109 年 國立成功大學藥理學研究所《生物化學》

此題考驗蛋白質的結構層次。蛋白質結構分為四級：初級（胺基酸序列）、次級（α-helix, β-sheet）、三級（蛋白質整體的三度空間摺疊），以及四級（由兩個或兩個以上胜肽鏈組成的結構）。

• Myoglobin (肌紅蛋白)：由一條胜肽鏈組成，僅具有三級結構。

此題考驗物質的溶解性與極性、電解質的關係。水（$H_2O$）是一種極性溶劑，根據「相似相溶」的原則，極性物質易溶於極性溶劑，非極性物質則不易溶於極性溶劑。

• A) Nonpolar compound (非極性化合物)：由於與水分子之間缺乏有效的偶極-偶極相互作用或氫鍵，非極性化合物在水中溶解度很低。

此題考驗 NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide) 的生物合成途徑，特別是其菸鹼醯胺 (nicotinamide) 部分的來源。

NAD 的合成有兩種主要途徑：

1. 從頭合成 (de novo synthesis)：此途徑以天冬胺酸 (aspartate) 和 ATP 為起始物，經過一系列反應合成，其中一部分途徑會用到 PRPP (5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate)。
2. 從頭合成 (de novo synthesis)：此途徑以色胺酸 (tryptophan) 為起始物。色胺酸在體內可以代謝轉化為菸鹼酸 (nicotinic acid)，進而合成 NAD。
3. 從回收途徑合成 (salvage pathway)：此途徑利用體內已有的菸鹼酸 (nicotinic acid) 或菸鹼醯胺 (nicotinamide) 來合成 NAD。

核心觀念

原核生物轉錄終止主要有兩種機制：

1. ρ（rho）依賴型終止
2. 內在型（intrinsic，或稱 ρ 非依賴型）終止

內在型終止子的典型結構包括：

• RNA 中形成穩定的 G-C-rich hairpin（富含 G-C 的髮夾結構）
• 髮夾結構後方接一段富含 U 的序列
• RNA 聚合酶因髮夾結構與弱配對的 RNA–DNA 雜合區而停頓，最終使轉錄複合體解離

ρ 依賴型終止則需要 ρ 因子。ρ 是一種具有 ATPase 與 RNA helicase 活性的六聚體蛋白，會沿著新生 RNA 移動，追上停頓的 RNA 聚合酶，並解開 RNA–DNA 雜合區，使轉錄終止。

解題方法

判斷本題的關鍵，是分辨各選項描述的是哪一種終止機制：

• 若需要 ρ 因子，屬於 ρ 依賴型終止
• 若不需要 ρ 因子，且具有 G-C-rich 髮夾結構與後續 U-rich 序列，屬於 內在型終止

因此，看到「G-C rich」且「不需要 rho factor」時，應聯想到內在型終止。

選項分析

A) A random process

錯誤。

原核生物轉錄終止不是隨機發生，而是由特定的終止訊號與分子機制所決定，包括：

• ρ 依賴型終止子的 RNA 結構
• 內在型終止子的 G-C-rich 髮夾結構與 U-rich 序列
• RNA 聚合酶的停頓與解離

因此，終止是受調控且具有特定序列基礎的過程。

B) Requires the presence of the rho subunit of holoenzyme

錯誤。

ρ 因子不是 RNA 聚合酶 holoenzyme 的亞基。

原核生物 RNA polymerase holoenzyme 通常由：

$$\alpha_2\beta\beta'\omega\sigma$$

此題考驗血紅蛋白 (hemoglobin) 的結構與組成。人類成人的主要血紅蛋白 (HbA) 由四條胜肽鏈組成：兩條 $\alpha$ 珠蛋白鏈 (globin chains) 和兩條 $\beta$ 珠蛋白鏈。這四條鏈共同構成一個四級結構。

• A) Four polypeptide chains：這是正確的，HbA 包含 2 條 $\alpha$ 鏈和 2 條 $\beta$ 鏈，總共四條。
• B) Two copies of chain：這也是正確的，有兩條 $\alpha$ 鏈和兩條 $\beta$ 鏈，即每種鏈都有兩個拷貝。
• C) Determined by the C₁ regions：這個說法不準確。

此題考驗免疫球蛋白 IgG 的特性。IgG 是人體中最主要的抗體類型，佔血清抗體的 75% 以上。

• A) Primary in mucosal secretions：主要存在於黏膜分泌物（如唾液、眼淚、腸道分泌液）的是 IgA，而非 IgG。IgG 在血液和組織液中含量最高。
• B) Contains carbohydrate covalently attached to the H chain：IgG 是一種糖蛋白 (glycoprotein)。其重鏈 (H chain) 的 Fc 片段上含有寡糖鏈，通過共價鍵連接。

此題考驗鞘脂 (sphingolipids) 的降解途徑。鞘脂的降解是一個複雜的多步驟過程，通常在溶酶體 (lysosomes) 中進行，涉及多種水解酶。

• D) occurs in lysosomes：鞘脂的降解主要發生在溶酶體內，這是其細胞內降解的主要場所。
• C) stepwise removal of constituents：鞘脂的降解是一個逐步進行的過程，通過水解酶逐步切除不同的化學基團，例如糖基、磷酸基、硫酸基等。
• B) involve a sulfatase：某些鞘脂（如神經節苷脂、硫脂）的降解需要硫化酶 (sulfatase) 來移除硫酸基團。例如，高雪氏病 (Gaucher's disease) 是由於葡糖腦苷脂酶 (glucocerebrosidase) 缺乏，但涉及其他鞘脂降解的疾病（如 metachromatic leukodystrophy）則與硫化酶缺乏有關。

此題考驗細胞膜的組成成分和結構特徵。細胞膜主要由磷脂雙分子層構成，其中嵌入或附著有蛋白質、膽固醇等。

• A) more than 90% phospholipid：細胞膜中磷脂是主要的成分，但比例通常在 50% 左右，蛋白質的比例也相當高（約 40-50%）。90% 磷脂的說法是不正確的。
• B) have integral and peripheral proteins：這是細胞膜結構的關鍵特徵。細胞膜含有整合蛋白 (integral proteins)，它們嵌入磷脂雙分子層中，通常是跨膜的；

此題考驗葡萄糖的吸收機制。葡萄糖是細胞重要的能量來源，其進入細胞的方式涉及多種轉運蛋白。

• A) Most cells is through concentration gradient：雖然有些細胞可以通過單純的擴散（或促進性擴散）來吸收葡萄糖，但許多細胞，特別是需要大量葡萄糖或在葡萄糖濃度較低時仍需吸收的細胞，則依賴於其他機制。
• B) Brain cells is through active transport：腦細胞主要通過葡萄糖轉運蛋白 (GLUTs)，特別是 GLUT1，來吸收葡萄糖。GLUT1 是一種促進性擴散轉運蛋白，它依賴於葡萄糖的濃度梯度，而不是主動運輸。雖然腦組織對葡萄糖的需求極高，但其吸收方式並非典型的主動運輸。

此題考驗細胞色素 P450 (Cytochrome P450, CYP) 的功能和特性。細胞色素 P450 是一類含鐵的血紅素蛋白質，在生物體內廣泛存在，主要參與多種外源性物質（如藥物、毒素）和內源性物質（如類固醇、脂肪酸）的代謝。

• B) Catalyze hydroxylation：這是 P450 酶最主要的功能。它們作為單加氧酶 (monooxygenase)，催化底物發生羥基化反應，即在底物分子上引入一個羥基 (-OH)。這個反應通常需要分子氧 ($O_2$) 和還原型物質（如 NADPH 或 NADH）。

核心觀念

本題考查維生素 D 的活化形式、受體種類，以及其對鈣磷代謝與骨骼的作用。

維生素 D 需經兩次羥化反應才形成主要活性型：

$$\text{Vitamin D}_3 \xrightarrow[\text{肝臟}]{25\text{-羥化}} \text{Calcidiol} \xrightarrow[\text{腎臟}]{1\alpha\text{-羥化}} \text{Calcitriol}$$

其中：

• Calcidiol（25-hydroxyvitamin D，25-OH-D）：主要存在於血液中的儲存與評估形式。
• Calcitriol（1,25-dihydroxyvitamin D，1,25-(OH)$_2$D）：維生素 D 的主要活性形式。

Calcitriol 會與細胞內的 vitamin D receptor（VDR） 結合。VDR 屬於核內受體，與 retinoid X receptor（RXR）形成異源二聚體後，結合 DNA 上的 vitamin D response element（VDRE），調控相關基因的轉錄。

其重要作用包括：

1. 增加小腸對鈣與磷的吸收。
2. 誘導小腸細胞產生 calbindin，協助鈣離子運輸。
3. 在適當濃度下促進骨骼礦化。
4. 與副甲狀腺素共同維持血鈣恆定。

解題方法

先掌握三個判斷重點：

1. 維生素 D 缺乏時，活性維生素 D 減少，因此 calbindin 表現量應下降。
2. 真正的活性型是 calcitriol，而不是 calcidiol。
3. 維生素 D 受體是細胞內核受體，不是典型的 G protein-coupled receptor（GPCR）。

前三項均可排除後，剩下 D 為本題正確敘述。此處的「相反作用」是指在骨骼代謝的概括比較中，維生素 D 有助於鈣磷吸收與骨骼礦化，而甲狀腺素會加速骨骼重塑，過量時尤其容易增加骨吸收與鈣流失。

選項分析

A) A deficiency results in an increased secretion of calbindin

錯誤。

此題考驗真核生物基因轉錄起始過程中，識別啟動子 (promoter) 的蛋白質因子。

• A) Rho：Rho 因子是原核生物轉錄終止因子，與真核生物的啟動子識別無關。
• B) Sigma ($\sigma$)：Sigma 因子是原核生物 RNA 聚合酶的亞基，負責識別啟動子序列，使其能正確結合 DNA 開始轉錄。這與真核生物不同。

此題考驗聚合酶鏈式反應 (Polymerase Chain Reaction, PCR) 的基本要素。PCR 是一種體外擴增特定 DNA 片段的技術，其過程模擬了 DNA 的體外複製。

PCR 的基本組分包括：

• DNA 模板 (Template DNA)：含有目標 DNA 序列的樣品。
• 引物 (Primers)：兩個短的單鏈 DNA 分子，它們分別與模板 DNA 的兩條鏈的兩端互補結合，定義了要擴增的區域。

核心觀念

small interfering RNA（siRNA，小干擾 RNA）是由約 21–23 個核苷酸組成的短雙股 RNA，主要參與 RNA interference（RNAi），藉由與標的 mRNA 互補配對，使特定基因的表現受到抑制。

siRNA 的作用流程如下：

1. 雙股 siRNA 被細胞中的 RISC（RNA-induced silencing complex） 識別。
2. siRNA 的其中一股保留為 guide strand（導引股）。
3. 導引股與互補的標的 mRNA 配對。
4. RISC 中的 Argonaute 蛋白切割 mRNA，使其快速降解，因而抑制基因表現與蛋白質生成。

因此，siRNA 的核心功能是「基因沉默」，考題通常將其概括為抑制基因的轉錄或表現。

解題方法

本題可從 siRNA 的基本特徵判斷：

• siRNA 是短的雙股 RNA，不是單股 RNA。
• 主要標的是 mRNA，不是 DNA。
• 不需要核糖體來產生抑制作用，而是依靠 RISC。
• 其結果是抑制特定基因的表現。

在本題選項中，D 所描述的「抑制轉錄」是命題者對 siRNA 基因抑制作用的概括，因此選 D。嚴格而言，典型 siRNA 主要造成的是轉錄後基因沉默，也就是促使 mRNA 降解，而非直接阻斷 RNA polymerase 的轉錄過程。

選項分析

• A) It is single stranded

  錯誤。siRNA 通常是約 21–23 個核苷酸的短雙股 RNA。進入 RISC 後，兩股會分開，其中一股作為導引股，另一股則被移除或降解；因此「成熟 siRNA 起初為雙股」是重要特徵。

• B) It inhibits DNA replication

核心觀念

細胞表面受體（cell surface receptor）是位於細胞膜上的蛋白質，負責辨識細胞外的配體（ligand），再將訊息傳入細胞內，引發訊號轉導與細胞反應。

其基本流程為：

$$\text{配體與受體結合} \rightarrow \text{受體構形改變或聚合} \rightarrow \text{細胞內訊號傳遞} \rightarrow \text{酵素活性、基因表現或細胞功能改變}$$

常見的細胞表面受體包括：

1. 離子通道型受體（ligand-gated ion channel）
2. G 蛋白偶聯受體（GPCR）
3. 具酵素活性或與酵素相連的受體，例如受體酪胺酸激酶（receptor tyrosine kinase, RTK）
4. 細胞激素受體等

本題要判斷哪一項最能概括細胞表面受體的共同功能。

解題方法

切入點是辨認「所有細胞表面受體共有的功能」，而不是判斷某一特定受體類型的特色。

細胞表面受體的共同核心是：接受細胞外訊息後，啟動細胞內的訊號轉導途徑。這些途徑常涉及蛋白質磷酸化、第二訊使或酵素活性改變，最終形成酵素級聯反應。因此，最具概括性的敘述是「activates enzymatic cascade」。

選項分析

A) After ligand binding it allows ion influx.

錯誤。此敘述只適用於離子通道型受體，例如神經傳導物質作用於 ligand-gated ion channel 後，使特定離子通過細胞膜。

並非所有細胞表面受體都會造成離子流入。GPCR 主要透過 G 蛋白與第二訊使傳遞訊號；受體酪胺酸激酶則主要透過磷酸化反應啟動下游訊號。因此，A 是特定受體類型的功能，不能代表細胞表面受體的整體定義。

B) Also called GPCR

錯誤。GPCR 是細胞表面受體的一大類，但細胞表面受體不等同於 GPCR。

此題考驗人體脂肪酸去飽和 (desaturation) 的場所和條件。脂肪酸去飽和是指在脂肪酸鏈中引入雙鍵。

• A) Occurs In endoplasmic reticulum：脂肪酸的去飽和反應主要發生在內質網 (endoplasmic reticulum, ER) 中。這些反應由一系列的脂肪酸去飽和酶 (fatty acid desaturase) 催化，這些酶位於內質網膜上。這些酶通常需要細胞色素 b5 (cytochrome b5) 和 NADH 或 NADPH 作為電子供體。
• B) Occurs in mitochondria：線粒體主要參與脂肪酸的 $\beta$-氧化降解，而不是去飽和。

此題考驗限制酶 (restriction enzyme) 切割 DNA 的化學鍵。限制酶是內切核酸酶 (endonuclease)，能夠識別特定的 DNA 回文序列 (palindromic sequence)，並在該序列的特定位點切斷 DNA。

DNA 分子是由核苷酸組成的長鏈，核苷酸之間通過磷酸二酯鍵 (phosphodiester bond) 連接，形成 DNA 的骨架。限制酶的作用就是切斷 DNA 鏈中的磷酸二酯鍵。

核心觀念

本題考查核酸序列比較方法的判讀。

若要判斷兩個 RNA 是否相同，重點在於比較其核苷酸序列是否具有互補性與一致性。核酸雜交（hybridization）利用鹼基互補配對原理：

• A–U 配對
• G–C 配對

當待測 RNA 與已知序列探針進行雜交時，若在高嚴格度條件下仍能穩定形成雙股核酸，表示兩者具有高度序列互補性；雜交訊號的強弱也可反映序列相似程度。

本題只有 A、B 兩個選項。相較之下，hybridization 直接利用序列互補性進行核酸辨識，較適合用來比較兩個 RNA 是否具有相同或高度相似的序列。

解題方法

判斷技術是否能證明兩個 RNA 相同，可依序檢查：

1. 該技術是否直接比較核酸序列。
2. 是否能區分「序列相同」與「僅僅存在相同片段」。
3. 實驗結果是否能提供兩個 RNA 的整體序列資訊。

在本題的兩個選項中：

• Hybridization 是以核酸互補配對作為辨識依據，可在適當探針與高嚴格度條件下比較序列。
• PCR 主要功能是選擇性擴增特定 DNA 或 cDNA 片段，產物大小相同不代表序列完全相同。

因此，依照題目提供的選項，應選擇 Hybridization。

選項分析

A) Hybridization

正確。

核酸雜交是將待測 RNA 與已知序列的標記探針混合，使互補序列形成雙股核酸。若兩個 RNA 在相同探針與高嚴格度條件下產生相同的雜交訊號，表示它們具有相同或高度相似的互補序列。

此題考驗脂質運輸，特別是肝臟合成的三酸甘油酯 (triglycerides) 運輸到脂肪組織的過程。

脂蛋白 (lipoproteins) 是負責在血液中運輸脂質的複合物。它們根據密度和組成被分為幾類：乳糜微粒 (chylomicrons)、極低密度脂蛋白 (VLDL)、中間密度脂蛋白 (IDL)、低密度脂蛋白 (LDL) 和高密度脂蛋白 (HDL)。

此題考驗線粒體 DNA (mtDNA) 的特性。

• A) Contains their own DNA：這是正確的。線粒體擁有自己的環狀 DNA 分子，以及合成蛋白質所需的核糖體和 tRNA。
• B) The mDNA is linear：線粒體 DNA 通常是環狀的，而不是線性的。這與細菌的染色體相似。
• C) From both the parent.：在大多數哺乳動物中，線粒體 DNA 是通過母系遺傳的。