109 年 國立臺灣聯合大學系統（清華、政治、陽明交通、中央四校聯招）研究所化學類《生物化學》

這題考查蜂蜜的主要成分。蜂蜜的主要成分是果糖 (fructose) 和葡萄糖 (glucose)，其中果糖的含量通常較高，因此甜度也較高。

• 果糖 (Fructose)：是單醣，甜度最高。
• 葡萄糖 (Glucose)：是單醣，甜度次之。

這題考查蛋白質 α-helix 的結構特徵。α-helix 是蛋白質的二級結構之一，其形成是通過主鏈上的胺基 (-NH) 和羧基 (-C=O) 之間形成氫鍵。在一個典型的 α-helix 中，每轉一圈大約有 3.6 個胺基酸殘基，且每個殘基沿軸向伸展約 1.5 Å。

這題考查血紅素 (hemoglobin, Hb) 的相關知識，並要求找出錯誤的敘述。

• (A) One Hb can bind 4 O2 molecules: 正確。一個血紅素分子由四個亞基組成（成人血紅素 HbA 為兩個 α 亞基和兩個 β 亞基），每個亞基都含有一分子血基質 (heme)，血基質中的鐵離子 (Fe2+) 可以與一分子氧氣結合。因此，一個完整的血紅素分子可以結合四分子氧氣。

• (B) HbA has an α2β2 structure: 正確。成人血紅素 (HbA) 是最常見的血紅素形式，其結構為兩個 α 肽鏈和兩個 β 肽鏈組成，即 α2β2。

• (C) HbF has an α2γ2 structure: 正確。胎兒血紅素 (HbF) 在胎兒和新生兒時期佔主導地位，其結構為兩個 α 肽鏈和兩個 γ 肽鏈組成，即 α2γ2。

這題考查 Michaelis-Menten 動力學方程的相關概念，要求找出錯誤的敘述。Michaelis-Menten 方程描述了酶促反應速率 ($v$) 與底物濃度 ($[S]$) 之間的關係：
$v = \frac{V_{max}[S]}{K_M + [S]}$
其中 $V_{max}$ 是最大反應速率， $[E]_t$ 是總酶濃度， $k_{cat} = V_{max}/[E]_t$ 是轉化數。$K_M$ 是 Michaelis 常數。

• (A) KM measures the substrate concentration at which the reaction rate is Vmax: 錯誤。$K_M$ 是酶促反應速率等於最大反應速率一半 ($V_{max}/2$) 時的底物濃度。當 $[S] = K_M$ 時，$v = \frac{V_{max}K_M}{K_M + K_M} = \frac{V_{max}K_M}{2K_M} = \frac{V_{max}}{2}$。

• (B) kcat is the turnover number that measures the rate of the catalytic process: 正確。

這題考查 SDS-PAGE 後蛋白質染色的常用試劑。SDS-PAGE (Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis) 是一種常用的蛋白質分離技術，用於根據蛋白質的分子量來分離蛋白質。為了在凝膠上看到分離後的蛋白質條帶，需要對其進行染色。

• (A) Uridine: 是核苷的一種，與核酸有關，不是蛋白質染料。
• (B) EtBr (Ethidium Bromide): 是一種常用的 DNA 染色劑，能嵌入 DNA 雙螺旋中，在紫外光下發出螢光。

這題考查 B 型 DNA 的分子量估算。B 型 DNA 是 DNA 的一種常見結構形式。

計算 DNA 分子量的基本單元是鹼基對 (base pair, bp)。

• 每個鹼基對的平均分子量約為 650 道爾頓 (Daltons, Da)。
• 1 KiloDalton (kD) = 1000 Da。

這題考查蛋白質濃度測定時常用的紫外吸收波長。蛋白質對紫外光有吸收，主要是因為其組成的胺基酸中含有芳香族環，特別是酪胺酸 (tyrosine, Tyr) 和色胺酸 (tryptophan, Trp)，它們在 280 nm 處有較強的吸收。少量的苯丙胺酸 (phenylalanine, Phe) 也有吸收，但其吸收峰較弱，且在較短波長（約 260 nm）。

核心觀念

本題考查含氮鹼基、核苷與核苷酸的組成及分子量比較：

• 含氮鹼基（base）：僅含鹼基部分，例如 adenine、uracil。
• 核苷（nucleoside）：含氮鹼基＋五碳糖，兩者以 $\mathrm{N}$-glycosidic bond 連結。
• 核苷酸（nucleotide）：核苷＋磷酸基。adenylate 通常指 adenosine monophosphate（AMP，腺苷一磷酸）。

分子量可由分子式或組成直接比較；接上核糖與磷酸後，分子量會顯著增加。

解題方法

先比較各物質的組成層級：

其中：

• adenine 與 uracil 是單純含氮鹼基。
• adenosine 是 adenine 加上核糖。
• uridine 是 uracil 加上核糖。
• adenylate 是 adenosine 再接上一個磷酸基，因此屬於核苷酸。

以分子式估算其分子量：

adenylate 含有額外的磷酸基 $\mathrm{PO_3H}$，因此比 adenosine 大約多出 $80\ \mathrm{g/mol}$，其分子量明顯高於其他選項。

選項分析

這題考查雙醣的結構和性質，要求找出錯誤的敘述。

• (A) Sucrose is α-D-glucopyranosyl (1→4) β-D-fructofuranoside: 錯誤。蔗糖 (Sucrose) 是由葡萄糖和果糖組成的雙醣。其連接方式是葡萄糖的 C1 位與果糖的 C2 位通過 α,β-(1→2) 糖苷鍵連接。具體來說，是 α-D-glucopyranose 的 C1 與 β-D-fructofuranose 的 C2 相連。所以，正確的連接方式是 α-D-glucopyranosyl-(1→2)-β-D-fructofuranoside。選項中的 (1→4) 是麥芽糖和纖維二糖的連接方式，且果糖是以呋喃環形式 (furanoside) 連接。

• (B) Sucrose is a non-reducing sugar: 正確。蔗糖是由葡萄糖的半縮醛碳 (anomeric carbon, C1) 和果糖的半縮醛碳 (anomeric carbon, C2) 之間形成糖苷鍵連接的。

核心觀念

• 等切酶（isoschizomer）：指兩種限制酶對同一 DNA 序列具有相同的識別位點（recognition site），不論酶的來源或切割方式如何，只要認識的序列相同即屬等切酶。
• 判斷等切酶時，只需比較每個限制酶的「辨識序列」是否與目標酶 BglII（辨識序列為 AGATCT）完全相同。

解題步驟

1. 列出題目中各選項的辨識序列
   • (A) EcoRI → GAATTC
   • (B) Spear → ACTAGT
   • (C) BamHI → GGATCC
   • (D) SalI → GTCGAC
   • (E) EagI → CGGCCG

這題考查普利昂 (prion) 發現的貢獻者。普利昂是一種由異常摺疊蛋白質構成的傳染性因子，與某些神經退行性疾病（如庫賈氏病 CJD、狂牛病 BSE）有關。

• (A) K. B. Mullis: 因發明聚合酶鏈式反應 (PCR) 而聞名。
• (B) J. D. Watson and H. C. Crick: 發現 DNA 的雙螺旋結構。
• (C) A. D. Hershey and M. Chase: 通過實驗證明 DNA 是遺傳物質。

這題考查非離子表面活性劑 Tween 20 的作用機制。Tween 20 是一種聚山梨酯 (polysorbate)，屬於非離子表面活性劑。表面活性劑能夠改變蛋白質的結構，導致其變性。

表面活性劑的作用機制通常是通過破壞分子間的非極性相互作用來實現的。在蛋白質結構中，疏水相互作用 (hydrophobic interactions) 是維持蛋白質三級結構和四級結構的重要力量，尤其是在蛋白質的內部核心區域。表面活性劑的疏水部分可以與蛋白質的疏水區域結合，而其親水部分則暴露在水相中，從而干擾蛋白質內部的疏水堆積，導致蛋白質展開變性。

• (A) Hydrogen bonds: 表面活性劑雖然可能也會干擾氫鍵，但其主要作用機制不是破壞氫鍵。

這題考查單醣（特別是醛醣，aldose）的立體異構物數量。單醣的立體異構物數量取決於其分子中手性碳原子的數量。

• 手性碳原子 (chiral carbon atom): 指連接四個不同基團的碳原子。
• 立體異構物 (stereoisomers): 具有相同化學式和連接順序，但空間排列不同的化合物。對於具有 $n$ 個手性碳原子的鏈狀分子，理論上最多可以有 $2^n$ 種立體異構物。

醛醣 (aldose) 的結構特徵是其最上面的碳原子是醛基 (aldehyde group, -CHO)。
戊醣 (pentose) 是指含有五個碳原子的單醣。

一個醛戊醣的結構如下：
C1: 醛基 (-CHO)
C2: 連接 H, OH, 和 C3
C3: 連接 H, OH, 和 C4
C4: 連接 H, OH, 和 C5
C5: 伯醇基 (-CH2OH)

在醛戊醣中，C2, C3, C4 是手性碳原子。
因此，醛戊醣有 $n=3$ 個手性碳原子。

這題考查核苷酸 (nucleotide) 中核糖 (ribose) 和鹼基 (base) 之間的化學鍵類型。

核苷酸由三部分組成：一個含氮鹼基、一個五碳醣（核糖或去氧核糖）以及一個或多個磷酸基。
核苷 (nucleoside) 是由含氮鹼基和五碳醣通過糖苷鍵連接而成。
核苷酸 (nucleotide) 是核苷與一個或多個磷酸基通過酯鍵連接而成。

在核苷中，鹼基與醣的連接是通過一個 糖苷鍵 (glycosidic bond) 形成的。具體來說，這個鍵是通過鹼基的 N9 原子（對於嘧啶類鹼基是 N1 原子）與核糖的 C1' 原子之間形成的。

這題考查腦和神經細胞膜中常見的脂質。腦和神經細胞的細胞膜具有特殊的結構和功能，其中含有大量的特定類型脂質。

• (A) Glycerophospholipids (甘油磷脂): 是細胞膜的主要成分，提供基本的雙層結構。它們在腦和神經細胞中也普遍存在，是構成細胞膜的基礎。
• (B) Waxes (蠟): 是長鏈脂肪酸與長鏈醇形成的酯，主要用於儲存能量或作為保護性塗層，在細胞膜中含量極少。
• (C) Fatty acids (脂肪酸): 是構成脂質的基本單元，但單獨的脂肪酸在細胞膜中的含量不高，它們通常以酯的形式存在於甘油磷脂、鞘磷脂等結構中。

這題考查 TyC 迴路 (TyC loop) 的存在位置。TyC 迴路是轉運 RNA (tRNA) 特有結構的一部分。

• tRNA (transfer RNA): 是一種小的 RNA 分子，負責在蛋白質合成過程中將胺基酸帶到核醣體上。tRNA 分子具有複雜的二級和三級結構，包括幾個特徵性的迴路和莖。
• TyC 迴路: 位於 tRNA 分子的 T 臂 (T arm) 上，這個迴路的名字來源於其序列中常見的胸腺嘧啶 (T)、假尿嘧啶 (ψ) 和胞嘧啶 (C) 這三個鹼基。

這題考查絲胺酸蛋白酶 (serine proteases) 的催化三聯體 (catalytic triad)。絲胺酸蛋白酶是一類重要的酶，它們通過絲胺酸殘基的羥基進行催化，例如胰蛋白酶 (trypsin)、糜蛋白酶 (chymotrypsin)、緞蛋白酶 (elastase) 等。

絲胺酸蛋白酶的催化活性位點通常包含三個關鍵的胺基酸殘基，它們協同作用以完成肽鍵的水解。這三個殘基是：

1. 絲胺酸 (Serine, Ser): 它的羥基 (-OH) 是主要的親核試劑，攻擊肽鍵的羰基碳。
2. 組胺酸 (Histidine, His): 它的咪唑環 (imidazole ring) 作為鹼，可以接受絲胺酸羥基的質子，使其成為更強的親核試劑。同時，組胺酸的咪唑環也可以作為酸，將水分子質子化，準備進行水解。

這題考查化學滲透耦合模型 (chemiosmotic coupling model) 的提出者。化學滲透耦合模型解釋了 ATP 合成過程中，電子傳遞鏈和 ATP 合酶之間的能量轉換機制。

• (A) P. Mitchell: Peter Mitchell 在 1961 年提出了化學滲透理論，解釋了粒線體、葉綠體和細菌中的 ATP 合成機制。他認為，質子梯度 (proton gradient) 是驅動 ATP 合成的能量來源。

這題考查遺傳密碼的簡併性 (degeneracy) 以及哪些胺基酸只有一個遺傳密碼子 (codon)。遺傳密碼的簡併性是指一個胺基酸可以由一個以上的密碼子編碼。

我們需要檢查每個選項對應的胺基酸有多少個密碼子：

• (A) Ala (丙胺酸): 由 4 個密碼子編碼：GCU, GCC, GCA, GCG。
• (B) Lys (離胺酸): 由 2 個密碼子編碼：AAA, AAG。

核心觀念

本題考查 B 型 DNA 的雙股螺旋結構參數。

B-DNA 每一圈螺旋約包含 10 個鹼基對，每個鹼基對沿 DNA 軸向前進約 $0.34\ \text{nm}$。因此，一圈螺旋的螺距（pitch）為：

因此，B-DNA 的 pitch 是 $3.4\ \text{nm}$。

解題方法

關鍵在於區分以下兩個數值：

• 相鄰鹼基對之間的軸向距離：$0.34\ \text{nm}$
• DNA 完整旋轉一圈的距離，即螺距：$3.4\ \text{nm}$

B-DNA 每圈約有 10 個鹼基對，所以：

選項分析

這題考查 Northern blotting 技術的應用。Northern blotting 是一種分子生物學技術，用於檢測特定的 RNA 分子。

技術步驟大致如下：

1. 樣品製備: 從細胞或組織中提取總 RNA。
2. 凝膠電泳: 將 RNA 樣品在變性瓊脂糖凝膠中進行電泳分離，根據 RNA 的大小進行分離。
3. 轉印 (Blotting): 將凝膠上的 RNA 分子轉移到一個固態載體膜（如硝酸纖維素膜或尼龍膜）上。
4. 探針雜交 (Hybridization): 使用一個標記的 DNA 或 RNA 探針，該探針與目標 RNA 分子序列互補。通過雜交反應，探針會特異性地結合到目標 RNA 上。

這題考查果糖 (fructose) 在溶液中的主要互變異構體 (tautomeric forms)。果糖是一種酮己醣 (ketohexose)。在水溶液中，單醣會發生環化反應，形成環狀的半縮醛或半酮醛結構。

果糖可以形成兩種環狀結構：

1. 吡喃環 (pyranose): 六元環，類似於吡喃。
2. 呋喃環 (furanose): 五元環，類似於呋喃。

果糖的環化可以形成 α 和 β 兩種異構體，這取決於 C1（對於醛醣）或 C2（對於酮醣）上羥基的空間取向。

• α 異構體: C1 (或 C2) 上的羥基與 C6 (或 C5) 上的 -CH2OH 基團位於異側（在 फिश爾投影中，C1-OH 在左，C6-CH2OH 在右；或 C2-OH 在左，C5-CH2OH 在右）。

核心觀念

翻譯的起始密碼子（initiation codon）是核糖體開始合成蛋白質時所辨識的密碼子。在 E. coli 中，最常見的起始密碼子為：

• DNA 編碼股：$ATG$
• mRNA：$AUG$
• 對應胺基酸：甲硫胺酸（methionine, Met）

細菌也可使用 $GTG$、$TTG$ 等作為替代性起始密碼子，但使用頻率低於 $ATG$。

解題方法

題目問的是 E. coli 最常使用的起始密碼子。直接辨認原核生物翻譯起始密碼子的標準答案即可：

起始時，細菌核糖體先藉由 Shine–Dalgarno sequence 定位 mRNA，接著由起始 tRNA 將甲硫胺酸帶到起始密碼子位置，開始蛋白質合成。因此最常見的起始密碼子是 DNA 表示法的 $ATG$。

選項分析

• (A) AAA：錯誤。
  對應 mRNA 密碼子 $AAA$，指定離胺酸（lysine, Lys），不是標準起始密碼子。

核心觀念

本題考查氰化物中毒的作用機制與解毒原理。

氰離子（$CN^-$）會抑制粒線體電子傳遞鏈中的細胞色素 $c$ 氧化酶（cytochrome $c$ oxidase，複合體 IV），使電子無法傳遞至氧，氧化磷酸化中斷，細胞即使處於含氧血液環境中仍無法有效利用氧，形成「組織性缺氧」。

亞硝酸鈉（$NaNO_2$）可將血紅素中的二價鐵（$Fe^{2+}$）氧化成三價鐵（$Fe^{3+}$），形成高鐵血紅素（methemoglobin）：

高鐵血紅素中的三價鐵對氰離子具有高度親和力，可與氰離子結合形成氰高鐵血紅素（cyanmethemoglobin），使氰離子脫離細胞色素 $c$ 氧化酶，恢復細胞呼吸功能：

因此，$NaNO_2$ 可作為氰化物中毒的解毒劑。

解題方法

判斷此題的關鍵，是區分「會抑制電子傳遞鏈的毒物」與「能夠解毒氰化物的藥物」。

氰化物主要阻斷複合體 IV。有效的解毒方式必須能夠：

1. 移除已結合在細胞色素氧化酶上的氰離子；
2. 降低游離氰離子的毒性；
3. 使氰離子轉變成較容易排除的形式。

亞硝酸鈉透過製造高鐵血紅素，利用競爭性結合將氰離子吸引至血紅素，形成較穩定的氰高鐵血紅素，符合上述解毒原理。

臨床上，亞硝酸鈉曾與硫代硫酸鈉合併使用；硫代硫酸鈉可作為硫供體，協助氰離子轉化為毒性較低的硫氰酸鹽（thiocyanate）：

核心觀念

本題考查哪些酵素催化反應會把氧化型輔酶 NADP⁺ 還原成 NADPH。判斷依據是反應式中是否有 NADP⁺ 作為電子受體，並生成 NADPH。

磷酸戊糖途徑的氧化階段有兩個產生 NADPH 的反應：

此外，NADP⁺ 依賴型蘋果酸酵素也會生成 NADPH：

解題方法

逐一辨認各酵素的反應產物，確認反應是否將 NADP⁺ 還原為 NADPH。葡萄糖-6-磷酸去氫酶與 6-磷酸葡萄糖酸去氫酶都屬於磷酸戊糖途徑的氧化階段；蘋果酸酵素也能產生 NADPH。因此，選項中不只一組符合題意。

選項分析

這題考查植物細胞中乙醯輔酶 A (acetyl-CoA) 進入乙醛酸循環 (glyoxylate cycle) 時釋放的 CO2 分子數量。

乙醛酸循環是 TCA 循環 (三羧酸循環) 的一個變體，在植物、細菌和酵母等生物中存在，允許生物體將脂肪酸代謝產生的乙醯輔酶 A 轉化為碳水化合物（通過糖質新生）。乙醛酸循環的關鍵特徵是它繞過了 TCA 循環中兩個釋放 CO2 的步驟，因此允許碳原子被保留下來用於合成。

TCA 循環中，乙醯輔酶 A 進入循環後，經過以下步驟：

1. 乙醯輔酶 A + 草醯乙酸 → 檸檬酸 (Citrate)
2. 檸檬酸 → 異檸檬酸 (Isocitrate)
3. 異檸檬酸 → α-酮戊二酸 (α-ketoglutarate) + CO2 (釋放第一分子 CO2, 產生 NADH)
4. α-酮戊二酸 → 琥珀醯輔酶 A (Succinyl-CoA) + CO2 (釋放第二分子 CO2, 產生 NADH)

這題考查糖解作用 (glycolysis) 中最重要的調控步驟。糖解作用是一個複雜的代謝途徑，涉及多個酶促反應。為了維持能量穩態，細胞需要對糖解作用的速率進行嚴格調控。

糖解作用中有三個反應是不可逆的，並且是主要的調控點：

1. 葡萄糖 → 葡萄糖-6-磷酸 (由己醣激酶 Hexokinase 催化)
2. 果糖-6-磷酸 → 果糖-1,6-二磷酸 (由磷酸果糖激酶-1 Phosphofructokinase-1, PFK-1 催化)
3. 磷酸烯醇丙酮酸 → 丙酮酸 (由丙酮酸激酶 Pyruvate kinase 催化)

在這三個反應中，磷酸果糖激酶-1 (PFK-1) 的催化反應被認為是糖解作用中最重要、最主要的調控步驟。其原因如下：

• 反饋抑制和激活: PFK-1 的活性受到細胞內多種代謝物的嚴格調控。例如，它被 ATP 和檸檬酸（TCA 循環的產物）抑制，表示當細胞能量充足或 TCA 循環活躍時，糖解作用應減緩。

這題考查細胞內各代謝途徑的發生位置，要求找出不在粒線體中進行的反應。

• (A) Tricarboxylic acid cycle (TCA cycle): 檸檬酸循環（又稱 TCA 循環或克氏循環）發生在粒線體基質 (mitochondrial matrix) 中。
• (B) Electron transport: 電子傳遞鏈位於粒線體內膜 (inner mitochondrial membrane)。

這題考查 Lineweaver-Burk 圖（雙倒數圖）的 y 軸截距。Lineweaver-Burk 圖是 Michaelis-Menten 動力學的一種圖形表示方法，它將反應速率的倒數 ($1/v$) 對底物濃度倒數 ($1/[S]$) 作圖。

Michaelis-Menten 方程為：
$v = \frac{V_{max}[S]}{K_M + [S]}$

取倒數後得到：
$\frac{1}{v} = \frac{K_M + [S]}{V_{max}[S]}$
$\frac{1}{v} = \frac{K_M}{V_{max}[S]} + \frac{[S]}{V_{max}[S]}$
$\frac{1}{v} = \frac{K_M}{V_{max}} \cdot \frac{1}{[S]} + \frac{1}{V_{max}}$

核心觀念

Phosphofructokinase-1（PFK-1，磷酸果糖激酶-1）是糖解作用的關鍵調控酵素，催化：

此反應具有以下特性：

• 為糖解作用的主要限速步驟之一。
• 需要 ATP 提供磷酸基。
• 受到細胞能量狀態與代謝中間產物的變構調控。
• ATP 濃度高時代表細胞能量充足，會抑制 PFK-1。
• ADP、AMP 濃度升高時代表能量不足，會促進 PFK-1 活性。
• Citrate（檸檬酸）升高通常代表粒線體內三羧酸循環中間產物充足，會抑制 PFK-1。
• Fructose-2,6-bisphosphate（果糖-2,6-二磷酸，F-2,6-BP）是 PFK-1 的強力活化劑。

因此，PFK-1 的主要調控方向為：

解題方法

本題不需計算，直接整理 PFK-1 的變構調控因子即可。

判斷原則是：

1. 細胞能量不足時，ADP、AMP 增加，PFK-1 被活化，使糖解作用加速以產生 ATP。
2. 細胞能量充足時，ATP 增加，PFK-1 被抑制，避免過度分解葡萄糖。
3. Citrate 增加表示 TCA cycle 的代謝物與能量供應相對充足，因此抑制糖解作用。
4. F-2,6-BP 是糖解作用的重要訊號分子，會活化 PFK-1，促進 fructose-6-phosphate 轉換為 fructose-1,6-bisphosphate。

符合「受到 ATP 與 citrate 抑制」的選項即為正確答案。

選項分析

(A) is activated by ADP and citrate

錯誤。

這題考查哪些胺基酸常出現在蛋白質的捲曲結構 (turns) 或破壞 α-helix 的位置。

• α-helix: 是一種規則的蛋白質二級結構，由主鏈氫鍵穩定。
• Turns (捲曲): 指蛋白質鏈突然改變方向的區域，通常連接兩個主要的二級結構單元（如兩個 α-helix 或一個 α-helix 和一個 β-sheet）。

具有特殊結構或性質的胺基酸，由於其側鏈的空間位阻、缺乏形成氫鍵的能力，或其側鏈的柔韌性，常常會阻礙 α-helix 的形成，或更適合出現在捲曲區域。

• (A) Gly (甘胺酸): 甘胺酸的側鏈只有一個氫原子，這是所有胺基酸中最簡單的。這種簡單的側鏈賦予了蛋白質鏈極大的柔韌性，因此甘胺酸經常出現在捲曲區域，因為它可以容納緊密的空間排列。同時，由於其側鏈非常小，它不會像其他胺基酸那樣「推擠」周圍的結構，因此可以穩定 α-helix 的形成，或者在某些情況下，由於其極大的靈活性，也會出現在 α-helix 的轉變區域。
• (B) Trp (色胺酸): 芳香族胺基酸，側鏈較大，通常位於蛋白質內部，參與疏水相互作用。
• (C) Tyr (酪胺酸): 芳香族胺基酸，側鏈較大。
• (D) His (組胺酸): 側鏈含有咪唑環，pH 接近生理 pH 時帶有部分電荷，參與催化和離子相互作用。

這題考查胺基酸之間形成共價鍵的類型。胺基酸是蛋白質的基本單元，它們通過形成肽鍵 (peptide bond) 連接在一起，形成多肽鏈。

肽鍵的形成是一個脫水縮合反應，其中一個胺基酸的羧基 (-COOH) 與另一個胺基酸的胺基 (-NH2) 發生反應，形成一個 醯胺鍵 (amide bond)，同時釋放出一分子水。
結構式： R1-CO-NH-R2

這題考查三羧酸循環 (TCA cycle) 中每分子乙醯輔酶 A (acetyl-CoA) 氧化所產生的 NADH 分子數量。

當一分子乙醯輔酶 A (2 個碳原子) 進入 TCA 循環時，它與草醯乙酸 (4 個碳原子) 縮合形成檸檬酸 (6 個碳原子)。隨後，經過一系列反應，最終將這兩個碳原子氧化為兩分子 CO2，並在此過程中產生還原當量（NADH, FADH2）和 ATP (或 GTP)。

TCA 循環中，對於每進入的一分子乙醯輔酶 A，產生的還原產物如下：

1. NADH:
   • 異檸檬酸 → α-酮戊二酸 (產生 1 NADH)

核心觀念

本題考查「蛋白質中具遺傳編碼的第 21、22 種胺基酸」。

標準 20 種胺基酸之外，部分生物可透過特殊的遺傳編碼機制，將下列兩種胺基酸納入蛋白質合成：

1. 硒半胱胺酸（selenocysteine，Sec，單字母代碼 U）
   被稱為第 21 種胺基酸，結構類似半胱胺酸，但其硫原子被硒原子取代。

2. 吡咯離胺酸（pyrrolysine，Pyl，單字母代碼 O）
   被稱為第 22 種胺基酸，主要見於部分古菌與細菌的特定酵素中。

因此，第 21、22 種胺基酸依序為：

解題方法

判斷本題的關鍵，是辨認題目所指的「第 21、22 種胺基酸」不是一般蛋白質中常見的 20 種胺基酸，而是具有特殊遺傳編碼機制的延伸胺基酸。

第 21 種：硒半胱胺酸

硒半胱胺酸的側鏈具有硒醇基，結構可視為半胱胺酸的硫原子被硒取代：

其特殊之處在於，通常由終止密碼子 UGA 編碼；當 mRNA 上具有特定的 SECIS 調控序列，且細胞具有相應的轉譯因子時，UGA 不被視為終止訊號，而會插入硒半胱胺酸。

第 22 種：吡咯離胺酸

吡咯離胺酸是離胺酸（lysine）的衍生物，具有額外的吡咯啉環結構。它主要由密碼子 UAG 編碼；在具有特殊轉譯系統的生物中，UAG 可被重新解讀為插入吡咯離胺酸，而非一般的終止訊號。

所以正確順序為：

選項分析

(A) serine and phosphoserine

錯誤。

這題考查在葡萄糖代謝到 CO2 的過程中（即糖解作用、丙酮酸脫羧、TCA 循環）使用 NAD+/NADH 的酶。

• 糖解作用 (Glycolysis): 葡萄糖 → 丙酮酸。其中，甘油醛-3-磷酸脫氫酶 (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) 將 NAD+ 還原為 NADH。
• 丙酮酸脫羧 (Pyruvate decarboxylation): 丙酮酸 → 乙醯輔酶 A。丙酮酸脫氫酶複合物 (pyruvate dehydrogenase complex) 參與此過程，它是一個多酶複合物，其中一個步驟使用 NAD+ 氧化底物，並將電子傳遞給 NAD+，生成 NADH。
• TCA 循環 (Citric Acid Cycle):
  • Isocitrate dehydrogenase (異檸檬酸脫氫酶): 將異檸檬酸氧化為 α-酮戊二酸，同時將 NAD+ 還原為 NADH。

這題考查在胰島素 (insulin) 測序方面做出重要貢獻的科學家。

• (A) K. B. Mullis: 發明了聚合酶鏈式反應 (PCR)。
• (B) J. D. Watson and H. C. Crick: 發現 DNA 的雙螺旋結構。
• (C) F. Sanger: Frederick Sanger 是蛋白質化學領域的先驅。

這題考查不同組織對其主要能量底物的偏好，要求找出配對錯誤的敘述。

• (A) Brain: fatty acids: 錯誤。大腦在正常情況下，主要能量來源是葡萄糖 (glucose)。在長時間飢餓狀態下，大腦可以利用酮體 (ketone bodies) 作為能量來源，但脂肪酸通常不能穿過血腦屏障，因此不是大腦的首選底物。

• (B) Heart: fatty acids: 正確。心肌是高度依賴脂肪酸氧化來產生 ATP 的組織，即使在葡萄糖供應充足的情況下也是如此。

這題考查真核生物中 tRNA 成熟 (maturation) 所包含的過程。tRNA 在被轉錄後，需要經過一系列的加工和修飾才能成為成熟、具有功能的分子。

• (A) RNase P cleavage: RNase P (RNA 酶 P) 是一種核酶 (ribozyme)，它參與 tRNA 前體 (pre-tRNA) 的 5' 端加工，切除多餘的核苷酸序列，形成成熟的 5' 端。
• (B) Intron splicing: 某些 tRNA 基因包含內含子 (introns)，這些內含子需要在 tRNA 成熟過程中被切除，然後由 tRNA 連接酶 (tRNA splicing enzyme) 將外顯子 (exons) 連接起來。
• (C) CCA tail addition: 成熟的 tRNA 分子在 3' 端總是帶有一個 CCA 序列。

這題考查 FoF1 ATP 合酶 (ATP synthase) 的結合-改變模型 (binding-changing model) 的提出者。FoF1 ATP 合酶是粒線體、葉綠體和細菌細胞膜上合成 ATP 的關鍵酶。

• (A) P. Boyer: Paul D. Boyer 在 1990 年代提出了「結合-釋放模型」(binding-release mechanism) 或稱為「化學滲透結合模型」(chemiosmotic binding mechanism)，後來發展為「結合-改變模型」(binding-changing mechanism)。該模型認為 ATP 的合成並非通過直接的化學鍵形成，而是通過 ATP 合酶的構象變化，利用質子梯度驅動的旋轉運動，使 ADP 和 Pi 在酶的活性位點上結合、轉化為 ATP，然後再釋放 ATP。

核心觀念

RNA 的糖部分是 β-D-核糖（β-D-ribose），在環化結構中採用五元環形式，稱為 β-D-呋喃核糖（β-D-ribofuranose）。

判斷本題需掌握兩個分類：

1. pyranose 與 furanose：依環的大小區分

   • pyranose：六元環
   • furanose：五元環

2. α 與 β：依異頭碳（anomeric carbon）的構型區分

   • 核糖的異頭碳為 $C1'$
   • 在 RNA 中，核糖採 β 構型
   • β-D-ribofuranose 中，$C1'$ 上的含氮鹼基與 $C5'$ 端基團位於同一側；RNA 的核苷鍵即採此構型

因此，RNA 的標準糖結構為：

題目中的 “tautomeric form” 用語並不嚴謹；此處實際考的是核糖的環狀形式與異頭構型。

解題方法

先判斷 RNA 中核糖的環型，再判斷異頭碳構型：

• RNA 的核糖形成五元環，因此是 furanose
• RNA 的核苷鍵與核糖異頭碳採 β 構型，因此是 β

合併兩項即可得到：

選項分析

(A) α-pyranose

錯誤。