1、1-3,細胞的構造與功能,基礎生物：1-2 細胞的構造、2-3 遺傳物質。,細胞是生物體構造和功能的基本單位，依細胞核的有無分為真核生物的細胞和原核生物的細胞。真核生物的細胞基本構造包括細胞核、細胞質及細胞膜，有些細胞在細胞膜外尚有細胞壁。,1-3 細胞的構造與功能,PPT按鈕說明,按一下此圖，可連結至此節的PPT地圖，挑選欲連結之頁面,按一下此圖，可省略PPT動畫設定的頁面，直接跳至平面圖片頁面,中心體,PPT 地圖,1-3.1 細胞核,1-3.2 細胞質,1-3.3 細胞膜與流體鑲嵌模型,第1-3節,小百科: 核仁,小百科: 原核生物的細胞質,細胞骨架,內質網,高基氏體,溶體,小百科：內膜
2、系統,液泡,過氧化體,粒線體,葉綠體,核糖體,細胞大圖,1-3.4 細胞壁,1-3.5 物質通過細胞膜的方式,摘要整理,大分子物質進出細胞膜的方式,歷屆考題,動物細胞,植物細胞,僅動物細胞有,僅植物細胞有,動、植物細胞皆有,各放大鏡的圓點可連接至相關的PPT頁面,動物與植物細胞,胞器分離,1940 年代，科勞特（Albert Claude, 1899 1983）發明了以離心方式分離胞器的方法。首先將細胞磨碎，以離心機離心，先從低轉速開始，會先將組織溶液分為兩層，顆粒較大的構造會沉澱；取懸浮液後以較高速度再次離心，即可收集到較小的構造，重複前述步驟，並逐漸增加轉速，即可將細胞內含物分離，接著便能
3、進行分析，一一了解各構造的成分與功能。,胞器分離,1-3.1、細胞核,一、真核生物的細胞核內含有遺傳物質DNA。二、細胞核的構造包括：核膜、核仁及染色質，核膜的構造與細胞膜不同，其上有核孔， 但與粒線體或葉綠體相似，皆為雙層膜。,細胞核的構造,小百科,核膜(磷脂質蛋白質) 區隔核質與細胞質的化學反應，其中鑲嵌核孔，提供細胞核與細胞質間的溝通管道。,小百科,核孔(蛋白質) 提供細胞核與細胞質間的溝通管道，可讓水分、離子、ATP、小段RNA、蛋白質等物質通過。,小百科,核仁(rRNA+蛋白質) 核仁在非細胞分裂的時期相當明顯， 通常可於細胞核中觀察到一個或兩個核仁。,小百科,染色質(DNA+蛋白質
4、) 具有細胞生命的遺傳物質，平時為細絲狀，分裂前期形成棒狀染色體。,1-3.1、細胞核,三、大部分細胞只含有一個細胞核，但骨骼肌細胞和花藥的營養層細胞則有多個核，哺乳動物成熟的紅血球或植物的篩管細胞則無核。,1-3.2、細胞質,細胞膜和細胞核之間充滿膠狀基質和各種結構，稱為細胞質。膠狀基質含有維持生命現象所需的基本物質（如蛋白質、脂質和醣類等）和合成蛋白質有關的RNA，是代謝反應的場所。細胞質有許多進行特定代謝作用的各種構造。,小百科,原核生物的細胞質 原核生物的細胞質內缺乏膜狀構造，其染色體為一個環狀的DNA分子，散布在細胞質的擬核仁區中，不具核膜和核仁。細胞質中尚有許多核糖體和酵素，可以合
5、成蛋白質和進行各種生理代謝。,小百科,真核生物的細胞質具備各種胞器：第一類:不具膜的構造 如細胞骨架、核糖體、中心粒。第二類:膜狀胞器 內膜系統-內質網、高基氏體、溶體、液泡 非內膜系統-粒線體、葉綠體、過氧化氫體,一、細胞骨架,1.是三種粗細不同的蛋白質構造組成的網狀結構，其粗細依序為：微管（25 nm）、中間絲（10 nm）、微絲（7 nm）。,細胞骨架,一、細胞骨架,2.細胞骨架具有下列功能：維持細胞形狀協助細胞變形(分裂溝)運動(肌肉收縮、細胞質的流動、偽足、纖毛、鞭毛)協助胞器運輸(運輸囊泡、食泡、葉綠體的移動)染色體移動(紡錘絲、中心粒的形成),鞭毛與纖毛的不同,二、中心體,1.大
6、部分動物細胞的中心體由兩個中心粒和周圍濃稠的細胞質所組成，成分為蛋白質。2.兩個中心粒彼此垂直，每個中心粒皆由九束排列成環狀的三聯微管構成。,二、中心體,3.大多數植物的細胞內雖沒有中心粒，但仍具一個不含中心粒的微管組成中心體。4.當細胞分裂時，除了染色體會複製之外，中心體也會隨之複製。,中心體,三、內質網,1.內質網（簡稱ER）是具單層不規則的膜狀胞器。2.由細胞核的外膜往外延伸，呈網狀遍布在細胞質中。3.依其表面有無核糖體可分為兩類，此兩類型內質網互相連通，可協助細胞質內附著物質的運輸。,(1)粗糙內質網：1.位置較接近細胞核，膜的表面附著核糖體，所以外觀較粗糙。2.核糖體進行轉譯作用，所
7、合成之多肽鏈隨即進入粗糙內質網內，經由特殊的酵素修飾後，形成成熟的蛋白質，由囊泡經高基氏體運送到細胞膜上或分泌到細胞外。,三、內質網,粗糙內質網,粗糙內質網功能1.蛋白質的修飾與運輸 細胞膜蛋白質、分泌性蛋白質、溶體蛋白質2.以囊泡的方式將物質移轉至內膜系統或加入細胞膜,三、內質網,(2)平滑內質網：1.表面無核糖體附著。2.這種內質網所占比例較少，但功能較複雜，通常與脂類和醣類代謝有關。,內質網,平滑內質網,平滑內質網功能1.脂質的合成與代謝：睪丸、卵巢、線上腺皮質產生固醇類賀爾蒙，植物種子可合成脂質2.醣類代謝：肝細胞儲存與分解肝醣、運送葡萄糖3.藥物與有毒物質的解毒作用：肝細胞可以促進藥
8、物及部分有毒物質氧化，使其毒性降低，且易溶於水以利排除體外肝細胞的SER也具有分解乙醇的功能4.儲存及釋放鈣離子：肌肉細胞的SER儲存及釋放鈣離子，以調節肌肉的收縮運動,四、高基氏體,1.是由許多扁囊和囊泡所組成的單層不規則膜狀胞器。,四、高基氏體,2.含有許多酵素，可合成、修 飾、轉送或分泌有機物。3.來自粗糙內質網的蛋白質在這裡被檢查和處理後，放入囊泡中，分送到不同的部位或分泌到細胞外。,四、高基氏體,4.在分泌型的動物細胞裡，高基氏體特別發達，如：(1)唾腺細胞分泌澱粉酶(2)免疫系統中的漿細胞分泌抗體5.另外像植物細胞會分泌果膠質等多醣類，崁入細胞壁。,五、溶體,1.溶體是細胞內具有膜
9、的囊狀胞器。2.由高基氏體產生。3.內含多種水解酶，在弱酸性環境下（pH 5.0），可分解醣類、蛋白質、脂質和核酸等大分子物質。,五、溶體,4.溶體與胞內消化有關當物質經吞噬作用進入細胞內成為食泡溶體可與食泡融合以水解酶將食泡內的食物消化5.人類某些白血球也會進行吞噬作用，摧毀細菌或其他入侵異物，以保護身體。,五、溶體,6.溶體也具有胞器更新的功能，能將陳舊的胞器消化成小分子後再回收利用。7.在許多生物發育過程中，溶體也扮演重要的角色：(1)蝌蚪變態時尾部之消失(2)人類胚胎的趾間蹼之消失,溶體的功能：A.白血球利用偽足捕捉細菌，再利用細胞內的溶體將細菌分解；B.溶體分解胚胎指頭間的組織，以形
10、成手指。,六、液泡,1.液泡是單層膜的囊狀胞器。2.在不同的生物細胞內，有不同的大小、形狀、功能，例如：(1)植物的中央液泡，可貯存水分、養分、花青素、暫時不用的物質和代謝廢物，並產生膨壓以維持細胞的形狀；其中花青素與花的顏色有關。,六、液泡,(2)生活在淡水的草履蟲，其體內有伸縮泡負責排出滲入細胞的水分，也屬於液泡。(3)變形蟲經吞噬作用攝取食物所形成的食泡，也屬於液泡。,小百科,內膜系統 內質網、高基氏體、溶體、液泡等多種膜狀構造，與核膜及細胞膜合稱為內膜系統。 因它們在演化上有相同來源，且構造上都很類似，均由磷脂質和蛋白質所組成，可以互相融合，但因功能不同，在構造上也有些差異。,十、核糖
11、體,1.核糖體是一種不具膜的構造(1)由大小兩個次單元組合而成，次單元由核糖體RNA（rRNA）和蛋白質所構成,十、核糖體,(2)真核細胞核糖體的兩個次單元皆在核仁中合成，隨後從核孔進入細胞質內，以進行轉譯作用。2.游離型核糖體(1)核糖體可單個或成群分布於細胞質中。(2)其所製造的蛋白質大多留在細胞質中行使各種功能。,十、核糖體,3.附著型核糖體(1)核糖體附著在粗糙內質網上。(2)其所製造的蛋白質經由內質網處理，再運送到高基氏體加工後，分送至目的地。4.這兩類核糖體構造完全相同，可以彼此互換角色。,十、核糖體,5.核糖體在轉送RNA（tRNA）的協助下：按照傳訊RNA（mRNA）的編碼將胺
12、基酸組合成多肽鏈或蛋白質核糖體可說是細胞內蛋白質的合成平臺6.需要合成大量蛋白質的細胞，就會含有大量的核糖體，如唾腺細胞和肝細胞。,七、過氧化體,1.為具有單層膜的囊狀胞器，內含多種酵素。2.這些酵素在分解物質的過程中，常會產生 過氧化氫（H2O2）等副產物，故稱為過氧化體。3.過氧化氫對細胞具有毒性，此時過氧化體 內的酵素可將之分解成水和氧。,七、過氧化體,4.過氧化體內含的酵素，只存於特定細胞中並非所有細胞都有，不同細胞的過氧化體功能差異大：(1)肝細胞的過氧化體，可將脂肪酸和酒精氧化分解。(2)植物種子內的胚乳或子葉細胞中的過氧化體，能將脂質轉化為醣類供種子萌發利用。,八、粒線體,1.粒
13、線體為雙層膜胞器。2.內膜包圍的物質稱為基質。,八、粒線體,3.其內膜褶襞上及基質內含有許多與呼吸作用有關的蛋白質和酵素。4.細胞內大部分的ATP均在粒線體產生，故有細胞內的能量工廠之稱。5.代謝率高或活動較旺盛的細胞，其粒線體數量會較多，如心肌細胞、肝細胞和種子的細胞等。,八、粒線體,6.許多動、植物受精時，由於受精卵的細胞質僅來自卵，因此粒線體DNA 只會從母系遺傳下去，稱為母系遺傳。,九、葉綠體,1.葉綠體亦為雙層膜胞器。2.是進行光合作用的場所。3.內部由基質組成，內含許多類囊體相疊而成的葉綠餅。有關葉綠體的功能將在第二章詳述。,粒線體與葉綠體的比較,複 習,單層膜的胞器： 內質網、高
14、基氏體、溶體、過氧化體、液泡(包括食泡、伸縮泡) 。雙層膜的胞器： 葉綠體、粒線體、核膜不具膜的構造： 中心粒、核糖體、細胞骨架、核仁、染色體,複 習,與酵素或蛋白質激素合成有關的構造： 核糖體、粗糙內質網、高基氏體與固醇類激素或磷脂質核成有關的構造： 平滑內質網、高基氏體含DNA、RNA的構造： 葉綠體、粒線體、細胞核,複 習,含酵素的構造： 葉綠體、粒線體、細胞核、內質網、高基氏體、溶體、過氧化體與植物細胞維持形狀有關的構造： 液泡、細胞骨架、細胞壁,1-3.3、細胞膜與流體鑲嵌模型,一、細胞膜1.細胞膜主要由雙層磷脂質、蛋白質和少量的醣類、膽固醇所組成(1)具有保護細胞、選擇性控制物質進
15、出及與外界溝通的功能磷脂質的不飽和脂肪酸含量越高，流體性愈大，植物在寒冬可增加不飽和脂肪的比例，避免細胞膜固化。(康熹),1-3.3、細胞膜與流體鑲嵌模型,一、細胞膜 (2)脂溶性物質和非極性的小分子，如脂肪 酸、O2、CO2，可以直接通過細胞膜(3)極性的小分子和離子，如葡萄糖、Na+，則需要藉由運輸蛋白的協助才能通過細胞膜。,一、細胞膜,2.蛋白質分子鑲嵌在磷脂質分子中，稱膜蛋白，有些附著在磷脂質表面，有些則穿透雙層磷脂質，各有不同的功能，例如：膜蛋白可以作為運輸蛋白(通道蛋白、載體蛋白)、酵素或激素或神經傳導物質的受體蛋白及細胞間之辨識構造標記蛋白等 。,http:/www.sgc.ut
16、oronto.ca/pmwiki/pmwiki.php?n=IntegralMembraneProtein.HomePage,一、細胞膜,3.另外，動物可藉由細胞膜表面的分子（通常為醣類）辨識自我與非我，是免疫系統中辨識抗原的重要依據。胚胎發生過程中，細胞膜表面具有相同或相似的醣類細胞，會發育成特定的組織或器官。4.動物的細胞膜中尚有膽固醇，其可影響細胞的流動性，具有穩定細胞膜的作用。,二、流體鑲嵌模型,1972年，科學家提出細胞膜的流體鑲嵌模型1.認為細胞膜是由磷脂質構成具流動性的雙層平面。2.磷脂質分子可在形成的單層薄膜上自由流動但無法翻轉。3.鑲嵌在細胞膜上的蛋白質也非固定不動而呈流動態
17、，可以在膜的平面上漂移。,youtube流體鑲嵌模型影片,二、流體鑲嵌模型,6.科學家利用細胞融合的技術，將鼠及人類的細胞膜分子分別加以標記，再將兩種細胞融合，發現：不同的膜蛋白會互相混合，證明膜蛋白的確可以在細胞膜的平面上漂移。,膜蛋白漂移的實驗示意圖,冷凍碎裂法,細胞膜為磷脂雙層的構造，可利用冷凍碎裂法（freeze-fracture）使磷脂雙層分離，藉以觀察蛋白質的分布狀況。首先以液態氮冷凍細胞，再以冷凍刀將磷脂雙層分離。因為磷脂雙層交接處為疏水性尾部，冷凍後並不難分離。磷脂雙層分離後膜上的蛋白質並未被破壞，由實驗結果可得證，蛋白質是鑲嵌在磷脂雙層中，而非覆蓋在磷脂雙層的表面。,三明治模
18、型,1-3.4、細胞壁,一、細胞壁位於細胞膜的外側，堅硬且具有彈性1.是原核生物、真菌、藻類和植物細胞都具有的構造。2.但其組成分子與結構並非完全相同。,1-3.4、細胞壁,二、植物的細胞壁主要由纖維素組成1.可分為中膠層和初生細胞壁，有些尚有次生細胞壁。2.中膠層是植物細胞剛分裂完成的子細胞之間，最先形成的間隔，主要成分為果膠質（一種多醣類），可使相鄰的細胞連在一起。,1-3.4、細胞壁,3.在中膠層的兩側形成的細胞壁較薄，稱為初生細胞壁，由纖維素、果膠質和少量的蛋白質所構成，形成之初具有彈性，使植物細胞得以增長。,1-3.4、細胞壁,4.次生細胞壁：(1)位於初生細胞壁的內側，堆積不連續，
19、形成孔隙。(2)次生細胞壁主要由纖維素所構成，纖維排列成層。(3)再以木質素等多醣類黏合，因此較初生細胞壁厚且堅韌。,1-3.4、細胞壁,三、原生質絲1.植物細胞壁之間會被稱為 原生質絲的孔道貫穿。2.原生質絲是相鄰細胞間細胞膜相連通的構造，它能使兩細胞間的成分相流通。,1-3.5、物質通過細胞膜的方式,細胞膜可以區隔細胞內部和外在的環境，並能選擇性的使外界的營養物或細胞的代謝產物進出細胞。小分子物質進出細胞膜的方式分為：-被動運輸(不耗能)及主動運輸(耗能)大分子物質進出細胞膜的方式分為：-胞吞作用及胞吐作用(均耗能),一、被動運輸,所謂被動運輸就是小分子物質順著濃度梯度穿過細胞膜，而不需消
20、耗能量的運輸方式包括：簡單擴散、促進性擴散和滲透作用此三種方式已在基礎生物上冊詳述。,1.簡單擴散,氣體分子(O2、CO2) 、脂溶性物質(乙醇、乙醚) 、少部分水分子順應濃度差，直接通過細胞膜，不需要經過運輸蛋白分子愈小、溫度愈高、 濃度梯度愈大、有外界 助力(風力、壓力) ，均 會提高擴散速率。,2.促進性擴散,順應濃度差，須靠運輸蛋白通過 細胞膜，運輸物質均有專一性(1)通道蛋白：物質通過蛋白構形 不改變ex.大部分的水、帶電 荷離子(NA+、K+、Ca2+ )(2)載體蛋白：物質與蛋白結合，蛋白構形改變，將物質轉運到 膜的另一邊ex.極性分子(葡萄糖、胺基酸) 、帶電荷離子(NA+、
21、K+、Ca2+ ),2.促進性擴散,運輸物質均有專一性濃度差愈大，擴散速度愈快有構造相似的分子或離子存在，運輸蛋白與受質結合受到限制，速率下降。細胞膜上的運輸蛋白 有一定的數目，促進 擴散會有飽和點。,滲透作用,專指水分子通過細胞膜的擴散作用。水分子少部分是簡單擴散，大部份是促進性擴散(水通道蛋白) 。,小百科-纖維囊腫症,在美國一種常見的遺傳疾病，由於細胞膜上的氯離子通道缺陷，病患的通道蛋白少了一個苯丙胺酸，無法運送氯離子，使得細胞膜外NaCl堆積，及分泌的黏液黏稠度增加，使呼吸道、消化道阻塞，患者經常感染細菌而得到肺炎，或因胰管阻塞、黏膜堆積發生囊腫。(翰林版),二、主動運輸,1.細胞藉細
22、胞膜上的載體蛋白，以消耗能量的方式將物質逆著溶質的濃度梯度運送，可由低濃度往高濃度運送的方式稱為主動運輸。 例如：植物根部從土壤中主動吸取無機鹽離 子，維持高滲透壓，以吸取水分。 例如：紅樹林以主動運輸的 方式，將細胞的鹽分 排出體外，以免產生 危害。,二、主動運輸,2.是用來維持細胞內外小分子濃度差異的要素之一，例如：動物細胞內的鈉離子濃度都比細胞外低，而鉀離子濃度都比細胞外高，因為細胞膜上有鈉鉀幫浦，可分解ATP釋放能 量，不斷地把鈉離子排出，並把鉀離子移進細胞，以維持細胞內、外離子濃度的差異。 (NA+-細胞外細胞內；K+-細胞內細胞外) Ex.神經細胞產生膜電位,鈉鉀幫浦,南一,三、胞
23、吞作用,1.細胞膜上的運輸蛋白無法運輸蛋白質、多醣類等較大的分子。這些大分子物質進出細胞必須耗能且依賴細胞的胞吞作用或胞吐作用。2.胞吞作用分為：吞噬作用、胞飲作用及受體媒介胞吞作用三種,三、胞吞作用,(1)吞噬作用細胞吞噬固體或顆粒狀的物質時，細胞膜向外突出伸出偽足，形成食泡進入細胞，此液泡與含水解酵素的溶體結合，消化物質。如白血球吞噬病菌、變形蟲吞噬草履蟲。,三、胞吞作用,(2)胞飲作用細胞攝取液體物質時，細胞膜向內凹陷形成囊泡，將這些物質包裹起來送入細胞內。如腸壁細胞攝入養分。,三、胞吞作用,(3)受體媒介胞吞作用此作用具有高度的專一性，其細胞膜表面具特殊受體，會與特定的分子結合，然後內
24、陷形成囊泡，將這些分子攝入細胞內。如血管管壁細胞攝入血液中的脂蛋白。,四、胞吐作用,四、胞吐作用 高基氏體，將大分子物質包在囊泡中，囊泡逐漸外移並與細胞膜融合，囊泡內物質因而釋出細胞外，這個過程稱為胞吐作用。如胰島細胞分泌胰島素。,胞吐作用,大分子物質進出細胞膜的方式,1-3、摘要整理,1.細胞核內含有遺傳物質DNA，其構造包括核膜、核仁及染色質。2.細胞骨架由三種粗細不同的蛋白質纖維構成，其粗細依序為微管、中間絲、微絲。3.內質網為單層不規則的膜狀胞器，包括可協助細胞質內物質運輸的粗糙內質網，和與脂類、醣類代謝有關的平滑內質網。,1-3、摘要整理,4.高基氏體是由許多扁囊和小泡所組成的單層不
25、規則膜狀胞器，含有許多酵素，可以合成、修飾或轉送分泌。5.溶體是單層膜的囊狀胞器，內含各種水解酶，可分解蛋白質、脂質、核酸和醣類等大分子物質。,1-3、摘要整理,6.植物的中央液泡可貯存水分、養分、花青素、暫時不用的物質和代謝廢物，並會產生膨壓以維持細胞的形狀。7.過氧化體為具有單層膜的囊狀胞器，內含多種酵素。8.粒線體為雙層膜胞器，細胞內大部分的ATP均在此產生，有能量工廠之稱。,1-3、摘要整理,9.葉綠體為雙層膜胞器，是進行光合作用的場所10.核糖體由大小兩個次單元組合而成，在tRNA的協助下，按照mRNA的指令，將胺基酸組合成多肽鏈或蛋白質。11.中心粒是由微管形成的構造，在細胞分裂時
26、，中心體也會同時複製，並將複製好的染色體準確地分配到兩個子細胞內。,1-3、摘要整理,12.細胞膜的流體鑲嵌模型由雙層磷脂質、蛋白質、少量的醣類和膽固醇所組成，具有保護細胞、選擇性控制物質進出及與外界溝通的功能。13.植物的細胞壁主要由纖維素組成，可分為中膠層和初生細胞壁。植物細胞壁之間有原生質絲相通，可以使相鄰細胞間的物質交流。,1-3、摘要整理,14.小分子物質進出細胞膜的方式分為被動運輸及主動運輸，大分子物質進出細胞膜的方式分為胞吞作用及胞吐作用。15.胞吞作用分為三種：吞噬作用、胞飲作用和受體媒介胞吞作用。,1-3 歷屆考題,下列哪些構造含有核酸分子？（多選）(A)溶體(B)葉綠體(C)粒線體(D)核糖體(E)高基氏體。 【99指考】,1-3 歷屆考題,有關胰島素從合成經修飾到具有活性的過程，下列有哪些細胞構造參與？（多選）(A)溶體(B)液泡(C)核糖體(D)高基氏體(E)粗糙內質網。 【98指考】,1-3 歷屆考題,細胞的膜蛋白可參與下列哪些功能？（多選）(A)神經衝動的傳導(B)接受胰島素的刺激(C)接受固醇類激素的刺激(D)抗原的辨識(E) CO2 通過細胞膜的主要通道。 【95指考】,To be continued,同學請再想一想還有什麼問題呢？,
