1.1 ทฤษฎีเซลล์

ทฤษฎีเซลล์

สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า เดิมใช้เพียงแว่นขยายและเลนส์อันเดียวส่องดู คงเช่นเดียวกับการใช้แว่นขยายส่องดูลายมือ ในระยะต่อมา กาลิเลอิ กาลิเลโอ ได้สร้างแว่นขยายส่องดูสิ่งมีชีวิตเล็กๆในราวปี พ.ศ. 2153 ในช่วงปี พ.ศ. 2133 ช่างทำแว่นตาชาวฮอลันดาชื่อ แจนเสน (Zaccharias Janssen ) ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ ประกอบด้วยแว่นขยายสองอัน แต่ยังไม่สามารถส่องดูอะไรได้ ในปี พ.ศ. 2208 โรเบิร์ต ฮุค (Robert Hooke) ได้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบที่มีลำกล้องรูปร่างสวยงาม ป้องกันการรบกวนจากแสงภายนอกได้และไม่ต้องถือเลนส์ให้ซ้อนกัน เขาส่องดูไม้คอร์กฝานบางๆ แล้วพบช่องเล็กๆ มากมาย เขาเรียกช่องเหล่านั้นว่า เซลล์ ซึ่งหมายถึงห้องว่างๆ หรือห้องขัง เซลล์ที่ฮุคเห็นเป็นเซลล์ที่ตายแล้วเหลือแต่ผนังเซลล์ของพืชซึ่งแข็งแรงกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ในสัตว์จึงทำให้คงรูปร่างอยู่ได้ ฮุคจึงได้ชื่อว่าเป็นผู้ตั้งชื่อเซลล์
ในปี พ.ศ. 2215 แอนโทนี แวน ลิวเวนฮุค (Antony Van Leeuwenhoek) ชาวฮอลันดา สร้ากล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์เดียวจากแว่นขยายที่เขาฝนเอง แว่นขยายบางอันขยายได้ถึง 270 เท่า เขาใช้กล้องจุลทรรศน์ตรวจดูหยดน้ำจากบึง แม่น้ำและจากน้ำฝนที่รองไว้ในหม้อ เห็นสิ่งมีชีวิตเล็กๆมากมายนอกจากนั้นเขายังส่องดูสิ่งมีชีวิตต่างๆ เช่น เม็ดเลือดแดง เซลล์สืบพันธุ์สัตว์ตัวผู้ กล้ามเนื้อ เป็นต้น เมื่อเขาพบสิ่งเหล่านี้เขารายงานไปยังราชสมาคมแห่งกรุงลอนดอน จึงได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์

ปี พ.ศ. 2367 ดูโธรเชต์ นักพฤกษศาสตร์ชาวฝรั่งเศสศึกษาเนื้อเยื่อพืชและสัตว์พบว่า ประกอบด้วยเซลล์

ปี พ.ศ. 2376 โรเบิร์ต บราวน์ นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ เป็นค้นแรกที่พบว่า เซลล์พืชมีนิวเคลียสเป็นก้อนกลมๆ อยู่ภายในเซลล์

ปี พ.ศ. 2378 เฟ-ลิกซ์ ดือจาร์แดง นักสัตวศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ศึกษาจุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ พบว่า ภายในประกอบด้วยของเหลวใสๆ จึงเรียกว่า ซาร์โคด ซึ่งเป็นภาษาฝรั่งเศสมาจากศัพท์กรีกว่า ซารค์ (Sarx) ซึ่งแปลว่าเนื้อ

ปี พ.ศ. 2381 ชไลเดน (Matthias Jacob Schleiden) นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน ศึกษาเนื้อเยื่อพืชชนิดต่างๆ พบว่าพืชทุกชนิดประกอบด้วยเซลล์

พ.ศ.2382 ชวันน์ (Theodor Schwann) นักสัตววิทยาชาวเยอรมัน ศึกษาเนื้อเยื่อของสัตว์หลายๆ ชนิด แล้วสรุปได้ว่า เนื้อเยื่อสัตว์ทุกชนิดประกอบด้วยเซลล์ ดังนั้น ชวันน์และชไลเดน จึงร่วมกันตั้งทฤษฎีเซลล์ (Cell theory) มีใจความสำคัญคือ “สิ่งมีชีวิตทั้งหลาย ประกอบด้วยเซลล์และผลิตภัณฑ์ของเซลล์” (All animals andplants are composed of cells and products)
พ.ศ.2382 พัวกินเย (Johannes Purkinje) นักสัตววิทยาชาวเชคโกสโลวาเกีย ศึกษาไข่และตัวอ่อนของสัตว์ชนิดต่างๆ พบว่าภายในมีของเหลวใส เหนียวและอ่อนนุ่ม คล้ายวุ้น เรียกของเหลวนี้ว่า โพรโทพลาสซึม
พ.ศ.2389 ฮิวโก ฟอน โมล (Hugo Von Mohl) นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมัน ศึกษาเนื้อเยื่อพืชพบว่าในเซลล์พืชมีของเหลวใสๆ จึงเรียกว่า ชไลม์ (schleim) หรือโพรโทพลาสซึม
พ.ศ.2404 แมกซ์ ชุลซ์ (Max Schltze) นักสัตววิทยาชาวเยอรมัน พิสูจน์ว่า ชาร์โคด หรือโพรโทพลาสซึม ที่พบในเซลล์สัตว์และเซลล์พืชเป็นของเหลวชนิดเดียวกัน
พ.ศ.2411 โทมัส เฮนรี ฮักเลย์ (Thomas Henry Huxley) แพทย์ชาวอังกฤษ ศึกษาคุณสมบัติของโพรโทพลาสซึม พบว่า โพรโทพลาสซึมเป็นรากฐานของสิ่งมีชีวิต (Protoplasm called the physical of life)
พ.ศ.2423 วอลเทอร์ เฟลมมิง (Walther Flemming) ศึกษานิวเคลียสของเซลล์พบว่า ประกอบด้วยโครโมโซมต่อจากนั้นมีนักวิทยาศาสตร์อีกมากมายทำการศึกษาเกี่ยวกับเซลล์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ชนิดเลนส์ประกอบ และได้พัฒนาให้ดียิ่งขึ้น จนกระทั่งปี พ.ศ. 2475 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน คือ อี รุสกา (E.Ruska) และแมกซ์นอลล์ (Max Knoll) ได้เปลี่ยนแปลงกระบวนการของกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้แสงและเลนส์มาใช้ลำอิเล็กตรอน ทำให้เกิดกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนขึ้นในระยะต่อๆมา ปัจจุบันมีกำลังขยายกว่า 5 แสนเท่า ทำให้สามารถศึกษาส่วนประกอบต่างๆของเซลล์ได้ละเอียดมากยิ่งขึ้น  

1.2 โครงสร้างเซลล์

เซลล์ (Cell)  หมายถึง หน่วยพื้นฐานที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิต มีรูปร่างลักษณะและขนาดแตกต่างกันขึ้นอยู่กับชนิดของสิ่งมีชีวิตและหน้าที่ของเซลล์เหล่านั้นเซลล์ที่มีขนาดเล็กที่สุดคือ ไมโครพลาสมา (Mycoplasma) หรือ PPLO (Pleuropneumonia – like organism) มีขนาดประมาณ 0.1 – 0.25 mขนาดและรูปร่างของเซลล์
เซลล์มีขนาดแตกต่างกันมาก เซลล์ส่วนใหญ่มีขนาดเล็กไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าต้องใช้กล้องจุลทรรศน์ส่องดู ซึ่งสามารถเห็นเซลล์แบคทีเรีย ,โพรโทซัว ,เซลล์ร่างกายทั่วไป แต่ก็มีเซลล์บางชนิดที่มีขนาดใหญ่ สามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจน เช่นเซลล์ไข่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์ไข่ของสัตว์เลื้อยคลานและสัตว์ปีกซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายเซนติเมตร หน่วยที่ใช้วัดเซลล์จึงต้องมีขนาดเล็กด้วยรูปร่างของเซลล์แต่ละชนิดจะแตกต่างกันไปตามชนิด หน้าที่ ตำแหน่งที่อยู่ของเซลล์ ดังนั้นจึงพบเซลล์ที่มีรูปร่างไม่แน่นอน เช่น เซลล์อะมีบา เซลล์เม็ดเลือดขาวบางชนิด เซลล์ที่มีรูปร่างยาว เช่นเซลล์ประสาท เซลล์อสุจิ เซลล์ที่มีรูปร่างแหลมหัวแหลมท้าย เช่น เซลล์กล้ามเนื้อเรียบ เซลล์ที่มีรูปร่างแบน เช่นเซลล์เยื่อบุผิว  เซลล์เม็ดเลือดแดง เป็นต้น

องค์ประกอบของเซลล์ประกอบด้วย

1. เยื่อหุ้มเซลล์

2. นิวเคลียส

3. ไรโบโซม

4. เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม

5. กอลจิแอพพาราตัส (golgi apparatus)

6. ไลโซโซม (lysosome)

7. เพอโรซิโซม (peroxisome)

8. แวคิวโอล (vacuole)

9. ไมโทคอนเดรีย (mitochondria)

10. คลอโรพลาสต์ (chloroplasts)

11. สารโครงร่างของเซลล์ (cytoskeleton)

12. โครงสร้างผิวเซลล์ (cell surface structure)

13.โครงสร้างเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ (junction between cells)

เยื่อหุ้มเซลล์

   โครงสร้างพื้นฐานของเซลล์

เซลล์มีโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ 3 ส่วน คือ

   1. ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์ แบ่งออกเป็น

   1.1 ผนังเซลล์ (Cell Wall)

   1.2 เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell Membrane)

   2. ไซโทพลาซึม (Cytoplasm) ประกอบด้วย

   2.1 ไซโทซอล (Cytosol)

   2.2 ออร์แกเนลล์ (Organelles)

   3. นิวเคลียส (Nucleus) ประกอบด้วย

   3.1 เยื่อหุ้มนิวเคลียส (Nuclear Membrane)

   3.2 นิวคลีโอพลาซึม (Nucleoplasm) ประกอบด้วย

         – โครมาทิน (Chromatin)

         – นิวคลีโอลัส (Nucleolus)

      หน้าที่ของโครงสร้างพื้นฐานของเซลล์

• 

ผนังเซลล์ ( Cell Wall ) เป็นส่วนประกอบชั้นนอกสุดของเซลล์พืช และเป็นส่วนที่ไม่มีชีวิต ประกอบด้วยสารหลายชนิด เช่น เซลลูโลส, คิวติน, เพกติน ลิกนิน , ซูเบอริน ผนังเซลล์มีลักษณะเป็นรูพรุน  ทำหน้าที่เสริมสร้างความแข็งแรงให้แก่เซลล์ ทำให้เซลล์คงรูปร่างได้ ผนังเซลล์มีสมบัติยอมให้สารแทบ ทุกชนิด ผ่านเข้าออกได้และมีเฉพาะในเซลล์พืชเท่านั้นเยื่อหุ้มเซลล์ ( Cell membrane หรือ plasma membrane )    มีลักษณะเป็นเยื่อบางๆ เป็นโครงสร้างที่พบในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ยกเว้นไวรัส เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยสารหลัก  2 ชนิด คือ ฟอสโฟลิพิดและโปรตีน โดยฟอสโฟลิพิดจะจัดเรียงตัวเป็น 2 ชั้น ซึ่งจะหันส่วนที่ไม่ชอบน้ำ (ส่วนหาง)เข้าหากัน และหันส่วนที่ชอบน้ำ (ส่วนหัว) ออกจากกัน โดยมีโมเลกุลของโปรตีนกระจายตัวแทรกอยู่ระหว่างโมเลกุลของฟอสโฟลิพิด นอกจากนี้ยังมีคอเลสเตอรอล ไกลโคโปรตีน และไกลโคลิพิดเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย  เยื่อหุ้มเซลล์มีหน้าที่

1) ห่อหุ้มส่วนประกอบภายในเซลล์ให้คงรูปอยู่ได้

2) ควบคุมปริมาณและชนิดของสารที่ผ่านเข้าและออกจากเซลล์ทำให้ปริมาณของสารต่างๆพอเหมาะ

3) เป็นตำแหน่งที่มีการติดต่อระหว่างเซลล์กับสิ่งแวดล้อมภายนอก

ไซโทพลาซึม  ( Cytoplasm )  มีลักษณะเป็นของเหลว ประกอบด้วยสารที่สำคัญปนอยู่ คือ โปรตีน ไขมัน  คาร์โบไฮเดรต และเกลือแร่ต่างๆ รวมทั้งของเสียที่เกิดขึ้น ไซโทพลาซึมเป็นศูนย์กลางการทำงานของเซลล์ เกี่ยวกับเมตาโบลิซึม ทั้งกระบวนการสร้างและสลายอินทรียสาร ทั้งกระบวนการสร้างและสลายอินทรียสาร ไซโทพลาซึมประกอบด้วยส่วนประกอบภายในที่อาจเรียกว่า อวัยวะของเซลล์ (organelle) มีหน้าที่แตกต่างกัน ได้แก่
1)      ร่างแหเอนโดพลาซึมหรือเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (endoplasmic reticulum) มีทั้งชนิดเรียบ (smooth endoplasmic reticulum) และชนิดขรุขระ (rough endoplasmic reticulum) ทำหน้าที่ขนส่งสารภายในเซลล์
2)  กอลจิคอมเพลกซ์ ( golgi complex หรือ golgi bodies หรือ golgi apparatus)                                              เป็นที่สะสมโปรตีนเพื่อส่งออกนอกเซลล์
3) ไมโทคอนเดรีย ( mitochondria ) มีลักษณะเป็นก้อนกลมๆ มีผนังหุ้มหนาที่ประกอบด้วยเยื่อ 2 ชั้น มีหน้าที่เผาผลาญอาหารเพื่อสร้างพลังงานให้แก่เซลล์
4) คลอโรพลาสต์ ( chloroplast) พบเฉพาะในเซลล์พืชมีหน้าที่ดูดพลังงานแสง เพื่อใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ( กระบวนการสร้างอาหารของพืช )
5) แวคิวโอ ( vacuole )  มีขนาดใหญ่มากในเซลล์พืช มีลักษณะเป็นถุงมีเยื่อหุ้มบางๆ และเป็นที่สะสมสารต่างๆ มีน้ำเป็นส่วนใหญ่ เรียกว่า เซลล์แซพ ( cell sap ) มีเกลือ น้ำตาล และสารเคมีอื่นๆ ละลายอยู่ภายใน

นิวเคลียส ( Nucleus ) มีลักษณะค่อนข้างกลม เป็นโครงสร้างของเซลล์ที่เห็นชัดอยู่ตรงกลางเซลล์ ทำหน้าที่เป็นศูนย์ควบคุมกิจกรรมต่างๆ  ภายในเซลล์ ถูกควบคุมโดยคำสั่งจากนิวเคลียสมีสารประกอบทางเคมีของนิวเคลียส ประกอบด้วย
1. ดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (deoxyribonucleic acid) หรือ DNA เป็นส่วนประกอบของโครโมโซมนิวเคลียส
2. ไรโบนิวคลีอิก แอซิด (ribonucleic acid) หรือ RNA เป็นส่วนที่พบในนิวเคลียสโดยเป็นส่วนประกอบของนิวคลีโอลัส
  3. โปรตีน ที่สำคัญคือโปรตีนฮีสโตน (histone) โปรตีนโพรตามีน (protamine) ทำหน้าที่เชื่อมเกาะอยู่กับ DNAส่วนโปรตีนเอนไซม์ส่วนใหญ่จะเป็นเอนไซม์ในกระบวนการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก และเมแทบอลิซึมของกรดนิวคลีอิก
โครงสร้างของนิวเคลียส ประกอบด้วย 3 ส่วน คือ
1) เยื่อหุ้มนิวเคลียส ( nuclear membrane) เซลล์ที่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส เรียกว่า   เซลล์ยูคาริโอต (eukaryotic cell) ได้แก่เซลล์ของพืช สัตว์ โพรทิสตเซลล์ที่ไม่มีเยื่อหุ้มนิวเคลียส เรียกว่าเซลล์โพรคาริโอต (prokaryotic cell) ได้แก่แบคทีเรีย  สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน
2) โครมาทิน (chromatin) เป็นส่วนของนิวเคลียสที่ย้อมติดสี เป็นเส้นใยเล็กๆ พันกันเป็นร่างแห ประกอบด้วย โปรตีนหลายชนิด และ DNA มีหน้าที่ควบคุมกิจกรรมต่างๆ ของเซลล์และควบคุมการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทั่วไป
3) นิวคลีโอลัส (nucleolus) เป็นส่วนของนิวเคลียสที่มีลักษณะเป็นก้อนอนุภาคหนาทึบ ประกอบด้วย โปรตีน และ RNA โดยโปรตีนเป็นชนิดฟอสโฟโปรตีน (phosphoprotein) และไม่พบโปรตีนฮีสโตนเลย นิวคลีโอลัสมีหน้าที่ในการสังเคราะห์ RNA ชนิดต่างๆ ดังนั้นนิวคลีโอลัสจึงมีความสำคัญต่อการสร้างโปรตีนเป็นอย่างมาก เนื่องจากไรโบโซมทำหน้าที่สร้างโปรตีน