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第二章 生物的基本構造與功能 第2節 細胞的構造與功能
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不同種類的細胞 大小、形狀和功能雖然有很大的差異 基本構造皆相同： 細胞膜 細胞質 細胞核
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2-2.1 真核細胞及其胞器的構造與功能
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細胞膜 細胞是由一層細胞膜所包裹 能與外界進行選擇性的交換物質，來維持內部組織運作的穩定狀態
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細胞膜成分 磷脂、蛋白質、醣類及膽固醇
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細胞膜構造 「流體鑲嵌模型」（fluid mosaic model） 特點：組成分子是可以移動
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磷脂質的移動 細胞膜上的大部分磷脂質分子，可以沿著同一平面迅速的移動 內外翻轉的情形相當少見
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動物細胞膜 磷脂排列成脂雙層結構 雙層磷脂膜具有油脂的特性
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動物細胞膜 脂溶性分子：較易擴散通過，如酒精 不帶電荷分子： 帶電荷的離子：不能直接通過脂雙層，如H＋及Na＋ 等
分子夠小：可直接通過細胞膜，如二氧化碳及氧等 較大分子：不易擴散通過細胞膜，如葡萄糖等 帶電荷的離子：不能直接通過脂雙層，如H＋及Na＋ 等
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選擇性膜 細胞膜可選擇性地管制物質進出細胞
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蛋白質 鑲嵌於膜的內側、外側或貫穿脂雙層
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細胞膜構造 膜上的蛋白質種類繁多： 激素的受體 酵素：可以催化反應進行 貫穿脂雙層的蛋白質： 通道蛋白 攜帶蛋白
不同的通道蛋白和攜帶蛋白分別協助不同的物質通透
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細胞膜構造 細胞膜必須維持流體特性才有正常功能 膜上的膽固醇會阻礙磷脂質的緊密聚集，有助於維持膜的流體特性
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細胞膜構造 醣脂質：細胞膜上的醣類，連接於磷脂 醣蛋白：醣類連接於蛋白質 胚胎發生過程：
細胞可藉由細胞膜表面的醣蛋白加以分類，以便於發育成各種組織和器官 動物也可以藉由細胞膜表面的醣蛋白完成辨識自我與非我，是免疫系統中對抗外來細胞的憑藉
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生物膜 細胞膜及所有胞器的膜 如： 細胞質的膜狀胞器（脂雙層） 粒線體 葉綠體
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胞器的定義 有關真核細胞「胞器」的定義，不同的學者有不同的看法 部分學者認為有膜包被的小構造才能稱為胞器，如粒線體等
部分學者認為細胞具有特定形態與特定功能的構造，如不具膜的核糖體及中心體亦是胞器
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細胞質 介於細胞膜與細胞核之間的所有物質 組成： 多種胞器 膠狀基質
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胞器 細胞內行使特殊功能的小構造 包括：粒線體、葉綠體、高基氏體、內質網、溶 體、液胞、微粒體、核糖體及中心粒等
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細胞結構和功能的相關發現 1974年的諾貝爾生理醫學獎：
科勞特（Albert Claude， 1899～ 1983）：是第一位利用電子顯鏡鏡觀察細胞，首創以離心方式分離胞器，將生物學家帶入次細胞的領域
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細胞結構和功能的相關發現 杜武（Christian de Duve， 1917～）：發現 溶 體
帕萊德（George E. Palade，1912～）：證明核糖體是合成蛋白質的胞器，以及附著在內質網上的核糖體合成的蛋白質，才能分泌到細胞外
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膠狀基質 各種大、小分子溶於水中所形成，許多細胞內的化學反應在此進行
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細胞骨架（cytoskeleton） 細胞質內佈滿網狀的蛋白質纖維 細胞內的各種胞器並不是懸浮在膠狀的細胞質中
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細胞骨架 微管：最粗 微絲：最細 中間絲：直徑介於兩者之間
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細胞骨架功能 維持細胞的形狀 使細胞改變形狀 具有運動能力 微管所形成的紡綞體，在細胞分裂時，可協助染色體的分離
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核糖體（ribosome） 在電子顯微鏡下才能見到的非膜狀構造 具大小兩個次單位，兩種次單位皆由rRNA及蛋白質組成，是合成蛋白質的重要胞器
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核糖體 游離於細胞質：所製造的蛋白質，大多會留在細胞質內行使功能，如細胞質內的酵素 附著在內質網上的核糖體製造的蛋白質：
加上膜的包裝成為特殊的胞器，如溶 體 被運輸到細胞外，如唾腺細胞分泌的澱粉 附著在內質網上葉綠體及粒線體內也都具有核糖體
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中心體 中心粒與周圍一團濃稠的細胞質所形成
又被稱為微管組成中心（microtubule organizing center），是形成微管的構造，與細胞分裂及鞭毛、纖毛的形成有關 植物細胞的中心體中不具中心粒
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中心粒（centriole） 中心粒由蛋白質組成的微管所構成 位於細胞核附近，共兩個，彼此互相垂直
每一個中心粒呈中空狀態，由九組縱向的微管組成，而每一組又都由三個微管所組成
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內質網（endoplasmic reticulum）
由膜摺疊成的扁囊狀或細管狀構造，遍布在細胞質中，一端連接核膜，另一端則靠近細胞膜 內質網非常細小，必須使用電子顯微鏡才能見到
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內質網 粗糙型內質網：內質網上有核糖體附著 平滑型內質網：沒有核糖體附著
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粗糙型內質網 可進行蛋白質的修飾與運輸 形成分泌性的蛋白質或分佈在膜上的蛋白質
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不同細胞的平滑型內質網具不同的功能 產生固醇類荷爾蒙的睪丸及腎上腺皮質的細胞中，可發現大量的平滑型內質網，其內含合成固醇類的酵素
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不同細胞的平滑型內質網具不同的功能 肝細胞的平滑型內質網中含許多種酵素，可以促進肝醣分解成葡萄糖，或將藥物及部分有毒的物質分解
肌肉細胞中的平滑型內質網可儲存及釋放鈣離子，用以調節肌肉的收縮運動
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高基氏體（Golgi apparatus）
許多扁平的囊狀膜堆疊而成 內含許多酵素，將來自內質網的脂質或蛋白質加以修飾、分類和包裝成小囊泡後，分泌至細胞外
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高基氏體（Golgi apparatus）
分泌旺盛的細胞內常有較發達的高基氏體
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溶酶體（lysosome） 單層膜的胞器，含由高基氏體送來的多種水解酵素，能分解蛋白質、脂質、醣類和核酸等大分子的物質
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溶酶體（lysosome） 溶酶體與動物的胞內消化有關 將受損的胞器分解成小分子
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液胞（vacuole） 在不同的生物細胞裡，有不同的大小、形狀和功能 變形蟲的伸縮泡能將體內多餘的水分排除 食泡可進行消化作用
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成熟的植物細胞有中央大液胞 積存大量水分，使細胞產生膨壓，以維持細胞形狀 儲存醣類 、蛋白質、色素（花青素）和代謝廢物等
花青素能使花朵呈現豐富的色彩
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花青素 植物的花青素為水溶性色素，多存於液胞內，和光合作用無關，但與花朵的色彩有關 不同酸鹼度會使花青素呈現不同顏色
在化學上，可利用花青素隨酸鹼度不同而變色的特點，製成酸鹼指示劑
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液胞（vacuole） 細胞內暫時不用的物質也可以儲存在液胞內
如生長在乾旱地區的鳳梨、仙人掌等植物，夜晚吸收二氧化碳固定後，所產生的有機酸就暫時積存在液胞內
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微粒體（microbody） 為單層膜的胞器 不同細胞中的微粒體，名稱不同，功能也不一 如肝細胞的微粒體：
具有代謝含氮物質、脂質及過氧化氫（H2O2）的酵素 又稱為過氧化體（peroxisome）
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乙醛酸循環體（glyoxysome） 種子的胚乳或子葉細胞中的微粒體 其內所含的酵素有助於將脂質轉化為醣類，供應幼苗早期生長發育所需
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粒線體（mitochondrium） 雙層膜所構成的胞器 在光學顯微鏡下呈粒狀或線狀，在電子顯微鏡下可看到外膜平滑、內膜向內形成許多褶膜
基質：內膜內部的空隙中，有半流動的液體
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粒線體 內褶膜（cristae）：含與呼吸作用中電子傳遞鏈有關的許多種蛋白質
基質：含與呼吸作用中克氏循環有關的酵素，可將葡萄糖氧化產生能量，以形成ATP
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粒線體 代謝率高的細胞內，粒線體的數量較多，如一個肝臟細胞中約有數千個粒線體
粒線體的基質中含DNA及核糖體，能自行合成小部分本身所需的蛋白質
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葉綠體（chloroplast） 雙層膜的胞器，由囊狀膜和基質組成。 囊狀膜相疊形成葉綠餅（granum），含光合色素
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葉綠體 囊狀膜：植物將光能轉化為化學能的主要構造 基質（stroma）： 葉綠餅以外的物質 含大量酵素，可將二氧化碳固定，並合成醣類
葉綠體的基質中也含DNA及核糖體，能自行合成小部分本身所需的蛋白質
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細胞核 真核生物的細胞核： 核膜 核仁 染色質 核質 核膜為雙層膜，作為核質與細胞質間的界限
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細胞核
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細胞核 核膜的外層與內質網的膜相連續 核孔：散布在膜上的小孔，是提供細胞核及細胞質間的溝通管道
核仁：由核糖核酸（rRNA）及蛋白質組成，是形成核糖體單位的中心
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染色質 組成：去氧核糖核酸（DNA）及蛋白質 具細胞生命的遺傳訊息 當細胞進行分裂時，細長的染色質會捲成粗短的染色體
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核質 填充於染色質及核仁之間的濃稠物質 含豐富的蛋白質及離子 有些蛋白質是參與細胞核內代謝作用的重要酵素
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細胞壁 植物細胞在細胞膜外還有細胞壁為細胞的分泌物 主要成分：纖維素 功能：保護細胞，維持細胞形狀
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細胞壁 初生細胞壁 次生細胞壁
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初生細胞壁（primary cell wall）
剛分裂完成的細胞，會分泌一些物質，形成較薄、纖維素含量較少，但較具彈性 初生細胞壁可以隨細胞的生長而增長
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次生細胞壁（secondary cell wall）
當細胞接近成熟並停止生長後，會分泌木質素及纖維素含量較多的成分，強化其細胞壁 位於細胞膜與初生細胞壁之間
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細胞壁 相鄰的植物細胞間藉由中膠層將細胞黏合在一起 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
在植物細胞分裂的末期，高基氏體產生許多小泡移向細胞中央，這些小泡聯合形成細胞板（cell plate）
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原生質絲 未被小泡聯合所形成的空隙，仍有細胞質相通，這些絲狀連通的細胞質即為原生質絲 原生質絲：植物特有的構造，為細胞間物質和訊息交流的通道
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