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第一節 細胞
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地球上種類繁多的生物，不論是單細胞或多細胞生物，都是由細胞所構成的
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細胞的細胞膜是區隔細胞內、外的重要界線 能控制物質進出，使得細胞內的環境恆定，以進行各種代謝作用維持生命
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組成多細胞生物的細胞已分化；分化後的細胞進而形成組織、器官以及器官系統（organ system），分別有其特殊的功能。
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複雜的多細胞生物，如樹木和人類 由數種器官或器官系統組成的生命個體
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第一節 細 胞
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細胞 生物體構造及功能的基本單位 構造： 細胞核 細胞質 細胞膜
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細胞核：細胞生理活動的控制中樞 細胞質：具有胞器
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細胞膜 細胞與環境間的分界 選擇性的通透膜 可控制物質進出細胞，以交換氣體、吸收養分及排除廢物等
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通過細胞膜的運輸
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細胞膜上有兩類主要的運輸蛋白 通道蛋白（channel protein） 載體蛋白（carrier protein）
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通道蛋白 具有中空的孔道，物質可經由這個孔道進出細胞
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載體蛋白 又稱載體（carrier） 載體先結合所運輸的物質，再將之運輸通過細胞膜
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兩種運輸蛋白對所運輸的物質均具有專一性
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物質通過細胞膜的方法 被動運輸（passive transport） 主動運輸（active transport）
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被動運輸 過程：物質是由高濃度往低濃度的方向移動，不需耗費能量 種類： 擴散作用 滲透作用
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擴散作用 簡單擴散（simple diffusion） 便利擴散（facilitated diffusion）
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簡單擴散（simple diffusion）
O2、CO2、NO及脂溶性小分子等 這些分子可直接通過細胞膜的脂雙層
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便利擴散（facilitated diffusion）
如葡萄糖、胺基酸和部分離子 必須藉細胞膜上的通道蛋白或載體蛋白進行擴散作用
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就一個細胞而言 細胞內溶解的分子及離子等物質，會使得胞液具有一定的濃度
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生物細胞膜對物質的進出細胞是具有選擇性的，細胞膜的選擇性通透，限制了溶質離開細胞
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若將細胞置於與其胞液不同濃度的溶液中，則水分子便會進行擴散
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滲透（osmosis） 水分子通過一層選擇性膜的擴散
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圖1-2 滲透作用：長頸漏斗以蔗糖分子無法通過的選擇性通透膜封口，漏斗內置入蔗糖溶液，將此裝置放入水中一段時間後，長頸漏斗中的液體體積會增加，使水柱上升，此為水滲透至蔗糖溶液中所致。若一直放置於水中，則水柱並不會無限上升，在升到一定的高度時，就不會再升高，表示這個高度可阻止水分子再度滲透，這就是動態平衡，此時水分子進出選擇性通透膜的速率相等。
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等張溶液（isotonic solution）
以人類而言，例如：醫院的生理食鹽水就是人體細胞的等張溶液
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高張溶液 若細胞外的液體濃度高於細胞內的溶液濃度，則該液體為高張溶液 例如：濃鹽水之對於人體細胞液
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低張溶液 若細胞外的液體濃度低於細胞內的溶液濃度，則此液體為低張溶液 例如：蒸餾水對人體細胞液而言
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等張溶液：細胞外的溶液濃度若等於細胞的生理濃度
高張溶液：高於細胞之生理濃度的溶液 低張溶液：低於細胞之生理濃度的溶液
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以紅血球細胞為例
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若將生物的細胞置於等張溶液中，則細胞可維持正常的形狀
等張溶液中的紅血球，進出細胞的水量相等，細胞的體積不改變
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如將人的紅血球置於高張溶液中，水會滲透至細胞外，使紅血球萎縮
高張溶液中的紅血球，滲出細胞的水分比進入的量多，細胞的體積萎縮變小
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將紅血球置於低張溶液中，水將滲透進入細胞內，使紅血球膨脹，若溶液的濃度過低，則細胞可能會因水持續滲入而膨脹至破裂
低張溶液中的紅血球，進入細胞的水分比滲出的量多，細胞的體積膨脹增大
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臺灣海邊的菜園，經常面臨海水倒灌的情形，而造成植物蔫ㄋㄧㄢ死
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主動運輸 主動運輸是細胞藉著膜上的載體蛋白，以消耗能量的方式，將物質由低濃度往高濃度的方向運送
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植物的根能利用主動運輸從土壤中吸收無機鹽類
人類的甲狀腺藉此作用吸收碘 動物的腎臟亦藉此作用回收鈉離子
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膨壓 將植物細胞置於低張溶液中，水分會滲透進入細胞，使植物細胞膨脹，由於植物細胞有細胞壁保護，故不會因膨脹而破裂
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膨壓 定義：植物細胞吸水導致細胞質產生壓迫細胞壁的壓力 功能：膨壓能使植物細胞維持特定的形狀，並且提供草本植物的支持力
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膨壓 與原生質離現象 A、置於蒸餾水中的植物細胞產生膨壓
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原生質分離 ( plasmolysis ) 將植物細胞置於高張溶液中，細胞內的水分會滲透離開細胞，導致細胞失水，使得細胞膜與細胞壁分離
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膨壓 與原生質離現象 B、置於濃鹽水中的植物細胞產生原生質離的現象
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想一想 乾旱會使植物脫水枯萎，而土壤中有過多的鹽類離子亦會使植物枯萎，你可以動手做一做下列的實驗
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首先將綠豆播種於舖棉花的容器中，當幼苗長至5～7公分長時，以鹽水澆於容器中，你將觀察到這些豆苗倒伏，為什麼？
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酵素的性質和活性、影響酵素作用的因素
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酵素的性質和活性 細胞內化學物質的合成與分解作用，通常需特殊的蛋白質催化以加速其反應的進行，這類蛋白質稱為酵素（enzyme）
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活化能（activation energy）
使反應物產生反應所需的最低能量，酵素能降低活化能以達到加速反應的目的
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酵素降低反應所需的活化能：A.放熱反應；B.吸熱反應
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酵素在構造上有一定的形狀、大小、電荷分布和活性部位（active site）
唯有能與酵素之活性部位結合的物質才能被催化，被酵素催化的物質稱為受質（substrate）
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酵素的催化反應：A.合成作用；B.分解作用
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酵素催化受質後，本身不受破壞，其活性部位仍可再重新結合受質進行催化，因此酵素可以重覆作用
有些酵素需要輔的協助，才能進行催化反應
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酵素與受質之間具有高度的專一性 酵素的名稱通常以受質來命名，如澱粉的受質為澱粉
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有些酵素需要輔酶的協助，才能進行催化反應
輔酶為非蛋白質的有機物，哺乳類的輔酶多由維生素代謝而來，如維生素B群等
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影響酵素作用的因素 酵素的主要成分為蛋白質 凡是能影響蛋白質的因素，都會影響酵素的活性 溫度 酸鹼值（pH值） 受質濃度 重金屬
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溫度 每一種酵素的作用都有其最適合的溫度範圍 酵素反應速率和溫度的關係
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人體的酵素 其最適合的溫度約為37℃左右 溫度降低，酵素活性隨之降低，但不致被破壞 溫度過高，會使酵素的活性破壞 酵素可以利用低溫加以保存
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想一想 喜馬拉雅兔在耳朵、鼻子、尾巴及腿的前端的毛色通常為黑色 黑色毛的產生與黑色素的合成有關，黑色素的合成與某一種酵素有關
若將一冰袋置放於喜馬拉雅兔的背上一段時間，其新長出的毛為黑色毛
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想一想 想一想，這種酵素在低溫時或高溫時才有活性？又喜馬拉雅兔在身體末梢器官長出黑色毛有何生理上的意義？
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酸鹼值（pH值） 酵素的活性亦受酸鹼值影響 例如： 中性：人體中大多數的酵素在接近中性時活性最好 酸性：胃內的酵素則在強酸時活性最佳
鹼性：而小腸內的酵素卻在弱鹼時活性最好
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酵素濃度定量時，反應速率和受質濃度的關係
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酵素濃度 當受質充足時，且在溫度與酸鹼值適宜的情況下，酵素濃度愈高，則反應速率愈快
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受質充足時的酵素濃度與反應速率的關係，當酵素濃度加倍，反應速率也加倍
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受質濃度 當酵素濃度一定時，且在溫度與酸鹼值適宜的情況下，酵素的反應速率會隨著受質濃度的增加而增大，當所有的酵素都和受質結合時，就達到最大反應速率，此時，即使增加受質濃度也無法增加其反應速率
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酵素濃度定量時，反應速率和受質濃度的關係
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重金屬 有些酵素單獨存在即可作用，然而有些酵素則需要某些金屬離子的存在，才具催化功能 例如鎂（Mg 2＋）及鋅（Zn 2＋）等。
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有些重金屬離子，如鉛（Pb 2＋）、汞（Hg 2＋）及鎘（Cd 2＋）等會破壞酵素，使其失去活性
因此這些重金屬都是酵素作用的抑制物質
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小常識 民國 70年左右，桃園縣 大潭村受到工廠排放含重金屬鎘廢水的汙染，導致稻等農作物受到鎘汙染，村民長期食用含鎘的米及水，身體內累積了許多鎘，引起全身劇痛，甚至死亡。
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小常識 痛痛病： 鎘會降低骨骼細胞中鹼性磷酸酉每的活性，使骨骼之強度變差，而且關節會疼痛，特別稱為痛痛病
患者走路會像鴨子般蹣跚，病情惡化時，即使輕微的外傷也會造成骨折
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想一想 自己做雞精 取等量新鮮的雞胸肉及青木瓜，將其切成小塊，在大碗中攪拌均勻後，置室溫下存放約3～4小時（冬天），夏季為了防止腐敗可置於冰箱冷藏約10小時，此時，不宜添加任何調味料，以免阻礙蛋白質分解。然後於電鍋內加水一杯，置於其中蒸煮，待電鍋跳起，濾出湯水，即得營養而容易消化的雞精。
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想一想：加青木瓜的目的為何？上述作法中，為什麼冬季時與夏季時的處理不同？
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