細胞、分子與人類

細胞、分子與人類

Cell, Molecule and Human

生命科學院 通識課程

2 學分 限非主修生物科系

生化科技學系 莊 榮 輝

1

本著作除另有註明外，採取創用CC

「姓名標示－非商業性－相同方式分享」臺灣3.0版 授權釋出

第 01-2 單元：真核細胞

C41a

真核細胞

瘧疾原蟲 球蟲

阿米巴原蟲

鞭毛蟲 纖毛蟲

12’

http://www.bms.ed.ac.uk/research/others/smaciver/amoebae.htm

真核細胞真的有一個細 胞核，還有細胞質內的 許多細胞器官 ( 胞器 )

。

真核細胞真的有一個細 胞核，還有細胞質內的 許多細胞器官 ( 胞器 )

。

Profiles of Nature: 簡單的真核生物 簡單的真核生物

真核細胞在構造與功能 上，比原核細胞複雜。

水塘中的微小生物

原生生物：最簡單的真核細胞

大小不是關鍵

原核細胞

真核細胞

由原核到真核，由單細胞到多細胞

真核細胞

由原核到真核

由 單 細 胞 到 多 細 胞

細胞核生成、胞器加入

細 胞 聚 集

、 分 工

、 調 節

( 單身宿舍 )

( 三房兩廳 )

Central Dogma

3

真核細胞的主要特徵就是細胞核及許多胞器

真核細胞

Bohinski (1987) Modern Concepts in Biochemistry (5e) p.19-26

4

細胞核

核仁

粒線體

核仁

細胞核如何演化得？

細胞核如何演化得？

內質網

核糖體正在合成蛋白質 Campbell (1999) Biochemistry (3e) p.513

真核細胞的外來胞器 葉綠體

葉綠體之導入 粒線體之導入

動植物細胞之比較與外來胞器 ( 粒線體、 葉綠體 )

真核細胞

Garrett & Grisham (2005) Biochemistry (3e) p.24-25 Alberts et al (2002) Molecular Biology of The Cell (4e) p.31-32

葉綠體 液泡

粒線體

細 胞 核

細胞壁

The Force

高爾基體 溶脢體

內質網

5

粒線體 細

胞 核

溶脢體

高爾基體

內質網

星際大戰的迷地原蟲 Midi-chlorians

你的粒線體是媽媽那邊來的

假如把地球上的細胞分成兩大類，可 以如何分法？

『原核細胞、真核細胞 』

真核細胞真的有一個細胞核。還可能 有其他什麼胞器？

『粒線體、葉綠體等 』

粒線體與葉綠體兩者有何異同？

『都是外來的、與能量獲取有關 』

『葉綠體只出現在植物細胞中 』

以下何者不是『胞器』？

以下何者不是『胞器』？

(1) 細胞核

(2) 細胞壁 ( 植物細胞的最外層 ) (3) 粒線體

(4) 葉綠體 (5) 內質網

(2)

以下何者不含核酸 DNA ？ 以下何者不含核酸 DNA ？

(1) 細胞核

(2) 細胞內的核仁 (3) 粒線體

(4) 葉綠體 (5) 細菌

(0)

核仁

8

岩葛 Caulerpa

岩葛是世界上最大的單細 胞生物，可達數公尺高。

真核細胞

主要原因是，在相同體積 中，細胞分得越細、越小

，就會有最大表面積；而 物質進出細胞的路徑會比 較短，吸收效率較高。

1663 英國人 Hook 看到 軟木塞的細胞壁，取名 cell ( 像地窖 ) 。

細胞的體積通常都很小，要用顯微鏡才看得到

單一大細胞

組合多細胞 ^Alb

erts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) p.78, 99

細 胞 裡 面 非 常 擁 擠

( 總體積相同 )

http://www.brookscole.com/biology_d/templates/student_resources/0030270448_tobin/webbit/ch04-01.html

( 總表面積較大 )

神 經 細 胞 都 很 長

9

10

台灣原生之單細胞生物大傘藻，是研究的好材料

真核細胞

Starr & Taggart (1987) Biology (4e) p.225

大傘藻 Acetabularia

細胞核

細胞核

(→ mRNA)

信息傳出？

整 株 就 是 一 個 細 胞

還是由細胞 核在控制著 遺傳指令

國立台灣博物館︰學術與典藏

白髮石？

( 還是老闆 ) 10

由單細胞到多細胞，生物可分工以增加生存優勢

真核細胞

Alberts et al (1994) Molecular Biology of the Cell (3e) p.27

(1) 衣藻只有單細胞，有點像帶有鞭毛的原 蟲，只是含有葉綠體。

(2) 盤藻集合 4 到 32 個細胞，群體過活

，可以一起以鞭毛同向滑水，但還是獨立個 體，各自分裂生殖。

(4) 團藻的每個細胞間，有架橋物質連結

，無法單獨生存，具生理上的分工，球內 的細胞負責生殖。

(3) 更大群落聚集成空心球稱團藻，較原始 者每個細胞仍可獨立生活。

11

Chlamydomonas 衣藻

本作品轉載自 Alberts 作者於 2002 年出版之 (2002) Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) 第 27 頁次，依據 著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

Gonium

盤藻 Volvox

團藻

大部分生物細胞都很小，為什麼？

『物質進出較快、總表面積較大 』

假如把人變成只有單一個細胞構成，

有沒有可能？ 你願不願意？

『不太可能 』

細胞核有何重要功能？

『貯藏遺傳信息、控制細胞活動 』

『成員開始分工、執行複雜活動 』

許多細胞聚集在一起生活有何好處？

我願 意

隔壁 教堂 傳來

…

12

為何單一細胞的體積都很小？

為何單一細胞的體積都很小？

(1) 許多細胞組成個體後總表面積較大 (2) 可像更換零件一樣分別替換各細胞 (3) 內部分子要擴散到外面的速度較快 (4) 所需的組成物質較少因而比較經濟 (5) 由許多小細胞組成個體後可以分工

較不恰當的答案： (4)

關鍵名詞

原核細胞 真核細胞

胞器 organelle 細胞核 nucleus

粒線體 mitochondria 葉綠體 chloroplast 內質網

高爾基體

單細胞 岩葛 大傘藻 多細胞 分工 衣藻 盤藻 團藻

( 中心教條 ) DNA

↓轉錄 RNA

↓轉譯 蛋白質

[ 核糖體 ]

Central Dogma

14

細胞、分子與人類 ^{上課進度一覽}

真核細胞

生物科技

意 識

C41 細胞、組織、代謝 C42 基因遺傳

C43 胚胎成長發育 C44 分子生物學 S40 核酸

C51 打開潘朵拉的盒子 C52 有用生物科技

C53 對社會與環境的影響 C54 回顧 DNA 時代 S50 生物技術

C61 不可思議內在世界 C62 心思控制的力量 C63 每個人的終極問題

C52a 基因偵探 C52b 海洋生物寶藏 C54 DNA 時代 1~6

C61a 大腦演化等 C61b 腦海漫遊 C41a 水塘生物 C41c 肌肉與骨骼 C41d 肝臟

C42a 記憶 C42b 蒼蠅王 C43a 誕生 C43b 創世紀

15

細胞核、核仁

經典之作 16

粒 線 體 內 質 網

17

粒線體 細胞核

溶脢體

高爾基體 核仁 內質網

細胞質

粒線體

液泡 細胞核

細胞壁 溶脢體

高爾基體 內質網

核仁

葉綠體

19

細胞壁 染色體

細胞質

20

只有染色體 DNA 進入

粒線體呢？

Alberts et al (2002)

Molecular Biology of the Cell (4e) Figure 14-6

粒線體

纏在尾部的肌肉纖維 可有效提供運動能量

DNA

21

Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) Figure 14-3B & 14-35

光能被吸收激發電子 最後分解水放出質子

葉綠素的特殊構造

可吸收光能並轉移 ^葉綠體

葉綠素

H

O e

O

^& H

22

Alberts et al (2002) Molecular Biology of the Cell (4e) Figure 14-70

地球大氣 氧氣濃度低

加入真核細胞

醱酵細菌先祖 紅藻類 粒線體

葉綠體

大腸菌

藍綠細菌

用語言系統也可畫出人種演化樹？

粒線體與葉綠體等胞器之演化族譜：

23

版權聲明

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

1 國立臺灣大學 生化科技學系 莊榮輝 教授。

2 ^WIKIPEDIA(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Giardia_lamblia.jpg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

2 ^{英國愛丁堡大學 (}http://www.bms.ed.ac.uk/research/others/smaciver/acanthamoeba.htm) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

2 維基百科 / ComputerHotline

(http://zh.wikipedia.org/zh-hk/File:Malaria.jpg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

2 ^WIKIPEDIA(http://en.wikipedia.org/wiki/File:Cyclospora_cayetanensis_stained.jpg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

2 ^WIKIPEDIA (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Haeckel_Flagellata.jpg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

2 ^WIKIPEDIA (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Haeckel_Ciliata.jpg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

2 WIKIMEDIA COMMONS (

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Discovery_Channel_International.svg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

2

WIKIMEDIA COMMONS

(http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:

Thecamoeba_striata001.JPG ) ，瀏覽日期 2012/03/09 。

2

LXDE Wiki (

http://wiki.lxde.org/zh/index.php?title=%E9%A6%96%E9%A1%B5&variant=zh-t w) ，瀏覽日期 2012/03/12 。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

3 國立臺灣大學 生化科技學系 莊榮輝 教授。

3 國立臺灣大學 生化科技學系 莊榮輝 教授。

3 VIKIPEDIJA

(http://lt.wikipedia.org/wiki/Vaizdas:Volvox_aureus.jpg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

3 ^維基百科 (http://zh.wikipedia.org/wiki/File:Listeria_monocytogenes.jpg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

3 WIKIMEDIA COMMONS (

http://zh.wikipedia.org/wiki/File:Giardia_lamblia_SEM_8698_lores.jpg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源 4、 1

6

Biochemistry(3e 版本 ) ，

Mary K. Campell 著， Cengage Learning， 1999 。 第 513 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

4、 1 7

Biochemistry(3e 版本 ) ，

Mary K. Campell 著， Cengage Learning， 1999 。 第 513 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

4、 1 6

Biochemistry(3e 版本 ) ，

Mary K. Campell 著， Cengage Learning， 1999 。 第 513 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

4、 1 7

Biochemistry(3e 版本 ) ，

Mary K. Campell 著， Cengage Learning， 1999 。 第 513 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

4 、 17

Biochemistry(3e 版本 ) ，

Mary K. Campell 著， Cengage Learning， 1999 。 第 513 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

4 Biochemistry(3e 版本 ) ，

Mary K. Campell 著， Cengage Learning， 1999 。 第 513 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

5、 1 8

Biochemistry(3e 版本 ) ，

Mary K. Campell 著， Cengage Learning， 1999 。 第 513 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

5、 7

、 19

Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 31-32 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

5 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 31-32 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

5 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 31-32 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

5 Wikia / Skyhopper

(http://nl.starwars.wikia.com/wiki/The_Force) ， 瀏覽日期 2012/04/12 。

8

WIKIPEDIA (

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Nucleus%26Nucleolus.gif&filet imestamp=20070513085709

) ，瀏覽日期 2012/03/09 。

9 ^維基百科 (http://zh.wikipedia.org/zh-hk/File:Cork_Micrographia_Hooke.png) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

9 brookscole (http://www.brookscole.com/biology_d/templates

/student_resources/0030270448_tobin/webbit/ch04-01.html) ，

瀏覽日期 2012/03/09 。依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

9 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。第 31-32 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

9 WIKIPEDIA

(http://zh.m.wikipedia.org/wiki/File:Nervous_system_diagram.png) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

9 國立臺灣大學 生化科技學系 莊榮輝 教授。

10 Biology (4e 版本 ) ，

Starr, Cecie Taggart, Ralph 著， Wadsworth Pub. Co.， 1987 。第 225 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

10

Biology (4e 版本 ) ，

Starr, Cecie Taggart, Ralph 著， Wadsworth Pub. Co.， 1987 。 第 225 頁次

，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

10 Algebase / 版權人： Michael D. Guiry

(http://www.algaebase.org/search/species/detail/?species_id=351) ， 依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。瀏覽日期 2012/03/09 。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

10 Algebase / 版權人： Michael D. Guiry

(http://www.algaebase.org/search/species/detail/?species_id=12251) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

10 ^Genetics(http://genetics.bizhosting.com/history.html) ，

瀏覽日期 2012/03/09 。依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

10 中國觀賞石交流藝術期刊 (Chinese stone arts) ，

2012 年 03 月出版，第 133 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

11 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 27 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

11 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 27 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

11 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 27 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

11 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 27 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

11 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 27 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

11 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 27 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

11 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 27 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

11 Encyclopedia of life / micro*scope

(http://eol.org/data_objects/1149338) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

20 WIKIMEDIA COMMONS

(http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prokaryote_celle_diagram_da.svg) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

21 WIKIMEDIA COMMONS

(http://en.wikipedia.org/wiki/Acrosome_reaction) ， 瀏覽日期 2012/03/09 。

21 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 6 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

21 《驚異の小宇宙・人体　 第 1 集　生命誕生》影片截圖，

NHK 製作， 1989/06/10 ，依據著作權法第 46 、 52 、 65 條合理使用。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

22 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 18 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

22 國立臺灣大學 生化科技學系 莊榮輝 教授。

22 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 33 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

22 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 32 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

22 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 32 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

頁碼 作品 版權標示 作者 / 來源

22 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 32 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。

23 Molecular Biology of The Cell (4e 版本 ) ，

Bruce Alberts 著， Garland Science， 2002 。 第 14 頁次，

依據著作權法第 46、 52 、 65 條合理使用。