ร่างกายของสิ่งมีชีวิตสามารถเป็นเซลล์เดียว กลุ่มของพวกมัน หรือการสะสมขนาดใหญ่ จำนวนโครงสร้างพื้นฐานดังกล่าวนับพันล้าน หลังรวมถึงพืชที่สูงกว่าส่วนใหญ่ การศึกษาเซลล์ - องค์ประกอบหลักของโครงสร้างและหน้าที่ของสิ่งมีชีวิต - เกี่ยวข้องกับเซลล์วิทยา ชีววิทยาสาขานี้เริ่มพัฒนาอย่างรวดเร็วหลังจากการค้นพบกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน การปรับปรุงโครมาโตกราฟี และวิธีการทางชีวเคมีอื่นๆ พิจารณาคุณสมบัติหลัก ตลอดจนลักษณะที่เซลล์พืชแตกต่างจากหน่วยโครงสร้างที่เล็กที่สุดของโครงสร้างของแบคทีเรีย เชื้อรา และสัตว์
เปิดห้องขังโดย R. Hooke
ทฤษฎีองค์ประกอบเล็ก ๆ ของโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดได้ผ่านเส้นทางของการพัฒนา วัดในหลายร้อยปี โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์พืชถูกพบเห็นครั้งแรกในกล้องจุลทรรศน์ของเขาโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ R. Hooke บทบัญญัติทั่วไปของสมมติฐานของเซลล์ถูกกำหนดโดย Schleiden และ Schwann ก่อนที่นักวิจัยคนอื่น ๆ จะทำข้อสรุปที่คล้ายกัน
ชาวอังกฤษ อาร์. ฮุก ตรวจชิ้นไม้โอ๊คชิ้นหนึ่งภายใต้กล้องจุลทรรศน์ และนำเสนอผลงานในที่ประชุมของราชสมาคมในลอนดอน เมื่อวันที่ 13 เมษายน ค.ศ. 1663 (อ้างอิงจากแหล่งอื่นๆ เหตุการณ์เกิดขึ้นเมื่อ พ.ศ. 2208) ปรากฏว่าเปลือกของต้นไม้ประกอบด้วยเซลล์เล็กๆ ที่เรียกว่า "เซลล์" โดยฮุก ผนังของห้องเหล่านี้สร้างลวดลายเป็นรูปรวงผึ้งนักวิทยาศาสตร์ถือว่าเป็นสิ่งมีชีวิตและโพรงได้รับการยอมรับว่าเป็นโครงสร้างเสริมที่ไม่มีชีวิตชีวา ต่อมาได้รับการพิสูจน์ว่าภายในเซลล์ของพืชและสัตว์มีสารอยู่โดยปราศจากการดำรงอยู่ของพวกมันและกิจกรรมของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
ทฤษฎีเซลล์
การค้นพบที่สำคัญของ R. Hooke ได้รับการพัฒนาในผลงานของนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ที่ศึกษาโครงสร้างของเซลล์สัตว์และเซลล์พืช นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตองค์ประกอบโครงสร้างที่คล้ายกันในส่วนของเชื้อราหลายเซลล์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ พบว่าหน่วยโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตมีความสามารถในการแบ่งตัว จากการวิจัย ตัวแทนของวิทยาศาสตร์ชีวภาพของเยอรมนี M. Schleiden และ T. Schwann ได้กำหนดสมมติฐานที่ต่อมากลายเป็นทฤษฎีเซลล์
การเปรียบเทียบเซลล์พืชและสัตว์กับแบคทีเรีย สาหร่าย และเชื้อรา ทำให้นักวิจัยชาวเยอรมันสรุปได้ดังนี้: "ห้อง" ที่ R. Hooke ค้นพบคือหน่วยโครงสร้างเบื้องต้น และกระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์เหล่านี้รองรับชีวิต ของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่บนโลก การเพิ่มที่สำคัญโดย R. Virkhov ในปี พ.ศ. 2398 โดยสังเกตว่าการแบ่งเซลล์เป็นวิธีเดียวสำหรับการสืบพันธุ์ ทฤษฎีชไลเดน-ชวานน์ที่มีการปรับแต่งเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปในวิชาชีววิทยา
เซลล์เป็นองค์ประกอบที่เล็กที่สุดในโครงสร้างและอายุของพืช
ตามตำแหน่งทางทฤษฎีของชไลเดนและชวานน์โลกอินทรีย์เป็นหนึ่งเดียว ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นโครงสร้างจุลภาคของสัตว์และพืชที่คล้ายคลึงกัน นอกเหนือจากสองอาณาจักรนี้ การดำรงอยู่ของเซลล์ยังเป็นลักษณะของเชื้อรา แบคทีเรีย และไวรัสที่ขาดหายไป การเจริญเติบโตและการพัฒนาของสิ่งมีชีวิตทำให้เกิดเซลล์ใหม่ในกระบวนการแบ่งเซลล์ที่มีอยู่
สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ไม่ได้เป็นเพียงการสะสมขององค์ประกอบโครงสร้างเท่านั้น โครงสร้างหน่วยเล็ก ๆ โต้ตอบกันสร้างเนื้อเยื่อและอวัยวะ สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอาศัยอยู่อย่างโดดเดี่ยวซึ่งไม่ได้ป้องกันพวกมันจากการสร้างอาณานิคม คุณสมบัติหลักของเซลล์:
- ความสามารถในการดำรงอยู่อย่างอิสระ
- เมแทบอลิซึมของตัวเอง
- สืบพันธุ์เอง;
- การพัฒนา
ในวิวัฒนาการของชีวิต หนึ่งในขั้นตอนที่สำคัญที่สุดคือการแยกนิวเคลียสออกจากไซโตพลาสซึมด้วยความช่วยเหลือของเมมเบรนป้องกัน การเชื่อมต่อได้รับการเก็บรักษาไว้เนื่องจากโครงสร้างเหล่านี้ไม่สามารถแยกออกได้ ปัจจุบันมีสองอาณาจักรที่ยิ่งใหญ่ - สิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่นิวเคลียร์และนิวเคลียร์ กลุ่มที่สองประกอบด้วยพืช เชื้อรา และสัตว์ ซึ่งศึกษาโดยสาขาวิชาที่เกี่ยวข้องของวิทยาศาสตร์และชีววิทยาโดยทั่วไป เซลล์พืชมีนิวเคลียส ไซโทพลาซึม และออร์แกเนลล์ ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง
ความหลากหลายของเซลล์พืช
เมื่อแตงโมสุก แอปเปิล หรือมันฝรั่งสุก คุณสามารถเห็น "เซลล์" โครงสร้างที่เต็มไปด้วยของเหลวด้วยตาเปล่า เหล่านี้เป็นเซลล์เนื้อเยื่อของทารกในครรภ์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 1 มม. เส้นใย Bast เป็นโครงสร้างที่มีความยาวซึ่งมีความยาวเกินความกว้างอย่างมาก ตัวอย่างเช่น,เซลล์ของพืชที่เรียกว่าฝ้ายมีความยาว 65 มม. เส้นใย Bast ของผ้าลินินและป่านมีขนาดเส้นตรง 40-60 มม. เซลล์ทั่วไปมีขนาดเล็กกว่ามาก -20–50 µm องค์ประกอบโครงสร้างขนาดเล็กดังกล่าวสามารถมองเห็นได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์เท่านั้น คุณสมบัติของหน่วยโครงสร้างที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิตของพืชนั้นไม่เพียงแสดงออกมาในรูปร่างและขนาดที่แตกต่างกันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงหน้าที่ที่ทำในองค์ประกอบของเนื้อเยื่อด้วย
เซลล์พืช: ลักษณะโครงสร้างพื้นฐาน
นิวเคลียสและไซโตพลาสซึมเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิดและมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ซึ่งได้รับการยืนยันจากการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์ สิ่งเหล่านี้เป็นส่วนหลักของเซลล์ยูคาริโอต องค์ประกอบโครงสร้างอื่น ๆ ทั้งหมดขึ้นอยู่กับพวกมัน นิวเคลียสทำหน้าที่จัดเก็บและส่งข้อมูลทางพันธุกรรมที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน
นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ อาร์. บราวน์ในปี 1831 สังเกตเห็นร่างพิเศษ (นิวเคลียส) ในเซลล์ของพืชในตระกูลกล้วยไม้เป็นครั้งแรก มันเป็นนิวเคลียสที่ล้อมรอบด้วยไซโตพลาสซึมกึ่งของเหลว ชื่อของสารนี้หมายถึงในการแปลตามตัวอักษรจากภาษากรีกว่า "มวลปฐมภูมิของเซลล์" อาจเป็นของเหลวหรือหนืดมากกว่า แต่จำเป็นต้องปิดด้วยเมมเบรน เปลือกนอกของเซลล์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลลูโลส ลิกนิน และแว็กซ์ คุณลักษณะหนึ่งที่ทำให้เซลล์พืชและสัตว์แยกความแตกต่างคือการมีอยู่ของผนังเซลลูโลสที่แข็งแรงนี้
โครงสร้างของไซโตพลาสซึม
ภายในเซลล์พืชเต็มไปด้วยไฮยาโลพลาสซึมที่มีเม็ดเล็กๆ ห้อยอยู่ในนั้น ใกล้กับเปลือกมากขึ้น เอนโดพลาสซึมที่เรียกว่าผ่านเข้าไปในเอ็กโซพลาสซึมที่มีความหนืดมากขึ้น อย่างแน่นอนสารเหล่านี้ซึ่งเซลล์พืชถูกเติมเต็ม ทำหน้าที่เป็นสถานที่สำหรับการไหลของปฏิกิริยาทางชีวเคมีและการขนส่งสารประกอบ ตำแหน่งของออร์แกเนลล์และการรวม
ไซโตพลาสซึมประมาณ 70-85% เป็นน้ำ, 10-20% เป็นโปรตีน, ส่วนประกอบทางเคมีอื่นๆ - คาร์โบไฮเดรต, ลิปิด, สารประกอบแร่ เซลล์พืชมีไซโตพลาสซึม ซึ่งในผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการสังเคราะห์นั้น มีสารควบคุมการทำงานและสารสำรอง (วิตามิน เอ็นไซม์ น้ำมัน แป้ง)
แกน
การเปรียบเทียบเซลล์พืชและเซลล์สัตว์แสดงให้เห็นว่าพวกมันมีโครงสร้างคล้ายคลึงกันของนิวเคลียส ซึ่งอยู่ในไซโตพลาสซึมและครอบครองมากถึง 20% ของปริมาตร ชาวอังกฤษ อาร์. บราวน์ ซึ่งตรวจดูองค์ประกอบที่สำคัญและสม่ำเสมอที่สุดของยูคาริโอตทั้งหมดเป็นครั้งแรกภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ตั้งชื่อให้ยูคาริโอตจากคำว่านิวเคลียส การปรากฏตัวของนิวเคลียสมักจะสัมพันธ์กับรูปร่างและขนาดของเซลล์ แต่บางครั้งก็แตกต่างจากพวกมัน องค์ประกอบบังคับของโครงสร้างได้แก่ เมมเบรน คาริโอลิม นิวเคลียส และโครมาติน
มีรูพรุนในเมมเบรนที่แยกนิวเคลียสออกจากไซโตพลาสซึม พวกมันขนส่งสารจากนิวเคลียสไปยังไซโตพลาสซึมและในทางกลับกัน Karyolymph เป็นปริมาณนิวเคลียสที่เป็นของเหลวหรือหนืดที่มีบริเวณของโครมาติน นิวเคลียสประกอบด้วยกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) ที่เข้าสู่ไรโบโซมของไซโตพลาสซึมเพื่อมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีน กรดนิวคลีอิกอื่น กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) ก็มีอยู่ในปริมาณมากเช่นกัน DNA และ RNA ถูกค้นพบครั้งแรกในเซลล์สัตว์ในปี 1869 และต่อมาพบในพืช นิวเคลียสเป็นศูนย์กลางการจัดการ” ของกระบวนการภายในเซลล์ สถานที่สำหรับจัดเก็บข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
เอนโดพลาสมิกเรติคิวลัม (ER)
โครงสร้างของเซลล์สัตว์และเซลล์พืชมีความคล้ายคลึงกันอย่างมาก จำเป็นต้องมีอยู่ในไซโตพลาสซึมคือท่อภายในที่เต็มไปด้วยสารที่มีต้นกำเนิดและองค์ประกอบต่างกัน EPS ชนิดเม็ดจะแตกต่างจากชนิดเม็ดเล็กๆ โดยการปรากฏตัวของไรโบโซมบนผิวเมมเบรน ประการแรกเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนส่วนที่สองมีบทบาทในการก่อตัวของคาร์โบไฮเดรตและไขมัน ตามที่นักวิจัยได้กำหนดขึ้น ช่องทางต่างๆ ไม่เพียงแต่เจาะไซโตพลาสซึม แต่ยังเกี่ยวข้องกับทุกออร์แกเนลล์ของเซลล์ที่มีชีวิต ดังนั้นค่า EPS จึงมีมูลค่าสูงในฐานะผู้มีส่วนร่วมในการเผาผลาญซึ่งเป็นระบบในการสื่อสารกับสิ่งแวดล้อม
ไรโบโซม
โครงสร้างของเซลล์พืชหรือเซลล์สัตว์เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการได้หากไม่มีอนุภาคเล็กๆ เหล่านี้ ไรโบโซมมีขนาดเล็กมากและสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเท่านั้น โปรตีนและโมเลกุลของกรดไรโบนิวคลีอิกมีอิทธิพลเหนือองค์ประกอบของร่างกาย มีแคลเซียมและแมกนีเซียมไอออนจำนวนเล็กน้อย RNA ของเซลล์เกือบทั้งหมดมีความเข้มข้นในไรโบโซม ซึ่งให้การสังเคราะห์โปรตีนโดยการ "ประกอบ" โปรตีนจากกรดอะมิโน จากนั้นโปรตีนจะเข้าสู่ช่อง ER และถูกลำเลียงโดยเครือข่ายทั่วทั้งเซลล์ เจาะเข้าไปในนิวเคลียส
ไมโตคอนเดรีย
ออร์แกเนลล์ของเซลล์เหล่านี้ถือเป็นสถานีพลังงาน ซึ่งมองเห็นได้เมื่อขยายด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป จำนวนของไมโทคอนเดรียแตกต่างกันไปตามช่วงกว้าง อาจมีหน่วยหรือหลายพัน โครงสร้างออร์กานอยด์ไม่ซับซ้อนมาก มี 2 แบบเมมเบรนและเมทริกซ์ภายใน ไมโตคอนเดรียประกอบด้วยไขมันโปรตีน DNA และ RNA มีหน้าที่ในการสังเคราะห์ ATP - กรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริก สารนี้ในเซลล์พืชหรือสัตว์มีลักษณะเป็นฟอสเฟตสามชนิด การแยกตัวออกจากกันทำให้เกิดพลังงานที่จำเป็นสำหรับกระบวนการชีวิตทั้งหมดในเซลล์และทั่วร่างกาย ในทางตรงกันข้าม การเติมกรดฟอสฟอริกที่ตกค้างทำให้สามารถเก็บพลังงานและถ่ายโอนในรูปแบบนี้ไปทั่วทั้งเซลล์ได้
พิจารณาออร์แกเนลล์ของเซลล์ในรูปด้านล่างและตั้งชื่อออร์แกเนลล์ที่คุณรู้อยู่แล้ว สังเกตถุงน้ำขนาดใหญ่ (แวคิวโอล) และพลาสติดสีเขียว (คลอโรพลาสต์) เราจะพูดถึงพวกเขาในภายหลัง
กอลจิคอมเพล็กซ์
ออร์แกนอยด์ในเซลล์ที่ซับซ้อนประกอบด้วยแกรนูล เมมเบรน และแวคิวโอล คอมเพล็กซ์เปิดในปี พ.ศ. 2441 และได้รับการตั้งชื่อตามนักชีววิทยาชาวอิตาลี คุณสมบัติของเซลล์พืชคือการกระจายตัวของอนุภาคโกลจิที่สม่ำเสมอทั่วทั้งไซโตพลาสซึม นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าคอมเพล็กซ์มีความจำเป็นในการควบคุมปริมาณน้ำและของเสีย กำจัดสารส่วนเกิน
พลาสติด
เฉพาะเซลล์เนื้อเยื่อพืชที่มีออร์แกเนลล์สีเขียว นอกจากนี้ยังมีพลาสติดสีเหลืองและสีส้มที่ไม่มีสี โครงสร้างและหน้าที่ของมันสะท้อนถึงประเภทของธาตุอาหารพืช และสามารถเปลี่ยนสีได้เนื่องจากปฏิกิริยาเคมี พลาสติดประเภทหลัก:
- โครโมพลาสต์สีส้มและเหลืองที่เกิดจากแคโรทีนและแซนโทฟิลล์
- คลอโรพลาสต์ที่มีเมล็ดคลอโรฟิลล์ -เม็ดสีเขียว
- leucoplasts เป็นพลาสปิดไม่มีสี
โครงสร้างของเซลล์พืชสัมพันธ์กับปฏิกิริยาเคมีของการสังเคราะห์สารอินทรีย์จากคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำโดยใช้พลังงานแสง ชื่อของกระบวนการที่น่าทึ่งและซับซ้อนมากนี้คือ การสังเคราะห์ด้วยแสง ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้ด้วยคลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นสารที่สามารถจับพลังงานของลำแสงได้ การปรากฏตัวของเม็ดสีเขียวอธิบายลักษณะสีของใบ, ลำต้นเป็นไม้ล้มลุก, ผลไม้ที่ไม่สุก คลอโรฟิลล์มีโครงสร้างคล้ายกับฮีโมโกลบินในเลือดของสัตว์และมนุษย์
สีแดง สีเหลือง และสีส้มของอวัยวะพืชต่างๆ เกิดจากการมีโครโมพลาสต์ในเซลล์ พวกมันขึ้นอยู่กับกลุ่มของแคโรทีนอยด์ที่มีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญ Leucoplasts มีหน้าที่ในการสังเคราะห์และสะสมแป้ง พลาสติดเติบโตและขยายพันธุ์ในไซโตพลาสซึม เคลื่อนที่ไปพร้อมกับเยื่อหุ้มชั้นในของเซลล์พืช อุดมไปด้วยเอ็นไซม์ ไอออน และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพอื่นๆ
ความแตกต่างในโครงสร้างจุลภาคของสิ่งมีชีวิตกลุ่มหลัก
เซลล์ส่วนใหญ่มีลักษณะคล้ายถุงเล็กๆ ที่เต็มไปด้วยเมือก ร่างกาย เม็ดเล็กๆ และถุงน้ำ มักมีสิ่งเจือปนต่างๆ ในรูปของผลึกของแข็งของแร่ธาตุ หยดน้ำมัน เมล็ดแป้ง เซลล์สัมผัสกันอย่างใกล้ชิดในองค์ประกอบของเนื้อเยื่อพืช ชีวิตโดยรวมขึ้นอยู่กับกิจกรรมของหน่วยโครงสร้างที่เล็กที่สุดเหล่านี้ซึ่งก่อตัวเป็นทั้งหมด
ด้วยโครงสร้างหลายเซลล์ จึงมีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางซึ่งแสดงออกในงานทางสรีรวิทยาที่แตกต่างกันและหน้าที่ขององค์ประกอบโครงสร้างด้วยกล้องจุลทรรศน์ ส่วนใหญ่จะพิจารณาจากตำแหน่งของเนื้อเยื่อในใบ ราก ลำต้น หรืออวัยวะสืบพันธุ์ของพืช
มาเน้นองค์ประกอบหลักของการเปรียบเทียบเซลล์พืชกับหน่วยโครงสร้างเบื้องต้นของสิ่งมีชีวิตอื่นๆ:
- เปลือกหนาแน่นที่มีลักษณะเฉพาะสำหรับพืชเท่านั้น เกิดจากเส้นใย (เซลลูโลส) ในเชื้อรา เมมเบรนประกอบด้วยไคตินที่ทนทาน (โปรตีนพิเศษ)
- เซลล์ของพืชและเชื้อรามีสีต่างกันเนื่องจากมีหรือไม่มีพลาสติด ร่างกายเช่นคลอโรพลาส โครโมพลาสต์และลิวโคพลาสมีอยู่ในไซโตพลาสซึมของพืชเท่านั้น
- มีอวัยวะที่แยกแยะสัตว์ - นี่คือเซนทริโอล (ศูนย์เซลล์)
- ในเซลล์พืชเท่านั้นที่มีแวคิวโอลส่วนกลางขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยของเหลว โดยปกติน้ำเลี้ยงเซลล์นี้จะมีสีด้วยเม็ดสีในสีต่างๆ
- สารประกอบสำรองหลักของสิ่งมีชีวิตในพืชคือแป้ง เห็ดและสัตว์สะสมไกลโคเจนในเซลล์
ในบรรดาสาหร่าย เซลล์ที่มีชีวิตอิสระจำนวนมากเป็นที่รู้จัก ตัวอย่างเช่นสิ่งมีชีวิตอิสระดังกล่าวเป็นหนองในเทียม แม้ว่าพืชจะแตกต่างจากสัตว์ที่มีผนังเซลล์เซลลูโลส แต่เซลล์สืบพันธุ์ขาดเปลือกที่หนาแน่น - นี่เป็นอีกข้อพิสูจน์ถึงความสามัคคีของโลกอินทรีย์
