Download Rough ER - WordPress.com

วทชว 113 $
หลักสำคัญชีววิทยา $
Essential Biology$
ดร. ปฐมพงษ์ แสงวิไล$
ภาควิชาชีววิทยา คณะวิทยาศาสตร์ $
มหาวิทยาลัยมหิดล$
Email: [email protected]$
$
วทชว 113 เรื่องเซลล์!
เซลล์คืออะไร?$
ทฤษฎีของเซลล์ (1839) Schwann, Schleiden, & Virchow$
1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
6. 
7. 
สิ่งมีชีวิตต้องประกอบด้วยเซลล์$
เซลล์เป็นโครงสร้างพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต$
เซลล์จะต้องมาจากการแบ่งเซลล์ของเซลล์ก่อนเท่านั้น$
กิจกรรมและกระบวนการต่างๆ เกิดขึ้นภายในเซลล์$
เซลล์ทุกชนิดจะต้องมีสารทางพันธุกรรม คือ กรดนิวคลีอิก $
เซลล์ทุกชนิดมีเยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane) $
เซลล์มีโครงสร้างหรือหน่วยเล็ก ๆ ภายในเซลล์ที่เรียกว่า ออร์
แกเนลล์ (organelle)$
10 m
0.1 m
Length of some
nerve and
muscle cells
Chicken egg
1 cm
Unaided eye
Human height
1m
Frog egg
Human egg
Most plant and
animal cells
10 µm
1 µm
100 nm
Nucleus
Most bacteria
Mitochondrion
Smallest bacteria
Viruses
Ribosomes
10 nm
Proteins
Lipids
1 nm
0.1 nm
Small molecules
Atoms
Superresolution
microscopy
Electron microscopy
100 µm
Light microscopy
1 mm
Figure 6.3
Light Microscopy (LM)
Electron Microscopy (EM)
Brightfield
(unstained specimen)
Confocal
Longitudinal section
of cilium
Cross section
of cilium
50 µm
Cilia
50 µm
Brightfield
(stained specimen)
2 µm
2 µm
Deconvolution
10 µm
Phase-contrast
Differential-interferencecontrast (Nomarski)
Super-resolution
10 µm
1 µm
Fluorescence
Scanning electron
microscopy (SEM)
Transmission electron
microscopy (TEM)
•  LMs can magnify effectively to about 1,000 times
the size of the actual specimen
•  Various techniques enhance contrast and enable
cell components to be stained or labeled
•  Most subcellular structures, including organelles
(membrane-enclosed compartments), are too
small to be resolved by an LM
© 2011 Pearson Education, Inc.
•  Two basic types of electron microscopes (EMs)
are used to study subcellular structures
•  Scanning electron microscopes (SEMs) focus
a beam of electrons onto the surface of a
specimen, providing images that look 3-D
•  Transmission electron microscopes (TEMs)
focus a beam of electrons through a specimen
•  TEMs are used mainly to study the internal
structure of cells
© 2011 Pearson Education, Inc.
•  Recent advances in light microscopy
–  Confocal microscopy and deconvolution
microscopy provide sharper images of threedimensional tissues and cells
–  New techniques for labeling cells improve
resolution
© 2011 Pearson Education, Inc.
Cell Fractionation$
•  Cell fractionation takes cells apart and
separates the major organelles from one another
•  Centrifuges fractionate cells into their component
parts
•  Cell fractionation enables scientists to determine
the functions of organelles
•  Biochemistry and cytology help correlate cell
function with structure
Figure 6.4a
TECHNIQUE
Homogenization
Tissue
cells
Homogenate
Centrifugation
Figure 6.4b
TECHNIQUE (cont.)
Centrifuged at
1,000 g
(1,000 times the
force of gravity)
for 10 min Supernatant
poured into
next tube
20,000 g
20 min
Pellet rich in
nuclei and
cellular debris
Differential
centrifugation
80,000 g
60 min
150,000 g
3 hr
Pellet rich in
mitochondria
(and chloroplasts if cells
are from a plant)
Pellet rich in
microsomes
Pellet rich in
ribosomes
เซลล์$
•  ชนิดของเซลล์$
•  โครงสร้างของเซลล์โปรคาริโอต$
•  โครงสร้างของเซลล์ยูคาริโอต$
Figure 6.5
Fimbriae
Nucleoid
Ribosomes
Plasma
membrane
Bacterial
chromosome
Cell wall
Capsule
0.5 µm
(a) A typical
rod-shaped
bacterium
Flagella
(b) A thin section
through the
bacterium Bacillus
coagulans (TEM)
Figure 6.5a
0.5 µm
(b) A thin section through the
bacterium Bacillus coagulans
(TEM)
Figure 6.8a
ENDOPLASMIC RETICULUM (ER)
Flagellum
Rough Smooth
ER
ER
Nuclear
envelope
NUCLEUS
Nucleolus
Chromatin
Centrosome
Plasma
membrane
CYTOSKELETON:
Microfilaments
Intermediate filaments
Microtubules
Ribosomes
Microvilli
Golgi apparatus
Peroxisome
Mitochondrion
Lysosome
Figure 6.8b
Animal Cells
10 µm
Fungal Cells
1 µm
Cell wall
Vacuole
Buds
5 µm
Cell
Nucleus
Nucleolus
Human cells from lining
of uterus (colorized TEM)
Parent
cell
Nucleus
Mitochondrion
Yeast cells budding
(colorized SEM)
A single yeast cell
(colorized TEM)
Figure 6.8ba
10 µm
Animal Cells
Cell
Nucleus
Nucleolus
Human cells from lining
of uterus (colorized TEM)
Figure 6.8bb
Fungal Cells
Parent
cell
5 µm
Buds
Yeast cells budding
(colorized SEM)
Figure 6.8bc
1 µm
Cell wall
Vacuole
Nucleus
Mitochondrion
A single yeast cell
(colorized TEM)
Figure 6.8c
Nuclear
envelope
NUCLEUS
Nucleolus
Chromatin
Rough
endoplasmic
reticulum
Smooth
endoplasmic
reticulum
Ribosomes
Central vacuole
Golgi
apparatus
Microfilaments
Intermediate
filaments
Microtubules
Mitochondrion
Peroxisome
Chloroplast
Plasma membrane
Cell wall
Wall of adjacent cell
Plasmodesmata
CYTOSKELETON
Figure 6.8d
Cell wall
Flagella
1 µm
5 µm
Cell
8 µm
Protistan Cells
Plant Cells
Nucleus
Chloroplast
Nucleolus
Mitochondrion
Vacuole
Nucleus
Nucleolus
Cells from duckweed
(colorized TEM)
Chloroplast
Chlamydomonas
(colorized SEM)
Cell wall
Chlamydomonas
(colorized TEM)
Figure 6.8da
Plant Cells
5 µm
Cell
Cell wall
Chloroplast
Mitochondrion
Nucleus
Nucleolus
Cells from duckweed
(colorized TEM)
Figure 6.8db
8 µm
Protistan Cells
Chlamydomonas
(colorized SEM)
Figure 6.8dc
Protistan Cells
1 µm
Flagella
Nucleus
Nucleolus
Vacuole
Chloroplast
Cell wall
Chlamydomonas
(colorized TEM)
ชนิดของเซลล์$
โพรคาริโอต
"
ยูคาริโอต $
นิวเคลียส
"
"ไม่มี V
V มี$
ขนาด
"
"~1µm
10-100µm
Organelles
"ส่วนใหญ่ไม่มี
ขนาดของไรโบโซม V
V70s V
ขนาดจีโนม (bp)
"106
ชนิดโครโมโซม
ตัวอย่าง
V
"
วงกลม 1 สาย
มี$
V
V80s$
V106 -109 $
V ปลายเปิด หลายสาย $
VBacteria, Cyanobacteria
VProtist-Animals$
!
โครงสร้างของแบคทีเรีย$
แคบซูล (capsule): polysaccharide ก่อโรค$
ผนังเซลล์ (cell wall): peptidoglycan
แฟลกเจลลัมของแบคทีเรีย!
•  Cilia and flagella share a common structure
–  A core of microtubules sheathed by the plasma
membrane
–  A basal body that anchors the cilium or
flagellum
–  A motor protein called dynein, which drives the
bending movements of a cilium or flagellum
© 2011 Pearson Education, Inc.
Direction of swimming
(a) Motion of flagella
5 µm
Direction of organism s movement
Power stroke Recovery stroke
(b) Motion of cilia
15 µm
Figure 6.24
0.1 µm
Outer microtubule
doublet
Dynein proteins
Central
microtubule
Radial
spoke
Microtubules
Plasma
membrane
(b) Cross section of
motile cilium
Cross-linking
proteins between
outer doublets
Basal body
0.5 µm
(a) Longitudinal section
of motile cilium
0.1 µm
Triplet
(c) Cross section of
basal body
Plasma membrane
Figure 6.24a
Microtubules
Plasma
membrane
Basal body
0.5 µm
(a) Longitudinal section
of motile cilium
โครงสร้างของเซลล์ยูคาริโอต$
1. 
2. 
3. 
4. 
5. 
6. 
7. 
8. 
ผนังเซลล์ พบในโพรติสต์ พืช และฟังไจ $
เยื่อหุ้มเซลล์$
นิวเคลียส$
ไมโครบอดี - เพอรอกซิโซม$
ไมโทคอนเดรีย - คลอโรพลาส$
ระบบเมมเบรน: ER, Golgi complex, Lysosome$
แวคิวโอล $
โครงของเซลล์ (cytoskeleton) $
เมมเบรน$
•  องค์ประกอบทางเคมีของเมมเบรนและหน้าที่$
•  ไขมัน V
V$ •  เป็นของไหล$
•  โปรตีน V
V$ •  ขนส่ง สื่อสาร ยึดเกาะ เอนไซม์$
•  คาร์โบไฮเดรต V$ •  จดจำกันได้ของเซลล์$
•  โครงสร้าง$
•  Fluid mosaic model$
•  การขนส่งสารผ่านเมมเบรน$
•  Passive – Active transport – Facilitated diffusion$
Fluid Mosaic Model
ไมโทคอนเดรีย และ คลอโรพลาสต์!
ไมโทคอนเดรีย$
คลอโรพลาสต์$
•  มีเมมเบรนสองชั้น: $
ชั้นในขดเป็นชั้น “cristae”$
ของเหลวภายใน: matrix$
•  มีไรโบโซม $
•  มีดีเอ็นเอ ส่วนใหญ่เป็นแบบ
วงกลม$
•  เพิ่มและลดจำนวนได้$
•  การหายใจระดับเซลล์$
•  มีเมมเบรนสองชั้น$
Thylakoid, Granum/grana$
ของเหลวภายใน: stroma$
•  มีไรโบโซม $
•  มีดีเอ็นเอ ส่วนใหญ่เป็นแบบ
วงกลม$
•  เพิ่มและลดจำนวนได้$
•  การสังเคราะห์ด้วยแสง$
สมมุติฐาน Endosymbiosis$
Concept 6.4: The endomembrane system regulates protein
traffic and performs metabolic functions in the cell
•  Components of the endomembrane system
–  Nuclear envelope
–  Endoplasmic reticulum
–  Golgi apparatus
–  Lysosomes
–  Vacuoles
–  Plasma membrane
•  These components are either continuous or
connected via transfer by vesicles
© 2011 Pearson Education, Inc.
The Endoplasmic Reticulum:
Biosynthetic Factory
•  The endoplasmic reticulum (ER) accounts for
more than half of the total membrane in many
eukaryotic cells
•  The ER membrane is continuous with the nuclear
envelope
•  There are two distinct regions of ER
–  Smooth ER, which lacks ribosomes
–  Rough ER, surface is studded with ribosomes
© 2011 Pearson Education, Inc.
Figure 6.11
Smooth ER
Nuclear
envelope
Rough ER
ER lumen
Cisternae
Ribosomes
Transport vesicle
Smooth ER
Transitional ER
Rough ER
200 nm
Figure 6.11a
Smooth ER
Nuclear
envelope
Rough ER
ER lumen
Cisternae
Ribosomes
Transport vesicle
Transitional ER
Figure 6.11b
Smooth ER
Rough ER
200 nm
Functions of Smooth ER
•  The smooth ER
–  Synthesizes lipids
–  Metabolizes carbohydrates
–  Detoxifies drugs and poisons
–  Stores calcium ions
© 2011 Pearson Education, Inc.
Functions of Rough ER
•  The rough ER
–  Has bound ribosomes, which secrete
glycoproteins (proteins covalently bonded to
carbohydrates)
–  Distributes transport vesicles, proteins
surrounded by membranes
–  Is a membrane factory for the cell
© 2011 Pearson Education, Inc.
The Golgi Apparatus: Shipping and !
Receiving Center!
•  The Golgi apparatus consists of flattened
membranous sacs called cisternae
•  Functions of the Golgi apparatus
–  Modifies products of the ER
–  Manufactures certain macromolecules
–  Sorts and packages materials into transport
vesicles
© 2011 Pearson Education, Inc.
Figure 6.12
cis face
( receiving side of
Golgi apparatus)
0.1 µm
Cisternae
trans face
( shipping side of
Golgi apparatus)
TEM of Golgi apparatus
Figure 6.12a
0.1 µm
TEM of Golgi apparatus
Lysosomes: Digestive Compartments
•  A lysosome is a membranous sac of
hydrolytic enzymes that can digest
macromolecules
•  Lysosomal enzymes can hydrolyze proteins,
fats, polysaccharides, and nucleic acids
•  Lysosomal enzymes work best in the acidic
environment inside the lysosome
© 2011 Pearson Education, Inc.
•  Some types of cell can engulf another cell by
phagocytosis; this forms a food vacuole
•  A lysosome fuses with the food vacuole and
digests the molecules
•  Lysosomes also use enzymes to recycle the
cell s own organelles and macromolecules, a
process called autophagy
© 2011 Pearson Education, Inc.
Figure 6.13
Nucleus
Vesicle containing
two damaged
organelles
1 µm
1 µm
Mitochondrion
fragment
Peroxisome
fragment
Lysosome
Digestive
enzymes
Lysosome
Lysosome
Plasma membrane
Peroxisome
Digestion
Food vacuole
Vesicle
(a) Phagocytosis
(b) Autophagy
Mitochondrion
Digestion
Figure 6.13a
Nucleus
1 µm
Lysosome
Digestive
enzymes
Lysosome
Plasma membrane
Digestion
Food vacuole
(a) Phagocytosis
Figure 6.13aa
Nucleus
Lysosome
1 µm
Figure 6.13b
Vesicle containing
two damaged
organelles
1 µm
Mitochondrion
fragment
Peroxisome
fragment
Lysosome
Peroxisome
Vesicle
(b) Autophagy
Mitochondrion
Digestion
Figure 6.13bb
Vesicle containing
two damaged
organelles
Mitochondrion
fragment
Peroxisome
fragment
1 µm
Vacuoles: Diverse Maintenance
Compartments
•  A plant cell or fungal cell may have one or
several vacuoles, derived from endoplasmic
reticulum and Golgi apparatus
© 2011 Pearson Education, Inc.
•  Food vacuoles are formed by phagocytosis
•  Contractile vacuoles, found in many freshwater
protists, pump excess water out of cells
•  Central vacuoles, found in many mature plant
cells, hold organic compounds and water
© 2011 Pearson Education, Inc.
Figure 6.14
Central vacuole
Cytosol
Nucleus
Central
vacuole
Cell wall
Chloroplast
5 µm
Figure 6.14a
Cytosol
Nucleus
Central
vacuole
Cell wall
Chloroplast
5 µm
The Endomembrane System: A
Review
•  The endomembrane system is a complex and
dynamic player in the cell s compartmental
organization
© 2011 Pearson Education, Inc.
Figure 6.15-1
Nucleus
Rough ER
Smooth ER
Plasma
membrane
Figure 6.15-2
Nucleus
Rough ER
Smooth ER
cis Golgi
trans Golgi
Plasma
membrane
Figure 6.15-3
Nucleus
Rough ER
Smooth ER
cis Golgi
trans Golgi
Plasma
membrane
โครงของเซลล์ (cytoskeleton)$
Intermediate filament!
หน้าที่ของโครงของเซลล์ $
1. 
2. 
3. 
4. 
Structural support
Intracellular transport
Contractility and motility
Spatial organization
Table 6.1a
10 µm
Column of tubulin dimers
25 nm
α
β
Tubulin dimer
Centrosomes and Centrioles
•  In many cells, microtubules grow out from a
centrosome near the nucleus
•  The centrosome is a microtubule-organizing
center
•  In animal cells, the centrosome has a pair of
centrioles, each with nine triplets of
microtubules arranged in a ring
© 2011 Pearson Education, Inc.
Figure 6.22
Centrosome
Microtubule
Centrioles
0.25 µm
Longitudinal
section of
one centriole
Microtubules
Cross section
of the other centriole
Figure 6.22a
0.25 µm
Longitudinal
section of
one centriole
Microtubules
Cross section
of the other centriole
Table 6.1b
10 µm
Actin subunit
7 nm
Table 6.1c
5 µm
Keratin proteins
Fibrous subunit (keratins
coiled together)
8-12 nm
หน้าที่ของไมโครฟิลาเมนท์$
สรุปเรื่องเซลล์$
•  ชนิดของเซลล์: โพรคาริโอต- ยูคาริโอต $
•  โครงสร้างของเซลล์โปรคาริโอต$
o Mesosome, Flagellum, Fimbrae, Pilus/Pili$
•  โครงสร้างของเซลล์ยูคาริโอต$
o เมมเบรน$
o นิวเคลียส ไมโทคอนเดรีย คลอโรพลาส$
o ระบบเมมเบรน: การสังเคราะห์โปรตีนและหลั่งสาร$
o โครงของเซลล์: หน้าที่$