傅胖中的小窩
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課程學習
生命的特性 教學目標
觀念迷思
1-1 生命現象
1-2 細胞的化學組成
1-3 細胞的結構
1-4 細胞的生理
1-5 細胞的能量
探討活動1-1 生物細胞的觀察
補充資料
組織化的結構
新陳代謝
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運動
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細胞的發現與細胞學說
細胞壁
細胞膜
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細胞質
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高基氏體
溶 體
液 泡
粒線體
葉綠體
核糖體
中心粒與中心體
細胞膜的運輸
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酵 素
ATP
光合作用與光合色素
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碳反應
有氧呼吸
發酵作用
原核細胞與真核細胞
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一般細胞的大小約為1∼100 微米(μm),雖然細胞的大小、形狀與功能各有不同,但是基本構造卻十分類似。
細胞的發現與細胞學說
17 世紀初,伽利略(Galileo Galilei, 1564∼1642)利用由兩片玻璃透鏡組合的鏡筒觀察昆蟲的眼睛,開啟人們對動、植物細微構造的探究。接著虎克(Robert Hooke, 1635∼1703)以自製的複式顯微鏡觀察礦物及微小的生物,並於1665 年發表著名的微物圖誌(Micrographia),記述他在顯微鏡下的觀察與發現。當虎克觀察軟木栓切片時,發現軟木栓是由許多蜂窩狀的小空腔構成,特稱之為細胞(原文之意為小空室)。雖然虎克是第一位描述細胞的科學家,但當時他並不知道細胞的確實結構與功能。
微物圖誌問世後,學者們競相以不同的材料研究細胞的構造,到了19 世紀初,生物體可能皆由細胞構成的觀念慢慢形成。1831 年布朗(Robert
Brown,
每一個細胞內均有細胞核的構造。1839 年,許旺
(Theodor Schwann, 1810∼1882)發現動物細胞也
具有細胞核,核外為透明的流動性物質,與核之間
有核膜隔開,和植物細胞相比並沒有顯著的細胞壁
構造。他並發現動物皆由胞及細胞的衍生物所構
成,此與許來登(Matthias Jakob Schleiden, 1804∼
881)在1838 年發表以植物為材料的研究結果有
相同的結論,但直到1858 年菲可RudolfVirchow,
1821∼1902)提出「一切細胞皆由細胞產生」後,
才確立了細胞學說的內容為「生物體由細胞所構
成,細胞是生物體構造與功能的單位,且一切細胞
皆來自原本的細胞」。
細胞的構造與功能
細胞依原核生物體與真核生物體可區分為原核細胞與真核細胞。原核細胞是較原始的細胞形式,如細菌。原核細胞的細胞膜外有細胞壁,其成分與植物細胞壁不同。染色體因缺乏核膜包被而散布於細胞質中,細胞質內有核糖體構造,但不含胞器。
真核細胞具有細胞膜、細胞質與細胞核,細胞核內含有遺傳物質,是細胞的生命中樞,細胞質中含有核糖體與多種胞器,可進行特定的生理作用。植物細胞的細胞膜外,尚有主要由纖維素組成的細胞壁,可保護細胞並維持細胞的形狀。
細胞膜
細胞膜位於細胞的表面,是細胞與胞外環境間的分界構造,可選擇性地控制物質進出,以形成穩定的細胞內在環境。細胞膜主要由磷脂分子形成的脂雙層構成,蛋白質鑲嵌於其中,且有醣類附著於細胞膜的外側,與細胞的辨識有關。
細胞核
細胞核以雙層的核膜與細胞質分隔,核膜上具有許多核孔,可讓物質進出。核內含有核質、染色質與核仁。核質是膠狀溶液,染色質主要由DNA 與蛋白質組成,攜帶遺傳訊息,當細胞開始分裂時,染色質會緊密纏繞形成染色體。核仁主要由RNA 及蛋白質組成,與核糖體的形成有關。
細胞質
真核細胞中,位於細胞核與細胞膜之間的內含物稱為細胞質,包含細胞質液、多種胞器與其他具有特定功能的構造。細胞質液為膠狀溶液,由水、無機鹽與有機物組成,是細胞進行化學反應的主要部位。胞器具有膜,不同的胞器含有不同的酵素,可進行特定的化學反應。常見的胞器有內質網、高基氏體、溶體、液泡、粒線體與葉綠體等,而核糖體與中心體等則是具有特定功能的構造。內質網廣布於細胞質中,由單層膜構成,可協助細胞內物質的運輸,有些呈現扁囊狀,參與蛋白質的合成、修飾與運送;有些呈現管狀,是脂質合成的主要場所。高基氏體由許多扁囊組成,扁囊周圍會形成許多囊泡,與細胞的分泌作用有關。
溶體由單層膜構成,內含多種水解酵素,可分解蛋白質、脂質與醣類等成分,與細胞內的消化作用及老壞胞器的分解有關。
液泡為單層膜的胞器,在不同細胞中有不同功能,有的負責排出滲入細胞的水分,有的儲存水分,與細胞形狀的維持有關。粒線體是由雙層膜構成的胞器,
內膜向內凹陷形成許多皺褶。粒線體是細胞進行呼吸作用釋出能量的場所,因此有細胞的能量工廠之稱。
葉綠體是綠色植物細胞與藻類細胞特有的胞器,具有雙層膜,內部含有類囊體與基質,主要功能是進行光合作用。
核糖體是一種顆粒狀的構造,主要成分為RNA和蛋白質,負責蛋白質的合成。有些核糖體附著於內質網和細胞核的表面,有些則游離於細胞質中。中心體由2 個中心粒與周圍濃稠的細胞質液所構成,在動物細胞分裂時,可協助染色體的分離;但大部分植物沒有中心粒。