夜黎本文章內容基於萊斯大學 OpenStax 的 Anatomy and Physiology 2e，由夜黎重新編輯。（根據本書前言中的創用 CC BY 4.0 聲明）
原文傳送門：<3> The Cellular Level of Organization — Chapter Review
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3.1 細胞膜
細胞膜〔cell membrane〕在細胞周圍提供屏障，將其內部成分與細胞外環境分開。 它由磷脂雙層〔phospholipid bilayer〕組成，具有疏水性內部脂質“尾”和親水性外部磷酸鹽“頭”。 各種膜蛋白〔membrane proteins〕散佈在整個雙層中，既插入其中又附著在其周圍。 細胞膜具有選擇性滲透性〔selectively permeable〕，僅允許有限數量的物質擴散通過其脂質雙層。 所有穿過膜的材料都使用被動（不需要能量）或主動（需要能量）傳輸過程。 在被動運輸過程中，材料透過簡單擴散或透過膜的促進擴散，沿著其濃度梯度移動。 水透過稱為滲透〔osmosis〕的擴散過程穿過膜。 在主動運輸過程中，能量被消耗以幫助物質沿著與濃度梯度相反的方向穿過膜。 主動運輸可以在蛋白質幫補的幫助下或透過使用囊泡來進行。
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3.2 細胞質和細胞器
活細胞的內部環境由一種稱為胞質液〔cytosol〕的液體、膠狀物質組成，它主要由水組成，但也含有各種溶解的營養物質和其他分子。 細胞包含一系列細胞器〔cellular organelles〕，每個細胞器都執行獨特的功能，並有助於維持細胞的健康和活性。 胞質液和細胞器共同組成了細胞的細胞質〔cytoplasm〕。 大多數細胞器都被類似細胞膜的脂質膜包圍。 內質網（ER）〔endoplasmic reticulum〕、高基氏體〔Golgi apparatus〕和溶酶體〔lysosomes〕共享功能連接，統稱為內膜系統〔endomembrane system〕。 內質網有兩種類型：平滑型和粗糙型。 光滑內質網〔smooth ER〕執行許多功能，包括脂質合成和離子儲存，而粗糙內質網〔rough ER〕主要負責使用其相關核醣體合成蛋白質。 粗糙內質網〔rough ER〕將新產生的蛋白質發送到高基氏體，在那裡它們被修飾和包裝，以輸送到細胞內外的各個位置。 這些蛋白質產品中的一些是酶，旨在分解不需要的物質，並被打包成溶酶體以在細胞內使用。
細胞也含有粒線體〔mitochondria〕和過氧化物酶體〔peroxisomes〕，它們分別是負責〝產生細胞能量供應〞和〝解毒某些化學物質〞的細胞器。 粒線體內的生化反應將能量攜帶分子轉化為可用的細胞能量形式，即 ATP。 過氧化物酶體含有將自由基〔free radicals〕等有害物質轉化為氧氣和水的酶。 細胞還含有一個微型的蛋白絲“骨架〔skeleton〕”，並延伸到整個細胞內部。 三種不同類型的絲組成了這種細胞骨架〔cytoskeleton〕（按厚度遞增的順序）：微絲〔microfilaments〕、中間絲〔intermediate filaments〕和微管〔microtubules〕。 每個細胞骨架成分都執行獨特的功能，並為細胞提供支撐框架。
3.3 細胞核和DNA複製
細胞核〔nucleus〕是細胞的指揮中心，包含細胞將製造的所有材料（以及它可以執行的所有功能）的遺傳指令。 細胞核被包裹在兩個並排互連的脂質雙層膜內。 這個核膜（核被膜）〔nuclear envelope〕佈滿了蛋白質排列的孔，讓物質進出細胞核。 細胞核含有一個或多個核仁〔nucleoli〕，作為核醣體合成的位點。 細胞核內含有細胞的遺傳物質：DNA。 DNA 通常被發現是細胞核內一種鬆散的結構，稱為染色質〔chromatin〕，在細胞核中它被捲起並與各種組織蛋白〔histone proteins〕相關聯。 當細胞即將分裂時，染色質緊密捲曲並凝縮形成染色體〔chromosomes〕。
你的體內有一群不斷分裂的細胞。 結果是每天都會產生數十億個新細胞。 在任何細胞準備分裂之前，它必須複製其 DNA，以便每個新的子細胞都能獲得生物體基因組的精確副本。 DNA 複製過程中需要使用到多種酶。 這些酶解開 DNA 分子，分離成兩股〔strands〕，並協助沿著每條母鏈建立互補股。 原始 DNA 股作為模板，確定並合成新股的核苷酸序列。 當複製完成時，存在兩個相同的 DNA 分子。 每一條包含一條原始股和一條新合成的互補股。
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3.4 蛋白質合成
DNA 儲存〝引導細胞執行其所有功能〞所需的信息。 細胞利用 DNA 中儲存的遺傳密碼建構蛋白質，最終決定細胞的結構和功能。 這種遺傳密碼存在於沿著 DNA 分子構成每個基因的特定核苷酸序列〔particular sequence of nucleotides〕中。 若要 “讀取〔read〕” 此密碼，細胞必須執行兩個連續步驟。 第一步，轉錄〔transcription〕，DNA 代碼被轉換為 RNA 代碼。 與特定基因互補的信使 RNA 分子的合成過程類似於 DNA 複製。 mRNA 分子提供合成蛋白質的密碼。 在翻譯過程中，mRNA 附著在核醣體上。 接下來，tRNA 分子將適當的胺基酸一一運送到核醣體，由 mRNA 上的連續三聯體密碼子〔triplet codons〕編碼，直到蛋白質完全合成。 完成後，mRNA 從核醣體分離，蛋白質被釋放。 通常，多個核醣體同時附著在單一 mRNA 分子上，這樣可以同時從 mRNA 製造多種蛋白質。
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3.5 細胞生長和分裂
細胞的生命由構成細胞週期〔cell cycle〕的階段所組成。 細胞出生後，在準備好自我複製並產生子細胞之前會經歷一個間期〔interphase〕。 此間期包括兩個間隙期〔gap phases〕（G1 和 G2）以及一個 S 期，在此期間 DNA 進行複製，為細胞分裂做準備。 細胞週期受到細胞內外化學信使的精確調節，這些信使提供從一個階段到下一階段的 “停止〔stop〕” 和 “開始〔go〕” 訊號。 這些訊號的失敗可能導致細胞繼續不受控制地分裂，從而導致癌症。
一旦細胞完成間期並準備好進行細胞分裂，它就會經歷四個不同的有絲分裂〔mitosis〕階段（前期〔prophase〕、中期〔metaphase〕、後期〔anaphase〕和末期〔telophase〕）。 末期之後是細胞質分裂〔division of the cytoplasm〕（細胞質分裂〔cytokinesis〕），產生兩個子細胞。 這個過程發生在身體所有正常分裂的細胞中，除了產生卵子和精子的生殖細胞。
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3.6 細胞分化
生物學研究的主要領域之一是〝細胞如何特化〔specialize〕以呈現其獨特的結構和功能〞，因為所有細胞本質上都起源於單一受精卵。 細胞分化〔cell differentiation〕是細胞隨著身體發育而變得特化的過程。 幹細胞〔stem cell〕是一種非特化細胞，可以根據需要無限制地分裂，並且在特定條件下可以分化為特化細胞。 幹細胞依其分化潛力分為幾類。 雖然所有體細胞〔somatic cells〕都含有完全相同的基因組，但不同的細胞類型在任何給定時間僅表達其中一些基因。 這些基因表現的差異最終決定了細胞獨特的形態和生理特徵。 決定〝哪些基因表現〞、〝哪些基因不表現〞的主要機制是透過使用不同的轉錄因子蛋白〔transcription factor proteins〕，這些蛋白與 DNA 結合並促進或阻礙不同基因的轉錄。 透過這些轉錄因子的作用，細胞特化為人體內數百種不同細胞類型中的一種。
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2023/09/27 發佈本文
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