บ้าน ผู้ชม 4 การทำงานของไลโซโซมและไมโตคอนเดรีย ไลโซโซมและเปอร์รอกซิโซม เซลล์ไมโตคอนเดรีย หน้าที่ในเซลล์

การทำงานของไลโซโซมและไมโตคอนเดรีย ไลโซโซมและเปอร์รอกซิโซม เซลล์ไมโตคอนเดรีย หน้าที่ในเซลล์

ไลโซโซม ไมโตคอนเดรีย. พลาสติด

1. โครงสร้างและหน้าที่คืออะไร เอทีพี?
2. คุณรู้จักพลาสติดประเภทใด?

เมื่อสารอาหารต่างๆ เข้าสู่เซลล์ผ่านทางฟาโกไซโตซิสหรือพิโนไซโตซิส สารอาหารเหล่านั้นจะต้องถูกย่อย โดยที่ กระรอกจะต้องถูกย่อยเป็นกรดอะมิโนแต่ละชนิด พอลิแซ็กคาไรด์ - เป็นโมเลกุลของกลูโคสหรือฟรุกโตส ไขมัน- เป็นกลีเซอรอลและกรดไขมัน เพื่อให้การย่อยภายในเซลล์เป็นไปได้ phagocytic หรือ pinocytic vesicle จะต้องหลอมรวมกับไลโซโซม (รูปที่ 25) ไลโซโซมเป็นฟองเล็กๆ มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 0.5-1.0 ไมครอน ประกอบด้วยเอนไซม์ชุดใหญ่ที่สามารถทำลายสารอาหารได้ ไลโซโซมหนึ่งตัวสามารถประกอบด้วยเอนไซม์ที่แตกต่างกันได้ 30-50 ชนิด

เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนและการสนับสนุนวิธีการเร่งความเร็วการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมและเทคโนโลยีแบบโต้ตอบ การประเมินแบบปิด (สำหรับครูใช้เท่านั้น) ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัด การทดสอบตัวเอง เวิร์คช็อป ห้องปฏิบัติการ ระดับความยากของงาน: ปกติ สูง การบ้านโอลิมปิก ภาพประกอบ ภาพประกอบ: คลิปวิดีโอ, เสียง, ภาพถ่าย, กราฟ, ตาราง, การ์ตูน, บทคัดย่อมัลติมีเดีย, เคล็ดลับสำหรับผู้ที่อยากรู้อยากเห็น, เอกสารโกง, อารมณ์ขัน, คำอุปมา, เรื่องตลก, คำพูด, ปริศนาอักษรไขว้, คำพูด ส่วนเสริม การทดสอบอิสระภายนอก (ETT) หนังสือเรียน วันหยุดพื้นฐานและเพิ่มเติมเฉพาะเรื่อง คำขวัญ บทความ ลักษณะประจำชาติ พจนานุกรมคำศัพท์ อื่น ๆ สำหรับครูเท่านั้น

น้ำหนักของสมองสัมพันธ์กับน้ำหนักตัวอยู่ที่ประมาณ 2% แต่ในขณะเดียวกันก็ใช้กลูโคส 12-17% และออกซิเจนมากถึง 20% จากงบประมาณทั้งหมดของร่างกาย และทั้งสองอย่างจะไม่เก็บไว้ใช้ในอนาคต แต่ จะถูกนำไปใช้ทันที ออกซิเดชันของกลูโคสเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียซึ่งทำหน้าที่เป็นสถานีพลังงานของเซลล์ ยิ่งกิจกรรมของเซลล์รุนแรงมากเท่าไรก็ยิ่งมีไมโตคอนเดรียมากขึ้นเท่านั้น ในเซลล์ประสาท พวกมันจะกระจายอย่างเท่าเทียมกันในไซโตพลาสซึม แต่สามารถเคลื่อนที่ไปที่นั่นและเปลี่ยนรูปร่างได้

เส้นผ่านศูนย์กลางของไมโตคอนเดรียอยู่ระหว่าง 0.4 ถึง 1 µm โดยมีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ด้านนอกและด้านใน ซึ่งแต่ละชั้นบางกว่าเยื่อหุ้มเซลล์เล็กน้อย เยื่อหุ้มชั้นในมีส่วนยื่นคล้ายชั้นวางหรือคริสเตจำนวนมาก ต้องขอบคุณคริสเตที่ทำให้พื้นผิวการทำงานของไมโตคอนเดรียเพิ่มขึ้นอย่างมาก ภายในไมโตคอนเดรียมีของเหลวซึ่งแคลเซียมและแมกนีเซียมสะสมอยู่ในรูปของเม็ดหนาแน่น คริสเตและพื้นที่ภายในของไมโตคอนเดรียมีเอนไซม์ทางเดินหายใจซึ่งออกซิไดซ์ผลิตภัณฑ์ของไกลโคไลซิส - การสลายกลูโคสแบบไม่ใช้ออกซิเจน, สารกรดไขมันและกรดอะมิโน พลังงานที่ปล่อยออกมาของสารประกอบเหล่านี้จะถูกเก็บไว้ในโมเลกุลของกรดอะดีโนซีน ไตรฟอสฟอริก (ATP) ซึ่งก่อตัวขึ้นในไมโตคอนเดรียโดยผ่านฟอสโฟรีเลชั่นของโมเลกุลของกรดอะดีโนซีน ไดฟอสฟอริก (ADP)

ไมโตคอนเดรียมี DNA และ RNA ของตัวเอง เช่นเดียวกับไรโบโซมที่ใช้สังเคราะห์โปรตีนบางชนิด สถานการณ์เช่นนี้ทำให้สามารถเรียกออร์แกเนลล์กึ่งอิสระของไมโตคอนเดรียได้ อายุขัยของพวกมันสั้น และประมาณครึ่งหนึ่งของไมโตคอนเดรียที่มีอยู่ในเซลล์จะได้รับการต่ออายุทุกๆ 10-12 วัน ไมโตคอนเดรียใหม่ถูกสร้างขึ้นเพื่อทดแทนไมโตคอนเดรียที่ใช้ทรัพยากรจนหมดและพังทลายลง

ไลโซโซมเป็นถุงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 250-500 นาโนเมตรล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มของตัวเองซึ่งภายในประกอบด้วยโปรตีโอไลติกต่างๆ เช่น โปรตีนทำลายเอนไซม์ ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์เหล่านี้ โมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่จะถูกแบ่งออกเป็นโมเลกุลขนาดเล็กหรือแม้แต่กรดอะมิโน เอนไซม์ไลโซโซมถูกสังเคราะห์บนไรโบโซม ER จากนั้นเข้าไปในอุปกรณ์ Golgi ในถุงขนส่ง ซึ่งมักเติมส่วนประกอบของคาร์โบไฮเดรตลงไป ดังนั้นจึงแปลงเป็นไกลโคลิปิด จากนั้นเอนไซม์จะถูกบรรจุลงในเยื่อหุ้มของอุปกรณ์ Golgi และแตกหน่อจากนั้นจึงกลายเป็นไลโซโซม เอนไซม์ไฮโดรไลติกของไลโซโซมช่วยกำจัดเซลล์ที่เสื่อมสภาพหรือพังทลายของโครงสร้างไซโตพลาสซึมและเยื่อหุ้มส่วนเกินที่ไม่จำเป็น ออร์แกเนลล์ที่สึกหรอหรือเสียหายจะหลอมรวมกับไลโซโซม และถูกย่อยโดยเอนไซม์ไลโซโซม

กิจกรรมดังกล่าวมีความสำคัญเพียงใดสามารถตัดสินได้จากอาการของโรคที่นำไปสู่การสะสมของสารบางชนิดในไซโตพลาสซึมมากเกินไปเพียงเพราะพวกเขาหยุดถูกทำลายเนื่องจากขาดเอนไซม์ไลโซโซมเพียงตัวเดียว ตัวอย่างเช่น ในโรค Tay-Sachs ทางพันธุกรรม มีการขาด hexosaminidase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สลายกาแลคโตไซด์ในเซลล์ประสาท เป็นผลให้ไลโซโซมทั้งหมดอัดแน่นไปด้วยสารที่ไม่ได้ย่อยเหล่านี้ และผู้ป่วยดังกล่าวจะประสบกับความผิดปกติทางระบบประสาทอย่างรุนแรง เอนไซม์ไลโซโซมสามารถทำลายสารต่างๆ ไม่เพียงแต่มาจากภายในหรือจากภายนอกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงสารประกอบที่เจาะเซลล์จากภายนอกผ่านทางฟาโกไซโตซิสหรือพิโนไซโทซิสอีกด้วย

ไซโตสเกเลตัน

รูปร่างของเซลล์ถูกกำหนดโดยโครงข่ายของไฟบริลลาร์ เช่น โปรตีนเส้นใยซึ่งอาจเป็นหนึ่งในสามประเภท: 1) ไมโครทูบูล; 2) เส้นใยประสาท; 3) ไมโครฟิลาเมนต์ (รูปที่ 1.6) โปรตีนไฟบริลลาร์ถูกประกอบขึ้นจากหน่วยที่ซ้ำกัน - โมโนเมอร์ หากเราแสดงโมโนเมอร์ด้วยตัวอักษร M โครงสร้างของโปรตีนไฟบริลลาร์ก็จะง่ายขึ้นเป็น M-M-M-M-M... ดังนั้นไมโครทูบูลจึงถูกประกอบจากโมเลกุลของทูบูลิน ไมโครฟิลาเมนต์จากโมเลกุลของแอคติน และการประกอบและการแยกชิ้นส่วนจะเกิดขึ้นตามความจำเป็น ในเซลล์ประสาท โปรตีนไฟบริลลาร์จำนวนมาก แต่ไม่ใช่ทั้งหมดจะมุ่งเน้นไปที่กระบวนการ - แอกซอนหรือเดนไดรต์

Microtubules เป็นองค์ประกอบที่หนาที่สุดของโครงร่างโครงกระดูกโดยมีรูปร่างเป็นทรงกระบอกกลวงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 25-28 นาโนเมตร แต่ละกระบอกสูบประกอบด้วย 13 หน่วยย่อย - โปรโตฟิลาเมนต์ แต่ละโปรโตฟิลาเมนต์ประกอบจากโมเลกุลของทูบูลิน ตำแหน่งของไมโครทูบูลในเซลล์ส่วนใหญ่จะเป็นตัวกำหนดรูปร่างของเซลล์ Microtubules ทำหน้าที่เป็นรางที่อยู่นิ่งซึ่งออร์แกเนลล์บางชนิดเคลื่อนที่: ถุงหลั่ง, ไมโตคอนเดรีย, ไลโซโซม ความเร็วของการเคลื่อนที่ในแอกซอนอาจเกิน 15 มม./ชั่วโมง การเคลื่อนย้ายแอกซอนประเภทนี้เรียกว่าเร็ว

แรงผลักดันเบื้องหลังการขนส่งที่รวดเร็วคือโปรตีนชนิดพิเศษ ไคเนซิน ซึ่งที่ปลายด้านหนึ่งของโมเลกุลเชื่อมต่อกับออร์แกเนลล์ที่กำลังถูกขนส่ง และอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับไมโครทูบูลซึ่งมันจะเลื่อนไปตามนั้น โดยใช้พลังงานของ ATP ในการเคลื่อนที่ โมเลกุล ATP มีความเกี่ยวข้องกับไมโครทูบูล และไคเนซินมีการทำงานของ ATPase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สลาย ATP

นิวโรฟิลาเมนต์นั้นเกิดจากโมโนเมอร์สายที่บิดเป็นคู่กัน การบิดสองครั้งนั้นพันรอบกันจนเกิดเป็นโปรโตฟิลาเมนต์ การบิดของโปรโตฟิลาเมนต์สองตัวคือโปรโตไฟบริล และโปรโทไฟบริลที่บิดเป็นเกลียวสามอันนั้นเป็นนิวโรฟิลาเมนต์ ซึ่งเป็นเชือกชนิดหนึ่งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 นาโนเมตร พบเส้นใยประสาทในเซลล์บ่อยกว่าโปรตีนไฟบริลลาร์อื่น ๆ โครงสร้างที่บิดยืดหยุ่นของพวกมันสร้างกรอบหลักของโครงร่างโครงร่างเซลล์

พวกเขารักษาซิลเวอร์ไนเตรตได้ดีด้วยความช่วยเหลือซึ่ง Golgi และ Ramon y Cajal ย้อมเนื้อเยื่อประสาทศึกษาและวางรากฐานสำหรับทฤษฎีประสาท ในรอยโรคสมองเสื่อมบางชนิด เช่น โรคอัลไซเมอร์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของภาวะสมองเสื่อมในวัยชรา รูปร่างของเส้นใยประสาทเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก และรวมตัวกันเป็นกลุ่มก้อนที่มีลักษณะเฉพาะของโรคอัลไซเมอร์

ไมโครฟิลาเมนต์เป็นองค์ประกอบที่บางที่สุดของโครงร่างโครงร่างของเซลล์โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 3-5 นาโนเมตร พวกมันถูกสร้างขึ้นจากโมเลกุลแอกตินทรงกลมที่ประกอบกันเหมือนลูกปัดสองเส้น โมโนเมอร์แอกตินแต่ละตัวมีโมเลกุล ATP ซึ่งเป็นพลังงานที่ทำให้เกิดการหดตัวของไมโครฟิลาเมนต์ การหดตัวดังกล่าวสามารถเปลี่ยนรูปร่างของเซลล์ แอกซอน หรือเดนไดรต์ได้

สรุป

หน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดคือเซลล์ถูกจำกัดจากสิ่งแวดล้อมโดยพลาสมาเมมเบรนซึ่งเกิดจากไขมันและโปรตีนหลายชนิดที่กำหนดความเป็นเอกเทศของเซลล์ การผ่านของสารต่าง ๆ ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์จะดำเนินการ ออกโดยกลไกการขนส่งหลายแบบ นิวเคลียสของเซลล์ประกอบด้วยข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสโดยลำดับนิวคลีโอไทด์สี่ลำดับของ DNA ข้อมูลนี้ใช้เพื่อสร้างโปรตีนที่จำเป็นสำหรับเซลล์โดยมีส่วนร่วมของ mRNA การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นกับไรโบโซม การเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมของโมเลกุลโปรตีนจะดำเนินการในห้องฉุกเฉิน เม็ดสารคัดหลั่งถูกสร้างขึ้นในอุปกรณ์ Golgi ซึ่งออกแบบมาเพื่อส่งข้อมูลไปยังเซลล์อื่น ไมโตคอนเดรียให้พลังงานที่จำเป็นแก่เซลล์ ในขณะที่ไลโซโซมจะกำจัดส่วนประกอบของเซลล์ที่ไม่จำเป็นออกไป โปรตีนจากเซลล์สร้างรูปร่างของเซลล์และมีส่วนร่วมในกลไกการขนส่งภายในเซลล์

ไลโซโซมเป็นถุงที่แยกออกจากเครื่อง Golgi และแขวนลอยอยู่ในไซโตพลาสซึม ไลโซโซมสร้างระบบย่อยอาหารภายในเซลล์ที่ช่วยให้เซลล์สามารถประมวลผล: (1) โครงสร้างเซลล์ที่เสียหาย; (2) อนุภาคของสารอาหารที่เซลล์จับ; (3) องค์ประกอบที่ไม่พึงประสงค์ เช่น แบคทีเรีย ไลโซโซมของเซลล์ที่แตกต่างกันมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ แต่โดยทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางอยู่ที่ 250-750 นาโนเมตร

ไลโซโซมล้อมรอบด้วยไขมัน bilayer ปกติและมีเม็ดขนาดเล็กจำนวนมากที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 ถึง 8 นาโนเมตร เนื้อหาของแกรนูลจะแสดงด้วยมวลรวมโปรตีนที่มีไฮโดรเลสที่แตกต่างกันประมาณ 40 ชนิด (เอนไซม์ย่อยสลาย) เอนไซม์ไฮโดรไลติกสามารถแยกสารอินทรีย์ออกเป็นสองส่วนหรือมากกว่านั้นโดยการเติมโปรตอนให้กับหนึ่งในนั้นและเติมไฮดรอกซิลไอออนเข้าไปในอีกส่วนหนึ่ง
ใช่แล้ว กระรอก ไฮโดรไลซ์ถึงกรดอะมิโน, ไกลโคเจน - ถึงกลูโคส, ไขมัน - ถึงกลีเซอรอลและกรดไขมัน

เมมเบรน ไลโซโซมตามกฎแล้วจะป้องกันไม่ให้เอนไซม์เข้าสู่ไซโตพลาสซึมโดยตรง จึงป้องกันไม่ให้เซลล์ย่อยตัวเอง อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี ความสมบูรณ์ของเยื่อไลโซโซมจะถูกทำลาย ซึ่งทำให้เอนไซม์หลุดเข้าไปในไซโตโซลได้ เอนไซม์เหล่านี้จะสลายอินทรียวัตถุที่อยู่ใกล้เคียงให้เป็นโมโนเมอร์ขนาดเล็กที่แพร่กระจายได้ง่าย เช่น กรดอะมิโนและกลูโคส ฟังก์ชันพิเศษบางประการของไลโซโซมมีดังต่อไปนี้

เพอรอกซิโซมมีลักษณะคล้ายกัน ไลโซโซมอย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างที่สำคัญสองประการ ประการแรกเชื่อกันว่าพวกมันไม่ได้ถูกสร้างขึ้นจากอุปกรณ์ Golgi แต่มาจากตาข่ายเอนโดพลาสมิกโดยการคัดลอกหรือการแตกหน่อด้วยตนเอง ประการที่สองประกอบด้วยออกซิเดสเป็นส่วนใหญ่มากกว่าไฮโดรเลส ออกซิเดสหลายชนิดสามารถเปลี่ยนออกซิเจนและโปรตอนที่ผลิตในปฏิกิริยาของเซลล์ให้เป็นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2)

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์- สารออกซิไดซ์ที่แรงซึ่งเมื่อรวมกับคาตาเลส (หนึ่งในเปอร์รอกซิโซมออกซิเดส) ถูกใช้โดยเซลล์เพื่อออกซิไดซ์สารหลายชนิดที่เป็นอันตรายต่อมัน ดังนั้นการใช้กลไกนี้เปอร์รอกซิโซมของเซลล์ตับจะทำลายปริมาตรแอลกอฮอล์ที่เข้าสู่ร่างกายประมาณครึ่งหนึ่ง

หน้าที่ที่สำคัญอย่างหนึ่งของเซลล์หลายๆ เซลล์ก็คือ การหลั่งสารบางชนิด. สารเหล่านี้เกือบทั้งหมดผลิตขึ้นด้วยความช่วยเหลือของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและอุปกรณ์กอลจิจากนั้นปล่อยโดยส่วนหลังเข้าไปในไซโตพลาสซึมในรูปแบบของสิ่งอำนวยความสะดวกในการจัดเก็บที่แปลกประหลาด - ถุงหลั่งหรือเม็ดหลั่ง ถุงเหล่านี้จะกักเก็บโปรเอนไซม์ (เอนไซม์ที่อยู่ในสถานะไม่ใช้งาน) ซึ่งต่อมาถูกปล่อยออกมาผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ออกสู่ภายนอกและเข้าสู่ท่อตับอ่อน และจากที่นั่นเข้าสู่ลำไส้เล็กส่วนต้น ซึ่งเป็นที่ที่พวกมันถูกกระตุ้นและใช้ในการย่อยอาหาร

เม็ดหลั่ง (ถุงหลั่ง) ของเซลล์ acinar ของตับอ่อน

เซลล์ไมโตคอนเดรีย

ไมโตคอนเดรียเปรียบเปรยว่า "สถานีพลังงาน" ของเซลล์ หากไม่มีสถานีเหล่านี้ เซลล์จะไม่สามารถดึงพลังงานจากสารอาหารและทำหน้าที่ของมันได้

ไมโตคอนเดรียตั้งอยู่ในทุกส่วนของไซโตพลาสซึม แต่จำนวนรวมของมันขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงานของเซลล์ที่กำหนดและมีตั้งแต่หลายหมื่นถึงหลายพันชิ้น นอกจากนี้ความหนาแน่นของการกระจายของไมโตคอนเดรียในไซโตพลาสซึมจะสูงที่สุดในภูมิภาคที่มีกิจกรรมการเผาผลาญสูงสุด ไมโตคอนเดรียสามารถมีรูปร่างและขนาดต่างกันได้ พวกมันอาจเป็นทรงกลม (มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงไม่กี่ร้อยนาโนเมตร) ยาว (ยาวประมาณ 7 ไมครอนและมีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 1 ไมครอน) รวมถึงแตกแขนงและเป็นเส้นใย

โครงสร้างพื้นฐาน ไมโตคอนเดรียจะถูกแสดงด้วยเมมเบรนสองอัน - ด้านนอกและด้านในซึ่งแต่ละอันประกอบด้วยไขมัน bilayer และโปรตีน เยื่อหุ้มชั้นในจำนวนมากทำให้เกิดส่วนยื่นที่เรียกว่า คริสเต ซึ่งเอนไซม์ออกซิเดชั่นจับตัวกัน

นอกจากนี้การกวาดล้าง ไมโตคอนเดรียเต็มไปด้วยเมทริกซ์ที่ประกอบด้วยเอนไซม์ละลายจำนวนมากซึ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการดึงพลังงานจากสารอาหาร เอนไซม์เหล่านี้ร่วมกับเอนไซม์ออกซิเดชั่นที่อยู่ในคริสเต ส่งเสริมการเกิดออกซิเดชันของสารอาหารเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ซึ่งนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์สารพลังงานสูง - อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) ATP ที่เกิดขึ้นจะย้ายจากไมโตคอนเดรียไปยังบริเวณของเซลล์ซึ่งมีความต้องการพลังงานเพื่อทำหน้าที่ใด ๆ

ไมโตคอนเดรียจัดเป็นโครงสร้างที่สามารถสืบพันธุ์ได้เอง ซึ่งหมายความว่าไมโตคอนเดรียหนึ่งตัวที่มีความต้องการพลังงาน ATP เพิ่มขึ้นสามารถแบ่งออกเป็นสอง สาม ฯลฯ การแบ่งตัวเกิดขึ้นเนื่องจากการมีโมเลกุลของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกในไมโตคอนเดรีย - เช่นเดียวกับในนิวเคลียสของเซลล์ ในไมโตคอนเดรีย DNA ทำหน้าที่คล้ายกันโดยควบคุมการสืบพันธุ์ด้วยตนเอง

วิดีโอเพื่อการศึกษา: โครงสร้างของไมโตคอนเดรียและหน้าที่ของมัน

หากคุณประสบปัญหาในการรับชม ให้ดาวน์โหลดวิดีโอจากหน้าเพจ

เนื้อหาของบทความ

เซลล์หน่วยมูลฐานของสิ่งมีชีวิต เซลล์ถูกแยกออกจากเซลล์อื่นหรือจากสภาพแวดล้อมภายนอกด้วยเมมเบรนพิเศษและมีนิวเคลียสหรือเทียบเท่า ซึ่งข้อมูลทางเคมีจำนวนมากที่ควบคุมพันธุกรรมนั้นมีความเข้มข้น เซลล์วิทยาศึกษาโครงสร้างของเซลล์ และสรีรวิทยาเกี่ยวข้องกับการทำงานของเซลล์ วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเนื้อเยื่อที่ประกอบด้วยเซลล์เรียกว่ามิญชวิทยา

มีสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวซึ่งทั้งร่างกายประกอบด้วยเซลล์เดียว กลุ่มนี้รวมถึงแบคทีเรียและโปรติสต์ (โปรโตซัวและสาหร่ายเซลล์เดียว) บางครั้งเรียกว่าเซลล์เดียว แต่มีการใช้คำว่าเซลล์เดียวบ่อยกว่า สัตว์หลายเซลล์ที่แท้จริง (Metazoa) และพืช (Metaphyta) มีหลายเซลล์

เนื้อเยื่อส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลล์ แต่มีข้อยกเว้นบางประการ ตัวอย่างเช่น ร่างกายของราเมือก (myxomycetes) ประกอบด้วยสารที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งไม่ได้แบ่งออกเป็นเซลล์ที่มีนิวเคลียสจำนวนมาก เนื้อเยื่อของสัตว์บางชนิด โดยเฉพาะกล้ามเนื้อหัวใจ ได้รับการจัดระเบียบในลักษณะเดียวกัน ร่างกายของเชื้อรา (แทลลัส) ถูกสร้างขึ้นโดยเส้นด้ายด้วยกล้องจุลทรรศน์ - เส้นใยซึ่งมักแบ่งส่วน แต่ละเธรดดังกล่าวถือได้ว่าเทียบเท่ากับเซลล์ แม้ว่าจะมีรูปร่างผิดปกติก็ตาม

โครงสร้างบางอย่างของร่างกายที่ไม่มีส่วนร่วมในกระบวนการเมแทบอลิซึม โดยเฉพาะเปลือกหอย ไข่มุก หรือแร่ธาตุจากกระดูก ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยเซลล์ แต่เกิดจากผลิตภัณฑ์ที่หลั่งออกมา ส่วนอื่นๆ เช่น ไม้ เปลือก เขา เขา ผม และผิวหนังชั้นนอก ไม่ได้เกิดจากการหลั่ง แต่เกิดจากเซลล์ที่ตายแล้ว

สิ่งมีชีวิตขนาดเล็ก เช่น โรติเฟอร์ ประกอบด้วยเซลล์เพียงไม่กี่ร้อยเซลล์ เพื่อการเปรียบเทียบ: ในร่างกายมนุษย์มีอยู่ประมาณ. 10 14 เซลล์ ทุกๆ วินาที 3 ล้านเซลล์เม็ดเลือดแดงตายและถูกแทนที่ด้วยเซลล์ใหม่ และนี่เป็นเพียงหนึ่งในสิบในล้านของจำนวนเซลล์ทั้งหมดในร่างกาย

โดยทั่วไป ขนาดของเซลล์พืชและสัตว์จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 5 ถึง 20 ไมครอน เซลล์แบคทีเรียโดยทั่วไปจะมีขนาดเล็กกว่ามาก—ประมาณ 2 ไมครอน และค่าที่เล็กที่สุดคือ 0.2 ไมครอน

เซลล์ที่มีชีวิตอิสระบางชนิด เช่น โปรโตซัว เช่น โฟรามินิเฟรา สามารถยาวได้ถึงหลายเซนติเมตร พวกมันมีหลายคอร์เสมอ เซลล์ของเส้นใยพืชบางมีความยาวหนึ่งเมตร และกระบวนการของเซลล์ประสาทในสัตว์ใหญ่มีความยาวหลายเมตร ด้วยความยาวเช่นนี้ ปริมาตรของเซลล์เหล่านี้จึงมีขนาดเล็ก แต่พื้นผิวมีขนาดใหญ่มาก

เซลล์ที่ใหญ่ที่สุดคือไข่นกที่ไม่ได้รับการผสมพันธุ์ซึ่งเต็มไปด้วยไข่แดง ไข่ที่ใหญ่ที่สุด (และดังนั้นเซลล์ที่ใหญ่ที่สุด) จึงเป็นของนกตัวใหญ่ที่สูญพันธุ์ - apyornis ( เอไพออร์นิส). สันนิษฐานว่าไข่แดงของมันมีน้ำหนักประมาณ 3.5 กก. ไข่ที่ใหญ่ที่สุดในบรรดาสิ่งมีชีวิตเป็นของนกกระจอกเทศไข่แดงมีน้ำหนักประมาณ 0.5 กก.

ตามกฎแล้วเซลล์ของสัตว์และพืชขนาดใหญ่จะมีขนาดใหญ่กว่าเซลล์ของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ช้างมีขนาดใหญ่กว่าหนู ไม่ใช่เพราะเซลล์ของมันใหญ่กว่า แต่สาเหตุหลักมาจากเซลล์มีจำนวนมากกว่ามาก มีกลุ่มของสัตว์ เช่น โรติเฟอร์ และไส้เดือนฝอย ซึ่งจำนวนเซลล์ในร่างกายคงที่ ดังนั้นแม้ว่าไส้เดือนฝอยสายพันธุ์ใหญ่จะมีจำนวนเซลล์มากกว่าเซลล์ขนาดเล็ก แต่ความแตกต่างที่สำคัญในขนาดก็คือในกรณีนี้คือขนาดเซลล์ที่ใหญ่กว่า

ภายในเซลล์ประเภทหนึ่ง ขนาดของเซลล์มักจะขึ้นอยู่กับพลอยด์ เช่น เกี่ยวกับจำนวนชุดโครโมโซมที่มีอยู่ในนิวเคลียส เซลล์เตตราพลอยด์ (ที่มีโครโมโซมสี่ชุด) จะมีปริมาตรเป็นสองเท่าของเซลล์ดิพลอยด์ (ที่มีโครโมโซมสองชุด) ploidy ของพืชสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการแนะนำโคลชิซินยาสมุนไพรลงไป เนื่องจากพืชที่ได้รับผลกระทบจากผลกระทบนี้จะมีเซลล์ที่ใหญ่กว่า พวกมันเองก็มีขนาดใหญ่กว่าด้วย อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์นี้สามารถสังเกตได้เฉพาะในโพลิพลอยด์ที่มีต้นกำเนิดล่าสุดเท่านั้น ในพืชโพลีพลอยด์โบราณที่มีวิวัฒนาการ ขนาดของเซลล์อยู่ภายใต้ "การควบคุมแบบย้อนกลับ" ไปสู่ค่าปกติแม้ว่าจำนวนโครโมโซมจะเพิ่มขึ้นก็ตาม

โครงสร้างเซลล์

ครั้งหนึ่งเซลล์ถือเป็นหยดอินทรียวัตถุที่เป็นเนื้อเดียวกันไม่มากก็น้อยซึ่งเรียกว่าโปรโตพลาสซึมหรือสารมีชีวิต คำนี้ล้าสมัยไปหลังจากค้นพบว่าเซลล์ประกอบด้วยโครงสร้างที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนจำนวนมากที่เรียกว่าออร์แกเนลล์ของเซลล์ (“อวัยวะเล็กๆ”)

องค์ประกอบทางเคมี

โดยทั่วไป 70–80% ของมวลเซลล์คือน้ำ ซึ่งเกลือต่างๆ และสารประกอบอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำจะถูกละลาย ส่วนประกอบที่โดดเด่นที่สุดของเซลล์คือโปรตีนและกรดนิวคลีอิก โปรตีนบางชนิดเป็นองค์ประกอบโครงสร้างของเซลล์ บางชนิดเป็นเอนไซม์ เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยาที่กำหนดความเร็วและทิศทางของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์ กรดนิวคลีอิกทำหน้าที่เป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรมซึ่งเกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์

เซลล์มักมีสารกักเก็บจำนวนหนึ่งซึ่งทำหน้าที่เป็นอาหารสำรอง เซลล์พืชส่วนใหญ่เก็บแป้งซึ่งเป็นคาร์โบไฮเดรตรูปแบบโพลีเมอร์ ไกลโคเจนโพลีเมอร์คาร์โบไฮเดรตอีกชนิดหนึ่งจะถูกเก็บไว้ในเซลล์ตับและกล้ามเนื้อ อาหารที่เก็บบ่อยยังรวมถึงไขมันด้วย แม้ว่าไขมันบางชนิดจะทำหน้าที่แตกต่างออกไป กล่าวคือ ไขมันเหล่านั้นทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบทางโครงสร้างที่จำเป็น โดยปกติแล้วโปรตีนในเซลล์ (ยกเว้นเซลล์เมล็ด) จะไม่ถูกเก็บไว้

ไม่สามารถอธิบายองค์ประกอบโดยทั่วไปของเซลล์ได้ เนื่องจากปริมาณอาหารและน้ำที่เก็บไว้มีความแตกต่างกันมาก เซลล์ตับประกอบด้วยน้ำ 70% โปรตีน 17% ไขมัน 5% คาร์โบไฮเดรต 2% และกรดนิวคลีอิก 0.1% ส่วนที่เหลืออีก 6% มาจากเกลือและสารประกอบอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ โดยเฉพาะกรดอะมิโน โดยทั่วไปเซลล์พืชจะมีโปรตีนน้อยกว่า มีคาร์โบไฮเดรตมากกว่ามาก และมีน้ำมากกว่า ข้อยกเว้นคือเซลล์ที่อยู่ในสถานะพัก เซลล์พักของเมล็ดข้าวสาลีซึ่งเป็นแหล่งสารอาหารสำหรับเอ็มบริโอประกอบด้วยประมาณ โปรตีน 12% (โปรตีนที่เก็บไว้ส่วนใหญ่) ไขมัน 2% และคาร์โบไฮเดรต 72% ปริมาณน้ำถึงระดับปกติ (70–80%) เฉพาะในช่วงเริ่มต้นของการงอกของเมล็ดพืชเท่านั้น

ส่วนหลักของเซลล์

เซลล์บางชนิด ส่วนใหญ่เป็นพืชและแบคทีเรีย มีผนังเซลล์ด้านนอก ในพืชชั้นสูงประกอบด้วยเซลลูโลส ผนังล้อมรอบเซลล์ ปกป้องเซลล์จากความเครียดทางกล เซลล์ โดยเฉพาะเซลล์แบคทีเรีย ยังสามารถหลั่งสารเมือกได้ ดังนั้นจึงสร้างแคปซูลล้อมรอบตัวมันเอง ซึ่งทำหน้าที่ป้องกันเช่นเดียวกับผนังเซลล์

การทำลายผนังเซลล์สัมพันธ์กับการตายของแบคทีเรียหลายชนิดภายใต้อิทธิพลของเพนิซิลลิน ความจริงก็คือภายในเซลล์แบคทีเรียความเข้มข้นของเกลือและสารประกอบโมเลกุลต่ำนั้นสูงมาก ดังนั้นหากไม่มีผนังเสริมแรง การไหลเข้าของน้ำเข้าไปในเซลล์ที่เกิดจากแรงดันออสโมติกอาจทำให้เกิดการแตกได้ เพนิซิลลินซึ่งป้องกันการก่อตัวของผนังในระหว่างการเติบโตของเซลล์ นำไปสู่การแตกของเซลล์ (สลาย)

ผนังเซลล์และแคปซูลไม่มีส่วนร่วมในกระบวนการเมแทบอลิซึม และมักจะถูกแยกออกจากกันโดยไม่ฆ่าเซลล์ ดังนั้นจึงถือได้ว่าเป็นชิ้นส่วนเสริมภายนอกของเซลล์ เซลล์สัตว์มักขาดผนังเซลล์และแคปซูล

เซลล์ประกอบด้วยสามส่วนหลัก ใต้ผนังเซลล์ (ถ้ามี) คือเยื่อหุ้มเซลล์ เมมเบรนล้อมรอบวัสดุที่ต่างกันเรียกว่าไซโตพลาสซึม นิวเคลียสกลมหรือรีถูกแช่อยู่ในไซโตพลาสซึม ด้านล่างนี้เราจะดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของส่วนต่างๆ ของเซลล์เหล่านี้

เยื่อหุ้มเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์เป็นส่วนสำคัญของเซลล์ โดยรวบรวมส่วนประกอบของเซลล์ทั้งหมดไว้ด้วยกันและแยกแยะสภาพแวดล้อมภายในและภายนอก นอกจากนี้ รอยพับที่ได้รับการแก้ไขของเยื่อหุ้มเซลล์ยังก่อให้เกิดออร์แกเนลล์ของเซลล์จำนวนมาก

เยื่อหุ้มเซลล์เป็นโมเลกุลสองชั้น (ชั้นสองโมเลกุลหรือชั้นสอง) สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลของฟอสโฟลิปิดและสารอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง โมเลกุลของไขมันมีลักษณะสองประการ โดยแสดงพฤติกรรมของมันสัมพันธ์กับน้ำ หัวของโมเลกุลเป็นแบบที่ชอบน้ำเช่น มีความสัมพันธ์กับน้ำ และหางไฮโดรคาร์บอนของพวกมันก็ไม่ชอบน้ำ ดังนั้นเมื่อผสมกับน้ำ ลิพิดจึงก่อตัวเป็นฟิล์มบนพื้นผิวคล้ายกับฟิล์มน้ำมัน ยิ่งไปกว่านั้น โมเลกุลทั้งหมดมีการวางแนวในลักษณะเดียวกัน หัวของโมเลกุลอยู่ในน้ำ และหางของไฮโดรคาร์บอนอยู่เหนือพื้นผิว

เยื่อหุ้มเซลล์มีสองชั้นดังกล่าว และในแต่ละชั้นหัวของโมเลกุลจะหันออกด้านนอก และหางจะหันหน้าเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ โดยชั้นหนึ่งหันเข้าหากัน จึงไม่สัมผัสกับน้ำ ความหนาของเมมเบรนดังกล่าวมีค่าประมาณ 7 นาโนเมตร นอกเหนือจากส่วนประกอบหลักของไขมันแล้ว ยังมีโมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่ที่สามารถ "ลอย" ในชั้นไขมันและจัดเรียงให้ด้านหนึ่งหันเข้าหาด้านในของเซลล์ และอีกด้านสัมผัสกับสภาพแวดล้อมภายนอก โปรตีนบางชนิดพบได้เพียงด้านนอกหรือบนพื้นผิวด้านในของเมมเบรนเท่านั้น หรือถูกแช่อยู่ในชั้นไลปิดเพียงบางส่วนเท่านั้น

หน้าที่หลักของเยื่อหุ้มเซลล์คือควบคุมการลำเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์ เนื่องจากเมมเบรนมีลักษณะทางกายภาพค่อนข้างคล้ายกับน้ำมัน สารที่ละลายได้ในน้ำมันหรือตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น อีเทอร์ จึงผ่านเข้าไปได้ง่าย เช่นเดียวกับก๊าซ เช่น ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ในขณะเดียวกัน เมมเบรนก็ไม่สามารถซึมผ่านได้กับสารที่ละลายน้ำได้ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะน้ำตาลและเกลือ ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ จึงสามารถรักษาสภาพแวดล้อมทางเคมีภายในเซลล์ที่แตกต่างจากภายนอกได้ ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของโซเดียมไอออนในเลือดสูงและโพแทสเซียมไอออนต่ำ ในขณะที่ของเหลวในเซลล์ไอออนเหล่านี้จะมีอัตราส่วนตรงกันข้าม สถานการณ์ที่คล้ายกันนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับสารประกอบเคมีอื่นๆ จำนวนมาก

อย่างไรก็ตาม เห็นได้ชัดว่าเซลล์ไม่สามารถแยกออกจากสิ่งแวดล้อมได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากเซลล์จะต้องได้รับสารที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญและกำจัดผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายออกไป นอกจากนี้ไขมัน bilayer ไม่สามารถซึมผ่านได้อย่างสมบูรณ์แม้แต่กับสารที่ละลายน้ำได้และสิ่งที่เรียกว่าแทรกซึมเข้าไป โปรตีนที่ "สร้างช่อง" จะสร้างรูพรุนหรือช่องที่สามารถเปิดและปิดได้ (ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโปรตีน) และในสถานะเปิด จะนำไอออนบางตัว (Na +, K +, Ca 2+) ไปตามการไล่ระดับความเข้มข้น . ด้วยเหตุนี้ จึงไม่สามารถรักษาความแตกต่างของความเข้มข้นภายในและภายนอกเซลล์ได้เพียงลำพังเนื่องจากการซึมผ่านของเมมเบรนต่ำ ในความเป็นจริง มันมีโปรตีนที่ทำหน้าที่ของ "ปั๊ม" โมเลกุล โดยพวกมันขนส่งสารบางชนิดเข้าและออกจากเซลล์ โดยทำงานกับการไล่ระดับความเข้มข้น เป็นผลให้เมื่อความเข้มข้นของกรดอะมิโนภายในเซลล์สูงและต่ำภายนอก กรดอะมิโนยังสามารถไหลจากสภาพแวดล้อมภายนอกไปยังภายในได้ การถ่ายโอนนี้เรียกว่าการขนส่งแบบแอคทีฟ และใช้พลังงานที่ได้รับจากการเผาผลาญ ปั๊มเมมเบรนมีความเฉพาะเจาะจงสูง โดยแต่ละปั๊มสามารถลำเลียงไอออนของโลหะบางชนิด กรดอะมิโน หรือน้ำตาลเท่านั้น ช่องไอออนของเมมเบรนก็มีความเฉพาะเจาะจงเช่นกัน

ความสามารถในการซึมผ่านแบบเลือกสรรดังกล่าวมีความสำคัญมากทางสรีรวิทยา และการไม่มีอยู่นั้นเป็นหลักฐานแรกของการตายของเซลล์ นี่อธิบายได้ง่ายด้วยตัวอย่างหัวบีท หากรากบีทรูทที่มีชีวิตถูกแช่ในน้ำเย็น มันจะคงเม็ดสีของมันไว้ หากต้มบีทรูท เซลล์จะตาย ซึมเข้าไปได้ง่ายและสูญเสียเม็ดสี ซึ่งจะทำให้น้ำกลายเป็นสีแดง

เซลล์สามารถ “กลืน” โมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น โปรตีน ได้ ภายใต้อิทธิพลของโปรตีนบางชนิดหากมีอยู่ในของเหลวรอบ ๆ เซลล์การรุกรานจะเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งจะปิดตัวลงก่อตัวเป็นถุง - แวคิวโอลขนาดเล็กที่มีโมเลกุลของน้ำและโปรตีน หลังจากนั้นเยื่อหุ้มรอบ ๆ แวคิวโอลจะแตกออกและเนื้อหาจะเข้าสู่เซลล์ กระบวนการนี้เรียกว่าพิโนไซโทซิส (อังกฤษ: pinocytosis) หรือเรียกตามตัวอักษรว่า "การดื่มเซลล์" หรือเอ็นโดไซโทซิส

อนุภาคขนาดใหญ่ เช่น เศษอาหาร สามารถดูดซึมได้ในลักษณะเดียวกันในระหว่างที่เรียกว่า ฟาโกไซโตซิส โดยทั่วไปแวคิวโอลที่เกิดขึ้นระหว่างการทำลายเซลล์จะมีขนาดใหญ่ขึ้น และอาหารจะถูกย่อยโดยเอนไซม์ไลโซโซมอลภายในแวคิวโอลก่อนที่เยื่อหุ้มโดยรอบจะแตกออก สารอาหารประเภทนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับโปรโตซัว เช่น อะมีบา ซึ่งกินแบคทีเรีย อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการทำลายเซลล์เป็นลักษณะของทั้งเซลล์ลำไส้ของสัตว์ส่วนล่างและเซลล์ทำลายเซลล์ ซึ่งเป็นเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิดหนึ่ง (เม็ดเลือดขาว) ของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ในกรณีหลังนี้ความหมายของกระบวนการนี้ไม่ได้อยู่ในคุณค่าทางโภชนาการของ phagocytes เอง แต่อยู่ที่การทำลายแบคทีเรียไวรัสและสิ่งแปลกปลอมอื่น ๆ ที่เป็นอันตรายต่อร่างกาย

หน้าที่ของแวคิวโอลอาจแตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น โปรโตซัวที่อาศัยอยู่ในน้ำจืดจะมีน้ำไหลเข้ามาออสโมติกอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากความเข้มข้นของเกลือภายในเซลล์สูงกว่าภายนอกมาก พวกเขาสามารถหลั่งน้ำเข้าไปในแวคิวโอลขับถ่ายพิเศษ (หดตัว) ซึ่งจะดันเนื้อหาออกมาเป็นระยะ

เซลล์พืชมักจะมีแวคิวโอลส่วนกลางขนาดใหญ่หนึ่งเซลล์ครอบครองเกือบทั้งเซลล์ ไซโตพลาสซึมก่อให้เกิดชั้นบาง ๆ เท่านั้นระหว่างผนังเซลล์และแวคิวโอล หน้าที่หนึ่งของแวคิวโอลคือการสะสมของน้ำ ทำให้เซลล์มีขนาดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ความสามารถนี้จำเป็นอย่างยิ่งในช่วงเวลาที่เนื้อเยื่อพืชเติบโตและสร้างโครงสร้างเส้นใย

ในเนื้อเยื่อในบริเวณที่เซลล์เชื่อมต่อกันแน่น เยื่อหุ้มของพวกมันมีรูขุมขนจำนวนมากที่เกิดจากโปรตีนที่ทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ - ที่เรียกว่า การเชื่อมต่อ รูขุมขนของเซลล์ที่อยู่ติดกันตั้งอยู่ตรงข้ามกันเพื่อให้สารโมเลกุลต่ำสามารถผ่านจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์ได้ - ระบบการสื่อสารทางเคมีนี้จะประสานกิจกรรมที่สำคัญของพวกเขา ตัวอย่างหนึ่งของการประสานงานดังกล่าวคือการแบ่งเซลล์ข้างเคียงแบบซิงโครนัสไม่มากก็น้อยที่พบในเนื้อเยื่อหลายชนิด

ไซโตพลาสซึม

ไซโตพลาสซึมประกอบด้วยเยื่อหุ้มภายในที่คล้ายกับเยื่อหุ้มชั้นนอกและสร้างออร์แกเนลล์ประเภทต่างๆ เยื่อหุ้มเหล่านี้ถือได้ว่าเป็นรอยพับของเยื่อหุ้มชั้นนอก บางครั้งเยื่อหุ้มชั้นในจะรวมเข้ากับชั้นนอก แต่บ่อยครั้งที่พับชั้นในไม่มีการผูกเชือก และการสัมผัสกับเยื่อหุ้มชั้นนอกจะถูกขัดจังหวะ อย่างไรก็ตาม ถึงแม้จะรักษาการสัมผัสไว้ แต่เยื่อชั้นในและชั้นนอกก็ไม่เหมือนกันทางเคมีเสมอไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งองค์ประกอบของโปรตีนเมมเบรนมีความแตกต่างกันในออร์แกเนลล์ของเซลล์ต่างๆ

ตาข่ายเอนโดพลาสมิก

เครือข่ายของเยื่อหุ้มภายในประกอบด้วยท่อและถุงน้ำทอดยาวจากผิวเซลล์ไปยังนิวเคลียส โครงข่ายนี้เรียกว่าเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม มักสังเกตกันว่าท่อเปิดบนพื้นผิวของเซลล์ และตาข่ายเอนโดพลาสมิกจึงมีบทบาทเป็นเครื่องมือจุลภาคหมุนเวียน ซึ่งสภาพแวดล้อมภายนอกสามารถโต้ตอบกับเนื้อหาทั้งหมดของเซลล์ได้โดยตรง ปฏิกิริยานี้พบได้ในบางเซลล์ โดยเฉพาะเซลล์กล้ามเนื้อ แต่ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าเป็นปฏิกิริยาสากลหรือไม่ ไม่ว่าในกรณีใด การขนส่งสารจำนวนหนึ่งผ่านท่อเหล่านี้จากส่วนหนึ่งของเซลล์ไปยังอีกส่วนหนึ่งเกิดขึ้นจริง

วัตถุขนาดเล็กที่เรียกว่าไรโบโซมปกคลุมพื้นผิวของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม โดยเฉพาะบริเวณใกล้นิวเคลียส เส้นผ่านศูนย์กลางไรโบโซมประมาณ 15 นาโนเมตร ประกอบด้วยโปรตีนครึ่งหนึ่ง กรดไรโบนิวคลีอิกครึ่งหนึ่ง หน้าที่หลักคือการสังเคราะห์โปรตีน เมสเซนเจอร์ RNA และกรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอน RNA นั้นติดอยู่กับพื้นผิว พื้นที่ของเรติคูลัมที่ปกคลุมไปด้วยไรโบโซมเรียกว่าเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกแบบหยาบ ส่วนที่ไม่มีไรโบโซมเรียกว่าพื้นที่เรียบ นอกจากไรโบโซมแล้ว เอ็นไซม์หลายชนิดยังถูกดูดซับบนเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมหรือติดอยู่กับไรโบโซม รวมถึงระบบเอนไซม์ที่ให้การใช้ออกซิเจนในการสร้างสเตอรอลและเพื่อทำให้สารพิษบางชนิดเป็นกลาง ภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย ร่างแหเอนโดพลาสมิกจะเสื่อมลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นสภาพของมันจึงทำหน้าที่เป็นตัวบ่งชี้ที่ละเอียดอ่อนของสุขภาพของเซลล์

อุปกรณ์กอลจิ.

อุปกรณ์ Golgi (Golgi complex) เป็นส่วนเฉพาะของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ซึ่งประกอบด้วยถุงเมมเบรนแบนที่เรียงซ้อนกัน มันเกี่ยวข้องกับการหลั่งโปรตีนโดยเซลล์ (ในนั้นจะมีการบรรจุโปรตีนที่หลั่งออกมาเป็นเม็ด) และดังนั้นจึงได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะในเซลล์ที่ทำหน้าที่หลั่ง หน้าที่สำคัญของเครื่องมือ Golgi ยังรวมถึงการเกาะกลุ่มคาร์โบไฮเดรตเข้ากับโปรตีน และการใช้โปรตีนเหล่านี้เพื่อสร้างเยื่อหุ้มเซลล์และเยื่อไลโซโซม ในสาหร่ายบางชนิด เส้นใยเซลลูโลสจะถูกสังเคราะห์ในอุปกรณ์ Golgi

ไลโซโซม

- เหล่านี้เป็นฟองอากาศขนาดเล็กที่ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์เดียว พวกมันแตกหน่อจากอุปกรณ์ Golgi และอาจมาจากเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก ไลโซโซมมีเอนไซม์หลายชนิดที่สลายโมเลกุลขนาดใหญ่ โดยเฉพาะโปรตีน เนื่องจากฤทธิ์ทำลายล้าง เอนไซม์เหล่านี้จึง "ถูกล็อค" ในไลโซโซมและจะถูกปล่อยออกมาเมื่อจำเป็นเท่านั้น ดังนั้นในระหว่างการย่อยภายในเซลล์ เอนไซม์จะถูกปล่อยจากไลโซโซมไปสู่แวคิวโอลย่อยอาหาร ไลโซโซมยังจำเป็นต่อการทำลายเซลล์อีกด้วย ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงของลูกอ๊อดให้กลายเป็นกบที่โตเต็มวัย การปล่อยเอนไซม์ไลโซโซมจะทำให้เซลล์ส่วนหางถูกทำลาย ในกรณีนี้ถือเป็นเรื่องปกติและเป็นประโยชน์ต่อร่างกาย แต่บางครั้งการทำลายเซลล์ดังกล่าวอาจเป็นพยาธิสภาพ ตัวอย่างเช่น เมื่อสูดดมฝุ่นแร่ใยหินเข้าไป มันสามารถทะลุเข้าไปในเซลล์ปอด จากนั้นไลโซโซมจะแตก การทำลายเซลล์ และโรคปอดจะเกิดขึ้น

ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

ไมโตคอนเดรียเป็นโครงสร้างคล้ายถุงที่ค่อนข้างใหญ่และมีโครงสร้างค่อนข้างซับซ้อน ประกอบด้วยเมทริกซ์ที่ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นใน พื้นที่ระหว่างเมมเบรน และเยื่อหุ้มชั้นนอก เยื่อหุ้มชั้นในพับเป็นพับเรียกว่าคริสเต กลุ่มของโปรตีนตั้งอยู่บนคริสเต ส่วนใหญ่เป็นเอนไซม์ที่กระตุ้นการเกิดออกซิเดชันของผลิตภัณฑ์ที่สลายคาร์โบไฮเดรต บางชนิดกระตุ้นปฏิกิริยาการสังเคราะห์ไขมันและออกซิเดชัน เอนไซม์เสริมที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเหล่านี้จะถูกละลายในไมโตคอนเดรียเมทริกซ์

ออกซิเดชันของสารอินทรีย์เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย ควบคู่ไปกับการสังเคราะห์อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) การสลาย ATP เพื่อสร้างอะดีโนซีนไดฟอสเฟต (ADP) จะมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานซึ่งถูกใช้ไปกับกระบวนการสำคัญต่างๆ เช่น ในการสังเคราะห์โปรตีนและกรดนิวคลีอิก การขนส่งสารเข้าและออกจากเซลล์ การส่งผ่าน ของกระแสประสาทหรือการหดตัวของกล้ามเนื้อ ไมโตคอนเดรียจึงเป็นสถานีพลังงานที่แปรรูป "เชื้อเพลิง" ซึ่งได้แก่ ไขมันและคาร์โบไฮเดรต ให้กลายเป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่เซลล์สามารถใช้ได้ และรวมถึงร่างกายโดยรวมด้วย

เซลล์พืชยังมีไมโตคอนเดรียด้วย แต่แหล่งพลังงานหลักสำหรับเซลล์คือแสง เซลล์เหล่านี้ใช้พลังงานแสงเพื่อผลิต ATP และสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตจากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ คลอโรฟิลล์เป็นเม็ดสีที่สะสมพลังงานแสงพบได้ในคลอโรพลาสต์ คลอโรพลาสต์ เช่น ไมโตคอนเดรีย มีเยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอก จากผลพลอยได้ของเยื่อหุ้มชั้นในในระหว่างการพัฒนาคลอโรพลาสต์จะเกิดสิ่งที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ เยื่อหุ้มไทลาคอยด์; แบบหลังเป็นถุงแบน ๆ สะสมเป็นกองเหมือนเสาเหรียญ กองเหล่านี้เรียกว่ากราน่าซึ่งมีคลอโรฟิลล์อยู่ นอกจากคลอโรฟิลล์แล้ว คลอโรพลาสยังมีส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง

คลอโรพลาสต์เฉพาะทางบางชนิดไม่ได้ทำการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่มีหน้าที่อื่น เช่น เก็บแป้งหรือเม็ดสี

เอกราชสัมพัทธ์

ในบางประเด็น ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์มีพฤติกรรมเหมือนสิ่งมีชีวิตที่เป็นอิสระ ตัวอย่างเช่น เช่นเดียวกับเซลล์ซึ่งเกิดขึ้นจากเซลล์เท่านั้น ไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ถูกสร้างขึ้นจากไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ที่มีอยู่ก่อนแล้วเท่านั้น สิ่งนี้แสดงให้เห็นในการทดลองในเซลล์พืช ซึ่งยับยั้งการก่อตัวของคลอโรพลาสต์ด้วยยาปฏิชีวนะสเตรปโตมัยซิน และในเซลล์ยีสต์ ซึ่งยับยั้งการก่อตัวของไมโตคอนเดรียด้วยยาอื่นๆ หลังจากผลกระทบดังกล่าว เซลล์ก็ไม่สามารถฟื้นฟูออร์แกเนลล์ที่หายไปได้ เหตุผลก็คือไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์มีสารพันธุกรรม (DNA) ของตัวเองอยู่จำนวนหนึ่งซึ่งเป็นรหัสสำหรับโครงสร้างบางส่วน หาก DNA นี้หายไป ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อมีการยับยั้งการก่อตัวของออร์แกเนลล์ โครงสร้างนั้นก็ไม่สามารถสร้างขึ้นใหม่ได้ ออร์แกเนลล์ทั้งสองประเภทมีระบบสังเคราะห์โปรตีนของตัวเอง (ไรโบโซมและทรานสเฟอร์อาร์เอ็นเอ) ซึ่งค่อนข้างแตกต่างจากระบบสังเคราะห์โปรตีนหลักของเซลล์ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าระบบการสังเคราะห์โปรตีนของออร์แกเนลล์สามารถยับยั้งได้ด้วยความช่วยเหลือของยาปฏิชีวนะ ในขณะที่พวกมันไม่มีผลกระทบต่อระบบหลัก

Organelle DNA มีหน้าที่รับผิดชอบในการถ่ายทอดทางพันธุกรรมนอกโครโมโซมหรือไซโตพลาสซึมจำนวนมาก การถ่ายทอดทางพันธุกรรมนอกโครโมโซมไม่เป็นไปตามกฎของเมนเดเลียน เนื่องจากเมื่อเซลล์แบ่งตัว DNA ของออร์แกเนลจะถูกส่งไปยังเซลล์ลูกสาวในลักษณะที่แตกต่างจากโครโมโซม การศึกษาการกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นใน DNA ของออร์แกเนลล์และโครโมโซม DNA แสดงให้เห็นว่า DNA ของออร์แกเนลล์มีหน้าที่รับผิดชอบเพียงส่วนเล็ก ๆ ของโครงสร้างของออร์แกเนลล์ โปรตีนส่วนใหญ่ถูกเข้ารหัสในยีนที่อยู่บนโครโมโซม

ความเป็นอิสระทางพันธุกรรมบางส่วนของออร์แกเนลล์ที่อยู่ระหว่างการพิจารณาและคุณลักษณะของระบบสังเคราะห์โปรตีนทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการสันนิษฐานว่าไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์มีต้นกำเนิดมาจากแบคทีเรียทางชีวภาพที่เกาะอยู่ในเซลล์เมื่อ 1-2 พันล้านปีก่อน ตัวอย่างสมัยใหม่ของการอยู่ร่วมกันเช่นนี้คือสาหร่ายสังเคราะห์แสงขนาดเล็กที่อาศัยอยู่ในเซลล์ของปะการังและหอยบางชนิด สาหร่ายให้ออกซิเจนแก่โฮสต์และรับสารอาหารจากพวกมัน

โครงสร้างไฟบริลลาร์

ไซโตพลาสซึมของเซลล์เป็นของเหลวหนืด ดังนั้นแรงตึงผิวจะทำให้เซลล์คาดว่าจะมีลักษณะเป็นทรงกลม เว้นแต่เซลล์จะอัดแน่นกันแน่น อย่างไรก็ตามสิ่งนี้มักไม่สังเกต โปรโตซัวหลายชนิดมีผิวหนังหรือเยื่อหุ้มเซลล์หนาแน่นซึ่งทำให้เซลล์มีรูปร่างเฉพาะและไม่เป็นรูปทรงกลม อย่างไรก็ตาม แม้จะไม่มีเมมเบรน เซลล์ก็สามารถรักษารูปร่างที่ไม่เป็นทรงกลมได้ เนื่องจากไซโตพลาสซึมมีโครงสร้างโดยใช้เส้นใยขนานที่ค่อนข้างแข็งจำนวนมาก ส่วนหลังประกอบด้วยไมโครทูบูลกลวงซึ่งประกอบด้วยหน่วยโปรตีนที่จัดเรียงเป็นเกลียว

โปรโตซัวบางชนิดก่อตัวเป็น pseudopodia ซึ่งเป็นโครงโปรโตปลาสซึมที่ยาวและบางซึ่งพวกมันจับอาหาร Pseudopodia ยังคงรูปร่างไว้เนื่องจากความแข็งแกร่งของไมโครทูบูล หากความดันอุทกสถิตเพิ่มขึ้นถึงประมาณ 100 บรรยากาศ ไมโครทูบูลจะสลายตัวและเซลล์จะมีรูปร่างเป็นหยด เมื่อความดันกลับสู่ปกติ ไมโครทูบูลจะรวมตัวกันอีกครั้ง และเซลล์จะเกิดเป็นเทียม เซลล์อื่นๆ จำนวนมากมีปฏิกิริยาในลักษณะเดียวกันกับการเปลี่ยนแปลงของความดัน ซึ่งเป็นการยืนยันการมีส่วนร่วมของไมโครทูบูลในการรักษารูปร่างของเซลล์ การประกอบและการแตกตัวของไมโครทิวบูลซึ่งจำเป็นสำหรับเซลล์ในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอย่างรวดเร็ว เกิดขึ้นแม้ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของความดันก็ตาม

Microtubules ยังสร้างโครงสร้างไฟบริลลาร์ที่ทำหน้าที่เป็นอวัยวะในการเคลื่อนไหวของเซลล์ เซลล์บางเซลล์มีเส้นโครงคล้ายแส้ที่เรียกว่าแฟลเจลลาหรือซิเลีย การตีจะทำให้เซลล์เคลื่อนไหวในน้ำได้ หากเซลล์ไม่มีการเคลื่อนไหว โครงสร้างเหล่านี้จะผลักน้ำ เศษอาหาร และอนุภาคอื่นๆ เข้าหาหรือออกจากเซลล์ แฟลเจลลามีขนาดค่อนข้างใหญ่ และโดยปกติแล้วเซลล์จะมีแฟลเจลลาเพียงอันเดียว บางครั้งมีหลายแฟลเจลลา Cilia มีขนาดเล็กกว่ามากและครอบคลุมพื้นผิวทั้งหมดของเซลล์ แม้ว่าโครงสร้างเหล่านี้จะมีลักษณะเฉพาะที่ง่ายที่สุด แต่ก็สามารถนำเสนอในรูปแบบที่มีการจัดระเบียบสูงได้ ในร่างกายมนุษย์ ทางเดินหายใจทั้งหมดเรียงรายไปด้วยซีเลีย อนุภาคขนาดเล็กที่เข้าไปมักจะถูกเมือกบนผิวเซลล์จับไว้ และซีเลียจะผลักพวกมันออกไปพร้อมกับเมือก เพื่อปกป้องปอด เซลล์สืบพันธุ์เพศชายของสัตว์ส่วนใหญ่และพืชส่วนล่างบางชนิดเคลื่อนที่ด้วยความช่วยเหลือของแฟลเจลลัม

มีการเคลื่อนไหวของเซลล์ประเภทอื่น หนึ่งในนั้นคือการเคลื่อนไหวของอะมีบา อะมีบา เช่นเดียวกับเซลล์บางเซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ “ไหล” จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง เช่น เคลื่อนที่เนื่องจากกระแสเนื้อหาของเซลล์ ภายในเซลล์พืชยังมีกระแสคงที่อยู่ด้วย แต่ไม่ได้หมายถึงการเคลื่อนที่ของเซลล์โดยรวม ประเภทของการเคลื่อนไหวของเซลล์ที่มีการศึกษามากที่สุดคือการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อ มันดำเนินการโดยการเลื่อนไฟบริล (เส้นใยโปรตีน) ที่สัมพันธ์กันซึ่งนำไปสู่การทำให้เซลล์สั้นลง

แกนกลาง

นิวเคลียสล้อมรอบด้วยเมมเบรนสองชั้น ช่องว่างที่แคบมาก (ประมาณ 40 นาโนเมตร) ระหว่างเยื่อหุ้มทั้งสองเรียกว่านิวเคลียส เยื่อหุ้มนิวเคลียสผ่านเข้าไปในเยื่อหุ้มของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม และปริภูมินิวเคลียสจะเปิดเข้าไปในเรติคูลัมตาข่าย โดยทั่วไปแล้วเยื่อหุ้มนิวเคลียสจะมีรูพรุนที่แคบมาก เห็นได้ชัดว่าโมเลกุลขนาดใหญ่ถูกส่งผ่านพวกมัน เช่น เมสเซนเจอร์ RNA ซึ่งถูกสังเคราะห์บน DNA แล้วเข้าสู่ไซโตพลาสซึม

สารพันธุกรรมส่วนใหญ่อยู่ในโครโมโซมของนิวเคลียสของเซลล์ โครโมโซมประกอบด้วยสายโซ่ยาวของ DNA ที่มีเกลียวคู่ซึ่งมีโปรตีนพื้นฐาน (เช่น อัลคาไลน์) ติดอยู่ บางครั้งโครโมโซมก็มีสาย DNA ที่เหมือนกันหลายเส้นวางเรียงกัน - โครโมโซมดังกล่าวเรียกว่าโพลีทีน (หลายสาย) จำนวนโครโมโซมแตกต่างกันไปตามสปีชีส์ เซลล์ดิพลอยด์ของร่างกายมนุษย์มีโครโมโซม 46 แท่ง หรือ 23 คู่

ในเซลล์ที่ไม่มีการแบ่งตัว โครโมโซมจะติดอยู่ที่จุดหนึ่งหรือหลายจุดไปยังเยื่อหุ้มนิวเคลียส ในสภาวะปกติที่ไม่ขดตัว โครโมโซมจะบางมากจนมองไม่เห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง (ส่วน) ของโครโมโซมตั้งแต่หนึ่งโครโมโซมขึ้นไปจะเกิดร่างกายที่หนาแน่นซึ่งมีอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ส่วนใหญ่ - ที่เรียกว่า นิวเคลียส ในนิวคลีโอลี การสังเคราะห์และการสะสมของ RNA ที่ใช้ในการสร้างไรโบโซม รวมถึง RNA ประเภทอื่น ๆ เกิดขึ้น

การแบ่งเซลล์

แม้ว่าเซลล์ทั้งหมดจะเกิดขึ้นจากการแบ่งเซลล์ก่อนหน้า แต่ไม่ใช่ทั้งหมดที่จะแบ่งตัวต่อไป ตัวอย่างเช่น เซลล์ประสาทในสมอง เมื่อก่อตัวแล้วจะไม่แบ่งตัว จำนวนของพวกเขาค่อยๆลดลง เนื้อเยื่อสมองที่เสียหายไม่สามารถฟื้นตัวได้จากการงอกใหม่ หากเซลล์ยังคงแบ่งตัวต่อไป ก็จะมีลักษณะเป็นวัฏจักรของเซลล์ที่ประกอบด้วยสองขั้นตอนหลัก: เฟสระหว่างเฟสและไมโทซิส

เฟสนั้นประกอบด้วยสามเฟส: G 1, S และ G 2 ด้านล่างนี้คือระยะเวลา โดยทั่วไปสำหรับเซลล์พืชและสัตว์

ช 1 (4–8 ชั่วโมง) ระยะนี้จะเริ่มทันทีหลังการเกิดของเซลล์ ในช่วง G 1 เซลล์จะเพิ่มมวล ยกเว้นโครโมโซม (ซึ่งไม่มีการเปลี่ยนแปลง) หากเซลล์ไม่แบ่งตัวอีกต่อไป เซลล์ก็จะยังคงอยู่ในระยะนี้

ส (6–9 ชั่วโมง) มวลเซลล์ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และเกิดโครโมโซม DNA เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า (การทำซ้ำ) อย่างไรก็ตาม โครโมโซมยังคงมีโครงสร้างเดี่ยวแม้ว่าจะมีมวลเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า เนื่องจากโครโมโซม (โครมาทิด) แต่ละชุดสองชุดยังคงเชื่อมต่อถึงกันตลอดความยาวทั้งหมด

G2. มวลของเซลล์จะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งมีประมาณสองเท่าของมวลเดิม จากนั้นจึงเกิดไมโทซิสขึ้น

หลังจากที่โครโมโซมถูกทำซ้ำแล้ว เซลล์ลูกแต่ละเซลล์ควรได้รับโครโมโซมครบชุด การแบ่งเซลล์แบบธรรมดาไม่สามารถบรรลุผลนี้ได้ - ผลลัพธ์นี้เกิดขึ้นได้ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าไมโทซีส โดยไม่ต้องลงรายละเอียด จุดเริ่มต้นของกระบวนการนี้ควรพิจารณาถึงการจัดตำแหน่งของโครโมโซมในระนาบเส้นศูนย์สูตรของเซลล์ จากนั้นแต่ละโครโมโซมจะแยกตามยาวออกเป็นสองโครมาทิด ซึ่งเริ่มแยกไปในทิศทางตรงกันข้าม และกลายเป็นโครโมโซมอิสระ เป็นผลให้มีโครโมโซมครบชุดอยู่ที่ปลายทั้งสองของเซลล์ จากนั้นเซลล์จะแบ่งออกเป็นสองเซลล์ และเซลล์ลูกแต่ละเซลล์จะได้รับโครโมโซมครบชุด

ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายของไมโทซิสในเซลล์สัตว์ทั่วไป โดยปกติจะแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน

I. โพรเฟส โครงสร้างเซลล์แบบพิเศษ - เซนทริโอล - จะเพิ่มเป็นสองเท่า (บางครั้งการเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่านี้เกิดขึ้นในช่วง S-คาบของเฟสระหว่างกัน) และเซนทริโอลทั้งสองเริ่มแยกออกไปยังขั้วตรงข้ามของนิวเคลียส เยื่อหุ้มนิวเคลียสถูกทำลาย ในเวลาเดียวกันโปรตีนชนิดพิเศษจะรวมกัน (รวมกลุ่ม) ก่อตัวเป็นไมโครทูบูลในรูปแบบของเกลียว เซนทริโอลซึ่งปัจจุบันตั้งอยู่ที่ขั้วตรงข้ามของเซลล์ มีผลต่อการจัดระเบียบของไมโครทูบูล ซึ่งส่งผลให้เรียงตัวกันในแนวรัศมี ทำให้เกิดโครงสร้างที่ชวนให้นึกถึงดอกแอสเตอร์ ("ดาว") เส้นด้ายไมโครทิวบูลอื่นๆ ยืดจากเซนทริโอลหนึ่งไปยังอีกเส้นด้ายหนึ่ง ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า แกนหมุนฟิชชัน ในเวลานี้โครโมโซมอยู่ในสถานะเกลียวคล้ายสปริง มองเห็นได้ชัดเจนด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง โดยเฉพาะหลังจากการย้อมสี ในการทำนาย โครโมโซมจะถูกแยกออก แต่โครมาทิดยังคงเกาะติดกันเป็นคู่ในบริเวณเซนโทรเมียร์ ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ของโครโมโซมที่คล้ายคลึงกับเซนทริโอล เซนโทรเมียร์ยังส่งผลต่อการจัดระเบียบของเส้นใยสปินเดิล ซึ่งปัจจุบันขยายจากเซนทริโอลไปยังเซนโทรเมียร์ และจากมันไปยังเซนทริโอลอีกอันหนึ่ง

ครั้งที่สอง เมตาเฟส จนถึงขณะนี้โครโมโซมถูกจัดเรียงแบบสุ่มเริ่มเคลื่อนไหวราวกับว่าถูกดึงด้วยเกลียวแกนหมุนที่ติดอยู่กับเซนโทรเมียร์และค่อยๆเรียงตัวกันในระนาบเดียวกันในตำแหน่งที่แน่นอนและในระยะห่างเท่ากันจากทั้งสองขั้ว เซนโทรเมียร์นอนอยู่ในระนาบเดียวกันพร้อมกับโครโมโซมเรียกว่า แผ่นเส้นศูนย์สูตร โครโมโซมคู่ที่เชื่อมต่อกันของเซนโทรเมียร์จะแบ่งตัว หลังจากนั้นโครโมโซมน้องสาวจะถูกแยกออกจากกันโดยสิ้นเชิง

สาม. แอนาเฟส โครโมโซมของแต่ละคู่เคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้ามกับขั้ว ราวกับว่าพวกมันถูกลากด้วยเกลียวแกนหมุน ในกรณีนี้ เกลียวจะเกิดขึ้นระหว่างเซนโทรเมียร์ของโครโมโซมที่จับคู่ด้วย

IV. เทโลเฟส ทันทีที่โครโมโซมเข้าใกล้ขั้วตรงข้าม เซลล์เองก็จะเริ่มแบ่งตัวไปตามระนาบซึ่งมีแผ่นศูนย์สูตรอยู่ เป็นผลให้เกิดเซลล์สองเซลล์ขึ้น เกลียวสปินเดิลถูกทำลาย โครโมโซมจะคลายตัวและมองไม่เห็น และเยื่อหุ้มนิวเคลียสก็ถูกสร้างขึ้นรอบๆ พวกมัน เซลล์กลับสู่เฟส G 1 ของเฟส กระบวนการไมโทซิสทั้งหมดใช้เวลาประมาณหนึ่งชั่วโมง

รายละเอียดของไมโทซีสจะแตกต่างกันไปตามเซลล์ประเภทต่างๆ เซลล์พืชทั่วไปจะสร้างแกนหมุน แต่ไม่มีเซนทริโอล ในเชื้อรา ไมโทซิสเกิดขึ้นภายในนิวเคลียสโดยไม่มีการสลายตัวของเยื่อหุ้มนิวเคลียสก่อนหน้านี้

การแบ่งตัวของเซลล์ที่เรียกว่าไซโตไคเนซิสไม่มีความเกี่ยวข้องอย่างเข้มงวดกับไมโทซีส บางครั้งไมโตสหนึ่งหรือหลายเซลล์เกิดขึ้นโดยไม่มีการแบ่งเซลล์ เป็นผลให้เกิดเซลล์หลายนิวเคลียสซึ่งมักพบในสาหร่าย ถ้านิวเคลียสถูกเอาออกจากไข่เม่นทะเลโดยวิธีการจัดการแบบไมโคร แกนหมุนจะยังคงก่อตัวต่อไปและไข่จะยังคงแบ่งตัวต่อไป นี่แสดงให้เห็นว่าการมีโครโมโซมไม่ใช่เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการแบ่งเซลล์

การสืบพันธุ์โดยไมโทซีสเรียกว่าการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ การสืบพันธุ์แบบอาศัยพืช หรือการโคลนนิ่ง สิ่งสำคัญที่สุดคือพันธุกรรม: ด้วยการสืบพันธุ์เช่นนี้ ปัจจัยทางพันธุกรรมในลูกหลานจึงไม่มีความแตกต่างกัน เซลล์ลูกที่เกิดขึ้นจะมีพันธุกรรมเหมือนกับเซลล์แม่ทุกประการ ไมโทซิสเป็นวิธีเดียวในการสืบพันธุ์ด้วยตนเองในสิ่งมีชีวิตที่ไม่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ เช่น สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวหลายชนิด อย่างไรก็ตาม แม้ในสปีชีส์ที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ เซลล์ของร่างกายก็แบ่งตัวผ่านไมโทซิสและมาจากเซลล์เดียวคือไข่ที่ปฏิสนธิ ดังนั้นทั้งหมดจึงมีพันธุกรรมเหมือนกัน พืชชั้นสูงสามารถสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ (โดยใช้ไมโทซีส) โดยต้นกล้าและกิ่งเลื้อย (ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือสตรอเบอร์รี่)

การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศของสิ่งมีชีวิตนั้นดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของเซลล์พิเศษที่เรียกว่า gametes - โอโอไซต์ (ไข่) และสเปิร์ม (สเปิร์ม) Gametes หลอมรวมกันเป็นเซลล์เดียว - ไซโกต gamete แต่ละอันเป็นแบบเดี่ยวนั่นคือ มีโครโมโซมหนึ่งชุด ภายในชุดโครโมโซมทั้งหมดจะแตกต่างกัน แต่โครโมโซมของไข่แต่ละอันจะสอดคล้องกับโครโมโซมตัวใดตัวหนึ่งของตัวอสุจิ ดังนั้นไซโกตจึงมีโครโมโซมคู่หนึ่งที่สัมพันธ์กันอยู่แล้วซึ่งเรียกว่าโฮโมโลกัส โครโมโซมที่คล้ายคลึงกันมีความคล้ายคลึงกันเนื่องจากมียีนหรือตัวแปรที่เหมือนกัน (อัลลีล) ที่กำหนดลักษณะเฉพาะ ตัวอย่างเช่น โครโมโซมคู่หนึ่งอาจมียีนที่เข้ารหัสกรุ๊ปเลือด A และอีกโครโมโซมอาจมียีนที่เข้ารหัสกรุ๊ปเลือด B ที่แตกต่างกัน โครโมโซมของไซโกตที่เกิดจากไข่นั้นเป็นของมารดา และโครโมโซมที่มาจากสเปิร์มนั้นเป็นของพ่อ

ผลจากการแบ่งเซลล์แบบไมโทติสซ้ำๆ สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์หรือเซลล์ที่มีชีวิตอิสระจำนวนมากก็เกิดขึ้นจากไซโกตที่เกิดขึ้น เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในโปรโตซัวที่มีการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศและในสาหร่ายเซลล์เดียว

ในระหว่างการก่อตัวของเซลล์สืบพันธุ์ ชุดโครโมโซมซ้ำที่มีอยู่ในไซโกตจะต้องลดลงครึ่งหนึ่ง หากสิ่งนี้ไม่เกิดขึ้น ในแต่ละรุ่นการผสมพันธุ์ของ gametes จะนำไปสู่การเพิ่มชุดโครโมโซมเป็นสองเท่า การลดจำนวนโครโมโซมเดี่ยวเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการแบ่งการลด - ที่เรียกว่า ไมโอซิสซึ่งเป็นตัวแปรหนึ่งของไมโทซิส

ความแตกแยกและการรวมตัวกันใหม่

ลักษณะเฉพาะของไมโอซิสคือในระหว่างการแบ่งเซลล์ แผ่นเส้นศูนย์สูตรจะถูกสร้างขึ้นโดยโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันคู่หนึ่ง และไม่ได้เกิดจากโครโมโซมเดี่ยวที่ซ้ำกัน เช่นเดียวกับในไมโทซิส โครโมโซมคู่ซึ่งแต่ละโครโมโซมยังคงเป็นเซลล์เดี่ยว แยกออกไปที่ขั้วตรงข้ามของเซลล์ เซลล์จะแบ่งตัว และด้วยเหตุนี้ เซลล์ลูกสาวจึงได้รับโครโมโซมเพียงครึ่งชุดเมื่อเทียบกับไซโกต

ตัวอย่างเช่น สมมติว่าชุดเดี่ยวประกอบด้วยโครโมโซมสองตัว ในไซโกต (และในเซลล์ทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตที่สร้างเซลล์สืบพันธุ์) โครโมโซมของมารดา A และ B และโครโมโซมของบิดา A" และ B" มีอยู่ ในระหว่างไมโอซิสสามารถแบ่งได้ดังนี้

สิ่งที่สำคัญที่สุดในตัวอย่างนี้ก็คือความจริงที่ว่าเมื่อโครโมโซมแยกจากกัน ชุดดั้งเดิมของมารดาและบิดาไม่จำเป็นต้องถูกสร้างขึ้น แต่การรวมตัวกันของยีนก็เป็นไปได้ ดังเช่นในเซลล์สืบพันธุ์ AB" และ A"B ในแผนภาพด้านบน

สมมติว่าโครโมโซมคู่ AA" มีอัลลีลสองตัว - กและ ข– ยีนที่กำหนดหมู่เลือด A และ B ในทำนองเดียวกันโครโมโซมคู่ “บีบี” ก็ประกอบด้วยอัลลีล มและ nอีกหนึ่งยีนที่กำหนดหมู่เลือด M และ N การแยกอัลลีลเหล่านี้สามารถดำเนินการได้ดังนี้

แน่นอนว่าเซลล์สืบพันธุ์ที่เกิดขึ้นสามารถประกอบด้วยอัลลีลของยีนทั้งสองชนิดต่อไปนี้: เช้า, พันล้าน, บีเอ็มหรือ หนึ่ง.

หากมีโครโมโซมมากกว่า อัลลีลคู่จะแยกตัวกันอย่างอิสระตามหลักการเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าไซโกตตัวเดียวกันสามารถสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่มีอัลลีลของยีนต่างกัน และก่อให้เกิดจีโนไทป์ที่แตกต่างกันในลูกหลาน

การแบ่งไมโอติก

ทั้งสองตัวอย่างแสดงให้เห็นถึงหลักการของไมโอซิส ในความเป็นจริงไมโอซิสเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนกว่ามากเนื่องจากเกี่ยวข้องกับการแบ่งสองส่วนต่อเนื่องกัน สิ่งสำคัญในไมโอซิสคือโครโมโซมจะเพิ่มเป็นสองเท่าเพียงครั้งเดียวในขณะที่เซลล์แบ่งสองครั้งซึ่งส่งผลให้จำนวนโครโมโซมลดลงและชุดดิพลอยด์จะกลายเป็นเดี่ยวเดี่ยว

ในระหว่างการทำนายการแบ่งส่วนแรกโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันจะรวมตัวกันนั่นคือพวกมันมารวมกันเป็นคู่ จากกระบวนการที่แม่นยำมากนี้ แต่ละยีนจึงไปอยู่ตรงข้ามกับความคล้ายคลึงกันบนโครโมโซมอีกอันหนึ่ง จากนั้นโครโมโซมทั้งสองจะเพิ่มเป็นสองเท่า แต่โครมาทิดยังคงเชื่อมต่อถึงกันด้วยเซนโทรเมียร์ร่วม

ในเมตาเฟส โครมาทิดที่เชื่อมต่อกันทั้งสี่จะเรียงกันเป็นแผ่นเส้นศูนย์สูตร ราวกับว่าพวกมันเป็นโครโมโซมที่ซ้ำกันเพียงโครโมโซมเดียว ตรงกันข้ามกับสิ่งที่เกิดขึ้นในไมโทซีส เซนโทรเมียร์จะไม่แบ่งตัว เป็นผลให้เซลล์ลูกแต่ละเซลล์ได้รับโครมาทิดคู่หนึ่งที่ยังคงเชื่อมต่อกันด้วยเซนโทรเมียร์ ในระหว่างการแบ่งส่วนที่สอง โครโมโซมซึ่งแยกจากกันอยู่แล้วจะเรียงตัวกันอีกครั้ง ก่อตัวเป็นแผ่นเส้นศูนย์สูตรเช่นเดียวกับในไมโทซีส แต่การเสแสร้งจะไม่เกิดขึ้นในระหว่างการแบ่งส่วนนี้ จากนั้นเซนโทรเมียร์จะแบ่งตัว และแต่ละเซลล์ลูกสาวจะได้รับโครมาทิดหนึ่งอัน

การแบ่งไซโตพลาสซึม

อันเป็นผลมาจากการแบ่งไมโอติกสองเซลล์ของเซลล์ดิพลอยด์ทำให้เกิดเซลล์สี่เซลล์ เมื่อเซลล์สืบพันธุ์เพศชายถูกสร้างขึ้น จะได้อสุจิที่มีขนาดเท่ากันประมาณสี่ตัว เมื่อไข่ถูกสร้างขึ้น การแบ่งตัวของไซโตพลาสซึมจะเกิดขึ้นไม่สม่ำเสมอมาก โดยเซลล์หนึ่งยังคงมีขนาดใหญ่ ในขณะที่อีกสามเซลล์มีขนาดเล็กมากจนเกือบทั้งหมดถูกครอบครองโดยนิวเคลียส เซลล์เล็กๆ เหล่านี้ ที่เรียกว่า ร่างกายขั้วโลกทำหน้าที่เพียงเพื่อรองรับโครโมโซมส่วนเกินที่เกิดขึ้นจากไมโอซิสเท่านั้น ไซโตพลาสซึมส่วนใหญ่ที่จำเป็นสำหรับไซโกตยังคงอยู่ในเซลล์เดียว - ไข่

การผันและการข้าม

ในระหว่างการผันคำกริยา โครมาทิดของโครโมโซมคล้ายคลึงกันสามารถแตกหักและเชื่อมต่อกันในลำดับใหม่ โดยเปลี่ยนส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้

การแลกเปลี่ยนส่วนของโครโมโซมคล้ายคลึงกันนี้เรียกว่าการข้าม ดังที่แสดงไว้ข้างต้น การข้ามไปทำให้เกิดการรวมตัวใหม่ของอัลลีลของยีนที่เชื่อมโยงกัน ดังนั้นหากโครโมโซมดั้งเดิมมีการผสมกัน เอบีและ เกี่ยวกับแล้วหลังจากข้ามไปก็จะมี เเอบและ เอบี. กลไกการเกิดการรวมกันของยีนใหม่นี้ช่วยเสริมผลของการเรียงลำดับโครโมโซมอิสระที่เกิดขึ้นระหว่างไมโอซิส ความแตกต่างก็คือ การข้ามแยกยีนบนโครโมโซมเดียวกัน ในขณะที่การเรียงลำดับแบบอิสระจะแยกเฉพาะยีนบนโครโมโซมที่ต่างกัน

รุ่นที่สลับกัน

เซลล์ดั้งเดิม: โปรคาริโอต

สิ่งที่กล่าวมาทั้งหมดใช้กับเซลล์ของพืช สัตว์ โปรโตซัว และสาหร่ายเซลล์เดียว ซึ่งเรียกรวมกันว่ายูคาริโอต ยูคาริโอตวิวัฒนาการมาจากรูปแบบที่เรียบง่ายกว่า คือ โปรคาริโอต ซึ่งปัจจุบันมีแบคทีเรียแทน เช่น อาร์คีแบคทีเรีย และไซยาโนแบคทีเรีย (เดิมเรียกว่าสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียว) เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ยูคาริโอต เซลล์โปรคาริโอตมีขนาดเล็กกว่าและมีออร์แกเนลล์ของเซลล์น้อยกว่า พวกมันมีเยื่อหุ้มเซลล์แต่ขาดเอนโดพลาสซึมเรติคูลัม และไรโบโซมลอยอย่างอิสระในไซโตพลาสซึม ไมโตคอนเดรียหายไป แต่เอนไซม์ออกซิเดชั่นมักจะเกาะติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเทียบเท่ากับไมโตคอนเดรีย โปรคาริโอตยังขาดคลอโรพลาสต์ และหากมีคลอโรฟิลล์อยู่ก็จะอยู่ในรูปของเม็ดเล็กมาก

โปรคาริโอตไม่มีนิวเคลียสที่ล้อมรอบด้วยเมมเบรน แม้ว่าตำแหน่งของ DNA จะสามารถระบุได้ด้วยความหนาแน่นของแสงก็ตาม สิ่งที่เทียบเท่ากับโครโมโซมก็คือสายของ DNA ซึ่งมักจะเป็นวงกลม โดยมีโปรตีนเกาะอยู่น้อยกว่ามาก สายโซ่ DNA ติดอยู่ที่เยื่อหุ้มเซลล์ ณ จุดหนึ่ง ไม่มีไมโทซิสในโปรคาริโอต มันถูกแทนที่ด้วยกระบวนการต่อไปนี้: DNA เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าหลังจากนั้นเยื่อหุ้มเซลล์เริ่มเติบโตระหว่างจุดที่อยู่ติดกันของโมเลกุล DNA สองชุดซึ่งส่งผลให้ค่อยๆ แยกออก ในที่สุดเซลล์จะแบ่งระหว่างจุดเชื่อมต่อของโมเลกุล DNA กลายเป็นสองเซลล์ โดยแต่ละเซลล์มีสำเนา DNA ของตัวเอง

ความแตกต่างของเซลล์

พืชและสัตว์หลายเซลล์วิวัฒนาการมาจากสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ซึ่งหลังจากแบ่งเซลล์แล้ว ยังคงอยู่ด้วยกันจนกลายเป็นอาณานิคม ในตอนแรก เซลล์ทั้งหมดเหมือนกัน แต่วิวัฒนาการเพิ่มเติมทำให้เกิดความแตกต่าง ประการแรก เซลล์ร่างกาย (เช่น เซลล์ร่างกาย) และเซลล์สืบพันธุ์มีความแตกต่างกัน การสร้างความแตกต่างเพิ่มเติมมีความซับซ้อนมากขึ้น - มีเซลล์ประเภทต่างๆ เกิดขึ้นมากขึ้นเรื่อยๆ การกำเนิด - การพัฒนาส่วนบุคคลของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ - ทำซ้ำในแง่ทั่วไปกระบวนการวิวัฒนาการนี้ (สายวิวัฒนาการ)

ในทางสรีรวิทยา เซลล์จะแยกความแตกต่างในบางส่วนโดยการเสริมคุณสมบัติอย่างใดอย่างหนึ่งที่เหมือนกันในทุกเซลล์ ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชั่นการหดตัวได้รับการปรับปรุงในเซลล์กล้ามเนื้อ ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการปรับปรุงกลไกที่ทำให้เกิดอะมีบาหรือการเคลื่อนไหวประเภทอื่นในเซลล์ที่มีความเชี่ยวชาญน้อยกว่า ตัวอย่างที่คล้ายกันคือเซลล์รากที่มีผนังบางซึ่งมีกระบวนการที่เรียกว่า ขนรากซึ่งทำหน้าที่ดูดซับเกลือและน้ำ ฟังก์ชันนี้มีอยู่ในเซลล์ทั้งหมดในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น บางครั้งความเชี่ยวชาญเกี่ยวข้องกับการได้มาซึ่งโครงสร้างและหน้าที่ใหม่ - ตัวอย่างคือการพัฒนาอวัยวะของหัวรถจักร (แฟลเจลลัม) ในตัวอสุจิ

มีการศึกษาความแตกต่างในระดับเซลล์หรือเนื้อเยื่ออย่างละเอียด ตัวอย่างเช่น เรารู้ว่าบางครั้งมันเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ เช่น เซลล์ประเภทหนึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นเซลล์อีกประเภทหนึ่งได้ไม่ว่าเซลล์ข้างเคียงจะเป็นเซลล์ชนิดใด อย่างไรก็ตามสิ่งที่เรียกว่า การชักนำให้เกิดตัวอ่อนเป็นปรากฏการณ์ที่เนื้อเยื่อประเภทหนึ่งกระตุ้นเซลล์อีกประเภทหนึ่งให้แยกความแตกต่างในทิศทางที่กำหนด

ในกรณีทั่วไป ความแตกต่างไม่สามารถย้อนกลับได้ เช่น เซลล์ที่มีความแตกต่างสูงไม่สามารถเปลี่ยนเป็นเซลล์ประเภทอื่นได้ อย่างไรก็ตาม ก็ไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป โดยเฉพาะในเซลล์พืช

ในที่สุดความแตกต่างในโครงสร้างและหน้าที่จะถูกกำหนดโดยประเภทของโปรตีนที่ถูกสังเคราะห์ในเซลล์ เนื่องจากการสังเคราะห์โปรตีนถูกควบคุมโดยยีน และชุดของยีนจะเหมือนกันในทุกเซลล์ของร่างกาย ความแตกต่างจึงต้องขึ้นอยู่กับการกระตุ้นหรือการปิดใช้งานของยีนบางตัวในเซลล์ประเภทต่างๆ การควบคุมกิจกรรมของยีนเกิดขึ้นที่ระดับการถอดรหัส เช่น การก่อตัวของ Messenger RNA โดยใช้ DNA เป็นเทมเพลต มีเพียงยีนที่ถอดความเท่านั้นที่ผลิตโปรตีน โปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นสามารถขัดขวางการถอดรหัส แต่บางครั้งก็กระตุ้นการทำงานของมันด้วย นอกจากนี้ เนื่องจากโปรตีนเป็นผลผลิตจากยีน ยีนบางตัวจึงสามารถควบคุมการถอดรหัสของยีนอื่นได้ ฮอร์โมนโดยเฉพาะสเตียรอยด์ก็มีส่วนเกี่ยวข้องในการควบคุมการถอดรหัสเช่นกัน ยีนที่แอคทีฟมากสามารถทำซ้ำ (เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า) ได้หลายครั้งเพื่อสร้าง Messenger RNA มากขึ้น

การพัฒนาของเนื้องอกเนื้อร้ายมักได้รับการพิจารณาว่าเป็นกรณีพิเศษของการสร้างความแตกต่างของเซลล์ อย่างไรก็ตาม การปรากฏตัวของเซลล์มะเร็งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง DNA (การกลายพันธุ์) ไม่ใช่กระบวนการถอดรหัสและการแปลเป็นโปรตีนของ DNA ปกติ

วิธีการศึกษาเซลล์

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

ในการศึกษารูปแบบและโครงสร้างของเซลล์ เครื่องมือชิ้นแรกคือกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง กำลังการแยกส่วนของมันถูกจำกัดด้วยขนาดที่เทียบได้กับความยาวคลื่นของแสง (0.4–0.7 μm สำหรับแสงที่มองเห็นได้) อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบหลายอย่างในโครงสร้างเซลล์มีขนาดเล็กกว่ามาก

ปัญหาอีกประการหนึ่งคือส่วนประกอบของเซลล์ส่วนใหญ่จะโปร่งใสและมีดัชนีการหักเหของแสงเกือบจะเหมือนกับน้ำ เพื่อปรับปรุงการมองเห็น มักใช้สีย้อมที่มีความสัมพันธ์ต่างกันสำหรับส่วนประกอบของเซลล์ต่างๆ การย้อมสียังใช้ในการศึกษาเคมีของเซลล์ด้วย ตัวอย่างเช่น สีย้อมบางชนิดจับกับกรดนิวคลีอิกเป็นพิเศษ และด้วยเหตุนี้จึงเผยให้เห็นตำแหน่งในเซลล์ สีย้อมในสัดส่วนเล็กน้อยที่เรียกว่าสีย้อมภายในหลอดเลือดสามารถใช้เพื่อย้อมเซลล์ที่มีชีวิตได้ แต่โดยปกติแล้วเซลล์จะต้องได้รับการแก้ไขก่อน (โดยใช้สารจับตัวเป็นโปรตีน) ก่อนจึงจะสามารถย้อมได้ ซม. ประวัติศาสตร์.

ก่อนการทดสอบ เซลล์หรือชิ้นส่วนของเนื้อเยื่อมักจะฝังอยู่ในพาราฟินหรือพลาสติก จากนั้นจึงตัดเป็นส่วนที่บางมากโดยใช้ไมโครโตม วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการทางคลินิกเพื่อระบุเซลล์เนื้องอก นอกเหนือจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบธรรมดาแล้ว ยังมีการพัฒนาวิธีการทางแสงอื่นๆ สำหรับการศึกษาเซลล์อีกด้วย เช่น กล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์ กล้องจุลทรรศน์คอนทราสต์เฟส สเปกโทรสโกปี และการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมีความละเอียดประมาณ 1–2 นาโนเมตร ซึ่งเพียงพอสำหรับการศึกษาโมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่ โดยปกติแล้ว จำเป็นต้องระบายสีและตัดกันวัตถุด้วยเกลือของโลหะหรือโลหะ ด้วยเหตุนี้ และเนื่องจากวัตถุถูกตรวจสอบในสุญญากาศ จึงสามารถศึกษาเฉพาะเซลล์ที่ถูกฆ่าได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

การถ่ายภาพอัตโนมัติ

หากมีการเพิ่มไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีที่เซลล์ดูดซับระหว่างเมแทบอลิซึมเข้าไปในตัวกลาง การระบุตำแหน่งภายในเซลล์ของไอโซโทปนั้นจะสามารถตรวจพบได้โดยใช้การถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติ ด้วยวิธีนี้ เซลล์บางส่วนจะถูกวางลงบนแผ่นฟิล์ม ฟิล์มจะมืดลงใต้บริเวณที่มีไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีอยู่

การหมุนเหวี่ยง

สำหรับการศึกษาทางชีวเคมีของส่วนประกอบของเซลล์ เซลล์จะต้องถูกทำลาย ทั้งทางกลไก ทางเคมี หรืออัลตราซาวนด์ ส่วนประกอบที่ปล่อยออกมาจะถูกแขวนลอยในของเหลวและสามารถแยกและทำให้บริสุทธิ์ได้โดยการหมุนเหวี่ยง (ส่วนใหญ่มักจะอยู่ในไล่ระดับความหนาแน่น) โดยทั่วไปแล้ว ส่วนประกอบที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์ดังกล่าวจะยังคงมีฤทธิ์ทางชีวเคมีสูง

การเพาะเลี้ยงเซลล์

เนื้อเยื่อบางชนิดสามารถแบ่งออกเป็นเซลล์แต่ละเซลล์เพื่อให้เซลล์ยังมีชีวิตอยู่และมักจะสามารถสืบพันธุ์ได้ ข้อเท็จจริงนี้ยืนยันแนวคิดของเซลล์ในฐานะหน่วยสิ่งมีชีวิตได้อย่างชัดเจน ฟองน้ำซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ดึกดำบรรพ์สามารถแยกออกเป็นเซลล์ได้โดยการถูผ่านตะแกรง หลังจากนั้นครู่หนึ่ง เซลล์เหล่านี้จะเชื่อมต่อกันใหม่และก่อตัวเป็นฟองน้ำ เนื้อเยื่อของตัวอ่อนของสัตว์สามารถแยกออกจากกันได้โดยใช้เอนไซม์หรือวิธีอื่นที่ทำให้พันธะระหว่างเซลล์อ่อนลง

นักเพาะพันธุ์ตัวอ่อนชาวอเมริกัน อาร์. แฮร์ริสัน (พ.ศ. 2422-2502) เป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นว่าตัวอ่อนและแม้แต่เซลล์ที่โตเต็มวัยบางเซลล์สามารถเติบโตและขยายพันธุ์ภายนอกร่างกายได้ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม เทคนิคนี้เรียกว่าการเพาะเลี้ยงเซลล์ ได้รับการพัฒนาให้สมบูรณ์แบบโดยนักชีววิทยาชาวฝรั่งเศส เอ. คาร์เรล (พ.ศ. 2416-2502) เซลล์พืชสามารถเจริญเติบโตได้ในการเพาะเลี้ยง แต่เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์สัตว์ เซลล์เหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นกระจุกที่ใหญ่กว่าและเกาะติดกันแน่นมากกว่า ดังนั้นเนื้อเยื่อจึงถูกสร้างขึ้นเมื่อการเพาะเลี้ยงเติบโตขึ้น แทนที่จะเป็นแต่ละเซลล์ ในการเพาะเลี้ยงเซลล์ พืชที่โตเต็มวัยทั้งหมด เช่น แครอท สามารถปลูกได้จากเซลล์เดียว

การผ่าตัดด้วยไมโคร

การใช้ไมโครแมนิปูเลเตอร์ทำให้แต่ละส่วนของเซลล์สามารถถอดออก เพิ่ม หรือแก้ไขได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง เซลล์อะมีบาขนาดใหญ่สามารถแบ่งออกเป็นองค์ประกอบหลักได้สามส่วน ได้แก่ เยื่อหุ้มเซลล์ ไซโตพลาสซึม และนิวเคลียส จากนั้นส่วนประกอบเหล่านี้สามารถประกอบกลับเป็นเซลล์ที่มีชีวิตได้ ด้วยวิธีนี้สามารถรับเซลล์เทียมที่ประกอบด้วยส่วนประกอบของอะมีบาประเภทต่างๆ

หากเราคำนึงว่าดูเหมือนว่าจะเป็นไปได้ที่จะสังเคราะห์ส่วนประกอบของเซลล์บางอย่างเทียมได้ การทดลองในการประกอบเซลล์เทียมอาจเป็นก้าวแรกสู่การสร้างรูปแบบชีวิตใหม่ในห้องปฏิบัติการ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดพัฒนาจากเซลล์เดียว วิธีการผลิตเซลล์เทียมโดยหลักการช่วยให้สามารถสร้างสิ่งมีชีวิตประเภทที่กำหนดได้ หากในเวลาเดียวกันใช้ส่วนประกอบที่แตกต่างจากที่พบในเซลล์ที่มีอยู่เล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง ไม่จำเป็นต้องมีการสังเคราะห์ส่วนประกอบของเซลล์ทั้งหมดโดยสมบูรณ์ โครงสร้างส่วนประกอบส่วนใหญ่ของเซลล์ (หรือทั้งหมด) ถูกกำหนดโดยกรดนิวคลีอิก ดังนั้นปัญหาในการสร้างสิ่งมีชีวิตใหม่จึงอยู่ที่การสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกชนิดใหม่และการแทนที่กรดนิวคลีอิกตามธรรมชาติในเซลล์บางเซลล์

เซลล์ฟิวชั่น

เซลล์เทียมอีกประเภทหนึ่งสามารถรับได้โดยการหลอมรวมเซลล์ที่มีสายพันธุ์เดียวกันหรือต่างกัน เพื่อให้เกิดการหลอมรวม เซลล์จะถูกสัมผัสกับเอนไซม์ของไวรัส ในกรณีนี้ พื้นผิวด้านนอกของทั้งสองเซลล์จะติดกาวเข้าด้วยกัน และเยื่อหุ้มเซลล์ที่อยู่ระหว่างเซลล์เหล่านี้จะถูกทำลาย และเซลล์จะถูกสร้างขึ้นโดยมีโครโมโซมสองชุดล้อมรอบอยู่ในนิวเคลียสเดียว เป็นไปได้ที่จะหลอมเซลล์ประเภทต่าง ๆ หรือในขั้นตอนการแบ่งที่ต่างกัน เมื่อใช้วิธีการนี้ เป็นไปได้ที่จะได้เซลล์ลูกผสมระหว่างหนูกับไก่ มนุษย์กับหนู และมนุษย์กับคางคก เซลล์ดังกล่าวเป็นแบบลูกผสมในช่วงแรกเท่านั้น และหลังจากการแบ่งเซลล์หลายครั้ง เซลล์เหล่านี้จะสูญเสียโครโมโซมส่วนใหญ่ไปเป็นประเภทใดประเภทหนึ่ง ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะกลายเป็นเซลล์ของเมาส์ที่ไม่มียีนของมนุษย์หรือมีเพียงร่องรอยเล็กน้อยเท่านั้น สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือการหลอมรวมของเซลล์ปกติและเซลล์มะเร็ง ในบางกรณี ลูกผสมกลายเป็นเนื้อร้าย ในบางกรณีก็ไม่เป็นเช่นนั้น เช่น คุณสมบัติทั้งสองสามารถแสดงตนออกมาได้ทั้งแบบเด่นและแบบถอย ผลลัพธ์นี้ไม่ใช่เรื่องที่คาดไม่ถึง เนื่องจากมะเร็งอาจเกิดจากปัจจัยต่างๆ และมีกลไกที่ซับซ้อน

วรรณกรรม:

แฮม เอ., คอร์แมค ดี. มิญชวิทยาเล่มที่ 1 ม. 2525
อัลเบิร์ตส์ บี., เบรย์ ดี., ลูอิส เจ., ราฟ เอ็ม., โรเบิร์ตส์ เค., วัตสัน เจ. อณูเซลล์ชีววิทยาเล่มที่ 1 ม. 2537

น้ำหนักของสมองสัมพันธ์กับน้ำหนักตัวประมาณ 2% แต่ในขณะเดียวกันก็ใช้กลูโคส 12-17% และออกซิเจนมากถึง 20% จากงบประมาณทั้งหมดของร่างกาย ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ไม่ได้เก็บไว้ใช้ในอนาคต แต่นำไปใช้ทันที Glucose oxidation เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียซึ่งทำหน้าที่เป็นสถานีพลังงานของเซลล์ ยิ่งกิจกรรมของเซลล์รุนแรงมากเท่าไรก็ยิ่งมีไมโตคอนเดรียมากขึ้นเท่านั้น ในเซลล์ประสาท พวกมันจะกระจายอย่างเท่าเทียมกันในไซโตพลาสซึม แต่พวกมันสามารถเคลื่อนที่ไปที่นั่นและเปลี่ยนรูปร่างได้

ไลโซโซมเป็นถุงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 250-500 นาโนเมตรล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มของตัวเองซึ่งภายในประกอบด้วยโปรตีโอไลติกต่างๆ เช่น โปรตีนทำลายเอนไซม์ ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์เหล่านี้ โมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่จะถูกแบ่งออกเป็นโมเลกุลขนาดเล็กหรือแม้แต่กรดอะมิโน เอนไซม์ Lysosomal ถูกสังเคราะห์บนไรโบโซมของ ER จากนั้นในถุงขนส่งพวกมันจะเข้าสู่เครื่องมือ Golgi ซึ่งมักจะเติมส่วนประกอบของคาร์โบไฮเดรตลงไปดังนั้นจึงแปลงเป็นไกลโคลิปิด จากนั้นเอนไซม์จะถูกบรรจุลงในเยื่อหุ้มของอุปกรณ์ Golgi และแตกหน่อจากนั้นจึงกลายเป็นไลโซโซม เอนไซม์ไฮโดรไลติกของไลโซโซมช่วยกำจัดเซลล์ที่เสื่อมสภาพหรือพังทลายของโครงสร้างไซโตพลาสซึมและเยื่อหุ้มส่วนเกินที่ไม่จำเป็น ออร์แกเนลล์ที่สึกหรอหรือเสียหายจะหลอมรวมกับไลโซโซม และถูกย่อยโดยเอนไซม์ไลโซโซม