11102選修生物主題二1-2part3內膜系統結合自由能、細胞骨架讓細胞既能區隔又能連動化學反應

上次1-2的第一部分我們著重細胞膜的特性-會流動，這樣的特性讓細胞可以隨時形成小囊泡。

小囊泡最重要的貢獻就是讓被區隔的化學反應可以連動。

而用膜分隔化學反應不只是"讓反映不互相干擾"，同樣重要(可能更重要的)是讓化學反應在更小的空間中進行，可以提高相對濃度，也就能加速反應進行。

(也許可以想想，原核細胞沒有膜區隔，但所有的化學反應也都可以正常進行，沒在怕干擾的。但講到要累積離子濃度，就還是要膜內陷折疊)

所以上次我們提到了用自由能來看細胞中的變化。

著重在後者亂度的部分。

所以細胞不用自己耗能，就能等待物質由分布不均勻，演變至均勻分布。

如果希望反其道而行，就要自己消耗ATP才能讓系統的自由能由低變高。

不管是否需要細胞額外耗能，很多物質因為化學特性無法直接通過細胞膜，必須膜上有專屬的運輸蛋白，才能進出細胞。

細胞因此就有了主導權!

即使必須遵守自由能梯度，但可以透過膜上的運輸蛋白來決定"何時"、"何地"、"多快"(運輸蛋白的密度)~~~

因為每一種運輸蛋白都利用結構限制能夠通過的物質種類--專一性。

膜上還有許多功能的蛋白，例如可以在膜附近催化特定化學反應的蛋白。

又或者是可以在結合外來的分子後，引發細胞內部一系列的反應。

這些功能都依賴著蛋白質有特定的立體結構，才能只跟某些分子結合。

這個部分才跟學生補強蛋白質的四級結構。

之前在1-1的部分沒有特別強調，只在有學生在海報上畫出來時，才會提一下而已。

因為那時無法跟功能做結合，即使介紹也會很零碎。

在這邊就可以好好跟功能結合。

而生物分子主要是利用氫鍵及凡德瓦力變動引起的構形變化來完成功能，也才能跟自由能結合，從而引發生物人關注的跟化學人關注的重點差異(又回歸學科本質)

當然也就要順便帶到這幾個變化在內膜系統的哪個部分發生，等到後面內膜系統時，就可以簡單收尾成讓蛋白質完成各級結構的正確構形。

這邊以COVID-19的病原跟人體細胞受體結合來作例子。

包含

1. 人體細胞膜蛋白的外側構形若能被病毒表面的結構結合，會引發內側構形改變，進一步影響人體細胞(一連串變化導致病毒可以進入人體細胞)。
2. 構形的改變仍然只牽涉氫鍵及凡德瓦力變動，而不牽涉共價鍵，用最小自由能變化引發一系列的作用。
3. 我最想講的是，既然這個分子的構形決定了是否會容易被感染，而構形來自於胺基酸的種類與順序，那麼決定胺基酸排序的基因就是會決定你是否會容易被感染的主因。
   所以，每個人會"容易"感染什麼樣的病毒，其實是基因決定的(但不是單一基因決定的)。

接下來用抗原呈現細胞同時強化構形影響與內膜系統的簡介

這邊就會第二次帶到內質網與高基氏體的功能，而且會結合複習蛋白質的四級結構。

簡單介紹當抗原被呈現到表面後，引發的後續免疫反應類型。

也預告在主題三動物學中免疫的內容，強化學生感受我們課程整合與連貫的用意。

剛才我們講的囊泡必須要能移動到正確的地方，因為內膜系統的每個空間都有不同的酵素系統，所以要依照囊泡中的物質去不同的地方。

所以囊泡不是用漂的，其實細胞中的每個東西都是好好地被運送的喔。

接下來就是用我最愛的影片Inner life of a cell解說細胞中的很多活動，但著重在三類細胞骨架的功能與拆裝時機(結構部分只有先提到管狀或絲狀)。

另外一個著重的就是這樣的骨架拆裝及囊泡移動只動用到弱鍵的形成與分解，只需要ATP水解提供的自由能就可以完成!(又回到自由能哈哈)

所以其實細胞中有超多骨架

用課本的圖簡單回顧剛剛在影片中看到的三種細胞骨架。

這邊用影片連結到細胞分裂時的紡錘絲，讓學生看仔細其實染色分體是沿著軌道移動，並不是被拉開。

我很喜歡這個影片，因為畫得很仔細，有很多回報用的分子，可以更強化"細胞中的現象都是物理化學作用的結果"這樣的概念

微管的重要性用精子的鞭毛永遠能激發最多的反應。

而且新竹超多精子有問題的不孕症，學生會很有危機感哈哈

以上就是1-2的第二部分。

至於內共生，就簡單介紹而已，而且可以從剛剛影片中蠕動粒線體連結過來。