ข้อมูล

S2018_Lecture10_Reading - ชีววิทยา

S2018_Lecture10_Reading - ชีววิทยา


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ยูคาริโอต

สิ่งมีชีวิตแบ่งออกเป็นสามกลุ่มใหญ่: อาร์เคีย แบคทีเรีย และยูคาริยา มีบันทึกซากดึกดำบรรพ์ที่ค่อนข้างเบาบางเพื่อช่วยให้เราแยกแยะว่าสมาชิกกลุ่มแรกของแต่ละสายเลือดเหล่านี้มีหน้าตาเป็นอย่างไร ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่เหตุการณ์ทั้งหมดที่นำไปสู่บรรพบุรุษร่วมคนสุดท้ายของยูคาริโอตที่ยังหลงเหลืออยู่จะยังคงไม่ทราบ อย่างไรก็ตาม ชีววิทยาเปรียบเทียบของสิ่งมีชีวิตที่ยังหลงเหลืออยู่และบันทึกซากดึกดำบรรพ์ที่มีจำกัด ให้ข้อมูลเชิงลึกบางประการเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของยูคาริยา

ซากดึกดำบรรพ์แรกสุดที่พบดูเหมือนจะเป็นแบคทีเรีย น่าจะเป็นไซยาโนแบคทีเรีย พวกมันมีอายุประมาณ 3.5 พันล้านปีและเป็นที่รู้จักเนื่องจากโครงสร้างที่ค่อนข้างซับซ้อนและสำหรับแบคทีเรียนั้นจะมีเซลล์ที่ค่อนข้างใหญ่ แบคทีเรียและอาร์เคียอื่นๆ ส่วนใหญ่มีเซลล์ขนาดเล็ก ขนาด 1 หรือ 2 µm และยากที่จะเลือกเป็นฟอสซิล ยูคาริโอตที่มีชีวิตส่วนใหญ่มีเซลล์ขนาด 10 µm ขึ้นไป โครงสร้างขนาดนี้ซึ่งอาจเป็นฟอสซิล ปรากฏในบันทึกทางธรณีวิทยาเมื่อประมาณ 2.1 พันล้านปีก่อน

ลักษณะของยูคาริโอต

ข้อมูลจากฟอสซิลเหล่านี้ทำให้นักชีววิทยาสรุปได้ว่ายูคาริโอตที่มีชีวิตล้วนเป็นลูกหลานของบรรพบุรุษร่วมกันเพียงคนเดียว การทำแผนที่ลักษณะที่พบในกลุ่มยูคาริโอตหลักๆ ทั้งหมดเผยให้เห็นว่าคุณลักษณะต่อไปนี้ต้องมีอยู่ในบรรพบุรุษร่วมกลุ่มสุดท้าย เนื่องจากลักษณะเหล่านี้มีอยู่ในสมาชิกอย่างน้อยบางกลุ่มของแต่ละสายเลือดหลัก

  1. เซลล์ที่มีนิวเคลียสล้อมรอบด้วยซองจดหมายนิวเคลียร์ที่มีรูพรุนของนิวเคลียส นี่เป็นคุณลักษณะเดียวที่จำเป็นและเพียงพอที่จะกำหนดสิ่งมีชีวิตเป็นยูคาริโอต ยูคาริโอตที่ยังหลงเหลืออยู่ทั้งหมดมีเซลล์ที่มีนิวเคลียส
  2. ไมโตคอนเดรีย ยูคาริโอตที่ยังหลงเหลืออยู่บางตัวมีไมโตคอนเดรียที่เหลืออยู่ในเซลล์ของพวกมันน้อยมาก ในขณะที่สมาชิกในสายเลือดของพวกมันมีไมโตคอนเดรีย "ทั่วไป"
  3. โครงร่างเซลล์ที่มีส่วนประกอบโครงสร้างและการเคลื่อนไหวที่เรียกว่าแอกตินไมโครฟิลาเมนต์และไมโครทูบูล ยูคาริโอตที่ยังหลงเหลืออยู่ทั้งหมดมีองค์ประกอบของโครงร่างโครงร่างเหล่านี้
  4. แฟลกเจลลาและซีเลีย ออร์แกเนลล์ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของเซลล์ ยูคาริโอตที่ยังหลงเหลืออยู่บางตัวไม่มีแฟลเจลลาและ/หรือตา แต่พวกมันสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษที่ครอบครองพวกมัน
  5. โครโมโซม แต่ละโครโมโซมประกอบด้วยโมเลกุลดีเอ็นเอเชิงเส้นที่พันรอบโปรตีนพื้นฐาน (อัลคาไลน์) ที่เรียกว่าฮิสโตน ยูคาริโอตสองสามตัวที่มีโครโมโซมขาดฮิสโตนนั้นวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษที่มีพวกมันอย่างชัดเจน
  6. ไมโทซิส กระบวนการของการแบ่งนิวเคลียสซึ่งโครโมโซมที่จำลองแบบถูกแบ่งและแยกออกโดยใช้องค์ประกอบของโครงร่างโครงร่าง ไมโทซิสมีอยู่ทั่วไปในยูคาริโอต
  7. เพศ กระบวนการของการรวมตัวใหม่ทางพันธุกรรมที่มีลักษณะเฉพาะของยูคาริโอต โดยที่นิวเคลียสแบบดิพลอยด์ในขั้นตอนหนึ่งของวงจรชีวิตได้รับไมโอซิสเพื่อสร้างนิวเคลียสของแฮพลอยด์และคาริโอแกมีที่ตามมา ซึ่งเป็นระยะที่นิวเคลียสเดี่ยวสองนิวเคลียสหลอมรวมกันเพื่อสร้างนิวเคลียสไซโกตแบบไดพลอยด์
  8. สมาชิกของสายเลือดหลักทั้งหมดมีผนังเซลล์ และอาจมีเหตุผลที่จะสรุปว่าบรรพบุรุษร่วมกันคนสุดท้ายสามารถสร้างผนังเซลล์ได้ในช่วงบางช่วงของวงจรชีวิต อย่างไรก็ตาม ยังไม่ค่อยมีความรู้เกี่ยวกับผนังเซลล์ของยูคาริโอตและพัฒนาการของยูคาริโอตมากพอที่จะทราบว่ามีความคล้ายคลึงกันมากแค่ไหนในหมู่พวกมัน หากบรรพบุรุษร่วมกันคนสุดท้ายสามารถสร้างผนังเซลล์ได้ ย่อมชัดเจนว่าความสามารถนี้ต้องสูญเสียไปในหลายกลุ่ม

Endosymbiosis และวิวัฒนาการของยูคาริโอต

เพื่อให้เข้าใจถึงสิ่งมีชีวิตที่เป็นยูคาริโอตได้อย่างเต็มที่ จำเป็นต้องเข้าใจว่ายูคาริโอตที่ยังหลงเหลืออยู่ทั้งหมดเป็นลูกหลานของสิ่งมีชีวิตประเภทคิเมริกที่ประกอบเป็นเซลล์เจ้าบ้านและเซลล์ของอัลฟา-โปรตีโอแบคทีเรียมที่ "เข้ามาอาศัย" ภายในนั้น . หัวข้อหลักในต้นกำเนิดของยูคาริโอนี้เรียกว่า เอนโดซิมไบโอซิส, เซลล์หนึ่งดูดกลืนอีกเซลล์หนึ่งเพื่อให้เซลล์ที่ถูกดูดกลืนอยู่รอดและทั้งสองเซลล์ได้รับประโยชน์ ตลอดหลายชั่วอายุคน ความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันสามารถส่งผลให้เกิดสิ่งมีชีวิตสองชนิดที่พึ่งพาซึ่งกันและกันอย่างสมบูรณ์จนไม่สามารถอยู่รอดได้ด้วยตัวเอง เหตุการณ์เอนโดซิมไบโอติกน่าจะมีส่วนทำให้เกิดต้นกำเนิดของบรรพบุรุษร่วมคนสุดท้ายของยูคาริโอตในปัจจุบัน และทำให้เกิดความหลากหลายในภายหลังในสายเลือดบางชนิดของยูคาริโอต ก่อนที่จะอธิบายเพิ่มเติม ควรพิจารณาเมแทบอลิซึมในแบคทีเรียและอาร์เคีย

เมแทบอลิซึมของแบคทีเรียและอาร์คีล

กระบวนการเผาผลาญที่สำคัญหลายอย่างเกิดขึ้นในแบคทีเรียและอาร์เคีย และบางส่วนของกระบวนการเหล่านี้ เช่น การตรึงไนโตรเจน ไม่เคยพบในยูคาริโอต กระบวนการหายใจแบบใช้ออกซิเจนพบได้ในสายเลือดหลัก ๆ ของยูคาริโอต และมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในไมโตคอนเดรีย การหายใจแบบใช้ออกซิเจนยังพบได้ในแบคทีเรียและอาร์เคียหลายเชื้อสาย แต่ไม่มีอยู่ในทุกสายพันธุ์ และหลักฐานหลายรูปแบบบ่งชี้ว่าจุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนดังกล่าวไม่เคยใช้การหายใจแบบใช้ออกซิเจนหรือบรรพบุรุษของพวกมัน

ในขณะที่บรรยากาศในปัจจุบันมีออกซิเจนโมเลกุลประมาณหนึ่งในห้า (O2) หลักฐานทางธรณีวิทยาแสดงว่าเดิมขาด O2. หากไม่มีออกซิเจน การหายใจแบบใช้ออกซิเจนจะไม่เกิดขึ้น และสิ่งมีชีวิตจะต้องอาศัยการหมักแทน เมื่อถึงจุดหนึ่งเมื่อประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อน แบคทีเรียและอาร์เคียบางชนิดเริ่มใช้พลังงานจากแสงแดดเป็นพลังงานให้กับกระบวนการอะนาโบลิกที่ลดคาร์บอนไดออกไซด์ให้กลายเป็นสารประกอบอินทรีย์ นั่นคือพวกเขาพัฒนาความสามารถในการสังเคราะห์แสง ไฮโดรเจนที่ได้มาจากแหล่งต่างๆ ถูกจับโดยใช้ปฏิกิริยาที่ใช้พลังงานแสงเพื่อลดคาร์บอนไดออกไซด์คงที่ในวัฏจักรคาลวิน กลุ่มแบคทีเรียแกรมลบที่ก่อให้เกิดไซยาโนแบคทีเรียใช้น้ำเป็นแหล่งไฮโดรเจนและปล่อย O2 เป็นของเสีย

ในที่สุด ปริมาณออกซิเจนสังเคราะห์แสงที่สร้างขึ้นในสภาพแวดล้อมบางอย่างจนถึงระดับที่เสี่ยงต่อสิ่งมีชีวิต เนื่องจากสามารถทำลายสารประกอบอินทรีย์หลายชนิดได้ กระบวนการเมตาบอลิซึมต่างๆ ได้พัฒนาขึ้นเพื่อปกป้องสิ่งมีชีวิตจากออกซิเจน ซึ่งหนึ่งในนั้นคือการหายใจแบบใช้ออกซิเจนทำให้เกิด ATP ในระดับสูงเช่นกัน มีการแพร่กระจายอย่างกว้างขวางในหมู่จุลินทรีย์ รวมถึงในกลุ่มที่เราเรียกว่า alpha-proteobacteria สิ่งมีชีวิตที่ไม่ได้รับการหายใจแบบใช้ออกซิเจนต้องอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจน เดิมที สภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยออกซิเจนน่าจะถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นรอบๆ บริเวณที่มีไซยาโนแบคทีเรียทำงาน แต่เมื่อประมาณ 2 พันล้านปีก่อน หลักฐานทางธรณีวิทยาแสดงให้เห็นว่าออกซิเจนสร้างความเข้มข้นสูงขึ้นในชั้นบรรยากาศ ระดับออกซิเจนที่ใกล้เคียงกับระดับปัจจุบันเกิดขึ้นในช่วง 700 ล้านปีที่ผ่านมาเท่านั้น

จำได้ว่าฟอสซิลชนิดแรกที่เราเชื่อว่าเป็นยูคาริโอตมีอายุประมาณ 2 พันล้านปี ดังนั้นพวกมันจึงปรากฏเมื่อระดับออกซิเจนเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ พึงระลึกว่ายูคาริโอตที่ยังหลงเหลืออยู่ทั้งหมดสืบเชื้อสายมาจากบรรพบุรุษที่มีไมโตคอนเดรีย ออร์แกเนลล์เหล่านี้ถูกค้นพบครั้งแรกโดยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงในช่วงปลายทศวรรษที่ 1800 โดยที่พวกมันดูเหมือนจะเป็นโครงสร้างที่มีรูปร่างคล้ายหนอนซึ่งดูเหมือนจะเคลื่อนที่ไปมาในเซลล์ ผู้สังเกตการณ์ในช่วงแรกบางคนแนะนำว่าอาจเป็นแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ภายในเซลล์เจ้าบ้าน แต่สมมติฐานเหล่านี้ยังไม่เป็นที่รู้จักหรือถูกปฏิเสธในชุมชนวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่

ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก

เมื่อชีววิทยาของเซลล์พัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 20 เป็นที่ชัดเจนว่าไมโทคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ที่รับผิดชอบในการผลิตเอทีพีโดยใช้การหายใจแบบใช้ออกซิเจน ในปี 1960 นักชีววิทยาชาวอเมริกัน Lynn Margulis ได้พัฒนา ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติกซึ่งระบุว่ายูคาริโอตอาจเป็นผลิตภัณฑ์จากเซลล์หนึ่งที่กลืนกินเซลล์อื่น (เซลล์หนึ่งอาศัยอยู่ในอีกเซลล์หนึ่ง) และวิวัฒนาการไปเรื่อยๆ จนกระทั่งเซลล์ที่แยกจากกันไม่เป็นที่รู้จักอีกต่อไป ในปี 1967 Margulis นำเสนองานใหม่เกี่ยวกับทฤษฎีและยืนยันการค้นพบของเธอผ่านหลักฐานทางจุลชีววิทยา แม้ว่างานของ Margulis ในขั้นต้นจะพบกับการต่อต้าน แต่สมมติฐานที่ครั้งหนึ่งเคยปฏิวัตินี้ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง (แต่ยังไม่สมบูรณ์) โดยมีความคืบหน้าในการค้นหาขั้นตอนที่เกี่ยวข้องในกระบวนการวิวัฒนาการนี้และผู้เล่นหลักที่เกี่ยวข้อง ยังมีอีกมากที่ยังต้องค้นพบเกี่ยวกับต้นกำเนิดของเซลล์ที่ตอนนี้ประกอบเป็นเซลล์ในยูคาริโอตที่มีชีวิตทั้งหมด

ในวงกว้าง เป็นที่ชัดเจนว่ายีนนิวเคลียร์จำนวนมากของเราและกลไกระดับโมเลกุลที่รับผิดชอบในการทำซ้ำและการแสดงออกนั้นมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับยีนในอาร์เคีย ในทางกลับกัน ออร์แกเนลล์เมแทบอลิซึมและยีนที่รับผิดชอบกระบวนการเก็บเกี่ยวพลังงานหลายอย่างมีต้นกำเนิดมาจากแบคทีเรีย ยังต้องมีการชี้แจงอีกมากว่าความสัมพันธ์นี้เกิดขึ้นได้อย่างไร นี้ยังคงเป็นสาขาที่น่าตื่นเต้นของการค้นพบทางชีววิทยา ตัวอย่างเช่น ไม่ทราบว่าเหตุการณ์เอนโดซิมไบโอติกที่นำไปสู่ไมโตคอนเดรียเกิดขึ้นก่อนหรือหลังเซลล์เจ้าบ้านมีนิวเคลียส สิ่งมีชีวิตดังกล่าวจะเป็นหนึ่งในสารตั้งต้นที่สูญพันธุ์ของบรรพบุรุษร่วมคนสุดท้ายของยูคาริโอต

ไมโตคอนเดรีย

ลักษณะเด่นประการหนึ่งในการแยกแยะแบคทีเรียและอาร์เคียจากยูคาริโอตคือการมีไมโตคอนเดรีย เซลล์ยูคาริโอตอาจมีไมโตคอนเดรียตั้งแต่หนึ่งถึงหลายพันตัว ขึ้นอยู่กับระดับการใช้พลังงานของเซลล์ ไมโตคอนเดรียแต่ละตัวมีขนาดความยาวตั้งแต่ 1 ถึง 10 ไมโครเมตรขึ้นไป และมีอยู่ในเซลล์เป็นออร์แกเนลล์ที่สามารถเป็นรูปวงรี เป็นรูปหนอน หรือแตกแขนงอย่างประณีต ไมโตคอนเดรียเกิดจากการแบ่งตัวของไมโตคอนเดรียที่มีอยู่ พวกมันอาจหลอมรวมกัน และพวกมันอาจถูกเคลื่อนย้ายไปมาภายในเซลล์โดยปฏิสัมพันธ์กับโครงร่างโครงร่าง อย่างไรก็ตาม ไมโตคอนเดรียไม่สามารถอยู่รอดได้นอกเซลล์ เมื่อบรรยากาศถูกเติมออกซิเจนโดยการสังเคราะห์ด้วยแสง และเมื่อจุลินทรีย์แอโรบิกที่ประสบความสำเร็จมีวิวัฒนาการ หลักฐานแสดงให้เห็นว่าเซลล์บรรพบุรุษที่มีการแบ่งส่วนของเมมเบรนบางส่วนจะกลืนแบคทีเรียแอโรบิกที่มีชีวิตอิสระ โดยเฉพาะอัลฟา-โปรตีโอแบคทีเรียม ดังนั้นเซลล์เจ้าบ้านจึงสามารถใช้ออกซิเจนได้ ปล่อยพลังงานที่สะสมอยู่ในสารอาหาร Alpha-proteobacteria เป็นแบคทีเรียกลุ่มใหญ่ที่รวมสปีชีส์ที่พึ่งพาอาศัยกับพืช สิ่งมีชีวิตที่เป็นโรคที่สามารถแพร่เชื้อสู่มนุษย์ผ่านเห็บ และสปีชีส์ที่มีชีวิตอิสระจำนวนมากที่ใช้แสงเป็นพลังงาน หลักฐานหลายบรรทัดสนับสนุนว่าไมโตคอนเดรียมาจากเหตุการณ์เอนโดซิมไบโอติกนี้ ไมโตคอนเดรียส่วนใหญ่มีรูปร่างเหมือนอัลฟ่าโปรตีโอแบคทีเรียและล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มสองแผ่น ซึ่งจะส่งผลให้สิ่งมีชีวิตที่จับกับเมมเบรนตัวหนึ่งดูดกลืนเข้าไปในแวคิวโอลโดยสิ่งมีชีวิตที่จับกับเมมเบรนอีกตัวหนึ่ง เยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรียนั้นกว้างขวางและเกี่ยวข้องกับการยุบตัวที่เรียกว่าคริสเตซึ่งคล้ายกับพื้นผิวด้านนอกของอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย เมทริกซ์และเยื่อหุ้มชั้นในอุดมไปด้วยเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการหายใจแบบใช้ออกซิเจน

เซลล์ยูคาริโอต: โครงสร้างและหน้าที่

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับเซลล์ยูคาริโอต

ตามคำจำกัดความ เซลล์ยูคาริโอต คือเซลล์ที่มีนิวเคลียสที่จับกับเมมเบรน ซึ่งเป็นลักษณะโครงสร้างที่ไม่มีอยู่ในเซลล์แบคทีเรียหรือเซลล์ต้นกำเนิด นอกจากนิวเคลียสแล้ว เซลล์ยูคาริโอต มีลักษณะเฉพาะด้วยเยื่อหุ้มเซลล์จำนวนมาก ออร์แกเนลล์ เช่นเอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัม อุปกรณ์กอลจิ คลอโรพลาส ไมโทคอนเดรีย และอื่นๆ

ในส่วนที่แล้ว เราเริ่มพิจารณา Design Challenge ในการทำให้เซลล์มีขนาดใหญ่กว่าแบคทีเรียขนาดเล็ก—แม่นยำยิ่งขึ้น ขยายเซลล์ให้มีขนาด ซึ่งในสายตาของการคัดเลือกโดยธรรมชาติ อาศัยการแพร่กระจายของสารเพื่อการขนส่งผ่านไซโตซอลที่มีความหนืดสูง ด้วยการแลกเปลี่ยนการทำงานโดยธรรมชาติที่ชดเชยผลประโยชน์ที่เลือกสรรมากที่สุดของการใหญ่ขึ้น ในการบรรยายและการอ่านเกี่ยวกับโครงสร้างเซลล์ของแบคทีเรีย เราค้นพบลักษณะทางสัณฐานวิทยาของแบคทีเรียขนาดใหญ่ที่ช่วยให้พวกเขาสามารถเอาชนะอุปสรรคขนาดที่จำกัดการแพร่กระจายได้อย่างมีประสิทธิภาพ (เช่น การเติมไซโตพลาสซึมด้วยแวคิวโอลการจัดเก็บขนาดใหญ่จะรักษาปริมาตรเล็กน้อยสำหรับกิจกรรมการเผาผลาญที่ยังคงเข้ากันได้ ด้วยการขนส่งที่ขับเคลื่อนด้วยการแพร่กระจาย)

เมื่อเราเปลี่ยนโฟกัสไปที่เซลล์ยูคาริโอต เราต้องการให้คุณเข้าใกล้การศึกษาโดยกลับไปที่ Design Challenge อย่างต่อเนื่อง เราจะครอบคลุมโครงสร้างย่อยจำนวนมากที่มีลักษณะเฉพาะของยูคาริโอต และคุณจะต้องรู้ชื่อของโครงสร้างหรือออร์แกเนลล์เหล่านี้อย่างแน่นอน เพื่อเชื่อมโยงกับ "หน้าที่" อย่างน้อยหนึ่งอย่าง และเพื่อระบุชื่อเหล่านี้ในการ์ตูนตามบัญญัติบัญญัติ การเป็นตัวแทนของเซลล์ยูคาริโอต แบบฝึกหัดการท่องจำนี้มีความจำเป็นแต่ไม่เพียงพอ นอกจากนี้เรายังจะขอให้คุณเริ่มคิดให้ลึกขึ้นอีกเล็กน้อยเกี่ยวกับต้นทุนและผลประโยชน์เชิงหน้าที่และวิวัฒนาการ (การแลกเปลี่ยน) ของทั้งเซลล์ยูคาริโอตที่พัฒนาและออร์แกเนลล์ของยูคาริโอตต่างๆ รวมถึงวิธีที่เซลล์ยูคาริโอตอาจประสานการทำงานของออร์แกเนลล์ต่างๆ .

แน่นอน ผู้สอนของคุณจะเสนอสมมติฐานเชิงหน้าที่ให้คุณพิจารณาซึ่งกล่าวถึงประเด็นที่กว้างกว่าเหล่านี้ สมมติฐานของเราบางครั้งอาจมาในรูปแบบของข้อความเช่น "สิ่ง A มีอยู่

เพราะ

ของเหตุผลข้อ B" ตามจริงแล้ว ในหลายกรณี เราไม่ทราบถึงแรงกดดันในการคัดเลือกทั้งหมดที่นำไปสู่การสร้างหรือบำรุงรักษาโครงสร้างเซลล์บางอย่าง และความน่าจะเป็นที่คำอธิบายเดียวจะเข้าได้กับทุกกรณีคือ เพรียวบางในวิชาชีววิทยา ความเชื่อมโยงเชิงสาเหตุ/ความสัมพันธ์โดยนัยโดยการใช้คำเช่น "

เพราะ

" ควรได้รับการปฏิบัติเหมือนเป็นสมมติฐานที่ดี มากกว่าที่จะเป็นความรู้ที่เป็นรูปธรรม เป็นรูปธรรม ไม่มีข้อโต้แย้ง เป็นความจริง เราต้องการให้คุณเข้าใจสมมติฐานเหล่านี้และสามารถอภิปรายแนวคิดที่นำเสนอในชั้นเรียนได้ แต่เราต้องการให้คุณดื่มด่ำกับความอยากรู้ของตนเองและเริ่มต้น การคิดเชิงวิพากษ์เกี่ยวกับแนวคิดเหล่านี้ด้วยตนเอง ลองใช้รูบริก Design Challenge เพื่อสำรวจแนวคิดของคุณ ต่อไปนี้ เราจะพยายามสร้างคำถามเพื่อสนับสนุนกิจกรรมนี้

รูปที่ 1. ตัวเลขเหล่านี้แสดงออร์แกเนลล์หลักและส่วนประกอบเซลล์อื่นๆ ของ (a) เซลล์สัตว์ทั่วไป และ (b) เซลล์พืชยูคาริโอตทั่วไป เซลล์พืชมีผนังเซลล์ คลอโรพลาสต์ พลาสติด และแวคิวโอลส่วนกลาง—โครงสร้างที่ไม่พบในเซลล์สัตว์ เซลล์พืชไม่มีไลโซโซมหรือเซนโทรโซม

พลาสมาเมมเบรน

เช่นเดียวกับแบคทีเรียและอาร์เคีย เซลล์ยูคาริโอตมี a เมมเบรนพลาสม่าซึ่งเป็นไบเลเยอร์ฟอสโฟลิปิดที่มีโปรตีนฝังตัวซึ่งแยกเนื้อหาภายในของเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมโดยรอบ พลาสมาเมมเบรนควบคุมการเคลื่อนตัวของโมเลกุลอินทรีย์ ไอออน น้ำ และออกซิเจนเข้าและออกจากเซลล์ ของเสีย (เช่น คาร์บอนไดออกไซด์และแอมโมเนีย) ยังออกจากเซลล์โดยผ่านเยื่อหุ้มพลาสมา ซึ่งปกติแล้วจะได้รับความช่วยเหลือจากตัวขนส่งโปรตีน

รูปที่ 2 เยื่อหุ้มพลาสมายูคาริโอตเป็นฟอสโฟลิปิดไบเลเยอร์ที่มีโปรตีนและโคเลสเตอรอลฝังอยู่

ตามที่อภิปรายในบริบทของเยื่อหุ้มเซลล์แบคทีเรีย เยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์ยูคาริโอตยังอาจใช้โครงสร้างที่มีลักษณะเฉพาะ ตัวอย่างเช่น พลาสมาเมมเบรนของเซลล์ซึ่งในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ มีความเชี่ยวชาญในการดูดซึมมักจะถูกพับเป็นรูปนิ้วที่เรียกว่า microvilli (เอกพจน์ = microvillus); (ดูรูปด้านล่าง) การ "พับ" ของเมมเบรนเป็นไมโครวิลลีจะเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับการดูดซับอย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ส่งผลกระทบน้อยที่สุดต่อปริมาตรของไซโตซอล เซลล์ดังกล่าวสามารถพบได้ในลำไส้เล็กซึ่งเป็นอวัยวะที่ดูดซับสารอาหารจากอาหารที่ย่อยแล้ว

นอกเหนือจากนั้น: ผู้ที่เป็นโรค celiac มีการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อกลูเตน ซึ่งเป็นโปรตีนที่พบในข้าวสาลี ข้าวบาร์เลย์ และข้าวไรย์ การตอบสนองของภูมิคุ้มกันทำลาย microvilli เป็นผลให้บุคคลที่ทุกข์ทรมานมีความสามารถในการดูดซึมสารอาหารบกพร่อง นี้อาจนำไปสู่ภาวะทุพโภชนาการ ตะคริว และท้องเสีย

รูปที่ 3 Microvilli ที่แสดงในที่นี้เมื่อปรากฏบนเซลล์ที่เยื่อบุลำไส้เล็กเพิ่มพื้นที่ผิวที่พร้อมสำหรับการดูดซึม microvilli เหล่านี้พบได้เฉพาะบนพื้นที่ของพลาสมาเมมเบรนที่หันหน้าเข้าหาโพรงซึ่งสารจะถูกดูดซึม เครดิต: "micrograph" ดัดแปลงงานโดย Louisa Howard

ไซโตพลาสซึม

NS ไซโตพลาสซึม หมายถึงพื้นที่ทั้งหมดของเซลล์ระหว่างเยื่อหุ้มพลาสมากับเปลือกนิวเคลียร์ ประกอบด้วยออร์แกเนลล์ที่แขวนอยู่ในลักษณะคล้ายเจล ไซโตซอล, โครงร่างเซลล์ และสารเคมีต่างๆ (ดูรูปด้านล่าง) แม้ว่าไซโตพลาสซึมประกอบด้วยน้ำ 70 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ แต่ก็ยังมีความคงตัวกึ่งของแข็ง ที่นั่นแออัด โปรตีน น้ำตาลอย่างง่าย โพลีแซ็กคาไรด์ กรดอะมิโน กรดนิวคลีอิก กรดไขมัน ไอออน และโมเลกุลที่ละลายน้ำได้อื่นๆ จำนวนมากล้วนแข่งขันกันเพื่ออวกาศและน้ำ

นิวเคลียส

โดยปกติ นิวเคลียสเป็นออร์แกเนลล์ที่โดดเด่นที่สุดในเซลล์ (ดูรูปด้านล่าง) เมื่อมองผ่านกล้องจุลทรรศน์ NS นิวเคลียส (พหูพจน์ = นิวเคลียส) เป็นที่อยู่ของ DNA ของเซลล์ ลองดูในรายละเอียดเพิ่มเติม

รูปที่ 4 นิวเคลียสเก็บโครมาติน (DNA plus proteins) ไว้ในสารคล้ายเจลที่เรียกว่านิวคลีโอพลาสซึม นิวเคลียสเป็นบริเวณควบแน่นของโครมาตินซึ่งเกิดการสังเคราะห์ไรโบโซม ขอบเขตของนิวเคลียสเรียกว่าซองจดหมายนิวเคลียร์ ประกอบด้วยสองฟอสโฟลิปิด bilayers: เยื่อหุ้มชั้นนอกและเยื่อหุ้มชั้นใน เยื่อหุ้มนิวเคลียสต่อเนื่องกับเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัม รูพรุนของนิวเคลียสช่วยให้สารเข้าและออกจากนิวเคลียสได้

ซองจดหมายนิวเคลียร์

NS เยื่อหุ่มนิวเคลียสโครงสร้างที่ประกอบขึ้นเป็นขอบนอกสุดของนิวเคลียส เป็นเมมเบรนสองชั้น—ทั้งเยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอกของเปลือกนิวเคลียสเป็นฟอสโฟลิปิดไบเลเยอร์ เยื่อหุ้มนิวเคลียสยังคั่นด้วยรูพรุนที่มีโปรตีนเป็นหลัก ซึ่งควบคุมการเคลื่อนผ่านของไอออน โมเลกุล และอาร์เอ็นเอระหว่างนิวคลีโอพลาสซึมและไซโตพลาสซึม NS นิวคลีโอพลาสซึม เป็นของเหลวกึ่งของแข็งภายในนิวเคลียสที่เราพบโครมาตินและนิวเคลียส ซึ่งเป็นบริเวณควบแน่นของโครมาตินที่มีการสังเคราะห์ไรโบโซม

โครมาตินและโครโมโซม

เพื่อให้เข้าใจโครมาติน การพิจารณาโครโมโซมก่อนจะเป็นประโยชน์ โครโมโซม เป็นโครงสร้างภายในนิวเคลียสที่ประกอบด้วย DNA ซึ่งเป็นสารพันธุกรรม คุณอาจจำได้ว่าในแบคทีเรียและอาร์เคีย โดยทั่วไปแล้ว DNA จะถูกจัดเป็นโครโมโซมทรงกลมอย่างน้อยหนึ่งโครโมโซม ในยูคาริโอต โครโมโซมเป็นโครงสร้างเชิงเส้น ยูคาริโอตทุกชนิดมีจำนวนโครโมโซมเฉพาะในนิวเคลียสของเซลล์ ตัวอย่างเช่นในมนุษย์จำนวนโครโมโซมคือ 23 ในขณะที่แมลงวันผลไม้คือ 4

โครโมโซมจะมองเห็นได้ชัดเจนและแยกจากกันด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลที่มองเห็นได้เท่านั้นเมื่อเซลล์กำลังเตรียมการแบ่งตัวและ DNA จะถูกอัดแน่นด้วยโปรตีนอย่างแน่นหนาในรูปทรงที่แยกแยะได้ง่าย เมื่อเซลล์อยู่ในระยะการเจริญเติบโตและการบำรุงรักษาของวงจรชีวิต โปรตีนจำนวนมากยังคงมีความเกี่ยวข้องกับกรดนิวคลีอิก แต่สาย DNA นั้นมีความคล้ายคลึงกันมากขึ้นอย่างใกล้ชิดกับพวงของเส้นด้ายที่คลึงและคลึงกัน คำว่า โครมาติน ใช้เพื่ออธิบายโครโมโซม (โปรตีน-DNA เชิงซ้อน) เมื่อทั้งสองถูกควบแน่นและไม่ควบแน่น

รูปที่ 5 (ก) ภาพนี้แสดงระดับต่างๆ ของการจัดระเบียบของโครมาติน (DNA และโปรตีน) (b) ภาพนี้แสดงโครโมโซมที่จับคู่ เครดิต (b): การปรับเปลี่ยนงานโดย NIH; ข้อมูลมาตราส่วนจาก Matt Russell

นิวเคลียส

โครโมโซมบางตัวมีส่วนของ DNA ที่เข้ารหัสไรโบโซมอาร์เอ็นเอ บริเวณที่มีคราบสีเข้มภายในนิวเคลียสที่เรียกว่า นิวเคลียส (พหูพจน์ = นิวคลีโอลี) รวมไรโบโซมอาร์เอ็นเอกับโปรตีนที่เกี่ยวข้องเพื่อรวบรวมหน่วยย่อยของไรโบโซมที่ถูกส่งไปยังไซโตพลาสซึมผ่านรูพรุนในซองจดหมายนิวเคลียร์

หมายเหตุ: การสนทนาที่เป็นไปได้

พูดคุยกันเอง. ใช้รูบริก Design Challenge เพื่อพิจารณานิวเคลียสในรายละเอียดเพิ่มเติม "ปัญหา" ใดที่ออร์แกเนลล์เช่นนิวเคลียสแก้ได้? คุณสมบัติบางอย่างของนิวเคลียสที่อาจมีส่วนทำให้มั่นใจว่าวิวัฒนาการจะประสบความสำเร็จคืออะไร? อะไรคือข้อเสียของการพัฒนาและบำรุงรักษานิวเคลียส? (ผลประโยชน์ทุกอย่างมีค่าใช้จ่าย คุณสามารถระบุทั้งสองอย่างได้ไหม) จำไว้ว่า อาจมีสมมติฐานที่มั่นคงอยู่บ้าง (และเป็นการดีที่จะกล่าวถึงสิ่งเหล่านี้) แต่ประเด็นของแบบฝึกหัดนี้มีให้คุณคิดอย่างมีวิจารณญาณและอภิปรายอย่างมีวิจารณญาณ แนวคิดเหล่านี้ใช้ "ความฉลาด" โดยรวมของคุณ

ไรโบโซม

ไรโบโซม เป็นโครงสร้างเซลล์ที่มีหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีน เมื่อมองผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ไรโบโซมจะปรากฏเป็นกระจุก (โพลีไรโบโซม) หรือจุดเล็กๆ เดี่ยวๆ ที่ลอยอย่างอิสระในไซโตพลาสซึม พวกมันอาจติดอยู่ที่ด้านไซโตพลาสซึมของเยื่อหุ้มพลาสมาหรือด้านไซโตพลาสซึมของเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมและเยื่อหุ้มชั้นนอกของซองจดหมายนิวเคลียร์ (การ์ตูนของเซลล์ด้านบน)

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนได้แสดงให้เราเห็นว่าไรโบโซมซึ่งเป็นโปรตีนเชิงซ้อนและอาร์เอ็นเอขนาดใหญ่ประกอบด้วยหน่วยย่อยสองหน่วย เรียกว่าขนาดใหญ่และขนาดเล็กอย่างเหมาะสม (รูปด้านล่าง) ไรโบโซมได้รับ "คำแนะนำ" สำหรับการสังเคราะห์โปรตีนจากนิวเคลียส โดยที่ DNA จะถูกคัดลอกไปยัง RNA ของผู้ส่งสาร (mRNA) mRNA เดินทางไปยังไรโบโซม ซึ่งแปลรหัสที่ได้จากลำดับเบสไนโตรเจนใน mRNA ไปเป็นลำดับเฉพาะของกรดอะมิโนในโปรตีน มีรายละเอียดเพิ่มเติมในส่วนที่ครอบคลุมกระบวนการแปล

รูปที่ 6 ไรโบโซมประกอบด้วยหน่วยย่อยขนาดใหญ่ (บน) และหน่วยย่อยขนาดเล็ก (ล่าง) ในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีน ไรโบโซมจะประกอบกรดอะมิโนเป็นโปรตีน

ไมโตคอนเดรีย

ไมโตคอนเดรีย (เอกพจน์ = mitochondrion) มักถูกเรียกว่า "โรงไฟฟ้า" หรือ "โรงงานพลังงาน" ของเซลล์เพราะเป็นตำแหน่งหลักของการหายใจเมตาบอลิซึมในยูคาริโอต ขึ้นอยู่กับชนิดและชนิดของไมโทคอนเดรียที่พบในเซลล์เหล่านั้น ระบบทางเดินหายใจอาจเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนหรือแอโรบิก ตามคำนิยาม เมื่อการหายใจเป็นแบบแอโรบิก เทอร์มินัลอิเล็กตรอนก็คือออกซิเจน เมื่อการหายใจเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจน สารประกอบอื่นที่ไม่ใช่ออกซิเจนจะทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนปลายทาง ไม่ว่าในกรณีใด ผลลัพธ์ของกระบวนการทางเดินหายใจเหล่านี้คือการผลิต ATP ผ่านออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชัน ดังนั้นจึงใช้คำว่า "โรงไฟฟ้า" และ/หรือ "โรงงานพลังงาน" เพื่ออธิบายออร์แกเนลล์นี้ ไมโตคอนเดรียเกือบทั้งหมดยังมีจีโนมขนาดเล็กที่เข้ารหัสยีนซึ่งโดยทั่วไปแล้วหน้าที่ต่างๆ จะถูกจำกัดอยู่ที่ไมโตคอนเดรีย

ในบางกรณี จำนวนของไมโทคอนเดรียต่อเซลล์จะปรับได้ ขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงาน โดยทั่วไปแล้ว ตัวอย่างเช่น เซลล์กล้ามเนื้อที่เป็นไปได้ที่ใช้—โดยการขยายออกมีความต้องการเอทีพีสูงกว่า—มักจะพบว่ามีจำนวนไมโตคอนเดรียสูงกว่าเซลล์ที่ไม่มีภาระพลังงานสูงอย่างมีนัยสำคัญ

โครงสร้างของไมโทคอนเดรียอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตและสถานะของวัฏจักรเซลล์ที่สังเกต อย่างไรก็ตาม ภาพในตำราเรียนทั่วไปแสดงให้เห็นไมโตคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์รูปวงรีที่มีเยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอกสองชั้น (ดูรูปด้านล่าง) เรียนรู้ที่จะรับรู้ถึงการเป็นตัวแทนทั่วไปนี้ ทั้งเยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอกเป็นฟอสโฟลิปิดไบเลเยอร์ที่ฝังตัวด้วยโปรตีนที่เป็นสื่อกลางในการเคลื่อนย้ายข้ามพวกมันและกระตุ้นปฏิกิริยาทางชีวเคมีอื่นๆ ชั้นเมมเบรนชั้นในมีรอยพับเรียกว่า คริสเต ที่เพิ่มพื้นที่ผิวที่สามารถฝังโปรตีนสายโซ่ทางเดินหายใจได้ บริเวณภายในคริสเตเรียกว่าไมโตคอนเดรีย เมทริกซ์ และมี—เหนือสิ่งอื่นใด—เอ็นไซม์ของวัฏจักร TCA ในระหว่างการหายใจ โปรตอนจะถูกสูบโดยคอมเพล็กซ์ระบบทางเดินหายใจจากเมทริกซ์ไปยังบริเวณที่เรียกว่า ช่องว่างระหว่างเยื่อ (ระหว่างเยื่อหุ้มชั้นในและชั้นนอก)

รูปที่ 7 ไมโครกราฟอิเล็กตรอนนี้แสดงไมโตคอนเดรียเมื่อมองด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน ออร์แกเนลล์นี้มีเยื่อหุ้มชั้นนอกและเยื่อหุ้มชั้นใน เยื่อหุ้มชั้นในประกอบด้วยรอยพับที่เรียกว่า cristae ซึ่งเพิ่มพื้นที่ผิวของมัน ช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มทั้งสองเรียกว่าช่องว่างระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์และช่องว่างภายในเยื่อหุ้มชั้นในเรียกว่าเมทริกซ์ยล การสังเคราะห์เอทีพีเกิดขึ้นที่เยื่อหุ้มชั้นใน เครดิต: การปรับเปลี่ยนงานโดย Matthew Britton; ข้อมูลมาตราส่วนจาก Matt Russell

หมายเหตุ: การสนทนาที่เป็นไปได้

อภิปราย: กระบวนการต่างๆ เช่น ไกลโคไลซิส การสังเคราะห์ไขมัน และการสังเคราะห์นิวคลีโอไทด์ล้วนมีสารประกอบที่ป้อนเข้าสู่วัฏจักร TCA ซึ่งบางส่วนเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย อะไรคือความท้าทายในการทำงานที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการประสานงานที่มีชุดของโมเลกุลร่วมกัน หากเอนไซม์ถูกแยกออกเป็นส่วนต่างๆ ของเซลล์

เพอรอกซิโซม

เพอรอกซิโซม มีขนาดเล็ก ออร์แกเนลล์กลมล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นเดียว ออร์แกเนลล์เหล่านี้ทำปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ออกซิไดซ์และสลายกรดไขมันและกรดอะมิโน พวกเขายังช่วยล้างพิษสารพิษมากมายที่อาจเข้าสู่ร่างกาย ปฏิกิริยารีดอกซ์จำนวนมากเหล่านี้ปล่อยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H2โอ2ซึ่งจะเป็นอันตรายต่อเซลล์ อย่างไรก็ตาม เมื่อปฏิกิริยาเหล่านี้จำกัดอยู่ที่เปอร์รอกซิโซม เอนไซม์จะทำลาย H . ได้อย่างปลอดภัย2โอ2 เป็นออกซิเจนและน้ำ ตัวอย่างเช่น แอลกอฮอล์ถูกล้างพิษโดยเปอร์รอกซิโซมในเซลล์ตับ Glyoxysomes ซึ่งเป็นเปอร์รอกซิโซมเฉพาะในพืชมีหน้าที่ในการเปลี่ยนไขมันที่เก็บไว้เป็นน้ำตาล

ถุงและแวคิวโอล

ถุง และ แวคิวโอล เป็นถุงที่มีเยื่อหุ้มซึ่งทำหน้าที่ในการจัดเก็บและขนส่ง นอกเหนือจากความจริงที่ว่าแวคิวโอลค่อนข้างใหญ่กว่าถุงน้ำ มีความแตกต่างที่ละเอียดอ่อนระหว่างพวกเขา: เยื่อหุ้มของถุงน้ำสามารถหลอมรวมกับเมมเบรนพลาสม่าหรือระบบเมมเบรนอื่น ๆ ภายในเซลล์ นอกจากนี้ สารบางชนิด เช่น เอ็นไซม์ภายในแวคิวโอลของพืชจะทำลายโมเลกุลขนาดใหญ่ เมมเบรนของแวคิวโอลไม่หลอมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์ของส่วนประกอบอื่นๆ ของเซลล์

เซลล์สัตว์กับเซลล์พืช

ณ จุดนี้ คุณรู้ว่าเซลล์ยูคาริโอตแต่ละเซลล์มีพลาสมาเมมเบรน ไซโทพลาซึม นิวเคลียส ไรโบโซม ไมโทคอนเดรีย เพอรอกซิโซม และในบางแวคิวโอล มีความแตกต่างที่โดดเด่นระหว่างเซลล์สัตว์และพืชที่ควรค่าแก่การสังเกต ต่อไปนี้คือรายการความแตกต่างสั้นๆ ที่เราต้องการให้คุณคุ้นเคยและคำอธิบายเพิ่มเติมเล็กน้อยด้านล่าง:

1. ในขณะที่เซลล์ยูคาริโอตทั้งหมดใช้ไมโครทูบูลและโปรตีนจากมอเตอร์ซึ่งเป็นกลไกพื้นฐานในการแยกโครโมโซมระหว่างการแบ่งเซลล์ โครงสร้างที่ใช้ในการจัดระเบียบไมโครทูบูลเหล่านี้แตกต่างกันในพืชกับเซลล์สัตว์และยีสต์ เซลล์ของสัตว์และยีสต์จะจัดระเบียบและยึดไมโครทูบูลของพวกมันไว้ในโครงสร้างที่เรียกว่าศูนย์จัดระเบียบไมโครทูบูล (MTOCs) โครงสร้างเหล่านี้ประกอบด้วยโครงสร้างที่เรียกว่าเซนทริโอล ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วย α-tubulin, β-tubulin และโปรตีนอื่นๆ Centrioles สองอันจัดเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า centrosome ในทางตรงกันข้าม ในพืช ในขณะที่ไมโครทูบูลยังรวมตัวกันเป็นกลุ่มที่ไม่ต่อเนื่อง ไม่มีโครงสร้างที่เห็นได้ชัดเจนเหมือนกับ MTOCs ที่พบในเซลล์สัตว์และเซลล์ยีสต์ ค่อนข้างขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิต ดูเหมือนว่าอาจมีหลายแห่งที่การรวมกลุ่มของไมโครทูบูลเหล่านี้สามารถนิวคลีเอตจากสถานที่ที่เรียกว่าศูนย์จัดระเบียบไมโครทูบูล acentriolar (ไม่มี centriole) ทูบูลินชนิดที่สาม γ-tubulin ดูเหมือนจะเกี่ยวข้อง แต่ความรู้ของเราเกี่ยวกับกลไกที่แม่นยำที่พืชใช้ในการจัดระเบียบแกนไมโครทูบูลนั้นยังคงไม่ชัดเจน

2. เซลล์สัตว์มักมีออร์แกเนลล์ที่เรียกว่าไลโซโซมซึ่งมีหน้าที่ในการย่อยสลายสารชีวโมเลกุล เซลล์พืชบางชนิดมีออร์แกเนลล์ที่ย่อยสลายได้ทางหน้าที่คล้ายคลึงกัน แต่มีการถกเถียงกันว่าควรตั้งชื่อพวกมันอย่างไร นักชีววิทยาพืชบางคนเรียกออร์แกเนลล์เหล่านี้ว่า ไลโซโซม ในขณะที่คนอื่นๆ จับกลุ่มพวกมันเป็นพลาสติดประเภททั่วไป และไม่ได้ระบุชื่อเฉพาะ

3. เซลล์พืชมีผนังเซลล์ คลอโรพลาสต์ และพลาสติดเฉพาะอื่นๆ และแวคิวโอลส่วนกลางขนาดใหญ่ ในขณะที่เซลล์สัตว์ไม่มี

เซนโทรโซม

NS centrosome เป็นศูนย์จัดระเบียบไมโครทูบูลที่อยู่ใกล้นิวเคลียสของเซลล์สัตว์ ประกอบด้วยเซนทริโอหนึ่งคู่ โครงสร้างสองโครงสร้างที่ตั้งฉากกัน (ดูรูปด้านล่าง) เซนทริโอลแต่ละอันเป็นทรงกระบอกของไมโครทูบูลสามตัวเก้าตัว

รูปที่ 8. centrosome ประกอบด้วย centrioles สองอันที่วางมุมฉากกัน เซนทริโอลแต่ละอันเป็นทรงกระบอกที่ประกอบด้วยไมโครทูบูลสามตัวเก้าตัว โปรตีน nontubulin (ระบุด้วยเส้นสีเขียว) จะจับ microtubule triplets ไว้ด้วยกัน

เซนโทรโซม (ออร์แกเนลล์ที่ไมโครทูบูลทั้งหมดมีต้นกำเนิดมาจากสัตว์และยีสต์) ทำซ้ำตัวเองก่อนที่เซลล์จะแบ่งตัว และเซนทริโอลดูเหมือนจะมีบทบาทบางอย่างในการดึงโครโมโซมที่ซ้ำกันไปยังปลายอีกด้านของเซลล์ที่แบ่ง อย่างไรก็ตาม หน้าที่ที่แน่นอนของเซนทริโอลในการแบ่งเซลล์ยังคงไม่ชัดเจน เนื่องจากเซลล์ที่เอาเซนโตรโซมออกแล้วยังสามารถแบ่งตัวได้ และเซลล์พืชซึ่งไม่มีเซนโทรโซมสามารถแบ่งเซลล์ได้

ไลโซโซม

เซลล์สัตว์มีออร์แกเนลล์อีกชุดหนึ่งที่ไม่พบในเซลล์พืช: ไลโซโซม เรียกขานว่า ไลโซโซม บางครั้งเรียกว่า "การกำจัดขยะ" ของเซลล์ เอนไซม์ภายในไลโซโซมช่วยสลายโปรตีน โพลีแซคคาไรด์ ลิปิด กรดนิวคลีอิก และแม้แต่ออร์แกเนลล์ที่ "เสื่อมสภาพ" เอนไซม์เหล่านี้ทำงานที่ pH ต่ำกว่าของไซโตพลาสซึมมาก ดังนั้น pH ภายในไลโซโซมจึงมีความเป็นกรดมากกว่า pH ของไซโตพลาสซึม ในเซลล์พืช กระบวนการย่อยอาหารหลายอย่างเหมือนกันเกิดขึ้นในแวคิวโอล

ผนังเซลล์

หากคุณตรวจสอบแผนภาพด้านบนที่แสดงภาพเซลล์พืชและสัตว์ คุณจะเห็นโครงสร้างของเซลล์พืชที่อยู่ภายนอกเยื่อหุ้มพลาสมาที่เรียกว่า ผนังเซลล์. ผนังเซลล์เป็นสิ่งปิดที่แข็งซึ่งปกป้องเซลล์ ให้การสนับสนุนโครงสร้าง และให้รูปร่างแก่เซลล์ เซลล์เชื้อราและโปรติสแตนก็มีผนังเซลล์เช่นกัน ในขณะที่องค์ประกอบหลักของผนังเซลล์แบคทีเรียคือ peptidoglycan โมเลกุลอินทรีย์ที่สำคัญในผนังเซลล์พืชคือเซลลูโลส (ดูโครงสร้างด้านล่าง) ซึ่งเป็นโพลีแซคคาไรด์ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยของกลูโคส

รูปที่ 9 เซลลูโลสเป็นสายโซ่ยาวของโมเลกุลβ-กลูโคสที่เชื่อมต่อกันด้วยการเชื่อมโยง 1-4 เส้นประที่ปลายแต่ละด้านของรูปแสดงถึงชุดของหน่วยกลูโคสอื่นๆ อีกมากมาย ขนาดของหน้าทำให้ไม่สามารถแสดงโมเลกุลเซลลูโลสทั้งหมดได้

คลอโรพลาสต์

คลอโรพลาสต์ คือออร์แกเนลล์ของเซลล์พืชที่ทำการสังเคราะห์ด้วยแสง เช่นเดียวกับไมโตคอนเดรีย คลอโรพลาสต์มี DNA และไรโบโซมของตัวเอง แต่คลอโรพลาสต์มีหน้าที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

เช่นเดียวกับไมโทคอนเดรีย คลอโรพลาสต์มีเยื่อหุ้มชั้นนอกและชั้นใน แต่ภายในช่องว่างที่ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มชั้นในของคลอโรพลาสต์คือชุดของถุงเมมเบรนที่เต็มไปด้วยของเหลวที่เชื่อมต่อถึงกันและซ้อนกันที่เรียกว่าไทลาคอยด์ (รูปด้านล่าง) ไทลาคอยด์แต่ละกองเรียกว่าแกรนูม (พหูพจน์ = กราน่า) ของเหลวที่หุ้มด้วยเยื่อหุ้มชั้นในที่ล้อมรอบกรานาเรียกว่าสโตรมา

รูปที่ 10. คลอโรพลาสต์มีเยื่อหุ้มชั้นนอก เยื่อหุ้มชั้นใน และโครงสร้างเมมเบรนที่เรียกว่าไทลาคอยด์ที่เรียงซ้อนกันเป็นกรานา ช่องว่างภายในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์เรียกว่าช่องว่างไทลาคอยด์ ปฏิกิริยาเก็บเกี่ยวแสงเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์และการสังเคราะห์น้ำตาลเกิดขึ้นในของเหลวภายในเยื่อหุ้มชั้นในซึ่งเรียกว่าสโตรมา คลอโรพลาสต์ยังมีจีโนมของตัวเองซึ่งมีอยู่บนโครโมโซมทรงกลมเพียงตัวเดียว

คลอโรพลาสต์ประกอบด้วยเม็ดสีเขียวที่เรียกว่า คลอโรฟิลล์, ซึ่งจับพลังงานแสงที่ขับเคลื่อนปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง เช่นเดียวกับเซลล์พืช protists สังเคราะห์แสงก็มีคลอโรพลาสต์เช่นกัน แบคทีเรียบางชนิดทำการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่คลอโรฟิลล์ของพวกมันไม่ได้ถูกผลักไสให้อยู่ในออร์แกเนลล์

การเชื่อมต่อวิวัฒนาการ

เอนโดซิมไบโอซิส

เราได้กล่าวว่าทั้งไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์มี DNA และไรโบโซม คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่าทำไม? หลักฐานที่ชัดเจนชี้ให้เห็นถึง endosymbiosis เป็นคำอธิบาย

Symbiosis เป็นความสัมพันธ์ที่สิ่งมีชีวิตจากสองสายพันธุ์ที่แยกจากกันพึ่งพาอาศัยกันเพื่อความอยู่รอด Endosymbiosis (endo- = "ภายใน") เป็นความสัมพันธ์ที่เป็นประโยชน์ร่วมกันซึ่งสิ่งมีชีวิตหนึ่งอาศัยอยู่ในอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่ง ความสัมพันธ์เอนโดซิมไบโอติกมีอยู่มากมายในธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น จุลินทรีย์บางชนิดที่อาศัยอยู่ในเส้นทางการย่อยอาหารของเราผลิตวิตามินเค ความสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์เหล่านี้กับเรา (เจ้าภาพ) นั้นกล่าวกันว่าเป็นประโยชน์ร่วมกันหรืออยู่ร่วมกันได้ ความสัมพันธ์เป็นประโยชน์สำหรับเราเพราะเราไม่สามารถสังเคราะห์วิตามินเคได้ จุลินทรีย์ทำเพื่อเราแทน ความสัมพันธ์นี้ยังเป็นประโยชน์ต่อจุลินทรีย์เนื่องจากได้รับอาหารมากมายจากสภาพแวดล้อมของลำไส้ใหญ่ และได้รับการปกป้องจากสิ่งมีชีวิตอื่นๆ และจากการแห้ง

นักวิทยาศาสตร์สังเกตมานานแล้วว่าแบคทีเรีย ไมโทคอนเดรีย และคลอโรพลาสต์มีขนาดใกล้เคียงกัน เรายังทราบด้วยว่าแบคทีเรียมี DNA และไรโบโซม เช่นเดียวกับไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเซลล์เจ้าบ้านและแบคทีเรียก่อให้เกิดความสัมพันธ์ระหว่างเอนโดซิมไบโอติกเมื่อเซลล์เจ้าบ้านกินทั้งแบคทีเรียแอโรบิกและออโตโทรฟิก (ไซยาโนแบคทีเรีย) แต่ไม่ได้ทำลายพวกมัน ตลอดวิวัฒนาการหลายล้านปี แบคทีเรียที่กินเข้าไปเหล่านี้มีความเชี่ยวชาญมากขึ้นในการทำงาน โดยแบคทีเรียแอโรบิกกลายเป็นไมโตคอนเดรีย และแบคทีเรียออโตโทรฟิกกลายเป็นคลอโรพลาสต์ จะมีเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลังในการอ่าน

แวคิวโอลส่วนกลาง

ก่อนหน้านี้ เราได้กล่าวถึงแวคิวโอลว่าเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเซลล์พืช If you look at the cartoon figure of the plant cell, you will see that it depicts a large central vacuole that occupies most of the area of the cell. NS แวคิวโอลกลาง plays a key role in regulating the cell’s concentration of water in changing environmental conditions.

Silly vacuole factoid: Have you ever noticed that if you forget to water a plant for a few days, it wilts? That’s because as the water concentration in the soil becomes lower than the water concentration in the plant, water moves out of the central vacuoles and cytoplasm. เมื่อแวคิวโอลส่วนกลางหดตัว จะทำให้ผนังเซลล์ไม่ได้รับการสนับสนุน การสูญเสียการรองรับผนังเซลล์ของเซลล์พืชส่งผลให้พืชมีลักษณะเหี่ยวแห้ง

The central vacuole also supports the expansion of the cell. เมื่อแวคิวโอลส่วนกลางกักเก็บน้ำมากขึ้น เซลล์ก็จะใหญ่ขึ้นโดยไม่ต้องลงทุนพลังงานมากในการสังเคราะห์ไซโตพลาสซึมใหม่