Lec 4: การหายใจระดับเซลล์

ส่วนประกอบของเซลล์:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 1 ส่วนประกอบของเซลล์ Lecture 202111 © 2005.Department of Biology. CMU. All right reserved

ขนาดของเซลล์:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 2 ขนาดของเซลล์ ขนาดของเซลล์ส่วนมากอยู่ระหว่าง 1-100 M มองเห็นได้ใต้กล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 3 กล้องจุลทรรศน์ Light microscopes Bright field Phrase contrast Fluorescent Confocal Electron microscope Scanning electron microscope (SEM) Transmission electron microscope (TEM)

การแยก organelles ต่างๆ จากเซลล์:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 4 การแยก organelles ต่างๆ จากเซลล์ Tissue cell Homogenate Supernatant Pellet (cellular debris & nuclei) homogenization centrifugation 800 g 10mins. หลักการของ centrifuge แยก organelle ต่างๆ ออกจากเซลล์ ทำโดยการแยกส่วนประกอบของเซลล์ตามลำดับขนาดและน้ำหนัก

การแยก organelles ต่างๆ จากเซลล์:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 5 การแยก organelles ต่างๆ จากเซลล์ 100,000g 15 min 20,000g 15 min 1500,000g 15 min Supernatant Microsome /plasma membrane Supernatant Mitochondria /Chloroplast Ribosome Supernatant Nuclei /cellular debris

Prokaryotic VS. Eukaryotic cell:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 6 Prokaryotic VS. Eukaryotic cell Rod shaped bacteria Animal cell Ribosome Nucleus Plasma membrane Cell wall DNA flagella

Prokaryotic VS. Eukaryotic cell:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 7 Prokaryote (Prokaryotic cell) : - มีขนาดเล็ก < 5 m m - มีโครงสร้างภายในไม่มาก - ไม่มี nucleus ที่แท้จริง - ไม่มีเยื่อหุ้ม nucleus - ไม่มีเยื่อหุ้ม organelle ที่อยู่ภายใเซลล์ - ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่เกิดขึ้นในส่วนของ cytoplasm Eukaryote (Eukaryotic cell) - ยาว > 10 m m - เซลล์สิ่งมีชีวิตทั่วๆ ไป เช่น สาหร่าย พืช สัตว์ - โครงสร้างภายในเซลล์มี organelle ที่มีเยื่อหุ้ม - มี nucleus ที่แท้จริง และมีเยื่อหุ้ม - มีการแยกตำแหน่งการเกิดปฏิกิริยาเคมีใน organelle อย่างชัดเจน Prokaryotic VS. Eukaryotic cell

Animal VS. Plant cell:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 8 Animal VS. Plant cell Nucleus Endoplasmic reticulum Ribosome Golgi apparatus Mitochondria Plasma membrane Peroxisome

Animal VS. Plant cell:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 9 Animal VS. Plant cell Cell wall Chloroplast Vacuole Microvilli Centrosome Lysosome Flagellum plasmodesmata

Internal membrane: Plasma membrane :

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 10 Internal membrane: Plasma membrane Hydrophillic region Hydrophillic region Hydrophobic region phospholipid proteins กล่าวในรายละเอียดในบทต่อไป : โครงสร้างและการทำงานของเมมเบรน

Cell’s genetic instruction: Nucleus:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 11 - nucleus envelop มี 2 ชั้น เป็นช่องทางลำเลียงสารจาก cytoplasm ( Nuclear pore ลำเลียงสารจาก cytoplasm) Chromosome : มีสารพันธุกรรมที่จะถ่ายทอดให้กับเซลล์ที่เกิดใหม่ต่อไป Nucleolus : รวบรวม rRNA และ protein เพื่อสังเคราะห์ ribosome Nucleoplasm : Semifluid กึ่งเหลว = ion, nucleic acid, histone, enzyme ต่างๆ เช่น DNA polymorase Cell’s genetic instruction: Nucleus

Nucleus:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 12 Nucleus Nucleus Nucleolus Chromatin Ribosome Pore complex Two membranes nuclear envelope Chromosome ที่กระจายตัวในระยะ interphase

Cell’s genetic instruction : Ribosome:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 13 Diagram of ribosome Cytosol Cell’s genetic instruction : Ribosome Endoplasmic reticulum Free ribosome Bound ribosome Large subunit Small subunit สังเคราะห์โปรตีน รักษารูปร่างของเซลล์ สังเคราะห์โปรตีนเพื่อใช้ใน cytoplasm สังเคราะห์โปรตีนเพื่อใช้ในลำเลียงออกนอกเซลล์

Endomembrane system :ควบคุมการสร้างและสลายสาร:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 14 Endomembrane system : ควบคุมการสร้างและสลายสาร ประกอบด้วย Nuclear envelope Endoplasmic reticulum Golgi apparatus Lysosome Vacuole Plasma membrane

Endoplasmic reticulum: ER: biosynthetic factory:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 15 Endoplasmic reticulum: ER: biosynthetic factory Smoot ER Rough ER Ribosome Nuclear envelope -ถุงแบนจำนวนมากเชื่อมติดกัน เรียงเป็นเครือข่าย และเชื่อมจาก เยื่อหุ้มนิวเคลียสชั้นนอกออกมา -ในพืชเชื่อมไปถึง plasmodesmata

หน้าที่ของ ER:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 16 หน้าที่ของ ER SER สังเคราะห์ lipids Carbohydrate metabolism Detoxification ยาและสารพิษ RER Protein synthesis Secretion of protein Plasma membrane Ribosome เกาะที่ผิวเยื่อหุ้ม ไม่มี ribosome มาเกาะ

Golgi Apparatus : shipping and receiving center:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 17 Golgi Apparatus : shipping and receiving center Cis face Trans face Cisternae Transport vesicle from ER Transport vesicle from Golgi New vesicle forming Receiving side Shipping side

Endoplasmic reticulum &Golgi Apparatus:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 18 Endoplasmic reticulum &Golgi Apparatus

หน้าที่ของ Golgi apparatus:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 19 หน้าที่ของ Golgi apparatus Protein modification, storage and secretion Glycoprotein Polysaccharide secretion: Pectin Non cellulose polysaccharide หน้าที่ : รวบรวม และแยกชนิดของ โปรตีน เอนไซม์ และสารอื่นๆ จาก endoplasmic reticulum  ถุงเล็กๆ (vesicle) ใช้ในเซลล์ หรือส่งออกไปนอกเซลล์

Lysosome: digestive compartment:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 20 Lysosome: digestive compartment ทำหน้าที่ ย่อยสลายสารโมเลกุลใหญ่และ organelles ในเซลล์ Recycle organic materials Phagocytosis การกินอาหารของอะมีบา Autophagy กำจัด organell ที่เสียหาย lysosome Mitochondria fragment Peroxisome fragment พบในเซลล์สัตว์

การเกิดและการทำงานของ lysosome : พบในเซลล์สัตว์ :

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 21 การเกิดและการทำงานของ lysosome : พบในเซลล์สัตว์ Autophagy Digestion by hydrolytic enzyme phagocytosis lysosome Golgi apparatus Transport vesicle Rough ER

Vacuole:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 22 Vacuole ประเภทของ vacuole Food vacuole Contractile vacuole Central vacuole: Tonoplast เยื่อหุ้ม สัตว์ พืช

Vacuole: contratile vacuole:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 23 Vacuole: contratile vacuole Contracting vacuole หน้าที่ ขับน้ำส่วนเกินออกจากเซลล์ พบใน Paramecium

Plant cell vacuole:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 24 Plant cell vacuole ทำหน้าที่ Storage: protein, ions Storage metabolite, by-products ที่เป็นอันตราย Pigments Poisons, chemicals Enlargement role รักษาแรงดันเต่ง Central vacuole tonoplast

Vacuole:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 25 Vacuole Vacuole

Mitochondria and Chloroplast :change energy from one form to another :

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 26 Mitochondria and Chloroplast : change energy from one form to another Mitochondria Plastid Amyloplast แป้ง Chromoplast (pigment) Chloroplast Peroxisome พืช

Mitochondria :chemical energy conversion:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 27 Mitochondria : chemical energy conversion ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของ endomembrane system มี DNA และ ribosome สร้างโปรตีนได้ สร้างพลังงานให้กับเซลล์ พบในเซลล์ทุกชนิด เกี่ยวข้องกับการหายใจ

Mitochondria :cellular respiration:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 28 Mitochondria : cellular respiration Outer membrane Inner membrane Cristae Matrix

Plastids:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 29 Plastids ชนิดของ plastids Amyloplast: starch grain Chromoplast: carotenoids Chloroplast: chlorophylls พบในพืช และ สาหร่าย - เยื่อหุ้ม 2 ชั้น, DNA, RNA และไรโบโซม - Stroma : น้ำตาล และกรดอะมิโน

Chloroplast:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 30 Chloroplast Outer membrane Inner membrane Thylakoid Stroma Grana (granum)

Peroxisome : oxidation:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 31 Peroxisome : oxidation ทำหน้าที่ Breakdown fatty acid เมื่อเกิด cellular respiration Alcohol detoxification Glyoxysome ใน พืช จะย่อยสลายอาหารสะสมในเมล็ดพืช ( ไขมัน คาร์โบไฮเดรท) พบในเซลล์พืช และ สัตว์ H 2 O 2 2H 2 O + O 2 catalase H 2 O 2 + Photorespiration

Cytoskeleton :a network of fiber that organizes structure and activities of cell:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 32 Cytoskeleton : a network of fiber that organizes structure and activities of cell ทำหน้าที่ Mechanical support cell รักษารูปร่างของเซลล์สัตว์ (ไม่มีผนังเซลล์) ยึด organelles อื่นๆ ภายในเซลล์ การเคลื่อนที่ของเซลล์ Flagellum Cillia Eukaryotic cell

Motor protein and cytoskeleton:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 33 Motor protein and cytoskeleton Organell movement

cytoskeleton:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 34 cytoskeleton ประกอบด้วย Microtubules Microfilaments Intermediate filaments

Microtubules -ขนาดใหญ่ที่สุด:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 35 Microtubules - ขนาดใหญ่ที่สุด ทำหน้าที่ รักษารูปร่างของเซลล์ กำหนดการเคลื่อนที่ของ organelles ต่างๆ แยกโครโมโซมออกจากกันระหว่างแบ่งเซลล์ (spindle fiber) ประกอบด้วย Cilia flagellum ประกอบด้วย โปรตีน Tuberin แบบ แอลฟ่าและเบต้า

Microtubules: centrosome and centrioles:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 36 Microtubules: centrosome and centrioles 1 centrosome = 2 centriole 1centriole = 3 microtubulesx 9 จับกับ spindle fiber ตอนแบ่งเซลล์

Microtubules :cilia and flagella:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 37 Microtubules : cilia and flagella

Flagellum & Cilia :

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 38 Flagellum & Cilia Flagellum movement Cilia movement

Microfilaments ขนาดเล็กที่สุด:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 39 Microfilaments ขนาดเล็กที่สุด เป็นแท่งสั้นๆ เกิดจากโครงสร้างของ actin subunit เกี่ยวข้องกับ การหดตัวของกล้ามเนื้อ การเคลื่อนที่ของ Amaeba Cytoplasmic streaming ช่วยการทำงานของ microvilli

Microfilaments &movement:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 40 Microfilaments &movement พืช

Amoeboid movement:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 41 Amoeboid movement

Cytoplasmic streaming:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 42 Cytoplasmic streaming

Intermediate filaments:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 43 Intermediate filaments เป็น protein subunit (keratin) ที่พันขดเป็นเกลียว ทำหน้าที่ รักษารูปร่างของเซลล์ ยึด organelles ต่างๆ ให้อยู่ในที่ๆ กำหนดไว้ในเซลล์ Formation of nuclear lamina ที่บุอยู่ภายใน nuclear envelope

สารเคลือบผิวเซลล์ Extra Cellular Matrix: ECM:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 44 สารเคลือบผิวเซลล์ Extra Cellular Matrix: ECM Animal cell EMC ทำหน้าที่ Support cell เซลล์ยึดเกาะกัน การเคลื่อนที่ของเซลล์ Collagen Fibronectin Proteoglycan เป็น fiber ที่เสริมสร้างความแข็งแรง รักษารูปร่างของเซลล์

Plant cell walls:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 45 Plant cell walls Plant cell wall

การติดต่อระหว่างเซลล์ผ่านบริเวณเชื่อมต่อของเซลล์ : Intercellular junction:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 46 เป็นช่องเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ Cytoplasm เคลื่อนย้ายระหว่างเซลล์ มีการลำเลียงสารผ่านเข้า-ออกเซลล์ Ions ต่างๆ Proteins RNA หน้าที่ การติดต่อระหว่างเซลล์ผ่านบริเวณเชื่อมต่อของเซลล์ : Intercellular junction

Intercellular Junction: Plant cell:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 47 Cytosol Plasma membrane Intercellular Junction: Plant cell มีผนังเซลล์ล้อมรอบ ประกอบด้วย Cellulose Polysacharide Proteins Plant cell wall Plasmodesma Plasmodesma

Plant cell : Plasmodesmata:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 48 - ช่องทางขนาดใหญ่ พบในเซลล์พืช คล้ายท่อ เชื่อมระหว่างเซลล์ - Plasmodesma เชื่อม cytoplasm ของเซลล์หนึ่ง กับอีกเซลล์หนึ่ง - Plasmodesma ผ่าน plasma membrane และ cell wall - 1 เซลล์ มี plasmodesma  1 (plasmodesmata) - เป็นทางผ่านของน้ำ สารอาหาร และฮอร์โมน Plant cell : Plasmodesmata

Intercellular Junction: animal cell:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 49 1. Desmosome - ทางเชื่อมต่อของเซลล์สัตว์ ในเนื้อเยื่อสัตว์ - เช่น บริเวณผิวหนัง เยื่อบุภายในลำไส้ และกระเพาะอาหาร 2. Tight junction - Protein integral ของ 2 เซลล์เชื่อมติดกันจนไม่มี intercellular space - ป้องกันการรั่วไหลของโมเลกุลสาร - เช่น เซลล์ที่กระเพาะปัสสาวะ ในเซลล์สัตว์ Intercellular Junction: animal cell

Slide 50:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 50 Desmosome Cell membrane Intercellular space Intermediate filament Integral protein and carbohydrate

Slide 51:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 51 Tight junction

Intercellular Junction:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 52 Intercellular Junction 3 . Gap junction - พบในเซลล์สัตว์ เช่น เซลล์ของต่อมต่างๆ กล้ามเนื่อหัวใจ - ทางเชื่อมระหว่างเซลล์ที่เกิดจาก protein integral - เป็นทางผ่านของฮอร์โมน สารอาหาร ไอออน ต่างๆ และสัญญาณไฟฟ้าระหว่างเซลล์

Slide 53:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 53 Intercellular space Gap junction Protein integral

Intercellular junction: animal cell:

202111 © 2005. Department of biology. All right reserved. 54 Plasma membrane Extra cellular matrix Intercellular junction: animal cell Tight junction Gap junction Desmosome