วันเสาร์ที่ 17 สิงหาคม พ.ศ. 2562

การหายใจระดับเซลล์ (Cellular respiration) : แบบใช้ออกซิเจน

      มนุษย์มีกิจกรรมระหว่างวันมากมาย ไม่ว่าจะเป็นการแปรงฟัน การรับประทานอาหาร การเดิน การออกกำลังกาย การนั่งทำงาน นอกจากนี้ภายในร่างกายของเราก็ยังมีการทำงานอยู่ตลอดเวลาด้วย เช่น หัวใจสูบฉีดเลือดไปเลี้ยงส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย การแบ่งเซลล์ หรือการส่งกระแสประสาทจากสมองไปตามเส้นประสาทต่าง ๆ กิจกรรมทั้งภายในและภายนอกเหล่านี้ล้วนจำเป็นต้องใช้พลังงาน ซึ่งพลังงานดังกล่าวก็มาจากอาหารที่เรารับประทานเข้าไปนั่นเอง แต่ต้องผ่านกระบวนการมากมายกว่าที่จะได้เป็นพลังงานออกมาให้เซลล์ในร่างกายของเรานำไปใช้ได้


      พลังงานที่เซลล์ในร่างกายของเรานำมาใช้เรียกว่า อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (Adenosine Triphosphate) หรือ ATP มีเบสอะดีนีน น้ำตาลไรโบส และหมู่ฟอสเฟต 3 หมู่เป็นองค์ประกอบ โดยมาจากการสลายสารอาหารระดับเซลล์ หรือการหายใจระดับเซลล์ (Cellular Respiration) ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นการหายใจแบบใช้ออกซิเจน จากออกซิเจนที่เราหายใจเข้าไป สำหรับการสลายน้ำตาลกลูโคส เขียนเป็นสมการรวมได้ดังนี้
น้ำตาลกลูโคส + ออกซิเจน ----> คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ + พลังงาน





ภาพ : Shutterstock

(อ้างอิง:https://www.trueplookpanya.com/knowledge/content/66599/-blo-scibio-sci-)
      
        การหายใจระดับเซลล์ กรณีการสลายน้ำตาลกลูโคส ประกอบไปด้วย 4 ขั้นตอน ได้แก่  1) ไกลโคลิซิส (Glycolysis) 2) ไพรูเวทออกซิเดชัน (Pyruvate oxidation) 3) วัฏจักรเครบส์ (Krebs Cycle หรือ Citric Acid Cycle) 4) กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (Electron Transport Chain) (สำหรับการสลายสารอาหารประเภทโปรตีนและไขมันอาจมีความแตกต่างจากน้ำตาลกลูโคสเล็กน้อย)




ภาพ : Shutterstock


 ขั้นตอนของการหายใจระดับเซลล์

1) ไกลโคลิซิส (Glycolysis)

กระบวนการนี้เป็นกระบวนการแรกในการหายใจระดับเซลล์ เกิดขึ้นที่บริเวณไซโทซอล (ส่วนที่เป็นของกึ่งเหลวในไซโทพลาซึม) โดยจะมีออกซิเจนหรือไม่มีออกซิเจนในกระบวนการก็ได้ เป็นการสลายกลูโคส 1 โมเลกุล ซึ่งมีคาร์บอน 6 อะตอม ให้อยู่ในรูปของกรดไพรูวิก (Pyruvic Acid) ซึ่งมีคาร์บอนอยู่ 3 อะตอม จำนวน 2 โมเลกุล และในกระบวนการนี้ยังได้เป็น 2 ATP กับ 2 NADH ออกมาด้วย

2) ไพรูเวทออกซิเดชัน (Pyruvate oxidation)

กรดไพรูวิกจากกระบวนการไกลโคลิซิส จำนวน 2 โมเลกุล จะเข้าสู่เยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรีย และทำปฏิกิริยากับโคเอนไซม์เอ (Coenzyme A, Co.A) ได้เป็นแอซิทิลโคเอนไซม์เอ (Acetyl Coenzyme A) 2 โมเลกุล NADH 2 โมเลกุล และคาร์บอนไดออกไซด์ 2 โมเลกุล อย่างไรก็ตาม ในบางครั้งกระบวนการนี้อาจถูกจัดอยู่ในกระบวนการไกลโคลิซิสหรือวัฏจักรเครบส์ได้

3) วัฏจักรเครบส์ (Krebs Cycle)

เกิดขึ้นที่บริเวณเมทริกซ์ซึ่งเป็นของเหลวที่อยู่ในไมโทคอนเดรีย เริ่มต้นจากแอซิทิลโคเอนไซม์เอรวมกับสารประกอบกรดออกซาโลแอซิติก ได้เป็นกรดซิตริก จากนั้นยังมีขั้นตอนย่อย ๆ เกิดขึ้นอีกหลายขั้นตอนในวัฏจักรนี้ โดยแอซิทิลโคเอนไซม์เอ 2 โมเลกุล จะได้เป็น 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2 และคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา


4) กระบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอน (Electron Transport Chain)

เกิดขึ้นในคริสตี (Cristae) ซึ่งเป็นเยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรีย กระบวนการนี้เริ่มจาก NADH และ FADH2 ในวัฏจักรเครบส์ซึ่งเป็นสมมูลย์รีดิวซ์ มีการให้หรือส่งต่ออิเล็กตรอนแก่ตัวรับอิเล็กตรอนที่แทรกอยู่ในเยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรีย และปลดปล่อยพลังงานออกมา เป็นพลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนย้ายโปรตอน (H+) ออกไปอยู่ด้านนอกของเยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรีย ทำให้ด้านนอกมีความเป็นกรดมากขึ้น ดังนั้น เซลล์จึงพยายามรักษาสมดุลโดยการย้ายโปรตอนเข้าสู่ด้านในอีกครั้งผ่านการทำงานของเอนไซม์ ATP Synthase และทำให้โปรตอนเหล่านั้นกลายเป็น ATP 34 โมเลกุล




ภาพ : Shutterstock

      ทั้งนี้ น้ำตาลกลูโคส  1 โมเลกุลที่เรารับประทานเข้าไป สามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้ถึง 38 ATP ขณะที่ 1 ATP ให้พลังงานประมาณ 7.3 kcal ซึ่งเกิดขึ้นในเซลล์ตับ ไต และหัวใจ แต่สำหรับเซลล์บางชนิดอาจมีการสูญเสียพลังงานไประหว่างกระบวนการต่าง ๆ พลังงานรวมท้ายสุดที่ได้ออกมาจึงน้อยกว่า 38 ATP เช่น เซลล์ผิวหนัง เซลล์สมอง


ที่ ไม่มีความคิดเห็น:

การแบ่งเซลล์ (Cell division)

การแบ่งเซลล์ (Cell Division)

     การเติบโตของสิ่งมีชีวิต การขยายพันธุ์ ล้วนเกิดขึ้นจากการเพิ่มจำนวนของหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต มันเกิดขึ้นในระดับที่เล็กที่สุด นั่นคือ เซลล์ และการแบ่งเซลล์ก็เกิดขึ้นตลอดเวลานับตั้งแต่ครั้งเซลล์ตัวอ่อนปฏิสนธิ ไปจวบจนกระทั่งตาย หากเปรียบเทียบกับคนซึ่งเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การแบ่งเซลล์ทำให้ตัวอ่อนในท้องแม่เติบโตจนคลอดออกมาเป็นทารก เติบโตไปสู่วัยเด็ก วัยรุ่น ผู้ใหญ่ จวบจนแก่ก็ยังมีการแบ่งเซลล์เกิดขึ้น และจะหยุดลงเมื่อเสียชีวิต

          



ภาพ : Shutterstock

การแบ่งเซลล์ (Cell Division)

การแบ่งเซลล์ในสัตว์ประกอบด้วยขั้นตอนพื้นฐาน 2 ขั้นตอน ได้แก่
      1) การแบ่งนิวเคลียสของเซลล์ (Karyokinesis) ซึ่งมี 2 รูปแบบ คือ
- การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (Mitosis) เป็นการแบ่งซึ่งทำให้นิวเคลียสที่ได้ทั้งหมดมีคุณภาพและปริมาณเหมือนกัน โครโมโซมหรือหน่วยพันธุกรรมภายในก็เท่าเดิมและเหมือนกันทุกประการ ส่วนเซลล์ที่ได้ในตอนท้ายของการแบ่งคือ 2 เซลล์ ซึ่งการแบ่งแบบนี้เป็นการแบ่งแบบพื้นฐานที่สุดในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด การเติบโตของร่างกายเราก็เป็นการแบ่งในรูปแบบนี้
- การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส (Meiosis) เป็นการแบ่งเซลล์ที่มีความซับซ้อนและมีขั้นตอนมากกว่าการแบ่งแบบไมโทซิส สิ่งที่ได้คือนิวเคลียสที่มีหน่วยพันธุกรรมลดลงครึ่งหนึ่ง แต่เซลล์ที่ได้ในตอนท้ายของการแบ่งคือ 4 เซลล์ โดยการแบ่งแบบนี้ใช้ในการแบ่งเพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์อย่างไข่ในเพศหญิง และอสุจิในเพศชาย

       2) การแบ่งไซโทพลาซึม (Cytokinesis) โดยการแบ่งเซลล์เกิดขึ้นตลอดเวลา และแม้ว่าเราจะมีกล้องจุลทรรศน์คุณภาพสูงซึ่งสามารถมองเห็นเซลล์และนิวเคลียสของมันได้ชัดเจน แต่เราก็ไม่อาจเห็นการทำงานหรือวัฏจักรของเซลล์ได้แน่ชัด





ภาพ : Shutterstock

วัฏจักรของเซลล์ (Cell Cycle)

      1. ระยะอินเทอร์เฟส (Interphase) เป็นระยะแรกของการแบ่งเซลล์ ซึ่งเรียกได้อีกอย่างว่า Resting phase เซลล์ในระยะนี้จะมีขนาดใหญ่ มีเมทาบอลิซึมสูง เพื่อเตรียมพร้อมที่จะแบ่งนิวเคลียสและไซโทพลาซึม โดยมีช่วงการเตรียมสารอาหารให้พร้อมต่อการแบ่งหน่วยพันธุกรรม เพื่อการสังเคราะห์กรดอะมิโน เอนไซม์ ตลอดจนแหล่งพลังงานต่าง ๆ ภายในเซลล์ เรียกขั้นย่อยในการเตรียมตัวนี้ว่า First Growth phase (G1 phase) ซึ่งโครโมโซมยังเป็นสายยาวพันเกี่ยวไปมา

เมื่อสารตั้งต้นพร้อมแล้วก็จะเริ่มการสังเคราะห์โครโมโซม เรียกว่า Synthetic phase (S phase) ในระยะนี้หากสังเกตดี ๆ หรือมีการย้อมสีโครโมโซมจะเห็นโครมาติด (Chromatid) เพิ่มขึ้น จำนวนโครโมโซมเพิ่มขึ้นและพร้อมจะแยกตัว ก่อนที่จะเข้าระยะ Second Growth phase (G2 phase) ซึ่งเป็นการตรวจสอบความถูกต้องของโครโมโซมที่แยกตัวออกและพร้อมที่จะแบ่งนิวเคลียสต่อไป






ภาพ : Shutterstock

      2 ระยะที่มีการแบ่งแบบไมโทซิสหรือ M phrase ระยะนี้มีการแบ่งนิวเคลียสเกิดขึ้น ตามด้วยการแบ่งไซโทพลาซึม โดยแบ่งเป็นระยะย่อย ๆ ได้ 4 ระยะ คือ

       2.1 ระยะโพรเฟส (Prophase) ในระยะนี้เส้นใยโครมาตินในนิวเคลียสเริ่มหดสั้นลง โครโมโซมจะเข้าคู่กันและมีโครงสร้างเป็นรูปตัว x สามารถมองเห็นได้ชัดเจนเมื่อดูผ่านกล้องจุลทรรศน์ นิวคลีโอลัสซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสจะเริ่มหายไป ส่วนเซนโทรโซม (Centrosome) ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ในไซโทพลาซึมจะเริ่มสร้างเส้นใยสปินเดิล (Spindle Fiber) ที่มีความแข็งแรง เนื่องจากส่วนนี้จะเป็นส่วนโครงสร้างของเซลล์ โดยจะประกอบไปด้วยไมโครทูบูลส์ (Microtubules) และโปรตีนอื่น ๆ จากนั้นเเซนโทรโซมจะค่อย ๆ เคลื่อนไปยังขั้วทั้งสองของเซลล์ ทำให้เส้นใยสปินเดิลยืดออก






ภาพ : Shutterstock

      2.2 ระยะเมทาเฟส (Metaphase) ในระยะนี้ไมโครทูบูลส์ในเส้นใยสปินเดิลจะจับกับโครโมโซมทั้งหมดที่ไคนีโทคอร์ (Kinetochore) ซึ่งเป็นโปรตีนที่อยู่ใกล้กับตำแหน่งของเซนโทรเมียร์ และดึงให้โครโมโซมเรียงตัวอยู่ในแนวเดียวกันบริเวณกลางเซลล์ เรียกระนาบที่โครโมโซมเรียงตัวกันนี้ว่า เมทาเฟสเพลท (Metaphase Plate) ในระยะเมทาเฟสนี้เป็นระยะที่เห็นโครโมโซมได้ชัดเจนที่สุด






ภาพ : Shutterstcok

      2.3 ระยะแอนาเฟส (Anaphase) คู่โครโมโซมจะถูกเส้นใยสปินเดิลที่หดสั้นลงดึงให้โครมาทิดแต่ละอันแยกออกจากกัน โดยโครมาทิดจะถูกดึงเข้าหาขั้วเซลล์คนละด้าน เป็นกระบวนการแบ่งเพื่อให้เกิดเซลล์ใหม่ 2 เซลล์






ภาพ : Shutterstock

      2.4 ระยะเทโลเฟส (Telophase) โครมาทิดถูกดึงมายังบริเวณขั้วเซลล์และเกาะกลุ่มกัน เส้นใยสปินเดิลสลายตัวไป มีการสร้างเยื่อหุ้มนิวเคลียส นิวคลีโอลัสกลับมาให้เห็นในนิวเคลียสใหม่อีกครั้ง โครโมโซมเริ่มยืดยาวออกทำให้เส้นบางลงและเห็นได้ไม่ชัดเจน






ภาพ : Shutterstock

        เมื่อนิวเคลียสได้รับการแบ่งแล้วไม่ว่าจะเป็นในรูปแบบใดก็ตาม จะตามมาด้วยการแบ่งไซโตพลาสซึมหรือการแบ่งส่วนอื่น ๆ ของเซลล์เพื่อแยกเซลล์ออกจากกัน (Cytokinesis หรือ Cytoplasmic division) ก็มี 2 แบบเช่นกันคือ การแยกแบบ Furrow type ซึ่งเยื่อหุ้มเซลล์จะคอดกิ่วจากสองข้างเข้าสู่ใจกลางเซลล์ซึ่งเป็นการแบ่งไซโทพลาซึมของเซลล์สัตว์ และแบบที่มีการสร้างผนังกั้นเซลล์ ที่เรียกว่าเซลล์เพลท Cell plate ขึ้นตรงกลางและแยกนิวเคลียสออกจากกัน เรียกว่า Cell plate type โดยพบได้ในพืช

        สำหรับการแบ่งนิวเคลียสแบบไมโอซิส แม้ว่าจะไม่ได้เกิดในลักษณะของวัฏจักรเซลล์ แต่ก็มีระยะอินเทอร์เฟส โพรเฟส เมทาเฟส แอนาเฟส  และเทโลเฟส เช่นเดียวกับการแบ่งนิวเคลียสแบบไมโทซิส แต่มีการแบ่งนิวเคลียส 2 ครั้ง ดังนั้น การแบ่งในครั้งแรกจึงเรียก ไมโอซิส I ประกอบด้วย โพรเฟส I เมทาเฟส I แอนาเฟส I และเทโลเฟส I ส่วนการแบ่งในครั้งที่สองเรียก ไมโอซิส II ประกอบด้วย  โพรเฟส II เมทาเฟส II แอนาเฟส II และเทโลเฟส II และมีการแบ่งไซโทพลาซึมในลักษณะเดียวกับการแบ่งแบบไมโทซิส






ภาพ : Shutterstock
ที่ ไม่มีความคิดเห็น:

เซลล์ของสิ่งมีชีวิต (cell of organism)

 เซลล์และองค์ประกอบของเซลล์

      ทฤษฎีเซลล์ (Cell theory)  เสนอโดยชวันน์และชไลเดน มีใจความว่า สิ่งมีชีวิตทั้งหลายย่อมประกอบด้วยเซลล์และผลิตภัณฑ์ของเซลล์ และเซลล์คือหน่วยย่อยพื้นฐานที่เล็กที่าุดของสิ่งมีชีวิตที่มีการจัดระบบ
(อ้างอิง https://www.trueplookpanya.com/knowledge/content/66646/-blo-scibio-sci-)

(อ้างอิง https://www.trueplookpanya.com/knowledge/content/66646/-blo-scibio-sci-)

        สำหรับพืชก็ประกอบขึ้นด้วยเซลล์เช่นกัน แต่ส่วนประกอบภายในเซลล์พืชจะแตกต่างออกไปจากเซลล์สัตว์ ทำให้เซลล์พืชและเซลล์สัตว์มีลักษณะและสมบัติบางอย่างที่แตกต่างกัน โดยส่วนประกอบของเซลล์พืช ประกอบไปด้วย 

1. ผนังเซลล์ (Cell wall)

(อ้างอิง https://www.trueplookpanya.com/knowledge/content/66646/-blo-scibio-sci-)

        เป็นส่วนที่อยู่ชั้นนอกสุดของเซลล์ จะพบในเซลล์พืช แต่ไม่พบในเซลล์สัตว์ เป็นโครงสร้างที่กำหนดขอบเขต และรูปร่างของสิ่งมีชีวิต มีหน้าที่เพิ่มความแข็งแรง ค้ำจุนโครงสร้างของเซลล์ ทำให้เซลล์คงรูป และป้องกันการสูญเสียน้ำของเซลล์พืช ในผนังเซลล์ประกอบด้วยเซลลูโลส (Cellulose) และเพกติน (Pectin)


2. เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell membrane)


(อ้างอิง https://www.trueplookpanya.com/knowledge/content/66646/-blo-scibio-sci-)

        ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิด (Phospholipid bilayer) และโปรตีนเป็นส่วนมาก ทำหน้าที่ห่อหุ้มส่วนที่เป็นของเหลวและออร์แกเนลล์ภายใน ทั้งยังเป็นเยื่อเลือกผ่าน ควบคุมการเข้าออกของสารต่าง ๆ จากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่เซลล์

3. นิวเคลียส (Nucleus)



        มีลักษณะค่อนข้างกลม ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของเซลล์ และการถ่ายทอดพันธุกรรมจากพ่อแม่ไปสู่ลูกหลาน

4. ไซโทพลาซึม(Cytoplasm)

        เป็นของเหลวที่อยู่ภายในเซลล์ ประกอบด้วยออร์แกเนลล์ และสารประกอบต่าง ๆ เช่น น้ำตาล โปรตีน ไขมัน

5. ร่างแหเอนโดพลาซึม (Endoplasmic Reticulum)



        แบ่งออกเป็นแบบผิวเรียบและผิวขรุขระ แบบผิวเรียบจะไม่มีไรโบโซม ขณะที่แบบผิวขรุขระจะมีไรโบโซมเกาะอยู่ โดยไรโบโซม(Ribosome) นี้เป็นแหล่งสร้างโปรตีน และทำหน้าที่ส่งโปรตีนออกไปยังนอกเซลล์

6. แวคิวโอล (Vacuole)



        เป็นถุงขนาดใหญ่ที่พบในเซลล์พืช มีเยื่อหุ้มเพียงชั้นเดียว ทำหน้าที่เก็บของเหลว น้ำ สารอินทรีย์และอนินทรีย์ เช่น น้ำตาล กรดอินทรีย์ แทนนิน

7. คลอโรพลาสต์ (Chloroplast)



         พบเฉพาะในเซลล์พืช มีสีเขียวเพราะมีพลาสติดที่สะสมรงควัตถุสีเขียวอยู่ภายใน นั่นคือคลอโรฟีล (Chloroohyll) ทำหน้าที่ช่วยในการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช

8. ไมโทคอนเดรีย (Mitochondria)

        มีขนาดใหญ่ มีรูปร่างยาว กลมรี ทำหน้าที่หายใจระดับเซลล์ (กระบวนการที่น้ำตาลกลูโคสถูกเปลี่ยนเป็น ATP ซึ่งเป็นพลังงานที่เซลล์นำไปใช้ในการทำกิจกรรมต่าง ๆ)

                              
ภาพ : Shutterstock

9. กอลจิบอดี (Golgi Body) หรือกอลจิแอพพาราตัส (Golgi Apparatus)



        มีลักษณะเป็นถุงแบน ๆ วางซ้อนกัน ทำหน้าที่รับสาร เก็บสารต่าง ๆ ภายใน ตัดแต่ง ต่อเติมโปรตีนให้สมบูรณ์ แล้วเคลื่อนย้ายไปสู่จุดหมายปลายทางต่าง ๆ ทั้งภายในเซลล์และภายนอกเซลล์

ส่วนประกอบเหล่านี้เป็นส่วนประกอบของเซลล์พืชที่ทำงานร่วมกัน ประสานกัน ทำให้พืชมีชีวิตอยู่ ช่วยสร้างออกซิเจนให้เราหายใจ และเป็นอาหารให้เราสามารถดำรงชีวิตอยู่ต่อไปได้

สรุปเนื้อหาเรื่องเซลล์


ที่ ไม่มีความคิดเห็น:
สมัครสมาชิก: บทความ (Atom)