Biology is derived from the Greek 2 words. Word one bios meaning life and the second logos meaning reason or thinking

Transcription

1 ช วว ทยาค อ.? Biology is derived from the Greek 2 words. Word one bios meaning life and the second logos meaning reason or thinking คาว า ช วว ทยา ตรงก บภาษาอ งกฤษว า Biology ซ งมาจาก รากศ พ เด มท เป นภาษากร ก 2 คา ค อ bios หมายถ ง ช ว ต และlogos หมายถ ง ความค ดและเหต ผล ช วว ทยาจ งหมายถ งการศ กษาเก ยวก บส งม ช ว ตอย างม เหต ผล

2 What is cell?

3 What is cell? All organisms consist of cell so... Cell is the basic structure and basic unit of every organisms เซลล (cell) เป นหน วยพ นฐานของส งม ช ว ตท กชน ด ต งแต พ ช ส ตว สาหร าย รา รวมท งจ ล นทร ย ต างๆ ยกเว นไวร ส (ล ดดา,2547)

4 โรเบ ร ต ฮ ค (Robert Hooke) บ คคลแรกท ได ศ กษาเร องเซลล น กว ทยาศาสตร และน กประด ษฐ ชาวอ งกฤษ ค.ศ.1663 ได ใช กล องจ ลทรรศน ท เขาประด ษฐ เองศ กษา โครงสร างของแผ นไม คอร กบางๆ ฮ คได ต งช อ ส งท เขาเห นว า เซลล

5 คาว า เซลล Cell มาจาก ภาษาละต น ค อ เซลล ล (Cellulae) ซ งม ความหมายว า ห องเล กๆ ผ ต งช อน ค อ โรเบ ร ต ฮ ก (Robert Hooke) เม อเขาเปร ยบเท ยบเซลล ของไม คอร กเหม อนก บห องเล กๆ ซ งเป นท อย ของพระ

6 เซลล (Cell) เป นหน วยโครงสร างพ นฐานท เล กท ส ดของส งม ช ว ต เปร ยบได ก บก อน อ ฐท เป นหน วยโครงสร างพ นฐานของการก อสร างบ านและโรงเร ยน

7 We can see the cell by the eyes? เซลล ส วนใหญ จะม ขนาดเล กมาก มองด วยตาเปล าไม เห น ต องอาศ ยกล องจ ลทรรศน ช วยจ งจะมองเห นได

8 เป ดโลกของเซลล เซลล ส วนใหญ ม ขนาดเล กมาก มองด วยตาเปล าไม เห น จนกระท งป ค.ศ.1590 กล องจ ลทรรศน เคร องแรกของโลกได ถ ก สร างข น โลกของเซลล และส งม ช ว ตขนาดเล กท มองด วยตาเปล าไม เห นจ ง ได เร มต นข น

9 กล องจ ลทรรศน (microscope) เป นเคร องม อท ช วยขยายภาพของส งต างๆให ม ขนาดใหญ ข น กล องจ ลทรรศน ม หลายแบบต งแต แบบง ายๆ ไม ม กลไกอะไรซ บซ อนจนถ งแบบ ท ม กลไกซ บซ อน ขนาดใหญ และม ราคาแพงมาก กล องจ ลทรรศน ท ประกอบด วยเลนส เพ ยงอ นเด ยว เร ยกว า กล องจ ลทรรศน แบบ ง ายธรรมดา ต วอย างเช น แว นขยาย กล องจ ลทรรศน ท ประกอบด วยเลนส มากกว าหน งเลนส เร ยกว า กล องจ ลทรรศน ชน ดเลนส ประกอบ (compound light microscope)

10 อ นโตน วาน เลเวนฮ ค(Antoni van leeuwenhoek) ในเวลาเด ยวก นก บท โรเบ ร ต ฮ ค ค นพบเซลล (เป นผ ค นพบจ ล นทร ย เป นคนแรก) เลเวนฮ คใช กล องจ ลทรรศน ศ กษาน าท นามาจากสระ เขาพบส งม ช ว ตเซลล เด ยว เขาได ศ กษาข ฟ นของต วเอง เป นคนแรกของโลกท ได เห น แบคท เร ย

11 ทฤษฎ เซลล (cell theory) ค.ศ Matthias Schleiden น กพฤกษศาสตร ชาวเยอรม น ค นพบว าพ ชท กชน ดประกอบไปด วยเซลล ในป ถ ดมา Theodor schwann น กส ตวว ทยาชาวเยอรม น ได ประกาศว าส ตว ท งหลายต างก ม เซลล เป นองค ประกอบ น กว ทยาศาสตร ท ง 2 ท านจ งได ร วมก นต ง ทฤษฎ เซลล (cell theory)

12 ทฤษฎ เซลล (cell theory) ส งม ช ว ตท กชน ดประกอบข นด วยเซลล All living things consist of cell. เซลล เป นหน วยพ นฐานของโครงสร างและหน าท ของส งม ช ว ต Cell is life s fundamental unit of structure and function. เซลล ท กชน ดกาเน ดมาจากเซลล ด วยก น All cell comes from other cells. Rudolf Virchaw

13 ???คาถามแทงจาย??? ทราบไหมว าท งต วน กเร ยนม เซลล ก เซลล? ตอบ ร างกายของมน ษย แต ละคนจะม เซลล ประมาณ อย ประมาณ 100 ล านล าน หร อ 10 14

14 How many cell of other organisms? Some organisms have one cell we call unicellular or ส งม ช ว ตเซลล เด ยว Some organisms have many cell we call multicellular or ส งม ช ว ตหลายเซลล

15 Bacteria Unicellular Amoeba Euglena Paramecium

16 Multicellular Muscle cell Red blood cell Nerve cell

17 ขนาดของเซลล เซลล ม กม ขนาดเล ก ทาให ต องใช อ ปกรณ ค อกล องจ ลทรรศน ในการศ กษาขนาด ของเซลล แตกต างก น ต งแต เซลล ท ม ขนาดเล กท ส ดค อเซลล ไมโครพลาสมา (ขนาด 0.15 ไมครอน )ไปจนถ งเซลล ท ม ขนาดใหญ ท ส ด ค อ เซลล ไข นกกระจอกเทศ (ขนาด 100 มม.) ซ งมองเห นได ด วยตาเปล า เซลล ภายในใบพ ช เซลล เม ดเล อดแดงของคน เซลล ประสาทของคน

18 การจ ดระบบของเซลล

19

20 การศ กษาเซลล ศ กษาด วยกล องจ ลทรรศน ทาให สามารถเห น รายละเอ ยดโครงสร างของเซลล ศ กษาด วยว ธ แยกช นส วนของเซลล โดยการเหว ยง ด วยความเร วท ต างๆก น organelles ท แยก ออกมาสามารถนาไปศ กษาโครงสร างและหน าท ของ ม น

21 เซลล สาหร ายหางกระรอก ต วอย าง เม อส องเซลล สาหร ายหางกระรอกด วยกล องจ ลทรรศน โดยใช เลนส ใกล ตากาล งขยาย 10 เท า (10x) และเลนส ว ตถ กาล งขยาย 40 เท า (40x) ภาพท ได จะม กาล งขยายก เท า แนวค ด กาล งขยายภาพ = กาล งขยายของเลนส ใกล ตา x กาล งขยายของเลนส ใกล ว ตถ = 10 x 40 = 400 เท า

22 จ ล นทร ย ต วอย าง เม อส องจ ล นทร ย ด วยกล องจ ลทรรศน โดยใช เลนส ใกล ตากาล งขยาย 20 เท า (20x) และ เลนส ว ตถ ก าล งขยาย 100 เท า (100x) สามารถมองเห นจ ล นทร ย ขนาด 100 ม ลล ไมครอน จ ล นทร ย ของจร งม ขนาดก ม ลล ไมครอน แนวค ด กาล งขยายภาพ = กาล งขยายของเลนส ใกล ตา x กาล งขยายของเลนส ใกล ว ตถ = 20 x 100 = 2,000 เท า กาล งขยาย = ขนาดของภาพ ขนาดของว ตถ 2,000 = 100 ขนาดของว ตถ จ ล นทร ย ของจร งม ขนาด 0.05 ม ลล ไมครอน

23 The size range of cells ชน ดของเซลล Myoplasmas แบคท เร ย ส วนใหญ ของ eukaryotic cell เส นผ าศ นย กลาง ไมครอน ไมครอน ไมครอน

24 Different Types of Light Microscope: A Comparison Brightfield (unstained specimen) Brightfield (stained specimen) Fluorescene Phase-contrast Differentialinterferencecontrast (Nomarski) Confocal Human Cheek Epithelial Cells

25 Electron micrographs Transmission electron micrographs (TEM) Scanning electron micrographs (SEM)

26 Cell Fractionation ว ธ การแยกช นส วนของเซลล ทาได โดยการเหว ยงด วยความเร วท ต างๆก น organelles ท แยกออกมาสามารถนาไปศ กษาโครงสร าง และหน าท ของม น

27 Prokaryotic and Eukaryotic cell ส งม ช ว ตประกอบด วยเซลล เซลล แบ งเป น 2 ชน ด ค อ 1. prokaryotic cell 2. eukaryotic cell ม โครงสร างแตกต างก น ด งน

28 Prokaryotic cell (pro=before; karyon=kernel) พบเฉพาะใน Kingdom Monera ไม ม น วเคล ยสแท จร ง, ไม ม เย อห มน วเคล ยส สารพ นธ กรรมอย ในบร เวณท เร ยกว า nucleoid ไม ม organelles ท ม เย อห ม

29 A prokaryotic cell

30 พบใน Kingdoms Protista, Fungi, Plante และ Animalia ม น วเคล ยสท แท จร ง, ห มด วยเย อห มน วเคล ยส สารพ นธ กรรมอย ในน วเคล ยส Eukaryotic cell (eu=true; karyon=kernel) ภายใน cytoplasm ประกอบด วย cytosol และม organelles ท ม เย อห ม Cytoplasm = บร เวณภายในเซลล ท งหมด ยกเว นส วนของน วเคล ยส Cytosol = สารก งของเหลงภายใน cytoplasm

31 Geometric relationships explain why most cell are microscopic

32 ขนาดของเซลล ม ข อจาก ดโดย เซลล ท ม ขนาดเล กจะต องม ขนาดท สามารถบรรจ DNA ไรโบ โซม เอนไซม และองค ประกอบภายในเซลล ท สาค ญเพ ยงพอท จะ ควบค มเมตาบอร ซ มเพ อการดารงอย ของเซลล ได เซลล ท ม ขนาดใหญ จะต องม พ นผ วเซลล เพ ยงพอสาหร บการ แลกเปล ยนก าซออกซ เจน สารอาหาร และของเส ยภายในเซลล แม ว าเซลล ขนาดใหญ ม พ นท ผ วมากกว าเซลล ขนาดเล กก จร ง แต เซลล ขนาดใหญ ก ม อ ตราส วนของพ นท ผ วต อปร มาตรน อยกว าเซลล ขนาดเล กท ม ร ปร างเซลล เหม อนก น ด งน นอ ตราส วนของพ นท ผ ว เซลล ต อปร มาตรจะเป นต วกาหนดขนาดของเซลล

33 The plasma membrane

34 ความสาค ญของการแบ งส วนย อยภายในไซโตพลาสซ ม ภายในไซโตพลาสซ มของ eukaryotic cell ม ความซ บซ อนในเร องโครงสร างเพ อให อ ตราส วนของ พ นท ผ วต อปร มาตรพอเหมาะต อความต องการในการ ทางานของเซลล โดยม เย อภายในเซลล (internal membrane) ซ งม บทบาทสาค ญ ค อ

35 แบ งไซโตพลาสซ มเป นส วนย อยๆ (compartment) ภายในส วนย อยๆแต ละส วนม ของเหลวหร อโปรต นท เฉพาะเจาะจงต อปฏ ก ร ยาช วเคม ท แตกต างก น ม บทบาทสาค ญต อการเก ดเมตาบอร ซ มของเซลล เพราะท เย อม เอนไซม หลายชน ดเป นส วนประกอบอย ภายในส วนย อยม สภาพแวดล อมท แตกต างก นซ งม ความ เฉพาะเจาะจงต อกระบวนการเมตาบอร ซ ม กระบวนการเมตาบอร ซ มแต ละอย างสามารถดาเน นไปได พร อมๆก นภายในเซลล เด ยวก น โดยไม เก ดการรบกวนซ งก นและ ก น

36 An animal cell

37 A plant cell

38 น วเคล ยส (nucleus) เป นออร แกเนลล ขนาดใหญ ท ม เย อห มน วเคล ยส แยกออกจากไซโตพลาสซ มในเซลล พวกย คาร โอต ภายใน บรรจ ย นซ งควบค มการทางานของเซลล ม ขนาดโดยเฉล ย ประมาณ 5 ไมครอน

39 The nucleus and the envelope

40 Nuclear envelope ม ล กษณะด งน เป นเย อ 2 ช น ม ช องว างตรงกลางกว างประมาณ nm ม ร (nuclear pores) แทรกอย ท วไป เป นทางให สารต างๆ โดยเฉพาะ rrna, mrna และ nucleoprotein ผ านเข า ออกได ผ วด านในของเย อห มน วเคล ยสม ช นบางๆของโปรต นย ดต ดอย ความสาค ญของช นน ย งไม ทราบแน ช ด อาจช วยร กษาร ปทรงของ น วเคล ยส ภายในน วเคล ยสบรรจ สารพ นธ กรรมท อย ในร ปของโมเลก ล DNA ท จ บก บโมเลก ลของโปรต น เป นโครโมโซม

41 Nucleolus ม ล กษณะเป นเม ดกลมขนาดเล กในน วเคล ยส ใน หน งเซลล อาจม หน งหร อสองเม ด มองเห นช ดขณะเซลล ไม ม การแบ งต ว ประกอบด วย nucleolar organizers และ ribosome ท กาล งสร างข น nucleolus ท า หน าท สร าง ribosome (nucleolar organizers เป นส วนพ เศษของ โครโมโซมท ม ย นท เก ยวก บการสร าง ribosome อย หลายช ด)

42 น วเคล ยสทาหน าท ควบค มการสร างโปรต นในไซโตพลาสซ ม Messenger RNA (mrna) transcribed in the nucleus from DNA instructions Passes through nuclear pores into cytoplasm Attaches to ribosomes where the genetic message is translated into primary structure

43 Ribosomes เป น organelles ท ไม ม เย อห ม ทาหน าท สร างโปรต น ม 2 ส วนย อย (subunit) สร างจาก nucleolus ในเซลล ท ม การสร างโปรต นส งจะพบว า ม nucleolus และ ribosome เป นจานวนมาก ต วอย างเช นในเซลล ต บ ของคนม ribosome จานวนมากและม nucleolus ท เด นช ดมาก

44 Ribosome ม 2 ชน ดค อ 1. free ribosomes ทาหน าท สร างโปรต นท ใช ใน cytosol เช น เอ นไซม ท เก ยวข องก บเมตาบอร ซ มใน cytoplasm 2. bound ribosomes เป น ribosome ท เกาะอย ด านผ วนอกของ ER ทาหน าท สร างโปรต นท จะถ กส งต อไปรวมก บ organelles อ นๆ และโปรต นท จะถ กส งออกไปใช นอกเซลล ใน เซลล ท สร างโปรต น เช น เซลล ต บอ อนหร อต อมอ นท สร างน าย อย จะม bound ribosomes เป นจานวนมาก

45 The Endomembrane system ประกอบด วย 1. Nuclear envelop 2. Endoplasmic reticulum 3. Golgi apparatus 4. Lysosomes 5. Vacuoles 6. Plasma membrane

46 Endoplasmic reticulum (ER) (Endoplasmic = อย ในไซโตพลาสซ ม, reticulum = ร างแห) เป น organelles ท ม เย อห ม ม ล กษณะเป นท อแบนหร อกลม กระจายอย ใน cytosol ช องภายในท อเร ยกว า cisternal space ซ งท อน ม การเช อมต ดต อก บช องว าง ท อย ระหว างเย อห มน วเคล ยสช นนอกและ ช นในด วย

47 ER ม 2 ชน ด ค อ 1. Rough endoplasmic reticulum (RER) ม ไรโบโซมเกาะต ดอย ท เย อห มด านนอกทาให มองเห นขร ขระ ท า หน าท สร างโปรต นท ส งออกไปนอกเซลล (secondary protein) โดยไรโบโซมท เกาะอย น สร างโปรต น แล วผ านเย อของ ER เข าไปใน cisternal space แล วหล ดออกไปจาก ER เป น transport vesicle ส งออกไปใช ภายนอกเซลล โดยตรง หร อนาไปเช อมก บเย อของ Golgi complex เพ อเพ ม คาร โบไฮเดรตแก โปรต นท สร างข นกลายเป น glycoprotein ก อนส งออกไปใช ภายนอกเซลล

48 2. Smooth endoplasmic reticulum (SER) ไม ม ไรโบโซมมาเกาะท เย อห มด านนอก จ งมองเห นเป นผ ว เร ยบๆ ท อของ SER เช อมต ดต อก บ RER ได SER ไม เก ยวก บการสร างโปรต น ส วนใหญ ม ความสาค ญ เก ยวก บการสร างฮอร โมนชน ดสเตอรอยด และไขม น ลดความเป นพ ษของสารพ ษ ในเซลล กล ามเน อ SER ทาหน าท ควบค มการเก บและปล อย แคลเซ ยมเพ อควบค มการทางานของเซลล กล ามเน อ เป นต น

49 The Golgi apparatus

50 Golgi complex ม ล กษณะเป นถ งแบนหลายถ งเร ยงซ อนก น เร ยกว า Golgi cisternar บร เวณตรงกลางเป นท อแคบและปลายสอง ข างโป งออก และม กล มของถ งกลม (vesicles) อย รอบๆ Golgi complex ม โครงสร างท เป น 2 หน า ค อ cis face และ trans face ท ทาหน าท ร บและส ง cis face เป นส วนของ ถ งแบนท น นอย ใกล ก บ ER transport vesicles ท ถ กสร าง มาจาก RER เคล อนท เข ามารวมก บ Golgi complex ทางด าน cis face ส วน trans face เป นด านท เว าของถ ง แบน เป นด านท สร าง vesicles และหล ดออกไป

51 หน าท ของ Golgi complex ค อ เสร มสร างคาร โบไฮเดรดให ก บโปรต นท สร างมาจาก RER ให เป น glycoprotein เพ อส งออกไปภายนอกเซลล เก บสะสมและกระจายส งท เซลล สร างข น โดยเก บไว ภายใน secondary granules เพ อส งออกนอกเซลล โดยกระบวนการ exocytosis สร าง primary lysosomes ซ งบรรจ hydrolytic enzymes น าย อยเหล าน ม กเป นพวก glycoprotein โดยม การเต มคาร โบไฮเดรตท Golgi complex เก ยวก บการสร างผน งห มเซลล (membrane flow)

52 Lysosomes (a) Lysosomes in a white blood cell

53 (b) A Lysosome in action Peroxisome fragment Mitochondrion fragment Lysosome

54 Lysosomes เป นออร แกเนลล ท ม เย อห มร ปกลมขนาดเล ก ภายในบรรจ hydrolytic enzyme หร อ lysosomal enzyme หลายชน ดท ทาหน าท ย อยโมเลก ลขนาดใหญ ได แก polysaccharides, fats และ nucleic acids เอ นไซม ต างๆเหล าน ทางานด ท ส ดท ph 5 lysosomal membrane ทาหน าท ร กษาสภาพแวดล อม ภายในให เหมาะแก การทางานของเอ นไซม โดยการป ม H + จาก cytossol เข าไปภายใน

55 ถ า lysosome ฉ กขาดจะไม สามารถทางานได ด หร อ เอ นไซม อาจออกมาทาอ นตรายให แก เซลล ได จากท กล าวมาจะเห นได ว า การแบ งไซโตพลาสซ มเป น ส วนย อยๆด วย membrane ม ความสาค ญต อการ ทางานของเซลล มาก Hydrolytic enzyme และ lysosomal membrane สร างมาจาก RER และส งต อไปย ง Golgi complex แล วแยกออกไปทางด าน trans face ของ Golgi complex เป น lysosome

56 The formation and functions of lysosomes

57 หน าท ของ lysosome เป นแหล งย อยภายในเซลล (intracellular digestion) ตย. เช น อม บาก นอาหารโดยว ธ phagocytosis เก ดเป น food vacuole ซ งจะรวมก บ lysosome เอ นไซม ใน cytosome จะทาหน าท ย อยอาหารน น เซลล ของคน เช น macrophage ก สามารถทาลายส ง แปลกปลอมท เข ามาในเซลล ด วยว ธ phagocytosis และถ กย อยโดย lysosome ได เช นก น

58 เก ยวข องก บการย อย organelles ในไซโตพลาสซ มเพ อนา สารต างๆกล บมาใช สร าง organelles ใหม อ ก (autophagy) Lysosome สร างเอ นไซม ท เก ยวข องก บการเก ด metamorphosis ของการพ ฒนาของต วอ อนในพวกส ตว สะเท นน าสะเท นบก ม บทบาทสาค ญต อเมตาบอร ซ มต างๆในร างกายเป นอย างมาก ถ าหากม ความผ ดปกต ในการทางานของเอ นไซม ในไลโซโซม จะ ทาให เก ดโรคต างๆได

59 Vacuoles เป น organelles ท ม ล กษณะเป นเย อห ม แต ม ขนาดใหญ กว า vesicles ม แบบต างๆได แก food vacuole, contractile vacuole และ central vacuole

60 The plant cell vacuole

61 Relationships among organelles of the endomembrane system

62 Membranous organelles อ นๆ 1. Energy transcucers ได แก Mitochondria Chloroplast 2. Peroxisomes (microbodies)

63 The mitochondrion, site of cellular respiration

64 Mitochondria พบใน eukaryotic cell เก อบท กชน ด ในเซลล บางชน ดอย างม เพ ยง หน งอ นท ม ขนาดใหญ หร อในเซลล บางชน ดอาจม mitochondria เป น จานวนร อยหร อพ นท งน ข นก บก จกรรมของเซลล น นๆ Mitochondria ม เย อห ม 2 ช น ม ล กษณะเป นสองวงซ อนก น แต ละช น ของ phospholipid bilayer จะม ล กษณะเฉพาะต วท เก ดจากโมเลก ล ของโปรต นท ฝ งต วบนเย อแต ละช น เย อห มช นนอกเร ยบ ส วนเย อช นในจะม การโป งย นเข าข างในเร ยกว า cristae เย อห มท งสองช นแบ ง mitochondria เป นช องภายใน 2 ส วน ได แก ช องท อย ระหว างเย อช นนอกและเย อช นใน (intermembrane space) และช องท ถ กล อมรอบอย ภายในเย อช นใน (mitochodrial matrix)

65 ในช องท งสองม เอ นไซม ต างชน ดก น ท เก ยวข องก บ กระบวนการหายใจระด บเซลล (cellular respiration) แต ละข นตอนก น ท บร เวณ cristae ของเย อห มช นในม เอ นไซม ท เก ยวข องก บ electron transport chain และ การส งเคราะห ATP ใน matrix บรรจ เอ นไซม ท เก ยวข องก บ Kreb s cycle และ Beta oxidation ของกรดไขม น เป น ต น

66 The chloroplast, site of photosynthesis

67 Chloroplast Chloroplast เป น plastids ชน ดหน งของเซลล พ ช ท ม รงคว ตถ ส เข ยว ท เร ยกว า chlorophyll ซ งประกอบด วย เอ นไซม และโมเลก ลของสารท ทาให เก ดกระบวนการส งเคราะห ด วยแสง Chloroplast ม เย อห ม 2 ช น ห มล อมรอบของเหลวท เร ยกว า stroma ภายในม ถ งแบน thylakoids ซ งซ อนก น เป นต งเร ยกว า granum

68 Peroxisomes

69 Peroxisomes (microbodies) เป น organelles ท พบในเซลล ย คาร โอตเก อบท กชน ด ม ล กษณะเป น ถ งท ม เย อห มช นเด ยว ภายในม granular core ซ งเป นท รวมของ เอ นไซม ย อมต ดส เข ม เอ นไซม ชน ดต างๆทาหน าท เก ยวข องก บการสร างหร อทาลาย hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) เพ อป องก นไม ให เก ดสารพ ษข น ภายในเซลล RH 2 + O 2 Oxidase R + H 2 O 2 2H 2 O 2 catalase 2H 2 O + O 2 ในเซลล ต บพบม peroxisomes ขนาดใหญ จ งเข าใจว าอาจม หน า เก ยวข องก บการทาลายพ ษของสารต างๆหลายชน ด เช น alcohol