一、細胞概觀 Overview of Cells
1️⃣ 細胞的定義
細胞是生命的基本結構與功能單位（basic structural and functional units of life）。 所有生物皆由一個或多個細胞組成；人體約含 75 兆個細胞。
2️⃣ 細胞的主要組成
- 細胞膜（Plasma membrane）：控制物質進出，維持內外環境穩定。
- 細胞質（Cytoplasm）：含細胞器與細胞液，是代謝與運輸的主要場所。
- 細胞核（Nucleus）：儲存 DNA、控制蛋白質合成與細胞分裂。
3️⃣ 細胞的基本原則
- 具膜性區隔（membrane-bound compartments），可維持內外穩態。
- 具能量轉換能力（energy transformation）。
- 含遺傳物質 DNA（genetic material）可自我複製與調控功能。
二、細胞膜 The Plasma Membrane
1️⃣ 結構 Structure
- 磷脂雙層（Phospholipid bilayer）：
由親水頭（hydrophilic head）與疏水尾（hydrophobic tail）構成，形成半透性屏障。 - 膜蛋白（Membrane proteins）：
- 整合蛋白 Integral / Transmembrane proteins：橫跨整層膜，負責運輸、受體、酵素及結構連結。
- 周邊蛋白 Peripheral proteins：附著於膜內外表面，參與訊號傳遞與骨架連結。
- 碳水化合物（Carbohydrates）：
附於蛋白或脂質形成糖被（Glycocalyx），具有辨識與保護功能。 - 膽固醇（Cholesterol）：
穩定膜流動性與彈性，防止膜過硬或過流動。
2️⃣ 功能 Functions
- 選擇性通透（Selective permeability）：控制分子通過的種類與速率。
- 訊號接收與傳遞（Cell signaling）：受體（receptors）接收外來刺激，啟動細胞內反應。
- 細胞間連結（Cell junctions）：形成緊密連結（tight junction）、橋粒（desmosome）、間隙連結（gap junction）等。
- 細胞辨識（Cell recognition）：糖被提供專一識別訊息。
3️⃣ 膜運輸 Membrane Transport
- 被動運輸（Passive transport）：不需能量。
- 簡單擴散（Simple diffusion）：非極性小分子沿濃度梯度移動。
- 促進性擴散（Facilitated diffusion）：經通道或載體蛋白協助進出。
- 滲透（Osmosis）：水分子經水通道（Aquaporins）通過。
- 主動運輸（Active transport）：需消耗 ATP。
- 一級主動運輸（Primary active transport）：直接用 ATP 攜能，例如 Na⁺/K⁺ ATPase 幫浦。
- 二級主動運輸（Secondary active transport）：利用離子梯度推動共運或反運。
- 囊泡運輸（Vesicular transport）：藉囊泡移動大分子。
- 胞吞作用（Endocytosis）：吞噬（Phagocytosis）、飲胞（Pinocytosis）、受體媒介內吞（Receptor-mediated）。
- 胞吐作用（Exocytosis）：囊泡與膜融合，釋放分泌物。
三、細胞質 The Cytoplasm
1️⃣ 胞器 Cytoplasmic Organelles
- 核糖體（Ribosomes）：rRNA + 蛋白組成，為蛋白質合成工廠。
- 游離型（Free ribosomes）：製造細胞內蛋白。
- 附著型（Bound ribosomes）：位於粗面內質網，合成分泌或膜蛋白。
- 粗面內質網（Rough Endoplasmic Reticulum, RER）：具核糖體，合成並修飾分泌蛋白與膜蛋白。
- 平滑內質網（Smooth Endoplasmic Reticulum, SER）：無核糖體；脂質合成、藥物解毒、鈣離子儲存。
- 高基氏體（Golgi Apparatus）：修飾、分類與包裝蛋白或脂質，形成分泌囊泡與溶酶體。
- 溶酶體（Lysosomes）：內含水解酶，分解大分子、老化胞器及外來物質。
- 過氧化體（Peroxisomes）：含氧化酶與過氧化氫酶，進行脂肪酸氧化與解毒反應。
- 粒線體（Mitochondria）：雙層膜構造，內膜摺疊形成內嵴（Cristae），內部為基質（Matrix）；為能量中心，產生 ATP。
2️⃣ 細胞骨架 The Cytoskeleton
- 微絲（Microfilaments / Actin filaments）：最細，維持形狀與細胞運動。
- 中間絲（Intermediate filaments）：中等粗度，提供張力與支撐，例如角蛋白。
- 微管（Microtubules / Tubulin）：最大直徑，中空管狀；負責胞器運輸與有絲分裂紡錘體形成。
- 中心體與中心粒（Centrosome and Centrioles）：微管組織中心（MTOC），形成紡錘體與纖毛、鞭毛基體。
3️⃣ 細胞質包涵體 Cytoplasmic Inclusions
- 脂滴（Lipid droplets）：儲存中性脂肪。
- 糖小體（Glycosomes）：儲存肝醣與酵素。
- 其他包涵體（Pigments / Crystals）：暫存物質，如黑色素或蛋白結晶。
四、細胞核 The Nucleus
1️⃣ 核膜（Nuclear Envelope）
雙層膜結構，內外膜間含核孔（Nuclear pores），控制分子進出；外膜與粗面內質網相連。 內側核纖層（Nuclear lamina）由中間絲構成，維持核形。
2️⃣ 核仁（Nucleolus）
rRNA 基因密集區，進行 rRNA 合成與核糖體次單元組裝。
3️⃣ 染色質與染色體（Chromatin & Chromosomes）
- 染色質 Chromatin：DNA 與組蛋白形成核小體（Nucleosome）。
- 染色體 Chromosome：細胞分裂時 DNA 高度凝縮的形式；人類體細胞具 46 條染色體。
五、細胞生命週期 Cell Life Cycle
1️⃣ 間期（Interphase）
細胞生長與複製階段。
- G₁期：合成代謝活躍，準備 DNA 複製。
- S期：DNA 與中心體複製。
- G₂期：合成分裂所需蛋白質，進入分裂期。
2️⃣ 有絲分裂期（Mitotic Phase, M phase）
細胞核分裂與細胞質分裂。
- 前期（Prophase）：染色質凝縮成染色體、核仁消失、紡錘體形成。
- 中期（Metaphase）：染色體排列於赤道板。
- 後期（Anaphase）：姊妹染色單體分離移向兩極。
- 末期（Telophase）：染色體鬆散、核膜重建、核仁再現。
- 細胞質分裂（Cytokinesis）：肌動蛋白環收縮形成分裂溝，細胞質分離成兩個子細胞。
六、老化與細胞 Aging and the Cells
1️⃣ 主要原因
- 端粒（Telomere）逐漸縮短，導致分裂潛能下降。
- DNA 損傷累積、修復能力減弱。
- 氧化壓力與自由基損害細胞。
- 蛋白質品質控制失衡、細胞功能退化。
2️⃣ 結果
- 分裂能力喪失（細胞衰老 senescence）。
- 組織再生速度變慢。
- 增加與老化相關疾病的風險（如癌症、神經退化）。
七、臨床關聯 Clinical Correlations
1️⃣ 膜轉運異常：如囊性纖維化（Cystic Fibrosis），因氯離子通道突變導致分泌液黏稠。
2️⃣ 粒線體疾病：能量代謝異常，如肌無力、神經退化。
3️⃣ 細胞骨架缺陷：造成肌肉萎縮或神經軸突運輸障礙。
4️⃣ 溶酶體儲積症（Lysosomal storage diseases）：代謝廢物累積導致器官腫大或功能喪失。
