112 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》

此題考查粒線體電子傳遞鏈複合物的組成來源。電子傳遞鏈上的複合物 I 到 IV 負責電子傳遞，而複合物 V 則是 ATP 合成酶。

此題考查蛋白質α-螺旋的結構參數。α-螺旋是蛋白質的二級結構之一，其特徵是沿軸向每轉一圈具有約 3.6 個胺基酸殘基，且沿軸向的距離（pitch）約為 0.54 nm。題目問的是 pitch，也就是沿軸向每轉一圈的距離。
常見的 α-螺旋結構參數：

此題考查血紅素 (hemoglobin, Hb) 的結構與功能。
(A) 一個血紅素分子由四個胜肽鏈組成，每個胜肽鏈上帶有一個血基質 (heme)，每個血基質中的鐵離子能結合一個氧分子，因此一個血紅素分子共可結合 4 個 O2 分子。此敘述正確。
(B) 成人血紅素 (HbA) 的主要結構是兩個 α 鏈和兩個 β 鏈，即 α2β2 結構。此敘述正確。
(C) 胎兒血紅素 (HbF) 的結構是兩個 α 鏈和兩個 γ 鏈，即 α2γ2 結構。此敘述正確。
(D) 2,3-二磷酸甘油酸 (2,3-BPG) 是一種調節劑，能降低血紅素對氧氣的親和力。

此題考查 Michaelis-Menten 動力學的相關敘述。
Michaelis-Menten 方程式為 $v = \frac{V_{max}[S]}{K_M + [S]}$，其中 $v$ 是反應速率，$V_{max}$ 是最大反應速率，$[S]$ 是基質濃度，$K_M$ 是 Michaelis 常數，$k_{cat}$ 是轉換數。

(A) 當基質濃度 $[S] = K_M$ 時，反應速率 $v = \frac{V_{max}K_M}{K_M + K_M} = \frac{V_{max}K_M}{2K_M} = \frac{V_{max}}{2}$。因此，$K_M$ 代表反應速率為最大反應速率一半時的基質濃度。此敘述正確。
(B) $k_{cat}$ (turnover number) 是指一個酵素分子在單位時間內能轉化多少基質分子，是衡量酵素催化效率的指標。

此題考查 DNA 電泳後染色的方法。
DNA 在瓊脂糖膠體電泳 (agarose gel electrophoresis) 後，本身是無色的，需要染料來使其可見。

• (A) Uridine 是一種核苷。
• (B) EtBr (Ethidium bromide) 是一種常用的 DNA 螢光染料，它能夠嵌入 DNA 雙螺旋結構中，並在紫外光下發出橙紅色螢光，從而使 DNA 條帶可見。

核心觀念

雙股 DNA 的平均分子量約為：

其中每一個鹼基對約由兩個核苷酸組成，每個核苷酸平均約為 $330\ \text{Da}$。

題目雖特別指出 DNA 為 Z form，但 DNA 的構形主要影響螺旋幾何與每圈鹼基對數，不會顯著改變每個鹼基對的平均分子量。因此仍使用約 $660\ \text{Da/base pair}$ 估算。

解題方法

DNA 長度為 $100$ 個鹼基對，因此：

由於：

所以：

最接近選項中的 $65\ \text{kD}$，故選 (B)。

也可從單股核苷酸數量計算：

選項分析

此題考查 DNA 濃度測定所使用的紫外吸收波長。
核酸（DNA 和 RNA）的吸收光譜在紫外區有一個最大吸收峰，約在 260 nm 處。這是由於核酸中的含氮鹼基（腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶）的芳香環結構在 260 nm 處有強烈的紫外吸收。因此，在 260 nm 測量樣品的吸光度 (absorbance) 是測定 DNA 或 RNA 濃度的常用方法。

此題考查幾種生物分子（鹼基、核苷、核苷酸）的分子量比較。
我們需要計算出它們的分子式和分子量。
(A) Guanine (鳥嘌呤): C5H5N5。分子量 ≈ 5×12.01 + 5×1.01 + 5×14.01 = 60.05 + 5.05 + 70.05 = 135.15 g/mol。
(B) Guanosine (鳥苷): Guanine + Ribose。核糖 (Ribose) 的分子式是 C5H10O4，分子量約 150.13 g/mol。
Guanosine (C5H5N5) + (C5H10O4) - H2O (形成糖苷鍵時脫水) = C10H13N5O4。
分子量 ≈ 10×12.01 + 13×1.01 + 5×14.01 + 4×16.00 = 120.1 + 13.13 + 70.05 + 64.00 = 267.28 g/mol。
(C) Guanylate (鳥苷酸，GMP): Guanosine + Phosphate。磷酸基團 (PO4^3-) 的分子量約 95 g/mol (P + 4O)。

核心觀念

判斷雙醣的結構，重點是確認兩個單醣如何透過糖苷鍵連接，尤其要看：

• 連接位置：例如 $(1\to4)$ 或 $(1\to2)$，表示前一個單醣的 C1 連到後一個單醣的 C4 或 C2。
• 糖苷鍵的構型：$\alpha$ 或 $\beta$，由形成糖苷鍵的單醣異頭碳構型決定。
• 是否為還原糖：若仍有一個異頭碳未參與糖苷鍵，便可開環形成醛基或酮基，具有還原性。

解題方法

逐一核對各選項所述雙醣的連接方式與還原性。蔗糖的關鍵特徵是葡萄糖的 C1 與果糖的 C2 相連，因此糖苷鍵是 $(1\to2)$；兩個單醣的異頭碳都參與成鍵，蔗糖不具還原性。依此即可找出錯誤選項。

選項分析

(A) 正確。 蔗糖由葡萄糖與果糖構成，兩者的異頭碳都形成糖苷鍵，沒有可自由開環的異頭碳，因此是非還原糖。

核心觀念

本題考查限制性內切酶（restriction endonuclease）的辨識序列，以及「同裂酶」（isoschizomer）的定義。

• 同裂酶：辨識完全相同的 DNA 核苷酸序列。
• 若辨識序列相同，但切割位置不同，稱為異裂酶（neoschizomer）。
• 若辨識不同序列，卻產生相同的黏性末端，稱為同尾酶（isocaudomer），不屬於同裂酶。

XbaI 的辨識序列為：

其切割方式為：

會產生 $5'$ 端的 CTAG 黏性末端。

解題方法

逐一比對各選項的辨識序列與 XbaI 的辨識序列 $TCTAGA$：

1. 先確認是否辨識完全相同的六鹼基序列。
2. 若辨識序列不同，即使產生相同的黏性末端，也不能稱為同裂酶。
3. 因此，判斷重點是「辨識序列是否相同」，不是「切口是否相容」。

選項分析

• (A) EcoRI（GAATTC）錯誤

  EcoRI 辨識序列為 $GAATTC$，與 XbaI 的 $TCTAGA$ 不同，因此不是 XbaI 的同裂酶。

  EcoRI 切割後產生 $5'$ 端的 AATT 黏性末端，亦不同於 XbaI 的 CTAG 末端。

• (B) SpeI（ACTAGT）錯誤

此題考查與庫賈氏病 (scrapie) 相關的蛋白質。
庫賈氏病是一種由普利昂 (prion) 蛋白引起的傳染性海綿狀腦病。普利昂蛋白是一種異常摺疊的蛋白質，能夠誘導正常形態的普利昂蛋白也發生異常摺疊，從而導致神經細胞損傷和腦組織海綿狀病變。

• (A) Collagen (膠原蛋白) 是結締組織的主要結構蛋白。

此題考查 NP-40 的作用機制。
NP-40 (Nonidet P-40) 是一種非離子去污劑 (nonionic detergent)，常用於生物化學實驗室中。它是一種烷基聚醚，具有親水頭部和疏水尾部。
去污劑的作用機制是干擾蛋白質的結構，使其變性 (denature)。

• 氫鍵 (hydrogen bonds) 和疏水相互作用 (hydrophobic interactions) 是維持蛋白質三級結構的主要非共價鍵。
• 鹽橋 (salt bridges) 也是一種非共價相互作用。

此題考查醛己糖 (aldohexose) 的立體異構物數量。
醛己糖是含有六個碳原子和一個醛基的單醣。其結構式為：
CHO
|
H-C-OH
|
H-C-OH
|
H-C-OH
|
H-C-OH
|
CH2OH

在一個分子中，除了 C1 的醛基和 C6 的醇基外，C2, C3, C4, C5 都是手性碳原子 (chiral carbon atom)，因為它們都連接有四個不同的基團。

此題考查核苷酸 (nucleotide) 中核糖與鹼基之間的化學鍵。
核苷酸由三部分組成：一個五碳糖（核糖或脫氧核糖）、一個含氮鹼基和一個或多個磷酸基團。
核苷 (nucleoside) 是由五碳糖和含氮鹼基組成的。
在核苷中，五碳糖的異頭碳 (anomeric carbon) 與含氮鹼基的氮原子之間形成了一個糖苷鍵 (glycosidic bond)。

• 對於 RNA，核糖的 C1' 碳原子與鹼基相連。
• 對於 DNA，脫氧核糖的 C1' 碳原子與鹼基相連。

此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中富含特定的脂質，以支持其複雜的功能，例如信號傳導和絕緣。

• (A) Glycerophospholipids (甘油磷脂) 是細胞膜的主要成分，但也普遍存在於各種細胞膜中。
• (B) Waxes (蠟) 是長鏈脂肪醇和長鏈脂肪酸形成的酯，主要用於儲能和保護。
• (C) Fatty acids (脂肪酸) 是脂質的組成單元，但它們本身不是膜結構的主要組分。

此題考查人類粒線體 DNA (mtDNA) 編碼的蛋白質數量。
人類粒線體 DNA 是一個環狀分子，相對於核基因組而言非常小。它編碼了細胞呼吸鏈中的一些關鍵蛋白質亞基，以及參與蛋白質合成的 tRNA 和 rRNA。

此題考查絲胺酸蛋白酶 (serine protease) 的催化三聯體 (catalytic triad)。
絲胺酸蛋白酶是一類含有絲胺酸殘基作為催化活性中心的酶。它們在蛋白質水解中起重要作用。
著名的絲胺酸蛋白酶包括胰蛋白酶 (trypsin)、糜蛋白酶 (chymotrypsin)、彈性蛋白酶 (elastase) 等。
這些酶的活性中心通常包含三個關鍵的胺基酸殘基，形成一個「催化三聯體」，它們協同作用以催化胜肽鍵的水解。這三個胺基酸殘基是：

此題考查化學滲透耦合 (chemiosmotic coupling) 模型。
化學滲透耦合理論是由英國生物化學家彼得·米歇爾 (Peter Mitchell) 在 1961 年提出的。該理論解釋了 ATP 合成過程中能量的轉換機制，指出通過質子梯度（質子動力勢）在粒線體內膜或葉綠體類囊體膜上的跨膜流動，將電子傳遞鏈的氧化還原能轉化為 ATP 的化學能。米歇爾因此獲得了 1978 年諾貝爾化學獎。

此題考查遺傳密碼的退化性，特別是哪些胺基酸僅由一個密碼子編碼。
遺傳密碼是簡併的 (degenerate)，意味著多個密碼子可以編碼同一個胺基酸。然而，有些胺基酸僅由一個密碼子編碼。
我們需要查看遺傳密碼表來確定。

此題考查 B 型 DNA 的結構參數。
B 型 DNA 是 DNA 在生理條件下最常見的右手螺旋結構。
B 型 DNA 的螺旋結構特點是：

• 每圈螺旋包含約 10.5 個鹼基對 (base pairs)。
• 每圈螺旋的軸向距離 (pitch) 約為 3.4 nm。

此題考查 Southern blotting 方法的應用。
Southern blotting 是一種分子生物學技術，用於檢測特定的 DNA 序列。其基本步驟包括：

1. 分離 DNA：通過電泳將 DNA 片段分離。
2. 變性 DNA：將雙鏈 DNA 變性為單鏈。
3. 轉印：將單鏈 DNA 轉印到固體載體（如硝酸纖維素膜或尼龍膜）上。

此題考查蔗糖 (sucrose) 中果糖 (fructose) 的結構形式。
蔗糖是由葡萄糖和果糖組成的雙醣。

• 葡萄糖部分以 pyranose (六元環) 形式存在。
• 果糖部分以 furanose (五元環) 形式存在。

此題考查奧司他韋 (Oseltamivir, Tamiflu) 的結構相似性。
奧司他韋是一種神經胺酸酶抑制劑 (neuraminidase inhibitor)，用於治療流感。流感病毒表面的神經胺酸酶 (neuraminidase) 是病毒複製和釋放的關鍵酶。
奧司他韋的結構類似於流感病毒神經胺酸酶的作用底物，即唾液酸 (sialic acid) 的衍生物。
唾液酸是神經胺酸酶的天然底物。奧司他韋通過與神經胺酸酶的活性位點結合，抑制其活性，從而阻止病毒從宿主細胞釋放。

核心觀念

本題考查氰化物中毒的毒理機制，以及其解毒劑的作用原理。

氰化物的主要毒性來自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）。氰離子會與複合體 IV 中的三價鐵中心結合，使電子傳遞與氧化磷酸化停止。

因此，即使血液中有氧氣，細胞仍無法有效利用氧氣，形成「組織性缺氧」。其結果包括：

• ATP 生成量下降
• 有氧呼吸受阻
• 細胞轉向無氧糖解
• 乳酸堆積，造成嚴重乳酸中毒
• 心臟與中樞神經系統最先受到傷害

解毒的關鍵，是使氰離子離開細胞色素 $c$ 氧化酶，並將其轉化成毒性較低、可排出的物質。

解題方法

硝酸鈉（NaNO₂）可將部分血紅素中的二價鐵氧化成三價鐵，形成高鐵血紅素（methemoglobin）：

高鐵血紅素中的三價鐵對氰離子的親和力高，會優先與氰離子形成氰高鐵血紅素：

如此可降低游離氰離子的濃度，使氰離子不再持續抑制細胞色素 $c$ 氧化酶，恢復部分細胞呼吸功能。

臨床上，亞硝酸鈉曾是氰化物中毒急救組合的重要成分；現代治療常優先使用 hydroxocobalamin，因為亞硝酸鈉會造成高鐵血紅素血症，在一氧化碳中毒或吸入煙霧造成缺氧時尤其具有危險性。

本題問「frequently used by emergency medical personnel as an antidote」，在所列選項中，能藉由形成高鐵血紅素捕捉氰離子的物質是 NaNO₂。

選項分析

(A) CO

核心觀念

NADPH 的主要來源包括戊糖磷酸途徑的葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G6PD）與 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（6PGD），以及 NADP⁺ 依賴型的蘋果酸酶（malic enzyme）。

解題方法

逐對判斷兩個酵素是否都會產生 NADPH。

選項分析

• (A) 正確：G6PD 與 6PGD 都在戊糖磷酸途徑中以 NADP⁺ 為輔酶產生 NADPH，為本題採用的答案。
• (B) 依一般推論同樣成立：蘋果酸酶與 G6PD 都產生 NADPH。

核心觀念

本題考查植物細胞的 乙醛酸循環（glyoxylate cycle），以及每個進入循環的 acetyl-CoA 是否會經由脫羧反應釋放 $CO_2$。

乙醛酸循環是三羧酸循環（TCA cycle）的變形途徑，主要功能是將脂肪酸分解產生的 acetyl-CoA，轉換成可用於醣質新生的四碳化合物。其關鍵特色是繞過 TCA cycle 中會釋放 $CO_2$ 的兩個脫羧步驟：

1. Isocitrate $\rightarrow$ $\alpha$-ketoglutarate
2. $\alpha$-Ketoglutarate $\rightarrow$ succinyl-CoA

解題方法

乙醛酸循環中的兩個特有酵素為：

• Isocitrate lyase：將 isocitrate 分解為 succinate 與 glyoxylate。
• Malate synthase：將 glyoxylate 與 acetyl-CoA 結合形成 malate。

其中：

此題考查糖解作用 (glycolysis) 的關鍵調控步驟。
糖解作用是一個複雜的代謝途徑，其中有幾個步驟是高度放能且不可逆的，這些步驟通常是調控的關鍵點。
在糖解作用中，有三個主要的不可逆反應，也是主要的調控點：

1. 己糖激酶 (Hexokinase) 催化葡萄糖磷酸化為葡萄糖-6-磷酸。
2. 磷酸果糖激酶-1 (Phosphofructokinase-1, PFK-1) 催化果糖-6-磷酸磷酸化為果糖-1,6-二磷酸。
3. 丙酮酸激酶 (Pyruvate kinase) 催化磷酸烯醇丙酮酸 (PEP) 磷酸化為丙酮酸。

此題考查乙醛酸循環 (glyoxylate cycle) 中涉及的酶。
乙醛酸循環是檸檬酸循環 (TCA cycle) 的一個變體，它允許植物和微生物在脂肪酸代謝過程中合成碳水化合物。
乙醛酸循環的關鍵酶是異檸檬酸裂解酶 (isocitrate lyase)，它將異檸檬酸裂解為乙醛酸和琥珀醯輔酶 A。這是乙醛酸循環特有的酶，在 TCA 循環中不存在。
乙醛酸循環的反應步驟（簡化）：

1. 乙醯輔酶 A + 草乙酸 → 檸檬酸 (Citrate synthase)
2. 檸檬酸 ↔ 異檸檬酸 (Aconitase)
3. 異檸檬酸 → 乙醛酸 + 琥珀醯輔酶 A (Isocitrate lyase) （關鍵酶，繞過 TCA 中 CO2 釋放的步驟）
4. 乙醛酸 + 乙醯輔酶 A → 蘋果酸 (Malate synthase) （關鍵酶）
5. 蘋果酸 → 草乙酸 (Malate dehydrogenase)

此題考查 Lineweaver-Burk 雙倒數圖的 x 軸截距。
Lineweaver-Burk 方程式是 Michaelis-Menten 方程式的雙倒數形式：
$\frac{1}{v} = \frac{K_M}{V_{max}[S]} + \frac{1}{V_{max}}$
這是一個直線方程式 $y = mx + c$ 的形式，其中：

• $y = 1/v$
• $x = 1/[S]$
• 斜率 $m = K_M/V_{max}$
• y 軸截距 $c = 1/V_{max}$

此題考查磷酸果糖激酶-1 (PFK-1) 的變構調控。
PFK-1 是糖解作用中的關鍵限速酶，其活性受到細胞能量狀態和代謝中間產物的嚴格調控。

• ATP：ATP 是 PFK-1 的底物，但當 ATP 濃度很高時，它會作為變構抑制劑與 PFK-1 的一個特殊變構位點結合，抑制酶的活性。這反映了細胞能量充足時，糖解作用應減緩。
• AMP 和 ADP：當細胞能量水平較低時，ATP 水解產生 ADP 和 AMP。AMP 和 ADP 可以與 PFK-1 結合，作為變構激活劑，增加酶對 ATP 的親和力，從而激活酶的活性。
• Citrate (檸檬酸)：檸檬酸是 TCA 循環的中間產物。當 TCA 循環活躍，檸檬酸濃度升高時，它會作為 PFK-1 的變構抑制劑，表明細胞能量充足，不需要更多的糖解產物。

此題考查胺基酸的結構，特別是哪些胺基酸缺乏手性的 α-碳原子。
α-碳原子是連接胺基 (-NH2)、羧基 (-COOH)、氫原子 (H) 和側鏈 (R group) 的碳原子。
對於一個胺基酸來說，如果其 α-碳原子連接的四個基團都不同，則該 α-碳原子是手性的。
然而，甘氨酸 (Glycine, Gly) 的側鏈 R group 是氫原子 (H)。
因此，甘氨酸的 α-碳原子連接了四個相同的基團：-NH2, -COOH, -H, 和 -H。
由於有兩個氫原子，α-碳原子不是手性的。

此題考查胺基酸之間形成共價鍵的方式。
胺基酸是蛋白質的基本單元。在蛋白質中，胺基酸通過胜肽鍵 (peptide bond) 連接起來，形成多胜肽鏈。
一个胺基酸的羧基 (-COOH) 與另一個胺基酸的胺基 (-NH2) 發生縮合反應，形成一個胜肽鍵，並釋放出一分子水。

此題考查檸檬酸循環 (TCA cycle) 中 FADH2 的生成量。
每個乙醯輔酶 A (acetyl-CoA) 分子進入 TCA 循環後，會經過一系列反應，最終被完全氧化為 CO2，同時產生 ATP (或 GTP)、NADH 和 FADH2。
TCA 循環的反應步驟及其產物（每個乙醯輔酶 A）：

1. 乙醯輔酶 A + 草乙酸 → 檸檬酸 (Citrate synthase)
2. 檸檬酸 → 異檸檬酸 (Aconitase)
3. 異檸檬酸 + NAD+ → α-酮戊二酸 + CO2 + NADH (Isocitrate dehydrogenase) (1 NADH)

此題考查膠原蛋白 (collagen) 中脯氨酸 (proline) 和離氨酸 (lysine) 殘基羥基化反應所需的輔因子。
膠原蛋白是一種重要的結構蛋白質，其正確的形成和穩定性依賴於脯氨酸和離氨酸殘基的羥基化。

• 脯氨酸的羥基化生成羥脯氨酸 (hydroxyproline)。
• 離氨酸的羥基化生成羥離氨酸 (hydroxylysine)。
  這些羥基化反應是由脯氨酸羥化酶 (prolyl hydroxylase) 和離氨酸羥化酶 (lysyl hydroxylase) 催化的。
  這些酶需要鐵離子 (Fe2+) 和 α-酮戊二酸 (α-ketoglutarate) 作為輔因子，並且維生素 C (Vitamin C) 是這些酶正常活性的必需條件。

此題考查在葡萄糖代謝為 CO2 的過程中，使用 FAD/FADH2 的酶。
葡萄糖代謝為 CO2 的主要途徑是糖解作用 (glycolysis) 和檸檬酸循環 (TCA cycle)。

• 糖解作用：不使用 FAD/FADH2。
• TCA 循環：
  • 丙酮酸脫氫酶複合物 (Pyruvate dehydrogenase complex)：將丙酮酸轉化為乙醯輔酶 A，此過程使用 NAD+ 接受電子，不使用 FAD。
  • 異檸檬酸脫氫酶 (Isocitrate dehydrogenase)：使用 NAD+ 接受電子，生成 NADH。

此題考查胰蛋白酶 (trypsin) 的蛋白質切割特異性。
胰蛋白酶是一種絲胺酸蛋白酶，它在蛋白質的水解過程中，特異性地切割胜肽鏈中胺基酸殘基的羧基端。
胰蛋白酶的特異性是：它主要切割離氨酸 (Lysine, Lys) 和精氨酸 (Arginine, Arg) 的羧基端。
這是因為胰蛋白酶的活性位點中存在一個帶負電荷的離氨酸殘基（與 Lys 和 Arg 的帶正電荷的側鏈形成離子鍵），使得它對帶正電荷的胺基酸具有較高的親和力。

此題考查不同組織對能量底物的偏好。
(A) Brain (大腦)：大腦主要依賴葡萄糖作為能量來源，因為它無法有效利用脂肪酸。
(B) Heart (心臟)：心臟是高度耗能的器官，其主要能量來源是脂肪酸，其次是酮體。

此題考查轉運 RNA (tRNA) 的三葉草結構。
tRNA 的二級結構呈現三葉草形狀，主要由四個莖和四個環組成：

• acceptor stem (接受莖)：位於 tRNA 的 3' 端，通常是 CCA 序列，用於接受胺基酸。

此題考查 F0F1 ATP 合成酶的結合-改變模型 (binding-change model)。
F0F1 ATP 合成酶是 ATP 合成過程中的關鍵酶，它利用質子梯度來合成 ATP。
結合-改變模型是由 Paul D. Boyer 提出的，他因此模型獲得了 1997 年諾貝爾化學獎。該模型解釋了 ATP 合成酶如何通過質子流動驅動其構象變化，從而催化 ATP 的合成。

此題考查核糖 (ribose) 在溶液中的主要互變異構形式。
核糖是構成 RNA 的五碳糖。在溶液中，核糖主要以環狀形式存在，而不是開鏈醛糖形式。
環狀核糖主要有兩種：

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