物質進出細胞膜

 

下圖應該是最符合DSE程度，有關物質進出細胞膜涉及的細胞膜相關構造: (來自公開試題目)

問題: (建議答案在最後)

1. 圖中顯示了哪三類涉及物質進出細胞膜的構造?

2. 有關物質進出細胞膜的類別，主要分為哪幾類? 分別有甚麼常見例子?

3. 甚麼類別分子(即以上X)會經磷脂層直接進出細胞膜?

4. 分子經磷脂層進出細胞膜是藉甚麼方式的?這方式有甚麼特點?

5. 甚麼類別分子(即以上Z)會經通道蛋白進出細胞膜?

6. 分子經通道蛋白進出細胞膜是藉甚麼方式的?這方式有甚麼特點?

7. 甚麼類別分子(即以上Y)會經載體蛋白進出細胞膜?

8. 分子經載體蛋白進出細胞膜是藉甚麼方式的?這方式有甚麼特點?

9. 無法藉以上構造進出的物質(例如大食物分子)，是如何進出細胞的?

 

問題: (建議答案)

1. 圖中顯示了哪三類涉及物質進出細胞膜的構造?

   (1) 磷脂層  (2) 載體蛋白   (3) 通道蛋白

2. 有關物質進出細胞膜的類別，主要分為哪幾類? 分別有甚麼常見例子?

類別	物質特性	例子
1	細小的非極性分子 / 脂溶性物質	氧氣、二氧化碳 甘油、脂肪酸
2	細小的極性分子/水溶性分子	水、細小的離子
3	較大的極性分子/水溶性	相對較大的離子、葡萄糖、氨基酸等
4	大分子	甘油三脂等

註: 非極性分子(即不帶電荷)的分子(例如氧氣及二氧化碳)，跟脂溶性物質一樣，都不易溶於水。

3. 甚麼類別分子(即以上X)會經磷脂層直接進出細胞膜?

   (1) 細小的非極性分子(例如氧氣及二氧化碳)

   (2) 脂質(甘油及脂肪酸)或脂溶性物質(例如維生素A及D、部分激素)

4. 分子經磷脂層進出細胞膜是藉甚麼方式的?這方式有甚麼特點?

   方式: 擴散。

   特點: (1) 不需要能量。

        (2) 分子進出的速率祇跟細胞膜內外的濃度梯度有關，無法控制。

5. 甚麼類別分子(即以上Z)會經通道蛋白進出細胞膜?

   水

   及溶於水的細小離子(例如鈉離子等)

6. 分子經通道蛋白進出細胞膜是藉甚麼方式的?這方式有甚麼特點?

   方式: 滲透作用(水)，其他細小離子是因為溶於水順道隨水移動的

   特點: 跟擴散一樣(基本上可把滲透視作擴散的一種，祇是滲透祇涉及水分子)

(1) 不需要能量。

        (2) 水分子進出的速率祇跟細胞膜內外的水勢梯度有關，無法控制。

   註: 要控制水的進出，細胞會間接控制水勢，但不能直接控制水分子的進出。

7. 甚麼類別分子(即以上Y)會經載體蛋白進出細胞膜?

   帶極性的細小分子或離子(例如葡萄糖、氨基酸、離子等)

8. 分子經載體蛋白進出細胞膜是藉甚麼方式的?這方式有甚麼特點?

   方式: 擴散或主動轉運

   特點: 擴散不需要能量，主動轉運需要

         透過擴散作用，速率祇跟濃度梯度有關; 但透過主動轉運的話，細胞便可以按需要加快進出的速率或逆濃度梯度地移動分子。

  備註: (1) 跟透過磷脂層的擴散方式不同，透過載體蛋白，速率會受限於載體蛋白的數目。

       (2) 相同物質或分子，可能同時藉擴散(因無法控制)及主動轉運進出細胞。

             (3) 實際上，上圖簡化了載體蛋白的類別，戴體蛋白是一個統稱而已，需要用能量的，跟不需要的，其實是不同的載體蛋白。

9. 無法藉以上構造進出的物質(例如大食物分子)，是如何進出細胞的?

          吞噬。

    細胞膜變形，圍著整粒大食物分子，吞進細胞後，會分泌消化酶，把大食物分子消化(分解)成細小的分子，然後才藉以上方式進入細胞質。

          過程如下:

孟德爾的遺傳實驗

參考下圖，圖中顯示孟德爾採用豌豆進行的遺傳學實驗。他選取了豌豆一些具有明顯對比性狀的性狀進行實驗。以下是有關高莖及矮莖的實驗的步驟及實驗結果。

除了高度之外，孟德爾也進行了其他性狀的實驗，如下:

根據實驗結果，需要對結果進行解釋。

但要解釋甚麼? 孟德爾想到，應該要解釋以下兩點:

1.      為甚麼子一代全是高莖的? (明明親代中一是高莖、一是矮莖)

2.      為甚麼子二代高莖與矮莖的比例是3:1? (如何知道是3:1?)

 

留意，真正的科學探究的實驗結果解釋都是猜估出來的，其實不清楚是否正確，需要更多的後續研究去證實解釋是對的!

 

來看看當時的孟德爾如何解釋以上的實驗結果? (強烈建議同學在腦海緊記孟德爾究竟要解釋甚麼!)

 

解釋要點如下:

(1)    每一性狀皆由一對特別因子(基因)控制。

- 為何是一對(即2個)，而不是1個，3個或其他數目? (假設而已)

(2) 決定同一性狀的一對特別因子兩個成員可以是一樣的，也可以是不一樣的。(如何知道? 其實是假設而已)

          - 這一對特別因子的兩個成員，現在稱為「等位基因」。

(3) 等位基因(現時名稱)有顯性及隱性之分，有不同的等位基因中，如果一為強勢(稱為顯性)、另一則為弱勢(稱為隱性)。(如何知道? 都是假設而已!)

(4) 等位基因祇能一個來自父本; 另一來自母本。(如何知道? 這都是假設!)

 

留意，以上4項都是假設! 沒有實質證據支持的。(所以當時的人無法相信。)

 

進行了以上假設後，為了要好好表達他的解釋。孟德爾使用了一些符號及規則，如下:

1.      以英文字母(隨意的)代表等位基因

2. 大楷英文字母代表顯性等位基因; 小楷英文字母代表隱性等位基因

 

然後用圖解的方式解釋以上的實驗結果，如下:

設R是引致高莖的等位基因(留意，不是寫R是顯性等位基因)

設r是引致矮莖的等位基因

留意:

1.      為何親代內祇有2個英文字母，而不是1個, 3 個或以上? 是根據假設(1)

2.      為何高莖內的2個因子是RR? 都是R。而矮莖內都祗有r?

-          因為兩者皆是純種的，即內裡應該沒有其他因子。

3.      但為何高莖用的是R而不是r?

-          一開始時其實是不知道高莖是強勢(即顯性的)。但子一代應該有高及矮的因子，但卻全是高莖的，因此推論高莖是顯性的，所以高莖用R，而矮莖用r。

4.      為何親代產生的配子祇有一個R或r?

-          雖然親代是RR及rr，但因為都是純種，為簡化起見，因此配子祇列出一個R及r。其實繪畫2個R或2個r也可以的，結果都是相同的。

5.      為何子一代的等位基因一定是一個來自高莖植株(即R)，一個來自矮莖植株(即r)，而不可能都是全來自高莖或矮莖植株?

-          是根據假設(4)。

6.      為何子一代可以出現Rr兩個不同的等位基因?

-          根據假設(2)

7.      如何知道哪一對比性狀是顯性(強勢)?

-          根據子一代的表現型。因為子一代一定是Rr，即同時有引致高莖及矮莖的等位基因，但所有子一代都是高莖，因此高莖較強勢，是顯性。根據假設(4)

8.      子二代的畫法跟子一代差不多，如何知道RR、Rr及rr分別的表現型是甚麼?

-          根據親代高莖是RR、親代矮莖是rr。

-          根據子一代Rr是高莖。

 

 

基礎練習:

1.      使用圖解的方式，說明孟德爾有關高莖及矮莖豌豆遺傳的實驗結果。

 

鞏固練習:

1.      於人類中，已知直髮是顯性，捲髮是隱性。有一對夫婦，兩者皆是直髮的，但卻有捲髮的下一代。試用圖解說明這一現象。

(設R是引致直髮的等位基因; r是引致捲髮的等位基因)

2.      於人類中，已知六趾是顯性，五趾是隱性。有一對夫婦，兩者看來皆是五趾的，但卻生出六趾的下一代。試估計可能的原因，並用圖解說明。(提示：是其中一人實際上本來是六趾的？還是兩者皆本來是六趾的？)

(設A是引致六趾的等位基因; a是引致五趾的等位基因)

3.      如果一對夫婦，男是六趾的，女是五趾的。那下一代出現六趾的概率是多少?

 

相關問題:

1.      你認為孟德爾成功的原因是甚麼?

2.      當時的科學家並不認同孟德爾的推論，因此也沒有相信他的研究成果。試估計其原因。

肌肉的種類

 雖然DSE課程內範圍內似乎沒有「肌肉的種類」這部分，但實際上在不同的課題內卻會出現不同種類肌肉的名稱(而不是統稱為肌肉)，而且，作答題目時有時也要求寫清楚肌肉的種類名稱，而不可以統稱為肌肉(但有時卻又容許祇寫肌肉，視不同年份評分要求鬆緊而不同)。

 因此，為了確保能獲取分數，同學最好掌握一下人體中不同的肌肉種類名稱。

人體內肌肉主要分為3類:

(1)   骨骼肌

(2)   心肌

(3)   平滑肌

首先必需要清楚記住，肌肉(不論哪一種類)祇能(主動)收縮(contract)，不能(主動)放鬆(relax)(鬆弛)。

所謂主動收縮，指的是接受運動神經元傳來的神經脈衝訊息後，才能進行收縮。神經脈衝是無法令肌肉放鬆的，一條肌肉(例如三頭肌)放鬆，祇是因為這一對拮抗肌組合中另一條肌肉(即二頭肌)收縮，才使三頭肌被動地放鬆。

以下列出了這三類肌肉的差異:

	骨骼肌	心肌	平滑肌
收縮力	最強	中間	最弱
持久性	最短	中間	最長久
受大腦控制	是(註1)	不能	不能
例子(位置)	連接骨與骨之間	心臟	其他(例如消化道壁)
功能/重要性	讓動物進行運動	使心臟能不停(註2)進行抽壓	持續不斷地進行收縮，使相關構造能不停運作

註1: 骨骼肌受大腦控制，但要不同骨骼肌協調地運作，則依靠的是小腦(後腦)

註2 所謂「不停」，祇是相對而已。即使是心臟，每次心搏約需時0.8秒，其中0.4秒是完全放鬆的，但這動作卻可不停進行，由於母體內胎兒第一次有心搏開始，便可一直循環也進行，所以也可稱為「不停」。

留意，相對特性及功能跟構造必然有一定關係的，例如骨骼肌及心肌的構造內有橫紋，所以可提供較強的收縮力，不過這些不在DSE的考核範圍內。基本上祇需要掌握以上表格內的知識便可以。