21构成生物体的基本物质.docx

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21构成生物体的基本物质

2－1構成生物體的基本物質

無機物

1、水

1.比例：

佔生物體重量的70%，隨生物與細胞種類而異（水母95%；骨細胞20%、腦細胞85%）

與年齡成正比；代謝作用成反比

2.重要性：

維持生命必需物

3.特性

A.極性分子（同時帶有正、負相反電荷）

B.內聚力與附著力（表面張力與毛細作用）

C.良好溶劑（幫助物質運輸與進行化學反應）

D.微量解離（酸鹼性）

E.比熱大（溫度穩定劑）

F.化性穩定

G.4℃密度最大

H.潤滑劑，減少器官與骨骼間摩擦

2、無機鹽、礦物質

1.範圍：

陽離子、陰離子、金屬離子

2.功能：

A.無機鹽離子解離具導電作用（電解質）

B.維持正常生理作用（K＋/Na+：

神經傳遞/Ca2+：

細胞運動與分裂、肌肉收縮、血液凝固）

C.構成生物體分子（Fe：

細胞色素與血紅素/Mg：

葉綠素/P：

核酸/Ca：

骨骼/I：

甲狀腺素）

3.酵素致活劑（Mg：

分解葡萄糖酵素/Cl：

唾液澱粉脢）

4.形成緩衝液，維持酸鹼平衡

有機物

一、蛋白質

1.組成：

C、H、O、N、S胺基酸（20種）<必需胺基酸vs.非必需胺基酸>多呔蛋白質

2.構造

A.構造單位：

具一個胺基（－NH2）和基（－COOH）

B.連接方式：

雙呔、寡呔、多呔

C.立體結構：

多呔鏈形成特殊立體結構才能表現生理功能

D.蛋白質可與非胺基酸分子形成複合物（醣蛋白、核蛋白、鐵蛋白）

3.功能

A.構造蛋白—構成體質（原生質主要成分）、膜蛋白、膠原蛋白、彈性蛋白、頭髮

B.儲存與提供能量—蛋白質水解胺基酸脫胺作用丙酮酸或以醯輔脢粒線體內氧化能量；植物種子的蛋白質、卵中的蛋白質

C.運輸蛋白—血紅素、細胞膜上蛋白

D.激素蛋白—協調生理作用，如：

胰島素

F.受體蛋白—接受外來刺激引發生理反應

G.收縮蛋白—肌動蛋白、肌凝蛋白

H.酵素蛋白—構成脢的主要成分

I.防禦蛋白—抗體

J.酸鹼緩衝劑

K.生物間種別性（由不同種類、樹木、排列的胺基酸組成，蛋白質構造越相似，生物間親源關係越近）

二、醣類

1.組成：

C、H、O，碳水化合物；（CH2O）n

2.種類：

單醣、雙醣、寡醣、多醣

A.單醣—三碳糖（PGAL，甘油醛為光合作用暗反應中間產物）、五碳糖（核糖、去氧核糖）、六碳糖（葡萄糖<血糖、點滴注射液>、果糖<水果與蜂蜜>、半乳糖<存於人腦中>同分異構物）

B.雙醣—C6H12O6+C6H12O6C12H22O11+H2O

—麥芽糖（葡萄糖＋葡萄糖）、蔗糖（葡萄糖＋果糖）、乳糖（葡萄糖＋半乳糖）

—植物細胞中最重要的雙醣：

蔗糖（甜菜、甘蔗）、麥芽糖（萌發種子，尤其是麥子）；植物體內以蔗糖方式運輸醣類

—動物細胞中最重要的雙醣：

乳糖（乳汁含量多）

C.寡醣—3~10個單醣的醣類，不被消化酵素分解，不產生熱量，可刺激腸胃蠕動及有利腸中益菌生長。

D.多醣—澱粉:

植物儲存能量形式

肝糖：

動物儲存能量形式，存於肝臟和肌肉中（分支較多，易溶於水）

纖維素：

多條平行葡萄糖鏈以氫鍵形成微纖維纖維細胞壁

3.功能

A.構成細胞成分與保護構造（植物細胞壁、真菌、昆蟲的幾丁質）

B.供應和儲存能量處

C.調節功能（血糖的平衡）

D.轉換成胺基酸與脂質

三、脂質

1.組成：

C、H、O

2.一般脂質構造：

（1分子甘油＋3分子脂肪酸）

3.依脂肪酸有無可分為

a.具脂肪酸的脂質

－飽和脂肪酸（硬脂酸），不含雙鍵：

脂肪

－不飽和脂肪酸（油酸），含雙鍵：

油類（魚油、植物油）

－磷脂類，具有磷酸基（極性，形成親水性頭部）與脂肪酸（不具極性，為疏水性尾部）；為細胞膜成分

－蠟（醇類＋FA）：

羊毛脂、角質層、蜂蠟

b.不具脂肪酸的脂質

－固醇類（細胞膜成分、可合成荷爾蒙、血液中過量會造成血管硬化並導致高血壓與心臟病；

植物組織中的類固醇為植物醇）

4.功能：

構成體質、使細胞內化學反應不受干擾、供能、儲存（可轉為胺基酸與醣類）、保溫

3、核酸

1.核甘酸組成（核甘酸：

五碳糖、含氮鹽基、磷酸基）

2.去氧核糖核甘酸（DNA）

－Watson＆Crick提出雙股螺旋結構<由兩條核酸藉由氫鍵連結成A=T；CG>

－為遺傳物質，控制細胞內的化學反應

－位於細胞核內（真核）

－核糖、磷酸基、含氮鹽基（A、G、U、C）

3.核糖核甘酸（RNA）

－分為mRNA、tRNA、rRNA

rRNA與蛋白質共同構成核糖體

mRNA：

DNA訊息可轉錄為mRNA

tRNA：

合成蛋白質時攜帶胺基酸

－去氧核糖、磷酸基、含氮鹽基（A、G、T、C）

4、維生素

1.微量有機物，維持與調節生理作用

2.植物可自行製造，動物依賴食物供應

2.分為水溶性－VitC、VitB群、生物素、葉酸

脂溶性－VitA、D、E、K

3.功能：

抗氧化劑（VitA、C、E）、輔脢、維持生理作用

2－2胞器的構造與功能

原核細胞

1.不具核膜、核仁

2.染色體由一條DNA折疊成

3.細胞中無膜狀胞器

4.細胞壁為呔聚醣

真核細胞

1、細胞膜（Fluid－MosaicModel）

1.組成：

磷脂、蛋白質及少量醣類＆膽固醇構成

磷脂－脂雙層（具油脂特性，脂溶性分子易通過；中性小分子易通過，大分子不易通過；帶電荷離子無法通過；選擇性膜）

蛋白質－運輸蛋白（協助物質的運輸）

<被動運輸>

通道蛋白（形成孔隙或溝道允許水溶性分子或離子通過細胞膜）

載體蛋白（藉由蛋白質分子改變形狀將分子送入細胞內）

<主動運輸>

載體蛋白具有結合為，似酵素活性位，與特別分子結合後改變構形，需要能量ATP。

－受體蛋白（荷爾蒙或神經傳導物的受體，引發生理反應）

－細胞種類標記（醣蛋白作為辨認用標籤和細胞附著位、免疫反應辨認外來物）

－酵素蛋白（ATP分解酵素）

醣類－附於磷脂或蛋白質（辨認自我與非我；胚胎發育過程中特定器官與組織的發育、免疫系統對抗抗原憑藉）

膽固醇－穩固細胞膜

2.特性：

動態－可應用於顯微注射＆細胞融合；選擇性（控制物質進出）

3.功能：

區隔細胞內部與外在環境、控制物質進出細胞（半透性<滲透壓>）、細胞內含物與外界環境間重要物質的調節與交換

＊滲透壓、等張溶液、高張溶液、低張溶液

二、細胞質

1.組成：

膠狀基質、胞器

膠狀基質—大小不同分子溶於水中組成，為代謝反應場所

胞器—使各種化學應能同時在很小空間進行互不干擾、提高效率

—具特定生理功能

—粒線体、葉綠体、溶體、液胞、內質網…..等

細胞骨架—網狀蛋白纖維（微管、中間絲、微絲<肌動蛋白絲>）

—維持細胞形狀、改變細胞形狀（蛋白質分子重新組合，可改變細胞形狀）、使細胞具運動能力（組成纖毛、鞭毛）、使胞器在細胞質中移動（提供胞器移動軌道）

—微管：

由球狀蛋白質維管素組成，可構成中心粒、鞭毛和纖毛

—中間絲：

纖維蛋白組成，可維持細胞形狀

—肌動蛋白絲：

由兩條肌動蛋白單體組成，可協助真核細胞運動、小腸伸縮運動能力、形成路徑使胞器循一定方向流動（細胞質流）

胞器介紹

＊植物細胞與動物細胞均有的構造

粒線體

1.構造：

雙層膜構成（內摺膜上含有電子傳遞鏈，內部空腔中的基質含有呼吸作用相關酵素）2.功能：

細胞內行呼吸作用的場所

製造ATP之處（ATP為生物體最直接的能量來源）

代謝率高的細胞數量多（ex:

心肌細胞）

含DNA和核糖体，可自製少量本身所需的蛋白質（與電子傳遞鏈有關的蛋白）

高基氏體

1.構造：

數個膜狀扁囊組成，常見於核附近

2.功能：

將來自內質網的脂質或蛋白質予以修飾、分類和包裝成小囊泡而分泌

可形成溶體，內含多種消化酵素

含特殊的酵素系統，形成分泌物（ex：

消化酵素、激素），在腺細胞內發達

＊內膜系統—由RER形成的膜組成，向內形成核膜，向外形成SER、高基氏體、溶體、輸送物質囊泡與細胞膜。

液胞

1.分佈：

動物細胞較小（ex:

草履蟲的伸縮泡、變形蟲的食泡）；植物細胞較大，其中充滿水、無機鹽類、醣類、蛋白質及其他物質

2.功用：

儲存水分和養分、含花青素、儲存廢物、維持細胞形狀（植物）、變形蟲伸縮泡

暫存不利用的物質（Ex：

CAM植物夜晚固碳作用產生的有機酸）

內質網

1.構造：

由膜狀管和扁囊組成

2.種類：

RER—附有細小核糖体（RNA+蛋白質），為合成蛋白質處

SER—脂質代謝、在肝細胞中可參與解毒與儲存和分解肝糖場所、肌肉細胞中可儲存鈣離子、合成激素（睪丸和腎上腺皮質中有發達的平滑型內質網，產生固醇類荷爾蒙）

3.功能：

常與細胞膜及核膜相連，協助細胞內物質運輸

核糖體

1.構造：

50%RNA和50%蛋白質組成，呈小顆粒狀

2.分佈：

附著於內質網（RER）或游離於細胞質，粒線體與葉綠體內也有

3.功能：

合成蛋白質（附著在內質網上所製造的蛋白質，有些會加上膜的包裝形成特殊胞器，如溶體）

微粒體

1.構造：

似溶體

2.組成：

內含觸梅，可分解過氧化氫

位於特定細胞功能也不同（肝細胞：

代謝含氮廢物；光合作用細胞：

協助光合作用；種子和子葉細胞：

將脂質轉化為醣類或胺基酸）

＊動物細胞特有的構造

中心粒

1.構造：

圓柱狀由微小管組成，位細胞核附近

2.功能：

細胞分裂（細胞分裂前期，中心粒複製向兩極移動）

動物鞭毛和纖毛形成

＊僅見於動物細胞與低等植物細胞

溶體

1.組成：

內含多種水解酵素，可分解大分子物質（ex：

蛋白質、脂質、醣類）

2.酵素形成：

在內質網內形成，以囊泡方式運至高基氏體，在高基氏體內經包裝運往細胞質

3.功能：

細胞內的自殺袋（cellularsuicidalbags），溶體自動破裂釋出水解酵素自行消化細胞內大分子，自解作用。

白血球分解細菌、單細胞消化食物（藉溶體與食泡結合）

老化胞器分解/胚胎發生過程（蝌蚪－蛙）

消化後有用物以囊泡儲存；無用物以胞泄作用排出

＊植物細胞特有的構造

葉綠體

1.構造：

雙層膜的胞器，由囊狀膜和基質組成

囊狀膜—可相疊成葉綠餅（葉綠餅間有囊狀膜相連）、含光合色素捕捉光能、光反應進行處

基質—內含酵素，進行暗反應、含DAN和核糖體可合成少量自身所需的蛋白質（半自主性胞器）

2.來源：

由色素體轉變來，在根及莖轉變為白色體（儲存食物）；在花、果實、種子轉變為雜色體，含多種色素。

細胞壁

1.構造：

細胞膜外層構造，主要由纖維素構成，尚有少量蛋白質和多醣類。

初生細胞壁—最初形成的細胞壁，細胞壁較薄，纖維素含量少。

次生細胞壁—由纖維組成，再以多醣類與木質素黏合，細胞停止生長後所形成的。

中膠層—植物細胞剛分裂完成的子細胞間最先形成的間隔，主成分為果膠質。

＊纖維素構造—葡萄糖分子組成長鏈纖維絲，纖維絲再組成纖維。

＊其他生物細胞壁成分—細菌：

呔聚醣、真菌：

幾丁質與纖維素

2.功能：

保護（防止病原體入侵）及維持細胞形狀（膨壓使植物挺立）

原生質絲

位兩相鄰細胞，細胞間物質和訊息交流管道（連通兩植物細胞的構造）

三、細胞核

1.組成：

核膜、核仁、核質和染色質

A.染色質—去氧核糖核酸（DNA）＋蛋白質（DNA纏繞蛋白質而成）

—DNA含遺傳訊息的基因（DNA與gene的關係）

—DNA轉錄作用RNA（mRNA、tRNA、rRNA）蛋白質

—細胞分裂時會形成染色體（由DNA＋蛋白核體染色體）

—每種生物的染色體數不同（ex：

人23對；果蠅4對；稻12對）

B.核膜—兩屬膜構成，上有核孔細胞核與細胞質間溝通管道

C.核仁—裝配核糖體（形成核糖體次單位中心）濃稠物

—蛋白質和RNA組成小球體，含蛋白質（參與細胞核內代謝作用）及離子

—儲存DNA場所

—數目因細胞種類而不同

D.核質—染色質與核質間的

胞器比較

1、雙層膜－粒線體、葉綠體（onlyplant）

2、規則單層膜－溶體（onlyanimal）、液胞

3、不規則單層膜－內質網、高基氏體

4、半自主性胞器－葉綠體、粒線體

5、電子顯微鏡可見胞器—核糖體、內質網

2－3細胞的特化與分工

生物的特化與分工

1、單細胞生物：

一個細胞的個體，可進行消化、呼吸、排泄、運動、感應和生殖等功能。

2、多細胞生物：

細胞分化成不同型態而具特定功能。

3、分化過程：

受精卵有絲分裂許多構造、功能相同的細胞分化構造、功能不同的細胞組織器官系統個體

4、細胞特化例子：

表面積（細胞越小，增加交換物質表面積）、形狀（肌肉細胞長，並具收縮功能；神經細胞多突起，迅速傳遞各種訊息；精子鞭毛；表皮細胞扁平；導管與篩管成管狀）、分泌物質（硬骨細胞分泌硬骨質；植物表皮細胞分泌角質層）

5、細胞特化原因：

細胞核基因的活化或抑制

動物的組織

1、皮膜組織

1.構造：

排列緊密，細胞呈扁平、立方、柱狀或纖毛柱狀

2.功能

A.保護、增加堅韌性—防止小分子與病菌侵入（胃、腸內襯、皮膚）

B.吸收—吸收細胞有許多微絨毛，自表面突出，形成刷狀緣增加吸收表面積。

（小腸絨毛）

C.分泌—分泌細胞存於皮膜層，此細胞常結合成腺體（輸卵管內壁皮膜、內分泌腺、外分泌腺）

D.推進—纖毛細胞表面的纖毛同步擊動，移動皮膜層物質（輸卵管、氣管）

E.生殖—細精管壁、卵巢中的胚種皮膜

＊精子的基本構造＊

a.頭部：

含細胞核及少量細胞質（減輕重量），前端有特化胞器，穿孔體，內含多種酵素，協助精子穿入卵內。

b.中節：

含許多粒線體，提供能量以利精子運動

c.鞭毛：

運動

3.位置：

覆於體表或體腔及管道內襯

4.種類：

纖毛柱狀（氣管）、多層扁平（食道、皮膚）、單層立方（腎小管、汗腺）、單層扁平（肺泡、微血管）、多層柱狀（腺體）、單層柱狀（胃、小腸）

2、結締組織

1.構造：

排列疏鬆，富含細胞間質

2.功能：

聯繫並支持體內各部細胞

3.種類：

A.纖維締結組織（細胞間質纖維多，以網狀分佈，ex:

肌腱、韌帶）

B.脂肪組織（分佈於皮下可儲存養分、填充體腔、熱的絕緣、支持某些器官）

C.軟骨（分泌彈性基質於自身周圍；脊椎動物胚胎時的支持骨架）

D.硬骨（硬骨細胞有許多突起，可與鄰近的硬骨細胞相接觸，行細胞間物質輸送；硬骨細胞分泌大量細胞間質＜硬骨質＞，成分除膠狀纖維尚有鈣質堆積；硬骨細胞環繞微血管獲得養分，形成同心圓層狀骨板）

E.血液

a.細胞間質為血漿含有水、鹽類、養分、代謝廢物、氧氣、二氧化碳、血漿蛋白等

b.紅血球—無核，有血紅素運輸氧與二氧化碳

＊紅血球的特化

數目多（400萬~500萬/mm3）、形狀為雙凹盤狀（擴大氣體交換表面積）、無細胞核（直接減少能量消耗）、無粒線體（行無氧呼吸減少氧氣消耗）

c.白血球—有核，可行變形運動，與疾病防禦有關

d.血小板—無核，為不定形小體，可使血液凝固

F.網狀纖維（疏鬆結締組織由各種纖維細胞與巨噬細胞組成，纖維細胞可連結各種，巨噬細胞吞食細菌）

3、肌肉組織

1.組成：

肌細胞（肌纖維）組成，內含肌動蛋白與肌凝蛋白，具收縮能力（全有全無律）

2.功能：

運動

3.種類：

骨骼肌、平滑肌、心肌

骨骼肌

平滑肌

心肌

位置

附於骨骼

構成內臟壁

心臟壁

肌纖維狀

長圓柱，兩端鈍

長紡錘，兩端尖

長圓柱形，有分支又聯合的情形

橫紋

有

無

有

每條肌纖維的核數、位置

多個（邊緣）

一個（中央）

一個（中央）

控制形式

隨意

不隨意（自主神經支配）

不隨意（自主神經支配）

收縮速度

快（約0.1秒）

甚慢（3~180秒）

慢（1~5秒）

收縮的持續性

短

長久

介兩者間

4、神經組織

組成

1.神經元－接受刺激和傳遞訊息

細胞體－具核與細胞質

神經纖維－樹突：

接收外界或其他神經傳導來的刺激

軸突：

將神經衝動向外傳至其他神經元

2.神經膠細胞－支持及營養神經元的功能

－只存於中樞神經系中（腦和脊髓）

植物的組織

一、分生組織

1.分布:

根尖、莖頂（長大、長高）、形成屬（可產生木質部及韌皮部，使莖加粗）

2.構造：

細胞小而薄壁，有大核無液胞

3.功能:

生長、分裂和分化成其他組織（生長點、形成層）

二、保護組織

1.分布：

植物體外表（表皮）

2.構造：

細胞排列緊密、扁平細胞，壁較厚

3.功能：

具保護的功能（避免機械傷害、細菌入侵與水分散失）

4.特殊例子：

葉的保衛細胞（調節水分與氣體進出）、木栓細胞（位於木本莖，含木栓質）、根毛（增加吸收表面積）、葉表皮細胞分泌角質層

三、薄壁組織

1.分布：

遍及植物體

2.構造：

細胞壁薄，中央有大液胞

3.功能：

光合作用（葉肉）、貯藏養分（根莖皮層和髓）、分泌物質（松脂腺）

四、支持組織

1.包含厚角細胞與厚壁細胞

2.細胞排列緊密、細胞壁增厚

3.具支持的功能

存在位置

細胞壁

細胞

例子

厚角細胞

莖的表皮下

沿葉脈

邊緣不均勻增厚

細胞壁含纖維素與果膠質

活細胞

厚壁細胞

遍及植物體

在莖和某些葉片內

均勻增厚

細胞壁含纖維素和木質素

死細胞

石細胞（梨、芭樂果肉）

纖維（韌皮與木質纖維）

五、輸導組織（維管組織）

木質部

導管

死細胞構成，成管狀，細胞壁含有木質素，故堅硬。

上、下相接處的細胞壁消失，形成中空管道，細胞直徑粗、兩端鈍，輸水效率好。

運輸由根部吸收的水分和無機鹽類，亦有支持作用。

裸子植物與蕨類無

假導管

死細胞構成，兩端尖細，上、下相鄰細胞的橫壁未消失，功能似導管，但是效率較差。

韌皮部

篩管

成管狀，壁薄，為活細胞，具有細胞質，但無核。

細胞上、下相接處的細胞壁上有許多小孔（篩孔），稱為篩板。

篩管細胞間的細胞質可經篩孔相連通。

將葉製造的有機養分運送到根、莖或其他部位利用或儲藏。

伴細胞

位於篩管旁，為具細胞細胞核和細胞質的活細胞，細胞細長、壁薄，提供篩管活動所需的能量，幫助篩管運輸有機養分。

被子植物才具有