเอนโดพลาสมิก เรทิคิวลัม กับซิสเทอร์น่า ทำให้ขนาด ของซิสเทอร์น่า แต่ละอันเพิ่มขึ้น และในบริเวณช่องว่าง ของซิสเทอร์น่า จะเปลี่ยนแปลง รูปร่างของสารใหม่ต่างๆ ที่กอลจิบอดี ดูดซึมเอาไว ้ให้เป็นสารอื่นได้ ที่ด้านตรงกันข้าม ของกอลจิบอด ีเป็นด้านที่มีการปลดปล่อยสาร ส่วนเวสิเคิลอื่น ซึ่งมีสารใหม่ต่างๆ อยู่จะถูกขับออกมา บางส่วนของเวสิเคิล เหล่านี้จะรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์ ที่อยู่ติดกับผนังเซลล์ ทำให้ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิว ของเยื่อหุ้มเซลล์ ในเวสิเคลแต่ละอันนั้น จะมีสารประกอบ โพลีแซคคาไรด์ ซึ่งเป็นสารสนับสนุน การเจริญเติบโต ของผนังเซลล ์และเยื่อหุ้มเซลล์
หน้าที่
• เก็บสะสมสาร ที่เซลล์สร้างขึ้น ก่อนที่จะปล่อยออกนอกเซลล์ ซึ่งสารส่วนใหญ่ เป็นสารโปรตีน มีการจัดเรียงตัว หรือจัดสภาพใหม่ ให้เหมาะกับสภาพของการใช้งาน
• กอลจิ บอดี เกี่ยวข้องกับ การสร้างอะโครโซม ( acrosome) ซึ่งอยู่ที่ส่วนหัวของสเปิร์ม โดยทำหน้าที่เจาะไข่ เมื่อเกิดปฏิสนธิ ในอะโครโซมจะมีน้ำย่อย ช่วยสลายเยื่อหุ้มเซลล์ไข่
• เกี่ยวข้องกับ การสร้างนีมาโทซิส ( nematocyst) ของไฮดร้า
• ทำหน้าที่เกี่ยวกับ การสร้างเมือกทั้งในพืช และสัตว์ ในพืชกอลจิบอด ทำหน้าที่สร้างเมือก บริเวณหมวกราก ( root cap) เพื่อให้รากชอนไชในดิน ได้สะดวกยิ่งขึ้น ส่วนในสัตว์ เนื้อเยื่อบุผนังลำไส ้บุกระเพาะอาหาร สร้างเยื่อเมือกฉาบบริเวณผิว เพื่อป้องกันการย่อยของเอนไซม์ ในกระเพาะอาหาร และลำไส้ย่อยตัวกระเพาะ หรือลำไส้เอง
• ทำหน้าที่ขับสารประกอบต่างๆ เช่น ลิปิด ฮอร์โมน เอนไซม์ที่ส่วนต่างๆ ของเซลล์ สร้างขึ้นออกทางเยื่อหุ้มเซลล์
• ในพืช ทำหน้าที่เกี่ยวกับ การสร้างผนังเซลล์ ขึ้นมาใหม่ ในช่วงปลายของการแบ่งเซลล์ เมื่อจะสร้างเซลล์เพลท ( cell plate) กอลจิบอดีจะมารวมกัน และสร้างถุงเล็กๆ มากมาย
เยื่อหุ้มเซลล์ เป็นเยื่อหุ้มที่อยู่ชิดกับผนังเซลล์ อาจจะมีลักษณะเรียบ (smooth) หรืออาจจะพับไปมา เพื่อขยายขนาด เยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์ เรียกว่า mesosomes มีหน้าที่ควบคุม การเข้าออกของน้ำ สารอาหาร และอิออนโลหะต่างๆ เป็นตัวแสดงขอบเขตของเซลล์ เซลล์ทุกชนิดต้องมีเยื่อหุ้มเซลล์
เยื่อหุ้มเซลล์เป็นเยื่อบางๆ ประกอบด้วนสารประกอบสองชนิด คือ ไขมันชนิดฟอสโฟลิปิด กับโปรตีน โดยมฟอสโฟลิปิดอยู่ตรงกลาง 2 ข้างเป็นโปรตีน โดยมีไขมันหนาประมาณ 35 อังสตรอม และโปรตีนข้างละ 20 อังสตรอม รวมทั้งหมดหนา 75 อังสตรอม ลักษณะที่แสดงส่วนประกอบ ของเยื่อหุ้มเซลล์นี้ ต้องส่องดู ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จึงจะเห็นได้
สารที่เป็นไลปิด หรือสารที่ละลายในไลปิด สามารถผ่านเข้าออก ได้ง่ายกว่าสารอื่นๆ นอกจากนี้ เยื่อหุ้มเซลล์ยังมีรูพรุน ที่ยอมให้สารโมเลกุลเล็ก ประมาณ 8 อังสตรอม รวมทั้งอิออนบางอย่าง ที่ละลายน้ำผ่านได้ดี
สำหรับการจัดเรียงตัว ของเยื่อหุ้มเซลล์ มีอยู่หลายทฤษฎี ซึ่งในปัจจุบัน ก็ยังไม่สามารถ สรุปได้แน่นอน โดยมีทฤษฎีดังนี้
• โครงสร้างเม็ดเลือดแดง ของกอร์เตอร์ และเกรนเดล ( Gorter and Grende )ในปี พ.ศ. 2468 ประกอบด้วย ชั้นของไขมันเรียงกัน 2 ชั้น
• เยื่อหุ้มเซลล์ตามความเห็น ของแดเนียลและฮาร์วีย์ ( Daniell and Harvey) ในปี พ.ศ. 2478 ประกอบด้วยชั้นไขมัน และโปรตีน 2 ชั้น
• เยื่อหุ้มเซลล์ตามทฤษฎี ของแดเนียลและดาฟสัน ( Daniell-Davson) ในปี พ.ศ. 2478 ประกอบด้วย ชั้นของไขมันเรียงกัน 2 แถว โดยด้านที่มีประจุหันออกด้านนอก ส่วนโปรตีนมีลักษณะ เป็นก้อนกลมหุ้ม ทั้งด้านบน และด้านล่างของชั้นไขมัน
• พ.ศ. 2515 ซิงเกอร์และนิโคลสัน ( Singer and Nicholson) ได้เสนอโครงสร้างแบบฟลูอิดโมเสด ( Fluid mosaic model) ที่เป็นโครงสร้างของไขมัน เรียงตัวอยู่ 2 ชั้นห่างๆกัน และไม่อยู่กับที่ มีการเคลื่อนที่ไปมาได้ และมีโมเลกุลของโปรตีนอยู่ข้างๆ หรืออาจซ้อนอยู่ระหว่างโมเลกุลของไขมัน ซึ่งโครงสร้างในลักษณะนี้ มีความแตกต่าง จากโครงสร้างของแนวความคิดอื่นๆ
เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่ ห่อหุ้มส่วนที่อยู่ภายในทั้งหมด และเป็นเยื่อเลือกผ่าน (Semipermeable membrane หรือ differentially permeable membrane) ดังนั้นจึงทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนสาร ระหว่างเซลล์และสิ่งที่อยู่โดยรอบ รวมทั้งการกระจายประจุไฟฟ้า จนทำให้เกิด ความต่างศักย์ไฟฟ้าขึ้นได้ ระหว่างภายในเซลล์ และนอกเซลล์
สารเคลือบเซลล์ ( cell coat) โดยทั่วไป เซลล์จะมีสารเคลือบ เยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอก อีกชั้นหนึ่ง สารเหล่านี้ ไซโตปลาสซึมเป็นตัวสร้างขึ้นมา ในเซลล์สัตว์มีสารเคลือบ พวกไกลโคโปรตีน ( glycoprotein) คือ เป็นสารประกอบ ของคาร์โบไฮเดรตและโปรตีน สารเคลือบเซลล์ในเซลล์ แต่ละชนิดของสัตว์จะต่างกัน แต่สารเคลือบเซลล์ ทำหน้าที่อย่างเดียวกัน คือทำให้เซลล์เหล่านั้น รวมกลุ่มกันได้เป็นเนื้อเยื่อ อวัยวะ และระบบอวัยวะมากที่สุด บางครั้งเซลล์อาจผิดปกติ มีการแบ่งตัวเร็วเกินไป เพราะสารเคลือบเซลล์ผิดปกติ จนกลายเป็นมะเร็ง ซึ่งร่างกายควบคุมไม่ได้
ในพืชมีสารเคลือบต่างๆ เช่น ลิกนิน ( lignin) เซลลูโลส คิวติน ( cutin) ซูเบอริน (suberin) เพคติน ทำให้เกิดเป็นผนังเซลล์ที่ไร้ชีวิต อยู่ชั้นนอกของเยื่อหุ้มเซลล์ โดยมีเซลลูโลส เป็นแกนนำสำคัญ ของผนังเซลล์พืชทุกชนิด และมีสารอื่นๆ ปะปนอยู่
เอนโดพลาสมิก เรติคูลัม ( endoplasmic reticulum : ER) เป็นออร์แกเนล ที่มีผนังบาง 2 ชั้น มีความหนาน้อยกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ มีลักษณะ เป็นท่อขดพับไปมา เป็นออร์แกเนล ที่เกี่ยวข้องกับ การสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งไรโบโซม จะเกาะทางด้าน ไซโตซอลของเยื่อหุ้ม โปรตีนถูกสังเคราะห์ ข้ามเยื่อหุ้ม ของเอนโดพลาสมิก เรทิคิวลัม นอกจากจะเป็น ที่ให้ไรโบโซมเกาะอยู่แล้ว ยังทำหน้าท ี่สังเคราะห์สาร ( sterols) และ phospholipids เป็นสารที่จำเป็น ของทุกๆเยื่อหุ้ม เอนโดพลาสมิก เรทิคิวลัม ยังทำหน้าที่ ี่ขนถ่ายเอนไซม์ และโปรตีนโมเลกุล เรียกว่า การหลั่งสาร หรือกระบวนการขับสาร ออกนอกเซลล์ ( secetion) ประกอบด้วย โครงสร้างระบบท่อ ที่มีการเชื่อมประสานกัน ทั้งเซลล์ส่วนของท่อยังติดต่อ กับเยื่อหุ้มเซลล์ เยื่อหุ้มนิวเคลียส และกอลจิบอดีด้วย ภายในท่อมีของเหลวซึ่งเรียกว่า ไฮยาโลพลาซึม (hyaloplasm) บรรจุอยู่ และพบในยฝุคารีโอตเท่านั้น ER แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ
1. เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดขรุขระ (rough endoplasmic reticulum : RER) เป็นชนิดที่มี ไรโบโซมเกาะ
หน้าที่
• การสังเคราะห์โปรตีน ของไรโบโซมที่เกาะอยู่ โดยมีกอลจิบอดี ( golgi body)
• เป็นตัวสะสม หรือทำให้มีขนาดพอเหมาะ ที่ส่งออกนอกเซลล์
• ลำเลียงสาร ซึ่งได้แก่ โปรตีน ที่สร้างได้ และสารอื่นๆ เช่น ลิพิดชนิดต่างๆ
ในเซลล์ที่เกิดใหม่ พบว่ามี RER มากกว่า SER แต่เมื่เซลล์มีอายุมากขึ้น พบว่า SER มากกว่า RER เชื่อกันว่า RER จะเปลี่ยนเป็น SER เมื่อเซลล์มีอายุมากขึ้น
2. เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดเรียบ (smooth endoplasmic reticulum : SER) เป็นชนิดที่ไม่มี ไรโบโซมเกาะ พบมากในเซลล ์ที่มีหน้าที่กำจัดสารพิษ และสร้างสารสเตอรอยด์ จึงพบในเซลล์ที่ต่อมหมวกไต เซลล์แทรกของเลย์ดิกในอัณฑะ เซลล์รังไข่ และในเซลล์ของตับ และยังทำหน้าที่ คือ ลำเลียงสารต่างๆ เช่น RNA ลิพิด โปรตีน
เนื่องจากผนังของ ER ยอมให้สารประกอบโมเลกุลใหญ่บางชนิด รวมทั้ง ลิปิด เอนไซม์ และโปรตีนผ่านเข้าออกได้ จึงเป็นทางผ่านของสาร และเกลือแร่เข้าไปกระจายทั่วเซลล์ รวมทั้งสารต่างๆ ยังอาจสะสมไว้ใน ER อีกด้วย และการขับของเสีย ออกจากเซลล์ โดยผ่านทาง ER เรียกว่า เอกโซไซโทซิส ( exocytosis)
