MING CHUAN UNIVERSITY
講 師 : 許綸中
大學通識課程
生命科學
細胞與微生物
https://sites.google.com/view/ribowsone/
Robert. H. Whittaker
https://zh.wikipedia.org/wiki/生命科學
生命科學包括所有對生物(微生
物、動物、植物等)進行研究的
科學領域,也包括對相關領域的
考量,比如生物倫理學。
生命科學緒論 植物界 動物界
原生生物界
原核生物界 ( 共同祖先 )
菌物界
1969年懷塔克提出
的五界系統(英語:
five kingdoms, 動
物界、植物界、真
菌界、原生生物界
與原核生物界)。
微生物學 植物界 動物界
原生生物界
原核生物界 ( 共同祖先 )
菌物界
微生物學研究包括 :
⚫ 病毒
⚫ 原核生物
⚫ 簡單的真核生物(單細胞)
目前,微生物學的最主要工作是用生
物化學和遺傳學方法完成的。由於很
多病原(像是造成植物病害的病原)
都可以算是廣義的微生物,微生物學
也和病理學、免疫學和流行病學密切
相關。微生物學對生物學和醫學也有
基礎性的貢獻,尤其在生物化學、遺
傳學和細胞生物學領域。
https://zh.wikipedia.org/wiki/微生物学
生物有許多特性,但就生命現象,可針對五大特徵 :
新陳代謝 發育與生長
感應 運動 生殖作用
生命現象五大特徵 :
新陳代謝
⚫ 生物體進行各種 合成 及 分解 的化學反應。
⚫ 合成作用 : 可使 小分子 轉變為 大分子。
⚫ 分解作用 : 將 大分子 轉變成 小分子。
⚫ 生物體不斷地氧化、分解體內的有機物質等,皆屬於新陳代謝。
人吃食物
分解作用 得到
小分子 氨基酸
細胞進行合成作用 :
將 氨基酸(小分子)合
成 蛋白質(大分子) 蛋白質建構人體
發育與生長
⚫ 生長 : 生物體的 體積 或 細胞數量 增長。
⚫ 發育 : 細胞數量增加後,形成各種不同功能的細胞、組織和器官。
絲瓜的生長 :
⚫ 從小種子開始,植物體積變大、
細胞數變多為生長。
⚫ 形成根、莖、葉、花、果 等不同
功能的細胞、組織和器官 為發育。
生命現象五大特徵 :
生命現象五大特徵 :
植物的向觸性 :
莖、葉 會往上長,
以便接觸陽光行光
合作合成養分。
根則往下長以固定
植物與吸收水分。
s
感應
⚫ 生物體感受到外界或內在刺激而有的生理反應。
⚫ 此種反應可以維持生物體內的恆定,進一步應付外界環境的變化。
外在天氣變冷,皮膚發生雞皮
疙瘩豎起汗毛的生理反應,如
此可以減少體溫散失,維持生
物體內溫度的恆定,抵抗外界
環境的變化。
https://youtu.be/mWxs_KwfLPs
生命現象五大特徵 : 有感應、會運動、吃葷的植物
https://youtu.be/7pR7TNzJ_pA
https://youtu.be/aWItglvTiLc
運動
⚫ 生物體為了覓食、逃避危險、求偶 或 感應
外在環境刺激 等,所產生的移動或變化。
生命現象五大特徵 :
變形蟲,拉丁文為Amoeba,中文音譯為阿米巴,所以也叫做阿米巴原蟲、阿米巴變形蟲
或阿米巴蟲或稱食腦蟲(透過感染鼻腔而進入腦部感染的死亡率高達九成)。是一種單細
胞原生動物,僅由一個細胞構成,可以根據需要改變體形,因而得名變形蟲。
植物界 動物界
原生生物界
原核生物界 ( 共同祖先 )
菌物界
原生生物
原生生物是真核生物中最原始的一群,大部
分為單細胞,少數為多細胞。原生生物界包
括原生動物、藻類、水黴菌、黏菌,均具有
細胞核,細胞質內具有多種胞器,生殖細胞
大多具有鞭毛。
生殖作用
⚫ 生物體繁衍後代增加個體數目的方法。
⚫ 經由有性或無性生殖的過程,親代將遺傳性狀傳
遞至子代,以達到傳承的目的。
1917年出生的阿祖,和1995年出生
的曾孫,這是雙胞胎兄弟吧!
相隔87年的阿祖和曾孫女,感謝
阿祖遺傳的好基因。
貝克漢 與 兒子們 ,繁衍後代增
加個體數目就像這樣!
生命現象五大特徵 :
病毒 (virus)是由一個核酸分子(DNA或RNA)與蛋白質構成的非細胞形態,靠寄生生活
的介於生命體及非生命體之間的有機物種,它既不是生物亦不是非生物,目前不把它歸於
五界。
各種病毒
生命現象五大特徵 : 病毒全都沒有!!!
病毒 必須藉由寄生的對象(宿主細胞)幫忙複製
噬菌體(bacteriophage)是病毒的一種,其特別之處是專以細菌為宿主
噬菌體
細菌 (宿主)
Step1
噬菌體病毒注入自
己的遺傳物質
Step2
複製的工作全由
宿主執行
Step3
離開,宿主有些會被破
壞,有些不會,視病毒
的種類而定。
https://youtu.be/uFXuxGuT7H8
細菌病毒 噬菌體 生活史
病毒 必須藉由寄生的對象(宿主細胞)幫忙複製
Step1
進入植物細胞
植物病毒
Step2
複製的工作全由
宿主執行
Step3
離開,宿主有些
會被破壞,有些
不會,視病毒的
種類而定。
被病毒感染的葉子
偏白的葉子部分被病毒感染,受
感染部分之後會乾枯凋萎,釋放
出來的病毒會繼續蔓延 。
病毒 必須藉由寄生的對象(宿主細胞)幫忙複製
動物病毒 Step1
進入動物細胞
Step2
複製的工作全由
宿主執行
Step3
離開,宿主有些
會被破壞,有些
不會,視病毒的
種類而定。
感染的專一性
⚫ 腸病毒:針對腸細胞
⚫ 肝病毒:針對肝臟
⚫ 愛滋病毒:針對特定白血
球細胞
⚫ 流感病毒:針對呼吸器官
https://youtu.be/Rpj0emEGShQ
https://youtu.be/MjSnuAdg4Wc
病毒如何入侵細胞
肺泡
最終血氧交換之處
肺
白血球
單一 一顆肺泡
細菌
細菌、病毒破壞細胞,白血球的攻
擊反應,都會導致額外的膿、液體。
膿、液體 無法排出,造成肺浸潤、
積水,最終造成患者無法呼吸窒息
死亡。解救方式為安裝ECMO
https://youtu.be/FiETnE4as5M
體外膜氧合extra-corporeal membrane oxygenation
縮寫ECMO,音譯俗稱「葉克膜」
蛋白質外殼和遺傳物質(DNA或RNA)的核心,因此人類利用此一特性將特
定基因包覆入病毒中,作為基因工程的載體,將基因送入特定細胞中。
病毒簡單說就是內部包遺傳物質的一團分子
細胞的發現
西元1665年,英國科
學家虎克 設計了一
個可以放大30倍的顯
微鏡。
並用此顯微鏡觀察
軟木塞薄片,發現
許多蜂窩狀且中空
的小格子,虎克稱
此構造為細胞。
細胞的發現
同時期的另一位荷蘭科學家雷文霍克 ,磨製了放大倍率300倍的鏡
片,並從池水中發現微生物,也觀察到動物的血球及精子。
之後的德國動物
學家許旺及植物
學家許來登,也
分別從動物、植
物的觀察中得到
相同的結論。
細胞的發現
直到1855年德國的生理學家菲可(Rudolf
Virchow),確立了細胞學說的概念,其
內容可歸納為三點~
 細胞學說之三要點:
⚫ 生物體皆由細胞所構成。
⚫ 細胞為一切生物構造與功能的基本單位
⚫ 細胞由上一代的細胞分裂而來
細胞的構造與功能
⚫ 一般細胞大小約
1~100微米(μm)
⚫ 最大-駝鳥卵黃;最
長-神經細胞;最小
-細菌 (原核細胞)
原核細胞
真核細胞
細胞依細胞核的有無分為 原核細胞 與 真核細胞
https://youtu.be/thjzRSoCZwY
蛋是一顆細胞?
植物界 動物界
原生生物界
原核生物界 ( 共同祖先 )
菌物界
細菌結構簡單,沒有細胞核,故稱原核
生物,是地球上最早的生物,以單細胞
存在。
細菌種類繁多,於生物五界分類中,歸類
為原核生物界,是地球上所有生物的共同
祖先。
原核生物界
原核細胞(細菌)構造
⚫ 較原始的細胞形式
⚫ 具有細胞壁、細胞膜、細胞質。
⚫ 遺傳物質DNA及沒有核膜包圍
(沒細胞核)。
⚫ 沒有膜狀胞器。
⚫ 所有的細菌 都是原核細胞。
細胞的構造與功能
細菌種類
植物界 動物界
原生生物界
原核生物界 ( 共同祖先 )
菌物界
動物、植物界
此部分課程只討論細胞層次,雖然
動、植物界生物全為多細胞生物。
真核細胞 : 動物細胞 與 植物細胞
細胞的構造與功能
框起來的為植
物才有的胞器
細胞的構造與功能
細胞膜
⚫ 細胞膜位於細胞表
面,為細胞與環境
的分界。
⚫ 只有部分物質可自
由通過細胞膜,故
稱選擇性膜。
⚫ 細胞膜主要由磷脂
質分子排列而成的
雙層構造組成,稱
為磷脂雙層。
⚫ 部分膜上的蛋白質
可以協助細胞內外
物質的運輸。
細胞的構造與功能
細胞壁
細菌、藻類、菌
類 和 植物細胞
的細胞膜外圍都
有堅硬的細胞壁,
用以維持細胞形
狀和保護細胞。
細胞的構造與功能
細胞核
⚫ 細胞的生命中樞。
⚫ 核膜是雙層膜的構造
⚫ 核孔 為 細胞核 與 細胞質 間物質進
出的管道。
⚫ 核質-含有蛋白質、DNA、RNA
⚫ 有DNA和蛋白質所組成的細絲狀
染色質
⚫ 染色質於細胞分裂時形成粗短狀
染色體
⚫ 核仁-可數個,無膜,由蛋白質和
RNA組成-為合成核糖體的場所
⚫ 位於細胞膜和核膜之間的空間
包括 細胞基質 和 胞器。
⚫ 細胞基質含有水分、無機鹽類、
蛋白質和代謝物質等,呈半流
體的膠態狀。
⚫ 是細胞內許多代謝反應進行的
場所。
細胞的構造與功能
細胞質
胞器的構造與功能
內質網
⚫ 內質網是由膜形成的網狀構造,散佈於細胞質內。
⚫ 內質網可分為兩種 : ⚫ 平滑內質網 : 無核醣體附著。
⚫ 粗糙內質網 : 有核醣體附著。
胞器的構造與功能
高基氏體
⚫ 由數個膜狀扁平囊堆
疊而成。
⚫ 在粗糙內質網上的核
醣體合成的蛋白質,
會運送至高基氏體的
囊內,再由運送小囊
運至其他 胞器 或 分泌
至細胞外。
胞器的構造與功能
溶體
⚫ 單層膜胞器,內含有消化分解 蛋
白質、多醣、核酸 等 大分子的水
解酵素(水解即分解的意思)。
⚫ 人類白血球吞噬病原體後形成的
吞噬小泡,可與溶體結合以摧毀
病原體。
⚫ 無用的細胞 或 組織 亦可由溶體
酵素分解。
白血球的運作
被吞進白血球中的細菌
正準備進入溶解細菌的溶體
溶體
正準備進入溶解細菌的溶體
被吞進白血球中的細菌
胞器的構造與功能
液胞
⚫ 單層膜的囊泡
⚫ 在成熟的植物細胞具有大型
液胞,可貯存水分和暫時不
用的物質。
⚫ 動物細胞的液胞較小,常呈
現不同的形態與功能,例如
原生生物的伸縮泡和食泡。
胞器的構造與功能
粒線體
⚫ 具有雙層膜,外膜平滑,內膜向內凹
陷形成許多皺褶。
⚫ 是細胞的能量工廠,合成能量的地方。
胞器的構造與功能
葉綠體
⚫ 是植物及藻類特有之雙層膜胞器。
⚫ 內含多種光和色素與酵素,世光合成作用之構造。
⚫ 可利用光能將水和二氧化碳和成葡萄糖
葡萄糖(C6H12O6)
胞器的構造與功能
核醣體
⚫ 沒有膜包圍。
⚫ 附著於內質網上。
⚫ 由 蛋白質 與 RNA 組成
⚫ 功能與蛋白質的合成有關
胞器的構造與功能
中心粒
⚫ 種子植物缺乏,非膜狀,細胞核附近。
⚫ 兩圓柱狀次單位垂直排列
⚫ 動物細胞分裂時,幫助染色體分離。
植物界 動物界
原生生物界
原核生物界 ( 共同祖先 )
菌物界
菌物界
是真核生物中的一大
類群,包含酵母、黴
菌之類的微生物以及
為人熟知的菇類。
酵母菌
單細胞生物
黴菌
多細胞生物
常見的真菌如製作麵包的酵母菌、食用的蕈類、使食物發霉的黴菌
等,少數的真菌如酵母菌為單細胞,其他的真菌為多細胞。
真菌主要的三種型態 : 蕈類、黴菌、 酵母菌
蕈類 酵母菌為單細胞黴菌
https://youtu.be/c5rhnswuPe4
叢林裡的真菌 使 枯枝、落葉 腐爛,分解後的分子重回
環境,再度循環。
⚫常見的香菇 多細胞體的真菌
⚫可行 有性生殖 和 無性生殖。
⚫會形成胞子在空氣中傳播。
菇類都是真菌(多細胞生物)
https://youtu.be/puDkLFcCZyI
影片中像煙霧的部分,就是飄散中的胞子
使麵包腐爛的真菌 ~ 黴菌
黴菌 也是 真菌(多細胞生物)
使麵包腐爛的真菌 ~ 黴菌
https://youtu.be/XEUQFRHm-28
黴菌生長 縮時攝影
http://www.appledaily.com.tw/appledaily/article/headline/20130714/35149382/蘋果食測王:過期2周7-11全家麵包沒發霉
藍乳酪又稱藍紋乾酪、藍芝士、藍起司,是乾酪的一種,特點是以
青黴菌發酵而成,使其表面有一些藍色的斑紋。藍乾酪可以用牛奶
或羊奶製成。 http://zh.wikipedia.org/wiki/藍乾酪
黴菌 ~發霉照吃
https://youtu.be/TQDZiTKNyzg
https://youtu.be/tekI8FGtGz0
黴菌 ~發霉照吃
https://www.facebook.com/KFK.Biotech/timeline
菌絲體階段的真菌
靈芝、牛樟芝 也是真菌(多細胞生物)
所以,孢子、菌絲體和子實
體,是靈芝生活週期的三個
不同的階段。
菌絲體階段的真菌
孢子
子實體初期
靈芝、牛樟芝 也是真菌(多細胞生物)
酵母菌的應用
酵母菌 也是 真菌(單細胞生物)
生麵團
酵母菌
發酵生麵團
大部分做成麵包
留一小部分
加入新的生麵團
養起來,每次發酵都從這
一團取一部分,再補進新
麵團,一直養著。
老麵 : 一直持續養著酵母菌的麵團
寄生在動物上的真菌~感染皮膚的 癬
⚫ 冬蟲夏草是一種低溫的蟲生真菌寄生於昆蟲內之真菌,
目前有400多個品種。
⚫ 真菌寄生在蟲體上。冬天真菌生長慢,只看得到蟲體;夏
天時真菌生長快,得到真菌的子實體故稱「冬蟲夏草」
冬蟲夏草 ~ 寄生在昆蟲的真菌
https://youtu.be/DPMlwJwN6rE
冬蟲夏草 ~ 寄生在昆蟲的真菌
https://youtu.be/XuKjBIBBAL8
寄生在昆蟲的真菌
08 細胞與微生物

08 細胞與微生物