เซลล์ (ชีววิทยา)

ระวังสับสนกับ ชีววิทยาเซลล์

เซลล์ (อังกฤษ: cell จากภาษาละติน cella แปลว่าห้องเล็ก ๆ) เป็นโครงสร้างและหน่วยการทำงานพื้นฐานที่สุดของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดที่ทราบกัน เซลล์เป็นหน่วยย่อยที่สุดที่จะเรียกว่า "ชีวิต" ได้ ในบางครั้งอาจเรียกว่า"หน่วยโครงสร้างของชีวิต" (the building block of life) การศึกษาเกี่ยวกับเซลล์เรียกว่าชีววิทยาของเซลล์ (cell biology), ชีววิทยาระดับเซลล์, หรือเซลล์วิทยา (cytology)

เซลล์
เซลล์ของรากหัวหอม (Allium cepa) ที่อยู่ในระยะต่าง ๆ ของการแบ่งเซลล์ (ภาพโดย E. B. Wilson, 1900)
เซลล์ยูแคริโอต (ซ้าย) และเซลล์โพรแคริโอต (ขวา)
ตัวระบุ
MeSH	D002477
TH	H1.00.01.0.00001
FMA	686465
อภิธานศัพท์กายวิภาคศาสตร์ [แก้ไขบนวิกิสนเทศ]

เซลล์ประกอบจากไซโทพลาซึมที่มีเยื่อหุ้มล้อมรอบ ภายในไซโทพลาซึมบรรจุสารชีวโมเลกุลเช่นโปรตีนและกรดนิวคลิอิก เซลล์ของพืชและสัตว์ส่วนใหญ่สามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่มีมิติ (dimension) ระหว่าง 1 ถึง 100  ไมโครเมตร กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนให้ความคมชัดและรายละเอียดที่มากกว่า สิ่งมีชีวิตถูกจำแนกออกเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (unicellular; เช่นแบคทีเรีย) และหลายเซลล์ (multicellular; เช่นพืชและสัตว์) โดยสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวส่วนมากจัดเป็นจุลชีพ (microorganism)

จำนวนของเซลล์ในพืชและสัตว์แตกต่างกันออกไปตามแต่ละสปีชีส์ มีการประมาณว่าร่างกายของมนุษย์มีจำนวนเซลล์ที่ 40 ล้านล้าน (4×10¹³) เซลล์ สำหรับเซลล์ในสมองอยู่ที่ประมาณ 8 หมื่นล้านเซลล์

รอเบิร์ต ฮุก (Robert Hooke) เซลล์ค้นพบใน ค.ศ. 1665 โดยตั้งชื่อว่า cell เนื่องจากเขาเปรียบเซลล์ของไม้ก๊อกที่เห็นว่ามีลักษณะคล้ายคลึงกับห้องที่นักบวชในศาสนาคริสต์ใช้อาศัยภายในอาราม ใน ค.ศ. 1839 มัตทิอัส ยาคอบ ชไลเดน (Matthias Jakob Schleiden) และทีโอดอร์ ชวานน์ (Theodor Schwann) พัฒนาทฤษฎีเซลล์ที่กล่าวว่า สิ่งมีชีวิตทุกชนิดล้วนประกอบขึ้นจากหนึ่งเซลล์หรือมากกว่าหนึ่ง, เซลล์เป็นโครงสร้างและหน่วยการทำงานที่เป็นขั้นมูลฐานของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด, และเซลล์ทั้งหมดกำเนิดมาจากเซลล์ที่มีอยู่ก่อน (preexisting cell) เซลล์ปรากฏขึ้นบนโลกเมื่อประมาณ 3.5 พันล้านปีก่อน

ประเภทของเซลล์

เซลล์มีสองประเภทคือ ยูแคริโอตที่มีนิวเคลียส, และโพรแคริโอตที่ไม่มีนิวเคลียส โดยโพรแคริโอตจะพบเป็นเพียงสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเท่านั้น ในขณะที่ยูแคริโอตสามารถพบได้ทั้งสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวและหลายเซลล์

เซลล์โพรแคริโอต

ดูบทความหลักที่: โพรแคริโอต

 

โครงสร้างทั่วไปของเซลล์โพรแคริโอต

โพรแคริโอตประกอบด้วยแบคทีเรียและอาร์เคีย ซึ่งเป็นสองจากสามโดเมนของสิ่งมีชีวิต เซลล์โพรแคริโอตเป็นรูปแบบแรกของชีวิตบนโลก ซึ่งถูกกำหนดลักษณะด้วยการมีกระบวนการทางชีววิทยาที่จำเป็น อันรวมไปถึงการสื่อสารระหว่างเซลล์ เซลล์ประเภทนี้มีความซับซ้อนน้อยและขนาดที่เล็กกว่าเซลล์ยูแคริโอต และไม่มีนิวเคลียสกับออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม ดีเอ็นเอของเซลล์โพรแคริโอตประกอบด้วยโครโมโซมแบบวงกลมเพียงหนึ่งวงที่สัมผัสกับไซโทพลาซึมโดยตรง บริเวณของไซโทพลาซึมที่มีสารพันธุกรรมเรียกว่า นิวคลีออยด์ (nucleoid) โพรแคริโอตเกือบทุกชนิดเป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 0.5 ถึง 2.0 μm

เซลล์โพรแคริโอตมีสามบริเวณคือ:

• ส่วนห่อหุ้มเซลล์ – โดยทั่วไปประกอบขึ้นจากเยื่อหุ้มเซลล์ที่หุ้มด้วยผนังเซลล์อีกชั้นหนึ่ง ในแบคทีเรียบางชนิดอาจพบชั้นห่อหุ้มเซลล์ชั้นที่สามเรียกว่า แคปซูล (capsule) แม้วว่าโพรแคริโอตส่วนใหญ่จะมีชั้นของเยื่อหุ้มเซลล์และผนังเซลล์ แต่ก็มียกเว้นเช่น Mycoplasma (แบคทีเรีย) และ Thermoplasma (อาร์เคีย) ที่มีเพียงชั้นเยื่อหุ้มเซลล์เท่านั้น ส่วนห่อหุ้มเซลล์ให้แข็งแรงแก่เซลล์และแยกภายในของเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อม โดยเป็นตัวกรองที่ทำหน้าที่ป้องกันได้ด้วย (protective filter) ในแบคทีเรีย ผนังเซลล์ประกอบขึ้นจากเพปทิโดไกลแคน (peptidoglycan) ทำหน้าที่เป็นส่วนเสริมเพื่อป้องกันแรงภายนอก และยังช่วยป้องกันไม่ให้เซลล์ขยายตัวและระเบิดออก (cytolysis) เนื่องจากแรงดันออสโมติกในสารละลายที่มีความเข้มข้นน้อยกว่าในเซลล์ (hypotonic solution) เซลล์ยูแคริโอตบางชนิด (เช่นเซลล์พืชและเซลล์เห็ดรา) สามารถพบผนังเซลล์ได้เช่นกัน
• บริเวณของไซโทพลาซึมที่บรรจุจีโนม (ดีเอ็นเอ), ไรโบโซม, และอินคลูชันหลายชนิดไว้ สารพันธุกรรมสามารถพบได้เป็นอิสระในไซโทพลาซึม โพรแคริโอตมีสารพันธุกรรมที่อยู่นอกโครโมโซม (extrachromosomal DNA) ที่เรียกว่าพลาสมิด (plasmid) ซึ่งโดยปกติอยู่ในรูปวงกลม สำหรับพลาสมิดแบบเส้นมีการระบุในแบคทีเรียชั้นสไปโรคีทบางสปีชีส์ ทั้งในสกุล Borrelia ซึ่งเป็นที่ทราบกันเช่น Borrelia burgdorferi ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคลายม์ (Lyme disease) ดีเอ็นเอขดตัวอยู่ที่บริเวณนิวคลีออยด์แม้ว่านิวเคลียสจะไม่ก่อตัว พลาสมิดเข้ารหัสสำหรับยีนส่วนเสริมเช่น ยีนต้านทานยาปฏิชีวนะ
• ด้านนอกของเซลล์พบแฟลเจลลาและพิลัสยื่นออกมาจากผิวเซลล์ ซึงเป็นโครงสร้างที่ประกอบจากโปรตีนที่ช่วยให้เซลล์สามารถเคลื่อนไหวและสื่อสารกับเซลล์อื่นได้

 

โครงสร้างโดยทั่วไปของเซลล์สัตว์

 

โครงสร้างโดยทั่วไปของเซลล์พืช

เซลล์ยูแคริโอต

ดูบทความหลักที่: ยูแคริโอต

พืช, สัตว์, เห็ดรา, ราเมือก, โพรโทซัว, และสาหร่าย ล้วนเป็นสิ่งมีชีวิตยูแคริโอต เซลล์ประเภทนี้มีความกว้างมากกว่าเซลล์โพรแครโอตทั่วไปประมาณ 15 เท่า และอาจมีปริมาตรที่มากกว่าถึง 1000 เท่า คุณลักษณะสำคัญที่ใช้แยกเซลล์ยูแคริโอตออกจากเซลล์โพรแคริโอตคือ การจัดส่วนการทำงานภายในเซลล์ (compartmentalisation) ด้วยการมีออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม (ส่วนการทำงาน) ที่ซึ่งเกิดกิจกรรมต่าง ๆ ภายในเซลล์ โดยออร์แกเนลล์ที่สำคัญที่สุดคือนิวเคลียส อันบรรจุดีเอ็นเอของเซลล์ไว้ นิวเคลียสยังเป็นที่มาของของชื่อ ยูแคริโอต ที่แปลว่า แก่นแท้จริง (true kernel) และยังมีความแตกต่างอื่น ๆ เช่น:

• เยื่อหุ้มเซลล์ที่คล้ายคลึงกับของโพรแคริโอตในด้านของหน้าที่และการทำงาน โดยมีความแตกต่างเล็กน้อยในกระบวนการก่อรูป อาจพบผนังเซลล์หรือไม่ก็ได้
• ดีเอ็นเอของยูแคริโอตจัดตัวร่วมกับโปรตีนฮิสโตนอยู่ในโมเลกุลเดียวหรือมากกว่า เรียกว่าโครโมโซม (chromosome) ดีเอ็นทั้งหมดที่อยู่ในโครโมโซมถูกเก็บไว้ในนิวเคลียสแยกต่างหากจากไซโทพลาซึมด้วยเยื่อหุ้ม ออร์แกเนลล์บางชนิดของยูแคริโอตเช่น ไมโทคอนเดรีย สามารถมีดีเอ็นเอของตัวเองได้
• เซลล์ยูแคริโอตหลายชนิดเป็นพวกซิลิเอต (cilate) ที่มีซิเลียปฐมภูมิสำหรับทำหน้าที่รับรู้สิ่งเร้าในเชิงเคมี, เชิงกล, และเชิงอุณหภูมิ ซิเลียมแต่ละเส้นอาจถูกพิจารณา ได้ว่าเป็นหนวดรับความรู้สึกระดับเซลล์ที่ทำหน้าที่ประสานวิถีการสื่อสัญญาณระดับเซลล์ ในบางครั้งอาจควบสัญญาณเพื่อนำไปสู่การเคลื่อนไหวของซิเลียเองหรือนำไปสู่กระบวนการแบ่งเซลล์หรือกระบวนการพัฒนาไปทำหน้าที่เฉพาะ (cell differentiation)
• เซลล์ยูแคริโอตที่เคลื่อนที่ได้จะใช้ซิเลียและแฟลเจลลา ในพืชตระกูลสนและพืชดอกไม่พบเซลล์ที่เคลื่อนที่ได้ และแฟลเจลลาของยูแคริโอตมีความซับซ้อนมากกว่าของในโพรแคริโอต

การเปรียบเทียบคุณลักษณะระหว่างเซลล์โพรแคริโอตและยูแคริโอต

	โพรแคริโอต	ยูแคริโอต
Typical organisms	แบคทีเรีย, อาร์เคีย	โพรทิสต์, เห็ดรา, พืช, สัตว์
ขนาดโดยทั่วไป	~ 1–5 μm	~ 10–100 μm
ประเภทของนิวเคลียส	นิวคลีออยด์; ไม่มีนิวเคลียสแท้จริง	นิวเคลียสแท้จริงที่มีเยื่อหุ้มสองชั้น
ดีเอ็นเอ	แบบวงแหวน (โดยปกติ)	แบบเส้น (โครโมโซม) พร้อมกับมีโปรตีนฮิสโตน
อาร์เอ็นเอ/การสังเคราะห์โปรตีน	เกิดขึ้นควบคู่กันในไซโทพลาซึม	การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอเกิดขึ้นในนิวเคลียส การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในไซโทพลาซึม
ไรโบโซม	50S และ 30S	60S และ 40S
โครงสร้างภายในไซโตพลาสซึม	มีโครงสร้างน้อยมาก	มีความซับซ้อนสูงจากการที่มีเอนโดเมมเบรนและไซโทสเกเลตัน
การเคลื่อนไหวของเซลล์	แฟลกเจลลาที่สร้างด้วยแฟลเจลลิน	แฟลกเจลลาและซิเลียที่มีไมโครทิวบูล; ลาเมลลิโพเดียและฟิโลโพเดียที่มีแอกติน
ไมโทคอนเดรีย	ไม่มี	ตั้งแต่หนึ่งจนถึงหลายพัน
คลอโรพลาสต์	ไม่มี	ในสาหร่ายและพืช
การจัดระเบียบ	ปกติเป็นเซลล์เดี่ยว	เซลล์เดี่ยว, โคโลนี, สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ชั้นสูงจะมีเซลล์หลายชนิดที่มีหน้าที่เฉพาะมากมาย
การแบ่งเซลล์	การแบ่งตัวออกเป็นสอง (การแบ่งเซลล์อย่างง่าย)	ไมโทซิส (แบ่งออกเป็นสองหรือแตกหน่อ) ไมโอซิส
โครโมโซม	โครโมโซมหนึ่งอัน	มีโครโมโซมมากกว่าหนึ่งอัน
เยื่อหุ้ม	เยื่อหุ้มเซลล์	เยื่อหุ้มเซลล์และเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์

องค์ประกอบในระดับเล็กกว่าเซลล์

เซลล์ทุกชนิดไม่ว่าจะเป็นโพรแคริโอตหรือยูแคริโอต ล้วนมีเยื่อหุ้มล้อมรอบเซลล์ เพื่อควบคุมการผ่านเข้าออกของสาร (เยื่อเลือกผ่าน), และรักษาศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ ด้านในของเยื่อหุ้ม ไซโทพลาซึมกินปริมาตรเกือบทั้งหมดของเซลล์ เซลล์ทุกชนิด (ยกเว้นเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ไม่มีนิวเคลียสและออร์แกเนลล์เกือบทุกชนิด เพื่อเอื้อให้มีพื้นที่สูงสุดสำหรับรองรับฮีโมโกลบิน) มีดีเอ็นเอที่เป็นสารที่ถ่ายทอดได้ทางพันธุกรรมของยีน, และอาร์เอ็นเอมที่บรรจุข้อมูลที่จำเป็นสำหรับโปรตีนหลายชนิดเช่น เอนไซม์ (หน่วยปฏิบัติงานที่สำคัญของเซลล์) และยังมีชีวโมเลกุลอีกหลายชนิด ในที่นี้จะกล่าวถึงองค์ประกอบของเซลล์ที่สำคัญเท่านั้น

เยื่อหุ้ม

ดูบทความหลักที่: เยื่อหุ้มเซลล์

 

แผนภาพโดยละเอียดของเยื่อหุ้มเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์ หรือพลาสมาเมมเบรน เป็นเยื่อชีวภาพที่ล้อมรอบไซโทพลาซึม สำหรับในสัตว์ เยื่อหุ้มเป็นขอบเขตนอกสุดของเซลล์ ในขณะที่พืชและโพรแคริโอตมักหุ้มด้วยผนังเซลล์ เยื่อหุ้มทำหน้าที่แยกและปกป้องเซลล์จากสิ่งแวดล้อมภายนอก โดยประกอบจากชั้นคู่ของฟอสโฟลิพิดที่มีสมบัติเป็นแอมฟิฟิลิก (มีทั้งส่วนที่เป็นไฮโดรโฟบิกและไฮโดรฟิลิก) ด้วยเหตุนี้จึงถูกเรียกว่าฟอสโฟลิพิดไบแลร์ (phospholipid bilayer) หรืออาจเรียกว่าฟลูอิดโมเซอิคเมมเบรน (fluid mosaic membrane) มีโครงสร้างระดับมหโมเลกุลที่เรียกว่าพอโรโซม (porosome) เป็นทางผ่านเอนกประสงค์สำหรับการหลั่งสารของเซลล์ และมีโมเลกุลของโปรตีนจำนวนมากทำหน้าที่เป็นทั้งช่องทางผ่านและปั๊มสำหรับเคลื่อนสารเข้าและออกจากเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์ยอมให้สารบางอย่างผ่าน โดยให้สสาร (เช่นโมเลกุลหรือไอออน) ผ่านได้อย่างอิสระ, ผ่านได้ในจำนวนที่จำกัด, หรือผ่านไม่ได้เลยแม้แต่น้อย นอกจากนี้ผิวนอกของเยื่อหุ้มเซลล์ยังมีโปรตีนตัวรับ (receptor protein) ที่ทำให้เซลล์สามารถตรวจจับโมเลกุลสื่อสัญญาณเช่น ฮอร์โมน

ไซโทสเกเลตัน

ดูบทความหลักที่: ไซโทสเกเลตัน

 

ภาพฟลูออเรสเซนต์ของเอนโดธีเลียม นิวเคลียส, ไมโทคอนเดรีย, และไมโครฟิลาเมนต์ติดสีน้ำเงิน, แดง, และเขียว ตามลำดับ

ไซโทสเกเลตันทำหน้าที่จัดและรักษารูปร่างของเซลล์; ยึดออร์แกเนลล์ให้อยู่กับที่, ช่วยให้เกิดกระบวนการเอนโดไซโทซิสที่ทำให้เซลล์สามารถรับสารเข้ามาได้, และกระบวนการไซโทไคนีซิสซึ่งเป็นกระบวนการแยกเซลล์ลูกหลังจากการแบ่งเซลล์; และเคลื่อนส่วนของเซลล์ในระหว่างการเจริญเติบโตและการเคลื่อนที่ ไซโทสเกเลตันของยูแคริโอตประกอบด้วยไมโครฟิลาเมนต์, อินเทอร์มีเดียทฟิลาเมนต์, และไมโครทิวบูล อินเทอร์มีเดียตฟิลาเมนต์ของเซลล์ประสาทเรียกว่านิวโรฟิลาเมนต์ (neurofilament) โดยมีโปรตีนเข้ามาช่วยการทำงานทั้งการกำกับ, รวมกลุ่ม, และจัดเรียง ไซโทสเกเลตันในโพรแคริโอตยังไม่มีการศึกษาอย่างกระจ่างนัก แต่มีความเกี่ยวข้องกับรูปร่าง, ขั้วเซลล์ (polarity), และการแบ่งเซลล์ (cytokinesis) โปรตีนที่เป็นหน่วยย่อยของไมโครฟิลาเมนต์มีขนาดเล็กและเป็นโมโนเมอริกโปรตีน (monomeric protein) เรียกว่าแอกติน โปรตีนที่เป็นหน่วยย่อยของไมโครทิวบูลเป็นโมเลกุลไดเมอร์ (dimeric protein) ที่เรียกว่าทูบิวลิน สำหรับอินเทอร์มีเดียตฟิลาเมนต์เป็นเฮเทอโรโพลีเมอร์ (heteropolymer) ซึ่งมีหน่วยย่อยต่างกันไปตามชนิดของเซลล์ที่อยู่ในเนื้อเยื่อต่าง ๆ โปรตีนหน่วยย่อยของอินเทอร์มีเดียทฟิลาเมนต์มีได้ตั้งแต่ไวเมนทิน, เดสมิน, ลามิน (ลามินเอ, บี, และซี), เคอราทิน (ทั้งที่มีสมบัติเป็นกรดและเบสหลายชนิด), โปรตีนนิวโรฟิลาเมนต์ (NF–L, NF–M)

สารพันธุกรรม

ดูบทความหลักที่: ดีเอ็นเอ และ อาร์เอ็นเอ

 

กรดดีออกซีไรโบนิวคลิอิก (ดีเอ็นเอ)

สารพันธุกรรมมีอยู่สองรูปแบบที่แตกต่างกันคือ กรดดีออกซีไรโบนิวคลิอิก (ดีเอ็นเอ) และกรดไรโบนิวคลิอิก (อาร์เอ็นเอ) เซลล์ใช้ดีเอ็นเอเป็นแหล่งเก็บข้อมูลทางชีวภาพในระยะยาว โดยข้อมูลจะถูกเข้ารหัสอยู่ในลำดับของดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอใช้สำหรับขนส่งข้อมูล (เช่นเอ็มอาร์เอ็นเอ) และทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ (เช่นไรโบโซมัลอาร์เอ็นเอ) สำหรับทรานส์เฟอร์อาร์เอ็นเอมีหน้าที่เพิ่มกรดอะมิโนระหว่างกระบวนการแปลรหัสโปรตีน

สารพันธุกรรมของโพรแคริโอตจัดตัวเป็นวงกลมอยู่ในบริเวณนิวคลีออยด์ของไซโทพลาซึม และสารพันธุกรรมของยูแคริโอตจัดตัวเป็นเส้นที่แตกต่างกัน เรียกว่าโครโมโซม อยู่ภายในนิวเคลียส โดยอาจพบสารพันธุกรรมอยู่ภายในออร์แกเนลล์เช่นไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ (ดู − ทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก)

เซลล์ของมนุษย์มีสารพันธุกรรมที่ถุกบรรจุอยู่ในนิวเคลียส (nuclear genome) และในไมโทคอนเดรีย (mitocondrial genome) ในมนุษย์ จีโนมในนิวเคลียสถูกแบ่งออกเป็นโมเลกุลดีเอ็นเอ 46 เส้นที่เรียกว่าโครโมโซม อันประกอบด้วยโฮโมโลกัสโครโมโซม 22 คู่ และโครโมโซมเพศหนึ่งคู่ จีโนมของไมโทคอนเดรียเป็นโมเลกุลดีเอ็นเอแบบวงกลมซึ่งต่างจากดีเอ็นเอในนิวเคลียส แม้ว่าดีเอ็นเอของไมโทคอนเดรียจะมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับโครโมโซมในนิวเคลียส แต่ก็เก็บรหัสสำหรับโปรตีน 13 ชนิดที่เกี่ยวข้องกับการสร้างพลังงานของไมโทคอนเดรีย และทีอาร์เอ็นเอบางชนิด

สารพันธุกรรมแปลกปลอม (ส่วนมากเป็นดีเอ็นเอ) สามารถถูกนำเข้าสู่เซลล์ได้ด้วยกระบวนการทรานส์แฟกชัน (transfaction) โดยอาจอยู่ได้ชั่วคราวหากดีเอ็นเอไม่ถูกแทรกเข้าจีโนม หรือเสถียรหากแทรกตัวเข้าไปแแล้ว ไวรัสบางชนิดสามารถแทรกสารพันธุกรรมของมันเข้าสู่จีโนมของเจ้าบ้านได้

ออร์แกเนลล์

ดูบทความหลักที่: ออร์แกเนลล์

ออร์แกเนลล์เป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ที่ปรับตัวและ/หรือพัฒนาไปทำหน้าที่สำคัญ เปรีบยได้กับอวัยวะ (organ) ของร่างกายมนุษย์เช่นหัวใจ, ไต, และตับ โดยแต่ละอวัยวะมีหน้าที่ต่างกันออกไป ทั้งโพรแคริโอตและยูแคริโอตมีออร์แกเนลล์ แต่ออร์แกเนลล์ของโพรแคริโอตมีความซับซ้อนน้อยกว่าและไม่มีเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์

ออร์แกเนลล์มีอยู่หลายชนิด บางชนิดพบแยกอยู่เดี่ยว ๆ (เช่นนิวเคลียสและกอลไจแอปพาราตัส) ในขณะที่บางชนิดพบได้จำนวนมาก ตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพัน (เช่นไมโคอนเดรีย, คลอโรพลาสต์, เพอรอกซิโซม, และไลโซโซม) ไซโทซอลเป็นของเหลวคล้ายวุ้นที่เติมเต็มช่องว่างในเซลล์และล้อมรอบออร์แกเนลล์

ยูแคริโอต

 

เซลล์มะเร็งในมนุษย์ (ในที่นี้คือ HeLa cell) ดีเอ็นเอถูกย้อมด้วยสีน้ำเงิน เซลล์ตรงกลางและทางขวาอยู่ในระยะอินเทอร์เฟส จึงมองเห็นดีเอ็นเอได้ไม่ชัดเจนและนิวเคลียสถูกย้อมได้ตลอดทั้งโครงสร้าง เซลล์ทางด้านซ้ายกำลังอยู่ในกระบวนการไมโทซิสและโครโมโซมมีการหดตัว

 

แบบจำลองสามมิติของเซลล์ยูแคริโอต

• นิวเคลียสของเซลล์ : เป็นศูนย์กลางข้อมูลของเซลล์ สามารถมองเห็นได้อย่างเด่นชัดในเซลล์ยูแคริโอต เป็นแหล่งจัดเก็บโครโมโซมและเป็นที่ซึ่งการจำลองตัวเองของดีเอ็นเอและการสังเคราะห์ อาร์เอ็นเอผ่าน เกิดขึ้น นิวเคลียสมีรูปร่างเป็นทรงกลมและถูกแยกจากไซโทพลาซึมด้วยเยื่อหุ้มสองชั้นที่เรียกว่านิวเคลียร์เอนเวลโลป (nuclear envelope) ซึ่งนอกจากนี้ยังมีหน้าที่ปกป้องดีเอ็นเอจากโมเลกุลที่อาจทำอันตรายต่อโครงสร้างหรือรบกวนกระบวนการของมัน ดีเอ็นเอถูกถอดรหัส (transcribed), หรือถูกคัดลอกไปยังอาร์เอ็นเอชนิดพิเศษที่เรียกว่าเอ็มอาร์เอ็นเอ ที่จะถูกขนส่งออกนอกนิวเคลียสไปยังไซโพลาซึม อันเป็นที่ซึ่งมันจะถูกแปลไปเป็นโมเลกุลโปรตีนที่จำเพาะ นิวคลีโอลัสเป็นบริเวณพิเศษภายในนิวเคลียสสำหรับประกอบหน่วยย่อยของไรโบโซม ในโพรแคริโอต กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับดีเอ็นเอเกิดขึ้นในไซโทพลาซึม
• ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์: ทำหน้าที่สร้างพลังงานสำหรับเซลล์ ไมโทคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ที่สามารถเพิ่มจำนวนได้เอง (self-replicating) พบได้หลากหลายในด้านจำนวน, รูปร่าง, และขนาดในไซโทพลาซึมของยูแคริโอต กระบวนการหายใจระดับเซลล์เกิดขึ้นในไมโทคอนเดรีย ซึ่งสร้างพลังงานให้แก่เซลล์ด้วยกระบวนการออกซิเดทีฟฟอสโฟริเลชัน (oxydative phosphorylation) โดยใช้ออกซิเจนปลดปล่อยพลังงานที่สะสมอยู่ในสารอาหาร (ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับกลูโคส) เพื่อสร้าง ATP ไมโทคอนเดรียเพิ่มจำนวนด้วยการแบ่งออกเป็นสองเช่นเดียวกับโพรแคริโอต คลอโรพลาสต์พบได้ในพืชและสาหร่ายเท่านั้น ทำหน้าที่จับพลังงานจากแสงอาทิตย์เพื่อสร้างคาร์โบไฮเดรตผ่านกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

 

แผนภาพแสดงระบบเอนโดเมมเบรน

• ร่างแหเอนโดพลาซึม: เป็นเครือข่ายสำหรับขนส่งโมเลกุลที่ถูกกำหนดให้รับการดัดแปลงหรือไปยังจุดหมายที่เฉพาะ (เทียบกับโมเลกุลที่ลอยอยูอย่างอิสระในไซโทพลาซึม) ร่างแหเอนโดพลาซึมมีสองรูปชนิดคือ ร่างแหเอนโดพลาซึมชนิดขรุขระที่มีไรโบโซมมาเกาะบนผิวเพื่อส่งโปรตีนเข้าไปข้างในร่างแห และร่างแหเอนโดพลาซึมชนิดเรียบที่ไม่มีไรโบโซมมาเกาะ โดยมีบทบาทเกี่ยวกับการคัดแยกและหลั่งแคลเซียม
• กอลไจแอพพาราตัส: หน้าที่หลักของกอลไจแอพพาราตัสคือการแปรรูปและบรรจุโมเลกุลขนาดใหญ่ (macromolecule) เช่นโปรตีนและลิพิดที่เซลล์สังเคราะห์ขึ้นมา
• ไลโซโซมและเพอรอกซิโซม: ไลโซโซมบรรจุเอนไซม์สำหรับย่อย (เอซิดไฮโดรเลส) ออร์แกเนลล์ที่เกินมาหรือหมดอายุแล้ว, อาหาร, และไวรัสหรือแบคทีเรียที่ถูกเซลล์กลืนกิน เพอรอกซิโซมมีเอนไซม์ที่ขจัดสารเพอร์ออกไซด์ที่เป็นพิษออกจากเซลล์ เซลล์จะไม่สามารถเก็บเอนไซม์ไวได้เลยหากไม่เก็บไว้ในระบบที่มีเยื่อหุ้ม
• เซนโทรโซม: ทำหน้าที่เป็นตัวจัดระเบียบไซโทสเกเลตัน สร้างไมโครทิวบูลที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของไซโทสเกเลตัน กำกับการขนส่งระหว่างร่างแหเอนโดพลาซึมและกอลไจแอปพาราตัส เซนโทรโซมประกอบด้วยเซนทริโอลสองอัน ที่จะแยกออกจากกันระหว่างกระบวนการแบ่งเซลล์และช่วยในการก่อตัวของไมโทติกสปินเดิล (mitotic spindle) เซลล์สัตว์พบเซนโทรโซมอันเดียว และยังอาจพบในเซลล์เห็ดราและสาหร่ายได้ด้วย
• แวคิวโอล: แวคิวโอลแยกสารที่เซลล์ไม่ต้องการแล้ว ในพืชทำหน้าที่เก็บสะสมน้ำ มักถูกอธิบายว่าเป็นพื้นที่ที่เต็มไปด้วยของเหลวและมีเยื่อหุ้มมาล้อมรอบ บางเซลล์ (โดยเฉพาะในสกุลอะมีบา) มีคอนแทร็กไทล์แวคิวโอลที่สามารถสูบน้ำออกจากเซลล์หากมีน้ำมากเกินไป แวคิวโอลในเซลล์พืชและเห็ดรามักมีขนาดใหญ่กว่าของเซลล์สัตว์

ยูแคริโอตและโพรแคริโอต

• ไรโบโซม : ไรโบโซมเป็นโครงสร้างที่เกิดขึ้นจากโมเลกุลอาร์เอ็นเอและโปรตีน ประกอบขึ้นจากสองหน่วยย่อยและทำหน้าที่เป็นสายการประกอบ (assembly line) ที่มีการนำอาร์เอ็นเอมาใช้เพื่อสังเคราะห์โปรตีนขึ้นจากกรดอะมิโน ไรโบโซมสามารถพบลอยอยู่อย่างอิสระในไซโทพลาซึม หรือเกาะอยู่กับเยื่อหุ้ม (ร่างแหเอนโดพลาซึมแบบขรุขระในยูแคริโอต หรือที่เยื่อหุ้มเซลล์ในโพรแคริโอต)

โครงสร้างภายนอกเยื่อหุ้มเซลล์

เซลล์หลายชนิดมีโครงสร้างที่อยู่ภายนอกเยื่อหุ้มเซลล์ทั้งหมดหรือแต่เพียงบางส่วน โครงสร้างเหล่านี้ค่อนข้างเด่นชัดเนื่องจากมันไม่ได้รับการปกป้องจากสภาพแวดล้อมภายนอกโดยเยื่อหุ้มเซลล์ที่เป็นเยื่อเลือกผ่าน องค์ประกอบของโครงสร้างเหล่านี้จำต้องมีกระบวนการส่งออกข้ามเยื่อหุ้มเซลล์สำหรับการประกอบเป็นโครงสร้างต่อไป

ผนังเซลล์

ข้อมูลเพิ่มเติม: Cell wall

เซลล์โพรแคริโอตและยูแคริโอตหลายชนิดมีผนังเซลล์ที่ทำหน้าที่ปกป้องเซลล์จากสิ่งแวดล้อมทั้งเชิงกลและเชิงเคมี และเป็นชั้นเสริมการป้องกันให้กับเยื่อหุ้มเซลล์ เซลล์ต่างชนิดกันมีผนังเซลล์ที่องค์ประกอบต่างกันออกไปเช่น เซลล์พืชมีผนังเซลล์ที่ประกอบขึ้นจากเซลลูโลส, ผนังเซลล์ของเห็ดราที่ประกอบขึ้นจากไคทิน, และผนังเซลล์ของแบคทีเรียที่ประกอบขึ้นจากเพปทิโดไกลแคน

โพรแคริโอต

แคปซูล

แคปซูลเจลาตินพบได้ภายนอกเยื่อหุ้มเซลล์และผนังเซลล์ของแบคทีเรียบางชนิด แคปซูลอาจเป็นได้ทั้งพอลิแซ็กคาไรด์เช่นใน pneumococci และ meningococci, เป็นพอลิเพปไทด์ดังเช่น Bacillus anthracis, หรือเป็นกรดไฮยาลูรอนิกดังที่พบใน streptococci แคปซูลไม่สามารถทำให้เด่นชัดได้ด้วยกระบวนการย้อมตามปกติ สีย้อมที่ใช้สำหรับตรวจหาแคปซูลเช่นอินเดียอิงค์, เมทิลบลู ทำให้แคปซูลมีความแตกต่าง (contrast) จากเซลล์มากพอที่จะทำการส่องภายใต้กล้องจุลทรรศน์ได้^:87

แฟลเจลลา

แฟลเจลลาเป็นออร์แกเนลล์สำหรับการเคลื่อนไหวในระดับเซลล์ แฟลเจลลาของแบคทีเรียยืดออกมาจากไซโทพลาซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และโผล่ออกทางผนังเซลล์ แฟลเจลลาเป็นรยางคล้ายเส้นด้ายที่ยาวและหนา ประกอบขึ้นจากโปรตีน ชนิดของแฟลเจลลาต่างกันออกไปในอาร์เคียและยูแคริโอต

ฟิมเบรีย

ฟิมเบรียเป็นฟิลาเมนต์คล้ายเส้นผมที่สั้นและบาง พบบนผิวเซลล์แบคทีเรีย ก่อตัวขึ้นจากโปรตีนที่เรียกว่าพิลิน (pilin) และมีความเกี่ยวข้องกับการจับตัวของแบคทีเรียกับตัวรับที่จำเพาะบนผิวเซลล์ของมนุษย์ และยังมีพิไลชนิดพิเศษที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการคอนจูเกชันในแบคทีเรีย

กระบวนการในระดับเซลล์

 

เซลล์โพรแคริโอตแบ่งตัวด้วยกระบวนการแบ่งออกเป็นสอง ในขณะที่เซลล์ยูแคริโอตแบ่งเซลล์ผ่านกระบวนการไมโทซิสหรือไมโอซิส

การจำลองตัวเอง

ดูบทความหลักที่: การแบ่งเซลล์

การแบ่งเซลล์เกี่ยวข้องกับการที่เซลล์หนึ่งแบ่งตัวออกเป็นเซลล์ลูกสองเซลล์ ซึ่งนำไปสู่การเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (การเจริญของเนื้อเยื่อ) และการสืบพันธุ์ (แบบไม่อาศัยเพศ) ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เซลล์โพรแคริโอตแบ่งตัวด้วยกระบวนการแบ่งออกเป็นสอง (binary fission) ในขณะที่เซลล์ยูแคริโอตแบ่งผ่านกระบวนการแบ่งนิวเคลียสที่เรียกว่าไมโทซิส (mitosis) ตามด้วยกระบวนการแบ่งเซลล์ที่เรียกว่าไซโทไคนีซิส (cytokinesis) เซลล์ดิพลอยด์อาจผ่านกระบวนการไมโอซิสเพื่อผลิตเซลล์แฮพลอยด์ ที่ปกติได้เซลล์ลูกสี่เซลล์ เซลล์แฮพลอยด์ที่ได้ทำหน้าที่เป็นเซลล์สืบพันธุ์ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ โดยรวมตัวกันเป็นเซลล์ดิพลอยด์

การจำลองดีเอ็นเอ (หรือกระบวนการทำสำเนาจีโนมของเซลล์) เกิดขึ้นเมื่อเซลล์แบ่งตัวผ่านกระบวนการไมโทซิสหรือการแบ่งออกเป็นสอง ในระยะ S ของวัฏจักรเซลล์

ในไมโอซิส ดีเอ็นเอถูกจำลองเพียงครั้งเดียว ในระยะที่เซลล์มีการแบ่งตัวสองครั้ง การจำลองดีเอ็นเอเกิดขึ้นก่อนระยะไมโอซิส I เท่านั้น โดยจะไม่เกิดขึ้นในการแบ่งเซลล์ระยะที่สองของระยะไมโอซิส II และเช่นเดียวกับกิจกรรมอื่น ๆ ของเซลล์ การจำลองตัวเองต้องอาศัยโปรตีนที่พัฒนามาเป็นพิเศษสำหรับดำเนินกระบวนการ

 

แผนผังโดยสังเขปของกระบวนการแคแทบอลิซึมของโปรตีน, คาร์โบไฮเดรตและไขมัน

การซ่อมแซมดีเอ็นเอ

ดูบทความหลักที่: การซ่อมแซมดีเอ็นเอ

โดยปกติ เซลล์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดบรรจุเอนไซม์ที่ตรวจตราดีเอ็นเอเพื่อหาความเสียหายและดำเนินกระบวนการซ่อมแซมเมื่อตรวจพบ สิ่งมีชีวิตตั้งแต่แบคทีเรียจนถึงมนุษย์ได้พัฒนากระบวนการซ่อมแซมที่หลากหลาย อันเป็นสิ่งที่ระบุได้ถึงความสำคัญของการบำรุงรักษาดีเอ็นเอให้อยู่ในสภาวะปกติเพื่อหลีกเลี่ยงการตายของเซลล์หรือความผิดพลาดในกระบวนการจำลองตัวเองที่เป็นผลมาจากความเสียหายของดีเอ็นเอ ซึ่งอาจนำไปสู่การกลายพันธ์ (mutation) แบคทีเรีย E. coli เป็นตัวอย่างหนึ่งของสิ่งมีชีวิตที่เป็นเซลล์ (cellular organism) ที่มีการศึกษากระบวนการซ่อมแซมดีเอ็นเอที่พัฒนามาเป็นอย่างดีและหลากหลาย อันประกอบด้วย: (1) การซ่อมแซมด้วยการตัดออกของนิวคลีโอไทด์ (nucleotide excision repair) (2) การซ่อมแซมดีเอ็นเอที่มีนิวคลีโอไทด์เข้าคู่กันผิด (DNA mismatch repair) (3) การเชื่อมปลายนอนโฮโมโลกัสของดีเอ็นเอที่ขาดทั้งสองสาย (non-homologous end joining of double-strand breaks) (4) การซ่อมแซมแบบรีคอมบิเนชัน (recombinational repair) และ (5) การซ่อมแซมแบบใช้แสง (light-dependent repair, photoreactivation)

การเจริญเติบโตและเมแทบอลิซึม

 

ภาพรวมของกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน: ภายในนิวเคลียสของเซลล์ (สีฟ้า) ยีน (สีน้ำเงิน) ถูกถอดรหัสไปเป็นอาร์เอ็นเอ ที่ซึ่งภายหลังจะเข้ารับการปรับแต่งและควบคุมหลังถอดรหัส (post-transcriptional modification and control) ทำให้ได้เอ็มอาร์เอ็นเอ (สีแดง) ที่จะถูกขนส่งออกนอกไซโทพลาซึมไปยังนิวเคลียส (สีพีช) อันเป็นที่เกิดกระบวนการแปลรหัสไปเป็นโปรตีนด้วยไรโบโซม (สีม่วง) ที่ทำหน้าที่จับคู่นิวคลีโอไทด์บนโคดอนทีละสามตัวกับคู่ทีอาร์เอ็นเอที่เหมาะสม โปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ (สีดำ) มักถูกนำไปแปรรูปต่อไป เช่นการเข้าจับกับโปรตีนปฏิบัติงาน (effector protein; สีดำ) เพื่อให้อยู่ในสภาพพร้อมทำงาน

ดูบทความหลักที่: การเจริญเติบโตของเซลล์ และ เมแทบอลิซึม

ระหว่างกระบวนการแบ่งเซลล์ที่เกิดขึ้นสืบเนื่อง เซลล์เจริญเติบโตผ่านการทำงานของกระบวนการเมแทบอลิซึมระดับเซลล์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่แต่ละเซลล์มีการแปรรูปโมเลกุลของสารอาหาร โดยมีอยู่สองประเภทคือ แคแทบอลิซึมที่เป็นการแยกสลายโมเลกุลซับซ้อนเพื่อให้ได้พลังงานและความสามารถในการรีดิวซ์ (reducing power) และแอแนบอลิซึมซึ่งเซลล์ใช้พลังงานและความสามารถในการรีดิวซ์เพื่อสร้างโมเลกุลซับซ้อนแล[[ะดำเนินกระบวนการทางชีววิทยาอื่น ๆ น้ำตาลเชิงซ้อนที่สิ่งมีชีวิตบริโภคเข้าไปสามารถถูกย่อยสลายเป็นโมเลกุลน้ำตาลอย่างง่ายที่เรียกว่ามอโนแซ็กคาไรด์]] (monosaccharide) เช่นกลูโคส ที่เมื่ออยู่ภายในเซลล์จะถูกแยกสลายไปอีก เพื่อสร้างอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (adenosine triphosphate, ATP) อันเป็นโมเลกุลเป็นแหล่งพลังงานพร้อมใช้งานของเซลล์ ผ่านสองวิถีที่แตกต่างกัน

การสังเคราะห์โปรตีน

ดูบทความหลักที่: การสังเคราะห์ทางชีวภาพของโปรตีน

เซลล์มีความสามารถในการสังเคราะห์โปรตีนขึ้นมาใหม่ โปรตีนที่สร้างใหม่นี้มีความจำเป็นต่อการปรับสภาพและบำรุงรักษากิจกรรมต่าง ๆ ภายในเซลล์ การสังเคราะห์โปรตีนเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของโมเลกุลโปรตีนขึ้นจากหน่วยย่อยกรดอะมิโนที่มีพื้นฐานมาจากข้อมูลที่ถูกเข้ารหัสอยู่ในดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ โดยทั่วไปการสังเคราะห์โปรตีนประกอบด้วยสองขั้นตอนใหญ่คือ การถอดรหัสและการแปลรหัส

การถอดรหัสเป็นกระบวนการซึ่งข้อมูลทางพันธุกรรมในดีเอ็นเอถูกใช้เพื่อสร้างสายอาร์เอ็นเอคู่สม (complimentary RNA) ซึ่งจะถูกนำผ่านกระบวนการที่ทำให้ได้เอ็มอาร์เอ็นเอ (messenger RNA, mRNA) ที่สามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างอิสระทั่วเซลล์ โมเลกุลเอ็มอาร์เอ็นเอเข้าจับกับองค์ประกอบของโปรตีน-อาร์เอ็นเอที่เรียกว่าไรโบโซม ซึ่งพบในไซโทซอลอันเป็นที่ซึ่งเอ็มอาร์เอ็นเอถูกแปลรหัสไปเป็นลำดับพอลิเพปไทด์ ไรโบโซมควบคุมการก่อตัวของลำดับพอลิเพปไทด์ที่มีพื้นมาจากเอ็มอาร์เอ็นเอ ลำดับของเอ็มอาร์เอ็นเอสัมพันธ์โดยตรงกับลำดับพอลิเพปไทด์ด้วยการเข้าจับกับทรานส์เฟอร์อาร์เอ็นเอ (transfer RNA, tRNA) ที่เป็นโมเลกุลตัวแปลง ในช่องสำหรับเข้าจับในไรโบโซม สายพอลิเพปไทด์ที่สร้างใหม่จะพับตัวเป็นโปรตีนสามมิติที่พร้อมทำงานต่อไป

การเคลื่อนไหว

การเคลื่อนไหว สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวสามารถเคลื่อนที่เพื่อหาอาหารและหนีจากผู้ล่า กลไกการเคลื่อนไหวมักเกี่ยวข้องกับซิเลียและแฟลเจลลา

ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เซลล์สามารถเคลื่อนที่ระหว่างกระบวนการเช่น การรักษาบาดแผล, การตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน และการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง อย่างในการรักษาบาดแผล เซลล์เม็ดเลือดขาวเคลื่อนที่ไปยังบาดแผลเพื่อฆ่าจุลชีพที่อาจก่อให้เกิดการติดเชื้อ การเคลื่อนไหวของเซลล์เกี่ยวข้องกับโปรตีนหลายชนิดที่ทำหน้าที่เป็นตัวรับ, ตัวเชื่อมโยง, รวมกลุ่ม, ประสาน, ยึดติด, ขับเคลื่อน, และอื่นๆ การเคลื่อนไหวประกอบด้วยสามขั้นตอนคือ การยื่นขอบนำทาง (leading edge) ของเซลล์, การยึดติดกับพื้นผิวของขอบนำและการปล่อยตัวจากพื้นผิวของตัวและส่วนท้ายของเซลล์, และการหดตัวของไซโทสเกเลตันเพื่อดึงเซลล์ไปข้างหน้า แต่ละขั้นตอนขับเคลื่อนด้วยแรงเชิงกลที่เกิดจากส่วนที่แตกต่างกันของไซโทสเกเลตัน

การนำทาง, ควบคุม, และสื่อสาร

ดูเพิ่มเติมที่: Cybernetics § In biology

ในเดือนสิงหาคม ค.ศ. 2020 นักวิทยาศาสตร์ได้อธิบายว่าเซลล์วิถีเดียว (one way cell, ค้นพบจากเซลล์ของราเมือกและเซลล์มะเร็งตับอ่อนของหนู) มีความสามารถในการนำทางภายในร่างกายและการระบุเส้นทางที่ดีสุดผ่านเขาวงกตที่ซับซ้อน โดยสร้างระดับขั้นความเข้มข้น (gradient) ผ่านการแยกสลายสารเคโมแอดแทรกแตนท์ (chemoattractant) ที่ละลายอยู่ในตัวกลาง ซึ่งทำให้เซลล์สามารถรับรู้ถึงแยกในเขาวงกตก่อนที่จะไปถึง รวมไปถึงตามมุมต่าง ๆ ด้วย

การมีหลายเซลล์

ดูบทความหลักที่: สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

การพัฒนาไปทำหน้าที่เฉพาะและการแบ่งแยกหน้าที่

ดูบทความหลักที่: Cellular differentiation

 

Caenorhabditis elegans ที่ถูกย้อมเพื่อเน้นให้เห็นนิวเคลียสของแต่ละเซลล์

สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์คือสิ่งมีชีวิตที่ประกอบขึ้นจากเซลล์หลาย ๆ เซลล์ ตรงกันข้ามกับสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อน เซลล์มีการพัฒนาไปเป็นหลายประเภทที่แตกต่างกันตามหน้าที่ที่จำเพาะ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ชนิดหลัก ๆ ของเซลล์คือ เซลล์ผิวหนัง, เซลล์กล้ามเนื้อ, เซลล์ประสาท, เซลล์เม็ดเลือด, ไฟโบรบลาสต์, สเต็มเซลล์, และอื่น ๆ เซลล์ต่างชนิดกันมักมีรูปร่างและการทำงานที่ต่างกันจากการแสดงออกที่ต่างกันของยีนที่เซลล์บรรจุไว้ แต่กระนั้นก็ยังเหมือนกันในทางพันธุกรรม โดยมีจีโนไทป์ที่เหมือนกัน

เซลล์แต่ละชนิดที่แตกต่างกันล้วนมีพัฒนามาจากเซลล์ต้นกำเนิดเพียงเซลล์เดียวที่เรียกว่าไซโกต ซึ่งพัฒนาไปเป็นเซลล์หลายร้อยชนิดที่แตกต่างกันระหว่างกระบวนการพัฒนาไซโกต การพัฒนาไปทำหน้าที่เฉพาะ (differentiation) ถูกขับเคลื่อนด้วยปัจจัยจากสิ่งแวดล้อม (เช่นการมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ข้างเคียง) และจากความแตกต่างภายในเซลล์ (เช่นที่เกิดจากการกระจายของโมเลกุลที่ไม่เท่ากันระหว่างกระบวนการแบ่งเซลล์)

ต้นกำเนิดของการมีหลายเซลล์

ดูบทความหลักที่: สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

การมีหลายเซลล์มีการพัฒนาขึ้นอย่างเป็นอิสระต่อกันอย่างน้อย 25 ครั้ง รวมถึงในโพรแคริโอตเช่น ไซยาโนแบคทีเรีย, myxobacteria, actinomycetes, Magnetoglobus multicellularis, หรือ Methanosarcina อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่มีความซับซ้อนพัฒนาขึ้นในยูแคริโอตเพียงหกกลุ่ม: สัตว์, เห็ดรา, สาหร่ายสีน้ำตาล, สาหร่ายสีแดง, สาหร่ายสีเขียว, และพืช พบว่ามีการวิวัฒน์ขึ้นซ้ำไปมาในพืช (Chloroplastida), หนึ่งหรือสองครั้งในสัตว์, หนึ่งครั้งในสาหร่ายสีน้ำตาล, และอาจหลายครั้งในเห็ดรา, ราเมือก, และสาหร่ายสีแดง การมีหลายเซลล์อาจวิวัฒน์ขึ้นจากโคโลนี (colony) ของสิ่งมีชีวิตที่พึ่งพาระหว่างกัน, การแบ่งออกเป็นเซลล์ (cellularisation), หรือจากสิ่งมีชีวิตที่มีความสัมพันธ์แบบอยู่ร่วมกัน (symbiotic relationship)

หลักฐานแรกของการมีหลายเซลล์มาจากสิ่งมีชีวิตคล้ายไซยาโนแบคทีเรียที่มีชีวิตอยู่ระหว่าง 3 ถึง 3.5 พันล้านปีที่แล้ว ฟอสซิลอื่นของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ยุคแรกมีทั้ง Grypania spiralis (ที่ยังคงมีการโต้แย้งกันอยู่) และฟอสซิลในหินดินดานสีดำจาก Francevillian Group Fossil B Formation ในกาบอง

วิวัฒนาการของการมีหลายเซลล์จากบรรพบุรุษที่มีเซลล์เดียวได้มีการจำลองในห้องปฏิบัติการ เป็นการทดลองเกี่ยวกับวิวัฒนาการที่ใช้การล่าเหยื่อเป็นปัจจัยกดดัน (selective pressure)

ต้นกำเนิด

ดูบทความหลักที่: ประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิต

กำเนิดเซลล์แรก

 

สโตรมาโทไลต์ที่ไซยาโนแบคทีเรีย (สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) ทิ้งไว้ เป็นฟอสซิลของสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดบนโลกเท่าที่ทราบกัน ฟอสซิลที่มีอายุกว่าพันล้านปีนี้มาจากGlacier National Park ในสหรัฐอเมริกา

ข้อมูลเพิ่มเติม: กำเนิดชีวิตจากสิ่งไร้ชีวิต และ วิวัฒนาการของเซลล์

มีอยู่หลายทฤษฎีเกี่ยวกับโมเลกุลขนาดเล็กที่นำไปสู่สรรพชีวิตในโลกยุคแรก ซึ่งอาจถูกนำมาที่โลกด้วยอุกกาบาต (ดูเพิ่มที่อุกกาบาตเมอร์ชิสัน), ถูกสร้างขึ้นที่ปล่องน้ำร้อนใต้ทะเลลึก, หรืออาจถูกสังเคราะห์ด้วยฟ้าผ่าในบรรยากาศรีดิวซ์ (ดูเพิ่มที่การทดลองของมิลเลอร์–อูเรย์) มีข้อมูลจากการทดลองน้อยมากที่สามารถให้นิยามว่า "รูปแบบ" แรกที่สามารถจำลองตัวเองได้คืออะไร แต่เชื่อว่าอาร์เอ็นเออาจเป็นโมเลกุลจำลองตัวเองได้รูปแบบแรกสุด จากความสามารถในการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมและการเร่งปฏิกิริยาเคมี (ดูเพิ่มที่ทฤษฎีโลกของอาร์เอ็นเอ) ทั้งนี้ตัวตน (entity) ที่มีศักยภาพในการจำลองตัวเองอาจมีอยู่ก่อนหน้าอาร์เอ็นเอแล้ว เช่นมอนต์มอริลโลไนต์และกรดเพปไทด์นิวคลิอิก

เซลล์ปรากฏขึ้นเมื่อ 3.5 พันล้านปีที่แล้ว ในปัจจุบันเชื่อว่าเซลล์ที่เกิดขึ้นมาในยุคนั้นเป็นเฮเทอโรทรอพ (heterotroph) เยื่อหุ้มเซลล์มีความเป็นไปได้ว่าจะซับซ้อนน้อยกว่าและยอมให้สารผ่านเข้าออกได้ง่ายกว่าในยุคปัจจุบัน ด้วยการมีกรดไขมันเพียงสายเดียวต่อลิพิด จากที่ทราบกันว่าลิพิดจัดตัวเป็นเวสิเคิลเยื่อไขมันแบบสองชั้นในทันทีเมื่ออยู่ในน้ำ และอาจมีมาก่อนอาร์เอ็นเอ แต่เยื่อหุ้มเซลล์แบบแรก ๆ อาจถูกสร้างขึ้นโดยอาร์เอ็นเอที่เร่งปฏิกิริยาเคมีได้ และอาจต้องอาศัยโปรตีนโครงสร้างสำหรับการก่อตัว

กำเนิดเซลล์ยูแคริโอต

เซลล์ยูแคริโอตอาจวิวัฒน์ขึ้นมาจากกลุ่มสังคมเอนโดซิมไบโอซิสของเซลล์โพรแคริโอต ออร์แกเนลล์ที่บรรจุดีเอ็นเอเช่นไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ สืบเชื้อมาจากโพรทีโอแบคทีเรียโบราณและไซยาโนแบคทีเรียที่หายใจโดยใช้ออกซิเจนตามลำดับ และถูกควบรวมให้เข้ามาอาศัยในเซลล์บรรพบุรุษที่เป็นอาร์เคีย

ปัจจุบันยังคงมีข้อถกเถียงกันว่าออร์แกเนลล์อย่างเช่นไฮโดรเจโนโซมมีมาก่อนกำเนิดของไมโทคอนเดรียหรือว่าเป็นไปในทางกลับกัน (ดูเพื่มที่ สมมติฐานไฮโดรเจน สำหรับต้นกำเนิดของเซลล์ยูแคริโอต)

ประวัติศาสตร์ของการค้นคว้า

ดูบทความหลักที่: ทฤษฎีเซลล์

 

ภาพวาดของฮุคแสดงเซลล์ในไม้ก๊อก, 1665

• 1632–1723: อันโตนี ฟัน เลเวินฮุกเรียนรู้การสร้างเลนส์ด้วยตนเอง, สร้างกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงอย่างง่ายขึ้นและนำพร้อมทั้งส่องดูและวาดภาพโพรโตซัวเช่นวอร์ติเซลลาจากน้ำฝน, และแบคทีเรียจากปากของเขาเอง
• 1665: รอเบิร์ต ฮุกค้นพบเซลล์ในไม้ก๊อกและในเนื่อเยื่อของพืชที่ยังมีชีวิตอยู่ จากกล้องจุลทรรศน์เชิงซ้อนในยุคแรก เขาเป็นผู้ที่บัญญัติคำว่า cell (จากภาษาละติน cella ที่แปลว่าห้องขนาดเล็ก) ในหนังสือ Micrographia
• 1839: ทีโอดอร์ ชวานน์ และ มัตทิอัส ยาคอบ ชไลเดน ชี้แจงหลักการที่ว่าทั้งพืชและสัตว์ล้วนประกอบขึ้นจากเซลล์ ซึ่งเป็นการสรุปว่าเซลล์เป็นหน่วยย่อยสามัญของโครงสร้างและพัฒนาการของสิ่งมีชีวิต และเป็นการตั้งทฤษฎีเซลล์
• 1855: Rudolf Virchow กล่าวว่าเซลล์ที่เกิดขึ้นใหม่มาจากเซลล์ที่มีอยู่ก่อนหน้าผ่านกระบวนการแบ่งเซลล์ (omnis cellula ex cellula)
• 1859: ความเชื่อที่ว่าสรรพชีวิตสามารถเกิดขึ้นได้เอง (generatio spontanea) ถูกโต้แย้งโดยหลุยส์ ปาสเตอร์ (แม้ว่าฟรานเซสโก เรดิจะได้ทำการทดลองในปี 1668 ที่ได้ผลสรุปเหมือนกันก็ตาม)
• 1931: แอ็นสท์ รุสคาสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านตัวแรกขึ้นที่มหาวิทยาลัยฮุมบ็อลท์แห่งเบอร์ลิน จนถึงปี 1935 เขาได้สร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่มีความสามารถจำแนกจุด (resolution) มากเป็นสองเท่าของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ทำให้ค้นพบออร์แกเนลล์ใหม่ ๆ
• 1953: โดยอาศัยงานของโรซาลินด์ แฟรงคลิน วัตสันและคริกประกาศการค้นพบโครงสร้างเกลียวคู่ของดีเอ็นเอ
• 1981: ลินน์ มาร์กุลิสเผยแพร่ผลงาน Symbiosis in Cell Evolution ที่ให้รายละเอียดเกี่ยวกับทฤษฎีเอนโดซิมไบโอติก

หน้าที่เกี่ยวข้อง

Biology

• Cell cortex
• Cell culture
• Cellular model
• Cytorrhysis
• Cytoneme
• ความเป็นพิษต่อเซลล์
• เซล์ของมนุษย์
• Lipid raft
• Outline of cell biology
• Parakaryon myojinensis
• Plasmolysis
• Syncytium
• Tunneling nanotube
• วอลท์ (ออร์แกเนลล์)

อ้างอิง

1. "Cell". Online Etymology Dictionary. สืบค้นเมื่อ 31 December 2012.
2. Cell Movements and the Shaping of the Vertebrate Body in Chapter 21 of Molecular Biology of the Cell fourth edition, edited by Bruce Alberts (2002) published by Garland Science.
   The Alberts text discusses how the "cellular building blocks" move to shape developing embryos. It is also common to describe small molecules such as amino acids as "molecular building blocks".
3. Campbell, Neil A.; Williamson, Brad; Heyden, Robin J. (2006). Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN 9780132508827. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
4.   บทความนี้รวมเอางานสาธารณสมบัติจากเว็บไซต์หรือเอกสารของ NCBI 30 March 2004.
5. Bianconi E, Piovesan A, Facchin F, Beraudi A, Casadei R, Frabetti F, และคณะ (November 2013). "An estimation of the number of cells in the human body". Annals of Human Biology. 40 (6): 463–71. doi:10.3109/03014460.2013.807878. PMID 23829164. S2CID 16247166. These partial data correspond to a total number of 3.72±0.81×10¹³ [cells].
6. Azevedo FA, Carvalho LR, Grinberg LT, Farfel JM, Ferretti RE, Leite RE, และคณะ (April 2009). "Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled-up primate brain". The Journal of Comparative Neurology. 513 (5): 532–41. doi:10.1002/cne.21974. PMID 19226510. S2CID 5200449.
7. Karp, Gerald (19 October 2009). Cell and Molecular Biology: Concepts and Experiments. John Wiley & Sons. p. 2. ISBN 9780470483374. Hooke called the pores cells because they reminded him of the cells inhabited by monks living in a monastery. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
8. Tero, Alan Chong (1990). Achiever's Biology. Allied Publishers. p. 36. ISBN 9788184243697. In 1665, an Englishman, Robert Hooke observed a thin slice of" cork under a simple microscope. (A simple microscope is a microscope with only one biconvex lens, rather like a magnifying glass). He saw many small box like structures. These reminded him of small rooms called "cells" in which Christian monks lived and meditated. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
9. Maton, Anthea (1997). Cells Building Blocks of Life. New Jersey: Prentice Hall. ISBN 9780134234762. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
10. Schopf JW, Kudryavtsev AB, Czaja AD, Tripathi AB (2007). "Evidence of Archean life: Stromatolites and microfossils". Precambrian Research. 158 (3–4): 141–55. Bibcode:2007PreR..158..141S. doi:10.1016/j.precamres.2007.04.009.
11. Schopf JW (June 2006). "Fossil evidence of Archaean life". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 361 (1470): 869–85. doi:10.1098/rstb.2006.1834. PMC 1578735. PMID 16754604.
12. Raven, Peter Hamilton; Johnson, George Brooks (2002). Biology. McGraw-Hill Education. p. 68. ISBN 9780071122610. สืบค้นเมื่อ 7 July 2013. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
13. Microbiology : Principles and Explorations By Jacquelyn G. Black
14. European Bioinformatics Institute, Karyn's Genomes: Borrelia burgdorferi, part of 2can on the EBI-EMBL database. Retrieved 5 August 2012
15. Satir P, Christensen ST (June 2008). "Structure and function of mammalian cilia". Histochemistry and Cell Biology. 129 (6): 687–93. doi:10.1007/s00418-008-0416-9. PMC 2386530. PMID 18365235. 1432-119X.
16. PH Raven, Evert RF, Eichhorm SE (1999) Biology of Plants, 6th edition. WH Freeman, New York
17. Blair DF, Dutcher SK (October 1992). "Flagella in prokaryotes and lower eukaryotes". Current Opinion in Genetics & Development. 2 (5): 756–67. doi:10.1016/S0959-437X(05)80136-4. PMID 1458024.
18. Campbell Biology—Concepts and Connections. Pearson Education. 2009. p. 320.
19. Michie KA, Löwe J (2006). "Dynamic filaments of the bacterial cytoskeleton". Annual Review of Biochemistry. 75: 467–92. doi:10.1146/annurev.biochem.75.103004.142452. PMID 16756499. S2CID 4550126.
20. Ménétret JF, Schaletzky J, Clemons WM, Osborne AR, Skånland SS, Denison C, และคณะ (December 2007). "Ribosome binding of a single copy of the SecY complex: implications for protein translocation" (PDF). Molecular Cell. 28 (6): 1083–92. doi:10.1016/j.molcel.2007.10.034. PMID 18158904.
21. Prokaryotes. Newnes. Apr 11, 1996. ISBN 9780080984735.
22. Campbell Biology—Concepts and Connections. Pearson Education. 2009. p. 138.
23. D. Peter Snustad, Michael J. Simmons, Principles of Genetics – 5th Ed. (DNA repair mechanisms) pp. 364-368
24. Ananthakrishnan R, Ehrlicher A (June 2007). "The forces behind cell movement". International Journal of Biological Sciences. Biolsci.org. 3 (5): 303–17. doi:10.7150/ijbs.3.303. PMC 1893118. PMID 17589565.
25. Alberts, Bruce (2002). Molecular biology of the cell (4th ed.). Garland Science. pp. 973–975. ISBN 0815340729. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
26. Ananthakrishnan R, Ehrlicher A (June 2007). "The forces behind cell movement". International Journal of Biological Sciences. 3 (5): 303–17. doi:10.7150/ijbs.3.303. PMC 1893118. PMID 17589565.
27. Willingham, Emily. "Cells Solve an English Hedge Maze with the Same Skills They Use to Traverse the Body". Scientific American (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 7 September 2020. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
28. "How cells can find their way through the human body". phys.org (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 7 September 2020.
29. Tweedy L, Thomason PA, Paschke PI, Martin K, Machesky LM, Zagnoni M, Insall RH (August 2020). "Seeing around corners: Cells solve mazes and respond at a distance using attractant breakdown". Science. 369 (6507): eaay9792. doi:10.1126/science.aay9792. PMID 32855311. S2CID 221342551.
30. Becker, Wayne M.; และคณะ (2009). The world of the cell. Pearson Benjamin Cummings. p. 480. ISBN 9780321554185. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
31. Grosberg RK, Strathmann RR (2007). "The evolution of multicellularity: A minor major transition?" (PDF). Annu Rev Ecol Evol Syst. 38: 621–54. doi:10.1146/annurev.ecolsys.36.102403.114735.
32. Popper ZA, Michel G, Hervé C, Domozych DS, Willats WG, Tuohy MG, และคณะ (2011). "Evolution and diversity of plant cell walls: from algae to flowering plants" (PDF). Annual Review of Plant Biology. 62: 567–90. doi:10.1146/annurev-arplant-042110-103809. hdl:10379/6762. PMID 21351878.
33. Bonner, John Tyler (1998). (PDF). Integrative Biology: Issues, News, and Reviews. 1 (1): 27–36. doi:10.1002/(SICI)1520-6602(1998)1:1<27::AID-INBI4>3.0.CO;2-6. ISSN 1093-4391. คลังข้อมูลเก่า เก็บจาก แหล่งเดิม (PDF, 0.2 MB) เมื่อ March 8, 2012. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
34. El Albani A, Bengtson S, Canfield DE, Bekker A, Macchiarelli R, Mazurier A, และคณะ (July 2010). "Large colonial organisms with coordinated growth in oxygenated environments 2.1 Gyr ago". Nature. 466 (7302): 100–4. Bibcode:2010Natur.466..100A. doi:10.1038/nature09166. PMID 20596019. S2CID 4331375.
35. Orgel LE (December 1998). "The origin of life--a review of facts and speculations". Trends in Biochemical Sciences. 23 (12): 491–5. doi:10.1016/S0968-0004(98)01300-0. PMID 9868373.
36. Griffiths G (December 2007). "Cell evolution and the problem of membrane topology". Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 8 (12): 1018–24. doi:10.1038/nrm2287. PMID 17971839. S2CID 31072778.
37. Hooke, Robert (1665). Micrographia: ... London, England: Royal Society of London. p. 113. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)" ... I could exceedingly plainly perceive it to be all perforated and porous, much like a Honey-comb, but that the pores of it were not regular [...] these pores, or cells, [...] were indeed the first microscopical pores I ever saw, and perhaps, that were ever seen, for I had not met with any Writer or Person, that had made any mention of them before this ... " – Hooke describing his observations on a thin slice of cork. See also: Robert Hooke

เชิงอรรถ

1. ใช้การประมาณจากบุคคลที่มีอายุ 30 ปี, น้ำหนัก 70 กิโลกรัม (150 ปอนด์), และมีความสูง 172 เซนติเมตร (5.64 ฟุต) ไม่ใช่การประมาณที่แม่นยำนัก จากการศึกษาพบว่าจำนวนเซลล์ของมนุษย์มี 3.72±0.81×10¹³ เซลล์

รายการอ่านเพิ่มเติม

• Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Morgan, David; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2015). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science. p. 2. ISBN 9780815344322. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
• Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2014). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland. ISBN 9780815344322.; The fourth edition is freely available from National Center for Biotechnology Information Bookshelf.
• Lodish H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipurksy SL, Darnell J (2004). Molecular Cell Biology (5th ed.). WH Freeman: New York, NY. ISBN 9780716743668.
• Cooper GM (2000). The cell: a molecular approach (2nd ed.). Washington, D.C: ASM Press. ISBN 9780878931026.

แหล่งข้อมูลอื่น

 

วิกิคำคมมีคำคมเกี่ยวกับ เซลล์ (ชีววิทยา)

• MBInfo – Descriptions on Cellular Functions and Processes
• MBInfo – Cellular Organization
• Inside the Cell – a science education booklet by National Institutes of Health, in PDF and ePub.
• Cell Biology in "The Biology Project" of University of Arizona.
• Centre of the Cell online
• The Image & Video Library of The American Society for Cell Biology, a collection of peer-reviewed still images, video clips and digital books that illustrate the structure, function and biology of the cell.
• HighMag Blog, still images of cells from recent research articles.
• New Microscope Produces Dazzling 3D Movies of Live Cells, March 4, 2011 – Howard Hughes Medical Institute.
• WormWeb.org: Interactive Visualization of the C. elegans Cell lineage – Visualize the entire cell lineage tree of the nematode C. elegans
• Cell Photomicrographs