สมบัติสําคัญที่สุดประการหนึ่งของเซลล์สิ่งมีชีวิต คือ สามารถควบคุมหรือคัดเลือกสารที่ผ่านเข้าออกเยื่อหุ้มเซลล์ เซลล์สิ่งมีชีวิตจึงดํารงอยู่ได้ โดยมีองค์ประกอบเคมีภายในเซลล์แตกต่างจากสิ่งแวดล้อมภายนอก ทั้งชนิดและปริมาณสารเคมี รักษาสภาพเซลล์ให้คงสมบูรณ์อยู่ และให้เหมาะสมต่อการเกิดปฏิกิริยาชีวเคมีต่างๆ ของเซลล์ ซึ่งต้องการสารวัตถุดิบจากภายนอก และมีของเสียเกิดขึ้นที่กําจัดทิ้ง ตลอดจนอาจมีผลผลิตเกิดขึ้นที่จะต้องส่งออกไปนอกเซลล์ เซลล์มีการแลกเปลี่ยนสารกับสิ่งแวดล้อมแบบคัดเลือกได้เช่นนี้ เพราะเยื่อหุ้มเซลล์มีสมบัติเป็นเยื่อเลือกผ่าน (semipermeable membrane) นั่นเอง

ประเภทของการลำเลียงสารเข้าออกเซลล์

การลำเลียงสารเข้าและออกเซลล์ จำแนกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ

       1. การลำเลียงสารโดยผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ แบ่งออกเป็น 2 ลักษณะ คือ

              1.1 การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยไม่ใช้พลังงานจากเซลล์ (passive transport) ได้แก่

                     - การแพร่ (diffusion) แบ่งเป็น การแพร่แบบธรรมดา (simple diffusion) และการแพร่โดยอาศัยตัวพา (facilitated diffusion)
                     - การออสโมซิส (osmosis)

              1.2 การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยใช้พลังงานจากเซลล์ (active transport)

       2. การลำเลียงสารไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ โดยการสร้างถุงจากเยื่อหุ้มเซลล์ มี 2 ลักษณะ คือ

              2.1 การนำสารเข้าสู่ภายใน (endocytosis) มี 3 วิธี คือ

                     - พิโนไซโทซิส (pinocytosis)
                     - ฟาโกไซโทซิส (phagocytosis)
                     - การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ (receptor-mediated endocytosis)

              2.2 การนำสารออกนอกเซลล์ (exocytosis)

การลำเลียงสารโดยผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยไม่ใช้พลังงานจากเซลล์ (passive transport)

       1. การแพร่ (diffusion)

คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุล หรืออิออนของสาร โดยอาศัยพลังงานจลน์ในโมเลกุล หรืออิออนของสารเอง ทิศทางการแพร่จะเกิดจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูง ไปสู่บริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำเสมอ จนในที่สุดบริเวณทั้งสองจะมีความเข้มข้นเท่ากัน เรียกว่า จุดสมดุลของการแพร่ การแพร่แบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ

                     - การแพร่ธรรมดา (simple diffusion) คือ การเคลื่อนที่ของโมเลกุล หรืออิออนของสารเนื่องจากผลต่างความเข้มข้น โดยการเคลื่อนที่จะอาศัยพลังงานจลน์ในโมเลกุล หรืออิออนของสารเอง ตัวอย่างเช่น การแพร่ของน้ำตาลในน้ำ
                     - การแพร่โดยอาศัยตัวพา (facilitated diffusion) คือ การแพร่ของโมเลกุล หรืออิออนของสาร โดยอาศัยตัวพา (carrier) ซึ่งเป็นสารจำพวกโปรตีนที่อยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์เป็นตัวนำไปโดยไม้ต้องใช้พลังงาน

              1.2 การออสโมซิส (osmosis)

คือการแพร่ของโมเลกุลน้ำ จากบริเวณที่มีโมเลกุลของน้ำมาก (บริเวณที่สารละลายมีความเข้มข้นน้อยกว่า) ไปสู่บริเวณที่มีโมเลกุลของน้ำน้อย (บริเวณที่สารละลายมีความเข้มข้นมากกว่า)

แรงดันออสโมติก (osmotic pressure) ทำให้เกิดออสโมซิสของน้ำ แรงดันออสโมติกของสารละลายต่างชนิดกันจะมีค่าแตกต่างกัน สรุปได้ว่า

                     - น้ำบริสุทธิ์มีแรงดันออสโมติกต่ำสุด
                     - สารละลายที่มีเข้มข้นสูง (ตัวถูกละลายมีจำนวนมาก) จะมีแรงดันออสโมติกสูง ส่วนสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำ (ตัวถูกละลายมีจำนวนน้อย) จะมีแรงดันออสโมติกต่ำ
                     - น้ำจะแพร่จากบริเวณที่มีแรงดันออสโมติกต่ำ ไปยังบริเวณที่มีแรงดันออสโมติกสูงเสมอ

แรงดันเต่ง (turgor pressure) คือแรงดันที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ เกิดขึ้นเนื่องมาจากน้ำแพร่เข้าไปภายในเซลล์ แล้วดันให้เซลล์เต่งหรือบวมขึ้นมา เมื่อน้ำเข้าไปภายในเซลล์มากเกินไป ในกรณีที่เป็นเซลล์สัตว์ อาจเกิดการแตกได้ แต่หากเป็นเซลล์พืช มักจะไม่มีการแตกของเซลล์เนื่องจากมีผนังเซลล์คงรูปร่างไว้

สารละลายที่มีความเข้มข้นต่างกัน จะมีผลต่อเซลล์แตกต่างกันด้วย จึงทำให้แบ่งสารละลายที่อยู่นอกเซลล์ออกได้เป็น 3 ชนิด ตามการเปลี่ยนขนาดของเซลล์ คือ

                     - สารละลายไฮโพโทนิก (hypotonic solution) คือสารละลายที่มีแรงดันออสโมติกต่ำ หรือสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำ (มีน้ำมาก) เมื่อนำเซลล์มาแช่ในสารละลายไฮโพโทนิก น้ำจากสารละลายจะแพร่เข้าสู่เซลล์ส่งผลให้เกิดการเต่งของเซลล์หรือ plasmoptysis

                     - สารละลายไฮเพอร์โทนิก (hypertonic solution) คือสารละลายที่มีแรงดันออสโมติกสูง หรือสารละลายที่มีความเข้มข้นสูง (มีน้ำน้อย) ดังนั้นหากนำเซลล์มาแช่ในสารละลายไฮเพอร์โทนิก จะทำให้น้ำจากเซลล์แพร่ออกมายังสารละลาย จนทำให้เซลล์เหี่ยว หรือ plasmolysis

                     - สารละลายไอโซโทนิก (isotonic solution) สารละลายที่มีความเข้มข้นภายใน เซลล์และภายนอกเซลล์เท่ากัน ดังนั้น หากนำเซลล์ไปแช่ในสารละลายไอโซโทนิก จะทำให้เซลล์ไม่เปลี่ยนรูปร่าง

การลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยใช้พลังงานจากเซลล์ (active transport)

คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุล หรืออิออนของสาร จากบริเวณที่มีความเข้มข้นน้อย ไปสู่บริเวณที่มีความเข้มข้นสูง โดยอาศัยพลังงานในรูป ATP จากเซลล์ และอาศัยตัวพา(carrier) ตัวอย่างเช่น การดูดกลับสารที่ท่อของหน่วยไต การดูดซึมสารอาหารบริเวณเยื่อบุลำไส้เล็ก การลำเลียงแร่ธาตุของรากเพื่อสะสม และ Na+ K+ pump เป็นต้น

การลำเลียงสารไม่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยการสร้างถุงจากเยื่อหุ้มเซลล์

สารบางชนิดที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ ไม่สามารถลำเลียงผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ หรือโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ได้โดยตรง เยื่อหุ้มเซลล์ หรือออร์แกเนลล์ จึงต้องสร้างถุงเล็กๆ ที่เรียกว่า เวสิเคิล (vesicle) ขึ้นมาเพื่อห่อหุ้มสารก่อนจะลำเลียงเข้า-ออกเซลล์ มี 2 ลักษณะ คือ

1. การนำสารเข้าสู่ภายใน (endocytosis) มี 3 วิธี คือ

              1.1 พิโนไซโทซิส (pinocytosis) เป็นวิธีนำสารที่เป็นของเหลว หรือสารละลายเข้าสู่เซลล์ โดยเยื่อหุ้มเซลล์คอดเว้าเข้ามากลายเป็นเวสิเคิล (vesicle) ล้อมไว้ เรียกว่า cell drinking เช่น การแลกเปลี่ยนระหว่างหลอดเลือดฝอยกับเซลล์ การลำเลียงสารเข้าสู่เซลล์บริเวณท่อหน่วยไต และการนำสารเข้าสู่เซลล์ของเยื่อบุลำไส้เล็ก

              1.2 ฟาโกไซโทซิส (phagocytosis) เป็นวิธีนำสารที่เป็นของแข็งเข้าสู่เซลล์ โดยการยื่นเท้าเทียม (pseudopodium) ออกไปโอบล้อม แล้วสร้างเป็นถุงเข้ามาในเซลล์ เรียกว่า cell eating เช่น การจับกินเชื้อโรคของเซลล์เม็ดเลือดขาวกลุ่มฟาโกไซต์ การกินอาหารของอะมีบา หรือพารามีเซียม

              1.3 การนำสารเข้าสู่เซลล์โดยอาศัยตัวรับ (receptor mediated endocytosis) เป็นการนำสารเข้าเซลล์ที่ใช้ตัวรับ (receptor) บนเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งจำเพาะต่อสารแต่ละชนิด (คล้ายกับแม่กุญแจที่ต้องจับคู่กับลูกกุญแจ) เช่น การนำฮอร์โมนเข้าเซลล์ การนำไขมันดีและไขมันเลวเข้าสู่เซลล์

2. การนำสารออกนอกเซลล์ (exocytosis) จะมีการสร้างเวสิเคิล (vesicle) แล้วเคลื่อนที่มารวมตัวกับเยื่อหุ้มเซลล์ ก่อนจะปล่อยสารออกไปนอกเซลล์ ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นการหลั่งฮอร์โมนหรือเอนไซม์ และการกำจัดของเสีย เช่น การหลั่งเอนไซม์เพื่อย่อยอาหารในกระเพาะ การหลั่งฮอร์โมนของต่อมไร้ท่อ การกำจัดของเสียที่ไม่สามารถย่อยได้ออกจากเซลล์ เป็นต้น

พัดชา วิจิตรวงศ์