วิธีการระบุโครงสร้างเซลล์

เซลล์ที่มีชีวิตมีตั้งแต่สาหร่ายเซลล์เดียวและแบคทีเรีย ไปจนถึงสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เช่น มอสและหนอน จนถึงพืชและสัตว์ที่ซับซ้อนรวมถึงมนุษย์ โครงสร้างบางอย่างพบได้ในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมด แต่สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวและเซลล์ของพืชและสัตว์ชั้นสูงก็มีความแตกต่างกันในหลาย ๆ ด้าน กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสามารถขยายเซลล์เพื่อให้มองเห็นโครงสร้างที่ใหญ่และชัดเจนมากขึ้น แต่ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อดูโครงสร้างเซลล์ที่เล็กที่สุด

เซลล์และโครงสร้างมักระบุได้ยาก เนื่องจากผนังค่อนข้างบาง และเซลล์ต่างๆ อาจมีลักษณะที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง เซลล์และออร์แกเนลล์แต่ละเซลล์มีลักษณะเฉพาะที่สามารถใช้ในการระบุได้ และช่วยให้ใช้กำลังขยายสูงเพียงพอซึ่งแสดงรายละเอียดเหล่านี้

ตัวอย่างเช่น กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่มีกำลังขยาย 300X จะแสดงเซลล์และรายละเอียดบางอย่าง แต่ไม่แสดงออร์แกเนลล์ขนาดเล็กภายในเซลล์ จำเป็นต้องมี TEM TEM ใช้อิเล็กตรอนเพื่อสร้างภาพที่มีรายละเอียดของโครงสร้างเล็กๆ โดยการยิงอิเล็กตรอนผ่านตัวอย่างเนื้อเยื่อ และวิเคราะห์รูปแบบเมื่ออิเล็กตรอนออกจากอีกด้านหนึ่ง รูปภาพจาก TEM มักจะมีป้ายกำกับประเภทเซลล์และกำลังขยาย – รูปภาพที่ระบุว่า "tem of human เซลล์เยื่อบุผิวที่มีฉลาก 7900X" ขยายได้ 7,900 เท่า และสามารถแสดงรายละเอียดเซลล์ นิวเคลียส และอื่นๆ โครงสร้าง การใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสำหรับทั้งเซลล์และ TEM สำหรับคุณลักษณะที่มีขนาดเล็กลงช่วยให้สามารถระบุโครงสร้างเซลล์ที่เข้าใจยากได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้

ไมโครกราฟคือภาพขยายที่ได้จากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและ TEM ไมโครกราฟของเซลล์มักถูกถ่าย จากตัวอย่างเนื้อเยื่อและแสดงมวลต่อเนื่องของเซลล์และโครงสร้างภายในที่ยากต่อการระบุ เป็นรายบุคคล โดยปกติไมโครกราฟดังกล่าวจะแสดงเส้น จุด แพทช์ และกลุ่มจำนวนมากที่ประกอบขึ้นเป็นเซลล์และออร์แกเนลล์ของเซลล์ จำเป็นต้องมีแนวทางอย่างเป็นระบบเพื่อระบุส่วนต่างๆ

ช่วยให้รู้ว่าโครงสร้างเซลล์ต่างกันอย่างไร เซลล์เองเป็นวัตถุปิดที่ใหญ่ที่สุดในไมโครกราฟ แต่ภายในเซลล์มีโครงสร้างที่แตกต่างกันมากมาย แต่ละเซลล์มีคุณสมบัติในการระบุชุดของตัวเอง วิธีการระดับสูงที่มีการระบุขอบเขตที่ปิดไว้และพบรูปร่างที่ปิดอยู่ช่วยแยกส่วนประกอบบนรูปภาพ จากนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะระบุแต่ละส่วนแยกจากกันโดยมองหาลักษณะเฉพาะ

โครงสร้างเซลล์ที่ยากที่สุดในการระบุอย่างถูกต้องคือออร์แกเนลล์เล็กๆ ที่จับกับเมมเบรนภายในแต่ละเซลล์ โครงสร้างเหล่านี้มีความสำคัญต่อการทำงานของเซลล์ และส่วนใหญ่เป็นถุงเล็กๆ ของเซลล์ เช่น โปรตีน เอนไซม์ คาร์โบไฮเดรต และไขมัน พวกเขาทั้งหมดมีบทบาทของตนเองในการเล่นในเซลล์และเป็นส่วนสำคัญของการศึกษาเซลล์และการระบุโครงสร้างเซลล์

ไม่ใช่ทุกเซลล์ที่มีออร์แกเนลล์ทุกประเภท และจำนวนก็ต่างกันมาก ออร์แกเนลล์ส่วนใหญ่มีขนาดเล็กมากจนสามารถระบุได้ในรูปภาพ TEM ของออร์แกเนลล์เท่านั้น แม้ว่ารูปร่างและขนาดจะช่วยแยกแยะออร์แกเนลล์บางชนิดได้ แต่โดยปกติจำเป็นต้องดูโครงสร้างภายในเพื่อให้แน่ใจว่าออร์แกเนลล์ประเภทใดแสดง เช่นเดียวกับโครงสร้างเซลล์อื่นๆ และสำหรับเซลล์โดยรวม ลักษณะพิเศษของแต่ละออร์แกเนลล์ทำให้ระบุได้ง่ายขึ้น

เมื่อเทียบกับวิชาอื่นๆ ที่พบในไมโครกราฟของเซลล์ เซลล์เป็นเซลล์ที่ใหญ่ที่สุด แต่ขีดจำกัดมักหายากอย่างน่าประหลาดใจ เซลล์แบคทีเรียมีความเป็นอิสระและมีผนังเซลล์ที่ค่อนข้างหนา จึงมักจะมองเห็นได้ง่าย เซลล์อื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเนื้อเยื่อของสัตว์ชั้นสูง มีเพียงเยื่อหุ้มเซลล์บางๆ และไม่มีผนังเซลล์ บนไมโครกราฟของเนื้อเยื่อ มักมีเพียงเส้นจางๆ ที่แสดงเยื่อหุ้มเซลล์และขีดจำกัดของแต่ละเซลล์

เซลล์มีลักษณะสองประการที่ทำให้การระบุตัวตนง่ายขึ้น เซลล์ทั้งหมดมีเยื่อหุ้มเซลล์ต่อเนื่องที่ล้อมรอบเซลล์เหล่านั้น และเยื่อหุ้มเซลล์ล้อมรอบโครงสร้างเล็กๆ อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง เมื่อพบเมมเบรนต่อเนื่องดังกล่าวและหุ้มร่างกายอื่นๆ อีกจำนวนมากซึ่งแต่ละส่วนมีโครงสร้างภายในของตัวเอง พื้นที่ปิดนั้นสามารถระบุได้ว่าเป็นเซลล์ เมื่อระบุตัวตนของเซลล์ได้ชัดเจนแล้ว การระบุโครงสร้างภายในก็สามารถดำเนินการได้

ไม่ใช่ทุกเซลล์ที่มีนิวเคลียส แต่เซลล์ส่วนใหญ่ในเนื้อเยื่อของสัตว์และพืชมี สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เช่น แบคทีเรีย ไม่มีนิวเคลียส และเซลล์สัตว์บางชนิด เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดงที่เจริญเต็มที่ของมนุษย์ก็ไม่มีเช่นกัน เซลล์ทั่วไปอื่นๆ เช่น เซลล์ตับ เซลล์กล้ามเนื้อ และเซลล์ผิวหนัง ล้วนมีนิวเคลียสที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนภายในเยื่อหุ้มเซลล์

นิวเคลียสเป็นร่างกายที่ใหญ่ที่สุดภายในเซลล์ และมักจะมีรูปร่างกลมไม่มากก็น้อย ต่างจากเซลล์ตรงที่มีโครงสร้างไม่มากนัก วัตถุที่ใหญ่ที่สุดในนิวเคลียสคือนิวเคลียสทรงกลมซึ่งมีหน้าที่สร้างไรโบโซม หากกำลังขยายสูงพอ จะเห็นโครงสร้างคล้ายหนอนของโครโมโซมภายในนิวเคลียส โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเซลล์เตรียมที่จะแบ่งตัว

ไรโบโซมเป็นกลุ่มโปรตีนขนาดเล็กและไรโบโซม RNA ซึ่งเป็นรหัสตามการผลิตโปรตีน สามารถระบุได้โดยการขาดเมมเบรนและขนาดที่เล็ก ในไมโครกราฟของออร์แกเนลล์เซลล์ พวกมันดูเหมือนเม็ดของแข็งเล็กๆ และมีเมล็ดเหล่านี้จำนวนมากกระจายอยู่ทั่วเซลล์

ไรโบโซมบางตัวติดอยู่กับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ซึ่งเป็นชุดของรอยพับและท่อเล็กๆ ใกล้กับนิวเคลียส ไรโบโซมเหล่านี้ช่วยให้เซลล์ผลิตโปรตีนชนิดพิเศษ ด้วยการขยายที่สูงมาก อาจเป็นไปได้ที่จะเห็นว่าไรโบโซมประกอบด้วยสองส่วน ส่วนที่ใหญ่กว่าประกอบด้วย RNA และกระจุกที่เล็กกว่าประกอบขึ้นเป็นโปรตีนที่ผลิตขึ้น

พบเฉพาะในเซลล์ที่มีนิวเคลียส เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมเป็นโครงสร้างที่ประกอบด้วยถุงและท่อพับที่อยู่ระหว่างนิวเคลียสและเยื่อหุ้มเซลล์ ช่วยให้เซลล์จัดการการแลกเปลี่ยนโปรตีนระหว่างเซลล์และนิวเคลียส และมีไรโบโซมติดอยู่กับส่วนที่เรียกว่าเรติเคิลเอนโดพลาสมิกแบบหยาบ

เอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัมแบบหยาบและไรโบโซมของมันผลิตเอนไซม์จำเพาะเซลล์ เช่น อินซูลินในเซลล์ตับอ่อนและแอนติบอดีสำหรับเซลล์เม็ดเลือดขาว เอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัมเรียบไม่มีไรโบโซมติดอยู่และผลิตคาร์โบไฮเดรตและไขมันที่ช่วยให้เยื่อหุ้มเซลล์ไม่เสียหาย เอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัมทั้งสองส่วนสามารถระบุได้ด้วยการเชื่อมต่อกับนิวเคลียสของเซลล์

ไมโตคอนเดรียเป็นขุมพลังของเซลล์ ย่อยสลายกลูโคสเพื่อผลิตโมเลกุลกักเก็บ ATP ที่เซลล์ใช้เป็นพลังงาน ออร์แกเนลล์ประกอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นนอกเรียบและเยื่อหุ้มชั้นในที่พับเก็บ การผลิตพลังงานเกิดขึ้นจากการถ่ายโอนโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มชั้นใน จำนวนไมโตคอนเดรียในเซลล์ขึ้นอยู่กับการทำงานของเซลล์ เซลล์กล้ามเนื้อ เช่น มีไมโตคอนเดรียจำนวนมากเพราะใช้พลังงานมาก

ไมโทคอนเดรียสามารถระบุได้ว่าเป็นอวัยวะที่เรียบและยาว ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ที่ใหญ่เป็นอันดับสองรองจากนิวเคลียส ลักษณะเด่นของพวกมันคือเยื่อหุ้มชั้นในที่พับเก็บซึ่งให้โครงสร้างภายในของไมโตคอนเดรีย บนไมโครกราฟของเซลล์ รอยพับของเยื่อหุ้มชั้นในดูเหมือนนิ้วที่ยื่นเข้าไปในไมโตคอนเดรียภายใน

ไลโซโซมมีขนาดเล็กกว่าไมโตคอนเดรีย จึงสามารถเห็นได้ในรูปภาพ TEM ที่มีการขยายภาพสูงเท่านั้น พวกเขาแตกต่างจากไรโบโซมโดยเมมเบรนที่มีเอนไซม์ย่อยอาหารของพวกมัน พวกมันมักจะถูกมองว่าเป็นทรงกลมหรือทรงกลม แต่พวกมันอาจมีรูปร่างที่ไม่สม่ำเสมอเมื่อล้อมรอบชิ้นส่วนของเซลล์เสีย

หน้าที่ของไลโซโซมคือการย่อยสสารของเซลล์ที่ไม่จำเป็นอีกต่อไป ชิ้นส่วนเซลล์ถูกทำลายและขับออกจากเซลล์ ไลโซโซมยังโจมตีสารแปลกปลอมที่เข้าสู่เซลล์และเป็นการป้องกันแบคทีเรียและไวรัส

ร่างกายของ Golgi หรือโครงสร้าง Golgi เป็นกระสอบและท่อที่แบนราบซึ่งดูเหมือนถูกมัดไว้ตรงกลาง แต่ละกระสอบถูกล้อมรอบด้วยเมมเบรนที่สามารถมองเห็นได้ภายใต้กำลังขยายที่เพียงพอ บางครั้งพวกมันดูเหมือนเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมรุ่นที่เล็กกว่า แต่พวกมันแยกจากกันที่ปกติมากกว่าและไม่ยึดติดกับนิวเคลียส ร่างกายของกอลจิช่วยผลิตไลโซโซมและเปลี่ยนโปรตีนเป็นเอนไซม์และฮอร์โมน

Centrioles มาเป็นคู่และมักพบใกล้นิวเคลียส พวกมันเป็นกลุ่มโปรตีนรูปทรงกระบอกเล็ก ๆ และเป็นกุญแจสำคัญในการแบ่งเซลล์ เมื่อดูหลายเซลล์ เซลล์บางเซลล์อาจอยู่ในกระบวนการแบ่ง จากนั้นเซ็นทริโอลก็มีความโดดเด่นมาก

ในระหว่างการแบ่งตัว นิวเคลียสของเซลล์จะละลายและ DNA ที่พบในโครโมโซมจะถูกทำซ้ำ เซนทริโอลจะสร้างแกนหมุนของเส้นใยซึ่งโครโมโซมจะเคลื่อนไปยังปลายอีกด้านของเซลล์ เซลล์สามารถแบ่งตัวโดยเซลล์ลูกสาวแต่ละเซลล์ได้รับโครโมโซมครบชุด ในระหว่างกระบวนการนี้ เซนทริโอลจะอยู่ที่ปลายทั้งสองด้านของแกนหมุนของเส้นใย

ทุกเซลล์ต้องคงรูปทรงไว้ แต่เซลล์บางเซลล์ต้องแข็งทื่อ ในขณะที่เซลล์อื่นๆ สามารถยืดหยุ่นได้ เซลล์มีรูปร่างด้วยโครงร่างโครงร่างที่ประกอบด้วยองค์ประกอบโครงสร้างที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับหน้าที่ของเซลล์ ถ้าเซลล์เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างที่ใหญ่กว่า เช่น อวัยวะที่ต้องรักษารูปร่าง โครงร่างของไซโตสเกเลตอนจะประกอบด้วยท่อแข็ง หากเซลล์ยอมให้อยู่ภายใต้ความกดดันและไม่ต้องรักษารูปร่างให้สมบูรณ์ โครงร่างของเซลล์จะเบากว่า ยืดหยุ่นกว่า และประกอบด้วยเส้นใยโปรตีน

เมื่อดูเซลล์บนไมโครกราฟ โครงร่างโครงร่างจะแสดงขึ้นเป็นเส้นคู่หนาในกรณีของหลอดและเส้นเดี่ยวบางๆ สำหรับเส้นใย บางเซลล์อาจแทบไม่มีเส้นดังกล่าว แต่ในเซลล์อื่นๆ พื้นที่เปิดอาจเต็มไปด้วยโครงร่างโครงกระดูก เมื่อระบุโครงสร้างเซลล์ สิ่งสำคัญคือต้องแยกเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์ออกจากกันโดยการติดตามวงจรปิดในขณะที่เส้นของโครงร่างเซลล์เปิดและข้ามเซลล์

สำหรับการระบุโครงสร้างเซลล์ทั้งหมดอย่างสมบูรณ์ จำเป็นต้องใช้ไมโครกราฟหลายตัว เซลล์ที่แสดงทั้งเซลล์หรือหลายเซลล์ จะมีรายละเอียดไม่เพียงพอสำหรับโครงสร้างที่เล็กที่สุด เช่น โครโมโซม ไมโครกราฟของออร์แกเนลล์ที่มีกำลังขยายสูงขึ้นเรื่อยๆ จะแสดงโครงสร้างที่ใหญ่กว่า เช่น ไมโทคอนเดรีย และส่วนที่เล็กที่สุด เช่น เซนทริโอล

เมื่อตรวจตัวอย่างเนื้อเยื่อที่ขยายใหญ่ขึ้นครั้งแรก อาจเป็นเรื่องยากที่จะเห็นโครงสร้างเซลล์ต่างๆ ในทันที แต่การติดตามเยื่อหุ้มเซลล์ถือเป็นการเริ่มต้นที่ดี การระบุนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ที่ใหญ่กว่า เช่น ไมโตคอนเดรียมักเป็นขั้นตอนต่อไป ในไมโครกราฟที่มีกำลังขยายสูง ออร์แกเนลล์อื่นๆ มักจะถูกระบุโดยกระบวนการกำจัด โดยมองหาลักษณะที่แตกต่างที่สำคัญ ตัวเลขของออร์แกเนลล์และโครงสร้างแต่ละชนิดจะให้เงื่อนงำเกี่ยวกับการทำงานของเซลล์และเนื้อเยื่อของเซลล์