Skip to content · ⁨ข้ามไปยังเนื้อหา⁩

Cell membranes and transport · ⁨เยื่อหุ้มเซลล์และการขนส่ง⁩

A-Level Biology · ⁨Biology A-Level⁩ · Topic 4 · ⁨หัวข้อ 4⁩

Video lesson for this topic · ⁨บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้⁩ Open the video page · ⁨เปิดหน้าวิดีโอ⁩
14:03

เยื่อหุ้มเซลล์

เซลล์ทุกชนิดต้องรักษาสิ่งที่ถูกไว้ภายในและสิ่งที่ไม่ถูกไว้ภายนอก งานนี้ตกเป็นของชั้นบางเฉียบที่น่าประหลาดใจเพียงชั้นเดียว — เยื่อหุ้มผิวเซลล์ ซึ่งหนาเพียงสอง…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨การบรรยายภาษาอังกฤษ · คำบรรยายภาษาอังกฤษ + 中文 ลอยตัวบนภาพ⁩

4.1

The cell surface membrane · ⁨เยื่อหุ้มเซลล์⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. describe the fluid mosaic model of membrane structure with reference to the hydrophobic and hydrophilic interactions that account for the formation of the phospholipid bilayer and the arrangement of proteins
  2. describe the arrangement of cholesterol, glycolipids and glycoproteins in cell surface membranes
  3. describe the roles of phospholipids, cholesterol, glycolipids, proteins and glycoproteins in cell surface membranes, with reference to stability, fluidity, permeability, transport (carrier proteins and channel proteins), cell signalling (cell surface receptors) and cell recognition (cell surface antigens – see 11.1.2)
  4. outline the main stages in the process of cell signalling leading to specific responses: • secretion of specific chemicals (ligands) from cells • transport of ligands to target cells • binding of ligands to cell surface receptors on target cells
ไทย
  1. อธิบาย โมเดลเมมเบรนแบบเหลวไหลโมเสก โดยอ้างอิงถึงแรงไฮโดรโฟบิกและไฮโดรฟิลิกที่造就了การเกิด ชั้นไขมันคู่ และการจัดเรียงของโปรตีน
  2. อธิบายการจัดเรียงของ คอเลสเตอรอล, ไกลโคลิพิด และ ไกลโคโปรตีน ใน เยื่อหุ้มเซลล์
  3. อธิบายบทบาทของฟอสโฟลิพิด, คอเลสเตอรอล, ไกลโคลิพิด, โปรตีน และไกลโคโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์ โดยอ้างอิงถึงความมั่นคง, ความเหลว, ความซึมผ่าน, การขนส่ง (โปรตีนพาหะ และ โปรตีนช่อง), การส่งสัญญาณเซลล์ (ตัวรับบนผิวเซลล์) และ การจดจำเซลล์ (แอนติเจนบนผิวเซลล์ – ดู 11.1.2)
  4. อธิบายขั้นตอนหลักในกระบวนการส่งสัญญาณเซลล์ที่นำไปสู่การตอบสนองเฉพาะ: • การหลั่งสารเคมีเฉพาะ (ลิแกนด์) จากเซลล์ • การขนส่งลิแกนด์ไปยัง เซลล์เป้าหมาย • การจับของลิแกนด์กับตัวรับบนผิวเซลล์ของเซลล์เป้าหมาย

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English

Every cell is wrapped in a cell surface membrane 细胞膜. We describe its structure with the fluid mosaic model 流动镶嵌模型.

The phospholipid bilayer

The membrane is built mainly from phospholipids 磷脂. Each phospholipid has a hydrophilic 亲水 ("water-loving") head and two hydrophobic 疏水 ("water-fearing") tails. There is water on both sides of the membrane, so the phospholipids line up in two layers — a bilayer 双层 — with the heads facing the water outside and inside, and the tails hidden in the middle, away from water. This arrangement forms by itself because of those hydrophilic and hydrophobic interactions.

The model is called "fluid" because the phospholipids are not fixed: they slide past each other, so the membrane can move and bend. It is called a "mosaic" because many proteins 蛋白质 are dotted through it, like tiles in a picture.

What floats in the membrane

Part Where it sits Main roles
phospholipids the two layers form the basic barrier
proteins through the membrane or on its surface transport, support and signalling
carrier proteins 载体蛋白 span the membrane carry specific molecules across
channel proteins 通道蛋白 span the membrane form water-filled pores for ions to pass
cholesterol 胆固醇 between the phospholipid tails controls fluidity 流动性 and adds strength
glycolipids 糖脂 and glycoproteins 糖蛋白 carbohydrate chains on the outer surface cell recognition; some act as antigens 抗原

So the membrane molecules together give the membrane its stability 稳定性, its fluidity, its permeability 通透性 (control over what gets through), its transport jobs, its signalling jobs, and its cell recognition.

The membrane is partially permeable 半透膜: it lets some substances through easily but blocks others.

ไทย

ทุกเซลล์ห่อหุ้มด้วย เยื่อหุ้มเซลล์ เราอธิบายโครงสร้างของมันด้วย โมเดลโมเสกเหลว (fluid mosaic model)

เซลล์เม็ดแดงภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนส่อง掃描
เซลล์เม็ดแดงภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนส่อง扫描 — แต่ละเซลล์ห่อหุ้มด้วยเยื่อหุ้มเซลล์

ชั้นไขมันคู่ phospholipid bilayer

เยื่อหุ้มสร้างจาก phospholipids เป็นหลัก แต่ละ phospholipid มี hydrophilic (หัวชอบน้ำ) และหาง hydrophobic (หางกลัวน้ำ) 2 เส้น มีน้ำอยู่ทั้งสองข้างของเยื่อหุ้ม phospholipids จึงเรียงตัวเป็นสองชั้น — bilayer — โดยหัวหันเข้าหาภายนอกและภายในที่มีน้ำ หางซ่อนอยู่ตรงกลางห่างจากน้ำ การจัดวางนี้เกิดขึ้นเองเนื่องจากแรงดึงดูดระหว่างส่วน hydrophilic และ hydrophobic

โมเดลนี้เรียกว่า "เหลว" เพราะ phospholipids ไม่ได้ถูกตรึง:พวกมันเลื่อนผ่านกันได้ ทำให้เยื่อหุ้มเคลื่อนที่และงอได้ เรียกว่าเป็น "โมเสก" เพราะมี proteins จำนวนมากกระจายอยู่ในนั้น เหมือนกระเบื้องในภาพ

สิ่งที่ลอยอยู่ในเยื่อหุ้ม

ส่วนประกอบ ตำแหน่ง หน้าที่หลัก
phospholipids ทั้งสองชั้น สร้าง屏障พื้นฐาน
proteins ผ่านเยื่อหุ้มหรือบนพื้นผิว ขนส่ง รองรับ และส่งสัญญาณ
carrier proteins พาดผ่านเยื่อหุ้ม ขนส่งโมเลกุลเฉพาะชนิดข้ามไปมา
channel proteins พาดผ่านเยื่อหุ้ม สร้างช่องว่าง filled ด้วยน้ำสำหรับไอออนผ่าน
cholesterol ระหว่างหาง phospholipids ควบคุม fluidity และเพิ่มความแข็งแรง
glycolipids และ glycoproteins สายคาร์โบไฮเดรตบนผิวด้านนอก การจดจำเซลล์; บางชนิดทำหน้าที่เป็น antigens
โมเดลโมเสกเหลว: bilayer ของ phospholipids กระจายด้วย channel และ carrier proteins, cholesterol ระหว่างหาง, และ glycoproteins/glycolipids ที่มีสายคาร์โบไฮเดรตบนผิวด้านนอก
โมเดลโมเสกเหลว: proteins, cholesterol และสายคาร์โบไฮเดรตอยู่ใน bilayer ของ phospholipids ที่เหลว

ดังนั้นโมเลกุลเยื่อหุ้มร่วมกันให้ความ stability, ความเหลว, permeability (ควบคุมสิ่งที่ผ่านได้), หน้าที่ขนส่ง, หน้าที่ส่งสัญญาณ และการจดจำเซลล์

เยื่อหุ้มมี partial permeability: อนุญาตให้บางสารผ่านได้ง่ายแต่กั้นบางสาร

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Explore the cell membrane · ⁨สำรวจเยื่อหุ้มเซลล์⁩

Tap each part of the fluid mosaic model — the bilayer plus the proteins and other molecules dotted through it. · ⁨แตะแต่ละส่วนของโมเดลโมเสคเหลว — ชั้นไขมันคู่พร้อมกับโปรตีนและโมเลกุลอื่นๆ ที่กระจายอยู่ในนั้น⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
cell surface membrane/sel ˈsɜːfɪs ˈmembreɪn/ cell surface membrane
fluid mosaic model/ˈfluːɪd məˈseɪɪk ˈmɒdl/ fluid mosaic model
phospholipid/ˈfɒsfəlɪpɪd/ ฟอสโฟลิพิด
hydrophilic/ˌhaɪdrəˈfɪlɪk/ ชอบน้ำ
hydrophobic/ˌhaɪdrəˈfəʊbɪk/ hydrophobic
bilayer/ˈbɪleɪə/ bilayer
protein/ˈprəʊtiːn/ โปรตีน
carrier protein/ˈkærɪə ˈprəʊtiːn/ โปรตีนตัวพา
channel protein/ˈtʃænl ˈprəʊtiːn/ channel protein
cholesterol/kəˈlestərɒl/ คอเลสเตอรอล
fluidity/fluːˈɪdɪti/ ความไหล
glycolipid/ˈɡlaɪkəlɪpɪd/ ไกลโกลิพิด
glycoprotein/ˈɡlaɪkəprəʊtiːn/ ไกลโคโปรตีน
antigen/ˈæntɪdʒen/ antigen
stability/stəˈbɪlɪti/ ความเสถียร
permeability/ˌpɜːməˈbɪlɪti/ permeability
partially permeable membrane/ˈpɑːʃəli ˈpɜːməbl ˈmembreɪn/ เยื่อเลือกผ่าน
4.1

Cell signalling · ⁨การส่งสัญญาณเซลล์⁩

English

Cells talk to each other by cell signalling 细胞信号传递. The main stages are:

  1. a cell secretes a signal chemical called a ligand 配体 (for example a hormone 激素).
  2. the ligand is carried (often in the blood) to a target cell 靶细胞.
  3. the ligand binds to a specific receptor 受体 on the target cell's surface membrane. The shape of the receptor matches that ligand only. Binding then triggers a particular response inside the target cell.
ไทย

เซลล์สื่อสารกันโดย cell signalling ขั้นตอนหลักๆ มีดังนี้:

  1. เซลล์หนึ่ง secretes สารเคมีส่งสัญญาณที่เรียกว่า ligand (เช่น hormone)
  2. Ligand ถูกพา (มักในเลือด) ไปยัง target cell
  3. Ligand จับกับ receptor เฉพาะเจาะจงบนเยื่อหุ้มเซลล์เป้าหมาย รูปร่างของ receptor ตรงกับ ligand นี้เท่านั้น การจับนี้จะกระตุ้นการตอบสนองเฉพาะอย่างภายในเซลล์เป้าหมาย
เซลล์ส่งสัญญาณปล่อย ligand ที่ถูกพาไปยังเซลล์เป้าหมาย ซึ่งจับกับ receptor ที่มีรูปร่างตรงกันและกระตุ้นการตอบสนองภายใน
Ligad เข้ากับรูปร่าง receptor เพียงแบบเดียว ดังนั้นเฉพาะเซลล์ที่มี receptor นั้นจึงตอบสนองต่อสัญญาณ
Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
cell signalling/sel ˈsɪɡnəlɪŋ/ การส่งสัญญาณเซลล์
ligand/ˈlɪɡænd/ ลิแกนด์
hormone/ˈhɔːməʊn/ ฮอร์โมน
target cell/ˈtɑːɡɪt sel/ เซลล์เป้าหมาย
receptor/rɪˈseptə/ ตัวรับ (receptor)
passive/ˈpæsɪv/ passive
energy/ˈenədʒi/ พลังงาน
4.2

Moving substances across the membrane · ⁨การเคลื่อนย้ายสารผ่านเยื่อหุ้ม⁩

Syllabus · ⁨หลักสูตร⁩
English
  1. describe and explain the processes of simple diffusion, facilitated diffusion, osmosis, active transport, endocytosis and exocytosis
  2. investigate simple diffusion and osmosis using plant tissue and non-living materials, including dialysis (Visking) tubing and agar
  3. illustrate the principle that surface area to volume ratios decrease with increasing size by calculating surface areas and volumes of simple 3-D shapes (as shown in the Mathematical requirements)
  4. investigate the effect of changing surface area to volume ratio on diffusion using agar blocks of different sizes
  5. investigate the effects of immersing plant tissues in solutions of different water potentials, using the results to estimate the water potential of the tissues
  6. explain the movement of water between cells and solutions in terms of water potential and explain the different effects of the movement of water on plant cells and animal cells (knowledge of solute potential and pressure potential is not expected)
ไทย
  1. อธิบายและอธิบายกระบวนการของ การแพร่แบบง่าย, การแพร่แบบช่วย, ออสโมซิส, การขนส่งแบบแอคทีฟ, เอนโดไซโทซิส และ เอกโซไซโทซิส
  2. ตรวจสอบการแพร่แบบง่ายและออสโมซิสโดยใช้เนื้อเยื่อพืชและวัสดุที่ไม่มีชีวิต รวมถึง ท่อดายาลิซ (Visking) และอะการ์
  3. แสดงหลักการที่ว่า อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร ลดลงเมื่อขนาดเพิ่มขึ้น โดยคำนวณพื้นที่ผิวและปริมาตรของรูปทรง 3-มิติพื้นฐาน (ตามที่แสดงในข้อกำหนดทางคณิตศาสตร์)
  4. ตรวจสอบผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรต่อการแพร่โดยใช้ก้อนอะการ์ที่มีขนาดต่างกัน
  5. ตรวจสอบผลกระทบของการจุ่มเนื้อเยื่อพืชลงในสารละลายที่มี ศักย์น้ำ ต่างๆ โดยใช้ผลลัพธ์ในการประมาณค่าศักย์น้ำของเนื้อเยื่อ
  6. อธิบายการเคลื่อนที่ของน้ำระหว่างเซลล์และสารละลายในเชิงศักย์น้ำ และอธิบายผลกระทบที่แตกต่างกันของการเคลื่อนที่ของน้ำต่อเซลล์พืชและเซลล์สัตว์ (ไม่จำเป็นต้องมีความรู้เรื่องศักย์ตัวละลายและศักย์ความดัน)

Source: Cambridge International syllabus · ⁨แหล่งที่มา: หลักสูตร Cambridge International⁩

English
Active transport vs diffusion
Osmosis: water crosses the membrane
Diffusion: random motion, one-way flow

There are six processes. Some are passive 被动 (they need no energy 能量), and some are active (they use energy from ATP).

Simple diffusion

Diffusion 扩散 is the net movement of particles from where they are at a high concentration 浓度 to where they are at a low concentration, until they are spread evenly. Simple diffusion 简单扩散 is when particles pass straight through the bilayer, down the concentration gradient 浓度梯度. Only small or non-polar molecules can do this — such as oxygen 氧气 and carbon dioxide 二氧化碳. It is passive.

Facilitated diffusion

Charged ions 离子 and large polar molecules (such as glucose 葡萄糖) cannot cross the oily bilayer by themselves. In facilitated diffusion 易化扩散 they cross through channel proteins or carrier proteins, still moving down the concentration gradient. It is also passive.

Osmosis

Osmosis 渗透 is the diffusion of water across a partially permeable membrane, from a higher water potential 水势 to a lower water potential. It is passive.

Active transport

Active transport 主动运输 moves a substance against its concentration gradient — from low to high concentration. This needs carrier proteins and energy from ATP.

Endocytosis and exocytosis

These move large amounts of material in bulk, using ATP.

  • in endocytosis 胞吞作用, the membrane folds inwards around material and pinches off a vesicle 囊泡 to bring it into the cell.
  • in exocytosis 胞吐作用, a vesicle fuses with the membrane and releases its contents outside the cell.
ไทย
Active transport vs diffusion
Osmosis: น้ำข้ามเยื่อหุ้ม
การแพร่กระจาย: การเคลื่อนที่แบบสุ่ม, กระแสการไหลทางเดียว

มีกระบวนการทั้งหมดหกอย่าง บางอย่างเป็น แบบพาสซีฟ (ไม่ต้องการพลังงาน) และบางอย่างเป็น แบบแอคทีฟ (ใช้พลังงานจาก ATP)

การแพร่กระจายแบบง่าย

การแพร่กระจาย คือการเคลื่อนที่สุทธิของอนุภาคจากบริเวณที่มี ความเข้มข้นสูง ไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ จนกว่าจะกระจายตัวเท่าๆ กัน การแพร่กระจายแบบง่าย คือเมื่ออนุภาคทะลุผ่านชั้นไบเลเยอร์ได้โดยตรง ลงตาม ** gradien ความเข้มข้น** มีเพียงโมเลกุลขนาดเล็กหรือโมเลกุลที่ไม่มีความขั้วเท่านั้นที่ทำได้นี้ — เช่น ออกซิเจน และ คาร์บอนไดออกไซด์ เป็นแบบพาสซีฟ

การแพร่กระจายแบบช่วย

ไอออน ที่มีประจุและโมเลกุลขนาดใหญ่อันมีความขั้ว (เช่น กลูโคส) ไม่สามารถข้ามชั้นไบเลเยอร์ที่เป็นน้ำมันได้ด้วยตัวเอง ใน การแพร่กระจายแบบช่วย พวกเขาจะข้ามผ่านโปรตีนช่องว่างหรือโปรตีนพาหนะ โดยยังคงเคลื่อนที่ลงตาม gradien ความเข้มข้น依然是แบบพาสซีฟ

ออสโมซิส

ออสโมซิส คือการแพร่กระจายของน้ำข้ามเยื่อหุ้มเลือกผ่าน จาก ศักย์น้ำ สูงไปสู่ศักย์น้ำต่ำ เป็นแบบพาสซีฟ

มันฝรั่งพร้อมบ่อสารละลายน้ำตาลและแนวตั้งที่สูงขึ้นในหลอดทดลอง
เครื่องวัดออสโมซิสด้วยมันฝรั่ง: สารละลายน้ำตาลขึ้นในหลอดทดลองเนื่องจากน้ำเข้าสู่มันฝรั่งโดยออสโมซิส
ภาชนะแบ่งด้วยเยื่อหุ้มแบบเลือกผ่าน มีสารละลายน้อยและน้ำมากฝั่งที่มีศักย์น้ำสูงกว่า และมีสารละลายมากฝั่งที่มีศักย์น้ำต่ำกว่า น้ำเคลื่อนที่สู่ฝั่งที่มีศักย์น้ำต่ำกว่า
น้ำข้ามไปยังด้านที่มีศักย์น้ำต่ำ; สารละลายมีขนาดใหญ่เกินไปที่จะข้ามเยื่อหุ้มเลือกผ่าน

การขนส่งแบบแอคทีฟ

การขนส่งแบบแอคทีฟ เคลื่อนย้ายสาร สวนทาง กับ gradien ความเข้มข้น — จากความเข้มข้นต่ำไปสูง ต้องใช้โปรตีนพาหนะและพลังงานจาก ATP

สามแผงเปรียบเทียบ: การแพร่ง่ายตรงผ่านชั้นไบเลเยอร์, การแพร่ช่วยผ่านโปรตีนช่อง, และการขนส่งแบบใช้พลังงานที่ pompa ต้านทาน gradien โดยใช้ ATP
การแพร่กระจายและการแพร่กระจายแบบช่วยเป็นแบบพาสซีฟ (ลงตาม gradien); การขนส่งแบบแอคทีฟสวนทางกับมันและต้องใช้ ATP

เอ็นโดไซโทซิสและเอกโซไซโทซิส

สิ่งเหล่านี้เคลื่อนย้ายปริมาณวัสดุจำนวนมากในรูปแบบก้อน ใช้ ATP

  • ใน เอ็นโดไซโทซิส, เยื่อหุ้มพับเข้าหาภายในรอบวัสดุและหนีบออกเป็น เวซิกูล เพื่อนำเข้าไปในเซลล์
  • ใน เอกโซไซโทซิส, เวซิกูลหลอมรวมกับเยื่อหุ้มและปล่อย محت出自己的ออกนอกเซลล์
แผนภาพสองแบบ: ใน endocytosis เยื่อหุ้มจะพับเข้าหาภายในรอบวัสดุแล้วแยกออกเป็นเวสิเคิลภายใน; ใน exocytosis เวสิเคิลจะหลอมรวมกับเยื่อหุ้มและปล่อยเนื้อหาคู่ออกภายนอก
เอ็นโดไซโทซิสนำวัสดุน้ำเข้าโดยการสร้างเวซิกูล; เอกโซไซโทซิสหลอมรวมเวซิกูลเพื่อปล่อย محت出自己的
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Diffusion across a membrane

Set the concentration on each side. Particles spread from high to low concentration until both sides are equal. · ⁨设置两侧的浓度。粒子从高浓度向低浓度扩散,直到两侧浓度相等。⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
diffusion/dɪˈfjuːʒn/ การแพร่
concentration/ˌkɒnsənˈtreɪʃn/ ความเข้มข้น
simple diffusion/ˈsɪmpl dɪˈfjuːʒn/ การแพร่แบบง่าย
concentration gradient/ˌkɒnsənˈtreɪʃn ˈɡreɪdɪənt/ concentration gradient
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ ออกซิเจน
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ คาร์บอนไดออกไซด์
ion/ˈaɪɒn/ ไอออน
glucose/ˈɡluːkəʊs/ กลูโคส
facilitated diffusion/fəˈsɪlɪteɪtɪd dɪˈfjuːʒn/ การแพร่ช่วย
osmosis/ɒzˈməʊsɪs/ ออสโมซิส
water potential/ˈwɔːtə pəˈtenʃl/ water potential
active transport/ˈæktɪv ˈtrænspɔːt/ การขนส่งแบบแอคทีฟ
endocytosis/ˌendəʊsɪˈtəʊsɪs/ การกลืนเซลล์
vesicle/ˈvesɪkl/ vesicle
exocytosis/eɡˌzɒsɪˈtəʊsɪs/ การหลั่งออกนอกเซลล์
Watch lesson · ⁨ดูบทเรียน⁩
4.2

Surface area to volume ratio · ⁨อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร⁩

English

A cell takes in and removes substances across its surface. As an object gets bigger, its volume 体积 grows faster than its surface area 表面积. So the surface area to volume ratio gets smaller as size increases.

For a cube of side $L$:

$$\text{surface area} = 6L^2, \qquad \text{volume} = L^3, \qquad \text{ratio} = \frac{6}{L}.$$

A large $L$ gives a small ratio. This is why small cells (and thin, flat shapes) exchange materials quickly, while large cells cannot rely on diffusion alone.

Worked example. Compare the surface area : volume ratio of a cube-shaped cell of side $4$ with one of side $10$.

For side $4$: surface area $= 6 \times 4^2 = 96$ and volume $= 4^3 = 64$, so the ratio is $96 : 64 = 1.5 : 1$. For side $10$: surface area $= 6 \times 10^2 = 600$ and volume $= 10^3 = 1000$, so the ratio is $600 : 1000 = 0.6 : 1$. The larger cell has the smaller ratio, so it exchanges materials across its surface more slowly for its size — which is why large organisms need specialised exchange surfaces such as lungs and gills.

You can show this with agar 琼脂 blocks of different sizes soaked in dye or acid: the smallest block, with the largest surface area to volume ratio, changes colour all the way through fastest. Diffusion across non-living materials can also be studied with dialysis tubing 透析袋 (Visking tubing).

ไทย

เซลล์ดูดซึมและกำจัดสารผ่านพื้นผิว เมื่อวัตถุมีขนาดใหญ่ขึ้น ปริมาตร จะเติบโตเร็วกว่า พื้นที่ผิว ดังนั้นอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรจึง ลดลง เมื่อขนาดเพิ่มขึ้น

สำหรับลูกบาศก์ที่มีด้านยาว $L$:

$$\text{surface area} = 6L^2, \qquad \text{volume} = L^3, \qquad \text{ratio} = \frac{6}{L}.$$

$L$ ขนาดใหญ่ให้ค่าอัตราส่วนเล็ก นี่คือเหตุผลที่เซลล์ขนาดเล็ก (และรูปร่างบางแบน)แลกเปลี่ยนวัสดุได้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่เซลล์ขนาดใหญ่ไม่สามารถพึ่งพาการแพร่กระจายเพียงอย่างเดียวได้

ลูกบาศก์สามลูกมีด้านยาว 1, 2 และ 3 พร้อมอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร 6:1, 3:1 และ 2:1, แสดงให้เห็นว่าอัตราส่วนลดลงเมื่อลูกบาศก์ขยายใหญ่ขึ้น
เมื่อลูกบาศก์ (หรือเซลล์) เติบโต อัตราส่วนพื้นที่ผิว : ปริมาตรจะลดลง

ตัวอย่างวิธีทำ. เปรียบเทียบอัตราส่วนพื้นที่ผิว : ปริมาตรของเซลล์รูปทรงลูกบาศก์ที่มีด้านยาว $4$ กับหนึ่งที่มีด้านยาว $10$

สำหรับด้านยาว $4$: พื้นที่ผิว $= 6 \times 4^2 = 96$ และปริมาตร $= 4^3 = 64$ ดังนั้นอัตราส่วนคือ $96 : 64 = 1.5 : 1$ สำหรับด้านยาว $10$: พื้นที่ผิว $= 6 \times 10^2 = 600$ และปริมาตร $= 10^3 = 1000$ ดังนั้นอัตราส่วนคือ $600 : 1000 = 0.6 : 1$ เซลล์ที่ใหญ่กว่าจะมีอัตราส่วนที่เล็กกว่า ดังนั้นจึงแลกเปลี่ยนวัสดุผ่านพื้นผิวได้ช้ากว่าเมื่อเทียบกับขนาด — นี่คือเหตุผลว่าทำไมสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่จึงต้องการพื้นผิวแลกเปลี่ยนที่จำเพาะ เช่น ปอดและเหงือก

คุณสามารถแสดงสิ่งนี้ได้ด้วยก้อน อะกาเรส ขนาดต่างๆ ที่แช่สีหรือน้ำกรด: ก้อนเล็กที่สุดซึ่งมีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูงสุด เปลี่ยนสีทั่วทั้งก้อนเร็วที่สุด การแพร่กระจายผ่านวัสดุที่ไม่มีชีวิตยังสามารถศึกษาได้ด้วย ถุง Dialysis (ถุง Visking)

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Surface area : volume · ⁨พื้นที่ผิว : ปริมาตร⁩

Make the cube bigger: its volume grows faster than its surface, so the SA:V ratio falls — which is why exchange surfaces and cells stay small. · ⁨ทำให้ลูกบาศก์ใหญ่ขึ้น: ปริมาตรจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าพื้นที่ผิว ดังนั้นอัตราส่วน SA:V จึงลดลง — นี่คือเหตุผลว่าทำไมพื้นผิวแลกเปลี่ยนและเซลล์จึงมีขนาดเล็ก⁩

Explore · ⁨สำรวจ⁩

Diffusion across the surface · ⁨การแพร่ผ่านพื้นผิว⁩

Particles spread on their own from crowded to sparse. A small cell has a large surface-area-to-volume ratio, so substances diffuse in and out fast enough. · ⁨อนุภาคกระจายเองจากหนาแน่นไปหาเบาๆ เซลล์ขนาดเล็กมีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรสูง ดังนั้นสารจึงแพร่เข้าและออกได้อย่างรวดเร็วเพียงพอ⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
volume/ˈvɒljuːm/ ปริมาตร
surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ พื้นที่ผิว
agar/ˈeɪɡɑː/ agar
dialysis tubing/daɪˈæləsɪs ˈtjuːbɪŋ/ dialysis tubing
solute/ˈsɒljuːt/ ตัวละลาย
distilled water/dɪˈstɪld ˈwɔːtə/ น้ำกลั่น
4.2

Water potential and living cells · ⁨ศักย์น้ำและเซลล์ที่มีชีวิต⁩

English

Water potential measures how likely water is to leave a solution. Pure water has the highest water potential. Adding a solute 溶质 (a dissolved substance) lowers it. Water always moves by osmosis from a higher to a lower water potential.

To estimate the water potential of plant tissue, you place pieces in sucrose solutions of different water potentials. The solution that causes no change in mass or length has about the same water potential as the tissue.

Effect on plant cells

  • in a solution of higher water potential (for example distilled water 蒸馏水), water enters the cell. The cell swells and becomes turgid 膨胀, but the strong cell wall stops it bursting.
  • in a solution of lower water potential, water leaves. The cell contents shrink and the membrane pulls away from the cell wall — this is plasmolysis 质壁分离.

Effect on animal cells

Animal cells have no cell wall to protect them.

  • in a solution of higher water potential, water enters and the cell may burst. In a red blood cell this bursting is called haemolysis 溶血.
  • in a solution of lower water potential, water leaves and the cell shrinks.
ไทย

ศักย์น้ำ วัดความน่าจะเป็นที่น้ำจะออกจากสารละลาย น้ำบริสุทธิ์มีศักย์น้ำสูงสุด การเพิ่ม สารละลาย (สารที่ละลายอยู่)会降低它。น้ำ всегдаเคลื่อนที่โดยออสโมซิสจากศักย์น้ำสูงไปต่ำ

เพื่อประมาณค่าศักย์น้ำของเนื้อพืช คุณวางชิ้นส่วนลงในสารละลายซูโครสที่มีศักย์น้ำต่างกัน สารละลายที่ทำให้เกิด การเปลี่ยนแปลง ในมวลหรือความยาว ไม่มี จะมีศักย์น้ำใกล้เคียงกับเนื้อเยื่อ

ผลต่อเซลล์พืช

  • ในสารละลายที่มี ศักย์น้ำสูงกว่า (เช่น น้ำกลั่น), น้ำเข้าสู่เซลล์ เซลล์บวมและกลายเป็น เต็งตัว แต่ผนังเซลล์ที่แข็งแรงป้องกันไม่ให้แตก
  • ในสารละลายที่มี ศักย์น้ำต่ำกว่า, น้ำออก เนื้อเยื่อภายในเซลล์หดตัวและเยื่อหุ้มถอยห่างจากผนังเซลล์ — สิ่งนี้เรียกว่า พลาสมอลิซิส

ผลต่อเซลล์สัตว์

เซลล์สัตว์ไม่มีผนังเซลล์เพื่อปกป้อง

  • ในสารละลายที่มีศักย์น้ำสูงกว่า น้ำเข้าสู่และเซลล์อาจแตก การแตกนี้ในเม็ดเลือดแดงเรียกว่า ฮีโมไลซิส
  • ในสารละลายที่มีศักย์น้ำต่ำกว่า น้ำออกและเซลล์หดตัว
ตารางแสดงเซลล์พืชและสัตว์ในสารละลายที่มีศักย์น้ำสูงกว่าและต่ำกว่า: เซลล์พืชจะแข็งตัวหรือ发生了 plasmolysis, เซลล์สัตว์จะบวมและอาจแตก หรือเหี่ยว
เซลล์พืชจะแข็งตัว (turgid) หรือเกิดพลาสมอลิซิส; เซลล์สัตว์อาจแตก (haemolysis) หรือหดตัว
Explore · ⁨สำรวจ⁩

Water potential · ⁨ศักย์น้ำ⁩

water follows the gradient · ⁨น้ำจะไหลตาม gradien⁩

Drag the concentrations. A water-potential gradient drives net movement — it stops only when the two sides match. · ⁨ลากความเข้มข้น Gradien ของศักย์น้ำขับเคลื่อน การเคลื่อนที่สุทธิ — จะหยุดก็ต่อเมื่อสองด้านเท่ากัน⁩

Vocabulary · ⁨คำศัพท์⁩ Train · ⁨ฝึกฝน⁩
English ไทย
turgid/ˈtɜːdʒɪd/ เต่งตึง
plasmolysis/plæzˈmɒləsɪs/ plasmolysis
haemolysis/hiːˈmɒləsɪs/ haemolysis
4.2

Exam tips · ⁨ข้อแนะนำสำหรับการสอบ⁩

English
  • Describe the membrane as a fluid mosaic: a phospholipid bilayer with proteins, cholesterol and glycoproteins.
  • Sort each process: diffusion, facilitated diffusion and osmosis are passive (down a gradient); active transport and endo/exocytosis need ATP and can go against it.
  • For osmosis always use water potential ($\Psi$): water moves from high (less negative) to low (more negative) $\Psi$; pure water is $0$, the highest.
  • State the outcome by cell type: plant cell turgid/plasmolysed; animal cell lyses/crenates — link it to the water-potential gradient.
ไทย
  • อธิบายเยื่อหุ้มเซลล์ในฐานะ โมเสกของเหลว: เป็นชั้นฟอสโฟลิพิดสองชั้นที่มีโปรตีน คอเลสเตอรอล และไกลโคโปรตีน
  • จัดประเภทกระบวนการแต่ละชนิด: การแพร่, การแพร่แบบช่วย และออสโมซิสเป็นแบบ ไม่ใช้พลังงาน (ตาม gradien); การลำเลียงแบบ aktifและเอนโด/เอกโซไซโทซิสต้องใช้ ATP และสามารถเคลื่อนที่สวนทางกับ gradienได้
  • สำหรับการแพร่ของน้ำ (osmosis) ต้องใช้ ศักย์น้ำ ($\Psi$): น้ำเคลื่อนที่จาก สูง (ค่าน้อยกว่าเป็นลบ) ไปยังต่ำ (ค่าน้อยกว่าเป็นลบ) $\Psi$; น้ำบริสุทธิ์มีค่า $0$ ซึ่งเป็นค่าสูงสุด
  • ระบุผลลัพธ์โดยชนิดเซลล์: เซลล์พืชแข็งตัวหรือเกิดพลาสมอลิซิส; เซลล์สัตว์แตกหรือมีรูปร่างขรุขระ — เชื่อมโยงกับ gradien ของศักย์น้ำ

Interactive lessons on this topic · ⁨บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที⁩

Past Papers · ⁨ข้อสอบย้อนหลัง⁩

More topics in A-Level Biology · ⁨Biology A-Level⁩ · ⁨หัวข้อเพิ่มเติมใน A-Level Biology · ⁨Biology A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨เข้าสู่ระบบหรือสร้างบัญชี⁩

IGCSE, A-Level & AP