ชีววิทยา

การลำเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องมีการรับสารจากภายนอก เช่น แร่งธาตุ น้ำ และอาหาร เข้าสู่เซลล์ เป็นต้น ในขณะเดียวกันเซลล์ก็จะกำจัดสารส่วนเกินหรือของเสียออกสู้ภายนอกด้วย เพื่อปรับหรือรักษาสภาพภายในเซลล์ให้เหมาะสมทำให้สามารถมีชีวิตได้ตามปกติ เซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีเยื่อหุ้มเซลล์ ที่ทำหน้าที่ลำเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์จัดเป็นเยื่อเลือกผ่าน คือ ยอมให้สารบางอย่างผ่านได้ แต่สารบางอย่างผ่านได้ยากหรือผ่านไม่ได้เลย การแพร่ การแพร่ของสารเข้าสู้เซลล์ สารนั้นต้องมีโมเลกุลขนาดเล็ก โดยผ่านเข้าทางชั้นฟอสโฟลิพิดเท่านั้น เป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาคสารจากบริเวณสารที่มีความเข้มข้นสูง คือ มีอนุภาคสารนั้นเป็นจำนวนมากไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารต่ำกว่า อนุภาคของสาจะกระจายไปจนบริเวณนั้นมีความเข้มข้นของสารนั้นเท่ากันหมด จนถึงจุดสมดุลของการแพร่ แต่อนุภาคก็ไม่หยุดนิ่ง ยังมีการเคลื่อนที่เพราะอนุภาคมีพลังงานจลน์ ภาพแสดงการแพร่ของแก๊สออกซิเจนจากถุงลมเข้าสู้เซลล์เม็ดเลือดแดงในหลอดเลือดฝอย การออสโมซิส ร่างกายของสิ่งมีชีวิตมีน้ำร้อยละ 65-70 น้ำจึงมีความสำคัญต่อการดำลงชีวิต น้ำสามารถแพร่เข้าและออกจากเซลล์ได้ทางเยื่อหุ้มเซลล์ เซลล์จึงมีกลไกในการควบคุมการแพร่ของน้ำที่เข้าหรือออกจากเซลล์การแพร่เข้าหรือออกของน้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เป็นการแพร่ของอนุภาคน้ำจากบริเวณที่มีอนุภาคของน้ำมากหรือบริเวณที่สารละลายมีความเข้มข้นน้อยกว่าไปสู่บริเวณที่มีอนุภาคของน้ำน้อย หรือบริเวณที่สารละลายมีความเข้มข้นมากกว่า ปรากฏการณ์แบบนี้เรียกว่า ออสโมซิส(osmosis) การแพร่แบบฟาซิลิเทต สารบางชนิดมีโมเลกุลใหญ่ไม่สามารถแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้โดยตรง เช่น น้ำตาลกลูโคส กรดอะมิโน และไอออนสารต่างๆ เป็นต้น แต่พบว่าสารเหล่านี้ก็สามารถผ่านเข้าสู่เซลล์ได้ โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยฟอสโฟลิพิดและมีโปรตีนแทรกอยู่ สารเหล่านี้แพร่ผ่านเซลล์โดยมีโปรตีนเป็นตัวพา ซึ่งจะจับกับสารที่เซลล์จะลำเลียงเข้าหรือออกจากเซลล์อย่างเฉพาะเจาะจง แล้วลำเลียงสารนั้นเข้าหรือออกจากเซลล์เรียกการลำเลียงหรือการแพร่แบบนี้ว่า การแพร่แบบฟาซิลิเทต(facilitated diffusion) ซึ่งมีหลักการลำเลียงคล้ายกับการแพร่ คือ อนุภาคของสารแพร่จากบริเวณที่สารมีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่สารมีความเข้มข้นต่ำกว่า การแพร่แบบฟาซิลิเทตจะมีอัตราการแพร่เร็วกว่าแบบธรรมดามาก และมีความเฉพาะเจาะจงต่อสารที่ลำเลียงด้วย การแพร่ของน้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ก็เป็นการแพร่แบบฟาซิลิเทตเช่นกัน การแสดงการแพร่แบบฟาซิลิเทต การลำเลียงสารโดยใช้พลังงาน โดยทั่วไปเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์จะมีความเข้มข้นภายในเซลล์สูงกว่าภายนอกเซลล์ เช่น เซลล์ของรากพืช แม้ในขณะที่ภายในเซลล์มีความเข้มข้นของสารละลายแร่ธาตุสูงกว่าภายนอก แต่เซลล์รากพืชก็ยังสามารถดูดซึมลำเลียงแร่ธาตุซึ่งละลายอยู่ในดินเข้าสู่เซลล์ได้อีก เป็นต้น เซลล์สามารถลำเลียงสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นของสารนั้นต่ำเข้าสู่ภายในเซลล์ซึ่งมีความเข้มข้นของสารนั้นสูงกว่าได้ ก็เพราะเซลล์ใช้พลังงานที่ได้จากการสลายสารอาหารมาใช้ในการลำเลียงสารนั่นเอง การลำเลียงโดยใช้พลังงานนี้ต้องอาศัยโปรตีนตัวพาที่มีความจำเพาะต่อสารนั้นซึ่งอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย ภาพแสดงการลำเลียงสารแบบใช้พลังงาน การลำเลียงสารขนาดใหญ่ ในกรณีที่สารขนาดใหญ่ เช่น โปรตีน หรือคาร์โบไฮเดรต เป็นต้น เป็นสารที่มีความจำเป็นต้องลำเลียงเข้าและออกจากเซลล์ แต่ไม่สารมารถผ่านชั้นไขมันหรือช่องทางโปรตีนตัวพาได้ เซลล์จึงต้องมีวิธีการที่จะจับสารเหล่านี้เข้าและออกเซลล์ โดยเยื่อหุ้มเซลล์จะเว้าเข้าไปในไซโทพลาสซึมแล้วโอบล้อมสารนั้นไว้ จนกลายเป็นถุงเล็กๆ แล้วถุงนั้นก็จะเคลื่อนที่เข้าสู้ภายในเซลล์ เรียกวิธีนำสารเข้าสู้เซลล์แบบนี้ว่า กระบวนการ เอนโดไซโทซิส(endocytosis) ภาพแสดงกระบวนการเอนโดไซโทซิส ส่วนการลำเลียงสารขนาดใหญ่ออกจากเซลล์เรียกว่า กระบวนการเอกโซไซโทซิส(exocytosis) สารที่ถูกขับออกจากเซลล์จะอยู่ภายในถุงที่หุ้มไว้โดยเยื่อหุ้มเซลล์ ถุงนี้จะเคลื่อนที่ไปจนชิดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ แล้วเชื่อมเป็นเนื้อเดียวกับเยื่อหุ้มเซลล์แล้วจึงเปิดเป็นช่อง ผลักดันสารนั้นออกนอกเซลล์ ภาพแสดงกระบวนการเอกโซไซโทซิส