วันอังคารที่ 7 ตุลาคม พ.ศ. 2557

โครงสร้างของเซลล์

 โครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์


จุดประสงค์การเรียนรู้
1. อธิบายกฎแห่งการแยกของเมนเดล และการทดลองอันเป็นที่มาของกฏได้
2. อธิบายกฎความน่าจะเป็นที่นามาใช้อธิบายการถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้
3. บอกความเชื่อมโยงกฎแห่งการแยกกับการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสได้

เนื้อหา

สิ่งมีชีวิตประกอบด้วยหน่วยย่อยพื้นฐานที่เรียกว่าเซลล์ (cell) โดยปกติแล้วจะไม่สามารถมองเห็นเซลล์ด้วยตาเปล่า เนื่องจากมีขนาดเล็กตั้งแต่ 5-15 ไมครอน (micron) แต่เซลล์ของสิ่งมีชีวิตบางชนิด เช่น ไข่นก ไข่ของสัตว์เลื้อยคลานนั้นมีขนาดใหญ่และสามารถมองเห็นได้ชัดเจน เซลล์มีองค์ประกอบขนาดเล็กที่สามารถทำหน้าที่ของสิ่งมีชีวิตอยู่ภายใน เรียกว่า ออร์แกเนลล์ (organelle)
 โดยสามารถแบ่งเซลล์ตามลักษณะความซับซ้อนขององค์ประกอบภายในเซลล์ได้เป็น 2 ชนิด คือ
เซลล์โพรคาริโอต (
prokaryote) และ เซลล์ยูคาริโอต (eukaryote) ในการค้นพบเซลล์และการศึกษาเรื่องราวเกี่ยวกับเซลล์ของนักวิทยาศาสตร์ ทำให้เราสามารถเข้าใจถึงการทำงานในระบบร่างกายสิ่งมีชีวิตได้ดียิ่งขึ้น 

การค้นพบเซลล์สิ่งมีชีวิตเกิดขึ้น ในปี ค.ศ. 1655 โดย นักพฤกษศาสตร์ ชาวอังกฤษ โรเบิร์ต ฮุค (Robert Hooke) ได้ใช้กล้องจุลทรรศน์ที่เขาประดิษฐ์ขึ้นสังเกตโครงสร้างเล็กๆ ของไม้คอร์ก (cork)
ที่ถูกเฉือนเป็นแผ่นบางๆ พบว่ามีลักษณะเป็นห้องเล็กๆ คล้ายรังผึ้ง เขาได้เรียกห้องเล็กๆเหล่านี้ว่าเซลล์ ซึ่งการศึกษาเซลล์ไม้คอร์กของโรเบิร์ต ฮุค ในครั้งนั้นเป็นการค้นพบเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเป็น
ครั้งแรก แต่เป็นเซลล์ที่ตายแล้วคงเหลือแต่ส่วนของผนังเซลล์ (
cell wall) เท่านั้น







       รูปที่ 1 กล้องจุลทรรศน์ของโรเบิร์ต ฮุค (ซ้าย) และเซลล์ไม้คอร์กที่ตายแล้ว (ขวา)


 







รูปที่ 2  อันตวน แวน เลเวนฮุค (ซ้าย) และกล้องจุลทรรศน์ของเลเวนฮุค (ขวา)

          หลังจากนั้นในปี ค.ศ. 1830-1839 นักพฤกษศาสตร์ มัตทิอัส ชไลเดน (Matthias Schleiden) และนักสัตววิทยา เทโอดอร์ ชวันน์ (Theodor Schwann) ได้ศึกษาเซลล์พืชและเซลล์สัตว์ชนิดต่างๆ รวมทั้งศึกษาบทบาทของนิวเคลียส (nucleus)ภายในเซลล์ต่อการแบ่งเซลล์ ชไลเดน และ ชวันน์ ได้รวบรวมความรู้ที่ได้และจัดตั้งเป็น ทฤษฎีเซลล์ (The Cell Theory) โดยมีใจความที่สำคัญดังนี้
          1. สิ่งมีชีวิตทุกชนิดประกอบด้วยเซลล์
                   2. เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต
                    3. เซลล์เกิดจากการแบ่งตัวของเซลล์ที่มีอยู่ก่อน


รูปที่ 3  มัตทิอัส ชไลเดน (ซ้าย) และทีโอดอร์ ชวันน์ (ขวา) 






ประเภทของเซลล์

เซลล์สิ่งมีชีวิตสามารถแบ่งเป็นประเภทใหญ่ๆ ได้ 3 ประเภทตามความแตกต่างขององค์ประกอบภายในเซลล์ คือ เซลล์สัตว์ เซลล์พืช และเซลล์ของแบคทีเรียโดยเซลล์สัตว์์แตกต่างจากเซลล์พืชตรงที่ เซลล์สัตว์ไม่มีผนังเซลล์ และไม่มีรงควัตถุที่ใช้ในการสังเคราะห์แสง สำหรับเซลล์แบคทีเรียมีความซับซ้อนขององค์ประกอบภายในเซลล์น้อยกว่าเซลล์สัตว์และเซลล์พืชมาก เช่น ไม่มีเยื่อหุ้มสารพันธุกรรม และออร์แกเนลล์ต่างๆ  เป็นต้น
 



   
                     ก                                                                             ข
ภาพที่
1 เซลล์ของพารามีเซียม ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวจัดอยู่ในกลุ่มโปรโตซัว
            ก
. ภาพกาลังขยายต่ำแสดงให้เห็นเซลล์ของพารามีเซียมเคลื่อนที่
            ข
. ภาพกาลังขยายสูงแสดงให้เห็นเซลล์ของพารามีเซียมแตก







          
รูปที่ 4 โครงสร้างเซลล์สัตว์






 















รูปที่ 5  โครงสร้างเซลล์พืช
 














รูปที่ 6 โครงสร้างเซลล์แบคทีเรีย
            ขนาดของเซลล์

          เนื่องจากการแลกเปลี่ยน ออกซิเจน สารอาหาร และของเสียกับสิ่งแวดล้อมภายนอกเซลล์จะเกิดได้ดี มีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อเซลล์นั้นมีอัตราส่วนของพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูง ซึ่งหมายถึง เซลล์นั้น ๆ มีพื้นที่ผิวที่ใหญ่พอสำหรับการแลกเปลี่ยนหรือถ่ายเทสารให้ทั่วถึงปริมาตรทั้งหมดของเซลล์ และเซลล์ที่มีขนาดเล็กจะมีอัตราส่วนของพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงกว่าเซลล์ที่มีขนาดใหญ่ ยกตัวอย่าง เช่น ถ้าขนาดของเซลล์ซึ่งวัดโดยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้น 10 เท่า พื้นที่ผิวจะเพิ่มขึ้นประมาณ 100 เท่า
ในขณะที่ปริมาตรจะเพิ่มขึ้นประมาณ 1,000 เท่า ดังนั้นเซลล์ยิ่งมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าใด ยิ่งจะมีอัตราส่วนของพื้นที่ผิวต่อปริมาตรลดลง
                  ตัวอย่างการคำนวณเช่น ถ้าเส้นผ่านศูนย์กลางของเซลล์ 2 ชนิดมีขนาด 1 ซม. และ 10 ซม. ดังนั้น พื้นที่ผิว( 4คำอธิบาย: http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/ap-biology1/Chapter3/Picture_Chapter3/pp.jpgr2 ) เท่ากับ 3.14 ตร.ซม. และ 314.16 ตร.ซม. ตามลำดับ  ปริมาตร ( คำอธิบาย: http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/ap-biology1/Chapter3/Picture_Chapter3/4_33.jpgคำอธิบาย: http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/ap-biology1/Chapter3/Picture_Chapter3/pp.jpgr3 ) เท่ากับ 0.524 ลบ.ซม. และ 523.599 ลบ.ซม. ดังนั้นพื้นที่ผิวต่อปริมาตร ประมาณ 5.99 : 1 และ 0.6 : 1 
               อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตที่มีขนาดใหญ่กว่าสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่งนั้นไม่ได้มีีเซลล์ขนาดใหญ่กว่าแต่มีจำนวนเซลล์ที่มากกว่า 
    
                  

พันธุศาสตร์

 dna11.  allele คือ  คู่ของยีน บนโฮโมโลกัสโครโมโซม
 Genelocusf10-05a_homologous_chro_c
ที่มา : ดัดแปลงภาพจาก http://creationwiki.org/Allele
2.  co-dominant หมายถึง ลักษณะที่อัลลีนแต่ละตัวมีลักษณะเด่นกันทั้งคู่ ข่มกันไม่ลง
ทำให้ฟีโนไทป์ของเฮเทอโรไซโกตแสดงออกมาทั้งสองลักษณะ  เช่น  หมู่เลือดระบบ ABO ซึ่ง หมู่เลือด AB ประกอบด้วยอัลลีน IA และอัลลีน IB
071_bitesize_intermediate2_biology_enviromental_geneticsvariation_codominance_chickens (1)
ฟีโนไทป์และจีโนไทป์สีขนของไก่
640px-Co-dominance_Rhododendron
สีของดอกกุหลาบพันปี
 3.  complete  dominant หมายถึง การข่มของลักษณะเด่นต่อลักษณะด้อยเป็นไปอย่างสมบูรณ์ ทำให้พีโนไทป์ของฮอมอไซกัสโดมิเนนท์และเฮเทอโรไซกัสเหมือนกัน  เช่น  TT  จะมีฟีโนไทป์เหมือนกับ  Tt  ทุกประการ
f10-04b_one-trait_testc_c
4.  dihybrid  cross หมายถึง การผสมโดยพิจารณา 2 ลักษณะ
5.  dominant หมายถึง ลักษณะเด่น ที่แสดงออกเมื่อเป็นฮอมอไซกัสโดมิแนนต์และเฮเทอร์โรไซโกต
6.  gamete หมายถึง เซลล์สืบพันธุ์  (sex  cell) ซึ่งรวมทั้งเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ (sperm) และเซลล์สืบพันธุ์เพศเมีย (egg)
7.  gene  หมายถึง สารพันธุกรรม หรือ หน่วยที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม
8.  genotype หมายถึง รูปแบบของยีนที่อยู่คู่กันในสิ่งมีชีวิต เช่น TT, Tt, tt
9.  heterozygote หมายถึง คู่ของแอลลีลที่ไม่เหมือนกัน เช่น Tt  –> พันธุ์ทาง
10.  homozygote หมายถึง คู่ของแอลลีลที่เหมือนกัน เช่น  TT จัดเป็นฮอมอไซกัสโดมิแนนต์ (homozygous  dominant ) เนื่องจากแอลลีนทั้งคู่เป็นลักษณะเด่น หรือ  tt  จัดเป็นฮอมอไซกัสรีเซสซีฟ (homozygous  recessive) เนื่องจากอัลลีนทั้งคู่เป็นลักษณะด้อย  ลักษณะที่เป็นฮอมอไซโกตเราเรียกว่า  พันธุ์แท้
11.  incomplete  dominant หมายถึง การข่มกันอย่างไม่สมบูรณ์ เช่น  การผสมดอกไม้สีแดงพันธุ์แท้กับดอกไม้สีขาวพันธุ์แท้ ได้ดอกสีชมพู แสดงว่าอัลลีนที่ควบคุมลักษณะดอกสีแดงข่มอัลลีนที่ควบคุมลักษณะดอกสีขาวได้ไม่สมบูรณ์
idommm1318487091636slide_4
ที่มา : http://en.wikipedia.org/wiki/Dominance_(genetics)
12.  karyotype หมายถึง การศึกษาโครโมโซมโดยการถ่ายภาพแล้วนำภาพถ่ายของโครโมโซมมาจัดเรียงเข้าคู่กันและแบ่งเป็นกลุ่มได้
karyotype_male
ความรู้เพิ่มเติม
       ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์การแพทย์ ช่วยลดความเสี่ยงเกี่ยวกับการตั้งครรภ์มากขึ้น ปัจจุบันมีความเป็นไปได้ที่จะวิเคราะห์ความผิดปกติของโรคทางพันธุกรรมที่เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซมได้จากการตรวจสอบตัวอย่างเนื้อเยื่อจากผู้ใหญ่ เด็ก หรือแม้แต่ทารกในครรภ์ ซึ่งวิธีการทำคาริโอไทป์ ดังแผนภาพนี้
karyotype_process (2)
13.  monohybrid  cross หมายถึง การผสมโดยพิจารณาทีละ 1 ลักษณะ
14.  phenotype หมายถึง ลักษณะที่ปรากฏออกมาให้เห็นซึ่งเป็นผลจากการแสดงออกของจีโนไทป์นั่นเอง   เช่น สีของดอก รูปร่างเมล็ด สีของเมล็ด หมู่เลือด สีตา สีผม โรคทางพันธุกรรมต่างๆ เป็นต้น
15.  recessive หมายถึง ลักษณะด้อย เป็นลักษณะที่จะถูกข่มเมื่ออยูในรูปของเฮเทอร์โรไซโกตและจะแสดงออกเมื่อเป็นฮอมอไซกัสรีเซสซีฟ เช่น tt
16.  test  cross หมายถึง การผสมระหว่างต้นที่มีฟีโนไทป์เด่นกับต้นที่มีฟีโนไทป์ด้อย เพื่อต้องการทราบว่าต้นลักษณะเด่นเป็นลักษณะพันธุ์แท้หรือพันธุ์ทาง ถ้าหากต้นที่ผสมซึ่งเป็นลักษณะด้อยนั้นเป็นพ่อแม่จะเรียกการผสมแบบแบคครอส(back cross)

  แบบทดสอบ
1.     ลักษณะทางพันธุกรรม หมายถึง อะไร
          ก. บรรพบุรุษของสิ่งมีชีวิต
          ข. ความคล้ายคลึงกันของสิ่งมีชีวิต
          ค. ลักษณะต่างๆ ที่ถ่ายทอดได้ของสิ่งมีชีวิต
          ง. ลักษณะต่างๆ ที่ถ่ายทอดจากพ่อแม่ไปยังลูกหลาน
2.     บิดาแห่งพันธุศาสตร์คือใคร
          ก. ชาลส์ ดาร์วิน       ข. ฮูโก เดอ ฟรีส์          ค. คาร์ล คอร์เรนส์        ง. เกรกอร์ โยฮันน์ เมนเดล
3.     สิ่งที่ทำหน้าที่นำลักษณะทางพันธุกรรมจากรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่งคืออะไร
          ก. เลือด                    ข. เซลล์                       ค. ฮอร์โมน                    ง. เซลล์สืบพันธุ์
4.     ลักษณะใดของมนุษย์ที่สิ่งแวดล้อมมีอิทธิพลมากกว่าพันธุกรรม
          ก. หมู่เลือด                ข. ตาบอดสี                ค. โรคเบาหวาน            ง. ถนัดซ้ายหรือถนัดขวา
5.     ส่วนประกอบใดภายในเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดลักษณะทางพันธุกรรม
          ก. นิวเคลียส               ข. เยื่อหุ้มเซลล์            ค. ไซโทพลาซึม            ง. เซนโทรเมียร์
6.     วัวมีเซลล์ร่างกาย (2n) เท่ากับ 60 จะมีเซลล์สืบพันธุ์ (n) เป็นเท่าใด
          ก. 10                      ข. 20                      ค. 30                      ง. 40
7.     Mangifera indica เป็นชื่อวิทยาศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตในข้อใด และมีถิ่นกำเนิดอยู่ที่ใด
          ก. มะม่วง – เอเชีย                                     ข. มะม่วง – อินเดีย
          ค. มังคุด – เอเชีย                                      ง. มังคุด – อินเดีย
8.     พ่อและแม่ต้องมีเลือดหมู่ใดจึงจะทำให้ลูกที่เกิดมามีโอกาสมีหมู่เลือดได้ทั้ง 4 หมู่
          ก. A × O                  ข. A × B                  ค. B × AB                 ง. O × AB
9.     ข้อใดเป็นลักษณะทางพันธุกรรมที่มีความแปรผันต่อเนื่อง
          ก. น้ำหนัก                 ข. การห่อลิ้น              ค. หมู่เลือด                ง. การเวียนของขวัญ
10.    ฟีโนไทป์หมายถึงอะไร
          ก. ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่ปรากฏให้เห็น
          ข. ลักษณะของยีนที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรม
          ค. ลักษณะของสิ่งมีชีวิตที่พิจารณาในระดับโครโมโซม
         ง. การเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมจากสภาพหนึ่งไปเป็นอีกสภาพหนึ่งอย่างมีแบบแผน
11.    จากรูป แสดงพงศาวลีของครอบครัวหนึ่ง คำอธิบายใดแปลความหมายได้ถูกต้องที่สุด
งานนำเสนอ1
          ก. มีลูกชายและหลานชายอย่างละ 1 คนที่ได้ลักษณะเด่นซึ่งทาสีทึบ
          ข. มีลูกสาวและหลานสาวอย่างละ 1 คนที่ได้ลักษณะด้อยซึ่งทาสีทึบ
          ค. มีหลานสาว 1 คน ได้ลักษณะเด่นซึ่งทาสีทึบเช่นเดียวกับพี่สาวของแม่
          ง. มีหลานชาย 1 คน ได้ลักษณะด้อยซึ่งทาสีทึบเช่นเดียวกับพี่ชายของพ่อ
12.     ครอบครัวในแผนภาพมีสมาชิก 5 คน ลูกคนแรกตาบอดสี นอกนั้นตาปกติ ถ้าบุคคลที่ 1 และที่ 2 ต้องการจะมีลูกอีก 1 คน ให้หาโอกาสที่ลูกคนที่ 4 จะตาบอดสีว่ามีกี่เปอร์เซ็นต์
 งานนำเสนอ1
               
          ก. 25                      ข. 50                      ค. 75                      ง. 100

13.     เทคโนโลยีชีวภาพหมายถึงอะไร
          ก. เทคนิควิธีการทางชีววิทยาที่มีประโยชน์ต่อมนุษย์
          ข. การผลิตสิ่งมีชีวิตที่ต้องใช้เทคนิควิธีการทางวิทยาศาสตร์
          ค. การนำพืช สัตว์ มาทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่มีประโยชน์
          ง. การนำชิ้นส่วนของสิ่งมีชีวิตมาทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโดยใช้ความรู้ทางชีววิทยาเพื่อผลิตสิ่งต่างๆ ที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์
14.     พันธุวิศวกรรมคืออะไร
          ก. การตัดต่อยีนโดยอาศัยสิ่งมีชีวิต
          ข. การตัดต่อยีนจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งเข้ากับยีนของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง
          ค. การสร้างสิ่งมีชีวิตชนิดใหม่โดยอาศัยการตัดต่อยีนของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง
          ง. การตัดต่อยีนจากสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งเข้ากับยีนของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง เพื่อให้ได้ยีนที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ
15.     คำกล่าวใดถูกต้องเกี่ยวกับการโคลน
          ก. สัตว์ตัวใหม่จะมีเพศตามที่เราต้องการ
          ข. การสร้างสัตว์ตัวใหม่โดยใช้เซลล์เนื้อเยื่อของตัวต้นแบบไปผสมกับไข่
          ค. สัตว์ตัวใหม่ที่ได้จากการโคลนมีรูปร่างหน้าตาและนิสัยใจคอเหมือนกัน
          ง. การสร้างสัตว์ตัวใหม่ขึ้นโดยใช้อสุจิของเพศผู้ไปผสมกับเนื้อเยื่อของเพศเมีย
16.     สิ่งใดไม่ถือว่าเป็นเทคโนโลยีชีวภาพแบบดั้งเดิม
          ก. การทำเนยแข็ง         ข. การทำนมเปรี้ยว         ค. การถ่ายฝากตัวอ่อน         ง. การทำอาหารหมักดอง
17.     คำกล่าวใดกล่าวถึงเทคโนโลยีชีวภาพไม่ถูกต้อง
           ก. เทคโนโลยีชีวภาพมีความเจริญควบคู่มากับวิวัฒนาการของมนุษย์
          ข. การเพิ่มผลผลิตทางการเกษตรเป็นการนำเอาเทคโนโลยีชีวภาพมาประยุกต์ใช้
          ค. ความรู้ทางวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะกระบวนการทางชีววิทยาถูกนำมาประยุกต์ใช้
          ง. เป็นการใช้ความรู้เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงหรือมีคุณสมบัติเปลี่ยนไปเท่านั้น
18.     ขั้นตอนแรกของการผลิตฮอร์โมนอินซูลินโดยวิธีทางพันธุวิศวกรรมคืออะไร
          ก. การเชื่อมต่อยีนกับพลาสมิด
          ข. แยกโครโมโซมที่มียีนอินซูลินออกจากเซลล์
          ค. เชื่อมพลาสมิดเข้ากับยีนอินซูลินด้วยเอนไซม์
          ง. นำเซลล์ต้นแบบมาแยกโครโมโซมส่วนที่มียีนอินซูลินออกจากเซลล์
19.     การโคลนมีความหมายสอดคล้องกับข้อใด
          ก. การตัดต่อยีน           ข. การปลูกถ่ายอวัยวะ    ค. การปลูกถ่ายพันธุกรรม          ง. การผสมพันธุ์ข้ามพันธุ์
20.     ข้อความใดผิดเกี่ยวกับการสร้าง DNA สายผสม
          ก. สิ่งมีชีวิตที่ได้เรียกว่า GMO
          ข. เราสามารถเชื่อม DNA ของสิ่งมีชีวิตที่ต่างอาณาจักรกันได้
          ค. ในการตัดและเชื่อมสาย DNA จะใช้เอนไซม์ตัวเดียวกันเสมอ
          ง. เอนไซม์ตัดจำเพาะ 1 ชนิด สามารถตัด DNA ของสิ่งมีชีวิตได้หลายชนิด