第一單元生命的特性 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 6CO 2+12H 2O 同化合成 異化分解 C 6H 12O 6+6O 2+6H 2O 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 ) - Chapter 1 1 -
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 膨壓改變 傾性 睡眠 觸發 捕蟲運動 與刺激方向無關 局部 可逆 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 龍騰版 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 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 ( 翰林版 ) 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 虎克 雷文霍克 布朗 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 ) 第一位真正觀察到活細胞 / 細菌的科學家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 許旺觀察動物, 提出 動物皆由細胞所構成 (1839 年 ) ( 早期的細胞學說 ) 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 ~ 1m B. 電子顯微鏡可觀察範圍為 0.1 nm ~ 10 μm (1) (2) 為許旺與許來登提出 (3) 為菲可提出 - Chapter 1 2 -
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 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 - Chapter 1 3 -
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 ) 與植物 ( 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 ) - Chapter 1 4 -
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 ( 康熹版 ) 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 蛋白質 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 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 核仁 染色質 膠狀物質, 核內代謝場所一個或數個, 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 - Chapter 1 5 -
( ) ( ) 岡山高中生物複習講義逸賢編著 8. 細胞質 (1). 功能與胞器類型 細胞質 膠狀物質 胞器 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 膜狀 ( 具脂雙層的膜 ) 非膜狀 ( 不具脂雙層的膜 ) (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 核糖體 中心體 Ps. 核糖體與內質網, 須用電子顯微鏡方能觀察 Ps. 染色體只需光學顯微鏡 (400 倍 ) 即可觀察其存在與分裂階段 (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 a. 可以協助細胞內的物質內質網表面有核糖體附運輸著的, 稱為粗糙內質網 ; b. 參與蛋白質 ( 粗糙型內質沒有核糖體附著的, 稱為網 ) 與脂質 ( 平滑型內質網 ) 平滑內質網的合成 / 修飾 - Chapter 1 6 -
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 ( 南一版 ) 核糖體 無膜 顆粒狀 a. 由 rrna 和蛋白質所組成 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 (3). 內膜系統的成員與功能 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 - Chapter 1 7 -
(4). 原核與真核細胞構造與功能之比較 構造 功能 植物細胞 真核細胞 動物細胞 原核 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 - Chapter 1 8 -
五. 細胞組成分子 1. 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 2. 醣類 (1). 大部分的醣類 C:H:O=1:2:1, 即 C:H2O=1:1, 故又稱為碳水化合物 Ps. 通式為 (CH2O)n, 但去氧核糖中的碳與水的比就不為 1:1 (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 有機物 : 蛋白質 / 醣類 脂質 核酸元素 : 氧 碳 氫 氮 水因具有極性而相互吸引 單醣分子結構特點 a. 組成核酸 (DNA 與 五碳糖 ( 含 5 個碳原子 ) RNA) 的成分之一 b. 第二個碳所接之官能 基不同 (OH vs H) 核糖 (C 5H 10O 5) 去氧核糖 (C 5H 10O 4) 六碳糖 ( 含 6 個碳原子 ) 葡萄糖 (C 6H 12O 6) 果糖 (C 6H 12O 6) 分子式相同 結構式不同, 互為同分異構物 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 - Chapter 1 9 -
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 ) 雙醣分子結構特點 麥芽糖 a. 麥芽糖存於萌發中的麥子 b. 由動物消化澱粉而產生 1 葡萄糖 + 1 葡萄糖 1 麥芽糖 + H 2O 蔗糖 1 葡萄糖 + 1 果糖 1 蔗糖 + H 2O 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 a. 大多存於動物的乳汁中 1 葡萄糖 + 1 半乳糖 1 乳糖 + H 2O 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 - Chapter 1 10 -
3. 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 甘油 *1+ 脂肪酸 *3 ( 脫去 3 分子水 ) 若分子內脂肪酸為飽提供 / 儲存熱量 防中性脂質和脂肪酸, 則形成脂止熱量散失 ( 保溫 ) ( 三酸甘油酯 ) 肪 ; 若以不飽和脂肪及保護臟器酸為主, 則形成油 甘油 *1+ 脂肪酸 *2+ 磷脂質 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 4. 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 - Chapter 1 11 -
(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 ) 5. 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 DNA ( 去氧核糖核酸 ) RNA ( 核糖核酸 ) 五碳醣含氮鹼基形態功能 去氧核糖 A G C T 雙股 遺傳物質可攜帶遺傳訊息 核糖 A G C U 單股與蛋白質合成有關 6. 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 ) - Chapter 1 12 -
7. 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 組成元素 H O C H O C H O P C H O N S C H O N P 構造單位 單醣 脂肪酸 甘油 胺基酸 核苷酸 提供能量否 可 可 可 否 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 2. 不同類型之運輸特性 物質運輸蛋白 動力 專一性 簡單擴散 無 濃度差 無 細胞運輸 被動運輸 促進性擴散滲透 水 通道 / 載體蛋白無 / 通道蛋白 濃度差濃度差 主動運輸 載體蛋白 能量 ATP - Chapter 1 13 -
(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 水的進出細胞速率相等向細胞內滲透移動 ( 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 ) - Chapter 1 14 -
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 銅 錳 b. 抑制活性 : 鉛 (Pb 2+ ) 汞(Hg 2+ ) 鎘(Cd 2+ ) 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 - Chapter 1 15 -
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 ) 光合作用呼吸作用光能 醣類 ATP 生理反應 轉存 轉存 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, 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 ( 龍騰版 ) ( 取自康熹版 ) (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 ( 龍騰版 ) (3). 因能量的利用 / 儲存, 造成不同能量形式的轉換 (ATP ADP) ATP/ADP 能量 反應影響 比值 高 充足 供應需能反應 ( 合成 同化 ) 進行 低 不足 促進釋能反應 ( 分解 異化 ) 進行 - Chapter 1 16 -
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 (4). 反應流程 醣類的反應 ( 碳反應 ) 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 位置葉綠囊基質 反應 過程 能量 轉換 反應式 影響因子 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 將太陽能轉換成化學能, 貯存在 ATP 與 NADPH 分子中 H2O+ADP+Pi+NADP + O2+ATP+NADPH 與光照無直接關係, 需有光反應 的能量產物方能發生 利用光反應產生的 ATP 和 NADPH, 將 CO2 固定成醣類 將 ATP 和 NADPH 中的化學能轉 存於醣類分子中 CO2+ATP+NADPH C6H12O6+ADP+Pi+NADP + 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 - Chapter 1 17 -
(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 - Chapter 1 18 -
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 C6H12O6 2C2H5OH( 酒精 )+2CO2+2ATP 有 酵母菌 植物細胞 乳酸發酵 質 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 產生的能量較多 (36 或 38 ATP) 酒精發酵 : 酒精 +CO2 乳酸發酵 : 乳酸 較少 (2ATP) - Chapter 1 19 -
(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 (ˇ); 碳反應 ( ) 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) - Chapter 1 20 -