การวัด

วิทยาศาสตร์ที่ว่าด้วยธรรมชาติของสสาร

ฟิสิกส์ เป็นการศึกษาเกี่ยวกับสมบัติของสสารทั่วๆ  ไป  และพลังงานไม่เกี่ยวข้องกับสารใดสารหนึ่งโดยเฉพาะ  วิทยาศาสตร์ที่ว่าด้วยสารใดสารหนึ่งโดยฉพาะคือ  เคมี ฟิสิกส์เป็นวิชาที่กว้างกว่าเคมี  เพราะสสารมีความหมายกว้างกว่าสารที่เราอาจจะเอาใส่ขวดได้มากนัก  สสารหมายถึงทุกสิ่งทุกอย่างที่มีตัวตนในเอกภพ  รวมทั้ง  แสง ไฟฟ้า  และพลังงาน  สิ่งเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกันทั้งสิ้น เพราะสสารประกอบไปด้วยอะตอม  ซึ่งมีอิเลคตรอนเป็นองค์ประกอบและอิเลคตรอนก็คือไฟฟ้า  อะตอมอาจจะเปลี่ยนไปเป็นแสงได้  และแสงก็เป็นพลังงานรูปหนึ่ง  ในลูกระเบิดปรมาณู  สารที่เป็นของแข็งธรรมดา  (ในกรณีนี้  หมายถึงโลหะยูเรเนียม-235)  เปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนที่ได้จากการระเบิดซึ่งก็เป็นรูปหนึ่งของพลังงาน

การศึกษา  เรื่องพลังงานที่เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของสสารและปฏิกิริยาของมวลสารเมื่อมีแรงมากระทำ  มีชื่อว่า “กลศาสตร์”  หรือ “เมคานิคส์”    วิศวกรผู้ซึ่งนำกลศาสตร์ไปใช้ต้องเรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของสารนั้นๆ  ด้วย  สารแต่ละอย่างมีสมบัติที่แตกต่างกันไป  บางชนิดคล้ายสปริง บางชนิดยืดหดได้  บางชนิดแข็งแกร่ง และบางชนิดเหนียวหนืด  แรงที่ต้องใช้ในการดึงลวดให้ขาด  มีความสำคัญน่าศึกษาพอๆ  กับความเสียดทาน  ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อวัตถุชิ้นหนึ่งขัดสีกับวัตถุอีกชิ้นหนึ่ง  หัวข้อต่างๆ  เหล่านี้เป็นการศึกษาในฟิสิกส์อีกแขนงหนึ่งชื่อว่า “สมบัติของสสาร”  ซึ่งรวมทั้งสมบัติของก๊าซ  และของเหลวด้วย

การวัด

รากฐานของวิทยาศาสตร์

           ในสมัยโบราณไม่มีใครทราบถึงความสำคัญ และคุณค่าของการวัด  ไม่มีใครนึกเลยว่าถ้าไม่มีการวัดขนาด น้ำหนักระยะทาง  ฯลฯ  และนำมาเปรียบเทียบกันแล้ว เราจะไม่รู้สาเหตุของปรากฏการณ์ต่างๆ  ได้เลย  ในสมัยก่อนมนุษย์คิดว่าแผ่นดินไหว  ฟ้าแลบ  ฟ้าร้อง   เป็นการกระทำของพระเจ้าหรือเทพยดา  ต่างคนต่างก็มีความสุข และมีความพอใจในการเคารพบูชายัญต่อเทพยดา  ผู้ซึ่งทำให้เกิดแผนดินไหว แต่อย่างไรก็ตาม  โดยความจำเป็นแท้ๆ  ที่ทำให้มนุษย์สมัยโบราณต้องศึกษาเกี่ยวกับการวัด  เมื่อเริ่มโดยวิธีนี้  การตั้งปัญหาถามตนเอง หาเหตุ หาผล จึงเกิดขึ้นตามมา

ในสมัยอียิปต์โบราณ  การวัดพื้นที่  เป็นเรื่องทำให้เกิดปัญหาอย่างมากมาย  สำหรับผู้ที่ทำมาหากินอาศัยที่ดินบนสองฝั่งแม่น้ำไนล์  เพราะทุกๆ  ปีน้ำจะเอ่อจนล้นท่วมที่ดินทั้งสองฝั่งหมด  ภายหลังน้ำลดชาวนาและเจ้าของที่ดินพากันกลับลงไปยังที่ดิน  ซึ่งเข้าใจว่าเป็นของตน  ทุกปีพระชาวอียิปต์จะต้องเป็นผู้ไปช่วยไกล่เกลี่ยในกรณีที่มีการถกเถียงกันในเรื่องที่ดิน  ว่าของใครอยู่ตรงไหน  ด้วยปัญหาเช่นนี้  การศึกษาและวิทยาการเกี่ยวกับการรังวัดแบ่งเขตที่ดิน  และวิชาเรขาคณิตจึงได้เริ่มขึ้นที่ประเทศอียิปต์  และเริ่มขึ้นที่ริมฝั่งแม่น้ำไนล์ เนื่องจากความจำเป็นในการแบ่งที่ดินโดยแท้

 

                การวัดเป็นรากฐานสำคัญยิ่งในวิชาฟิสิกส์ การวัดทำให้เราทราบสมบัติ  และความสัมพันธ์ทางฟิสิกส์  เนื่องจากเหตุนี้จึงได้มีการคิดค้นเครื่องมือสำคัญหลายชนิดเพื่อช่วยในการวัด  ทุกคนคงจะรู้จักไม้บรรทัด  ไม้เมตรและแถบเมตรดี  แต่หลายคนคงไม่เคยนึกเลยว่า  ก่อนที่มีมนุษย์จะตกลงใช้มาตรฐานเกี่ยวกับการวัดเป็นอย่างเดียวกันนี้  ต้องเสียเวลาอยู่นานมาก  ในคัมภีร์ไบเบิลมีจารึกไว้ว่าวัดความยาวของส่วนข้างของหน้าของโซโลมอนเป็น คิวบิต (cubit) 1 คิวบิต คือระยะทางจากปลายนิ้วกลางถึงข้อศอก  สำหรับความยาวที่สั้นกว่านี้  ใช้ความกว้างของนิ้วมือ  บางครั้งก็ใช้ความกว้างของผ่ามือ  แต่อย่างไรก็ตาม  หน่วยเหล่านี้ขึ้นอยู่กับคนร่างเล็ก  ร่างใหญ่  จึงมิได้เป็นมาตรฐานที่เชื่อถือได้

ความยาว 1  ฟุต

หน่วยเอลล์

           การวัดตามระบบอังกฤษ  สืบเนื่องมาจากการเกษตร  เช่น เมล็ดข้าวสาลี 32 เม็ดหนัก 1 เพนนี 20 เพนนีหนัก 1 ออนซ์ และ 20 ออนซ์หนัก 1 ปอนด์  แต่ได้มีการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักของเงินปอนด์กันมาก  จนถึงสมัยพระเจ้าเฮนรี่ที่แปด  จึงได้ใช้เงินปอนด์ชนิดที่ใช้กันในปัจจุบัน  สำหรับการวัดความยาวตามระบบอังกฤษ  เมล็ดข้าวบาเลย์ 3 เมล็ด  ที่วางเรียงต่อกันถือว่ายาว 1 นิ้ว  36 นิ้ว เท่ากับ 1 หลา  แต่คิดกันว่าความยาว 1 หลามาจากความยาวของแขนของพระเจ้าเฮนรี่ที่หนึ่ง  ซึ่งเรียกกันในสมัยนั้นว่า “เอลล์” (ell) ต่อมาในปี 1878 จึงได้ตั้งมาตรฐานขึ้น โดยขีดเส้น 2 เส้นลงบนแท่งโลหะที่รักษาไว้ในสถานที่ซึ่งมีอุณหภูมิคงที่ เรียกว่า ความยาวมาตรฐาน 1 หลา ฟุตคือความยาวของเท้า ซึ่งชาวโรมันใช้กันนานมาแล้วเมื่อเปรียบเทียบกับหลาก็ได้ประมาณ 3 ฟุตเท่ากับ 1 หลา ในตอนนั้นจึงได้แบ่งหลาออกเป็น 3 ส่วน และให้ชื่อแต่ละส่วนว่า 1 ฟุต นอกจากนี้ยังมีหน่วยอื่น ๆ ซึ่งมีรากฐานมาจากการเกษตร เช่น เฟอร์ลอง (furlong) ซึ่งเป็นหน่วยที่ได้มาจากความยาวของรอยคันไถ เป็นต้น

ความยาว 1  หลา  คือความยาวจากช่วงแขนของพระเจ้าเฮนรี่ที่หนึ่งแห่งประเทศอังกฤษ  วัดจากปลายจมูกถึงปลายหัวแม่มือ

           น้ำหนักและไม้เมตรที่ใช้กันในปัจจุบัน ได้ผ่านการตรวจสอบโดยหน่วยราชการที่เกี่ยวข้องกับเรื่องนี้ของแต่ละประเทศน้ำหนักและไม้เมตรที่ไม่ได้มาตรฐาน จะไม่ได้รับอนุญาตให้ใช้ตามตลาด การโกงน้ำหนักนับเป็นความผิดทางอาญา

หน่วยเมตริก

           ระบบเมตริกเริ่มใช้กันภายหลังการปฏิวัติในฝรั่งเศส ในปี ค.ศ. 1789 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้ประชุมร่วมกันจัดตั้งมาตรฐานในการวัดขึ้น พวกนักวิทยาศาสตร์เหล่านั้นได้ทำการวัด และคำนวณระยะทางจากขั้วโลกเหนือ จนถึงเส้นศูนย์สูตร แล้วแบ่งเป็น 10 ล้านส่วน แต่ละส่วนเรียกว่า 1 เมตร ระบบเมตริกเป็นระบบที่ใช้สิบหรือทศนิยมเป็นหลักเช่น 10 เซนติเมตรเท่ากับ 1 เดซิเมตร 10 เดซิเมตรเท่ากับ 1 เมตร ความยาว 1 เมตรมาตรฐานทำด้วยแท่งโลหะ เก็บไว้ที่กรุงปารีส

น้ำหนักมาตรฐานในระบบเมตริกคือกรัม 1 กรัม เท่ากับน้ำหนักของน้ำบริสุทธิ์ที่มีปริมาตร 1 ลูกบาศก์เซนติเมตรที่ 4 เซนติเกรด ในระบบนี้ ก็ใช้ทศนิยมเหมือนกัน ระบบเมตริกเป็นระบบที่สะดวก เพราะทุกอย่างเป็นทศนิยม จึงมีผู้นิยมใช้มากในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์

 

ตลับเมตร

 

ตาชั่ง

                ทุกคนทราบว่า แขนนาฬิกาสองแขน ทำมุมซึ่งกันและกัน เช่นที่เวลา 14.00 นาฬิกา มุมนี้เท่ากับมุมของสามเหลี่ยมด้นเท่าพอดี ชาวบาบิโลเนียนในสมัยโบราณใช้มุมนี้เป็นมาตรฐาน และได้แบ่งมุมนี้ออกเป็น 60 ส่วน เรียกแต่ละส่วนว่า องศา ในทุก ๆ 12 ชั่วโมง จะมีมุม 60 องศาทุก ๆ 2 ชั่วโมง ฉะนั้นในหน้าปัดนาฬิกาจึงมี 12/2×60 = 360 องศานอกจากนี้ เรายังแบ่งองศาออกเป็นลิปดา คือ 1 องศาเท่ากับ 60 ลิปดา และ 1 ลิปดา เท่ากับ 60 พิลิปดา มีเครื่องวัดหลายอย่างที่ใช้กันได้ โดยมิต้องมีความรู้เกี่ยวกับเรื่องมุม หรือการวัดมุม  เช่น  เข็มทิศ  เซคส์แตนท์  เครื่องมือช่วยหาตำแหน่งเรือว่าอยู่ที่เส้นละติจูดเท่าไร  และลูกดิ่ง เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือต่าง ๆ สำหรับใช้วัดสมบัติอย่างอื่นอีกมาก  เช่น  เทอร์โมมิเตอร์วัดอุณหภูมิ  บาดรมิเตอร์วัดความกดดันของของบรรยากาศ  เครื่องวัดต่าง ๆ เหล่านี้อาศัยความละเอียดของสเกล  เพื่อบอกตำแหน่งละเอียดลงไป  เราวัดความเร็วโดยวัดระยะทางเทียบกับเวลา

 

ตาชั่งสองแขน

                เราวัดน้ำหนักโดยอาศัยคาน  เช่น  ตาชั่งธรรมดา  หรืออาจใช้สปริงช่วยในการวัดน้ำหนักก็ได้  เราวัดเนื้อหนังหรือกระดูกได้โดยวัดน้ำหนัก ในทำนองเดียวกันอาจวัดแรงดึงแรงลมพัดได้โดยเปรียบเทียบกับน้ำหนัก

ความสำเร็จในการศึกษาเกี่ยวกับอะตอม  ในยุคนิวเคลียร์หรือยุคจรวด  ก็ขึ้นอยู่กับความละเอียดในการวัดเป็นสำคัญ

 

อะตอม

Aside  —  Posted: March 9, 2012 in Uncategorized

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

12

สิ่งมีชีวิตทุกชนิด

ต้องการอาหารและพลังงาน เพื่อใช้ในการดำรงชีวิต สิ่งมีชีวิตบางชนิดสามารถสร้างอาหารได้เองจากสารประกอบอนินทรีย์โดยใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์ เรียก กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง [ Photosynthesis]

เป็นกระบวนการที่ประกอบด้วยปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องกันเป็นลำดับที่ชั้นพาลิเสดเซลล์ของพืชโดยใช้พลังงานจากแสงอาทิตย์ที่คลอโรพลาสต์ในเซลล์พืชรับมาเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนจากน้ำหรือแหล่งไฮโดรเจนอื่น ๆ ให้กลายเป็นสารประกอบประเภทคาร์โบไฮเดรทและมีก๊าซออกซิเจนเกิดขึ้น

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง

และการหายใจในเซลล์จะทำงานร่วมกันอย่าง สมดุลโดยกระบวนการหายใจจะสลายอาหารได้ พลังงาน และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงจะสร้างคาร์โบไฮเดรท และมีก๊าซออกซิเจนเกิดขึ้นเป็นวัฎจักร

13

การสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้นในมหาสมุทร

มากที่สุดประมาณ85 %โดยเฉพาะอย่างยิ่งไดอะตอมเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีการสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นมากที่สุดการสังเคราะห์ด้วยแสงของสิ่งมีชีวิตบนพื้นดินมีประมาณ10% และแหล่งน้ำจืด 5% ตามลำดับ

คลอโรพลาสต์ [ Chloroplast ]

เป็นออร์แกเนลล์ชนิดหนึ่งในเซลล์พืช ภายในคลอโรพลาสต์มีคลอโรฟิลล์เป็นองค์ประกอบ ซึ่งสามารถดูดกลืนพลังงานจาก ดวงอาทิตย์ มาใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง คลอโรพลาสต์ในพืชชั้นสูงจะมีลักษณะเป็นรูปไข่หรือกลมรีขนาดยาวประมาณ 5 ไมครอน กว้าง 2 ไมครอน หนา 1-2 ไมครอน มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ภายในประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนคือ Stroma และ Lamella

• สโตรมา (Stroma) เป็นของเหลวใส มีเอนไซม์หลายชนิดที่นำไปใช้ในปฏิกิริยาที่ไม่ต้องใช้แสง

• ลาเมลลา เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มชั้นในที่ยื่นเข้าไปในคลอโรพลาสต์

14

มีลักษณะเป็นแผ่นบาง ๆ ซ้อนกัน

ประกอบด้วยโปรตีน ไขมัน คลอโรฟิลล์และรงควัตถุ แผ่นลาเมลลาซ้อนกันหลาย ๆ ชั้นเรียกว่า กรานา (Grana) แผ่นลาเมลลาแต่ละแผ่นที่ซ้อนอยู่ในกรานาเรียกว่า ไทลาคอยด์ (Thylakoid ) เป็นแหล่งรับพลังงานจากแสง ซึ่งประกอบด้วยกลุ่มของรงควัตถุระบบ 1 และรงควัตถุระบบ 2 มีชื่อเรียกว่า ควอนตาโซม ( Quantasome)

• รงควัตถุคือ สารที่สามารถดูดกลืนแสง รงควัตถุแต่ละชนิดจะดูดกลืนแสงสะท้อนสีต่างกัน

• คลอโรฟิลล์ เป็นรงควัตถุที่พบในใบไม้สามารถดูดกลืนแสงสี ม่วง น้ำเงิน แดงได้แต่สะท้อนแสงสีเขียว จึงทำให้เราเห็นใบไม้เป็นสีเขียว

[แก้] ปัจจัย ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง
ความเข้มของแสง
ถ้ามีความเข้มของแสงมาก อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ดังกราฟ อุณหภูมิกับความเข้มของแสง มีผลต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงร่วมกัน คือ ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นเพียงอย่างเดียว แต่ความเข้มของแสงน้อยจะไม่ทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงเพิ่มขึ้น อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนถึงขีดหนึ่งแล้วอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดต่ำลงตามอุณหภูมิและความเข้มของแสงที่เพิ่มขึ้นและยังขึ้นอยู่กับชนิดของพืชอีกด้วยเช่น พืช c3และ พืช c4
โดยปกติ ถ้าไม่คิดถึงปัจจัยอื่นๆ เข้ามาเกี่ยวข้องด้วย อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชส่วนใหญ่จะเพิ่มมากขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นในช่วง 0-35 °C หรือ 0-40 °C ถ้าอุณหภูมิสูงกว่านี้ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดลง ทั้งนี้เนื่องจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นปฏิกิริยาที่มีเอนไซม์ควบคุม และการทำงานของเอนไซม์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ดังนั้น เรื่องของอุณหภูมิจึงมีความสัมพันธ์กับอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง เรียกปฏิกิริยาเคมีที่มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิว่า ปฏิกิริยาเทอร์โมเคมิคัล
ถ้าความเข้มของแสงน้อยมาก จนทำให้การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชเกิดขึ้นน้อยกว่ากระบวนการหายใจ น้ำตาลถูกใช้หมดไป พืชจะไม่สามารถมีชีวิตอยู่ได้ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชไม่ได้ ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสงเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น (คุณภาพ) ของแสง และช่วงเวลาที่ได้รับ เช่น ถ้าพืชได้รับแสงนานจะมีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงดีขึ้น แต่ถ้าพืชได้แสงที่มีความเข้มมากๆ ในเวลานานเกินไป จะทำให้กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงชะงัก หรือหยุดลงได้ทั้งนี้เพราะคลอโรฟิลล์ถูกกระตุ้นมากเกินไป ออกซิเจนที่เกิดขึ้นแทนที่จะออกสู่บรรยากาศภายนอก พืชกลับนำไปออกซิไดส์ส่วนประกอบและสารอาหารต่างๆภายในเซลล์ รวมทั้งคลอฟิลล์ทำให้สีของคลอโรฟิลล์จางลง ประสิทธิภาพของคลอโรฟิลล์และเอนไซม์เสื่อมลง ทำให้การสร้างน้ำตาลลดลง
ความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์
ถ้าความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เพิ่มขึ้นจากระดับปกติที่มีในอากาศ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วย จนถึงระดับหนึ่งถึงแม้ว่าความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์จะสูงขึ้น แต่อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่ได้สูงขึ้นตามไปด้วย และถ้าหากว่าพืชได้รับคาร์บอนไดออกไซด์ ที่มีความเข้มข้นสูงกว่าระดับน้ำแล้วเป็นเวลานานๆ จะมีผลทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงลดต่ำลงได้ ดังกราฟ
คาร์บอนไดออกไซด์จะมีผลต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงมากน้อยแค่ไหนขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นด้วย เช่น ความเข้มข้นสูงขึ้น แต่ความเข้มของแสงน้อย และอุณหภูมิของอากาศก็ต่ำ กรณีเช่นนี้ อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดต่ำลงตามไปด้วย ในทางตรงกันข้าม ถ้าคาร์บอนไดออกไซด์มีความเข้มข้นสูงขึ้น ความเข้มของแสงและอุณหภูมิของอากาศก็เพิ่มขึ้น กรณีเช่นนี้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย
นักชีววิทยาจึงมักเลี้ยงพืชบางชนิดไว้ในเรือนกระจกที่แสงผ่านเข้าได้มากๆ แล้วให้ คาร์บอนไดออกไซด์มากขึ้นเป็นพิเศษ ซึ่งมีผลทำให้พืชมีกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเพิ่มมากขึ้น อาหารเกิดมากขึ้น จึงเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ออกดอกออกผลเร็ว และออกดอกออกผลนอกฤดูกาลก็ได้
อุณหภูมิ
อุณหภูมิ เป็นปัจจัยอย่างหนึ่งที่มีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช โดยทั่วไปอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น 10-35 °C ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นกว่านี้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดต่ำลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงที่อุณหภูมิสูงๆ ยังขึ้นอยู่กับเวลาอีกปัจจัยหนึ่งด้วย กล่าวคือ ถ้าอุณหภูมิสูงคงที่ เช่น ที่ 40 °C อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดลงตามระยะเวลาที่เพิ่มขึ้น ทั้งนี้เพราะเอนไซม์ทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิที่พอเหมาะ ถ้าสูงเกิน 40 °C เอนไซม์จะเสื่อมสภาพทำให้การทำงานของเอนไซม์ชะงักลง ดังนั้นอุณหภูมิจึงมีความสัมพันธ์ต่อการสังเคราะห์แสงด้วย เรียกปฏิกิริยาเคมีที่มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิว่า ปฏิกิริยาเทอร์มอเคมิคอล (Thermochemical reaction)
ออกซิเจน
ตามปกติในอากาศจะมีปริมาณของออกซิเจน (O2) ประมาณ 25% ซึ่งมักคงที่อยู่แล้ว จึงไม่ค่อยมีผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ถ้าปริมาณออกซิเจนลดลงจะมีผลทำให้อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงขึ้น แต่ถ้ามีมากเกินไปจะทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ของสารต่างๆ ภายในเซลล์ โดยเป็นผลจากพลังงานแสง (Photorespiration) รุนแรงขึ้น การสังเคราะห์ด้วยแสงจึงลดลง
น้ำ
น้ำ ถือเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (แต่ต้องการประมาณ 1% เท่านั้น จึงไม่สำคัญมากนักเพราะพืชมีน้ำอยู่ภายในเซลล์อย่างเพียงพอ) อิทธิพลของน้ำมีผลต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงทางอ้อม คือ ช่วยกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์
เกลือแร่
ธาตุแมกนีเซียม (Mg) , และไนโตรเจน (N) ของเกลือในดิน มีความสำคัญต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง เพราะธาตุดังกล่าวเป็นองค์ประกอบอยู่ในโมเลกุลของคลอโรฟิลล์ ดังนั้น ถ้าในดินขาดธาตุทั้งสอง พืชก็จะขาดคลอโรฟิลล์ ทำให้การสังเคราะห์ด้วยแสงลดลงด้วย นอกจากนี้ยังพบว่าเหล็ก (Fe) จำเป็นต่อการสร้างคลอโรฟิลล์ และสารไซโตโครม (ตัวรับและถ่ายทอดอิเล็กตรอน) ถ้าไม่มีธาตุเหล็กในดินเพียงพอ การสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ก็จะเกิดขึ้นไม่ได้และ ฟอสฟอรัสอีกด้วย
อายุของใบ
ใบจะต้องไม่แก่หรืออ่อนจนเกินไป ทั้งนี้เพราะในใบอ่อนคลอโรฟิลล์ยังเจริญไม่เต็มที่ ส่วนใบที่แก่มากๆ คลอโรฟิลล์จะสลายตัวไปเป็นจำนวนมาก
สมการเคมีในการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นดังนี้
สรุปสมการเคมีในการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชสีเขียวเป็นดังนี้ :
nCO2 + 2nH2O + พลังงานแสง → (CH2O) n + nO2 + nH2O
เฮกโซส น้ำตาล และ แป้ง เป็นผลผลิตขั้นต้นดังสมการดังต่อไปนี้:
6CO2 + 12H2O + พลังงานแสง → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

การสังเคราะห์ด้วยแสง
ก็ได้ทราบกันอยู่แล้วว่าว่าพืชมีหน้าที่สำคัญอย่างหนึ่งคือ  สามารถนำพลังงานแสงมาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์
์และสร้างเป็นอาหารเก็บไว้ในรูปสารอินทรีย์ โดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง  นอกจานี้ยังทราบอีกว่าในใบพืช
มีคลอโรฟิลล์  ซึ่งจำเป็นต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง  และผลผลิตที่ได้คือ  คาร์โบไฮเดรต น้ำ และออกซิเจน
และยังได้ทราบว่าพืชมีโครงสร้างที่เหมาะสมต่อการทำงานได้อย่างไร
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช แบ่งเป็น 2 ขั้นตอนใหญ่ คือ
ปฏิกิริยาแสงและปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์
โครงสร้างของคลอโรพลาสต์

จากการที่ศึกษาด้วยการใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตอนและเทคนิคต่างๆ  ทำให้เราทราบรายละเอียดเกี่ยวกับ
โครงสร้างและหน้าที่ของคลอโรพลาสต์มากขึ้น  คลอโรพลาสต์ส่วนใหญ่ของพืชจะมีรูปร่างกลมรี   มีความยาวประมาณ
5 ไมโครเมตร  กว้าง 2ไมโครเมตร หนา1-2 ไมโครเมตร  ในเซลล์ของแต่ละใบจะมีคลอโรพลาสต์มากน้อย
แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และชนิดของพืช

15

คลอโรพลาสต์ ประกอบด้วยเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ภายในมีของเหลวเรียกว่า สโตรมา  มีเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับ
กระบวนการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ในการสังเคราะห์ด้วยแสงนอกจากนี้ด้านในของคลอโรพลาสต์
ยังมีเยื่อไทลาคอยด์   ส่วนที่พับทับซ้อนไปมาเรียกว่า กรานุม  และส่วนที่ไม่ทับซ้อนกันอยู่เรียกว่า
สโตรมาลาเมลลา สารสีทั้งหมดและคลอโรฟิลล์จะอยู่บนเยื่อไทลาคอยด์มีช่องเรียก ลูเมน ซึ่งมีของเหลวอยู่ภายใน

นอกจากนี้ภายในคลอโรพลาสต์ยังมี DNA RNA และไรโบโซมอยู่ด้วย  ทำให้คลอโรพลาสต์สามารถ
จำลองตัวเองขึ้นมาใหม่และผลิตเอนไซม์ไว้ใช้ในคลอโรพลาสต์ในคลอโรพลาสต์เองได้คล้ายกับไมโทคอนเดรีย
สารสีในปฏิกิริยาแสง
เราสามารถพบได้ว่าสาหร่ายสไปโรไจราสังเคราะห์ด้วยแสงได้ดีที่แสงสีน้ำเงินและแสงสีแดง
สารสีที่พบในสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงมีได้หลายชนิด   พืชและสาหร่ายซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตประเภทยูคาริโอต
สารสีต่างๆจะอยู่ในคลอโรพลาสต์  แต่ไซยาโนแบคทีเรียและกรีนแบคทีเรียจะพบสารสีต่างๆ  และศูนย์กลาง
ปฏิกิริยาแสงแทรกอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ หรือองค์ประกอบอื่นที่เปลี่ยนแปลงมาจากเยื่อหุ้มเซลล์
โดยมีส่วนของเยื่อหุ้มเซลล์ที่ยื่นเข้าไปในไซไทพลาซึมทำหน้าที่แทนเยื่อชั้นในของคลอโรพลาสต์
สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดที่สังเคราะห์แสงได้  มีสารสีอยู่หลายประเภท ซึ่งเราได้พบว่า  พืชและสาหร่ายสีเขียว
มีคลอโรฟิลล์ 2 ชนิด คือ  คลอโรฟิลล์ เอ และคลอโรฟิลล์ บี  นอกจากคลอโรฟิลล์แล้วยังมีแคโรทีนอยด์
และพบว่าสาหร่ายบางชนิดมี ไฟโคบิลิน
แคโรทีนอยด์เป็นสารประกอบประเภทไขมัน  ซึ่งประกอบไปด้วยสาร 2 ชนิด คือ  แคโรทีน   เป็นสารสีแดง
หรือสีส้ม และแซนโทฟิลล์  เป็นสารสีเหลืองหรือสีน้ำตาล  แคโรทีนอยด์มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด  ที่สังเคราะห์
ด้วยแสงได้ในพืชชั้นสูงพบว่าสารสีเหล่าสนี้อยู่ในคลอโรพลาสต์
ไฟโคบิลิน  มีในสาหร่ายสีแดงและไซยาโนแบคทีเรีย  ซึ่งไฟโคบิลินประกอบด้วยไฟโคอีรีทรินซึ่งดูดแสงสีเหลืองและเขียว  และไฟโคไซยานินที่ดูดแสงสีเหลืองและสีส้ม
สารเหล่านี้ทำหน้าที่รับพลังงานแสงแล้วส่งต่อให้คลอโรฟิลลล์ เอ ที่เป็นศูนย์กลางปฏิกิริยาของระบบแสง อีกต่อหนึ่ง   กลุ่มสารสีที่ทำหน้าที่รับพลังงานแล้วส่งต่ออีกทีให้คลอโรฟิลล์ เอ  ซึ่งเป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยาเรียกว่า
แอนเทนนา
สิ่งที่น่าสงสัยคือ  มีการส่งต่อพลังงานแสงจากโมเลกลุของสารีต่างๆไปยังคลอโรฟิลล์ เอ ที่เป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยาของได้ได้อย่างไร
อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปรอบๆ นิวเคลียสของอะตอมของสารสีมีอยู่หลายระดับ   อิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงระดับได้ ถ้าได้รับพลังงานที่เหมาะสม  เมื่อโมเลกุลของสารสีดูดพลังงานจากแสง ทำให้อิเล็กตรอน
เคลื่อนที่อยู่ในสภาพปกติ  ถูกกระตุ้นให้มีพลังงานมากขึ้น  อิเล็กตรอนจะเคลื่อนไปอยู่ระดับนอก

อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจะอยู่ในสภาพเร่งเร้า สภาพเช่นนี้ไม่คงตัว    อิเล็กตรอนจะถ่ายทอดพลังงานเร่งเร้าจากโมเลกุลสารสีหนึ่งไปยังโมเลกุลของสารสีอื่นๆต่อไป
อิเล็กตรอนเมื่อถ่ายทอดพลังงานไปแล้วก็จะคืนสู่ระดับปกติ  โมเลกุลของคลอโรฟิลล์เอ  ก็จะได้รับพลังงานโมเลกุลที่ถ่ายทอดมาจากสารสีต่างๆ  รวมทั้งโมเลกลุของคลอโรฟิลล์ เอ  ก็ได้รับพลังงานแสงเองอีกด้วย  เมื่อคลอโรฟิลล์ เอ ที่เป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยาได้รับพลังงานที่เหมาะสม จะทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากโมเลกุล
อิเล็กตรอนที่หลุดออกมานี้จะมีสารรับอิเล็กตรอน  ที่ค้นพบว่า NADP เป็นสารที่มารับอิเล็กตรอนในภาวะที่มีคลอโรพลาสต์ และกลายเป็น NADPH
ที่เยื่อไทลาคอยด์จะมีกกลุ่มของสารสี เรียกว่าแอนเทนนาแต่ละหน่วยประกอบด้วยสารสีต่างๆ ประมาณ 300 โมเลกุล สารสีอื่นๆ ที่เป็นองค์ประกอบของแอนเทนนาจะได้รับพลังงานแสงแล้วถ่ายทอดไปตาลำดับคลอโรฟิลล์ เอ ที่เป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยา
ระบบแสง ประกอบด้วยโปรตีนตัวรับอิเล็กตรอน ตัวถ่ายทอดอิเล็กตรอน และแอนเทนนา ระบบแสงI หรือPSI เป็นระบบแสงที่มีคลอโรฟิลล์ เอ ซึ่งเป็นศูนย์กลางปฏิกิริยารับ พลังงานแสงได้ดีที่สุดที่ความยาวคลื่น 700 นาโนเมตร  จึงเรียกว่า P700 และรับบแสงII หรือ PS II ซึ่งมีคลอโรฟิลล์ เอ ที่เป็นศูนย์กลางปฏิกิริยารับพลังงานแสง
ได้ดีที่สุดที่ความยาวคลื่น 680 นาโนเมตร เรียกปฏิกิริยาแสงนี้ว่า P680
ปฏิกิริยาแสง 
พืชดูดกลืนแสงไว้ในคลอโรพลาสต์ ในขั้นตอนที่เรียกว่า  ปฏิกิริยาแสงให้เป็นพลังงานเคมีที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ในรูป ATP และ NADPH
บนเยื่อไทลาคอยด์จะมีระบบแสง I ระบบแสง II และโปรตีนทำหน้าที่รับและถ่ายทอดอิเล็กตรอนอยู่ ซึ่งจำลองการจัดเรียงตัวพลังงานแสงที่สารต่างๆ ดูดกลืนไว้จะทำให้อิเล็กตรอนของสารสีมีระดับพลังงานสูงขึ้น  และสามารถ่ายทอด
ไปได้หลายรูปแบบ  สารสีในแอนเทนนาจะมีการท่ายทอดพลังงานที่ดูดกลืนไว้ จากสารสีโมเลกุลหนึ่งไปยังสารสีอีกโมเลกุลหนึ่ง จนกระทั่งโมเลกุลของคลอดรฟิลล์ เอ  ที่เป็นศูนย์กลางของระบบปฏิกิริยาแสง พลังงานดังกล่าวจะกระตุ้นให้อิเล็กตรอนของคลอโรฟิลล์ เอ มีพลังงานสูงขึ้น  และถ่ายทอดอิเล็กตรอนไปยังตัวรับอิเล็กตรอน
เป็นการเปลี่ยนปลังงานสงให้มาอยู่ในรูปของพลังงานเคมี  นอกจากนี้พลังที่ถูกดูดกลืนไว้อาจเปลี่ยนมาอยู่ในรูปของพลังงานความร้อน  การถ่ายทอดอิเล็กตรอนเกิดได้ 2 ลักษณะ  คือการถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักรและการถ่ายทออิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร

ถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร

16

พลังงานสงที่สสารสีรับไว้ถูกส่งผ่านไปยังปฏิกิริยาของระบบแสง และทำให้โมเลกุลของคลอโรฟิลล์ เอ ที่ระบบแสง I และระบบแสง II   ถูกระตุ้นจึงปล่อยอิเล็กตรอนให้กับโมเลกุลของสารที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนต่อไปอิเล็กตรอนที่หลุดออกไปจากคลอโรฟิลล์ เอ ในระบบแสง I จะไม่ย้อนกลับสู้ระบบแสงI อีกครั้ง เพราะมีNADมารับอิเล็กตรอนกลายเป็น NADPH สำหรับคลอดรฟิลล์ เอ ในระบบแสง II สุญเสียอิเล็กตรอนไปมีผลให้สามารถ
ดึงอิเล็กตรอนของน้ำออกมาแทนที่ ซึ่งทำให้โมเลกุลของนำแยกสลายเป็นออกซิเจนและโปรตอน
อิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายทอดในลำดับต่างๆ ที่กล่าวมาข้างต้นทำให้เกิดการสะสมโปรตอนในลูเมนจนเกิดความแตกต่างของระดับโปรตอนระหว่างสโตรมากับลูเมน  โปรตอนในลูเมนจะถูกส่งผ่านไปยังสโตรมาโดยการทำงานของATP ขึ้นในสโตรมา  และมีการปล่อยโปรตอนจากลูเมนสู่สโตรมา

การถ่ายทอดอิเล็กตรอนแบบเป็นวัฏจักร
เป็นการถ่ายทอดอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้น เมื่อระบบแสงIได้รับพลังงานแสง สารสีในระบบแสง I จะรับพลังงานแสงถ่ายทอดพลังงานไปยังคลอโรฟิลล์ เอ ที่เป็นศูนย์กลางของปฏิกิริยา ทำให้อิเล็กตรอนของคลโรฟิลล์ เอมีพลังงานสูงขึ้นจึงหลุดออกมาซึ่งจะมีตัวรับอิเล็กตรอนแล้วถ่ายทอดออกมายังระบบไซโทโครมคอมเพล็กซ์  จากนั้นจะส่งผ่านตัวนำอิเล็กตรอนต่างๆ อิเล็กตรอนก็จะกลับมายังคลอโรฟิลล์ ที่เป็นศูนย์กลาง
ของปฏิกิริยา ของระบบแสง I อีกครั้งหนึ่ง ในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนครั้งนี้จะทำให้โปรตอนเคลื่อนย้ายจากสโตรมาเข้าสู่ลูเมนเป็นผลทำให้เกิดความแตกต่างความเข้มข้นของโปรตอนระหว่างลูเมนกับสโตรมาและเมื่อสะสมมากขึ้น เป็นแรงผลักดันให้เกิดการสังเคราะห์ ATP โดยไม่มี NADPH และออกซิเจน เกิดขึ้น
ปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์

18

การสังเคราะห์แสงของพืชมีกระบวนการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อสร้างสารประกอบคาร์โบไฮเดรต
จากการทดลองของคัลวินและคณะสันนิษฐานว่า  น่าจะมีสารประกอบคาร์บอน 2 อะตอม  ซึ่งเมื่อรวมตัวกับคาร์บอนไดออกไซด์ จะได้ PGA แต่หลังจากการค้นหาไม่ค้นพบสารประกอบที่มีคาร์บอน 2 อะตอมอยู่เลย  เขาจึงตรวจหาสารประกอบใหม่ที่จะมีมารวมกับ CO เป็น PGA จากการตรวจสอบพบสารประกอบ
จำพวกน้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม  คือ ไรบูโลสบิสฟิสเฟต  เรียกย่อๆว่า RuBP เมื่อรวมตัวกับคาร์บอนไดออกไซด์เกิดเป็นสารประกอบตัวใหม่ที่มีคาร์บอน 6 อะตอม  แต่สารนี้ไม่อยู่ตัว จะสลายกลายเป็นสารประกอบที่มีคาร์บอน 3 อะตอม  คือ PGA จำนวน 2 โมเลกุล
นอกจากนี้คัลวินและคณะ ได้พบปฏิกิริยาเหล่านี้ เกิดหลายขั้นตอนต่อเนืองไปเป็นวัฏจักรในปัจจุบันเรียกวัฏจักรของปฏิกิริยานี้ว่า  วัฏจักรคัลวิน
การตรึงคาร์บอนไดออกไซด์นี้เป็นกระบวนการที่พืชนำพลังงานเคมีที่ได้จากปฏิกิริยาแสงในรูปATP และADPH มาใช้ในการสร้างสารอินทรีย์  คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกรีดิวส์เป็นน้ำตาลไตรโอสฟอสเฟตในวัฏจักรคัลวิน  วัฏจักรคัลวินเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสโตรมาของคลอโรพลาสต์ ประกอบ 3 ขั้นตอนใหญ่ คือ คาร์บอกซิเลชัน  รีดักชันและ รีเจเนอเรชัน
ปฏิกิริยาขั้นที่ 1 คาร์บอกซิเลชัน  เป็นปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์  คาร์บอนไดออกไซด์จะเข้าสู่วัฏจักรคัลวินโดยการทำปฏิกิริยากับ RuBP มีเอนไซม์ไรบูโลส บิสฟอสเฟต คร์บอกซิเลส ออกจีเจเนส  เรียกย่อๆว่า รูบิสโก เป็นคะตะลิสต์  เมื่อ RuBP ซึ่งเป็นสารที่มีคาร์บอน 5 อะตอม  เข้ารวมกับคาร์ไดออกไซดได้สารประกอบใหม่ที่มีคาร์บอน 6 อะตอม  เป็นสารที่ไม่คงตัวและจะเปลี่ยนเป็นสารประกอบ ฟอสโฟกลีเซอเรต  มีคาร์บอน 3 อะตอม จำนวน 2 โมเลกุล  ซึ่งถือได้ว่าเป็นสารประกอบที่มีคาร์บอนตัวแรกที่คงตัวในวัฏจักรคัลวิน
ปฏิกิริยาขั้นที่ 2 รีดักชัน ในขั้นตอนนี้แต่ละโมเลกุลของ PGA จะรับหมู่ฟอสเฟตจาก ATP กลายเป็น 1,3 บิสฟอสโฟกลีเซอเรต ซึ่งรับอิเล็กตรอนจาก NADPH และถูกเปลี่ยนเป็น กลีเซอรัลดีไฮด์ 3-ฟอสเฟต  เรียกย่อๆว่าG3P หรือ PGAL เป็นน้ำตาลคาร์บอน 3 อะตอม
ปฏิกิริยาขั้นที่ 3 รีเจเนอเรชัน  เป็นขั้นตอนที่จะสร้าง RuBP ขึ้นมาใหม่ เพื่อกลับไปรับคาร์บอนไดออกไซด์อีกครั้งหนึ่ง  ในการสร้างRuBP ขึ้นมาใหม่  เพื่อกลับไปรับคาร์บอนไดออกไซด์อีกครั้งหนึ่ง ในการสร้าง RuBP ซึ่งมีคาร์บอน 5 อะตอมซึ่งต้องอาศัย G3P ซึ่งเป็นสารที่มีคาร์บอน 3 อะตอม จึงเปลี่ยนไปเป็น RuBP และขั้นตอนนี้
ต้องอาศัยพลังงานจาก ATP จากปฏิกิริยาแสง ส่วน G3P บางโมเลกุลถูกนำไปสร้างกลูโคส และสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ
พืชที่สังเคราะห์ด้วยแสงมีสารประกอบคงตัวชนิดแรกที่ได้จากปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารที่มีคาร์บอน 3 อะตอม เรียกว่าพืช C3
น้ำตาลที่ได้จากวัฏจักรคัลวินถูกนำไปสร้างเป็นน้ำตาลไดแซ็กคาไรด์ เช่น ซูโครส  เพื่อลำเลียงไปสู่ส่วนต่างๆที่พืชต้องการจะใช้ต่อไป  หรืออาจจะถูกเก็บสะสมไว้ในรูปของเม็ดแป้งในคลอโรพลาสต์หรือนำไปใช้ในกระบวนการ
อื่นๆภายในเซลล์ เช่น กระบวนการสลายอาหาร การสร้างสารอินทรีย์อื่นๆ  เช่น กรดไขมัน กรดอะมิโน
ปฏิกิริยาตรึงคาร์บอนไดออกไซด์เป็นปฏิกิริยาที่ไม่จำเป็นต้องใช้แสงจริงหรือไม่  ในอดีตเรียกว่าปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสง เราคิดว่าไม่ต้องใช้แสง  แต่ปัจจุบันพบว่าแสงมีบทบาทที่สำคัญ  ซึ่งการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์จะเริ่มต้นหลังจากพืชได้รับแสงช่วงหนึ่ง   อัตราการสังเคราะห์แสงจะเร่อมตามระยะเวลาที่เพิ่มขึ้น  เนืองจากแสง
กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์หลายชนิดที่ใช้ในวัฏจักรคัลวิน  เช่น  เอนไซม์รูบิสโก  นอกจากนี้แสงยังมีอิทธิพลต่อการลำเลียงสารประกอบคาร์บอน 3 อะตอม ออกจากคลอโรพลาสต์  และมีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของไอออนต่างๆ
สรุปโดยย่อการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ ได้แก่ กระบวนการเปลี่ยนพลังงานแสงขให้เป็นพลังงานแคมีโดยการสร้าง ATPและNADPH ด้วยปฏิกิริยา จากนั้นจะนำ ATPและ NADPH มาใช้ใน
ปฏิกิริยาการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อสร้างสารประกอบคาร์โบไฮเดรต

การหายใจระดับเซลล์

กระบวนการหายใจระดับเซลล์เป็นการผลิตพลังงานจากสารอาหารที่เซลล์ได้รับ พลังงานที่ได้จะสะสมอยู่ใน รูปของพลังงานพันธะ เมื่อเซลล์ต้องการใช้พลังงาน ก็จะสลายพันธะดังกล่าวเพื่อปลดปล่อยพลังงานออกมา ใช้ในกิจกรรมต่าง ๆ ของเซลล์ เช่น การนำสารบางชนิดเข้าสู่เซลล์, การเคลื่อนที่ เป็นต้น
สารอินทรีย์ที่สามารถสร้างพันธะเพื่อสะสมพลังงานได้มีหลายชนิด แต่สารอินทรีย์ที่สำคัญมากที่สุดที่ใช้ใน การสะสมพลังงานในสิ่งมีชีวิตคือ ATP (ADENOSINETRIPHOSPHATE) ชื่อของสารอินทรีย์บอกให้เรา ทราบว่าสารนี้ประกอบด้วยหมู่ฟอสเฟต 3 หมู่ (TRI = 3) การสลายพันธะระหว่างหมู่ฟอสเฟตจะเป็น การปลอดปล่อยพลังงานที่สะสมอยู่ในพันธะออกมา ในทางกลับกันการสร้างพันธะเหล่านี้ก็ต้องอาศัย พลังงานเช่นกัน (ดูรูปที่ 1)

เนื่องจาก ATP มีความสำคัญมากในการสร้างพลังงานภายในเซลล์ เซลล์จึงต้องสร้าง ATP ขึ้นมาใหม่ ตลอดเวลา ถ้าเราให้ร่างกายของคนเราประกอบด้วยเซลล์ประมาณ 20-30 ล้านล้านเซลล์ แต่ละเซลล์ จะต้องสลาย ATP ประมาณ 1-2 พันล้านโมเลกุล ให้เป็น ADP ทุก ๆ นาที หรือเทียบเท่ากับน้ำหนัก ถึงประมาณ 40 กิโลกรัมต่อวัน! เพื่อให้เราสามารถดำรงชีวิตได้อย่างปกติสุข ดังนั้นเซลล์จะต้องสร้าง ATP ขึ้นมาใหม่ ADP ที่เป็นผลจากการสลาย ATP จึงจะสามารถสร้าง ATP ได้พอกับความต้องการ
สารอินทรีย์อีกชนิดที่คล้ายคลึงกันคือ GTP (GUANOSINE TRIPHOSPHATE) ก็สามารถสะสม พลังงานในรูปของพลังงานพันธะและสามารถถ่ายทอดพลังงานนี้ไปยัง ATP ได้อีกด้วย (1 โมเลกุล GTP จะสามารถสร้าง ATP ได้ 1 โมเลกุล)
นอกจากนี้ยังมีสารอินทรีย์อีกพวกหนึ่ง สามารถเก็บสะสมพลังงานจากสารอาหารในรูปของอิเล็กตรอน ซึ่งจะสามารถปล่อยพลังงานที่สะสมไว้ออกมา เมื่อมีการถ่ายเทอิเล็กตรอนไปยังตัวรับอิเล็กตรอนอื่น ๆ พลังงานเหล่านี้จะถูกนำไปใช้สังเคราะห์ ATP เพื่อสะสมพลังงานไว้ใช้ต่อไป สารเหล่านี้ได้แก่ NAD+ (NICOTINAMIDE ADENINE DINUCLEOTIDE) และ FAD (FLAVIN ADENINE DINUCLEOTIDE) ในการรับอิเล็กตรอนของ NAD+ และ FAD นั้นมักมีการรับโปรตอน (H+) มาด้วย ทำให้โมเลกุลของสารทั้งสองตัวที่รับอิเล็กตรอนมาแล้วอยู่ในรูปของ NADH (ดูรูปที่ 2) และ FADH2 ตามลำดับ

การสลายสารอาหารเพื่อให้ได้พลังงานนั้นเซลล์ต้องใช้กระบวนการซับซ้อนเพื่อค่อย ๆ ปล่อยพลังงาน ออกมาอย่างช้า ๆ เซลล์จึงจะสามารถนำพลังงานเหล่านั้นไปเก็บสะสมในรูปของ ATP ได้อย่างมี ประสิทธิภาพ และถึงกระนั้นก็ตามพลังงานจำนวนมากก็สูญเสียไปในรูปของความร้อน ดังนั้นถ้าการปล่อย พลังงานของสารอาหารในสิ่งมีชีวิตเป็นไปอย่างรวดเร็ว นอกจากอาจทำให้เซลล์ได้รับพลังงานลดลงแล้ว อาจเกิดความร้อนสูงเกินไปจนเป็นอันตรายต่อเซลล์
สารอาหารที่ถูกใช้เป็นตัวอย่างในการศึกษาการสลายสารอาหาร คือ น้ำตาลกลูโคส การสลายน้ำตาลกลูโคส จะต้องอาศัยกลุ่มของปฏิกิริยา 3 กลุ่ม คือ ไกลโคลิซิส (GLYCOLYSIS), การสร้างแอซีติลโคเอนไซม์ เอ และ วัฏจักรเครบส์

ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการย่อยสลายกลูโคส คือ พลังงาน, คาร์บอนไดออกไซด์, น้ำและสารอื่น ๆ ที่ได้จาก การนำเอาสารในกระบวนการย่อยสลายไปสังเคราะห์ขึ้น การคำนวณหาพลังงานที่ได้อาจพิจารณาจาก แผนภาพง่าย ๆ นี้ (ดูรูปที่ 4)

จะเห็นได้ว่าในการย่อยสลายกลูโคสจะได้พลังงานในรูปของ ATP และ GTP จำนวนหนึ่ง ส่วนพลังงานที่เก็บ ในรูปของอิเล็กตรอนใน NADH และ FADH2 นั้น จะถูกเปลี่ยนเป็น ATP โดยการถ่ายทอดอิเล็กตรอนไปยัง ตัวรับอิเล็คตรอนต่าง ๆ หรือที่เรียกว่า ออกซิเดทีพฟอสโฟริเลชั่น (OXIDATIVE PHOSPHORYLATION) ดังนี้ (ดังรูปที่ 5)

จากแผนภูมิข้างต้นทำให้เราสามารถสรุปได้ว่า NADH1 โมเลกุลเมื่อถ่ายทอดอิเล็กตรอนแล้วจะปลดปล่อย พลังงานเพียงพอสำหรับการสังเคราะห์ ATP 3 โมเลกุล ส่วน FADH2 ให้เพียง 2 ATP เท่านั้น แต่เนื่องจาก ว่าการถ่ายทอดอิเล็กตรอนจะเกิดในไมโทคอนเดรีย (MITOCHONDRIA) เท่านั้น ดังนั้น NADH ที่เกิดจาก ไกลโคลิซิส ในส่วนที่เรียกว่า ไซโทพลาซึม (CYTOPLASM) ของเซลล์ จะต้องถูกนำเข้าสู่ไมโทคอนเดรีย เพื่อ ถ่ายทอดอิเล็กตรอน ในเนื้อเยื่อหัวใจ ตับ และไต NADH จะส่งโปรตอนและอิเล็กตรอนไปยัง NAD+ ที่อยู่ ภายในไมโทคอนเดรียด้วยกระบวนการที่ซับซ้อน NADH ที่เกิดขึ้นในไมโทคอนเดรีย จะถูกเปลี่ยนให้เป็น ATP โดยการถ่ายทอดอิเล็กตรอนผลลัพธ์ของการถ่ายเทอิเล็กตรอนจึงเท่ากับ 3 ATP ตามเดิม ส่วนในเนื้อเยื่อ กล้ามเนื้อลายสมอง และกล้ามเนื้อที่ใช้ในการบินของแมลง NADH จะส่งโปรตอนและอิเล็กตรอนไปยัง FAD จึงได้พลังงานเพียง 2 ATP
ด้วยเหตุผลที่กล่าวมาแล้วผลรวมของการย่อยสลายกลูโคสในเนื้อเยื่อ หัวใจ ตับ และไตจึงอาจมีค่าเท่ากับ
6 ATP – 2 ATP + 3(10ATP) + 2(2ATP) = 38 ATP

ส่วนในเนื้อเยื่อ กล้ามเนื้อลาย สมอง และกล้ามเนื้อที่ใช้ในการบินของแมลงจะมีค่าเท่ากับ
6 ATP – 2 ATP + 2(2ATP) + 3(8ATP) + 2(2ATP) = 36 ATP

ในการถ่ายทอดอิเล็กตรอนนั้นจะสังเกตได้ว่า ออกซิเจนจะเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย นั่นแสดงให้เห็น ว่าการที่ร่างกายของเราหายใจเอาออกซิเจนเข้าไปนั้น ก็เพื่อไปใช้ในการถ่ายทอดอิเล็กตรอนนั่นเอง และเมื่อ เราหายใจออกก็เป็นการถ่ายเทเอาของเสียคือ คาร์บอนไดออกไซด์ ที่ได้จากการย่อยสลายสารอาหารออกมา (ในช่วงวัฏจักรเครบส์) เราจึงเรียกการหายใจระดับเซลล์แบบนี้ว่า การหายใจแบบใช้ออกซิเจน (Aerobic respiration)

อนุกรมวิธาน

อนุกรมวิธาน (อังกฤษ: taxonomy) เป็นการจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตออกเป็นหมวดหมู่ตามสายวิวัฒนาการ อนุกรมวิธานเป็นวิชาที่ว่าด้วยกฎเกณฑ์เกี่ยวกับ

  1. การจัดจำแนกสิ่งมีชีวิต (classification) ออกเป็นหมวดหมู่ต่างๆ
  2. การกำหนดชื่อสากลของหมวดหมู่และชนิดของสิ่งมีชีวิต (nomenclature)
  3. การตรวจสอบชื่อวิทยาศาสตร์ของสิ่งมีชีวิต (identification)

ในการศึกษาอนุกรมวิธานจะมีศัพท์ที่ใช้เรียกแตกต่างกันออกไป ถ้าหากการศึกษาเป็นไปในทางรวบรวมตัวอย่าง (specimen)

การจัดหมวดหมู่นี้ จะแบ่งออกเป็น 7 ลำดับชั้น เริ่มตั้งแต่การแบ่งแบบคร่าวๆ ในระดับ Kingdom ซึ่งการแบ่งในระดับนี้ จะแบ่งสิ่งมีชีวิตในโลกได้เพียง 5 ประเภท คือ[แก้]การจัดหมวดหมู่ของสิ่งมีชีวิต

  1. อาณาจักรสัตว์ Kingdom Animalia
  2. อาณาจักรพืช Kingdom Plantae
  3. อาณาจักรโพรทิสตา (กึ่งพืชกึ่งสัตว์) Kingdom Protista
  4. อาณาจักรฟังไจ (เห็ดรา) Kingdom Fungi
  5. อาณาจักรมอเนอรา (แบคทีเรีย) kingdom Monera
  • แต่ละ Kingdom จะแบ่งออกได้หลาย Phylum (ยกเว้นในพืชจะใช้คำว่า Division)
  • แต่ละ Phylum สามารถแบ่งย่อยได้เป็นหลาย Class
  • แต่ละ Class สามารถแบ่งย่อยได้เป็นหลาย Order
  • แต่ละ Order สามารถแบ่งย่อยได้เป็นหลาย Family
  • แต่ละ Family สามารถแบ่งย่อยได้เป็นหลาย Genus
  • แต่ละ Genus สามารถแบ่งย่อยได้เป็นหลาย Species

ในความเป็นจริงแล้ว การแบ่งสิ่งมีชีวิตในโลกนั้น หนังสือบางเล่มบอกว่ามีมากกว่า 5 อาณาจักร เช่น มีอาณาจักรไวรอยส์ (ไวรัส ไวรอยด์ และสิ่งมีชีวิตที่ไม่เป็นเซลล์) (Kingdom Viroid) แต่อาณาจักรอื่นๆ หรือการแบ่งอาณาจักรแบบอื่นๆ ยังไม่ได้รับการยอมรับจากวงการชีววิทยาเท่าที่ควร ในตำราเรียนของกระทรวงศึกษาธิการ จึงยังใช้การแบ่งแบบ 5 อาณาจักรอยู่

การแบ่งในระดับ Kingdom จะแบ่งสิ่งมีชีวิตได้เพียง 5 ประเภท แต่เมื่อแบ่งในระดับที่ละเอียดขึ้น ก็จะแบ่งได้หลายประเภทมากขึ้น ซึ่งเมื่อแบ่งละเอียดถึงระดับ Species แล้ว สิ่งมีชีวิตในโลกจะแบ่งได้เป็นล้านๆ ประเภท

การเรียกสิ่งมีชีวิตโดยใช้หลักอนุกรมวิธาน จะเรียกโดยเริ่มจาก Kingdom ไป Phylum ไป Class ไป Order ไป Family ไป Genus ไป Species เช่น การจะเรียกมนุษย์สายพันธุ์ปัจจุบันโดยใช้หลักอนุกรมวิธาน จะเรียกได้ดังนี้

Kingdom Animalia (อาณาจักรสัตว์)
Phylum Chordata
Subphylum Vertebrata
Class Mammalia
Subclass Theria
Infraclass Eutheria
Order Primates
Family Hominidae
Genus Homo
Species Homo sapiens

ความแตกต่างระหว่างสายพันธุ์ต่างๆ นั้น จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับว่า การเรียกแบบอนุกรมวิธานนั้นจะแตกต่างในระดับใด เพราะถ้าหากสิ่งมีชีวิตสองชนิด มีความแตกต่างกันที่ระดับหนึ่งๆ แล้ว ระดับที่อยู่ต่ำลงไปก็จะแตกต่างไปด้วยเสมอ เช่น นำสิ่งมีชีวิตสองชนิดเปรียบเทียบกัน พบว่า ตั้งแต่ Kingdom ถึง Family เหมือนกัน แต่ Genus ไม่เหมือนกัน ก็จะพลอยทำให้ Species ไม่เหมือนกันไปด้วย เช่นนี้เป็นต้น

นอกจากนี้ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ จะผสมพันธุ์กับสิ่งมีชีวิตที่มีชื่ออนุกรมวิธานเหมือนกันทั้ง 7 ระดับเท่านั้น การผสมข้ามสายพันธุ์จะถูกขัดขวางโดยกระบวนการธรรมชาติ เช่น ฤดูพสมพันธุ์ที่ไม่ตรงกัน, ลักษณะอวัยวะสืบพันธุ์ที่ไม่เหมือนกัน, การอาศัยอยู่ในพื้นที่ๆลักษณะทางภูมิศาสตร์ต่างกัน ฯลฯ แต่ถึงกระนั้น ก็ยังมีบางกรณีที่สิ่งมีชีวิตเกิดการผสมข้ามสายพันธุ์ ซึ่งธรรมชาติก็จะหาทางให้ไม่เกิดการปฏิสนธิ เช่น ให้อวัยวะสืบพันธุ์ของเพศเมีย หากได้รับเชื้อจากเพศผู้ที่ต่าง Species กัน จะหลังสารยับยั้งและฆ่าเชื้อจากตัวผู้ตัวนั้น หรือถ้าสิ่งมีชีวิตบางชนิดไม่มีสารเหล่านี้ จนเชื้อของเพศผู้สามารถเข้าไปได้ ก็จะไม่เกิดการถ่ายทอดยีน เพราะยีนของสิ่งมีชีวิตข้ามสายพันธุ์ไม่เหมือนกัน

แต่ในบางกรณีที่เกิดการปฏิสนธิและออกลูกมาได้จริงๆ จะเรียกว่า ลูกผสม ซึ่งลูกผสมจะมีชะตากรรมอย่างในอย่างหนึ่งใน 3 กรณีต่อไปนี้

  1. อายุสั้น
  2. เป็นหมัน (เช่น ตัวล่อ ที่เกิดจากม้า+ลา)
  3. ออกลูกได้อีกเป็นลูกผสมรุ่นที่ 2 แต่ลูกผสมรุ่นที่ 2 นี้ จะเป็นหมันแน่

จริงๆ แล้ว ยังมีการแบ่งสิ่งมีชีวิตออกเป็น Subspecies ได้อีก แต่ส่วนใหญ่จะพูดถึงกันแค่ระดับ Species เพราะ Subspecies คือการแบ่งประเภทของ Species ต่ออีกรอบ แต่ก็ยังอยู่ใน Species เดียวกัน สิ่งมีชีวิตสามารถผสมข้าม Subspecies ได้ตามปกติโดยไม่ก่อให้เกิดปัญหาใดๆ ความแตกต่างระหว่าง Subspecies น้อยมาก ดังนั้น ส่วนใหญ่จึงพูดถึงกันละเอียดที่สุดที่ระดับ Species

หลักเกณฑ์ในการตั้งชื่อในทางวิทยาศาสตร์

  1. ใช้ชื่อภาษาละตินเสมอ เพราะภาษาละตินเป็นภาษาที่ไม่มีการใช้เป็นภาษาพูดแล้ว โอกาสที่ความหมายจะเพี้ยนไปเมื่อเวลาผ่านไปนานๆ จึงมีน้อย
  2. ชื่อทางวิทยาศาสตร์ของพืชและสัตว์จะเป็นอิสระไม่ขึ้นต่อกัน
  3. ชื่อวิทยาศาสตร์ของพืชและสัตว์แต่ละหมวดหมู่จะมีชื่อที่ถูกต้องที่สุดเพียงชื่อเดียว
  4. ชื่อหมวดหมู่ในลำดับขั้น Family ลงไป ต้องมีตัวอย่างต้นแบบของสิ่งมีชีวิตนั้นประกอบการพิจารณา เช่น ชื่อ Family ในพืช จะลงท้ายด้วย aceae แต่ในสัตว์ จะลงท้ายด้วย idae
  5. ชื่อในลำดับขั้น Genus จะใช้ตัวอักษรตัวใหญ่นำหน้า และตามด้วยอักษรตัวเล็ก
  6. ชื่อในลำดับขั้น Species จะประกอบด้วย 2 คำ โดยคำแรกจะดึงเอาชื่อ Genus มา แล้วคำที่สองจึงเป็นชื่อระบุชนิด หรือเรียกว่า Specific epithet ซึ่งจะขึ้นต้นด้วยอักษรตัวเล็ก
  7. ชื่อในลำดับขั้น Species จะเขียนตัวเอน หรือ ขีดเส้นใต้เสมอ

ตัวอย่างชื่อเรียกอนุกรมวิธาน

บรรพบุรุษของมนุษย์

รูปปั้นสิ่งมีชีวิตบรรพบุรุษมนุษย์

รูปปั้นสิ่งมีชีวิตบรรพบุรุษของมนุษย์

เป็นสิ่งมีชีวิตที่ยังไม่จัดเป็นมนุษย์ แต่ว่าได้เริ่มแยกเผ่าพันธุ์ออกมาจากลิงแล้ว สามารถเดินสองขาได้ ใช้ชีวิตทั้งบนพื้นดินและบนต้นไม้ นับเป็นจุดเริ่มต้นของเผ่าพันธุ์มนุษย์ มีชีวิตในช่วง 3,900,000-2,900,000 ปีก่อน มีชื่อเรียกแบบอนุกรมวิธานดังนี้

Kingdom: Animalia (อาณาจักรสัตว์)
Phylum: Chordata
Class: Mammalia
Order: Primates
Family: Homonidae
Genus : Australopithecus
Species: Australopithecus afarensis

จะสังเกตว่า ตั้งแต่ระดับ Kingdom จนถึงระดับ Family รวม 5 ระดับ เหมือนมนุษย์ปัจจุบัน แต่ Genus ต่าง ดังนั้น Species จึงต่างไปด้วย

การแบ่งเซลล์

 

การแบ่งเซลล์เป็นการเพิ่มจำนวนเซลล์ ผลของการแบ่งเซลล์ทำให้เซลล์มีขนาดเล็กลง ทำให้สิ่งมีชีวิตชนิดนั้นเจริญเติบโต เซลล์โพรคาริโอต เช่น เซลล์แบคทีเรียมีการแบ่งเซลล์แบบไบนารีฟิชชัน (binary fission) คือเป็นการแบ่งแยกตัวจาก 1 เป็น 2 เซลล์พวกยูคาริโอต ประกอบด้วย 2 ขั้นตอน คือ การแบ่งนิวเคลียส (karyokinesis) และการแบ่งไซโทพลาซึม (cytokinesis)
การแบ่งนิวเคลียสสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 แบบคือ
1. การแบ่งนิวเคลียสแบบไมโทซิส (mitosis) เป็นการแบ่งเซลล์เพื่อการสืบพันธุ์ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว และสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์บางชนิด ในสิ่งมีชีวิตทั่วไป การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิศจะเกิดขึ้นที่เซลล์ของร่างกาย (somatic cell) ทำให้จำนวนเซลล์ของร่างกายมีจำนวนมากขึ้น สิ่งมีชีวิตนั้นๆ จึงเจริญเติบโตขึ้น

การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส


การแบ่งเซลล์เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นต่อเนื่องกัน ก่อนที่จะมีการแบ่งเซลล์ เซลล์จะมีการเตรียมตัวให้พร้อมก่อน ระยะเวลาที่เซลล์เตรียมความพร้อมก่อนการแบ่ง จนถึงการแบ่งนิวเคลียสและไซโทพลาซึมจนเสร็จสิ้น เรียกว่า วัฏจักรของเซลล์ (cell cycle) ซึ่งพบเฉพาะการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส
วัฏจักรของเซลล์ประกอบด้วยขั้นตอน 2 ขั้นตอน คือ
1) ระยะอินเตอร์เฟส (interphase)  เป็นระยะที่เซลล์เตรียมตัวให้พรอ้มก่อนที่จะแบ่งนิวเคลียสและไซโทพลาซึม เซลล์ในระยะนี้ มีนิวเคลียสขนาดใหญ่ และเห็นนิวคลีโอลัสชัดเจนเมื่อย้อมสี แบ่งเป็นระยะย่อยได้ 3 ระยะ คือ
– ระยะก่อนสร้าง DNA หรือระยะ จี1
– ระยะสร้าง DNA หรือระยะเอส
– ระยะหลังสร้าง DNA หรือระยะ จี2
2) ระยะที่มีการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส (mitotic phase หรือ M phase)  เป็นระยะที่มีการแบ่งนิวเคลียส เกิดขึ้นในช่วงสั้นๆ แล้วตามด้วยการแบ่งของไซโทพลาซึม การแบ่งนิวเคลียสแบบไมโทซิส อาจแบ่งได้เป็น 4 ระยะคือ
– ระยะโพรเฟส (prophase) เป็นระยะที่นิวเคลียสยังมีเยื่อหุ้มอยู่
– ระยะเมทาเฟส (metaphase) เป็นระยะที่เยื่อหุ้มนิวเคลียสสลายตัว
– ระยะแอนาเฟส (anaphase) เป็นระยะที่โครโมโซมแยกกันเป็น 2 กลุ่ม
– ระยะเทโลเฟส (telophase) เกิดการแบ่งของไซโทพลาซึมขึ้น
2. การแบ่งนิวเคลียสแบบไมโอซิส (meiosis) การแบ่งเซลล์แบบนี้นิวเคลียสมีการเปลี่ยนแปลงโดยลดจำนวนโครโมโซมลงครึ่งหนึ่ง เป็นการแบ่งเพื่อสร้างเซลล์สืบพันธุ์ เซลล์ร่างกายของคนมีโครโมโซมอยู่ 46 โครโมโซม หรือ 23 คู่ แต่ละคู่มีรูปร่างลักษณะเหมือนกัน เรียกโครโมโซมที่เป็นคู่กันว่า ฮอมอโลกัสโครโมโซม (homologous chromosome) และเซลล์ที่มีโครโมโซมเข้าคู่กันได้เรียกว่า เซลล์ดิพลอยด์ (diploid cell) การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิสนี้ นิวเคลียสมีการเปลี่ยนแปลง 2 รอบ

การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส


รายละเอียดของการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส มีดังนี้
ระยะอินเตอร์เฟส I => ระยะไมโอซิส I ประกอบด้วย ระยะโพรเฟส I ระยะเมทาเฟส I ระยะแอนาเฟส I ระยะเทโลเฟส I => ระยะอินเตอร์เฟส II => ระยะไมโอซิส II ประกอบด้วย ระยะโพรเฟส II ระยะเมทาเฟส II ระยะแอนาเฟส II ระยะเทโลเฟส II

 

 

เซลล์ของสิ่งมีชีวิต

 

เซลล์ของสิ่งมีชีวิต
ขนาดและรูปร่างของเซลล์
เซลล์แต่ละชนิดมีลักษณะแตกต่างกันมาก มีตั้งแต่ขนาดเล็ก ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า เช่น เซลล์ของแบคทีเรีย เซลล์เม็ดเลือด ส่วนไข่ของพวกสัตว์ปีก สัตว์เลื้อยคลานมีขนาดใหญ่ สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า
รูปร่างเซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีความแตกต่างกันอย่างมากมาย ตามชนิด หน้าที่ และตำแหน่งในร่างกาย
ชนิดของเซลล์
เซลล์มีขนาดและรูปร่างแตกต่างกัน เราสามารถจำแนกเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ตามลักษณะของนิวเคลียสได้ 2 ชนิด
คือ เซลล์โปรคารีโอต (prokaryotic cell) และเซลล์ยูคารีโอต (eukaryotic cell)
เซลล์โปรคารีโอต (prokaryotic cell)
เซลล์โปรคารีโอต เป็นเซลล์ที่ไม่มีเยื้อหุ้มนิวเคลียส (nuclear membrane) ทำให้สารพันธุกรรมที่อยู่ในนิวเคลียสกระจายอยู่ทั่วไปในเซลล์ สิ่งมีชีวิตในกลุ่มนี้มีลักษณะเป็นเซลล์เดี่ยว หรืออยู่เป็นกลุ่มที่รู้จักกันทั่วไปได้แก่สิ่งมีชีวิตที่อยู่ในอาณาจักรโมเนอรา เช่น แบคทีเรีย และสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน
เซลล์ยูคารีโอต (eukaryotic cell)
เซลล์ยูคารีโอต เป็นเซลล์ที่มีเยื้อหุ้มนิวเคลียส สารพันธุกรรมอยู่ภายในนิวเคลียส ทำให้สามารถมองเห็นนิวเคลียสได้อย่างชัดเจน สิ่งมีชีวิตในกลุ่มอาณาจักรพืช สัตว์ รา และโปรติส
องค์ประกอบภายในเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane)
เยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane) มีความหนาประมาณ 75-100 อังสตรอม ประกอบด้วยโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต สัดส่วนขององค์ประกอบทั้งสามจะมีโปรตีนมากกว่าไขมัน ยกเว้นเซลล์ประสาทจะมีไขมันมากกว่าถึงร้อยละ 70 เยื่อหุ้มเซลล์ประสาท เรียกว่า myelin ประกอบด้วยโปรตีนเพียง 18% และไขมันมากถึง 76% ส่วนเยื่อบุด้านในของไมโตคอนเดรียประกอบด้วยโปรตีนมากถึง 76% และมีไขมันเป็นส่วนประกอบเพียง 24% เท่านั้น ในขณะที่เยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดงมีโปรตีนและไขมันเป็นองค์ประกอบเท่าๆ กัน อย่างละ 50%
โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์มีลักษณะสลับกันเป็นสามชั้น โมเลกุลของไขมันวางทับกันเป็นสองชั้น โดยหันปลายด้านหางที่ประกอบด้วยกรดไขมันไม่มีประจุเข้าหากัน ส่วนด้านหัวที่มีประจุจะหันออกด้านตรงข้าม ไขมันที่ประกอบเป็นโมเลกุลสองชั้นนี้ ส่วนใหญ่เป็นไขมันพวกฟอสโฟลิปิด มีโคเลสเตอรอลเรียงตัวอยู่ยึดติดกับฟอสโฟลิปิด มีหน้าที่เกี่ยวข้องกับสภาพการเป็นของเหลว และกลไกการคงสภาพของเซลล์ โดยป้องกันไม่ให้ฟอสโฟลิปิดเปลี่ยนสถานะจากของเหลวไปเป็นของแข็ง ส่วนโมเลกุลของโปรตีนซึ่งละลายได้ทั้งในน้ำและไขมัน แต่มีขนาดใหญ่กว่า จัดเรียงอยู่สองลักษณะ โปรตีนส่วนที่ไม่มีประจุจะวางสอดแทรกอยู่ระหว่างชั้นของไขมันที่ไม่มีประจุ ส่วนด้านที่มีประจุจะเป็นส่วนปลายที่ทะลุออกด้านในด้านหนึ่งของไขมัน ซึ่งพบว่ามีมากถึงร้อยละ 70 ของโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ โปรตีนภายในสามารถเคลื่อนไหวไปมาด้านข้างได้ ทำให้เกิดเป็นรูให้น้ำผ่าน และประกอบเป็นช่องให้ไอออนผ่าน ส่วนโปรตีนที่มีประจุและชอบน้ำจะวางตัวอยู่ด้านนอกของชั้นไขมัน ส่วนใหญ่มักจะอยู่ด้านซัยโตพลาสซึม

คาร์โบไฮเดรตมักพบที่ส่วนผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ โดยอาจจะจับอยู่กับโปรตีนหรือไขมัน มีความสำคัญเกี่ยวกับหน่วยความจำของเซลล์ ทำหน้าที่เป็นตัวรับ (receptor) ที่มีความเฉพาะต่อสารเคมีบางชนิด เช่น ฮอร์โมน สารสื่อประสาท เป็นต้น

หน้าที่โดยทั่วไปของเยื่อหุ้มเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์เป็นตัวกั้นแบ่งเซลล์ต่างๆ ออกจากกัน เป็นตัวกั้นเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อมของเซลล์ ทำหน้าที่ควบคุมการเคลื่อนย้ายสารผ่านเข้าออกจากเซลล์ และรักษาสภาพแวดล้อมภายในเซลล์ให้อยู่ในสภาพปกติ นอกจากนี้เยื่อหุ้มเซลล์ยังมีความสามารถในการจำแนกพวกระหว่างเซลล์ ทำหน้าที่เป็นแอนติเจน ทำให้เซลล์สามารถจับกันได้ หรือเป็นตัวรับเพื่อให้เซลล์สามารถแสดงปฏิกิริยาตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน หรืออาจทำหน้าที่สื่อสารส่งข่าวถึงกันได้

cell wall
ผนังเซลล์ เป็นเยื่อหนา หุ้มอยู่ชั้นนอก ของเยื่อหุ้มเซลลื ผนังเซลล์น ี้โปรโตปลาสซึมสร้างขึ้นมา เพื่อเพิ่มความแข็งแรง พบในแบคทีเรีย เห็ดรา สาหร่าย พืชชนิดต่างๆ
ในแบคทีเรีย ผนังเซลล์มีโพลีแซคคาไรด์เป็นแกน และมีโปรตีน กับไขมันยึดเกาะ ชั้นที่ให้ความแข็งแรง และอยู่ชั้นในสุด เรียกว่า ชั้นมิวรีน หรือเปปติโดไกลแคน (murein หรือ peptidoglycan)
เห็ดรา ผนังเซลล์เป็นพวกไคติน ( chitin) ซึ่งเป็นสารประกอบ ชนิดเดียวกันกับเปลือกกุ้ง บางครั้งอาจพบว่า มีเซลลูโลสปนอยู่ด้วย
สาหร่าย ผนังเซลล์ประกอบด้วยเพคติน ( pectin) เป็นส่วนใหญ่ และมีเซลลูโลสประกอบอยู่ด้วย

ในพืช ผนังเซลล์ ประกอบด้วย เซลลูโลส และสารประกอบเพคติก เช่น แคลเซียมเพคเตด เป็นต้น ผนังเซลล์พืชที่อยู่ติดๆ กัน ถึงแม้จะหนา และแข็งแรง แต่ก็มีช่องทางติดต่อกันได้ เป็นทางติดต่อของไซโตปลาสซึมทั้ง 2 เซลล์ ที่เรียกว่า พลาสโมเดสมาตา ( plasmodesmata)

โปรโตพลาสซึม เป็นส่วนภายในเยื่อหุ้มเซลล์ ประกอบด้วย นิวเคลียสและ ไซโตพลาสซึม
ไซโทพลาสซึม (cytoplasm)
เป็นส่วนของเหลวที่อยู่รอบนิวเคลียส ประกอบด้วยส่วนที่มีชีวิต ได้แก่ ออร์แกเนลล์ (organells) ต่างๆ และส่วนที่ไม่มีชีวิต ได้แก่ ไซโตพลาสมิค อินคลูชัน (eytoplasmic inclusion)
ออร์แกเนลล์ (organells)
องค์ประกอบที่ทำหน้าที่ต่างๆของเซลล์ เรียกว่า ออร์แกเนลล์ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดี่ยวมีออร์แกเนลล์ที่ทำหน้าที่ต่างๆ เพื่อให้เซลล์ดำรงชีวิตอยู่ได้โดยสมบรูณ์ แต่เซลล์ที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ไม่ว่าจะเป็นพืชหรือสัตว์ ทำหน้าที่ต่างกัน เป็นเหตุให้เซลล์ที่เป็นองค์ประกอบของอวัยวะแต่ละส่วนมีออร์แกเนลล์ภายในเซลล์มากน้อยไม่เท่ากัน และมีไม่ครบทุกชนิด เรา สามารถแบ่งออร์แกเนลล์ภายในเซลล์ได้ 2 กลุ่มใหญ่ๆ คือ กลุ่มที่มีเยื้อหุ้ม และกลุ่มที่ไม่มีเยื้อหุ้ม
ออร์แกเนลล์ที่มีเยื้อหุ้ม มีทั้งที่มีเยื้อหุ้ม 2 ชั้นได้แก่ ร่างแห่เอนโดพลาสมิค เรติคิวลัม คลอโรพลาสต์ ไมโตคอนเดรีย และกอลจิบอดี และออร์แกเนลล์ที่มีเยื้อหุ้มชั้นเดียว ได้แก่ ไลโซโซม ส่วนออร์แกเนลล์ที่ไม่มีเยื้อหุ้ม ได้แก่ ไรโบโซม เซนตริโอล และไมโครทูบูล
เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม
เอนโดพลาสมิก เรติคูลัม (endoplasmic reticulum:ER)
เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมเป็นออร์แกเนลล์ที่มีเมมเบรนห่อหุ้มประกอบด้วยโครงสร้างระบบท่อที่มีการเชื่อมประสานกันทั้งเซลล์ แบ่งออกเป็น 2 ชนิดคือ
2.1 เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดขรุขระ (rough endoplasmic reticulum:RER) เป็นชนิดที่มีไรโบโซม มีหน้าที่สำคัญคือ การสังเคราะห์โปรตีนของไรโบโซมที่เกาะอยู่ และลำเลียงสารซึ่งได้แก่โปรตีนที่สร้างได้ และสารอื่นๆ
2.2 เอนโดพลาสมิก เรติคูลัมชนิดเรียบ (smooth endoplasmic reticulum:SER) เป็นชนิดที่ไม่มีไรโบโซม มีหน้าที่สำคัญคือ ลำเลียงสารต่างๆ เช่น RNA ลิพิดโปรตีนสังเคราะห์สารพวกไขมันและสเตอรอยด์ฮอร์โมน

choroplasts

คลอโรพลาสต์ ( chloroplaast) เป็นพลาสติด ที่มีสีเขียว พบเฉพาะในเซลล์พืช และสาหร่าย เกือบทุกชนิด พลาสติคมีเยื่อหุ้มสองชั้น ภายในโครงสร้างพลาสติค จะมีเม็ดสี หรือรงควัตถุบรรจุอยู่ ถ้ามีเม็ดสีคลอโรฟิลล์ ( chlorophyll) เรียกว่า คลอโรพลาสต์ ถ้ามีเม็ดสีชนิดอื่นๆ เช่น แคโรทีนอยด์ เรียกว่า โครโมพลาส ถ้าพลาสติคนั้นไม่มีเม็ดสี เรียกว่า ลิวโคพลาสต์ ( leucoplast) ทำหน้าที่ เป็นแหล่งเก็บสะสมโปรตีน หรือเก็บสะสมแป้ง ที่เรียกว่า เม็ดสี ( starch grains) เรียกว่า amyloplast
ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารคลอโรฟิลล์ ภายในคลอโรพลาสต ์ประกอบด้วย
ส่วนที่เป็นของเหลว เรียกว่า สโตรมา ( stroma) มีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง กับการสังเคราะห์ด้วยแสง แบบที่ไม่ต้องใช้แสง ( dark reaction) มี DNA RNA และไรโบโซม และเอนไซม์อีกหลายชนิด ปะปนกันอยู่
ในของเหลวเป็นเยื่อลักษณะคล้ายเหรียญ ที่เรียงซ้อนกันอยู่ เรียกว่า กรานา (grana) ระหว่างกรานา จะมีเยื่อเมมเบรน เชื่อมให้กรานาติดต่อถึงกัน เรียกว่า อิกเตอร์กรานา ( intergrana) หน่วยย่อย ซึ่งเปรียบเสมือน เหรียญแต่ละอัน เรียกเหรียญแต่ละอันว่า กรานาลาเมลลา ( grana lamella) หรือ กรานาไทลาคอยด์ ( grana thylakoid) ไทลาคอยด์ในตั้งเดียวกัน ส่วนที่เชื่อมติดกัน เรียกว่า สโตรมา ไทลาคอยด์ (stroma thylakoid) ไม่มีทางติดต่อกันได้ แต่อาจติดกับไทลาคอยด์ในตั้งอื่น หรือกรานาอื่นได้

ทั้งกรานา และอินเตอร์กรานา เป็นที่อยู่ของคลอโรฟิลล์ รงควัตถุอื่นๆ และพวกเอนไซม์ ที่เกี่ยวข้อง กับการสังเคราะห์ด้วยแสง แบบที่ต้องใช้แสง ( light reaction) บรรจุอยู่ หน้าที่สำคัญ ของคลอโรพลาส คือ การสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis) โดยแสงสีแดง และแสงสีน้ำเงิน เหมาะสม ต่อการสังเคราะห์ ด้วยแสงมากที่สุด

mitochondrion 

ไมโตคอนเดรีย เป็นออร์แกเนลล์ ที่พบเฉพาะในเซลล์ ของยูคารีโอต ที่ใช้ออกซิเจน ในการหายใจเท่านั้น ในระยะแรกที่พบ ตั้งชื่อออร์แกเนลล์นี้หลายชื่อ เช่น คอนดริโอโซม ( chondriosome) ไบโอบลาสต์ ( bioblast) จนกระทั่ง พ.ศ. 2440 เบนดา (benda) ได้เรียกว่า ไมโตคอนเดรีย
รูปร่างของไมโตคอนเดรีย เป็นก้อนกลม หรือก้อนรีๆ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 0.5-1.0 ไมครอน ความยาวประมาณ 5-10 ไมครอน หรือยาวมากกว่า มีเยื่อหุ้ม 2 ชั้น ซึ่งเป็นชนิดยูนิตเมมเบรน เยื่อชั้นในมีลักษณะเป็นท่อ หรือเยื่อที่พับทบกันอยู่ เรียกว่า ครีสตี ( cristae) ท่อนี้ยื่นเข้าไปในส่วนของเมทริกซ์ ( matrix) ที่เป็นของเหลว ของสารประกอบหลายชนิด

ไมโตคอนเดรีย พบในยูคารีโอตเกือบทุกชนิด ยกเว้นเซลล์บางชนิด เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดง โดยเซลล์แต่ละเซลล์ มีจำนวนไมโตคอนเดรียไม่เท่ากัน โดยทั่วไป พบไมโตคอนเดรียมาก ในเซลล์ที่มี อัตราเมตาโบลิซึมสูง เช่น เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ เซลล์ต่อม เซลล์ที่กำลังเจริญเติบโต เป็นต้น
หน้าที่
1. สร้างสารให้พลังงานสูง คือ ATP (Adenosine triphosphate) โดยแยกเป็น 2 ส่วน คือ
? เยื่อหุ้มด้านนอก ทำหน้าที่เกี่ยวข้อง กับการสร้างสารประกอบ ฟอสโฟลิปิด
? เยื่อหุ้มด้านใน มีเอนไซม์เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ ATP
2. ภายในเมทริกซ์มีของเหลว ที่ทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ ซึ่งเกี่ยวข้อง กับปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในวัฏจักรเครปส์ ( Krebs cycle)
3. มี DNA (Deoxyribonucleic acid) RNA (Ribonucleic acid) เอนไซม์ และไรโบโซม อยู่ภายในออร์แกเนลล์ ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีนขึ้น ภายในออร์แกเนลล์

golgi body

มีประมาณ 5-10 ชั้น มักพบ 2-8 อัน ตรงปลายของถุงมักโป่งออก ถุงเหล่านี้มีผนัง 2 ชั้น หรือยูนิตเมมเบรนเหมือนๆ กับเยื่อหุ้มนิวเคลียส และเยื่อหุ้มเซลล์ และมีโครงสร้างคล้าย SER ภายในถุงมีของเหลวบรรจุอยู่ โดยทั่วไป จะพบในเซลล์สัตว์ ์มีกระดูกสันหลัง มากกว่าสัตว ์ไม่มีกระดูกสันหลัง รูปร่างของกอลจิบอดี จะเปลี่ยนอยู่เสมอ เป็นเพราะบางส่วนเจริญเติบโต บางส่วนจะหด และหายไป ด้านที่มีการเจริญเติบโต จะสร้างตัวเองโดย มีการรวมตัวของเวสิเคล จากเอนโดพลาสมิก เรทิคิวลัม กับซิสเทอร์น่า ทำให้ขนาด ของซิสเทอร์น่า แต่ละอันเพิ่มขึ้น และในบริเวณช่องว่าง ของซิสเทอร์น่า จะเปลี่ยนแปลง รูปร่างของสารใหม่ต่างๆ ที่กอลจิบอดี ดูดซึมเอาไว ้ให้เป็นสารอื่นได้ ที่ด้านตรงกันข้าม ของกอลจิบอด ีเป็นด้านที่มีการปลดปล่อยสาร ส่วนเวสิเคิลอื่น ซึ่งมีสารใหม่ต่างๆ อยู่จะถูกขับออกมา บางส่วนของเวสิเคิล เหล่านี้จะรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์ ที่อยู่ติดกับผนังเซลล์ ทำให้ช่วยเพิ่มพื้นที่ผิว ของเยื่อหุ้มเซลล์ ในเวสิเคลแต่ละอันนั้น จะมีสารประกอบ โพลีแซคคาไรด์ ซึ่งเป็นสารสนับสนุน การเจริญเติบโต ของผนังเซลล ์และเยื่อหุ้มเซลล์ กอลจิบอดี (golgi body) มีชื่อเรียกที่แตกต่างกัน หลายอย่าง คือ กอลจิ คอมเพล็กซ์ (golgi complex) กอลจิ แอพพาราตัส (golgi apparatus) ดิกไทโอโซม (dictyosome) เป็นออร์แกเนลล์ ที่ตั้งขึ้นตามชื่อของ คามิลโล กอลจิ (camillo golgi) นักชีววิทยาชาวอิตาเลียน ในปี พ.ศ.2423 โดยศึกษาจากเซลล์ประสาท และพบออร์แกเนนล์นี้ ต่อมาเมื่อมี กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จึงพบและยืนยันว่าออร์แกเนลล์นี้มีจริง ในปี พ.ศ.2499

กอลจิบอดี มีรูปร่างเป็นลักษณะคล้ายชามซึ่งเรียกว่า ซิสเทอร์นา (cisterna หรือ flattened sac) เป็นถุงแบนๆ หรือเป็นท่อเรียงซ้อนกัน เป็นชั้นๆ มีจำนวนไม่แน่นอน

ไลโซโซม (iysosomes)

เป็นออร์แกเนลล์ที่มีขนาดเล็กมาก มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 0.15-0.8 ไมครอน มีลักษณะคล้ายถุงลมซึ่งภายในมีเอนไซด์ประแภทไฮโครไลติก หลายชนิดใช้ในการย่อยสลายสารอินทรย์ต่างๆ นอกจากนี้ยังสามารถย่อยอาหารและสิ่งแปลกปลอมภายในเซลล์

แวคิวโอล

แวคิวโอล(Vacuole) มีเยื่อหุ้มชั้นเดียว ขนาดและรูปร่างไม่แน่นอนภายในมีของเหลวบรรจุอยู่ พบในเซลล์สิ่งมีชีวิตบางชนิด ในเซลล์พืชทั่วไป แวคิวโอลมักมีขนาดใหญ่ ทำหน้าที่เกี่ยวกับการควบคุมปริมาณน้ำในเซลล์

ribosome
ไรโบโซม กระจายอยู่ทั่วไป ภายในไซโทพลาสซึม ของเซลล์โปรคาริโอต (Prokaryote) และยูคาริโอต (Eukaryote) พบได้ในสิ่งมีชีวิตทั่วไป ประกอบด้วยสารเคมี 2 ชนิด คือ กรดไรโบนิวคลีอีก (Ribonucleic acid : RNA) กับโปรตีน อยู่รวมกัน เรียกว่า ไรโบนิวคลีโอโปรตีน (Ribonucleoprotien) RNA เป็นชนิดไรโบโซมอล อาร์เอนเอ (Ribosomal RNA) หรือ rRNA ซึ่งมีประมาณ 85% ของ RNA ที่พบในเซลล์ ส่วนโปรตีนจะแตกต่างไป ตามชนิดของสิ่งมีชนิดไรโบโซม จะประกอบด้วย 2 หน่วยย่อย (Subunit) ซึ่งมีขนาดต่าง ๆ เรียกคามความเร็วของการตกตะกอน เมื่อไปปั่นว่า 60S และ 40S (S = Svedberg unit of sedimentation coefficient ซึ่งเป็นค่าความเร็วในการตกตะกอน ) หน่วยย่อยทั้งสองน ี้จะรวมกันเป็นหน่วยใหญ่ เมื่อมีแมกนีเซียมไอออนเข้มขัน 0.001 โมลาร์ มีค่าความเร็วในการตกตะกอน เป็น 80S พบในพวกเซลล์ยูคาริโอต ส่วนในพวกเซลล์โพรคาริโอต ไรโบโซมมีขนาดเล็กกว่า คือเป็นขนาด 50S และ 30S ซึ่งเมื่อรวมกันจะได้เป็น 70S นอกจากนี้ในคลอโรพลาสต์ และไมโทคอนเดรีย ก็มีไรโบโซมชนิด 70S ด้วย ส่วนเซลล์เม็ดเลือดแดง ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมที่เจริญเต็มที่ แล้วจะไม่มีโรโบโซมในเซลล์ ที่ทำหน้าที่สังเคราะห์โปรตีน จะพบไรโบโซมมากกว่า เซลล์ที่ไม่ได้สังเคราะห์โปรตีน ในเซลล์ที่กำลังเจริญเติบโต ก็จะมีไรโบโซมมากด้วย เช่น แบคทีเรีย E. Coli ระยะเจริญเติบโตเต็มท ี่จะมีไรโบโซมประมาณ 25-30 % ของมวลทั้งหมดของเซลล์

ไรโบโซม (Ribosome) เป็นออร์แกเนลล์ขนาดเล็ก แม้ตรวจดู ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเลคตรอน ก็จะเห็นเป็นเพียงจุดเท่านั้น อาจลอยอยู่เป็นอิสระ หรือต่อกันเป็นสาย หรือเกาะกับเยื่อหุ้ม ของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม มีเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ 100-200 อังสตรอม ไรโบโซมมี 2 ชนิด ได้แก่ ชนิดที่เกาะกับเอนโดพลาสมิก เรติคิวลัม พวกที่เกาะอยู่ที่เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม จะพบมากในเซลล์ต่อม ที่สร้างเอนไซม์ต่าง ๆ พลาสมาเซลล์เหล่านี้ จะสร้างโปรตีน ที่นำไปใช้นอกเซลล์เป็นสำคัญ และชนิดที่อยู่อย่างอิสระ ในไซโตพลาสซึม ทั้ง 2 ชนิดทำหน้าที่สร้างโปรตีน

ไมโครทูบูล (microtubule)

เป็นโครงสร้างที่พบในไซโตพลาสซึมของยูคาริโอต เป็นเส้นใยโปรตีนที่มีลักษณะเป็นท่อกลวง ประกอบด้วยหน่วยย่อย 13 หน่วยย่อย (subunit) ซึ่งเป็นโมเลกุลของโปรตีนชนิดทูบูลิน เรียงตัวต่อกันเป็นวง ทำให้เกิดเป็นลักษณะท่อกลวง พบไมโครทูบูลทั้งในเซลล์พืชและเซลล์สัตว์ ทำหน้าที่เป็นโครงร่างของเซลล์ ช่วยในการเคลื่อนไหวของเซลล์ และสร้างเส้นใยสปินเดิล (spindle fiber) ในขณะที่มีการแบ่งเซลล์
9.เซนตริโอล (centriole)
เป็นออร์แกเนลล์ที่อยู่ใกล้นิวเคลียส พบในเซลล์สัตว์และเซลล์ของโพรติสต์ ไม่พบในเซลล์พืช มีลักษณะใส่ขนาดเล็ก และมีรัศมีแผ่ออกมาโดยรอบ รูปร่างคล้ายทรงกระบอก ในแต่ละเซลล์จะมีเซนตริโอล 2 อัน เรียงตัวในแนวตั้งฉากซึ่งกันและกัน โครงสร้างของเซนตริโอลแต่ละอันประกอบด้วยไมโครทูบูล เรียงกันเป็นกลุ่มวงกลม 9 กลุ่ม แต่ละกลุ่มประกอบด้วยไมโครทิวบูล 3 จึงมีสูตรการเรียงเป็น 9+0 (9 คือจำนวนของกลุ่มที่มีท่อเล็กๆและ 0 คือ จำนวนของท่อที่อยู่ตรงกลางซึ่งในกรณีนี้ไม่มีท่อตรงกลางเลย) ก่อนที่จะแบ่งเซลล์ เซนตริโอลจะจำลองตัวเองเพื่อให้เซลล์ที่จะเกิดใหม่ได้รับเซนตริโอลด้วย เซนตริโอลมีหน้าที่ สร้างเส้นใยสปินเดิล ซึ่งทำหน้าที่การเคลื่อนที่ของโครโมโซมในขณะเซลล์แบ่งตัว
2.1.2 ไซโตพลาสมิค อินคลูชัน (cytoplasmic inclusion)

เป็นส่วนประกอบที่ไม่ถาวรของไซโตพลาสซึม ซึ่งพบชั่วคราวเป็นส่วนใหญ่ อินคลูชันเป็นสารที่เกิดจากปฏิกิริยาของออร์แกเนลล์ หรือผลผลิตจากกระบวนการเมแทบอลิซึม ได้แก่ขอ
เสียต่างๆ (waste product) รวมทั้งอาหารที่สะสมไว้ในไซโตพลาสซึม ในลักษณะต่างๆหลายรูปแบบ ได้แก่
1. รงควัตถุ หรือสารสี (pigment) ซึ่งเกิดจากการสร้างขึ้นมาภายในเซลล์โดยตรง เช่น เมลานิน สร้างจากเซลล์เมลาโนไซต์ ที่บริเวรผิวหนัง และเรตินา
2. คาร์โบไฮเดรตถูกสะสมในเซลล์ของสัตว็ในรูปของเม็ดแป้งในเซลล์สัตว์
3. หยดไขมัน (lipid droplets) ที่ถูกสะสมในเซลล์ไขมันภายในเนื้อเยื่อไขมัน ในเซลล์ตับ และเซลล์ของต่อมหมวกไตชั้นนอก
4. ผลึกตะกอนของสารบางอย่าง เช่น ผลึกยูริก (uric acid) ผลึกออกซาลิก (oxalic acid)

นิวเคลียส (nucleus)

นิวเคลียสเป็นส่วนที่สำคัญที่สุดของเซลล์ โดยทั่วไปเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจะมี 1 นิวเคลียส ยกเว้ยโปรโตซัวบางชนิด นิวเคลียสทำหน้าทที่ควบคุมการทำงานของเซลล์เกี่ยวกับการแบ่งเซลล์ และการสืบพันธุ์ของเซลล์ เนื่องจากเป็นที่เก็บข้อมูลทางพันธุกรรม ซึ่งอยู่บนโครโมโซมนอกจากนี้ยังควบคุมกิจกรรมต่างๆของเซลล์ ไม่ว่าจะเป็นการสร้างโปรตีน ประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ เยื้อหุ้มนิวเคลียส และนิวคลีโอพลาสซึม หรือ คาริโอลิมพ์

เยื่อหุ้มนิวเคลียส (nuelear membrane) มี 2 ชั้นลักษณะเหมือนเยื่อหุ้มเซลล์ ชั้นนอกขรุขระเพราะมีไรโบโซมเกาะอยู่ เยื่อหุ้มนิวเคลียสมีรูเล็กๆเป็นช่องทางการแลกเปลี่ยนสารและเป็นช่องผ่านของสารต่างๆ ระหว่างนิวเคลียสกับไซโตพลาสซึม

นิวคลีโอพลาสซึม หรือ คาริโอลิมพ์ (nucleoplasm หรือ karyolymph)
เป็นส่วนที่อยู่ภายในเยื่อหุ้มนิวเคลียสทั้งหมด มีลักษณะคล้ายโปรโตพลาสซึม ประกอบด้วย โครมาติน (chromatin) และ นิวคลีโอลัส (nucleolus)

โครมาทิน

โครมาทิน(Chromatin) เป็นเส้นใยของโปรตีนหลายชนิดกับกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก(Deoxyribonucleic acid หรือ DNA) ซึ่งเป็นสารพันธุกรรม ในขณะที่มีการแบ่งเซลล์จะพบโครมาทินลักษณะเป็นแท่งๆเรียกว่าโครโมโซม(Chromosome)

นิวคลีโลลัส

นิวคลีโอลัส(Nucleolus) เป็นโครงสร้างที่ปรากฎเป็นก้อนเล็กๆอยู่ในนิวเคลียส ทำหน้าที่สังเคราะห์กรดไรโบนิวคลีอิก(Ribonucleic acid หรือ RNA ) กับสารอื่นที่เป็นองค์ประกอบของไรโบโซม โดยสารเหล่านี้จะถูกส่งผ่านรูของเยื่อหุ้มนิวเคลียสออกไปยังไซโทพลาสซึม

ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ

ของแข็ง    หมายถึง สารที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคมาก   อนุภาคอยู่ใกล้ชิดกัน  ดังนั้นจึงมีรูปร่างและปริมาตรของมันเอง โดยไม่เปลี่ยนไปตามรูปร่างของภาชนะที่บรรจุ

ของเหลว  หมายถึง  สารที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยกว่าของแข็ง   อนุภาคไม่ได้อยู่ชิดกันอย่างของแข็ง  จึงมีปริมาตรที่แน่นอน  แต่มีรูปร่างไม่แน่นอน  เปลี่ยนแปลงไปตามภาชนะที่บรรจุ

ก๊าซ  หมายถึง  สารที่มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอนุภาคน้อยมาก   อนุภาคฟุ้งกระจายจนเต็มภาชนะที่บรรจุตลอดเวลา   มีปริมาตรและรูปร่างไม่แน่นอน  เปลี่ยนแปลงไปตามลักษณะของภาชนะที่บรรจุ

ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ   ( The  Kinetic  Theory  of  Gases )   ใช้อธิบายสมบัติทางกายภาพของก๊าซ
1.  ก๊าซประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ  เป็นจำนวนมาก  อนุภาคเหล่านี้อยู่ห่างกันมากและไม่มีแรงกระทำต่อกัน
2.  โมเลกุลของก๊าซมีมวล  และมีขนาดเล็กมาก  จนถือว่าโมเลกุลเป็นศูนย์ 
3.  โมเกลุของก๊าซเคลื่อนที่อย่างอิสระ  ด้วยอัตราเร็วคงที่ตลอดเวลาในแนวเส้นตรง
 
4.  เมื่อโมเลกุลของก๊าซชนกันเอง หรือ ผนังของภาชนะ  จะมีการถ่ายเทพลังงานจลน์ระหว่างกันได้  แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงเป็นพลังงานรูปอื่น

5.  ที่อุณหภูมิเดียวกันก๊าซทุกชนิดจะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน  และแปรผันตรงกับอุณหภูมิเคลวิน  E = mv2
6.   ความดันของก๊าซจะเกิดจากการที่โมเลกุลเคลื่อนที่ชนผนังภาชนะเท่านั้น   การชนกันเองจะไม่ทำให้เกิดความดัน   โดยความดันจะสูงถ้าโมเลกุลชนผนังด้วยความเร็วและความแรงสูง  รวมถึงความถี่ในการชนผนังภาชนะสูง

 

กฎของบอยล์ (Boyle , s  Law)  

“  เมื่อใช้อุณหภูมิและมวลของก๊าซคงที่  ปริมาตรของก๊าซจะแปรผกผันกับความดัน  ”

P1V1   =   P2V2   =   P3V3   

กฎของชาร์ลส์ (Charles , law)

“ เมื่อความดันและมวลของก๊าซคงที่  ปริมาตรของก๊าซจะแปรผันโดยตรง  กับอุณหภูมิเคลวิน ”

 กฎของเกย์ลุสแซก (Gay –  Lussac, s  Law)

“  เมื่อปริมาตรและมวลของก๊าซคงที่  ความดันของก๊าซจะแปรผันโดยตรงกับอุณหภูมิเคลวิน  ”

กฎของอาโวกาโดร (Avogadro, s  law)

“ เมื่ออุณหภูมิและความดันคงที่  ปริมาตรของก๊าซจะแปรผันโดยตรงกับปริมาณ  (จำนวนโมล)  ของก๊าซนั้น ”

กฎรวมของก๊าซ และ สมการภาวะของก๊าซอุดมคติ    (Combined  gas  law : equation  state  of  ideal  gas)

 

กฎรวมก๊าซ เป็นการนำกฎของบอยล์และกฎของชาร์ลส์มารวมกัน  เพื่อแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง  P , V  และ  T

สมการภาวะของก๊าซอุดมคติ

PV    =    nRT

 

ทฤษฎีจลน์กับกฎของบอยล์

ที่อุณหภูมิคงที่ โมเลกุลของก๊าซชนิดเดียวกันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเฉลี่ยคงที่ เมื่อทำให้ปริมาตรของก๊าซลดลงโดยที่จำนวนโมเลกุลเท่าเดิม โมเลกุลที่อยู่ในภาชนะจะอัดกันแน่นมากขึ้น และมีโอกาสชนกับผนังบ่อยครั้งขึ้น หรือมีความดันเพิ่มขึ้น   และเมื่อทำให้ปริมาตรเพิ่มขึ้นจะก่อให้เกิดที่ว่างมากขึ้น เป็นผลทำให้โมเลกุลชนกับผนังภาชนะน้อยลง ซึ่งความดันจะลดลง

ทฤษฎีจลน์กับกฎของชาร์ลส์

เมื่ออุณหภูมิของก๊าซเพิ่มขึ้นจะทำให้ความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลของก๊าซเพิ่มขึ้น โมเลกุลจึงชนกับผนังของภาชนะได้บ่อยและแรงขึ้น ทำให้ความดันภายในภาชนะเพิ่มขึ้น เมื่อความดันเพิ่มจนมากกว่าความดันภายนอก ก๊าซในระบบจะขยายตัวออกเพื่อรักษาความดันให้คงที่ (ความดันภายในเท่ากับความดันภายนอก)  ปริมาตรของก๊าซจึงเพิ่มขึ้น  ในทำนองเดียวกันเมื่อลดอุณหภูมิ โมเลกุลของก๊าซจะเคลื่อนที่ช้าลงทำให้อัตราการชนผนังภาชนะลดลง ความดันของระบบจึงลดลง

ดังนั้น  ก๊าซในระบบจึงหดตัวลงเพื่อจะทำให้ความดันคงที่  ปริมาตรของก๊าซจึงลดลง

ทฤษฎีจลน์กับกฎของเกย์ – ลูสแซก

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น  พลังงานจลน์และความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลเพิ่มขึ้น  อัตราการชนผนังภาชนะและความเร่งในการชนเพิ่มขึ้น  แต่ปริมาตรภาชนะคงที่จึงทำให้ความดันของก๊าซในระบบเพิ่มขึ้น