108 年 國立成功大學細胞生物與解剖研究所《細胞生物學》

細胞骨架（Cytoskeleton）是真核細胞質中由蛋白質纖維組成的動態網絡，主要由微絲（microfilaments）、中間絲（intermediate filaments）和微管（microtubules）三種結構組成。細胞骨架在維持細胞形狀、提供機械支持、參與細胞運動（如肌肉收縮、細胞爬行）、運輸胞內物質以及細胞分裂過程中發揮關鍵作用。

• 微絲 (Microfilaments)：主要成分是肌動蛋白 (actin)，負責細胞的形狀維持、細胞運動（如偽足形成）、肌肉收縮以及細胞質的流動。

自噬作用（Autophagy）是細胞內一種高度保守的降解途徑，細胞會將受損的細胞器、聚集的蛋白質或外來入侵物包裹於雙層膜的自噬體（autophagosome）中，然後自噬體與溶酶體（lysosome）融合，將其內容物降解。自噬作用在維持細胞穩態、清除細胞內廢物、應對營養缺乏（通過回收細胞內成分提供能量和原料）、抵抗病原體感染以及參與細胞凋亡等方面扮演重要角色。

轉錄（Transcription）是基因表達的第一步，指將 DNA 序列中的遺傳訊息轉錄成 RNA 分子的過程。在真核細胞中，這個過程主要發生在細胞核內，由 RNA 聚合酶（RNA polymerase）催化。

mRNA（信使 RNA）、tRNA（轉運 RNA）和 rRNA（核糖體 RNA）是細胞中三種主要類型的 RNA，它們在蛋白質合成過程中各司其職：

• mRNA (Messenger RNA)：負責攜帶 DNA 轉錄而來的遺傳密碼，將其從細胞核傳遞到細胞質中的核糖體。mRNA 的序列由密碼子（codons）組成，每個密碼子由三個核苷酸組成，決定了特定胺基酸的種類。
• tRNA (Transfer RNA)：是一種小型的 RNA 分子，其一端帶有反密碼子（anticodon），可以與 mRNA 上的密碼子配對；另一端則連接特定的胺基酸。

DNA 複製（DNA replication）是細胞將其遺傳物質 DNA 複製成兩份的過程，確保在細胞分裂時，每個子細胞都能獲得一套完整的基因組。這個過程是半保留複製（semiconservative replication），即新合成的 DNA 分子由一個親代 DNA 鏈（模板）和一個新合成的子代 DNA 鏈組成。DNA 複製是一個高度精確且複雜的過程，涉及多種酶和蛋白質的協同作用，主要步驟包括：

1. 解旋 (Unwinding)：DNA 解旋酶（helicase）解開 DNA 雙螺旋，形成複製叉（replication fork）。
2. 引導 (Priming)：引導酶（primase）合成一段 RNA 引子（primer），為 DNA 聚合酶提供起始點。

蛋白質結構（Protein structure）是指蛋白質分子在三維空間中的摺疊方式，它決定了蛋白質的生物功能。蛋白質結構通常分為四個層次：

• 一級結構 (Primary structure)：指胺基酸殘基在多肽鏈中的線性排列順序，由肽鍵（peptide bond）連接。這個序列由基因決定，是決定蛋白質三維結構的基礎。
• 二級結構 (Secondary structure)：指多肽鏈局部區域的規則性摺疊，主要由氫鍵（hydrogen bonds）穩定，常見的有 α-螺旋（alpha-helix）和 β-摺疊（beta-sheet）。

細胞分裂的 M 期（M phase of cell division），即有絲分裂期（mitotic phase），是細胞週期中細胞核和細胞質分裂的階段。在這個階段，細胞會進行染色體的分離和分配，最終形成兩個遺傳物質相同的子細胞。M 期主要包括以下幾個過程：

1. 有絲分裂 (Mitosis)：細胞核分裂，染色體被精確地分離到兩個子細胞核中。有絲分裂又可細分為：
   • 前期 (Prophase)：染色質濃縮成可見的染色體，核仁消失，紡錘體（spindle）開始形成。
   • 前中期 (Prometaphase)：核膜解體，紡錘絲附著到染色體的著絲點（kinetochore）上。

受體酪胺酸激酶（Receptor tyrosine kinase, RTK）是一類跨膜蛋白質，位於細胞膜表面，其胞外結構域能與特定的生長因子或激素結合，胞內結構域則具有酪胺酸激酶活性，能夠催化其底物蛋白質上的特定酪胺酸殘基發生磷酸化。RTKs 的激活是細胞生長、分化、代謝和存活等重要細胞過程的關鍵信號通路。

減數分裂（Meiosis）是發生在生殖細胞（配子，gametes）形成過程中的特殊細胞分裂方式，其目的是產生遺傳物質數量減半的單倍體細胞。減數分裂包含兩次連續的細胞分裂，即減數第一次分裂（Meiosis I）和減數第二次分裂（Meiosis II），但 DNA 複製只發生一次。

• 減數第一次分裂 (Meiosis I)：同源染色體（homologous chromosomes）配對並分離。
  • 前期 I (Prophase I)：同源染色體發生聯會（synapsis）並交換片段（crossing over），形成四分體（tetrad）。
  • 中期 I (Metaphase I)：同源染色體對排列在赤道板上。
  • 後期 I (Anaphase I)：同源染色體分離，分別移向細胞兩極。

轉移（Metastasis）是惡性腫瘤（cancer）的一個關鍵特徵，指的是癌細胞從原發腫瘤（primary tumor）脫離，通過血液循環、淋巴系統或直接擴散到身體的其他部位，並在那裡生長形成新的繼發性腫瘤（secondary tumor）。轉移過程是一個複雜的多步驟事件，包括：

1. 侵襲 (Invasion)：癌細胞侵入周圍的正常組織。
2. 血管生成 (Angiogenesis)：腫瘤生長過程中誘導新生血管的形成，為腫瘤提供營養和氧氣，並為癌細胞轉移提供途徑。

質膜（Plasma membrane），又稱細胞膜（cell membrane），是包圍所有細胞的半透性屏障，將細胞內容物與外界環境分隔開來。質膜主要由磷脂雙分子層（phospholipid bilayer）構成，其中嵌入或附著著多種蛋白質，以及少量的碳水化合物和膽固醇。

質膜的主要功能包括：

• 屏障作用 (Barrier function)：控制物質進出細胞，維持細胞內環境的穩定。
• 信號傳導 (Signal transduction)：細胞膜上的受體蛋白識別細胞外的信號分子，並將信號傳遞到細胞內部。

核膜（Nuclear envelope），也稱為核膜（nuclear membrane），是包圍真核細胞細胞核的雙層膜結構。它將細胞核內的遺傳物質（DNA）與細胞質分隔開。核膜由兩層膜組成：外核膜（outer nuclear membrane）與內核膜（inner nuclear membrane），兩層膜之間有一個核周間隙（perinuclear space）。

滑面內質網（Smooth endoplasmic reticulum, SER）是內質網（endoplasmic reticulum, ER）的一部分，與粗面內質網（rough ER）相連，但表面沒有附著核糖體。滑面內質網在細胞中扮演多種重要角色，其功能因細胞類型而異，主要包括：

• 脂質合成 (Lipid synthesis)：是合成脂質（包括磷脂、固醇）的主要場所。
• 解毒作用 (Detoxification)：在肝臟細胞中，滑面內質網含有參與藥物和毒素代謝的酶，能將脂溶性毒素轉化為水溶性，便於排出體外。

胞吞作用（Endocytosis）是細胞通過改變細胞膜形態，將細胞外物質包裹並運送到細胞內部的一種主動運輸方式。在這個過程中，細胞膜向內凹陷，形成囊泡（vesicle），將細胞外的物質（如大分子、顆粒、甚至整個細胞）包圍起來，然後囊泡從質膜上脫離，進入細胞質。

胞吞作用主要有三種類型：

1. 吞噬作用 (Phagocytosis)：細胞吞入較大的顆粒狀物質，如細菌、細胞碎片。通常由吞噬細胞（如巨噬細胞）執行。

醣解作用（Glycolysis），也稱為糖酵解，是細胞代謝葡萄糖以產生能量（ATP）和還原性物質（NADH）的第一個階段。這個過程發生在細胞質中，不需要氧氣，因此也稱為無氧糖解。醣解作用將一個葡萄糖分子（含有六個碳原子）分解為兩個丙酮酸分子（含有三個碳原子）。

醣解作用可以分為兩個主要階段：

1. 能量投資階段 (Energy investment phase)：需要消耗 2 個 ATP 分子來活化葡萄糖，使其能夠進一步分解。