第一單元 生命的特性
1-1 生命現象
一. 生物：可表現出生命現象的個體，其中代謝與生殖為必要條件 二. 生命現象的類型 1. 新陳代謝：物質與能量轉換過程，簡稱代謝 種類 同化/合成 代謝 異化/分解 代謝 物質轉換 小分子→大分子 大分子→小分子 能量轉換 加入（儲存）能量 一般會伴隨能量的釋出 目的 合成細胞所需的物質 提供細胞所需的能量 例子 1. 胺基酸→蛋白質 2. 光合作用 1. 蛋白質→胺基酸 2. 呼吸作用 6CO2＋12H2O 同化、合成 異化、分解 C6H12O6＋6O2＋6H2O 2. 生長 (1). 定義：細胞數量、體積的增加與細胞功能的分化 (分化：轉化成其他功能型態的細胞。ex 受精卵→神經、肌肉等) (2). 同化 > 異化 → 生長 ； 同化 < 異化 → 停長 (3). 並非所有生物都需經分裂來生長，單細胞生物分裂→增加個體數，可 歸類於生殖(細胞具多功能性)3. 感應與運動 (1). 動物因感應刺激所產生的反應，稱之為趨性，例如飛蛾的趨光性 (2). 植物因產生反應的機制/成因不同，可區分成向性與傾性兩類 例子 成因 變動 反應 向性 向光性、向地性 生長素不均 與刺激方向有關 整體 不可逆 (不可恢復) 傾性 睡眠、觸發、捕蟲運動 膨壓改變 與刺激方向無關 局部 可逆 (可恢復) 4. 生殖：產生新個體的過程，並可延續族群 (1). 有性生殖與無性生殖的主要差異：受精作用 (其次才是減數分裂) (2). 試管嬰兒的特性：有性生殖、體外受精、體內發育(培養後，再行殖入) (3). 生殖現象是生物與無生物的最主要區別。 5. 適應：生物經長時間演化後，產生適合生存的構造與機能 Ps. 生物必要的生命現象：代謝與生殖
1-2 細胞的構造
三. 細胞的學說與歷史 1. 科學家與事蹟(年代由早至今) 研究者 相關研究、主張與貢獻 伽利略 開啟對生物細微構造之研究 虎克 1.利用自製(非第一台)顯微鏡觀察微小物體，將結果彙集成微物圖誌 2.發現軟木塞是由許多小格子組成，並將其稱為細胞「cell」（所觀察到的構造 為死亡細胞殘留下來的細胞壁） 雷文霍克 第一位真正觀察到活細胞/細菌的科學家 布朗 提出植物的每一個細胞內都有細胞核 許來登 觀察植物，提出「植物皆由細胞所構成」（1838 年)） 動、植物皆由細胞所構成 （早期的細胞學說） 許旺 觀察動物，提出「動物皆由細胞所構成」（1839 年） 魏修/菲可 細胞皆由原已存在的細胞分裂產生（1855 年） 使細胞學說的內容更完整 2. 細胞學說 (1). 生物體皆由細胞及細胞衍生物所構成 (2). 細胞是生物體的構造和功能的基本單位 (3). 細胞皆由已存在的細胞進行分裂而產生 四. 細胞的構造與組成 1. 細胞的基本特性 (1). 生物細胞皆具細胞膜、細胞質與核糖體 (2). 一般細胞的大小約為 1~100 μm (微米，10-6米) A. 光學顯微鏡可觀察範圍為 1 μm ~ 1 m B. 電子顯微鏡可觀察範圍為 0.1 nm ~ 10 μm 2. 單細胞與多細胞生物的比較 個體種類 單細胞生物體 多細胞生物體 單一細胞獨立性 高 低 單一細胞的功能 多 少 細胞間的依賴性 無 有 分工合作 無 有 (1)、(2) 為許旺與許來登提出 (3) 為菲可提出3. 真核生物與原核生物的比較表
細胞種類 原核細胞 真核細胞
細胞核 無；不具有核膜和核仁 有；具核膜和核仁 DNA 多為環狀 DNA，位於細胞質 線狀 DNA，位於細胞核 染色體 一條 DNA 構成 DNA＋蛋白質 胞器 不具有膜狀胞器 具有各種胞器 粒線體 無 (能量來自細胞膜) 有 葉綠體 無 (有葉綠素吸光) 有 核糖體 有 有 細胞壁的成分 肽聚糖 真菌：幾丁質(＋纖維素) 植物：纖維素 代表生物 藍綠菌、細菌 原生生物、真菌、植物、動物
4. 動物與植物細胞之形態 動 物 細 胞 植 物 細 胞 5. 細胞壁 (1). 具有細胞壁的物種：細菌(原核生物界)、藻類(原生生物界) 真菌(菌物界)、植物(植物界) (2). 位置：細胞膜的外側 (3). 成份：肽聚糖(細菌)；幾丁質(真菌)；纖維素(藻類與植物) 【三類物質均為多醣類或其衍生物】 (4). 功能：保護；維持細胞形狀；受細胞膜推擠，形成膨壓 (動物細胞沒有) (無篩選物質通過的能力→全透性 vs. 膜的半透性)
6. 細胞膜 (1). 形態：流體鑲嵌模型。以磷脂質為基質(呈流動 態)，蛋白質鑲嵌在磷脂質中。 (2). 功能：將細胞和外界環境隔開、管制物質進出 細胞、接受外界的訊息等。又稱為選擇性通透 膜/半透膜。 (3). 組成： (胞器的膜與細胞膜組成相似，唯比例不同) 位置 含量 功能/特性 磷脂質 整個平面 最多 親水性頭部向外，由脂肪酸鏈所構成的疏水性 尾部向內。脂溶性物質及氣體可直接擴散通過 蛋白質 鑲嵌於膜 又稱膜蛋白。可做為運輸蛋白、受體等 醣類 磷脂質或蛋白質 的外側 做為細胞辨識(自我與非我) 【蛋白質亦有此功能】 固醇類 磷脂質間 最少 增加膜的穩定度與流體性 細胞膜必須維持流體特性才具有 正常功能，因此膜上的組成分子是 動態的，可以移動。這個特性使科 學家能將物質注射入細胞或自細 胞中取出，亦可使兩個細胞融合。 7. 細胞核 (1). 功能：控制/影響細胞的生理表現 (2). 存在：並非所有細胞均有，例如成熟的紅血球，故亦無法分裂 (3). 構造/組成： 核膜 雙層膜構成，有核孔供物質進出 核質 膠狀物質，核內代謝場所 核 仁 一個或數個，無膜 內含 RNA 與蛋白質 與合成核糖體(rRNA+蛋白質)有關 染 色 質 由 DNA 與蛋白質所組成 呈散漫絲狀，光學顯微鏡不易觀察 細胞分裂時方會濃縮成染色體 磷脂質 蛋白質
8. 細胞質 (1). 功能與胞器類型 細 胞 質 膠狀物質 溶解許多大、小不同的分子，稱為胞質液/原生質，代 謝反應可在其中進行 胞器 膜狀 （具脂雙層的膜） (1) 雙層膜：粒線體、葉綠體 (2) 單層膜：內質網、高基氏 體、溶體、液泡 非膜狀 （不具脂雙層的膜） 核糖體、中心體 Ps. 1.核糖體與內質網，須用電子顯微鏡方能觀察 2.染色體只需光學顯微鏡(400 倍)即可觀察其存在與分裂階段 3.染色質因為呈現散漫狀，所以無法用光學顯微鏡觀察 染色質複製、纏繞 分離、解開 染色體 (2). 胞器的特性 胞 器 膜數 形狀 特質 功能 圖示 粒 線 體 兩 層 膜( 內 膜 凹 陷) 橢 圓 形 、 粒 形 、 線 形 內含有 DNA、RNA 和核 糖體，可自製部分本身所 需的蛋白質，但受細胞生 理之影響，故稱為半自主 胞器 細胞進行有氧呼吸，產生 能量(ATP)的主要場所， 有細胞「能量工廠/發電 廠」之稱 葉 綠 體 兩 層 膜( 雙 膜 皆 平 滑) 橢 圓 形 內含有 DNA、RNA 和核 糖體，可自製部分本身所 需的蛋白質，但受細胞生 理之影響，故稱為半自主 胞器 進行光合作用，合成養分 a.葉綠囊(類囊體)膜上有 葉綠素，可吸收光能轉 換成化學能ATP/NADPH (光反應) b.基質中進行醣類的合成 (碳反應) 內 質 網 一 層 膜 網 狀 內質網表面有核糖體附 著的，稱為粗糙內質網； 沒有核糖體附著的，稱為 平滑內質網 a.可以協助細胞內的物質 運輸 b.參與蛋白質(粗糙型內質 網)與脂質(平滑型內質網) 的合成/修飾
(3). 內膜系統的成員與功能 高 基 氏 體 一 層 膜 扁 囊 狀 由許多扁平的囊狀膜組 成，周圍有小囊泡 a.具有合成、修飾及儲存 細胞分泌物的功能 b.腺細胞具有發達的高基 氏體 溶 體 一 層 膜 囊 狀 a.來自於高基氏體的囊泡 b.內含多種水解酵素，可 進行分解作用(胞內消化) 與細胞內的消化及物質更新有關 a.蝌蚪尾部的消失、指裂(胚胎發育) b.白血球的分解能力 c.分解衰老的胞器 液 泡/ 液 胞 一 層 膜 囊 狀 a.成熟植物細胞具有大型 液泡 b.動物的液泡較小(伸縮 泡、食泡) a.貯存水分、醣類、蛋白 質及廢物等 b.造成膨壓，以維持細胞 形狀 註：未成熟植物細胞的液泡多、較小且分散，隨著 細胞生長，吸收水分，代謝產物增多，液泡漸漸合 併、增大，最後形成中央大液泡。 核 糖 體 無 膜 顆 粒 狀 a.由 rRNA 和蛋白質組成 b. 有 些 位 於 內 質 網 表 面，有些分散在細胞質中 合成蛋白質的場所 中 心 粒 無 膜 短 柱 狀 a.本質為蛋白質，通常位 於動物細胞核附近 b.共有兩個，互相垂直， 與周圍的基質(細胞質)合 稱中心體 [體=粒*2] c.常見於動物細胞 a.協助細胞分裂時染色體 的分離 b.與紡錘絲、鞭毛與纖毛 的形成有關 高基氏體可將來自內質網的蛋 白質（由核糖體合成）， 進行 修飾， 再以囊泡送至細胞膜， 分泌至細胞外。若囊泡內的物 質是水解酵素，則此囊泡即成 為溶體，溶體可分解老化的細 胞構造，負責細胞物質的更 新。白血球也是利用溶體內的 水解酵素將吞噬的細菌分解。
(4). 原核與真核細胞構造與功能之比較 構造 功能 真核細胞 原核 細胞 植物細胞 動物細胞 細胞膜 控制物質進出細胞 ○ ○ ○ 細胞核 主宰細胞的活動 ○ ○ × 細胞質 進行代謝作用的場所 ○ ○ ○ 內質網 細胞內的物質運輸 ○ ○ × 核糖體 蛋白質的合成 ○ ○ ○ 高基氏體 細胞內物質的分泌 ○ ○ × 粒線體 行有氧呼吸提供能量 ○ ○ × 葉綠體 行光合作用 ○ × × 液泡 儲存物質、維持細胞形狀(膨壓) ○ (大型、一個) ○ (小型、數個) × 溶體 物質的分解與更新 ○ ○ × 中心粒 參與細胞分裂 × ○ × 細胞壁 保護細胞，維持細胞形狀 ○ × ○ ※所有生物細胞均有的構造：細胞膜、細胞質與核糖體 #學測題# 1. 下列生物個體或構造，以適當的器具測量或觀測，何者的對應關係最不恰 當？【105.學測】 (A)大型的成體鯨：高速公路地磅站用的地磅 (B)一歲的嬰 兒：菜市場用的磅秤 (C)蛙卵的卵徑：鉛筆盒裡的文具直尺 (D)葉肉細胞： 國中實驗室用的複式顯微鏡 (E)葉綠體：高中實驗室用的解剖顯微鏡 2. 下列細胞內的結構，何者具有雙層膜？【105.學測】 (A)高基氏體 (B) 溶體 (C)內質網 (D)細胞核 (E)液胞 3. 下列哪些是原核生物的細胞？（多選）【105 學測】 (A)甲 烷菌的細胞 (B)酵母菌的細胞 (C)藍綠菌的細胞 (D)松的 導管細胞 (E)人的紅血球細胞 4. 人類胚胎發育時，細胞迅速進行分裂與生長，並生成細胞 膜，細胞膜的成分不含下列哪一種成分？【101.學測】 (A)蛋 白質 (B)脂質 (C)醣類 (D)去氧核糖核酸 (E)膽固醇
1-3 細胞的生理
五. 細胞組成分子 1. 人體元素需求表 氧、碳、氫與氮，是細胞內含量最豐富的 4 種元素，另 還有鈣、磷、鉀、硫、鈉、氯、鎂及其它微量元素。 微量元素（少於 0.01%）：硼(B)、鉻(Cr)、鈷(Co)、銅(Cu)、氟(F)、碘(I)、 鐵(Fe)、錳(Mn)、鉬(Mo)、硒(Se)、矽(Si)、錫(Sn)、釩(V) 與鋅(Zn)。2. 水 (1). 生物體含量最多的化合物(人有 70%)，但比例不同(腦 vs 骨) (2). 特性與功能 A. 4℃密度最大 → 湖面下呈流動態，生物存活 B. 最佳溶劑、極性分子 →溶解部分物質、化學反應的進行 C. 可輕微解離 → 酸鹼值改變，影響酵素活性 D. 比熱大 → 溫度改變不易，穩定體溫 E. 分子間易形成氫鍵 → 有內聚力的產生 維管束運輸(連續水柱) 3. 醣類 (1). 大部分的醣類 C:H:O=1:2:1，即 C:H2O=1:1，通式為(CH2O)n，故又稱為 碳水化合物 (2). 功能：構成體質；能量的主要來源 (直接來源為 ATP) (3). 種類 A. 單糖：是構成醣類的基本單位，依分子中的所含碳原子的數目分 類，可由 3～7 個碳原子構成，常見的有五碳醣與六碳醣，如下表 所示。 單醣 分子種類與結構 特點 五碳糖 (含 5 個碳原子) 核糖（C5H10O5） 去氧核糖（C5H10O4） a.組成核酸(DNA 與 RNA)的成 分之一 b.第二個碳所接之官能基不同 (OH vs H) 去氧核糖中的 H:O ≠ 2:1 六碳糖 (含 6 個碳原子) 葡萄糖、果糖、半乳糖（C6H12O6） a.葡萄糖是人體內含量最多的單 醣，也是吸收與利用的形式。 血糖即為血液中的葡萄糖 b.果糖常存在蜂蜜及水果中。 c.半乳糖亦是六碳糖的一種 三種單糖的分子式相同、結構式不同 互為「同分異構物」 B. 雙糖 a. 2 分子的單糖脫水合成 (三種雙糖至少含有一分子的葡萄糖) b. 反應式：C6H12O6＋C6H12O6 → C12H22O11＋H2O。 c. 種類：麥芽糖、乳糖及蔗糖 (三者互為同分異構物) 雙醣 分子結構與組成 特點 麥芽糖 1 葡萄糖 + 1 葡萄糖 → 1 麥芽糖 + H2O a.麥芽糖存於萌發中的麥子。 b.由動物消化澱粉而產生。 蔗糖 1 葡萄糖 + 1 果糖 → 1 蔗糖 + H2O a.韌皮部中運輸養分的主要形式。 b.可儲存於植物的營養器官中，如 甘蔗的莖。 乳糖 1 葡萄糖 + 1 半乳糖 → 1 乳糖 + H2O a.大多存於動物的乳汁中 有機物：蛋白質 / 醣類、脂質、核酸 元素：氧、碳、氫、氮
C. 多糖：由許多單醣脫水組合而成。若有 n 個單醣合成一多醣，過程 中會脫去(n-1)分子的水。 多 醣 特 點 肝 醣 動物用來貯存能量的一種物質，存在動物的肝臟和肌肉中。 澱 粉 植物用來貯存能量的一種物質，存在特化的根或莖中。 纖維素 構成植物細胞壁的主要成分。 幾丁質 構成節肢動物的外骨骼、真菌的細胞壁 [含氮的多醣類] 肽聚糖 構成細菌的細胞壁 4. 脂質 (1). 組成元素：主要為碳(C)、氫(H)、氧(O)，有些具有氮(N)或磷(P) (2). 種類： 組成 特性 功能 中性脂質 (三酸甘油酯) 甘油*1+脂肪酸*3 (脫去 3 分子水) 若分子內脂肪酸為飽 和脂肪酸，則形成脂 肪；若以不飽和脂肪 酸為主，則形成油 提供/儲存熱量、防 止 熱 量 散失 ( 保 溫 ) 及保護臟器 磷脂質 甘油*1+脂肪酸*2+ 磷酸基團*1 1.磷酸基：具有極 性，形成親水性頭部 2.脂肪酸：不具極 性，形成疏水性尾部 1. 構 成 細 胞 膜 或 胞 器的膜，可區隔不 同的化學反應 2. 卵 磷 脂 是 磷 脂 質 的一種，對降低血 脂，及活化腦細胞 發育具有效能 固醇類 a.動物細胞膜的成分之一(不含脂肪酸) b.雄性激素、雌性激素與腎上腺皮質素的成分 5. 蛋白質 (1). 組成元素：主要為碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)，有些還有硫(S)。 (2). 基本單位：胺基酸。 A. 構造如右圖所示，因支鏈(R)的不同，而形成不同的類 型，共 20 種。(7-9 種必需胺基酸，須從外界獲得；非 必需胺基酸，可在體內自行合成) B. 胺基酸之間藉由脫水形成肽鍵，將胺基酸串連成多肽 鏈，進而形成蛋白質。若 n 個胺基酸合成一個蛋白質， 共會脫去(n-1)分子的水。 C. 胺基酸以不同種類、數目及排列順序的胺基酸組成不同的蛋白質。
(3). 特性/功能 A. 生物的親緣關係愈近，其蛋白質的種類/結構也 愈接近。(種別性) B. 蛋白質是生物體內含量最多的有機物。(另有是 醣類/纖維素的說法) C. 生物體內多樣性最高的分子，例如血紅素、酵 素、激素、抗體(免疫球蛋白)與其他體質(毛 髮、指甲與肌肉等)均可由蛋白質所形成。 D. 可做為供應能量之物質。 a. 供能順序：醣類→脂質→蛋白質 b. 供能大小：脂質(9kcal/g) ＞ 醣類=蛋白 質(4kcal/g) c. 消化順序：醣類→蛋白質→脂質 E. 可做為酸鹼緩衝劑(中和) 6. 核酸 (1). 組成元素：碳(C)、氫(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P) (2). 基本單位：核苷酸(五碳糖+含氮鹼基+磷酸)，構造 如右圖所示。ATP 即是一種核苷酸(非核酸)。 (3). 核酸與核苷酸的關係如下圖所示 (4). 種類：依五碳醣與含氮鹼基的不同，可區分成 DNA 與 RNA 五碳醣 含氮鹼基 形態 功能 DNA (去氧核糖核酸) 去氧核糖 A、G、C、T 雙股 遺傳物質 可攜帶遺傳訊息 RNA (核糖核酸) 核糖 A、G、C、U 單股 與蛋白質合成有關 (A-腺嘌呤；G-鳥糞嘌呤；C-胞嘧啶；T-胸嘧啶；U-尿嘧啶) 7. 礦物質/無機鹽 (1). 生物體中多以離子態存在，可調節生理機能。 (2). 構成體質：骨骼(鈣)、甲狀腺素(碘)、血紅素(鐵)、葉綠素(鎂) (3). 參與生理反應：神經訊號/衝動(鈉、鉀、鈣)、肌肉收縮與凝血(鈣)、體 液的酸鹼平衡(磷酸鹽和碳酸鹽)、保衛細胞的縮脹(鉀)。 含氮鹼基 五碳醣 磷酸
8. 維生素(維他命) (1). 微量的有機物，無法供應能量。大部分從外界攝取，但維生素 D 可自 行合成。 (2). 類型 例子 運輸方式 水溶性維生素 維生素 B 群(輔酶)、C 血液循環( → 肝門靜脈 → ) 脂溶性維生素 維生素 A、D、E、K 淋巴循環( → 胸管 → ) (3). 功能/缺少時的疾病 A. 缺維生素 A → 夜盲症 B. 缺維生素 C → 壞血病 C. 缺維生素 D → 骨質疏鬆 (鈣質不易吸收) Ps. 組成細胞的化學分子之特性簡易比較 水 醣類 脂質 蛋白質 核酸 礦物質 維生素 組成 元素 H、O C、H、O C、H、O、 P C、H、O、 N、S C、H、O、 N、P 無機物 有機物 有機物 有機物 有機物 無機物 有機物 構造 單位 單醣 脂肪酸 甘油 胺基酸 核苷酸 多以離子 形式存在 提供 能量 否 可 可 可 否 否 否 重要 性 為組成細胞的主要分子 組成細胞的微量分 子，但仍不可或缺 備註 1. 一般而言，細胞中含量最多的分子（或無機物）是水 2. 一般而言，細胞中種類最多的分子（或有機物）是蛋白質 3. 單位質量下，氧化產生能量的多寡：脂類 > 醣類 = 蛋白質 4. 產能物質被生物體利用的順序為：醣類→脂類→蛋白質 5. 若依重量百分比來看，組成細胞的元素比例：O > C > H > N 6. 維生素（= 維他命）可分為水溶性與脂溶性兩群 a.水溶性維生素包含維生素 B 群、C b.脂溶性維生素包含維生素 A、D、E、K 等 六. 細胞的生理 1. 物質通過膜的運輸 (1). 細胞膜對物質的運輸具有選擇性，只讓特定性質的物質通過，因此稱 之為「選擇性通透膜」、「半透膜」。(vs 細胞壁的全透性) 2. 不同類型之運輸特性
物質(小分子)通過細胞膜的運輸方式 類型
被動運輸
主動運輸
滲透 簡單擴散 促進性擴散 耗能 ✘ ✔ 運輸動力 濃度梯度 / 濃度差 ATP 運輸方向 高濃度→低濃度 加速 累積 高濃度 低濃度 運輸蛋白 ✘/✔(通道蛋白) ✘ 通道蛋白 載體蛋白 載體蛋白 專一性 ✘/✔ ✘ ✔ ✔ 運輸效能 運輸速度 隨 濃度差 而上升 運輸速度會趨於固定量值 縱軸為運輸效能/速度，橫軸為膜內外的濃度差 運輸物質 水 並非由物質分子大小來決定運輸形式(1). 運輸蛋白 A. 通道蛋白：構形不變，運輸物質 B. 載體蛋白：構形改變，運輸物質 (2). 水分子可藉簡單擴散及促進性擴散通過細 胞膜，其中促進性擴散的效能比較好。 (3). 脂溶性養分與氣體(O2、CO2)可藉簡單擴散 直接穿過膜；水溶性養分(葡萄糖、胺基酸)或離子(Na+、K+等)則需藉 運輸蛋白來協助運輸(促進性擴散) (4). 主動運輸： A. 定義：細胞消耗能量(ATP)，經由運輸蛋白來進 行物質的運輸。 B. 特性：運輸方向不受物質濃度的影響，並可逆濃 度梯度運輸，以造成累積的效應。 C. 例子：小腸黏膜細胞吸收葡萄糖；海帶/昆布吸 收海水中的碘離子(昆布內的濃度遠大於海水)； 植物根部吸收土壤礦物質(造成根內滲透壓上升 →被動吸水) Ps. 不同物質的運輸方式，並非由物質的大小來決定，主要受物質特性(例 如電荷、極性等)來決定。 (5). 滲透：水分子通過膜的擴散現象， 此過程造成的壓力，稱之為滲透 壓。因溶質濃度造成吸水現象，所 形成的壓力，稱之為「滲透壓」 (濃度越大，吸水力越大，滲透壓越 大，得滲透壓≒濃度) A. 依細胞內外的濃度差，可將細胞所處的溶液分成三類 種類 低張溶液 等張溶液 高張溶液 定義 小於 胞質液濃度 等於 胞質液濃度 大於 胞質液濃度 例子 蒸餾水 生理食鹽水 濃食鹽水 水的 移動 向細胞內滲透 進出細胞速率相等 (動態平衡，並非不動) 向細胞外滲透 動物 細胞 植物 細胞 因具細胞壁，而產生膨 壓，不會脹破 細胞膜與細胞壁分離 的現象，稱為細胞質離 膨壓 大 中 小 (≒0) B. 膨壓：植物細胞吸水後，造成細胞膜推擠細胞壁所形成的壓力，可 用以維持細胞形狀與支持力(for 草本植物)
3. 酵素(酶)對化學反應的影響 (1). 原理：藉由降低活化能，以促 進/加快反應的進行。但不能讓 反應無中生有；不能影響反應 方向/結果，亦不改變反應熱。 (2). 成分：主要是蛋白質 (3). 特性： A. 專一性：結構吻合方有反應 (鎖鑰假說)。當酵素與受質(反應物)進行作用/結合時，所形成的受 質-酵素複合物非常不穩定。 B. 重複使用性：又稱週轉性，即微量酵素即可完成反應的進行，且酵 素本質在反應前後並無改變。 C. 輔因子：可用以協助/提升酵素的活性。 a. 金屬離子：鋅、銅、錳等 b. 非金屬離子(輔酶)：維生素 B 群等 c. 酶與輔酶的比較 成分 功能 專一性 重複性 耐熱性 酵素/酶 蛋白質 促進反應進行 有 有 較差 輔酶 非蛋白質的有機物 協助酶的活性 無 有 較佳 (4). 影響酵素活性/反應的因子 A. 溫度：(影響受質與酵素碰撞機率→改變反應效率) a. 高溫：合適範圍內，溫度升高，反應越快。 溫度太高會破壞酵素結構(變性)， 永久損壞無功能，回溫後無效能。 b. 低溫：降低反應效率，但不破壞酵素結構 /活性，回溫後仍有效能。 B. 酸鹼值：不同酵素之偏好 pH 值不同 C. 金屬離子 (並非皆是抑制效果) a. 促進活性：鋅(Zn2＋ )、銅(Cu2＋ )、錳(Mn2＋ ) b. 抑制活性：鉛(Pb2＋)、汞(Hg2＋)、鎘(Cd2+)
D. 酵素濃度：受質充足之下，反應效能隨酵素濃度增加而提升 E. 受質濃度： a. 酵素作用飽合前，受質濃度越高，反應效能越好 b. 酵素作用飽合後，反應效能達一穩定值，不再增加 #學測題# 1. 在生態系物質循環中，下列何種元素不是構成人體內的核酸構造？【103.學 測】 (A)碳 (B)氮 (C)磷 (D)硫 (E)氧 2. 下列有關核酸的敘述，哪些正確？（應選 2 項）【104.學測】 (A)核酸的單 元體是核苷酸 (B)核醣核酸是真核生物的遺傳物質 (C)核酸由 C、H、O、N 及 S 等元素組成 (D)核酸有核醣核酸及去氧核醣核酸二種 (E)核酸分子皆由 核苷酸鏈構成雙股螺旋結構 3. 下列關於滲透的敘述，哪些正確？【102.學測】 (A)滲透是活細胞才會有的 現象 (B)低濃度溶液的水，因滲透到高濃度溶液中，以致體積減少 (C)溶液 中，水與溶質通過半透膜的移動稱為滲透 (D)通過細胞膜的滲透作用，有時 可藉由運輸蛋白提高效率 (E)滲透作用均需要消耗能量 4. 將植物細胞持續浸泡在蔗糖溶液中，使其出現「質離現象」，約在 10 分鐘後 達到平衡狀態，即植物細胞的細胞質體積已不再變化，下列相關敘述，哪些正 確？【102.學測】 (A)蔗糖溶液對該植物細胞而言為高張溶液 (B)浸泡之初， 水分子的淨移動方向為由細胞外向細胞內 (C)浸泡之初至細胞出現質離現象的 過程中，細胞內滲透壓持續變大 (D)細胞內外的滲透壓達到平衡時，水分子仍 然經細胞膜進行移動 (E)細胞內外的滲透壓達到平衡時，液胞內充滿了蔗糖溶 液 5. 下列有關醣類化合物的敘述，哪些正確？（多選）【103 學測】 (A)平常食 用的紅糖、白砂糖，其主要成分都是蔗糖 (B)纖維素經水解可產生葡萄糖，可 用於製造酒精 (C)醣類化合物中的澱粉，可用碘酒驗出 (D)蔗糖屬於雙醣類 化合物，經水解可得兩分子的葡萄糖 (E)醣類物質屬於碳水化合物，其化學成 分通式均可寫為（CH2O）n 6. 某一株植物在逆境下產氧量下降時，最可能是細胞中的哪一部位受損？【104 學測】 (A)粒線體內膜 (B)粒線體外膜(C)粒線體基質 (D)類囊體（葉綠囊） (E)葉綠體基質
1-4 細胞及能量
七. 能量的轉換 1. 生物體的能量，主要來自醣類，細胞反應所需能量的直接來自 ATP (分解養分，將其中的能量轉換至 ATP 中，再由 ATP 參與代謝反應) ATP 光合作用 呼吸作用 轉存 轉存 光能 醣類 生理反應 2. ATP 的特性 (1). 本質為一種核苷酸，三磷酸腺嘌呤核糖核苷 酸，稱之為三磷酸腺苷，或腺苷三磷酸。 (2). 結構中包含 2 個高能磷酸鍵(有 3 個磷酸根/ 基)，為能量攜帶者，稱之為能量貨幣。 3. 能量的轉換 (1). 生物可藉呼吸作用將有機物分解，使蘊含其中 的化學能釋出，而轉存於 ATP 中。 (2). ATP 所蘊藏的能量又可轉換成光能、電能、化學能和機械能等能量形 式，來維持細胞的生理功能。 (3). 因能量的利用/儲存，造成不同能量形式的轉換(ATP↹ADP) ATP/ADP 比值 能量 反應 高 充足 供應需能反應(合成、同化) 低 不足 促進釋能反應(分解、異化)4. 光合作用
(1). 定義：生物藉由光合色素(葉綠素等)，將光能轉換成化學能(NADPH 與 ATP)，並利用此化學能，將二氧化碳與水轉化成醣類(葡萄糖)的過程。 反應式為 6CO2＋12H2O→C6H12O6＋6O2＋6H2O
(2). 可進行的物種：藍綠菌(原核生物)、藻類(原生生物)與植物等，統稱為 光合自營生物 (vs 化學自營生物) (3). 反應場所：葉綠體 A. 葉綠囊：又稱之為類囊體、囊狀膜，其上下堆疊構成葉綠餅；膜上 含有葉綠素、葉黃素及胡蘿蔔素等光合色素，可協助光合作用的進 行(光反應：吸光，轉化成化學能)。 B. 基質：類囊體外的膠狀基質，含有許多酵素，可催化固定 CO2合成 醣類的反應(碳反應)。 (4). 反應流程 項目 光反應 碳反應(卡爾文循環) 反應 條件 必須在光照下才能進行 與光照無直接關係，需有光反應 的能量產物方能發生 位置 葉綠囊 基質 反應 過程 葉綠素吸收光能後 1.使水分子分解產生氧氣 2.合成高能量的 ATP 和 NADPH 利 用 光 反 應 產 生 的 ATP 和 NADPH，將 CO2固定成醣類 能量 轉換 將太陽能轉換成化學能，貯存在 ATP 與 NADPH 分子中 將 ATP 和 NADPH 中的化學能轉 存於醣類分子中 反應式 H2O＋ADP＋Pi＋NADP + →O2＋ATP＋NADPH CO2＋ATP＋NADPH →C6H12O6＋ADP＋Pi＋NADP+ 影響 因子 主要是光線特性(顏色、強弱) 主要是溫度(影響酵素活性) 能量 光能→化學能(ATP&NADPH)→化學(醣類) 光反應與碳反應兩者彼此相互影響
(5). 光合作用的元素轉換 (6). 影響光合作用的因素 A. 光強度：在一定範圍內，光愈強，光合作用的速率愈快；但若光照 太強，則葉綠素、酵素會被破壞。 B. 溫度：在一定範圍內，溫度愈高，光合作用的速率愈快；但若溫度 太高，則酵素會被破壞，且會導致氣孔的關閉。 C. 二氧化碳濃度：二氧化碳為光合作用的反應物，濃度愈大，光合作 用的速率愈快。 D. 土壤中的水分含量：水分為光合作用的反應物，並影響氣孔的開 合，均與光合作用有關。 E. 土壤中的無機鹽：氮、鉀、鎂影響植物生長，進而影響光合作用。 (7). 光合作用產生的醣類，以蔗糖的形式運輸(經由韌皮部)；以澱粉的形式 儲存。
5. 呼吸作用 (1). 定義：生物細胞分解有機物質(醣、脂質、蛋白質)，釋出能量的過程； 此能量會轉化儲存於 ATP 分子中。 (2). 類型：可依有無氧氣參與，區分成有氧呼吸與發酵作用。 A. 有氧呼吸 a. 定義：有氧氣參與的呼吸作用，過程會釋出較多的能量(ATP) b. 反應過程與場所： 反應 場所 過程 氧氣參與 糖解作用 細胞質 葡萄糖→丙酮酸＋少量 ATP 無 克氏循環 粒線體 丙酮酸＋O2→CO2＋H2O＋大量 ATP 有
c. 總反應式：C6H12O6＋6O2 → 6CO2＋6H2O +能量(ATP*36~38)
B. 發酵作用 a. 定義：沒有氧氣參與的呼吸作用，過程會釋出少量的能量(ATP*2) b. 反應類型與場所：(兩者均有發生糖解作用) 類型 場所 反應 CO2 生物 酒精發酵 細胞 質 C6H12O6 →2C2H5OH(酒精)+2CO2+2ATP 有 酵母菌、植物細胞 乳酸發酵 C6H12O6 →2C2H4OHCOOH(乳酸)+2ATP 無 乳酸菌、肌肉細胞 Ps. 呼吸作用之反應示意圖 (3). 有氧呼吸與發酵作用的比較 有氧呼吸 發酵作用 反應場所 細胞質＋粒線體 完全在細胞質 氧氣的參與 有 無 糖解作用 有 有 反應物 C6H12O6 C6H12O6 產物 CO2＋H2O 酒精發酵：酒精＋CO2 乳酸發酵：乳酸 產生的能量 較多（36 或 38 ATP） 較少（2ATP）
(4). 影響呼吸作用的因素 A. 溫度：會影響酵素活性。在一定範圍內，溫度愈高，呼吸作用速率 愈快；但溫度過高時，酵素會受到破壞。 B. 氧濃度：氧為有氧呼吸的反應物，氧濃度愈高，有氧呼吸速率愈快。 C. 生長速率：生長速率快速的細胞，其呼吸作用的速率也較快。如： 生長快速的小麥，其呼吸作用速率較生長慢的仙人掌高。 D. 代謝速率：代謝速率愈快的細胞，其呼吸作用的速率也較快。如： 分生組織及幼苗內的細胞，其呼吸作用速率較其他成熟的組織快。 6. 光合作用與呼吸作用之比較 光合作用 有氧呼吸 場所 葉綠體 粒線體 需光 光反應(✔)；碳反應(ㄨ) 有無光線均可 反應物 CO2、H2O C6H12O6 產物 醣類 CO2、H2O 反應 光反應、碳反應 糖解作用、克氏循環、電子傳遞鏈 能量 光能→化學能 化學能→化學能(ATP) #學測題# 1. 某一株植物在逆境下產氧量下降時，最可能是細胞中的哪一部位受損？ 【104.學測】 (A)粒線體內膜 (B)粒線體外膜 (C)粒線體基質 (D)類囊體（葉 綠囊） (E)葉綠體基質 2. 細胞利用呼吸作用以獲得能量，下列有關呼吸作用的敘述，何者正碓？ 【102. 學測】 (A)有氧呼吸的過程中，O2 會進入粒線體參與作用 (B)有氧呼吸的過 程中，葡萄糖會進入粒線體，然後被分解為丙酮酸 (C)當細胞內 ADP/ATP 的 比值太低時，細胞會加速進行呼吸作用 (D)當骨骼肌細胞缺氧時，丙酮酸會 進入粒線體，然後被分解產生 ATP (E)當酵母菌在缺氧環境下，葡萄糖會進入 粒線體，然後被分解產生 ATP 3. 下列哪些是真核細胞的呼吸作用中，有氧呼吸與無氧呼吸的共同特徵？（應 選 2 項）【104.學測】 (A)皆會產生 ATP (B)皆有糖解的過程 (C)皆有將丙酮 酸還原成乳酸的過程 (D)皆發生在粒線體中 (E)全都會產生酒精 4. 下列有關生物進行無氧呼吸之敘述，哪些正確？【103.學測】 (A)會產生 CO2 (B)會產生 ATP (C)種子淹水過久，會由有氧呼吸轉變為無氧呼吸 (D) 葡萄經由酵母菌的無氧呼吸作用可釀成葡萄酒 (E)人體劇烈運動後，肌肉缺氧 時會產生酒精堆積 5. 下列有關細胞呼吸作用的敘述，哪些正確？（多選）【103 指考】 (A)所有 過程皆在粒線體中進行 (B)有氧呼吸比發酵作用釋出更多能量 (C)植物細胞 在缺氧時可進行發酵作用 (D)動物細胞在一般情況下都會產生二氧化碳 (E) 在缺氧情況下不進行糖解作用
