เซลล์ (ชีววิทยา)

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
สำหรับเซลล์ ในความหมายอื่น ดูที่ เซลล์
เซลล์ในจานเพาะเชื้อ ซึ่งถูกย้อมสีไว้ให้เห็นคีราติน (สีแดง) และ ดีเอ็นเอ (สีเขียว)

ในทางชีววิทยา เซลล์(อังกฤษ: Cell)เป็นโครงสร้างและหน่วยทำงานที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิตแทบทุกชนิด ในบางครั้งอาจเรียกว่า หน่วยที่เป็นองค์ประกอบของชีวิต ("building blocks of life") สิ่งมีชีวิตบางชนิดเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (unicellular organism) เช่น แบคทีเรีย ยีสต์ แต่สิ่งมีชีวิตชนิดอื่น เช่น พืช สัตว์ เป็นสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ ( multicellular organism ) (มนุษย์มีเซลล์อยู่ประมาณ 100 ล้านล้าน หรือ 1014 เซลล์)

ทฤษฎีเซลล์ถูกพัฒนาขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2382 (ค.ศ. 1839) โดยแมตเทียส จาคอบ ชไลเดน (Matthias Jakob Schleiden) และ ทีโอดอร์ ชวานน์ (Theodor Schwann) ได้อธิบายว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์หนึ่งเซลล์หรือมากกว่า เซลล์ทั้งหมดมีกำเนิดมาจากเซลล์ที่มีมาก่อน (preexisting cells) ระบบการทำงานเพื่อความอยู่รอดของสิ่งที่มีชีวิตทั้งหมดเกิดขึ้นภายในเซลล์ และภายในเซลล์ยังประกอบด้วยข้อมูลทางพันธุกรรม (hereditary information) ซึ่งจำเป็นสำหรับการควบคุมการทำงานของเซลล์ และการส่งต่อข้อมูลทางพันธุกรรมไปยังเซลล์รุ่นต่อไป

คำว่าเซลล์ มาจากภาษาละตินที่ว่า cella ซึ่งมีความหมายว่า ห้องเล็กๆ ผู้ตั้งชื่อนี้คือโรเบิร์ต ฮุก (Robert Hooke) เมื่อเขาเปรียบเทียบเซลล์ของไม้คอร์กเหมือนกับห้องเล็กๆ

คุณสมบัติของเซลล์[แก้]

เซลล์ของหนูในจานเพาะเชื้อ เซลล์เหล่านี้กำลังขยายขนาดใหญ่ขึ้น แต่ละเซลล์มีขนาดประมาณ 50 ไมโครเมตร

แต่ละเซลล์มีองค์ประกอบและดำรงชีวิตได้ด้วยตัวของมันเอง โดยการนำสารอาหารเข้าไปในเซลล์และเปลี่ยนสารอาหารให้กลายเป็นพลังงานเพื่อการดำรงชีวิตและการสืบพันธุ์ เซลล์มีความสามารถหลายอย่างดังนี้:

ประเภทของเซลล์[แก้]

ภาพเปรียบเทียบเซลล์ยูแคริโอต (eukaryotes) และเซลล์โพรแคริโอต (prokaryotes) - รูปนี้แสดงเซลล์มนุษย์ (ยูแคริตโอต) และ เซลล์แบคทีเรีย (โพรแคริโอต) ด้านซ้ายแสดงโครงสร้างภายในของเซลล์ยูแคริโอต ซึ่งประกอบด้วย นิวเคลียส (สีฟ้า) , นิวคลีโอลัส (สีน้ำเงิน) , ไมโทคอนเดรีย (สีส้ม) , และไรโบโซม (สีน้ำเงินเข้ม) รูปทางขวาแสดงดีเอ็นเอของแบคทีเรีย ที่อยู่ในโครงสร้างที่เรียกว่า นิวคลิออยด์ (สีฟ้าอ่อน) และโครงสร้างอื่นๆ ที่พบในเซลล์โพรแคริโอต ซึ่งประกอบด้วย เยื่อหุ้มเซลล์ (สีดำ) , ผนังเซลล์ (สีน้ำเงิน) , แคปซูล (สีส้ม) , ไรโบโซม (สีน้ำเงินเข้ม) , แฟลกเจลลัม (สีดำ)

วิธีการจัดกลุ่มเซลล์ไม่ว่าเซลล์นั้นจะอยู่ตามลำพังหรืออยู่เป็นกลุ่ม ได้แก่ สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (unicellular) ซึ่งดำรงชีวิตเพื่อความอยู่รอด จนไปถึงการอยู่รวมกันเป็นกลุ่มที่เรียกว่า โคโลนี (colonial forms) หรือ สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (multicellular) ซึ่งเซลล์เหล่านี้จะกลายเป็นเซลล์เฉพาะทางที่แตกต่างกันหลายรูปแบบ เช่น เซลล์ต่างๆ ในร่างกายมนุษย์

โดยสรุป เซลล์สามารถแบ่งได้เป็น 2 รูปแบบคือ

ส่วนประกอบย่อยของเซลล์[แก้]

ภาพเซลล์พืชทั่วไป แสดงส่วนประกอบย่อยของเซลล์ (ดูตาราง 2 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างเซลล์พืชและสัตว์)

เซลล์ทุกชนิดไม่ว่าจะเป็นโพรแคริโอตหรือยูแคริโอตจะต้องมีเยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane) ทำหน้าที่ห่อหุ้มเซลล์เสมอ เพื่อแยกส่วนประกอบภายในเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อม เป็นการควบคุมการขนส่งสารเข้าออกเซลล์ และเพื่อรักษาความต่างศักย์ทางไฟฟ้าของเซลล์ (cell potential) ภายในเยื่อหุ้มเซลล์จะประกอบไปด้วย ไซโทพลาซึมที่มีสภาพเป็นเกลือ และเป็นเนื้อที่ส่วนใหญ่ของเซลล์ ภายในเซลล์จะมี ดีเอ็นเอ หน่วยพันธุกรรมของเซลล์หรือยีน และ อาร์เอ็นเอชึ่งจะมีข้อมูลที่จำเป็นในการถ่ายทอดพันธุกรรม รวมทั้งโปรตีนต่างๆ เช่น เอนไซม์ นอกจากนี้ภายในเซลล์ก็ยังมีสารชีวโมเลกุล (biomolecule) ชนิดต่างๆ อีกมากมาย

เยื่อหุ้มเซลล์ - ส่วนหุ้มและปกป้องเซลล์[แก้]

ไซโทพลาซึมของเซลล์ประเภทยูแคริโอตจะถูกห้อมล้อมด้วยส่วนที่เรียกว่า เยื่อหุ้มเซลล์ หรือ พลาสมา เมมเบรน (plasma membrane) พลาสมาเมมเบรนจะพบในเซลล์ประเภทโพรแคริโอตด้วย เยื่อนี้จะทำหน้าที่แยกและปกป้องเซลล์จากสิ่งแวดล้อมรอบข้าง ส่วนใหญ่แล้วถูกสร้างขึ้นจากชั้นของลิพิดสองชั้น หรือ ฟอสโฟลิพิด ไบแลร์ (Phospholipid bilayer) และโปรตีน ภายในเยื่อจะมีโมเลกุลหลากชนิดที่ทำหน้าที่เป็นทั้งช่องทางผ่านของสารและ ปั๊ม (channels and pumps) เพื่อทำหน้าที่เฉพาะในการขนส่งโมเลกุลเข้าหรือออกจากเซลล์

ไซโทสเกเลตอน (cytoskeleton) - ส่วนที่เป็นโครงสร้างของเซลล์[แก้]

ไซโทสเกเลตอนเป็นโครงสร้างที่สำคัญ ซับซ้อน และเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา มีบทบาทในการจัดรูปแบบและจัดเรียงตำแหน่งของออร์แกเนลล์ให้อยู่ในที่ที่เหมาะสม, ช่วยให้เกิดกระบวนการเอนโดไซโทซิส (endocytosis) หรือการนำสารจากภายนอกเซลล์เข้ามาในเซลล์เพื่อใช้ในกระบวนการเจริญเติบโตและการเคลื่อนไหว, บทบาทในการทำงานของกล้ามเนื้อ, และมีโปรตีนจำนวนมากมายในไซโทสเกลเลตอนที่ควบคุมโครงสร้างของเซลล์

ไซโทสเกเลตอน แบ่งออกได้เป็น 3 ชนิดตามขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง ได้แก่ ไมโครทูบูล (Microtubule) , อินเทอร์มีเดียท ฟิลาเมนท์ (Intermediate Filament) และ ไมโครฟิลาเมนท์ (Microfilament)

สารพันธุกรรม (Genetic Material)[แก้]

สารพันธุกรรมแตกต่างกันสองชนิดคือ :

รหัสพันธุกรรม (Genetic code) ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเป็นข้อมูลทางพันธุกรรมของเซลล์ซึ่งเก็บอยู่ในรูปดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ใช้ดีเอ็นเอสำหรับเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม แต่ไวรัสบางชนิด เช่น รีโทรไวรัส (retrovirus) มีอาร์เอ็นเอเป็นสารพันธุกรรม อาร์เอ็นเอนอกจากจะเป็นสารพันธุกรรมแล้วยังทำหน้าที่เป็นสารที่ขนถ่ายข้อมูลด้วย ได้แก่ เมสเซนเจอร์ อาร์เอ็นเอ (mRNA) และอาจทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ได้โดยเฉพาะในเซลล์ที่มีอาร์เอ็นเอเป็นสารพันธุกรรม ได้แก่ ไรโบโซมัล อาร์เอ็นเอ หรือ (rRNA)

สารพันธุกรรมของพวกโปรคาริโอต จะถูกจัดอยู่ในโมเลกุลของดีเอ็นเอรูปวงกลมง่ายๆ เช่น ดีเอ็นเอของแบคทีเรียซึ่งอยู่ในบริเวณนิวคลอยด์ (nucleoid region) ของไซโตพลาสซึม ส่วนสารพันธุกรรมของพวกยูคาริโอต จะถูกจัดแบ่งให้อยู่ในโมเลกุลที่เป็นเส้นตรงที่เรียกว่า โครโมโซม (chromosome) ภายในนิวเคลียส และยังพบว่ามีสารพันธุกรรมอื่นๆ นอกจากในโครโมโซมในออร์แกเนลล์บางชนิด เช่น ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ (ดูเพิ่มเติมที่ทฤษฎีเอ็นโดซิมไบโอติก (endosymbiotic theory)) เช่น ในเซลล์มนุษย์จะมีสารพันธุกรรมในบริเวณดังนี้ในนิวเคลียส เรียกว่า นิวเคลียร์ จีโนม (nuclear genome) แบ่งเป็นโมเลกุลเส้นตรง ดีเอ็นเอ 46 เส้น หรือ 23 คู่ เรียกว่า โครโมโซม

สารพันธุกรรมจากภายนอกที่สังเคราะห์ขึ้นได้เองสามารถนำไปใส่ในเซลล์ได้เราเรียกกระบวนการนี้ว่า ทรานสเฟกชัน (transfection)

กายวิภาคศาสตร์ของเซลล์[แก้]

ตาราง 2: การเปรียบเทียบโครงสร้างของ เซลล์พืช และ เซลล์สัตว์
เซลล์สัตว์ เซลล์พืช
ออร์แกเนลล์ (Organelles)

วัฏจักรของเซลล์[แก้]

วัฏจักรของเซลล์ๆหนึ่งจะเริ่มจากการเจริญสะสมสารอาหารและทำกิจกรรมต่างๆ จนถึงระยะหนึ่งก็จะแบ่งตัวเพือสร้างเซลล์ใหม่ไปเรื่อยๆ ในเซลล์ยูคาริโอตนั้น วัฏจักรของเซลล์มี 4 ระยะที่ชัดเจน คือ

  • G1 เป็นช่วงหลังจากเซลล์ผ่านการแบ่งตัวมาใหม่ จนถึงเตรียมการจะแบ่งตัวอีกครั้ง เป็นช่วงที่เซลล์มีกิจกรรมมาก
  • S เป็นช่วงเวลาที่มีการจำลองตัวของ DNA เพิ่มจาก 1 ชุดเป็น 2 ชุด เพื่อเตรียมสารพันธุกรรมไว้ให้เซลล์ใหม่ต่อไป
  • G2 เป็นช่วงเวลาหลังจากจำลอง DNA เสร็จแล้ว รอการแบ่งเซลล์ต่อไป
  • M เป็นช่วงเวลาที่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส ซึ่งเมื่อแบ่งตัวเสร็จแล้วจะได้เซลล์ลูก 2 เซลล์ ซึ่งมีสารพันธุกรรมเหมือนเซลล์ตั้งต้นทุกประการ

ในเซลล์ที่ผิดปรกติหรือเซลล์บางชนิดเช่นเซลล์ประสาทจะเข้าไปในระยะ G0 ซึ่งเป็นช่วงที่เซลล์จะไม่มีการแบ่งเซลล์อีกและจะไม่สามารถอกกจากระยะนี้ได้ ซึ่งถ้าเป็นเซลล์ที่ผิดปรกติจะถูกทิ้งให้ตาย

อ้างอิง[แก้]