Organelle ในเซลล์คืออะไร?

คำว่าออร์แกเนลล์หมายถึง "อวัยวะเล็กๆ" ออร์แกเนลล์มีขนาดเล็กกว่าอวัยวะพืชหรือสัตว์มาก เช่นเดียวกับอวัยวะที่ทำหน้าที่เฉพาะในร่างกาย เช่น ตาช่วยให้ปลามองเห็น หรือเกสรตัวผู้ช่วยให้ดอกไม้ขยายพันธุ์ อวัยวะแต่ละส่วนมีหน้าที่เฉพาะภายในเซลล์ เซลล์เป็นระบบที่มีอยู่ในตัวเองภายในสิ่งมีชีวิตตามลำดับ และออร์แกเนลล์ภายในเซลล์ทำงานร่วมกันเหมือนส่วนประกอบของเครื่องจักรอัตโนมัติเพื่อให้สิ่งต่างๆ ทำงานได้อย่างราบรื่น เมื่อสิ่งต่าง ๆ ทำงานไม่ราบรื่น มีออร์แกเนลล์ที่รับผิดชอบต่อการทำลายตนเองของเซลล์ หรือที่เรียกว่าการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้

หลายสิ่งหลายอย่างลอยอยู่รอบๆ เซลล์ และไม่ใช่ทั้งหมดที่เป็นออร์แกเนลล์ บางอย่างเรียกว่าการรวม ซึ่งเป็นหมวดหมู่สำหรับรายการต่างๆ เช่น ผลิตภัณฑ์เซลล์ที่เก็บไว้หรือสิ่งแปลกปลอมที่เข้าไปในเซลล์ เช่น ไวรัสหรือเศษซาก ออร์แกเนลล์ส่วนใหญ่แต่ไม่ใช่ทุกออร์แกเนลล์ถูกล้อมรอบด้วยเมมเบรนเพื่อป้องกันพวกมันจาก ไซโตพลาสซึม พวกมันลอยอยู่ แต่สิ่งนี้มักไม่เป็นความจริงสำหรับการรวมเซลล์ นอกจากนี้ การรวมเข้าด้วยกันไม่จำเป็นต่อการอยู่รอดของเซลล์ หรืออย่างน้อยก็ทำงานในลักษณะที่ออร์แกเนลล์เป็น

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

เซลล์เป็นหน่วยการสร้างของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด พวกมันเป็นระบบที่มีอยู่ในตัวเองภายในสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ และออร์แกเนลล์ที่อยู่ภายในพวกมันทำงานร่วมกันเหมือนส่วนประกอบของเครื่องจักรอัตโนมัติเพื่อให้สิ่งต่าง ๆ ทำงานได้อย่างราบรื่น Organelle หมายถึง "อวัยวะเล็ก ๆ " ออร์แกเนลล์แต่ละตัวมีหน้าที่ต่างกัน ส่วนใหญ่จะผูกมัดในหนึ่งหรือสองเยื่อเพื่อแยกมันออกจากไซโตพลาสซึมที่เติมเซลล์ ออร์แกเนลล์ที่สำคัญที่สุดบางชนิด ได้แก่ นิวเคลียส เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม เครื่องมือกอลจิ ไลโซโซม และไมโทคอนเดรีย แม้ว่าจะมีอีกมากมาย

ในปี ค.ศ. 1665 นักปรัชญาธรรมชาติชาวอังกฤษชื่อโรเบิร์ต ฮุก ได้ตรวจสอบชิ้นไม้ก๊อกบางๆ เช่นเดียวกับเยื่อไม้จากต้นไม้หลายชนิดและพืชชนิดอื่นๆ ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ เขาประหลาดใจที่พบความคล้ายคลึงกันระหว่างวัสดุต่างๆ เหล่านี้ ซึ่งทั้งหมดนี้ทำให้เขานึกถึงรังผึ้ง จากตัวอย่างทั้งหมด เขาเห็นรูพรุนที่อยู่ติดกันจำนวนมาก หรือ “กล่องเล็กๆ จำนวนมาก” ซึ่งเขาเปรียบกับห้องต่างๆ ที่พระสงฆ์อาศัยอยู่ พระองค์ทรงประกาศเกียรติคุณ เซลลูล่าซึ่งแปลจากภาษาละตินหมายถึงห้องเล็ก ๆ; ในภาษาอังกฤษสมัยใหม่ รูพรุนเหล่านี้คุ้นเคยกับนักเรียนและนักวิทยาศาสตร์ในฐานะเซลล์ เกือบ 200 ปีหลังจากการค้นพบของฮุค นักพฤกษศาสตร์ชาวสก็อต โรเบิร์ต บราวน์ สังเกตเห็นจุดมืดในเซลล์ของกล้วยไม้ที่มองด้วยกล้องจุลทรรศน์ เขาตั้งชื่อส่วนนี้ของเซลล์ว่า นิวเคลียส, คำภาษาละตินสำหรับเคอร์เนล

ไม่กี่ปีต่อมา Matthias Schleiden นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมันได้เปลี่ยนชื่อนิวเคลียสเป็นไซโตบลาสต์ เขากล่าวว่าไซโตบลาสต์เป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของเซลล์ เนื่องจากเขาเชื่อว่ามันสร้างส่วนอื่นๆ ของเซลล์ เขาตั้งทฤษฎีว่านิวเคลียสตามที่เรียกกันในปัจจุบันนี้อีกครั้งมีหน้าที่รับผิดชอบในการปรากฏตัวของเซลล์ในพืชชนิดต่างๆ และในส่วนต่างๆ ของพืชแต่ละชนิด ในฐานะนักพฤกษศาสตร์ Schleiden ศึกษาพืชโดยเฉพาะ แต่เมื่อเขาร่วมมือกับนักสรีรวิทยาชาวเยอรมัน Theodor Schwann ความคิดของเขาเกี่ยวกับนิวเคลียสจะแสดงให้เห็นว่าเป็นจริงเกี่ยวกับเซลล์สัตว์และเซลล์ชนิดอื่น ๆ เช่น ดี. พวกเขาร่วมกันพัฒนาทฤษฎีเซลล์ ซึ่งพยายามที่จะอธิบายลักษณะทั่วไปของเซลล์ทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงระบบอวัยวะของสัตว์ เชื้อรา หรือผลไม้ที่กินได้

Schleiden ศึกษาเนื้อเยื่อสัตว์ต่างจาก Schleiden เขาทำงานอย่างหนักเพื่อสร้างทฤษฎีหนึ่งเดียวที่อธิบายความผันแปรในเซลล์ทั้งหมดของสิ่งมีชีวิต เช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ อีกหลายคนในสมัยนั้น เขาแสวงหาทฤษฎีที่ครอบคลุมความแตกต่างใน differences เซลล์หลายประเภทที่เขาดูภายใต้กล้องจุลทรรศน์ แต่เซลล์หนึ่งที่ยังยอมให้เซลล์ทั้งหมดถูกนับเป็น เซลล์. เซลล์สัตว์มีโครงสร้างมากมาย เขาไม่สามารถแน่ใจได้ว่า "ห้องเล็กๆ" ทั้งหมดที่เขาเห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์นั้นเป็นแม้แต่เซลล์ หากไม่มีทฤษฎีเซลล์ที่เหมาะสม เมื่อได้ยินเกี่ยวกับทฤษฎีของชไลเดนเกี่ยวกับนิวเคลียส (ไซโตบลาสต์) ซึ่งเป็นจุดกำเนิดของเซลล์ เขารู้สึกว่าเขามีกุญแจสำหรับทฤษฎีเซลล์ที่อธิบายสัตว์และเซลล์ที่มีชีวิตอื่นๆ พวกเขาร่วมกันเสนอทฤษฎีเซลล์โดยมีหลักการดังต่อไปนี้:

• เซลล์ เป็นหน่วยการสร้างของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
  
• ไม่ว่าแต่ละสปีชีส์จะแตกต่างกันอย่างไร พวกมันทั้งหมดพัฒนาโดยการก่อตัวของเซลล์
  
• อย่างชวานน์ ข้อสังเกต, “แต่ละเซลล์ อยู่ภายในขอบเขตที่กำหนด แต่ละคน เป็นทั้งส่วนที่เป็นอิสระ ปรากฎการณ์ที่สำคัญของสิ่งหนึ่งเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า ทั้งหมดหรือบางส่วน ในส่วนที่เหลือทั้งหมด”
  
• เซลล์ทั้งหมดพัฒนาในลักษณะเดียวกัน และเหมือนกันทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงลักษณะที่ปรากฏ
  

จากทฤษฎีเซลล์ของชไลเดนและชวานน์ นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากได้มีส่วนสนับสนุนการค้นพบ หลายอย่างเกิดขึ้นจากกล้องจุลทรรศน์ และทฤษฎีเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ ในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า ทฤษฎีเซลล์ของพวกมันถูกถกเถียงกัน และมีการหยิบยกทฤษฎีอื่นๆ ออกมา อย่างไรก็ตาม จนถึงทุกวันนี้ สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันสองคนกล่าวถึงในช่วงทศวรรษที่ 1830 นั้นถือว่าแม่นยำในด้านชีววิทยา ในปีต่อๆ มา กล้องจุลทรรศน์ช่วยให้ค้นพบรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับภายในเซลล์ได้ นักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมันอีกคนหนึ่งชื่อ Hugo von Mohl ค้นพบว่านิวเคลียสไม่ยึดติดกับด้านในของ ผนังเซลล์ของพืชแต่ลอยอยู่ภายในเซลล์ ถูกยกขึ้นสูงโดยสารกึ่งหนืดคล้ายวุ้น เขาเรียกสารนี้ว่าโปรโตพลาสซึม เขาและนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ตั้งข้อสังเกตว่าโปรโตพลาสซึมมีวัตถุแขวนลอยขนาดเล็กอยู่ภายใน ช่วงเวลาที่มีความสนใจอย่างมากในโปรโตพลาสซึมซึ่งเรียกว่าไซโตพลาสซึมได้เริ่มต้นขึ้น ในเวลาต่อมา นักวิทยาศาสตร์จะทำการแจงนับออร์แกเนลล์ของเซลล์และหน้าที่ของพวกมัน

ออร์แกเนลล์ที่ใหญ่ที่สุดในเซลล์คือ นิวเคลียส. ตามที่ Matthias Schleiden ค้นพบในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 นิวเคลียสทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางของการทำงานของเซลล์ กรดนิวคลีอิกดีออกซีไรโบส หรือที่รู้จักกันในชื่อ dกรดอีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือ DNAเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตและคัดลอกและเก็บไว้ในนิวเคลียส นิวเคลียสยังเป็นโลคัสของ การแบ่งเซลล์ซึ่งเป็นวิธีสร้างเซลล์ใหม่ นิวเคลียสถูกแยกออกจากไซโตพลาสซึมโดยรอบที่เติมเซลล์ด้วยซองจดหมายนิวเคลียร์ นี่คือเยื่อหุ้มสองชั้นที่ถูกขัดจังหวะเป็นระยะโดยรูขุมขนซึ่งยีนที่ได้รับการถ่ายทอดเป็นกรดไรโบนิวคลีอิกหรือ RNA – ที่กลายเป็น Messenger RNA หรือ mRNA – ส่งผ่านไปยังออร์แกเนลล์อื่นที่เรียกว่า เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม นอกนิวเคลียส เยื่อหุ้มชั้นนอกของเยื่อหุ้มนิวเคลียสเชื่อมต่อกับเมมเบรนที่ล้อมรอบเยื่อหุ้มเอนโดพลาสมิกซึ่งอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนยีน นี่คือระบบเยื่อบุโพรงมดลูก และยังรวมถึง เครื่องมือกอลจิไลโซโซม, แวคิวโอล, ถุงน้ำ และ เยื่อหุ้มเซลล์. เยื่อหุ้มชั้นในของเปลือกนิวเคลียสทำหน้าที่หลักในการปกป้องนิวเคลียส

เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม เป็นโครงข่ายของช่องสัญญาณที่ยื่นออกมาจากนิวเคลียสและปิดล้อมด้วยเมมเบรน ช่องต่างๆ เรียกว่า cisternae เอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมมีสองประเภท: เอนโดพลาสมิกเรติเคิลแบบหยาบและเรียบ พวกมันเชื่อมต่อและเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายเดียวกัน แต่เอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมทั้งสองประเภทมีหน้าที่ต่างกัน ถังเก็บน้ำของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมเรียบเป็นท่อกลมที่มีกิ่งก้านมากมาย เอ็นโดพลาสมิกเรติคิวลัมสังเคราะห์อย่างเรียบ ไขมันโดยเฉพาะสเตียรอยด์ ช่วยในการสลายสเตียรอยด์และคาร์โบไฮเดรตเช่นกัน และช่วยล้างพิษแอลกอฮอล์และยาอื่นๆ ที่เข้าสู่เซลล์ นอกจากนี้ยังมีโปรตีนที่เคลื่อนแคลเซียมไอออนเข้าไปในถังเก็บน้ำ ทำให้เอ็นโดพลาสมิกเรียบ reticulum เพื่อทำหน้าที่เป็นที่เก็บแคลเซียมไอออนและเป็นตัวควบคุมความเข้มข้น

เอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบหยาบเชื่อมต่อกับเยื่อหุ้มชั้นนอกของเยื่อหุ้มนิวเคลียส ถังเก็บน้ำของมันไม่ใช่ท่อ แต่เป็นถุงแบนที่มีออร์แกเนลล์เล็กๆ ที่เรียกว่าไรโบโซม ซึ่งเป็นจุดที่ "หยาบ" ไรโบโซมไม่อยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ เอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบหยาบจะสังเคราะห์โปรตีนที่ถูกส่งออกไปนอกเซลล์ หรือบรรจุอยู่ภายในออร์แกเนลล์อื่นๆ ภายในเซลล์ ไรโบโซมที่อยู่บนเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมแบบหยาบอ่านข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสใน mRNA ไรโบโซมใช้ข้อมูลนั้นเพื่อสร้างโปรตีนจากกรดอะมิโน การถอดความจาก DNA เป็น RNA ไปเป็นโปรตีนนั้นเป็นที่รู้จักในทางชีววิทยาว่า "The Central Dogma" เอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบหยาบยังทำให้ โปรตีน และ ฟอสโฟลิปิด ที่ก่อตัว พลาสมาเมมเบรนของเซลล์.

กอลจิ คอมเพล็กซ์ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในนาม Golgi body หรือ Golgi apparatus เป็นอีกเครือข่ายหนึ่งของ cisternae และเหมือนกับนิวเคลียสและเอนโดพลาสมิก reticulum มันถูกล้อมรอบด้วยเมมเบรน งานของออร์แกเนลล์คือการประมวลผลโปรตีนที่ถูกสังเคราะห์ในเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมและกระจายไปยังส่วนอื่น ๆ ของเซลล์ หรือเตรียมพวกมันให้ส่งออกนอกเซลล์ ยังช่วยในการขนส่งไขมันรอบเซลล์ เมื่อแปรรูปวัสดุที่จะขนส่ง มันจะบรรจุไว้ในสิ่งที่เรียกว่าถุงกอลจิ วัสดุถูกผูกมัดในเมมเบรนและส่งไปตามไมโครทูบูลของโครงร่างไซโตพลาสซึมของเซลล์ จึงสามารถเดินทางไปยังปลายทางผ่านไซโตพลาสซึมได้ ถุงน้ำ Golgi บางส่วนออกจากเซลล์และบางส่วนเก็บโปรตีนไว้เพื่อปลดปล่อยในภายหลัง บางชนิดกลายเป็นไลโซโซม ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์อีกชนิดหนึ่ง

ไลโซโซม เป็นตุ่มกลมผูกกับเมมเบรนที่สร้างขึ้นโดยเครื่องมือกอลจิ พวกมันเต็มไปด้วยเอ็นไซม์ที่สลายโมเลกุลจำนวนหนึ่ง เช่น คาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน กรดอะมิโน และฟอสโฟลิปิด Lysosomes เป็นส่วนหนึ่งของระบบ endomembrane เช่นเครื่องมือ Golgi และเอนโดพลาสมิกเรติเคิล เมื่อเซลล์ไม่ต้องการออร์แกเนลล์บางชนิดแล้ว ไลโซโซมจะย่อยมันด้วยกระบวนการที่เรียกว่า autophagy เมื่อเซลล์ทำงานผิดปกติหรือไม่จำเป็นอีกต่อไปด้วยเหตุผลอื่น เซลล์นั้นจะเข้าไปเกี่ยวข้องกับการตายของเซลล์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าอะพอพโทซิส เซลล์ย่อยสลายตัวเองด้วยไลโซโซมของมันเอง ในกระบวนการที่เรียกว่าการย่อยสลายอัตโนมัติ

ออร์แกเนลล์ที่คล้ายคลึงกันกับไลโซโซมคือโปรทีโซม ซึ่งใช้ในการสลายวัสดุของเซลล์ที่ไม่จำเป็นเช่นกัน เมื่อเซลล์ต้องการลดความเข้มข้นของโปรตีนบางชนิดอย่างรวดเร็ว ก็สามารถแท็กโปรตีนได้ โมเลกุลที่มีสัญญาณโดยการติดยูบิควิตินเข้าไป ซึ่งจะส่งไปยังโปรตีอาโซมเป็น ย่อย ออร์แกเนลล์อื่นในกลุ่มนี้เรียกว่า เพอรอกซิโซม. Peroxisomes ไม่ได้ผลิตขึ้นในเครื่องมือ Golgi เช่น lysosomes แต่อยู่ในเอนโดพลาสมิก reticulum หน้าที่หลักของพวกเขาคือการล้างพิษยาที่เป็นอันตรายเช่นแอลกอฮอล์และสารพิษที่เดินทางในเลือด

ไมโตคอนเดรียซึ่งมีเอกพจน์คือ ไมโทคอนเดรีย คือ ออร์แกเนลล์ที่รับผิดชอบการใช้โมเลกุลอินทรีย์ในการสังเคราะห์ อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟตหรือ ATP ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานให้กับเซลล์ ด้วยเหตุนี้ไมโตคอนเดรียจึงเป็นที่รู้จักอย่างกว้างขวางว่าเป็น "โรงไฟฟ้า" ของเซลล์ ไมโตคอนเดรียมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องระหว่างรูปร่างคล้ายเกลียวและรูปร่างทรงกลม พวกเขาถูกล้อมรอบด้วยเมมเบรนสองชั้น เยื่อหุ้มชั้นในนั้นมีหลายพับ ทำให้ดูเหมือนเขาวงกต รอยพับเรียกว่า cristae ซึ่งเอกพจน์คือ crista และช่องว่างระหว่างพวกเขาเรียกว่าเมทริกซ์ เมทริกซ์ประกอบด้วยเอ็นไซม์ที่ไมโทคอนเดรียใช้ในการสังเคราะห์เอทีพี เช่นเดียวกับไรโบโซม เช่นเดียวกับที่ศึกษาพื้นผิวของเอนโดพลาสมิกเรติเคิลแบบหยาบ เมทริกซ์ยังประกอบด้วยโมเลกุลกลมขนาดเล็กของ mtDNA ซึ่งย่อมาจาก DNA ของไมโตคอนเดรีย

ไมโทคอนเดรียต่างจากออร์แกเนลล์อื่น ๆ ไมโตคอนเดรียมี DNA ของตัวเองที่แยกจากกันและแตกต่างจาก DNA ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งอยู่ในนิวเคลียสของแต่ละเซลล์ (ดีเอ็นเอนิวเคลียร์) ในทศวรรษที่ 1960 นักวิทยาศาสตร์ด้านวิวัฒนาการชื่อ Lynn Margulis ได้เสนอทฤษฎีเกี่ยวกับเอนโดซิมไบโอซิส ซึ่งทุกวันนี้ยังคงคิดว่าจะอธิบาย mtDNA เธอเชื่อว่าไมโตคอนเดรียวิวัฒนาการมาจากแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในความสัมพันธ์ทางชีวภาพภายในเซลล์ของโฮสต์สปีชีส์เมื่อประมาณ 2 พันล้านปีก่อน ในที่สุด ผลที่ได้คือไมโตคอนเดรียน ไม่ใช่เป็นสปีชีส์ของมันเอง แต่เป็นออร์แกเนลล์ที่มี DNA ของมันเอง DNA ของไมโตคอนเดรียนั้นสืบทอดมาจากแม่และกลายพันธุ์ได้เร็วกว่า DNA นิวเคลียร์