โครงสร้างเซลล์

เซลล์โดยทั่วไปถึงแม้จะมีขนาด รูปร่าง และหน้าที่แตกต่างกัน แต่ลักษณะพื้นฐานภายในเซลล์มักไม่แตกต่างกัน นักชีววิทยาได้ใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนศึกษาเซลล์ของสิ่งมีชีวิตพบว่า ในไซโทพลาซึมมีโครงสร้างขนาดเล็กที่ทำหน้าที่เฉพาะเรียกว่า ออร์แกเนลล์ (organelle) มีหลายขนาด รูปร่าง จำนวน และหน้าที่ต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ซึ่งจะประกอบด้วยโครงสร้างพื้นฐานที่คล้ายคลึงกัน ดังนี้

โครงสร้างของเซลล์เมื่อศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

    1. นิวเคลียส (nucleus)
     เป็นโครงสร้างที่มักพบอยู่กลางเซลล์เมื่อย้อมสีจะติดสีเข้มทึบ มีลักษณะเป็นก้อนทึบแสงเด่นชัดอยู่บริเวณกลางๆ เซลล์โดยทั่วๆ ไปจะมี 1 นิวเคลียส เซลล์พารามีเซียม มี 2 นิวเคลียส นิวเคลียสมีความสำคัญเนื่องจากเป็นที่อยู่ของสารพันธุกรรม จึงมีหน้าที่ควบคุมการทำงานของเซลล์ โดยทำงานร่วมกับไซโทพลาซึม

โครงสร้างของนิวเคลียสและเยื่อหุ้มนิวเคลียส

     สารประกอบทางเคมีของนิวเคลียส ประกอบด้วย
      1. ดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (deoxyribonucleic acid) หรือ DNA เป็นส่วนประกอบของโครโมโซมนิวเคลียส
      2. ไรโบนิวคลีอิก แอซิด (ribonucleic acid) หรือ RNA เป็นส่วนที่พบในนิวเคลียสโดยเป็นส่วนประกอบของนิวคลีโอลัส
      3. โปรตีน ที่สำคัญคือโปรตีนฮีสโตน (histone) โปรตีนโพรตามีน (protamine) ทำหน้าที่เชื่อมเกาะอยู่กับ DNA ส่วนโปรตีนเอนไซม์ส่วนใหญ่จะเป็นเอนไซม์ในกระบวนการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก และเมแทบอลิซึมของกรดนิวคลีอิก
     โครงสร้างของนิวเคลียส ประกอบด้วย 3 ส่วน คือ
      1. เยื่อหุ้มนิวเคลียส (nuclear membrane) เป็นเยื่อบางๆ 2 ชั้น เรียงซ้อนกัน ที่เยื่อนี้จะมีรู เรียกว่านิวเคลียร์ พอร์ (nuclear pore) หรือ แอนนูลัส (annulus) มากมาย ทำหน้าที่เป็นทางผ่านของสารต่างๆ ระหว่างไซโทพลาซึมและนิวเคลียส นอกจากนี้เยื่อหุ้มนิวเคลียสยังมีลักษณะเป็นเยื่อเลือกผ่านเช่นเดียวกับเยื่อหุ้มเซลล์
      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

       2. ไซโทพลาซึม (cytoplasm)
     เป็นส่วนที่ล้อมรอบนิวเคลียสอยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็น 2 ชั้น คือ
      1. เอกโทพลาซึม (ectoplasm) เป็นส่วนของไซโทพลาซึมที่อยู่ด้านนอกติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ มีลักษณะบางใส เพราะมีส่วนประกอบต่างๆ ของเซลล์อยู่น้อย
      2. เอนโดพลาซึม (endoplasm) เป็นชั้นของไซโทพลาซึมที่อยู่ด้านในใกล้นิวเคลียส ชั้นนี้จะมีลักษณะที่เข้มข้นกว่าเนื่องจากมี ออร์แกเนลล์ (organelle) และอนุภาคต่างๆ ของสารอยู่มาก จึงเป็นบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ของเซลล์มากด้วย
     ไซโทพลาซึม นอกจากแบ่งออกเป็น 2 ชั้น แล้วยังมีส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ส่วนคือ
      ก. ออร์แกเนลล์ (organelle) เป็นส่วนที่มีชีวิต ทำหน้าที่คล้ายๆ กับเป็นอวัยวะของเซลล์
         ออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม (membrane bounded organelle)
         1. ไมโทคอนเดรีย (mitochondria) ส่วนใหญ่จะมีรูปร่างกลม ท่อนสั้น ท่อนยาว หรือกลมรีคล้ายรูปไข่ ประกอบด้วยสารโปรตีน ประมาณร้อยละ 60-65 และลิพิดประมาณร้อยละ 35-40 ภายในไมโทคอนเดรียมีของเหลวซึ่งประกอบด้วยสารหลายชนิดเรียกว่า มาทริกซ์ (matrix) มีเอนไซม์ที่สำคัญในการสร้างพลังงานจากการหายใจ นอกจากนี้ยังพบเอนไซม์ในการสังเคราะห์ DNA สังเคราะห์ RNA และโปรตีนด้วย หน้าที่ของไมโทคอนเดรียคือ เป็นแหล่งสร้างพลังงานของเซลล์โดยการหายใจ
         2. เอนโดพลาสมิก เรติคูลัม (endoplasmic reticulum:ER) เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมเป็นออร์แกเนลล์ที่มีเมมเบรนห่อหุ้ม 

เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม

ประกอบด้วยโครงสร้างระบบท่อที่มีการเชื่อมประสานกันทั้งเซลล์ แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ
     2.1 เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดขรุขระ (rough endoplasmic reticulum:RER)  เป็นชนิดที่มีไรโบโซม มีหน้าที่สำคัญคือ การสังเคราะห์โปรตีนของไรโบโซมที่เกาะอยู่ และลำเลียงสารซึ่งได้แก่โปรตีนที่สร้างได้ และสารอื่นๆ
      2.2 เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดเรียบ (smooth endoplasmic reticulum:SER)  เป็นชนิดที่ไม่มีไรโบโซม มีหน้าที่สำคัญคือ ลำเลียงสารต่างๆ เช่น RNA ลิพิดโปรตีนสังเคราะห์สารพวกไขมันและสเตอรอยด์ฮอร์โมน
         3. กอลจิ บอดี (Golgi body) มีรูปร่างลักษณะเป็นถุงแบนๆ หรือเป็นท่อเรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ มีหน้าที่สำคัญคือ เก็บสะสมสารที่เซลล์สร้างขึ้นก่อนที่จะปล่อยออกนอกเซลล์ ซึ่งสารส่วนใหญ่เป็นสารโปรตีน นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับการสร้างนีมาโทซีส (nematocyst) ของไฮดราอีกด้วย

กอลจิบอดี

         4. ไลโซโซม (lysosome) เป็นออร์แกเนลล์ที่มีเมมเบรนห่อหุ้มเพียงชั้นเดียว รูปร่างกลมรี พบเฉพาะในเซลล์สัตว์เท่านั้น มีหน้าที่ที่สำคัญคือ
     4.1 ย่อยสลายอนุภาคและโมเลกุลของสารอาหารภายในเซลล์
     4.2 ย่อยหรือทำลายเชื้อโรคและสิ่งแปลกปลอมต่างๆ ที่เข้าสู่ร่างกายหรือเซลล์
     4.3 ทำลายเซลล์ที่ตายแล้ว
     4.4 ย่อยสลายโครงสร้างต่างๆ ของเซลล์ในระยะที่เซลล์มีการเปลี่ยนแปลง
         5. แวคิวโอล (vacuole) แวคิวโอลเป็นออร์แกเนลล์ที่มีลักษณะเป็นถุง โดยทั่วไปจะพบในเซลล์พืชและสัตว์ชั้นต่ำ แบ่งเป็น 3 ชนิดคือ
     5.1 ลิวโคพลาสต์ (leucoplast)  เป็นพลาสติดที่ไม่มีสี
     5.2 โครโมพลาสต์ (chromoplast)  เป็นพลาสติดที่มีรงควัตถุสีอื่นๆ นอกจากสีเขียว
     5.4 คลอโรพลาสต์ (chloroplast)  เป็นพลาสติดที่มีสีเขียว ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารคลอโรฟีลล์ ภายในคลอโรพลาสต์ประกอบด้วยส่วนที่เป็นของเหลวเรียกว่า สโตรมา (stroma) มีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง มี DNA,RNA และไรโบโซม และเอนไซม์อีกหลายชนิดปะปนกันอยู่
         ออร์แกเนลล์ที่ไม่มีเยื่อหุ้ม (nonmembrane bounded organelle)
         1. ไรโบโซม (ribosome) เป็นออร์แกเนลล์ขนาดเล็ก พบได้ในสิ่งมีชีวิตทั่วไป ประกอบด้วยสารเคมี 2 ชนิด คือ กรดไรโบนิวคลีอิก (ribonucleic acid:RNA) กับโปรตีน มีทั้งที่อยู่เป็นอิสระในไซโทพลาซึม และเกาะอยู่บนเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม พวกที่เกาะอยู่ที่เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมจะบฃพบมากในเซลล์ต่อมที่สร้างเอนไซม์ต่างๆ พลาสมาเซลล์เหล่านี้จะสร้างโปรตีนที่นำไปใช้นอกเซลล์เป็นสำคัญ
         2. เซนทริโอล (centriole) มีลักษณะคล้ายท่อทรงกระบอก 2 อันตั้งฉากกัน พบเฉพาะในสัตว์และโพรทิสต์บางชนิด มีหน้าที่เกี่ยวกับการแบ่งเซลล์ เซนทริโอลแต่ละอันจะประกอบด้วยชุดของไมโครทูบูล (microtubule) ซึ่งเป็นหลอดเล็กๆ มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการลำเลียงสารในเซลล์ ให้ความแข็งแรงแก่เซลล์และโครงสร้างอื่นๆ เกี่ยวข้องกับการแบ่งเซลล์ การเคลื่อนที่ของเซลล์
      ข. ไซโทพลาสมิก อินคลูชัน (cytoplasmic inclusion) หมายถึง สารที่ไม่มีชีวิตที่อยู่ในไซโทพลาสมิก เช่น เม็ดแป้ง (starch grain) เม็ดโปรตีน หรือพวกของเสียที่เกิดจากกระบวนการแมแทบอลิซึม
    

    3. ส่วนที่ห่อหุ้มเซลล์
     หมายถึง โครงสร้างที่ห่อหุ้มไซโทพลาซึมของเซลล์ให้คงรูปร่างและแสดงขอบเขตของเซลล์ ได้แก่ 
   1. เยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane)
     เยื่อหุ้มเซลล์มีชื่อเรียกได้หลายอย่าง เช่น พลาสมา เมมเบรน (plasma membrane) ไซโทพลาสมิก เมมเบรน (cytoplasmic membrane) เยื่อหุ้มเซลล์มีความหนาประมาณ 75 อังสตรอม ประกอบด้วยโปรตีนประมาณร้อยละ 60 ลิพิดประมาณร้อยละ 40 การเรียงตัวของโปรตีนและลิพิดจัดเรียงตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อน การเรียงตัวในลักษณะเช่นนี้เรียกว่า ยูนิต เมมเบรน (unit membrane)

โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์

     เยื่อหุ้มเซลล์มีหน้าที่หลายประการคือ
      1. ห่อหุ้มส่วนของโพรโทพลาซึมที่อยู่ข้างในทำให้เซลล์แต่ละเซลล์แยกออกจากัน
      2. ช่วยควบคุมการเข้าออกของสารต่างๆ ระหว่างภายในเซลล์และสิ่งแวดล้อม มีคุณสมบัติเป็นเซมิเพอร์มีเอเบิล เมมเบรน (semipermeable membrane) ซึ่งจะยินยอมให้สารบางชนิดเท่านั้นที่ผ่านเข้าออกได้ ซึ่งการผ่านเข้าออกจะมีอัตราเร็วที่แตกต่างกัน
      3. ความต่างศักย์ทางไฟฟ้า (electrical potential) ของภายในและภายนอกเซลล์เนื่องมาจากการกระจายของไอออนและโปรตีนไม่เท่ากัน ซึ่งมีความสำคัญในการนำสารพวกไอออนเข้าหรือออกจากเซลล์ ซึ่งมีความจำเป็นต่อการทำงานของเซลล์ประสาทและเซลล์กล้ามเนื้อมาก
      4. เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่รับสัมผัสสาร ทำให้เกิดการเร่งหรือลดการเกิดปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์นั้นๆ
    2. ผนังเซลล์ (cell wall)
     ผนังเซลล์ พบได้ในสิ่งมีชีวิตหลากชนิด เช่น เซลล์พืช สาหร่าย แบคทีเรีย และรา ผนังเซลล์ทำหน้าที่ป้องกันและให้ความแข็งแรงแก่เซลล์ โดยที่ผนังเซลล์เป็นส่วนที่ไม่มีชีวิตของเซลล์

ผนังเซลล์พืช

     ผนังเซลล์พืช ประกอบด้วยชั้นต่างๆ 3 ชั้น คือ
      1. ผนังเชื่อมยึดระหว่างเซลล์ (middle lamella) เป็นชั้นที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์พืชแบ่งตัวและเป็นชั้นที่เชื่อมระหว่างเซลล์ให้อยู่ติดกัน
      2. ผนังเซลล์ปฐมภูมิ (primary wall) เป็นชั้นที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์เริ่มเจริญเติบโต ประกอบด้วยสารพวก เซลลูโลส เป็นส่วนใหญ่
      3. ผนังเซลล์ทุติยภูมิ (secondary wall) เป็นชั้นที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์หยุดขยายขนาดแล้ว โดยมีสารพวก เซลลูโลส คิวทิน ซูเบอริน ลิกนิน และเพกทินมาเกาะ