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CHP3~5 細胞 (生物的Metabolism (為何要討論新陳代謝－生命與能量 (能量＝可以作功的量 (折損－但能量轉換過程中一定會折損,…
CHP3~5 細胞
生物的Metabolism
為何要討論新陳代謝－生命與能量
維持生命需要不斷的攝取能量
生物獲取、轉換、消耗、儲藏能量的過程，即為新陳代謝。
能量＝可以作功的量
折損－但能量轉換過程中一定會折損
轉換－各種形式的能量可以互相轉換
生物中能量的取得與儲藏
儲藏－吸能Endergonic反應＝化學鍵形成＝小分子組成大分子
使用－放能Exergonic反應＝化學建破壞＝大分子分為小分子
新陳代謝的基礎－酵素
功能
促進更快速的化學反應
提高身體能量利用的效率
參予者
基質Substrate
被反應物
酵素Enzyme
反應前中後不會改變
原理
酵素上有特定的活性位點Active sites。這些活性位點可以讓基質的化學鍵更容易進入過度態 transition state＝降低活化能，使分子更容易被破壞或形成
化學物質之於過度態＝岩石之於脆性極限
當我們試著要合兩個化合物為一、或是一個分子的分解時，是否能順利成功取決於分子是否具有足夠的動能或適當的化學鍵的相對距離與角度等因素，來進入transitions state。
透過營造出最適合合成與分解的環境by Active sites，便可以讓分子有比平時更好的條件進行反應
酵素幫助肌質達成過度態的方式
induced-fit model诱导契合模型
拉近基質間的距離
使基質的位置最佳化for反應
阻斷水分子
影響因素
溫度
基質有越多內能、動能、碰撞機率；酵素越容易變性
pH
人體酵素喜歡6~8度
鹽度
鹽度影響酵素結構中的氫鍵，造成變形
新陳代謝
定義
任何有
酵素參予
之細胞分解、生產有機物質的反應，稱為metabolic pathway
組合分子
Anabolic pathways合成代謝途徑
分解分子
Catabolic pathways分解代謝途徑
非線性途徑
Cyclic pathways循環代謝途徑
Krebs cycle
代謝過程的控制機制
目的
避免過度製造或不製造
原理
蛋白質的
形狀決定其功能
－改變形狀＝啟動／停用酵素
Feedback loop－產物的多寡會影響反應進行方向
回授機制
產物濃度變化
連帶產生 Regulatory molecules
此分子連接到allosteric site變構位點
酵素蛋白質結構改變
生產／停止生產／消滅產物
氧化還原機制
某能源source kick start分子分解，釋出電子+H+廢物
電子經過transfer chain，不斷釋出能量
能量被細胞利用
放完能量的e與氧、氫原子結合成水
光合作用
無氧呼吸作用
輔助因子cofactors
與酵素結合，穩定產物/酵素結構or其他功能，為酵素反應中必備的原子或分子（非蛋白質，常常為各種金屬阿）
輔助酵素Coenzymes
有機物質，可能在反應中被改變
常常擔任電子的捐贈／接收者
範例－ATP
ATP－Phosphorylation －ADP+Pi
透過吸能的磷化反應，ADP+Pi透過合成ATP來儲能
放能反應時，ATP合成以儲藏被放出的能量。
吸能反應時，ATP分解以提供吸能反應進行。
細胞的結構與功能
膜內
蛋白質/脂質的製造/修正/運輸、細胞廢棄物處理
內膜系統Endomembrane system
靠泡囊交換物質
高基氏體Golgi body
Refine/Purpose/Ship the protein and lipid by各種內涵的酵素
加工/出貨/品管區
獨立可移動囊泡
泡囊Vesicles
Endo-membrane <--> Cytoplasm|
貨車
Cytoplasm <--> Plasma membrane
含有酵素
過氧化物酶體Peroxisomes
專業清潔隊
溶酶體Lysosomes
= Compound specific enzyme
Sachs Disease戴薩克斯症-Lysosomes無法融解神經內的廢棄物質，造成堆積過量，促使神經細胞受損，五歲死亡。
與細胞核雙層膜的外膜連結的ER
內質網Endoplasmic Rariculum
細
Produce lipid
蛋白質、脂質生產區(附帶初階汙染處理區)
Waste recycle and disposal
有核醣體
粗
Produce Tertiary structure protein with ribosome using resource in cytoplasm
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細胞膜Plasma membrane
Fluid mosaic model
Fluid－所有細胞膜的基本元素：phospholipid像是一個膠狀液體，不會太僵硬也不會太水。
Mosaic－Membrane之中與之外卡有許多種功能性蛋白與醣類
Adhesion P
幫助細胞黏著於cell junctions等外部結構
Integrins整聯蛋白－建立細胞與膜外基質（ECM）間的結構與信息傳輸連結
Cadherins鈣粘蛋白－形成Adhereing junction
Recognition P
免疫系統（ex血型、器官移植排斥）
MHC
Receptors P
Insulin receptor、B cell receptor
Transport P
大分子、極性分子
Passive－不費力＝選擇性透膜by蛋白質通道的化學結構、順應濃度梯度
Porins孔蛋白－一個蛋白質組成的細胞膜通道
Active－費力＝消耗ATP、抵抗濃度梯度
鈣幫浦－吃ATP、送鈣出去、Seretonin(神經傳導物質，與情緒、學習、體溫有關)幫浦－回收S以再利用
Cotransporter協同轉運蛋白
同時幫助兩種以上物質運輸的蛋白
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氣體、非極性分子直接通過Bilayer，不用通過Transport P
擴散Diffusion
物質濃度梯度造成的物質移動
（不受其他共存物質影響）
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超大物質，不用通過Transport P
Endocytosis胞吸作用
細胞質<<<<細胞膜製造囊泡
囊泡包覆外來物質，送進物質
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Exocytosis胞吐作用
細胞質囊泡>>>>細胞膜
囊泡與細胞膜結合，送出物質
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Enzymes
細胞膜可以做為酵素與基質作用的穩定舞台
細胞質Cytoplasm
遺傳物質儲存、使用與進出管制
細胞核Nucleus
核膜Nuclear envelope
核孔Nuclear pores
RNA出入口
Double Lipdid bilayer|
內對核質，外接EU
核質Nucleoplasm
Ribosome factory
Chromatin and chromosme here~
核仁Nucleous
rRNA work here
mRNA factory
https://courses.lumenlearning.com/wm-biology1/chapter/reading-nucleus/
能量製造
粒線體Mirochondria
有氧
細胞質
Glycolysis糖酵解
（消耗醣類）
進入粒腺體Mirochondria matrix = 粒線體內部
Acetyl-CoA formation and Krebs cycle
克雷伯氏循環/三羧酸循環
（產出二氧化碳）
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Glycose + 2ATP = 4ATP + 2NADH + 2pyruvate
消耗2ATP+1葡萄糖
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無氧
Glycolysis糖酵解
同有氧，產2ATP
產出NAD，再供糖酵解使用
組成並維持細胞結構、形狀
協助細胞內物質移動
Cytoskeleton
包括
微管Microtubules
由微管蛋白(tubulin)組成的中空管狀結構
Motor protein = 電車
Microtubule and Microfilaments = 軌道
motor protein = 細胞內的物質電車
給予ATP，肌肉收縮、囊泡or其他物質的主動運輸
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細胞內部的鷹架
微絲Microfilaments
由肌動蛋白Globular protein actin組成
細胞膜的支撐結構
存在於脂質雙層膜的內部做為支撐結構。
細胞皮層Cell cortex = 細胞膜內側的細胞質、用於支撐。
中間絲Intermediate filaments
由各種纖維蛋白fibrous proteins組成
細胞內的鋼筋
膜外
細胞外基質Extracellular matrix
功能
骨頭
＝授磷與鈣硬化的膠原蛋白
本質
各種connective細胞所分泌的各種纖維蛋白、多胺物，隨功能而成分有所不同
細胞壁
Primary cell wall
軟、纖維素cellulose 組成、年輕植物細胞
Secondary cell wall
硬、木質素lignin組成、成年植物的根莖葉
表皮Cuticle
植物
蠟/蛋白質
防水、防蟲，
保護植物軟組織
的部分。
截肢動物
幾丁質(屬於polysaccharide)
Cell junctions
植物
胞間連絲Plasmodesmata
連結兩細胞的細胞質=
通道
動物
緊密連接tight junction
兩細胞的細胞膜間緊密結合，
不透水
附著連接adhering junctions
由特定蛋白質借由長入細胞膜間與cytoskeleton結合，把兩個細胞
釘
再一起，形成強力的
結構支撐。
縫隙連接gap junctions
兩細胞間形成
通道
的連接。
細胞的定義
細胞論
生命的最小單位
會透過現存細胞的分裂增殖
會傳地遺傳物質給後代細胞
最常見的兩種細胞
真核 vs 原核細胞
真核Eukaryotic
膜狀胞器+細胞核
Prokaryotic原核
其他配備
鞭毛Flagellum/菌毛Pilus
特殊細胞壁
Polysaccharide capsule
Rigid/Semi rigid
肽聚醣 Peptidoglycan/蛋白質
菌膜/生物模Biofilm
Biofilm－複數原核生物共享由多醣與蛋白質組成的膜，增加生存基率。如牙菌斑
沒有！！
細胞核
以類核Nucleoid取代
任何模狀胞器
主要配備
質體Plasmid
Plasmid－核DNA以外的圓環狀DNA，可以自行複製DNA。功能-像是一個額外的基因工具箱，增加生存力。主要發現於細菌以及少數植物等真核生物中。
類核Nucleoid
Nucleoid－原生生物細胞質中，遺傳物質集中的區域
核醣體Ribosome
Ribosome－依照DNA/RNA合成蛋白質的生產機
共通特徵
具核醣體Ribosome
DNA/RNA為遺傳物質
透過恐蛋白的結構，細胞膜可決定不同物質的滲透性＝Selective permeability通透性＝影響溶質的張力
使胞內環境不受胞外環境控制！
保持水分多寡、pH、廢棄物、營養鹽攝取/節制
細胞結構
Autophagy
自噬作用
功能
回收在利用細胞中的廢物
實施者
真核生物細胞
Lysosome
雙膜囊泡
機制
將細胞質中廢物包覆於雙膜囊泡，並將其傳遞至Lysosome進行分解
內膜系統
Endomembrane Sys
細胞核雙層膜的外膜所連通起來的
胺基酸
Pyruvate
脂肪
（內含的脂肪酸和Glycero兩者皆個別產出一個糖類/胺基酸的熱量）
Fatty acids
Glycerol
醣類
cytochrome c oxidase
負責將氧原子與H+轉換為水分子的酵素
還不知道為何此酵素死亡時，有氧呼吸作用便無法進行？？
