重要知識點回顧：

1. Prokaryotic cell 和 Eukaryotic cell的外部和內部結構、細胞器等
2. 光學顯微鏡 light microscrope 和電子顯微鏡 electron microscope 的區別，這些工具怎麼幫助我們瞭解細胞結構
3. 通過觀察顯微鏡畫出細胞的顯微結構

Two broad categories of cells

我們接觸到的3種細胞可以分為兩個大類，真核細胞和原核細胞。細菌（bacteria）和古細菌（Archaea） 歸為原核類，剩下的植物動物真菌原生生物歸為真核類。

• pro- = before; -karyon- = nucleus
• eu- = true
• Archaea are a unique group of organisms and likely evolved in harsh conditions of early Earth and are still prevalent today in extreme environments, such as hot springs and polar regions.

所有的細胞都有以下四種組分：

1. plasma membrane
2. cytoplasm
3. DNA
4. ribosomes

Prokaryotic cells

1.2.U1 Prokaryotes have a simple cell structure without compartmentalization.

原核細胞的定義

1. 沒有細胞核以及細胞內沒有膜包被的細胞器的一類細胞
2. 所有的細菌（bacteria）都屬於（prokaryotes）
3. 原核細胞比真核細胞要小
4. non-compartmentalized structure
5. 正由於原核細胞的簡單，科學傢推測其為地球上最先出現的細胞類型，真核細胞隨之演化

原核細胞的結構和功能 function of all the structures

1. 莢膜（Capsule）：polysaccharide capsule保護功能，還能夠讓細菌粘附在某些介質上
2. 細胞壁（Cell wall）：包圍整個細胞，防止細胞bursting，主要成分是肽聚糖（peptidoglycan），功能是maintain its shape（support） and prevents dehydration（protection）
3. 細胞膜（Cell/Plasma membrane）：控制物質進出細胞
4. 菌毛（Pilus/pili）：某些細菌有這個結構，可用於與其他細菌attach在一起進行遺傳物質的交換，這個過程叫做conjugation；另外還可以做附著在其他物體表面的作用
5. 鞭毛（Flagellum/Flagella）：某些細菌有這個結構用於運動locomotion
6. 擬核區（Nucleoid）：naked DNA（因為不像真核生物一樣DNA繞在組蛋白上）集中所在的深色區域
7. 質粒（Plasmid）：環狀DNA分子，與細菌的抗性相關
8. 細胞質（Cytoplasm）：膠狀液體部分，包含擬核，核糖體以及各種酶
9. 核糖體（Ribosome）：合成蛋白質的場所，70S*，比真核的要小

*S表示沉降速率（sediment rate），大的細胞器沉降越快，所以看到真核細胞的核糖體為80S。（題外話：Theodor Svedberg這個科學傢發現這個現象，有說S指代他的名字。）

原核細胞，引自 Concepts of Biology, an OpenStax resource

Eukaryotic cells different from prokaryotes

1.2.U2 Eukaryotes have a compartmentalized cell structure.

真核生物擁有許多原核生物沒有的結構，這些結構我們稱為細胞器（organelles），有時會看到用“compartments”這個單詞去表示。細胞器可以簡單理解為細胞裡面的機器，能夠執行特定的功能。分區的優勢主要有以下幾點：

• 催化某些反應或執行某一特定功能的酶可以在特定的區域集中而不是散佈在整個細胞質，這樣可以提高效率
• 某些反應需要的pH稍有差別，分區可以達到在一個細胞中不同區域有不同pH值而使特定反應達到最佳
• 一些對細胞有破壞性的物質比如消化酶可以被包裹在一個分區（溶酶體）

真核細胞的結構和功能 function of all the structures

1. 核糖體（Ribosome）：合成蛋白質的場所，80S。存在形式有兩種，一種是遊離在細胞質中的核糖體，用於合成細胞自身使用的蛋白質；另一種結合在rER上面，用於合成分泌型蛋白質
2. 粗面內質網（Rough endoplasmic reticulum/ rER）：在顯微圖中容易識別的特點是它會連著細胞核，因為有核糖體附著在上面，是分泌型蛋白質產生的產所
3. 高爾基體（Golgi Apparatus）：在大多數真核細胞中存在，用於接收和加工來自rER的大分子物質比如分泌型蛋白質。（post office）
4. 溶酶體（Lysosome）：由rER和高爾基體形成的單層膜結構細胞器，內含酸性水解酶，用於消化老化的細胞器以及一些食物顆粒，病毒細菌等
5. 滑面內質網（Smooth endoplasmic reticulum/ sER）：產生脂質和解毒（detoxification）的產所
6. 細胞核（Nucleus）：細胞的控制中心，內含細胞的大部分DNA，雙層膜（two layers of phospholipids，nuclear envelope）包著，膜上有核孔可供小分子物質進出。通過控制基因的表達調控整個細胞的活動。（brain）
7. 核仁（Nucleolus）：核糖體亞單位（ribosomal subunits）的合成產所
8. 線粒體（Mitochondria）：雙層膜結構的細胞器，用於有氧呼吸（aerobic cellular respiration）產生ATP。擁有自己的DNA。內部有高度折疊的嵴（cristae），目的是增加表面積供氧化磷酸化（oxidative phosphorylation ）反應發生產生更多ATP。內膜包圍著的范圍稱為基質（matrix），是Kreb’s cycle發生的場所。（powerhouse）

典型動物細胞，引自 Concepts of Biology, an OpenStax resource典型植物細胞，引自 Concepts of Biology, an OpenStax resource

比較真核和原核細胞的結構和功能

5fdcfbc3cf212ea8ee62d99fafcc2cbc真核原核區別，引自 Biology for the IB Diploma. Cambridge University Press.

考試時候如果要求distinguish兩種細胞，記得要寫出不同點，才能得分。記住是不同點。

1.2.A2 Prokaryotes divide by binary fission.

原核生物一般以單細胞出現，真核生物可以是單細胞或多細胞。兩種細胞類型除瞭在結構和功能上有區別外，在細胞分裂的方式上也有區別。真核細胞通過有絲分裂（mitosis）進行，原核生物通過二分裂進行（binary fision）繁殖。二分裂是一種無性生殖方式，形成的細胞完全一樣，並且繁殖速度非常快。

原核真核細胞顯微圖識別與繪畫

1.2.S1 Drawings of the ultrastructure of prokaryotic cells based on electron micrographs.

1.2.S2 Drawings of the ultrastructure of eukaryotic cells based on electron micrographs.

1.2.S3 Interpretations of electron micrographs to identify organelles and deduce the function of specialized cells.

74f02b3366ca8e043d6eb82d2533f0bc原核細胞畫圖，引自 Biology for the IB Diploma. Cambridge University Press.真核細胞畫圖，引自 Biology for the IB Diploma. Cambridge University Press.Liver cell 9000X，引自 Biology for the IB Diploma. Cambridge University Press.Plant cell 5600X，引自 Biology for the IB Diploma. Cambridge University Press.

考試的時候會要求你會畫出典型的原核細胞和真核細胞，還有識別電子顯微鏡下肝臟細胞的結構，以上4張圖要多翻看復習。

比較動植物細胞的結構和功能

1.2.A1 Structure and function of organelles within exocrine gland cells of the pancreas and within palisade mesophyll cells of the leaf.

動植物細胞結構對比，引自 Biology for the IB Diploma. Cambridge University Press.

植物與動物幾個結構區別：

• 細胞壁：纖維素構成，起保護和支撐作用（聯系到osmosis，不會吸水漲破）
• 葉綠體：自養型生物的植物通過葉綠體產生碳水化合物
• 大液泡：維持細胞形態，產生turgor pressure。動物細胞會有小液泡，儲存一些液體，但是沒有支撐細胞形態的作用，因為太小瞭
• 中心粒：動物細胞有中心粒協助分裂過程，植物細胞沒有
• 形態：植物細胞一般呈square，動物細胞可以是各種形狀
• 儲能方式：植物以淀粉為主要糖類儲存物質，動物則以糖原為主

Microscope

1.2.U3 Electron microscopes have a much higher resolution than light microscopes.

顯微鏡的發明讓我們可以觀察到肉眼看不到的世界，電子顯微鏡比光學顯微鏡更加先進（resolution and magnification）：

• 分辨率更高（higher resolution，可以看得更清晰，這是因為它使用的電子束波長更短 an electron beam has a much shorter wavelength）
• 更高的放大倍數（可以看到更細微的結構）

電子顯微鏡的局限性表現在它隻能用於觀測死的樣本並且看到的圖像是黑白的（monochrome），如果要觀察活細胞或有顏色的樣本還需要用到光學顯微鏡。

6b0e6addf14c8906345c299bbf3b23da引自 Biology for the IB Diploma (2nd ed.). Hodder Education.

練習題

• 鏈接為Google Forms形式的20道練習題，做完提交後會顯示分數和正確答案。
• 習題副本如有需要請在末尾選擇“Send me a copy of my responses.”，系統會發送到你填寫的郵箱。

Short answer question

• State two differences in structure between plant and animal cells. [2 marks]
• Draw a labelled diagram of the ultrastructure of Escherichia coli as an example of a prokaryote. [4 marks]
• The electron micrograph below shows an E. coli cell.Identify the structures labelled A and B in the electron micrograph above and state one function of each. [4 marks]

• Compare prokaryotic and eukaryotic cells. [3 marks]