วิทยาศาสตร์

องค์ประกอบของเซลล์พืช

-คลอโรพลาสต์ ( chloroplaast) เป็นพลาสติด ที่มีสีเขียว พบเฉพาะในเซลล์พืช และสาหร่าย เกือบทุกชนิด พลาสติคมีเยื่อหุ้มสองชั้น ภายในโครงสร้างพลาสติค จะมีเม็ดสี หรือรงควัตถุบรรจุอยู่ ถ้ามีเม็ดสีคลอโรฟิลล์ ( chlorophyll) เรียกว่า คลอโรพลาสต์ ถ้ามีเม็ดสีชนิดอื่นๆ เช่น แคโรทีนอยด์ เรียกว่า โครโมพลาส ถ้าพลาสติคนั้นไม่มีเม็ดสี เรียกว่า ลิวโคพลาสต์ ( leucoplast) ทำหน้าที่ เป็นแหล่งเก็บสะสมโปรตีน หรือเก็บสะสมแป้ง ที่เรียกว่า เม็ดสี ( starch grains) เรียกว่า amyloplast

ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารคลอโรฟิลล์ ภายในคลอโรพลาสต ์ประกอบด้วย

ส่วนที่เป็นของเหลว เรียกว่า สโตรมา ( stroma) มีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง กับการสังเคราะห์ด้วยแสง แบบที่ไม่ต้องใช้แสง ( dark reaction) มี DNA RNA และไรโบโซม และเอนไซม์อีกหลายชนิด ปะปนกันอยู่

ในของเหลวเป็นเยื่อลักษณะคล้ายเหรียญ ที่เรียงซ้อนกันอยู่ เรียกว่า กรานา (grana) ระหว่างกรานา จะมีเยื่อเมมเบรน เชื่อมให้กรานาติดต่อถึงกัน เรียกว่า อิกเตอร์กรานา ( intergrana) หน่วยย่อย ซึ่งเปรียบเสมือน เหรียญแต่ละอัน เรียกเหรียญแต่ละอันว่า กรานาลาเมลลา ( grana lamella) หรือ กรานาไทลาคอยด์ ( grana thylakoid) ไทลาคอยด์ในตั้งเดียวกัน ส่วนที่เชื่อมติดกัน เรียกว่า สโตรมา ไทลาคอยด์ (stroma thylakoid) ไม่มีทางติดต่อกันได้ แต่อาจติดกับไทลาคอยด์ในตั้งอื่น หรือกรานาอื่นได้

ทั้งกรานา และอินเตอร์กรานา เป็นที่อยู่ของคลอโรฟิลล์ รงควัตถุอื่นๆ และพวกเอนไซม์ ที่เกี่ยวข้อง กับการสังเคราะห์ด้วยแสง แบบที่ต้องใช้แสง ( light reaction) บรรจุอยู่ หน้าที่สำคัญ ของคลอโรพลาส คือ การสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) โดยแสงสีแดง และแสงสีน้ำเงิน เหมาะสม ต่อการสังเคราะห์ ด้วยแสงมากที่สุด

-ผนังเซลล์ เป็นเยื่อหนา หุ้มอยู่ชั้นนอก ของเยื่อหุ้มเซลลื ผนังเซลล์น ี้โปรโตปลาสซึมสร้างขึ้นมา เพื่อเพิ่มความแข็งแรง พบในแบคทีเรีย เห็ดรา สาหร่าย พืชชนิดต่างๆ

ในแบคทีเรีย ผนังเซลล์มีโพลีแซคคาไรด์เป็นแกน และมีโปรตีน กับไขมันยึดเกาะ ชั้นที่ให้ความแข็งแรง และอยู่ชั้นในสุด เรียกว่า ชั้นมิวรีน หรือเปปติโดไกลแคน (murein หรือ peptidoglycan)

เห็ดรา ผนังเซลล์เป็นพวกไคติน ( chitin) ซึ่งเป็นสารประกอบ ชนิดเดียวกันกับเปลือกกุ้ง บางครั้งอาจพบว่า มีเซลลูโลสปนอยู่ด้วย

สาหร่าย ผนังเซลล์ประกอบด้วยเพคติน ( pectin) เป็นส่วนใหญ่ และมีเซลลูโลสประกอบอยู่ด้วย

ในพืช ผนังเซลล์ ประกอบด้วย เซลลูโลส และสารประกอบเพคติก เช่น แคลเซียมเพคเตด เป็นต้น ผนังเซลล์พืชที่อยู่ติดๆ กัน ถึงแม้จะหนา และแข็งแรง แต่ก็มีช่องทางติดต่อกันได้ เป็นทางติดต่อของไซโตปลาสซึมทั้ง 2 เซลล์ ที่เรียกว่า พลาสโมเดสมาตา ( plasmodesmata)

-แวคิวโอล ( vacuole) เป็นออร์แกเนลล์ ที่มีเยื่อหุ้มชั้นเดียว มีลักษณะเป็นถุง มีเมมเบรน ซึ่งเรียกว่า โทโนพลาสต์ ( tonoplast) ห่อหุ้ม ภายในมีสารต่างๆ บรรจุอยู่ โดยทั่วไป จะพบในเซลล์พืช และสัตว์ชั้นต่ำ ในสัตว์ชั้นสูง มักไม่ค่อยพบ

แวคิวโอล ทำหน้าที่ ี่ช่วยให้เซลล์พืชดำรงค์ความมีชีวิต และยังทำหน้าที่เก็บสะสมสาร ที่เป็นอันตราย ต่อไวโตพลาสซึมของเซลล์ ในเซลล์พืชที่ยังอ่อน จะมีแวคิวโอลเล็กๆ เป็นจำนวนมาก เซลล์พืชที่เจริญเติบโต เต็มที่สมบรูณ์ แวคิวโอลจะรวมกัน มีขนาดใหญ่มากประมาณ 95 % หรือมากกว่า ี้โดยปริมาตรของแต่ละเซลล์ แบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ

•  แซป แวคิวโอล ( sap vacuole) พบเฉพาะในเซลล์พืชเท่านั้น ภายในบรรจุของเหลว ซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำ และสารละลายอื่นๆ ในเซลล์พืชที่ยังอ่อนๆอยู่ แซป แวคิวโอล จะมีขนาดเล็ก รูปร่างค่อนขางกลม แต่เมื่อเซลล์แก่ขึ้น แวคิวโอลชนิดนี้ จะมีขนาดใหญ่เกือบเต็มเซลล์ ทำให้ส่วนของนิวเคลียส และไซโทพลาสซึม ส่วนอื่นๆ ถูกดันไปอยู่ทางด้านข้าง ด้านใดด้านหนึ่งของเซลล์

•  ฟูด แวคิวโอล ( food vacuole ) พบในโพรโทซัวพวกอะมีบา และพวกที่มีขนซีเรีย นอกจากนี้ ยังพบในเซลล์เม็ดเลือดขาว และฟาโกไซทิกเซลล์ ( phagocytic cell) อื่นๆด้วย ฟูด แวคิวโอล เกิดจาการนำอาหารเข้าสู่เซลล ์หรือการกิน แบบฟาโกไซโทซิส (phagocytosis) ซึ่งอาหารนี้ จะทำการย่อย โดยน้ำย่อยจากไลโซโซมต่อไป

•  คอนแทรกไทล์ แวคิวโอล ( contractile vacuole) พบในโพรโทซัวน้ำจืดเท่านั้น เช่น อะมีบา พารามีเซียม ทำหน้าที่ขับถ่ายน้ำที่มากเกินความต้องการ และของเสียที่ละลายน้ำ ออกจากเซลล์ ์และควบคุมสมดุลน้ำ ภายในเซลล์ให้พอเหมาะด้วย

- 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 กับปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในวัฏจักรเครปส์ ( Krebs cycle)

3. มี DNA (Deoxyribonucleic acid) RNA (Ribonucleic acid) เอนไซม์ และไรโบโซม อยู่ภายในออร์แกเนลล์ ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีนขึ้น ภายในออร์แกเนลล์

-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 Grendel) 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