PASCO科學教室-細胞與代謝

主題1-細胞與營養的攝取(適合國中~高1)

細胞為構成所有生物的最基本單位，同時也展現了最基本的生命現象。「代謝」為細胞內所有生化反應的總稱，屬於生命現象的一種，透過同化或是異化反應的過程，使生命得以維持與延續。然而，細胞要能夠進行代謝，先決條件是獲取足量的營養。

每種生物獲得營養的方式不會相同，不過大部分最終皆會進入細胞內，因此探索這些微小的化學物質如何進入細胞內是非常重要的。PASCO具有許多的無線感測設備，透過數位量測與數據的即時呈現，幫助很多實驗的進行，究竟要如何透過無線pH感應器觀察物質進出細胞的現象呢?

生物課程:擴散作用

「擴散」是物質進出細胞最基本的原理，藉由濃度梯度所產生的化學位能，造成物質流動。在過程中同時也伴隨著水「滲透」的現象，透過這些原理，幫助我們認識細胞攝取養分的過程。

生物課程:滲透作用

• 擴散與滲透作用有什麼差異性?流動的方向皆是順著濃度梯度嗎?
• 有哪些因素會影響到擴散的速率?
• 透過實驗與數據的觀察，整個擴散的過程中擴散速率是否有維持一致?若是沒有，想想看可能的原因

主題2-細胞呼吸作用(適合國中~高1)

在這些養分中，每種在生物中扮演的角色不一樣，有些可能是組成生命的基本構造，有些可能是維持生理機能，其中有三大營養物質可以做為生物的燃料，細胞經由內部的代謝過程，將其分解，產生能量。這三種營養物就是澱粉、脂肪與蛋白質，究竟這些物質能夠為生物供給多少能量?

食物中的熱量測定

透過酵母認識生物營養

細胞內將上述的三種營養物質分解，釋放能量的過程稱為「細胞呼吸作用」。以醣類的分解為例，人體進食後，經由消化作用將澱粉分解為單醣，最後細胞攝取這些分解後的單醣，最後經由呼吸作用產生能量。整個反應過程可以透過下列的化學反應式表達: C₆H₁₂O₆+6O₂→6H₂O+6CO₂

 藉由偵測CO₂的生成率，可以間接觀察到細胞進行呼吸作用的速率，PASCO具有無線CO₂感應器，能呈現出呼吸作用過程裡CO₂濃度的連續變化

細胞呼吸作用

從人體醣類分解的例子來看，需經由消化作用與呼吸作用的過程，最後才能夠產生能量，事實上整個代謝的過程十分複雜，涉及多重的步驟，且幾乎在每個過程都伴隨著「酵素」的參與，究竟酵素在代謝過程中扮演什麼養的角色?

酵素的活性

• 在人體內，為什麼需要先經由消化作用的過程，才能夠讓細胞利用分解後的單醣進行呼吸作用
• 酵素在代謝過程中扮演什麼角色?如果沒有酵素有辦法進行呼吸作用嗎?
• 哪些因素會影響到呼吸作用的進行?
• 食物的營養物質中，何者產生的CO₂速率最高?這可以說明什麼?

主題3-發酵作用(適合高1~高3)

基本上，所有的生物細胞都是透過「呼吸作用」的過程產生能量，無論是人類、動物、植物、細菌等等，從反應式中還可以觀察到，要讓細胞進行呼吸作用還需要滿足一項條件，那就是要在O₂充足的環境下。

所以在O₂不充足的環境下細胞就無法產生能量嗎?事實上是可以的，細胞在當下可以進行另外一種代謝過程-發酵。發酵的過程也能夠產生能量，只是相較於有氧呼吸少非常多，此外，發酵也常常伴隨著副產物的出現，例如酵母的發酵過程伴隨著酒精生成。PASCO具有數位酒精感應器，透過偵測酒精濃度的生成率，即可探索酵母發酵的現象。

發酵作用