โครงสร้างเซลล์และออร์แกเนลล์

โครงสร้างเซลล์เกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบทางกายภาพของเซลล์ ตั้งแต่เยื่อหุ้มเซลล์ที่ล้อมรอบเซลล์ ไปจนถึงออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้มซึ่งแบ่งส่วนทางเคมีของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต

Definition

ออร์แกเนลล์คือโครงสร้างย่อยของเซลล์ที่มีความเชี่ยวชาญ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วในเซลล์ยูคาริโอตจะมีเยื่อหุ้ม และทำหน้าที่เฉพาะเจาะจง; โครงสร้างเซลล์คือการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของส่วนประกอบเหล่านี้ภายในขอบเขตของเยื่อหุ้มเซลล์

Scope

ขอบเขตนี้ครอบคลุมสถาปัตยกรรมของเซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอต, นิวเคลียสและการจัดระเบียบจีโนม, ระบบเอนโดเมมเบรนที่สังเคราะห์และส่งโปรตีนและไขมัน, และออร์แกเนลล์ที่เปลี่ยนรูปพลังงาน ได้แก่ ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ โดยถือว่าออร์แกเนลล์เป็นส่วนประกอบเชิงหน้าที่ซึ่งเยื่อหุ้มสร้างสภาพแวดล้อมทางเคมีที่แตกต่างกัน

Sub-topics

• Endomembrane System and Secretory Pathway
• Mitochondria and Chloroplasts
• Nucleus and Genome Organization
• Prokaryotic and Eukaryotic Cell Organization

Core questions

• เซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอตแตกต่างกันอย่างไรในการจัดระเบียบภายใน?
• เหตุใดการแบ่งส่วนโดยเยื่อหุ้มจึงให้ข้อได้เปรียบเชิงหน้าที่แก่เซลล์ยูคาริโอต?
• จีโนมถูกบรรจุและจัดระเบียบภายในนิวเคลียสอย่างไร?
• ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์เกิดขึ้นได้อย่างไร และเหตุใดจึงยังคงมีจีโนมของตนเอง?

Key theories

ทฤษฎีเซลล์

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์หนึ่งเซลล์หรือมากกว่านั้น เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานของโครงสร้างและหน้าที่ในสิ่งมีชีวิต และเซลล์ทั้งหมดเกิดจากเซลล์ที่มีอยู่ก่อนแล้ว

กำเนิดออร์แกเนลล์แบบเอนโดซิมไบโอติก

ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์สืบเชื้อสายมาจากแบคทีเรียที่เคยมีชีวิตอิสระซึ่งถูกเซลล์เจ้าบ้านบรรพบุรุษกลืนกิน ซึ่งอธิบายถึงเยื่อหุ้มสองชั้น, DNA วงกลมของตนเอง และไรโบโซมชนิดแบคทีเรีย

Mechanisms

เซลล์ยูคาริโอตถูกแบ่งส่วนโดยเยื่อหุ้มภายในออกเป็นช่องต่างๆ ซึ่งแต่ละช่องจะรักษาส่วนประกอบที่แตกต่างกัน นิวเคลียสเก็บและจัดระเบียบ DNA และแลกเปลี่ยนโมเลกุลกับไซโตพลาสซึมผ่านคอมเพล็กซ์รูนิวเคลียร์ เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม, กอลจิแอพพาราตัส, เอนโดโซม และไลโซโซม ก่อตัวเป็นเครือข่ายการหลั่งและการย่อยสลายที่เชื่อมโยงกันด้วยการขนส่งแบบถุง ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์เปลี่ยนรูปพลังงานผ่านเยื่อหุ้มชั้นใน และถูกล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มสองชั้น ซึ่งสอดคล้องกับบรรพบุรุษแบบเอนโดซิมไบโอติก

Clinical relevance

ความเข้าใจในสถาปัตยกรรมของออร์แกเนลล์เป็นพื้นฐานสำคัญของชีววิทยาของเซลล์และชีววิทยาระดับโมเลกุล ตั้งแต่การตีความข้อมูลจากการใช้กล้องจุลทรรศน์และการแยกส่วนเซลล์ ไปจนถึงการเชื่อมโยงตำแหน่งย่อยของเซลล์กับหน้าที่ การนำเสนอในที่นี้เป็นการบรรยายเชิงพรรณนาและไม่เป็นการแนะนำการรักษา

History

การใช้กล้องจุลทรรศน์ตั้งแต่ Hooke และ van Leeuwenhoek เป็นต้นมาได้เผยให้เห็นเซลล์; ทฤษฎีเซลล์ของ Schleiden และ Schwann ได้กำหนดให้เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนและการแยกส่วนเซลล์ในศตวรรษที่ 20 ซึ่งเป็นตัวอย่างจากผลงานของ Palade เกี่ยวกับวิถีการหลั่งและ de Duve ที่ค้นพบไลโซโซม ได้ทำแผนที่ออร์แกเนลล์ ในขณะที่ Margulis ได้ฟื้นฟูทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติกสำหรับไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

Key figures

• Robert Hooke
• Theodor Schwann
• George Palade
• Lynn Margulis
• Christian de Duve

Seminal works

• alberts2014
• palade1975

Frequently asked questions

ความแตกต่างหลักทางโครงสร้างระหว่างเซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอตคืออะไร?

เซลล์ยูคาริโอตมีนิวเคลียสที่มีเยื่อหุ้มและออร์แกเนลล์อื่นๆ ที่มีเยื่อหุ้มซึ่งแบ่งส่วนทางเคมีของเซลล์ ในขณะที่เซลล์โปรคาริโอตไม่มีนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม

เหตุใดไมโทคอนเดรียจึงมี DNA ของตนเอง?

ไมโทคอนเดรียสืบเชื้อสายมาจากแบคทีเรียที่เคยมีชีวิตอิสระซึ่งถูกเซลล์บรรพบุรุษรับเข้าไป และยังคงมีจีโนมขนาดเล็กที่เหลืออยู่ซึ่งเข้ารหัสโปรตีนบางชนิดที่ใช้ในการเปลี่ยนรูปพลังงาน