วิชาการ.คอม-บทเรียนออนไลน์-การลำเลียงสารผ่านเซลล์ | บทเรียน วิชาการ.คอม
วิทย์ทั่วไป
 

การลำเลียงสารผ่านเซลล์

สร้างเมื่อ 31 พ.ค. 2554 14:43:49
  • ระดับม.6
  • 32,798 view

เยื่อหุ้มเซลล์มีความสำคัญอย่างไร

2.2 การลำเลียงสารผ่านเซลล์
           ในการดำรงชีวิตของเซลล์  เซลล์จำเป็นต้องรับสารจากภายนอก  และกำจัดสารออกจากเซลล์เพื่อรักษาสภาพในเซลล์ให้เหมาะสม  นักเรียนจะได้ศึกษาการลำเลียงสารเข้า-ออกเซลล์ในสภาวะแวดล้อมต่างๆ

จากการกิจกรรม 2.1
    กิจกรรม 2.1 การลำเลียงสารผ่านเซลล์พืช

ตอนที่ 1
           1.    ใช้เข็มเขี่ยหรือปลายใบมีดโกนลอกเนื้อเยื่อบางๆด้านในของกลีบหอมแดง  หรือเยื่อบางๆ จากผิวใบด้านที่มีสีม่วงของว่านกาบหอยหรือใบหัวใจสีม่วง


ลอกเยื่อบางๆ ด้านในของกลีบหอมแดง

           2.    ตัดเนื้อเยื่อที่ลอกได้ออกเป็นชิ้นเล็กๆ  แล้ววางลงบนหยดน้ำบนสไลด์
           3.    ปิดด้วยกระจกปิดสไลด์  โดยวางกระจกปิดเอียงทำมุมประมาณ  45  องศากับสไลด์  แล้วค่อยๆปิดลงไปบนแผ่นสไลด์
           4.    นำสไลด์ไปตรวจดูด้วยกล้องจุลทรรศน์  โดยใช้เลนส์ใกล้วัตถุกำลังขยายต่ำและกำลังขยายสูงตามลำดับ


หยดน้ำบนสไลด์ แล้วนำเยื่อของกลีบหอมแดงมาวางลงบนหยดน้ำ

           5.    สังเกตและบันทึกภาพเซลล์ที่สังเกตเห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์


ค่อยๆ วางกระจกเปิดสไลด์ลงบนแผ่นสไลด์

ตอนที่ 2
           1.  ใช้สไลด์ที่ศึกษาในตอนที่ 1 หยดสารละลายกลูโคส  10% ลงไปที่ขอบด้านหนึ่งของกระจกปิดสไลด์       ขณะเดียวกันใช้กระดาษเยื่อค่อยๆ  แตะตรงขอบอีกด้านหนึ่งของกระจกปิดสไลด์เพื่อซับเอาน้ำเอา   น้ำออก  นำไปตรวจดูด้วยกล้องจุลทรรศน์  โดยใช้เลนส์ใกล้วัตถุกำลังขยายต่ำและกำลังขยายสูงตามลำดับ  สังเกตการเปลี่ยนแปลงของเซลล์  แล้วบันทึกผล


หยดสารละลายที่ด้านหนึ่งของกระจกปิดสไลด์ พร้อมกับใช้การดาษเยื่อแตะขอบอีกด้านหนึ่ง

           2.    หยดน้ำกลั่นลงไปที่ขอบด้านหนึ่งของกระจกปิดสไลด์  ขณะเดียวกันใช้กระดาษเยื่อค่อยๆ  แตะตรงขอบอีกด้านหนึ่งของกระจกปิดสไลด์  เพื่อซับเอาสารละลายกลูโคสออก  แล้วนำสไลด์ไปตรวจดูด้วยกล้องจุลทรรศน์อีกครั้งหนึ่ง  สังเกตการณ์เปลี่ยนแปลงของเซลล์  แล้วบันทึกภาพ

           ในตอนที่ 1 ลักษณะของเซลล์เมื่ออยู่ในน้ำกลั่นเป็นอย่างไร
           ในตอนที่ 2 ลักษณะของเซลล์ที่อยู่ในสารละลายกลูโคสกับเซลล์ที่อยู่ในน้ำกลั่น  เหมือนหรือเหมือนหรือแตกต่างกันอย่างไร
           นักเรียนจะอธิบายการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ในกิจกรรมนี้อย่างไร
           ครามรู้จากกิจกรรมนี้สรุปได้ว่าอย่างไร

จากกิจกรรมนักเรียนจะเห็นว่า  สารละลายที่เป็นสภาพแวดล้อมรอบเซลล์  มีผลทำให้มีการลำเลียงสารเข้า-ออกเซลล์ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

สารต่างๆ ผ่านเข้า-ออกเซลล์ได้อย่างไร

2.2.1 การแพร่

           นักเรียนบอกได้หรือไม่ว่า  เหตุใดเมื่อเรานำเกล็ดด่างทับทิมใส่ลงไปในบีกเกอร์ที่มีน้ำบรรจุอยู่  ในระยะแรกๆสีของด่างทับทิมจะยังไม่กระจายไปทั่วน้ำในบีกเกอร์แต่ถ้าทิ้งไว้ต่อไปยังสารละลายในบีกเกอร์จะมีสีเดียวกันทั่วทั้งบีกเกอร์

           การที่น้ำในบีกเกอร์เปลี่ยนสีไปนี้  เป็นเพราะอนุภาคของด่างทับทิมแพร่ออกไปปะปนกันอนุภาคของน้ำจนทั่วทุกแห่งตามปกติอนุภาคของสารต่างๆ  มีพลังงานจลน์ในตัวเอง  จึงไม่อยู่นิ่ง  แต่จะมีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา  ทำให้อนุภาคของสารกระทบกัน  บริเวณใดที่อนุภาคของสารมีความเข้มข้นมาก  ก็จะมีการกระทบกันมาก  ทำให้อนุภาคของสารนั้นกระจายออกไปในตัวกลางทุกทิศทุกทางเป็นบริเวณกว้าง  เรียกกระบวนการนี้ว่า  การแพร่  ดังภาพ 2.3


ภาพ 2.3 การแพร่ของอนุภาคสารกระจายไปจนทั่วภาชนะ 

           การแพร่ของสารมีทิศทางการเคลื่อนที่จากบริเวณที่สารมีความเข้มข้นสูง  ไปยังบริเวณที่สารความเข้มข้นต่ำกว่า  จนทุกบริเวณมีความเข้มข้นของสารนั้นเท่ากันเรียกว่า  ภาวะสมดุลของการแพร่  ในภาวะนี้ อนุภาคของสารก็ยังเคลื่อนที่อยู่ แต่อัตราการเคลื่อนที่ และความเข้มข้นของอนุภาคสารโดยเฉลี่ยจะเท่ากันทุกบริเวณ
           การแพร่เป็นกระบวนการหนึ่งที่ทำให้เซลล์ของสิ่งชีวิตได้รับสารเข้าและกำจัดสารออกจากเซลล์  เช่นการแพร่ของออซิเจนจากถุงลมในปอดเข้าสู้หลอดเลือกฝอยรอบๆ ถุงลม ในภาพ 2.4 เป็นต้น


ภาพ 2.4 การแพร่ของออกซิเจนจากถุงลมเข้าสู่เซลล์เม็ดเลือดแดงในหลอดเลือดฝอย

           นักเรียนบอกได้หรือไม่ว่า  เพราะเหตุใดออกซิเจนจึงแพร่จากบริเวณถุงลมเข้าสู่หลอดเลือดฝอย  เซลล์ของสิ่งมีชีวิตต้องการน้ำสำหรับกระบวนการต่างๆ ในเซลล์  น้ำผ่านเข้าออกจากเซลล์โดยการแพร่เช่นกัน  การแพร่ของน้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์  จากบริเวณที่มีอนุภาคของน้ำมาก  ไปสู้บริเวณที่มีอนุภาคของน้ำน้อยกว่าเรียกว่า ออสโมซิส  (osmosis) เช่น การแพร่ของน้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์พืชในกิจกรรม 2.1 ตอนที่ 2 ซึ่งน้ำจากสิ่งแวดล้อมนอกเซลล์ จะออสโมซิสเข้าไปในเซลล์ทำให้เซลล์แต่ง นักเรียนสามารถศึกษาการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ซึ่งเป็นผลจากกระบวนการออสโมซิส เมื่อเซลล์อยู่ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ได้จากภาพ 2.5  


ภาพ 2.5 การเกิดออสโมซิสในเซลล์พืชและเซลล์สัตว์ 

           อะไรทำให้เซลล์พืชและเซลล์พืชและเซลล์สัตว์เกิดการเปลี่ยนแปลง
           เซลล์พืชและเซลล์สัตว์มีการเปลี่ยนแปลงต่างกันอย่างไร  เพราะเหตุใด

           การเปลี่ยนแปลงของเซลล์ในภาพ 2.5 ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายรอบเซลล์  ถ้าสารละลายภายนอกเซลล์มีความเข้มข้นน้อยกว่าภายในเซลล์  น้ำจะแพร่เข้าสู่เซลล์  ทำให้ขยายใหญ่ขึ้น  เรียกสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าภายในเซลล์นี้ว่า  สารละลายไฮโพโทนิค  (hypotonic solution)

           ในสารละลายไฮโพโทนิด เซลล์สัตว์อาจขยายออกจนเซลล์แตกได้ แต่ทำไมเซลล์พืชถึงไม้แตก

           เมื่อเซลล์ในสารละลายที่มีความเข้มข้นมากกว่าสารละลายภายในเซลล์ หรือเรียกว่า สารละลายไฮเพอร์โทนิด (hypotonic solution) น้ำจะออสโมซิสออกจากเซลล์ทำให้เซลล์เหี่ยว เช่น ถ้านำเซลล์เม็ดเลือกแดงไปแช่ในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ 10% เม็ดเลือดแดงจะสูญเสียน้ำทำให้เซลล์เหี่ยว เพราะสารละลายโซเดียมคลอไรด์มีความเข้มข้นมากกว่าสารละลายในเซลล์เม็ดเลือดแดง ซึ่งเข้มข้นประมาณ 0.85%

           เมื่อนำเซลล์เม็ดเลือกแดงไปแช่ในสารละลายโซเดียมคลอไรด์ที่มีความเข้มข้นประมาณ
0.85 % เซลล์จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากความเข้มข้นของสารละลายโซเดียมคลอไรด์เท่ากับความเข้มข้นของสารละลายภายในเซลล์เม็ดเลือกแดง เรียกสารละลายที่มีความเข้มข้นเท่ากับสารละลายภายในเซลล์ว่า สารละลายไอโซโทนนิค (isotonic solution)

           เรานำความรู้เกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ที่มีสารละลายที่มีความเข้มข้นแตกต่างกันมาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันหลายกรณี  เช่น  ในการให้น้ำเกลือแก่ผู้ป่วย  น้ำเกลือซึ่งเป็นสารละลายไอโซโทนนิคจะไม่ทำให้เสียสมดุลของแม่และแร่ธาตุในเซลล์  ผักและผลไม้บางชนิดที่เหี่ยวไม่มากหนัก  เมื่อนำไปแช่น้ำซึ่งเป็นสารละลายไอโซโทนนิค น้ำจะออสโมซิสเข้าสู่เซลล์ทำให้ผักและผลไม้นั้นกลับคืนสู่สภาพเดิน

           บางครั้งความเข้มข้นของสารอาจไม่เอื้อให้เกิดการแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์  หรือสารบางอย่างก็แพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ไม่ได้  เมื่อเซลล์จำเป็นต้องใช้สารเหล่านี้ในกิจกรรมต่างๆ เซลล์จะลำเลียงสารผ่านเยื่ออหุ้มเซลล์ด้วยการลำเลียงแบบฟาซิลิเทต (facilitated transport) หรือ ด้วยการลำเลียงแบบใช้พลังงาน (active transport) ซึ่งนักเรียนจะได้ศึกษาต่อไป

2.2.2. การลำเลียงแบบฟาซิลิเทต
           สารบางชนิดเช่น  กลูโคส  กรดอะมิโน และไอออนต่างๆ  สามารถลำเลียงผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้  เนื่องจากบนเยื่อหุ้มเซลล์มี โปรตีนตัวพา ซึ่งจับกับสารที่จะถูกลำเลียงอย่างเฉพาะเจาะจง แล้วลำเลียงสารนั้นผ่านเข้าและออกจากเซลล์ได้โดยไม่ต้องอาศัยพลังงาน ทิศทางการลำเลียงจะมีลักษณะเดียวกับการแพร่ คือจากบริเวณที่สารมีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่สารมีความเข้มข้นต่ำกว่าเรียกว่าการลำเลียงแบบนี้ว่าการลำเลียงแบบฟาซิลิเทต ซึ่งมีอัตราเร็วมากกว่าการแพร่ธรรมดาหลายเท่าตัว


ภาพ 2.6 การลำเลียงแบบฟาซิลิเทต

2.2.3การลำเลียงแบบใช้พลังงาน
           บางครั้งเซลล์ลำเลียงสารบริเวณที่ความเข้มข้นของสารต่ำ  ไปสู่บริเวณที่ความเข้มข้นของสารนั้นสูง เช่น การดูดซึมกลูโคสโดยเซลล์ผนังลำไล้เล็ก  ซึ่งกระบวนการดูดซึมจะไม่หยุด  แม้ความเข้มข้นของกลูโคสนอกเซลล์จะน้อยกว่าภายในเซลล์  การนำกลูโคสเข้าสู่เซลล์ในกรณีนี้จะใช้พลังงานจากการสลายสารอาหาร  นอกจากนั้นกระบวนการลำเลียงยังต้องการโปรตีนตัวพา  เรียกการลำเลียงสรผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบนี้ว่า   การลำเลียงแบบนี้ได้แก่การลำเลียงไอออนต่างๆ  ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทระหว่างการส่งกระแสประสาท  และการลำเลียงไอออนออกจากร่างกายที่ต่อมเหงื่อ


ภาพ 2.7 การลำเลียงแบบใช้พลังงาน

           นักเรียนคิดว่าการลำเลียงแบบฟาซิลิเทตและการลำเลียงแบบใช้พลังงานเหมือนและต่างกันอย่างไร

           การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยวิธีต่างๆ  ที่กล่าวมา  ทำให้สารแต่ละชนิดผ่านเข้า-ออกเซลล์ได้ในอัตราเร็วแตกต่างกัน  เยื่อเซลล์จึงมีสมบัติเป็นเยื่อเลือกผ่าน สารบางชนิดเข้า-ออกเซลล์โดยไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยตรง แต่จะใช้กระบวนลำเลียงสารแบบอื่น

           เซลล์มีกระบวนการอย่างไร ในการลำเลียงสารที่ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้โดยตรง

2.2.4 การลำเลียงสารขนาดใหญ่
           สำหรับสารโมเลกุลใหญ่  เช่น  โปรตีน  หรือคาร์ไบไฮเดรตที่จำเป็นต้องลำเลียงเข้าหรือออกจากเซลล์แต่ไม่สามารถผ่านโปรตีนตัวพาได้เนื่องจากโมเลกุลมีขนาดใหญ่เกิน  สารนั้นจะถูกโอบล้อมด้วยเยื่อหุ้มเซลล์แล้วลำเลียงออกจากเซลล์ด้วยกระบวนการเอกโซไซโทซิส (exocytose) หรือลำเลียงเข้าสู่เซลล์ด้วยกระบนวการเอกโดไซโทซิส (endocytosis) 

           ในกระบวนการเอกโซไซโทซิส สารที่จะส่งออกไปนอกเซลล์จะบรรจุอยู่ในถุงเล็ก  (vesicle)  ดังภาพ 2.8 เมื่อถุงนี้รวมตัวกับเยื่อหุ้มเซลล์  สารที่อยู่ภายในถุงจะถูกปล่อยออกไปนอกเซลล์  ตัวอย่างการลำเลียงแบบนี้  เช่น  การหลั่งเอนโซม์จากเซลล์ลำไล้เล็กและกระเพาะอาหารเข้าสู่ทางเดินอาหารเพื่อย่อยอาหาร  และการลำเลียงฮอร์โมนอินซูลินออกจากเซลล์ตับอ่อน  เป็นต้น


ภาพ  2.8  กระบวนการลำเลียงสารออกจากเซลล์แบบเอกโซไซโทซิส

           กระบวนการเอกโดไซโทซิสเป็นการลำเลียงสารขนาดใหญ่เข้าสู่เซลล์  เยื่อหุ้มเซลล์จะเว้าเข้าไปในไซโทพลาซึม  จนกลายเป็นถุงเล็กๆ  และเยื่อหุ้มเซลล์ปิดสนิท  ถุงนี้จะหลุดเข้าไปอยู่ในไซโทพลาซึม  ดังภาพ 2.9 กระบวนการเอกโดไซโทซิสบางรูปแบบมีโปรตีนตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์จับกับสารที่ต้องการลำเลียงอย่างเฉพาะเจาะจง


ภาพ 2.9 กระบวนการเอนโดไซโทซิสรูปแบบหนึ่ง