โครงสร้างเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์
เซลล์ยูคาริโอตเป็นช่องว่างที่มีการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ โดยมีเยื่อหุ้มพลาสมาที่ต่อเนื่องและเลือกผ่านได้ แยกสภาพแวดล้อมภายในออกจากภายนอก และเยื่อหุ้มภายในแบ่งเซลล์ออกเป็นส่วนย่อยที่มีหน้าที่แตกต่างกัน ส่วนนี้จะแนะนำผู้อ่านให้รู้จักกับส่วนประกอบโครงสร้างหลักของเซลล์ ได้แก่ เยื่อหุ้มพลาสมา นิวเคลียส ไซโตซอลและไซโตพลาสซึม โครงกระดูกเซลล์ และการจัดระเบียบแบบไม่สมมาตรที่ทำให้เซลล์หลายชนิดมีรูปร่างและขั้วที่แน่นอน
Definition
โครงสร้างเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์หมายถึงการจัดระเบียบทางสถาปัตยกรรมของเซลล์ ซึ่งเยื่อหุ้มไขมันสองชั้นกำหนดขอบเขตของเซลล์และช่องว่างภายใน ในขณะที่โครงกระดูกเซลล์และระบบขั้วที่เกี่ยวข้องกำหนดรูปร่าง คุณสมบัติทางกล และความไม่สมมาตรเชิงพื้นที่
Scope
บทความนี้เป็นภาพรวมสั้นๆ ที่เน้นการจัดระเบียบโครงสร้างของเซลล์ยูคาริโอตและเยื่อหุ้มเซลล์ โดยถือเป็นหัวข้ออ้างอิงในชีววิทยาของเซลล์ บทความนี้จะอธิบายว่าเยื่อหุ้มเซลล์กำหนดช่องว่างอย่างไร และโครงกระดูกเซลล์กับกลไกการสร้างขั้วทำให้เซลล์มีรูปร่างอย่างไร รายละเอียดของส่วนประกอบแต่ละส่วนจะปรากฏในหัวข้อลูก ส่วนออร์แกเนลล์ย่อยของเซลล์ เช่น ไมโทคอนเดรียและระบบเอนโดเมมเบรนจะครอบคลุมในส่วนที่เกี่ยวข้องของชีววิทยาของเซลล์
Sub-topics
Core questions
- เยื่อหุ้มไขมันสองชั้นสามารถห่อหุ้มเซลล์และยังคงเลือกผ่านได้ได้อย่างไร?
- ภายในเซลล์ถูกแบ่งออกเป็นนิวเคลียส ไซโตซอล และช่องว่างที่มีเยื่อหุ้มได้อย่างไร?
- อะไรที่ทำให้เซลล์มีรูปร่างและคุณสมบัติทางกลที่โดดเด่น?
- เซลล์สร้างและรักษาสมมาตรด้านหน้า-หลัง หรือด้านบน-ล่างได้อย่างไร?
Key concepts
- เยื่อหุ้มไขมันสองชั้นและฟอสโฟลิพิดที่มีคุณสมบัติเป็นทั้งชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ
- การเลือกผ่านและการแบ่งส่วน
- โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ (แบบฝังและแบบรอบนอก)
- นิวเคลียสและการบรรจุจีโนม
- ไซโตซอลและไซโตพลาสซึม
- โครงกระดูกเซลล์ (แอคตินไมโครฟิลาเมนต์ ไมโครทิวบูล อินเทอร์มีเดียตฟิลาเมนต์)
- รูปร่างเซลล์และขั้ว
Key theories
- แบบจำลองฟลูอิดโมเสกของเยื่อหุ้มเซลล์
- ซิงเกอร์และนิโคลสันเสนอว่าเยื่อหุ้มชีวภาพเป็นของเหลวสองมิติที่โปรตีนทรงกลมฝังตัวอยู่และลอยอยู่ในเยื่อหุ้มไขมันสองชั้นที่เป็นของเหลว ซึ่งมาแทนที่แบบจำลองชั้นที่คงที่แบบเดิม และอธิบายการเคลื่อนที่ด้านข้างและความไม่สมมาตรของส่วนประกอบเยื่อหุ้มเซลล์
Mechanisms
ฟอสโฟลิพิดที่มีคุณสมบัติเป็นทั้งชอบน้ำและไม่ชอบน้ำจะรวมตัวกันเป็นเยื่อหุ้มสองชั้น ซึ่งแกนกลางที่ไม่ชอบน้ำจะทำหน้าที่เป็นกำแพงกั้นไอออนและสารละลายมีขั้ว ในขณะที่โปรตีนที่ฝังอยู่จะทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการขนส่งแบบเลือก การส่งสัญญาณ และการยึดเกาะ องค์ประกอบและการกระจายตัวของไขมันในเยื่อหุ้มเซลล์มีผลต่อคุณสมบัติเหล่านี้ เยื่อหุ้มนิวเคลียส ซึ่งเป็นเยื่อหุ้มสองชั้นที่ต่อเนื่องกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม จะแยกจีโนมออกจากไซโตพลาสซึม ภายในไซโตพลาสซึม ไซโตซอลเป็นเฟสของเหลวที่มีความหนาแน่นสูง และเครือข่ายโครงกระดูกเซลล์ที่ประกอบด้วยแอคตินไมโครฟิลาเมนต์ ไมโครทิวบูล และอินเทอร์มีเดียตฟิลาเมนต์ จะให้การสนับสนุนทางกล สร้างแรง และจัดระเบียบภายใน กลไกการสร้างขั้วจะควบคุมความไม่สมมาตรของเยื่อหุ้มเซลล์และโครงกระดูกเซลล์เพื่อให้เซลล์มีส่วนย่อยที่แตกต่างกัน
Clinical relevance
ความเข้าใจโครงสร้างเซลล์เป็นพื้นฐานของเนื้อเยื่อวิทยา พยาธิวิทยา และชีววิทยาของเซลล์ในสาขาวิทยาศาสตร์สุขภาพ เนื่องจากกระบวนการของโรคหลายอย่างเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของเยื่อหุ้มเซลล์ โครงกระดูกเซลล์ หรือโครงสร้างนิวเคลียส ส่วนนี้อธิบายการจัดระเบียบโครงสร้างปกติเพื่อวัตถุประสงค์ในการอ้างอิงและการศึกษา และไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา
Evidence & guidelines
คำอธิบายโครงสร้างที่สรุปไว้ในที่นี้อ้างอิงจากประเพณีอันยาวนานของการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ชีวเคมี และชีววิทยาของเซลล์ ซึ่งรวบรวมไว้ในตำรามาตรฐาน เช่น ของ Alberts และคณะ ควบคู่ไปกับงานวิจัยพื้นฐาน เช่น แบบจำลองฟลูอิดโมเสก เป็นชีววิทยาของเซลล์เชิงพรรณนามากกว่าเนื้อหาแนวทางปฏิบัติทางคลินิก
History
กล้องจุลทรรศน์แสงเผยให้เห็นเซลล์และนิวเคลียสในศตวรรษที่สิบเก้า และทฤษฎีเซลล์ได้กำหนดให้เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในศตวรรษที่ยี่สิบสามารถแยกแยะเยื่อหุ้มเซลล์และออร์แกเนลล์ในระดับโครงสร้างละเอียดพิเศษได้ และชีวเคมีได้อธิบายลักษณะของเยื่อหุ้มไขมันสองชั้น แบบจำลองฟลูอิดโมเสกในปี 1972 ได้รวมผลการค้นพบเหล่านี้เข้าเป็นภาพที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งยังคงเป็นกรอบการจัดระเบียบ และต่อมาได้รับการปรับปรุงโดยงานวิจัยเกี่ยวกับความไม่เป็นเนื้อเดียวกันของไขมันและโดเมนของเยื่อหุ้มเซลล์
Key figures
- S. Jonathan Singer
- Garth Nicolson
- Bruce Alberts
Related topics
Seminal works
- singer-nicolson-1972
- alberts-2015
Frequently asked questions
- อะไรที่ยึดเยื่อหุ้มเซลล์ไว้ด้วยกันหากมันเป็นของเหลว?
- ผลกระทบที่ไม่ชอบน้ำ: ฟอสโฟลิพิดที่มีคุณสมบัติเป็นทั้งชอบน้ำและไม่ชอบน้ำจะจัดเรียงตัวเองโดยธรรมชาติเพื่อให้ส่วนหางของกรดไขมันถูกปกป้องจากน้ำ ก่อตัวเป็นเยื่อหุ้มสองชั้นที่เสถียรซึ่งยังคงยึดติดกันในขณะที่ไขมันและโปรตีนแต่ละชนิดยังคงสามารถเคลื่อนที่ไปด้านข้างได้
- ความแตกต่างระหว่างโครงสร้างเซลล์กับออร์แกเนลล์คืออะไร?
- โครงสร้างเซลล์คือการจัดระเบียบทางสถาปัตยกรรมโดยรวมของเซลล์ รวมถึงเยื่อหุ้มเซลล์ โครงกระดูกเซลล์ และรูปร่างของเซลล์ ส่วนออร์แกเนลล์คือช่องว่างเฉพาะที่มีเยื่อหุ้มหรือช่องว่างพิเศษภายในโครงสร้างนั้น ซึ่งจะกล่าวถึงรายละเอียดในบทความที่เกี่ยวข้อง