ทุกส่วนของเซลล์ทำอะไร?

เซลล์เป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของชีวิต ในเชิงบทกวี พวกมันเป็นหน่วยของสิ่งมีชีวิตที่เล็กที่สุดที่รักษาคุณสมบัติพื้นฐานทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับชีวิตไว้ (เช่น การสังเคราะห์โปรตีน การใช้เชื้อเพลิง และสารพันธุกรรม) ผลที่ได้คือ เซลล์ต้องทำหน้าที่ต่างๆ มากมาย ทั้งที่ประสานกันและเป็นอิสระ ซึ่งหมายความว่าจะต้องมีชิ้นส่วนทางกายภาพที่แตกต่างกันมากมาย

สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลล์เพียงเซลล์เดียว ในขณะที่ร่างกายของยูคาริโอต เช่น ตัวคุณมีเซลล์เป็นล้านล้าน เซลล์ยูคาริโอตมีโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่าออร์แกเนลล์ ซึ่งรวมถึงเมมเบรนที่คล้ายกับเซลล์ที่อยู่รอบเซลล์ทั้งหมด ออร์แกเนลล์เหล่านี้เป็นกองกำลังภาคพื้นดินของห้องขัง เพื่อให้แน่ใจว่าจะตอบสนองความต้องการในช่วงเวลาหนึ่งๆ ของเซลล์อย่างต่อเนื่อง

เซลล์ทั้งหมดมีอย่างน้อยที่สุด เยื่อหุ้มเซลล์ สารพันธุกรรม และไซโตพลาสซึม หรือที่เรียกว่าไซโตซอล สารพันธุกรรมนี้คือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือดีเอ็นเอ ในโปรคาริโอต DNA ถูกรวมกลุ่มไว้ในส่วนหนึ่งของไซโตพลาสซึม แต่ไม่ได้ปิดล้อมด้วยเมมเบรนเพราะมีเพียงยูคาริโอตเท่านั้นที่มีนิวเคลียส เซลล์ทั้งหมดมีเยื่อหุ้มเซลล์ที่ประกอบด้วยฟอสโฟลิปิดไบเลเยอร์ เซลล์โปรคาริโอตมีผนังเซลล์อยู่ด้านนอกเยื่อหุ้มเซลล์โดยตรงเพื่อเพิ่มความเสถียรและการป้องกัน เซลล์ของพืชซึ่งมีเชื้อราและสัตว์เป็นยูคาริโอตก็มีผนังเซลล์เช่นกัน

เซลล์ทั้งหมดยังมีไรโบโซม ในโปรคาริโอตเหล่านี้ลอยอย่างอิสระในไซโตพลาสซึม ในยูคาริโอต พวกมันมักจะจับกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ไรโบโซมมักถูกจัดเป็นออร์แกเนลล์ชนิดหนึ่ง แต่ในบางรูปแบบ พวกมันไม่เข้าข่ายเช่นนั้นเพราะขาดเมมเบรน การไม่ติดฉลากไรโบโซมออร์แกเนลล์ทำให้รูปแบบ "ยูคาริโอตเท่านั้นที่มีออร์แกเนลล์" สอดคล้องกัน ออร์แกเนลล์ของยูคาริโอตเหล่านี้รวมถึง นอกเหนือไปจากเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ไมโทคอนเดรีย (หรือในพืช คลอโรพลาสต์) กอลจิบอดี้ ไลโซโซม แวคิวโอล และโครงร่างโครงร่าง

เยื่อหุ้มเซลล์หรือที่เรียกว่าพลาสมาเมมเบรนเป็นขอบเขตทางกายภาพระหว่างสภาพแวดล้อมภายในของเซลล์กับโลกภายนอก อย่างไรก็ตาม อย่าเข้าใจผิดในการประเมินพื้นฐานนี้สำหรับข้อเสนอแนะว่าบทบาทของเยื่อหุ้มเซลล์เป็นเพียงการป้องกัน หรือว่าเมมเบรนเป็นเพียงคุณสมบัติตามอำเภอใจบางประเภทเท่านั้น คุณลักษณะของเซลล์ทั้งหมด ทั้งโปรคาริโอตและยูคาริโอตเป็นผลจากวิวัฒนาการไม่กี่พันล้านปีและอยู่ใน อันที่จริงเป็นสิ่งมหัศจรรย์แบบมัลติฟังก์ชั่นที่มีไดนามิกที่สามารถทำงานได้ดีเหมือนเอนทิตีที่มีสติปัญญาที่แท้จริงมากกว่าเพียง สิ่งกีดขวาง

เยื่อหุ้มเซลล์ที่มีชื่อเสียงประกอบด้วยฟอสโฟลิปิด bilayer ซึ่งหมายความว่าประกอบด้วยสองชั้นที่เหมือนกันซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลฟอสโฟลิปิด (หรืออย่างถูกต้องกว่านั้นคือฟอสโฟกลีเซอโรลิปิด) ชั้นเดียวแต่ละชั้นนั้นไม่สมมาตร ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลแต่ละชั้นที่มีความสัมพันธ์กับปลาหมึก หรือกับลูกโป่งที่มีพู่เล็กน้อย "หัว" คือส่วนที่เป็นฟอสเฟตซึ่งมีประจุไฟฟ้าไม่สมดุลและจัดว่าเป็นขั้ว เนื่องจากน้ำก็มีขั้วเช่นกัน และเนื่องจากโมเลกุลที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเคมีคล้ายคลึงกันมักจะรวมตัวกัน ฟอสโฟลิปิดส่วนนี้จึงถือเป็นชอบน้ำ "หาง" เป็นไขมันโดยเฉพาะกรดไขมันคู่หนึ่ง ตรงกันข้ามกับฟอสเฟต สิ่งเหล่านี้ไม่มีประจุและไม่ชอบน้ำ ฟอสเฟตติดอยู่ที่ด้านหนึ่งของกลีเซอรอลสามคาร์บอนที่ตกค้างอยู่ตรงกลางของโมเลกุล และกรดไขมันทั้งสองจะเชื่อมติดกัน

เนื่องจากหางของลิปิดที่ไม่ชอบน้ำจะเชื่อมโยงซึ่งกันและกันในสารละลาย จึงตั้งค่า bilayer เพื่อให้ทั้งสอง ชั้นฟอสเฟตหันออกด้านนอกและเข้าหาภายในเซลล์ ในขณะที่ชั้นไขมัน 2 ชั้นมาประกบกันที่ด้านในของ ไบเลเยอร์ ซึ่งหมายความว่าเยื่อหุ้มสองชั้นจะเรียงตัวเป็นภาพสะท้อนในกระจก เช่นเดียวกับทั้งสองด้านของร่างกายคุณ

เมมเบรนไม่เพียงแต่ป้องกันไม่ให้สารอันตรายเข้าสู่ภายในเท่านั้น สามารถเลือกดูดซึมได้ ทำให้สารสำคัญเข้าไปได้ แต่ยกเว้นสารอื่นๆ เช่น คนโกหกในไนท์คลับที่ทันสมัย นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถขับของเสียออกได้อย่างเลือกสรร โปรตีนบางชนิดที่ฝังอยู่ในเมมเบรนทำหน้าที่เป็นปั๊มไอออนเพื่อรักษาสมดุล (ความสมดุลทางเคมี) ภายในเซลล์

ไซโตพลาสซึมของเซลล์ หรือเรียกอีกอย่างว่าไซโทซอล เป็นตัวแทนของสตูว์ซึ่งส่วนประกอบต่างๆ ของเซลล์ "ว่ายน้ำ" ทุกเซลล์ โปรคาริโอตและยูคาริโอตมีไซโตพลาสซึมโดยที่เซลล์ไม่สามารถมีความสมบูรณ์ของโครงสร้างได้มากไปกว่าบอลลูนที่ว่างเปล่า

หากคุณเคยเห็นขนมเจลาตินที่มีผลไม้ฝังอยู่ภายใน คุณอาจนึกถึงเจลาติน ตัวเองเป็นไซโตพลาสซึม ผลไม้เป็นออร์แกเนลล์ และจานจับเจลาตินเป็นเยื่อหุ้มเซลล์หรือเซลล์ ผนัง. ความสม่ำเสมอของไซโตพลาสซึมมีลักษณะเป็นน้ำ และเรียกอีกอย่างว่าเมทริกซ์ โดยไม่คำนึงถึงประเภทของเซลล์ที่เป็นปัญหา ไซโตพลาสซึมมีความหนาแน่นของโปรตีนและ "เครื่องจักร" ระดับโมเลกุลสูงกว่าน้ำทะเลหรือสิ่งไม่มีชีวิต สิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์ถึงหน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์ในการรักษาสภาวะสมดุล (อีกคำหนึ่งสำหรับ "สมดุล" ตามที่ใช้กับสิ่งมีชีวิต) ภายใน เซลล์.

ในโปรคาริโอต สารพันธุกรรมของเซลล์ ดีเอ็นเอที่ใช้ในการสืบพันธุ์ และสั่งให้ส่วนที่เหลือของเซลล์สร้างผลิตภัณฑ์โปรตีนสำหรับสิ่งมีชีวิต ถูกพบในไซโตพลาสซึม ในยูคาริโอตจะหุ้มอยู่ในโครงสร้างที่เรียกว่านิวเคลียส

นิวเคลียสถูกวาดออกจากไซโตพลาสซึมโดยซองจดหมายนิวเคลียร์ ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์ เปลือกนิวเคลียร์ประกอบด้วยรูพรุนของนิวเคลียร์ที่ช่วยให้การไหลเข้าและออกของโมเลกุลบางชนิด ออร์แกเนลล์นี้มีขนาดใหญ่ที่สุดในเซลล์ใด ๆ โดยคิดเป็นสัดส่วนมากถึง 10 เปอร์เซ็นต์ของปริมาตรของเซลล์ และมองเห็นได้ง่ายโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ที่มีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะเปิดเผยเซลล์เอง นักวิทยาศาสตร์ทราบถึงการมีอยู่ของนิวเคลียสตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1830

ภายในนิวเคลียสคือโครมาติน ชื่อของรูปแบบ DNA ใช้เมื่อเซลล์ไม่ได้เตรียมที่จะแบ่ง: ขดแต่ไม่ได้แยกออกเป็นโครโมโซมที่ปรากฏชัดเจนในกล้องจุลทรรศน์ นิวเคลียสเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสที่มี recombinant DNA (rDNA) ซึ่งเป็น DNA ที่อุทิศให้กับการสังเคราะห์ไรโบโซม RNA (rRNA) สุดท้าย นิวคลีโอพลาสซึมคือสารที่เป็นน้ำภายในเปลือกนิวเคลียสที่คล้ายคลึงกับไซโตพลาสซึมในเซลล์อย่างเหมาะสม

นอกจากการจัดเก็บสารพันธุกรรมแล้ว นิวเคลียสยังกำหนดว่าเซลล์จะแบ่งตัวและสืบพันธุ์เมื่อใด

ไมโทคอนเดรียพบได้ในยูคาริโอตของสัตว์และเป็นตัวแทนของ "โรงไฟฟ้า" ของเซลล์ เนื่องจากออร์แกเนลล์รูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเหล่านี้เป็นที่ที่เกิดการหายใจแบบใช้ออกซิเจน การหายใจแบบใช้ออกซิเจนจะสร้างเอทีพี 36 ถึง 38 โมเลกุล หรืออะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (แหล่งพลังงานหลักของเซลล์) สำหรับทุกโมเลกุลของกลูโคส ในทางกลับกัน glycolysis ซึ่งไม่ต้องการออกซิเจนในการดำเนินการ จะสร้างพลังงานได้เพียงหนึ่งในสิบเท่านั้น (4 ATP ต่อโมเลกุลกลูโคส) แบคทีเรียสามารถผ่านกระบวนการไกลโคไลซิสเพียงอย่างเดียวได้ แต่ยูคาริโอตไม่สามารถทำได้

การหายใจแบบใช้ออกซิเจนเกิดขึ้นในสองขั้นตอน ในสองตำแหน่งที่แตกต่างกันภายในไมโตคอนเดรีย ขั้นตอนแรกคือวัฏจักรเครบส์ ซึ่งเป็นชุดของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย ซึ่งคล้ายกับนิวคลีโอพลาสซึมหรือไซโตพลาสซึมในที่อื่นๆ ในวัฏจักรเครบส์ - เรียกอีกอย่างว่าวัฏจักรกรดซิตริกหรือวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก - ไพรูเวตสองโมเลกุล โมเลกุลคาร์บอนสามตัวที่ผลิตขึ้นในไกลโคไลซิส ป้อนเมทริกซ์ของกลูโคส 6 คาร์บอนทุกๆ หนึ่งโมเลกุล บริโภค ที่นั่น ไพรูเวตผ่านวัฏจักรของปฏิกิริยาที่สร้างวัสดุสำหรับวัฏจักรเครบส์เพิ่มเติมและอื่นๆ ที่สำคัญตัวพาอิเล็กตรอนพลังงานสูงสำหรับขั้นตอนต่อไปในการเผาผลาญแอโรบิก การขนส่งอิเล็กตรอน เชื่อมต่อ. ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียและเป็นวิธีการที่โมเลกุล ATP ถูกปลดปล่อยออกมาระหว่างการหายใจแบบใช้ออกซิเจน

สัตว์ พืช และเชื้อราเป็นยูคาริโอตของโน้ตที่อาศัยอยู่ในโลกในปัจจุบัน ในขณะที่สัตว์ใช้กลูโคสและออกซิเจนในการผลิตเชื้อเพลิง น้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์ พืชก็ใช้ประโยชน์จากน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อผลิตออกซิเจนและกลูโคส หากการจัดเรียงนี้ดูไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ก็ไม่ใช่ กระบวนการที่พืชใช้เพื่อความต้องการเมตาบอลิซึมเรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสง และโดยพื้นฐานแล้วการหายใจแบบใช้ออกซิเจนจะทำงานไปในทิศทางตรงกันข้าม

เนื่องจากเซลล์พืชไม่ทำลายผลพลอยได้จากกลูโคสโดยใช้ออกซิเจน พวกมันจึงไม่มีหรือต้องการไมโตคอนเดรีย แต่พืชมีคลอโรพลาสต์ซึ่งจะเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี เซลล์พืชแต่ละเซลล์มีคลอโรพลาสต์ตั้งแต่ 15 หรือ 20 ถึงประมาณ 100 คลอโรพลาสต์ ซึ่งเชื่อกันว่าเหมือนไมโตคอนเดรียในเซลล์สัตว์ แบคทีเรียในสมัยก่อนยูคาริโอตจะวิวัฒนาการหลังจากที่เห็นได้ชัดว่ากลืนสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเหล่านี้และรวมกลไกการเผาผลาญของแบคทีเรียเหล่านี้เข้าไว้ด้วยกัน ของตัวเอง

ถ้าไมโตคอนเดรียเป็นโรงไฟฟ้าของเซลล์ ไรโบโซมก็คือโรงงาน ไรโบโซมไม่ได้ถูกผูกมัดด้วยเยื่อบางๆ จึงไม่ใช่ออร์แกเนลล์ในทางเทคนิค แต่มักถูกจัดกลุ่มด้วยออร์แกเนลล์จริงเพื่อความสะดวก

ไรโบโซมพบได้ในไซโตพลาสซึมของโปรคาริโอตและยูคาริโอต แต่ในระยะหลัง พวกมันมักจะติดอยู่กับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ประกอบด้วยโปรตีนประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์และ rRNA ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ rRNA เป็นกรดนิวคลีอิก เช่น DNA, messenger RNA (mRNA) และ transfer RNA (tRNA)

ไรโบโซมมีอยู่ด้วยเหตุผลง่ายๆ ประการหนึ่งคือ เพื่อผลิตโปรตีน พวกเขาทำเช่นนี้ผ่านกระบวนการแปลซึ่งเป็นการแปลงคำสั่งทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสใน rRNA ผ่าน DNA เป็นผลิตภัณฑ์โปรตีน ไรโบโซมรวบรวมโปรตีนจากกรดอะมิโน 20 ชนิดในร่างกาย ซึ่งแต่ละชนิดจะส่งผ่านไปยังไรโบโซมด้วย tRNA ชนิดหนึ่ง ลำดับของการเพิ่มกรดอะมิโนเหล่านี้จะถูกระบุโดย mRNA ซึ่งแต่ละอันเก็บข้อมูลที่ได้มาจาก ยีนดีเอ็นเอ – นั่นคือ ความยาวของดีเอ็นเอที่ทำหน้าที่เป็นพิมพ์เขียวสำหรับผลิตภัณฑ์โปรตีนชนิดเดียว ไม่ว่าจะเป็นเอนไซม์ ฮอร์โมน หรือดวงตา เม็ดสี

การแปลถือเป็นส่วนที่สามและส่วนสุดท้ายของสิ่งที่เรียกว่าความเชื่อกลางของชีววิทยาขนาดเล็ก: DNA ทำให้ mRNA และ mRNA สร้างหรืออย่างน้อยก็มีคำแนะนำสำหรับโปรตีน ในโครงร่างใหญ่ ไรโบโซมเป็นเพียงส่วนเดียวของเซลล์ที่อาศัย RNA มาตรฐานทั้งสามประเภทพร้อมกัน (mRNA, rRNA และ tRNA) เพื่อให้ทำงานได้

ออร์แกเนลล์ที่เหลือส่วนใหญ่เป็นถุงน้ำ หรือ "ถุง" ทางชีววิทยาบางชนิด ร่างกอลจิซึ่งมีการจัดเรียงแบบ "แพนเค้กสแต็ค" ในลักษณะเฉพาะในการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ มีโปรตีนสังเคราะห์ขึ้นใหม่ ร่างกอลจิจะปล่อยสิ่งเหล่านี้ออกมาในถุงเล็กๆ โดยการบีบพวกมันออก จากนั้นร่างเล็กๆ เหล่านี้จะมีเยื่อหุ้มเซลล์ปิดของตัวเอง ถุงเล็กๆ เหล่านี้ส่วนใหญ่จะม้วนตัวอยู่ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ซึ่งเหมือนกับระบบทางหลวงหรือทางรถไฟสำหรับทั้งเซลล์ เอนโดพลาสมิกบางชนิดมีไรโบโซมติดอยู่มากมาย ทำให้มีลักษณะที่ "หยาบ" ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ดังนั้นออร์แกเนลล์เหล่านี้จึงใช้ชื่อเรติเคิลเอนโดพลาสมิกหยาบหรือ RER ในทางตรงกันข้าม เอนโดพลาสมิกเรติเคิลที่ปราศจากไรโบโซมเรียกว่าเรติเคิลเอนโดพลาสมิกเรียบหรือ SER

เซลล์ยังมีไลโซโซม ถุงน้ำที่มีเอ็นไซม์อันทรงพลังที่ทำลายของเสียหรือผู้มาเยือนที่ไม่ต้องการ สิ่งเหล่านี้เป็นเหมือนคำตอบระดับเซลล์สำหรับทีมทำความสะอาด