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1 一 組成細胞的主要分子 : 1. 細胞內的主要成分 ( 以大腸桿菌為例 ): 高一基礎生物 1-3 細胞的生理 六碳醣 : 葡萄糖 果糖 半乳糖 ( 三者分子式皆為 ) 醣 有機物 29% 水 70% 無機鹽類 1% 15% 細胞的化學組成 : 主要元素 : 無機物 : 有機物 : 生物體含量最多的物質 : 生物體含量最多的有機物 : 醣 2. 水 (1) 佔細胞 70-90%( 視細胞種類而定 ); 佔人體體重 % 是生物體含量最多的物質 (2) 具有 : 水分子同時帶有正電荷 ( 原子 ) 負電荷( 原子 ) (3) : 水分子之間形成 產生, 使水棲昆蟲可在水面上行走 植物 內形成連續水柱 ( 作用 = 水的內聚力 + ) (4) 極佳的 : 有利於 與 (5) 輕微的 : H2O 解離產生 H + +OH - --> 影響 --> 影響 的活性 (6) : 水在 時密度最大 結冰時密度變小, 會浮在水面上, 有助於水中生物生存 水的 大, 可穩定體溫 ( 吸收人體代謝過程的熱能 吸收汗水蒸發的體表熱能 ) 3. 醣類 : (1) 分子式 :Cn(H2O)m, 組成元素 :, 比例為, 又稱 (2) 自然界中存量最豐富 分布最廣的有機物 (3) 細胞能量的 : 一公克約產生 卡熱量 (4) 分類 : 單醣 最簡單的醣類, 通常含 3 7 個碳原子 2 五碳醣 : 核糖 ( ), 構成 去氧核糖 ( ), 構成 雙醣 雙醣 : 麥芽糖 ( 葡萄糖 + - ), 的結構單元乳糖 ( 葡萄糖 + - ), 中主要的糖成分蔗糖 ( 葡萄糖 + - ), 儲存在甘蔗莖 甜菜根內 C6H12O6 + C6H12O6 + < 補充 > 寡醣 常見由 3 10 個單醣分子組成 1-3 第 1 頁

2 例如 :, 由數個果糖分子連接而成 不能被人體的消化 構成細胞所有 構造的成分, 可隔開各構造, 使不同 酵素分解, 熱量低, 在腸道中可促進益菌生長, 維持正常菌相 的化學反應不互相干擾 多醣 由 x 個單醣分子聚合, 脫去 (x-1) 個分子的水而形成 組成 : + + 儲存 : 植物的 磷酸頭部 : 具有極性, 水性 動物的 ( 又稱, 存在 與 ) 脂肪酸尾部 : 具極性, 水性 形成 :1. 植物的細胞壁 - 蛋黃裡的磷脂 : 卵磷脂, 可促進腦部發育 水性 ( 自然界存量最豐富和分布最廣的有機物 ) 2. 甲殼動物外骨骼與真菌細胞壁 - 水 生物體中能量的主要儲存形式 : 一公克約產生 卡熱 量 ; 形成皮下脂肪, 可保溫 保護與吸震 組成 : 甘油 + 脂肪酸 脂肪酸分類 ( ) 分類 碳氫長鏈脂肪酸 反應性 分布 室溫狀態 飽和 含雙鍵 4. 脂質 : (1) 組成元素 : (2) 種類 : 不飽和 含雙鍵 1 個 - 多個 第 2 頁

3 不具脂肪酸 為性激素和腎上腺皮質素的主要成分 是動物細胞膜的成分之一 通常存於植物體的表面, 可以 與防止水分和熱量散失 5. 蛋白質 (1) 組成元素 : (2) 由 組成, 胺基酸有 20 種, 以不同 及 構成不同蛋白質 由 5 個胺基酸組成之蛋白質, 可能有多少種不同的組成? 胺基酸的結構式 R: 代表不同的側鏈, 有些帶有 S 元素兩個胺基酸藉由 形成雙肽, 多個胺基酸連結成多肽, 多肽再進一步摺疊組成蛋白質 ( ) (3) 生物體含量最多的有機物 (4) 具 : 親緣關係越接近, 其蛋白質構造 ( 胺基酸 ) 越相似 (5) 重要性 : 構成體質 ( 等 ) 調節生理機能 : 供應能量 : 一公克約產生 卡熱量 ; 能量使用順序 : 作為酸鹼緩衝劑 ( 兩性物質 ) 6. 核酸 (1) 組成元素 : (2) 由 構成 : + + (3) 分子生物學中心法則 : DNA - -> RNA - -> 7. 維生素 (1) 小分子, 不能提供能量, 可調節生理作用 (2) 分類 : 分類包含作用水溶性維生素維生素 擔任代謝作用所需的輔酶維生素 合成膠原蛋白 抗氧化脂溶性維生素維生素 預防夜盲症 ; 抗氧化維生素 與鈣質吸收和硬骨形成有關維生素 抗氧化維生素 協助凝血 8. 無機鹽類 ( 礦物質 ) (1) 與維生素共同調節生理機能, 但不可或缺 (2) 功能 : 調節生理機能鐵 : 組成 碘 : 組成 鈉 鉀 : 協助 鈣 : 協助 鎂 : 組成葉綠素 構成體質 : 鈣磷 - 組成 作為酸鹼緩衝劑 : 碳酸 - 碳酸鹽 磷酸 - 磷酸鹽 1-3 第 3 頁

4 ()高一基礎生物 1-4 細胞的生理 通過細胞膜的運輸 : 細胞新陳代謝時必須不斷獲得氧氣和養分, 並排除二氧化碳和廢物 且細胞也需要維持內 外環境的平衡 1. 細胞膜對物質具有選透性, 為一種半透膜或選透膜 2. 擴散 : 分子不消耗能量而隨機碰撞, 從濃度高向濃度低處移動 Ex. 染料滴入水中 3. 小分子通過細胞膜的方式 : 方式特性物質 被動運輸擴散不耗能圖示 : 簡單擴散 促進性擴散 ( 便利性擴散 ) 主動運輸 物質直接通過細胞膜由濃度高處往低處移動 物質需藉由膜上蛋白質協助才能通過細胞. 運輸蛋白具有專一性 膜上運輸蛋白 ( 專一性 ) 以消耗能量的方式運輸小分子 ( 活細胞 ) 可將物質從濃度低 -> 高 氣體分子 :O2,CO2,N2 脂溶性小分子 : 酒精. 脂肪酸. 脂溶性維生素 通道蛋白 : 具一定的口徑和電荷分布, 允許特定離子通過 如 :Na +.K +.Ca 2+.H2O 水通道蛋白 (2003 諾貝爾化學獎 ) 攜載蛋白 : 與物質結合後變形, 將其運輸到另一側 如 : 胺基酸 葡萄糖 具飽和現象, 故運輸速率有最高值之限 < 補充 > 例如 : 鈉鉀幫浦 : 耗能, 使 3 Na + 出,2 K + 入. 維持這兩種離子在細胞內外的濃度差異 質子幫浦 : 耗能, 將 H + 運出細胞膜外 植物的根吸收土中礦物質 海帶吸收海水中的碘 4. 滲透作用 : (1) 滲透 : 水 _ 分子通過半透膜的擴散 現象 (2) 滲透壓 : 水分子滲透使蔗糖濃度高的一側水位上升, 上升水柱形成壓力, 阻止水繼續滲透, 此壓力稱為滲透壓 溶質濃度越高, 滲透壓就越高 水由低滲透壓移向高滲透壓 (3) 細胞膜內外相對濃度差異, 可將胞外溶液分成三類 : 等滲透壓溶液 ( 等張溶液 ): 當溶液的溶質濃度與細胞相當, 水分對等進出細胞, 細胞維持原形狀 例如 : 青蛙 :0.7 % 食鹽水 ; 哺乳動物 :0.9 % 食鹽水 高滲透壓溶液 ( 高張溶液 ): 溶液的溶質濃度較高, 則水分由細胞內滲透出來, 造成細胞萎縮 < 植物細胞萎縮, 細胞膜與細胞壁分離, 為細胞質離 > 低滲透壓溶液 ( 低張溶液 ): 溶液的溶質濃度較低, 則水分滲入細胞, 造成細胞膨脹, 甚至破裂 < 動物細胞可能會脹破 ; 植物細胞有細胞壁, 不會破裂 > (4) 動植物細胞滲透作用比較 : 細胞濃鹽水清水生理食鹽水動物細胞 ( 紅血球 ) 萎縮膨脹, 可能破不變 植物細胞 萎縮, 細胞質離膨脹, 不會破不變醃漬食品 : 乾燥的蔬菜包應用生理食鹽水蜜餞 泡菜草履蟲伸縮泡 5. 膨壓 : 細胞吸水對細胞膜及細胞壁產生一股外推的壓力 若細胞的滲透壓 > 膨壓 細胞具有吸水力 當膨壓與滲透壓相當達到動態平衡, 細胞不 1-4 第 1 頁

5 再膨脹 (1) 重要性 : 維持細胞的形狀, 支持草本植物直立 (2) 相關運動 : 含羞草觸發運動 睡眠運動 細胞中的化學反應 : 1. 酵素 ( 酶 ) 是細胞內新陳代謝反應的催化劑, 可降低反應的活化能, 使反應加速 活化能 : 啟動化學反應所需的能量 像是一個能量屏障形成的小山丘, 必須先克服後, 反應才能進行 (1) 成分 : 蛋白質, 由細胞的核糖體合成 ( 部分 RNA 也具有酵素催化功能 ) (2) 作用 : 不能引發化學反應, 也不能改變化學反應方向 但可催化反應, 使化學反應的活化能降低, 加速反應進行, 但酵素本身不發生改變 (3) 酵素的特性 : 1. 催化性 : 反應過程中, 受質先與酵素的活化位結合, 形成不穩定的酵素 - 受質複合物, 之後催化反應, 使受質分解或結合, 而形成產物 反應後酵素不會改變, 可重複使用 ( 受質 : 被酵素催化的物質, 即反應物 ; 酵素分子上與受質結合的特定位置, 稱為活化位 ) 5. 受調性 : 酵素大多由蛋白質構成, 影響蛋白質的因素均能影響酵素的活性 包括 : <1> 溫度 : 大部分酵素的適宜溫度在 45 以下 (5-55 範圍內 ) 在適當溫度範圍內, 酵素活性隨溫度上升而增加 溫度低時, 酵素活性降低, 但不會被破壞, 因此可以低溫保存酵素 溫度高時 ( 通常 >45 ), 酵素會被破壞, 失去活性 身體受感染時常會發燒, 可使免疫系統的活性上升, 是一種自我保護機制 但高燒反而造成傷害 <2> 酸鹼值 : 每種酵素都有最適合的酸鹼值範圍, 範圍外活性降低 例如 : 人體胃蛋白酶適宜在強酸環境 人體唾液蛋白酶適宜在弱酸到中性環境 人體胰胃蛋白酶適宜在弱鹼環境 2. 專一 性 : 酵素在構造上有一定的立體結構 大小 電荷分布與結合位, 唯有能跟活性部位結合的受質才被催化 可用鎖鑰假說來說明 : 酵素與受質結合類似於鑰匙與鎖的關係 3. 飽和性 : 酵素的活化位被填滿時, 反應速率將達到飽和 4. 受輔性 : 有些酵素需要輔因子或輔酶來協助催化作用的進行 通常由食物中獲得 輔因子 : 有些酵素的輔因子為無機物, 如鋅 銅 鎂 錳等金屬離子 可協助酵素維持在適合反應的構形或協助酵素與受質的結合 輔酶 : 若輔因子為有機物, 則稱為輔酶 如 : 維生素 B 群 (NAD + FAD + 為呼吸作用的輔酶 ;NADP + 為光合作用輔酶 可在反應中擔任氫接受者或供給者 電子接受者或供給者 ) <3> 重金屬離子 : 非專一性地與酵素蛋白質結合, 導致酵素結合位結構改變, 失去活性 鎘 (Cd 2+ ): 降低骨骼細胞中酵素活性, 使骨骼強度變差, 且關節會疼痛, 引發痛痛病 汞 (Hg 2+ ): 使神經細胞酵素失去活性, 四肢麻痺 語言障礙, 造成水俁病 <4> 受質濃度 : 在合適的溫度和酸鹼度下, 若酵素濃度固定, 反應速率會隨受質濃度升高而增加, 最後達到穩定的最大速率 1-4 第 2 頁

6 酵素的特性 : 1. 催化 性 : 酵素具有活化位, 可與受質結合, 催化反應進行 反應後不會改變, 可重複使用 2. 專一 性 : 酵素在構造上有一定的立體結構 大小 電荷分布與結合位, 唯有能跟活性部位結合的受質才被催化 如 : 鎖鑰理論 3. 飽和 性 : 酵素的活化位被填滿時, 反應速率將達到飽和 4. 受輔性 : 有些酵素需要輔因子或輔酶來協助催化作用的進行 5. 受調性 : 酵素大多由蛋白質構成, 影響蛋白質的因素均能影響酵素的活性 例如 : 溫度 酸鹼值 重金屬離子 練習 : 1. 下列哪一項是擴散作用的必要條件? (A)ATP 的供應 (B) 水的參與 (C) 半透膜的分隔 (D) 分子的分布不均勻 2. 試判斷下列何者係處於低滲溶液的環境下?(A) 醃製臘肉 (B) 製作葡萄酒 (C) 紅血球置於清水中 (D) 水蘊草浸泡在某溶液中, 發生質離現象 3. 組成細胞膜的哪一種成分與便利性擴散作用的進行關係極密切?(A) 磷脂質 (B) 膽固醇 (C) 蛋白質 (D) 多醣類 4. 將某種植物的下表皮細胞置入甲 乙 丙 丁四種不同濃度糖溶液中, 經 20 分鐘後, 於顯微鏡下觀察切片中央部分的 30 個細胞, 計算原生質萎縮與否之細胞如下表 你認為哪種溶液的滲透壓 (O.P.) 最大? (A) 甲 (B) 乙 (C) 丙 (D) 丁 溶液種類甲乙丙丁結果萎縮細胞數 無萎縮細胞數 承上題, 四種糖溶液的濃度大小依序為 :(A) 甲乙丙丁 (B) 丙丁乙甲 (C) 甲乙丁丙 (D) 丁丙乙甲 6. 下列哪一圖可以表示滲透作用中分子的移動? (A) (B) (C) (D) 7. 酵素反應可以用鎖和鑰匙的關係來解釋, 稱為 鎖鑰假說, 此假說可以解釋下列哪些有關酵素的特性? ( 多選 ) (91 指考 ) (A) 受質專一性 (B) 反應後酵素分子結構不變 (C) 若酵素分子結構改變, 則受質無法結合 (D) 酵素的作用濃度有一定的範圍 (E) 酵素由蛋白質組成並由基因製造 1-4 第 3 頁

脂質 核酸 無機鹽 維 生 素 (1) 脂質含 C H O 三種元素 (2) 包括中性脂質 磷脂質 固醇類及蠟質等 甲 中性脂質 : (a) 又稱三酸甘油脂, 由一分子甘油 三分子脂肪酸組成 (b) 有供應能量 貯存能量 保溫禦寒和保護臟器等功能 脂肪 油 乙 磷脂質 : 飽和脂肪酸 ( 不含雙鍵

脂質 核酸 無機鹽 維 生 素 (1) 脂質含 C H O 三種元素 (2) 包括中性脂質 磷脂質 固醇類及蠟質等 甲 中性脂質 : (a) 又稱三酸甘油脂, 由一分子甘油 三分子脂肪酸組成 (b) 有供應能量 貯存能量 保溫禦寒和保護臟器等功能 脂肪 油 乙 磷脂質 : 飽和脂肪酸 ( 不含雙鍵 ( 一 ) 細胞的化學組成 : 水 醣類 蛋 白 質 A 組成細胞的主要元素 : 碳 氫 氧 氮等四大元素 B 細胞內的主要成分 : 性質 (1) 細胞內含量最多的分子, 約占人體重量的 70%, 不同生物體, 含水量不同, 同一生物的不同細胞, 含水量也不同 (2) 水分子中氧原子帶部分負電荷, 氫原子帶部分正電荷, 所以水分子有極性 : 甲 4 時密度最大, 因此水從表面結冰, 水中生物可在冰層下的水域中生存

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