112 年 國立臺灣大學毒理學研究所《生物化學（一般生物化學）》

核心觀念

本題考查真核生物與細菌 DNA 複製機制中「滑動夾（sliding clamp）」的功能比較。

• 真核生物的 PCNA（proliferating cell nuclear antigen）是 DNA 複製因子。
• 細菌 DNA polymerase III 的 β-subunit 同樣是滑動夾。
• PCNA 形成三聚體環狀結構；β-subunit 通常形成二聚體環狀結構。
• 環狀結構可套在雙股 DNA 上，並與 DNA polymerase 結合，使聚合酶不易從 DNA 脫落。

因此，兩者最重要的共同功能是提高 DNA 複製的「持續性（processivity）」。

解題方法

判斷此題的關鍵在於辨認 PCNA 與 β-subunit 的共同身分：兩者都是 DNA polymerase 的滑動夾。

DNA polymerase 若單獨作用，容易在合成一小段 DNA 後脫離模板；滑動夾套住 DNA 後，可透過蛋白質交互作用固定 DNA polymerase，使其能連續加入更多核苷酸。

「Processivity」是指 DNA polymerase 每次結合 DNA 後，平均能連續加入的核苷酸數量。滑動夾的作用是降低聚合酶解離率，因此提高 processivity。

PCNA 的作用可概括為：

$$\text{PCNA／β-subunit} \longrightarrow \text{形成環狀滑動夾} \longrightarrow \text{降低 DNA polymerase 解離} \longrightarrow \text{提高複製持續性}$$

選項分析

A) Participates in DNA repair

PCNA 確實參與 DNA 修復，例如核苷酸切除修復與錯誤不配對修復，也可協助修復相關 DNA 合成。

但本題問的是 PCNA 與細菌 β-subunit「功能相似」的核心特徵。兩者最具代表性的共同功能是作為滑動夾、提高 DNA 複製的 processivity，而不是泛指參與 DNA 修復。因此此選項不是最佳答案。

B) Facilitates replication of telomeres

端粒複製是真核染色體特有的問題，主要涉及端粒酶（telomerase）及其相關蛋白質。

細菌通常沒有真核細胞的線性染色體端粒複製問題，β-subunit 的一般功能也不是專門促進端粒複製。因此此選項錯誤。

核心觀念

本題考查 E. coli DNA polymerase I 的酵素活性與 DNA 複製中的功能。

DNA polymerase I 具有三種主要活性：

1. 5'→3' DNA 聚合酶活性：以模板股為依據，從已有的 $3'$-OH 端延伸新 DNA。
2. 3'→5' 外切核酸酶活性：移除新生 DNA 末端錯誤鹼基，負責複製時的校對。
3. 5'→3' 外切核酸酶活性：移除位於前方的核苷酸，特別是移除 RNA primer；同時利用自身的聚合酶活性補上 DNA。

第三種活性與聚合酶活性協同作用時，稱為 nick translation。其結果是 RNA primer 被 DNA 取代，而 DNA 骨架上的缺口位置向前移動。

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解題方法

判斷各選項涉及的步驟，再對照 DNA polymerase I 的三種活性：

• 校對需要移除新生鏈 $3'$ 端的錯誤核苷酸，因此是 $3' \to 5'$ 外切核酸酶活性。
• 移除 RNA primer時，primer 位於待合成片段的 $5'$ 端，必須由 $5' \to 3'$ 外切核酸酶活性移除。
• DNA polymerase I 移除 RNA primer 後，會以鄰近 DNA 的 $3'$-OH 作為起點補入 DNA，這就是 nick translation。

因此，5'→3' exonuclease activity 的主要功能是移除 RNA primers by nick translation。

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選項分析

A) Sealing of nicks by ligase action

錯誤。DNA ligase 負責封閉 DNA 骨架上的 nick，催化相鄰核苷酸之間形成磷酸二酯鍵。DNA polymerase I 可以移除 RNA primer 並填補 DNA，但不能取代 DNA ligase 完成最後的缺口封閉。

B) Formation of Okazaki fragments

核心觀念

本題考查細菌 DNA 錯配修復（mismatch repair, MMR）中 Dam methylase 的功能。

Dam methylase（DNA adenine methyltransferase）會辨識 DNA 上的 GATC 序列，將其中腺嘌呤（adenine, A）甲基化，形成：

$$\text{GATC} \rightarrow \text{G}^{\mathrm{m6A}}\text{TC}$$

DNA 複製後，原本的親代股已經甲基化，新合成的子代股尚未甲基化，因此會暫時形成「半甲基化 DNA」。錯配修復系統利用這種甲基化差異判斷：

• 已甲基化的親代股：保留作為正確序列的參考
• 尚未甲基化的子代股：視為較可能含有複製錯誤，予以切除與修補

在典型的 E. coli 錯配修復中，MutS 辨識錯配，MutL 協助訊號傳遞，MutH 切開未甲基化的子代股，之後由核酸酶、DNA polymerase 與 DNA ligase 完成修補。

因此，Dam methylase 的核心角色是：透過甲基化標記親代 DNA 股，使修復系統能辨識並選擇應被修補的子代股。

解題方法

判斷本題可分成兩步：

1. 先確認 Dam methylase 的受質與作用：

   • 受質是 DNA 中 GATC 序列的腺嘌呤。
   • 作用是「加入甲基」，不是移除甲基，也不是直接切除或替換核苷酸。

2. 再確認甲基化在錯配修復中的用途：

   • Dam methylase 不直接修正錯配。
   • 它藉由標記親代股，讓修復系統能辨識未甲基化的新生股。
   • 因此最符合的選項是「修改模板股，使其能被修復系統辨識」。

選項分析

A) Remove a methyl group from thymine

錯誤。

Dam methylase 的功能是加入甲基，不是移除甲基；其主要作用位置也不是 thymine。Dam methylase 甲基化的是 GATC 序列中的腺嘌呤，形成 $N^6$-methyladenine。

B) Replace a mismatched nucleotide with the correct one

錯誤。

核心觀念

本題考查大腸桿菌（E. coli）同源重組中，各蛋白質的功能分工。

同源重組進行時，單股 DNA（single-strand DNA, ssDNA）會先與特定蛋白質結合，形成覆蓋單股區域的蛋白質—DNA 複合體。此蛋白質會組裝成長而具螺旋結構的絲狀纖維，協助：

• 搜尋具有同源序列的雙股 DNA；
• 進行同源配對；
• 促進單股 DNA 插入同源雙股 DNA，形成股侵入（strand invasion）；
• 形成後續的 D-loop 結構，啟動重組反應。

在 E. coli 中，執行上述功能的蛋白質是 RecA protein。

RecA 會以 ATP 依賴方式結合於單股 DNA，形成 RecA–ssDNA 螺旋核蛋白絲（helical nucleoprotein filament），此結構是同源序列搜尋與股侵入的核心。

解題方法

判斷關鍵在於題幹中的三個描述：

1. homologous recombination：同源重組；
2. single-strand region of DNA：DNA 的單股區域；
3. long, helical filaments that coat：形成覆蓋 DNA 的長螺旋絲狀結構。

這些描述直接對應 RecA 的功能：

$$\text{ssDNA} + \text{RecA} + \text{ATP} \longrightarrow \text{RecA–ssDNA helical filament}$$

RecA 螺旋絲形成後，會與同源雙股 DNA 接觸並搜尋互補序列。找到同源區域後，RecA 促進單股 DNA 與雙股 DNA 其中一股進行鹼基配對，造成股侵入：

$$\text{RecA–ssDNA filament} \longrightarrow \text{homology search} \longrightarrow \text{strand invasion}$$

因此，正確答案為 B) RecA protein。

選項分析

A) Histone

錯誤。

Histone（組蛋白）是真核生物主要的 DNA 包裝蛋白，DNA 會纏繞在組蛋白八聚體周圍形成核小體（nucleosome），以協助染色質壓縮與調控基因表現。

組蛋白並非 E. coli 同源重組中覆蓋單股 DNA、形成螺旋絲狀纖維並促進股侵入的主要蛋白質。

B) RecA protein

正確。

RecA 是 E. coli 同源重組的核心蛋白。它會結合單股 DNA，形成長而具螺旋結構的 RecA–ssDNA 核蛋白絲，並執行同源序列搜尋與股侵入。

核心觀念

本題考查胺基酸側鏈結構，以及「胺基氮是否也被納入側鏈環狀結構」的辨認。

一般胺基酸具有：

• α-碳：連接胺基、羧基、氫原子與側鏈。
• 胺基：通常為 α-胺基，結構可表示為 $-\mathrm{NH_2}$。
• 側鏈 $R$：決定胺基酸的特殊化學性質。

Proline（脯胺酸）的側鏈特別之處在於：其側鏈末端與 α-胺基的氮原子相連，形成一個五員環。因此，胺基的氮同時是環狀結構的一部分，脯胺酸也常被稱為「亞胺基酸」或具環狀胺基的胺基酸。

解題方法

題幹指出：

unusual side-chain that includes the nitrogen of the amino group attached to the α-carbon

意思是「側鏈包含與 α-碳相連之胺基的氮」。

判斷步驟如下：

1. 找出具有特殊環狀側鏈的選項。
2. 確認該環是否由側鏈碳原子延伸，並回接到 α-胺基的氮。
3. 符合此結構者即為 Proline。

脯胺酸的結構可概念化表示為：

$$\mathrm{NH-CH(COOH)-(CH_2)_3}$$

其中胺基氮與側鏈的三個 $\mathrm{CH_2}$ 共同形成五員環。由於氮原子直接連接 α-碳與側鏈，因此脯胺酸的 α-胺基屬於二級胺結構，與其他標準 α-胺基酸的一级胺結構不同。

選項分析

A) Asparagine（天門冬醯胺）

天門冬醯胺的側鏈為：

核心觀念

本題考查蛋白質的變性、沉澱與等電點（isoelectric point, pI）。

蛋白質在其等電點附近，正、負電荷相互抵消，分子淨電荷接近 0，彼此間的靜電排斥力最低，因此最容易聚集形成沉澱。血漿蛋白的等電點約在 pH 4～5，故可用調整 pH、加鹽、加有機溶劑或加熱變性使其沉澱。

需特別區分：

• 變性沉澱：蛋白質整體結構被破壞，但多數肽鍵仍存在。
• 水解：強酸、高溫使肽鍵斷裂，蛋白質被分解成小分子胜肽與胺基酸，已不再是完整蛋白質。

解題方法

逐一判斷各處理是否能使完整血漿蛋白失去溶解性而形成不溶性沉澱：

1. 加熱：判斷是否造成蛋白質變性、聚集。
2. 高鹽或有機溶劑：判斷是否降低蛋白質在水中的溶解度。
3. 調至等電點：判斷蛋白質淨電荷是否接近 0。
4. 強酸長時間加熱：判斷是單純變性，還是已進一步發生酸水解。

其中，6 N 鹽酸煮沸 10 小時屬於強烈酸水解條件，會破壞肽鍵，將蛋白質分解成胺基酸與小分子胜肽，因此是本題的例外。

選項分析

A) Boiling the serum for 5 minutes

煮沸會破壞蛋白質的氫鍵、疏水作用與其他維持三級結構的非共價作用，使蛋白質變性。變性後疏水性胺基酸殘基暴露，蛋白質彼此聚集，形成不溶性沉澱。

因此此選項會形成沉澱，敘述正確。

B) Adding sodium chloride to a concentration of 35%

高濃度氯化鈉會造成鹽析（salting out）。大量鹽離子會競爭水分子，使水對蛋白質的溶解能力下降；蛋白質分子間的疏水作用增強，因而聚集沉澱。

35% 的氯化鈉屬於極高鹽濃度，足以顯著降低部分血漿蛋白的溶解度。

因此此選項會形成沉澱，敘述正確。

核心觀念

本題考查「配體與蛋白質之間的非共價作用力」以及不同官能基在生理 pH 下的帶電狀態。

BPG 含有兩個磷酸基。於 pH 7.0 時，磷酸基大多解離並帶負電，因此會優先與血紅素中帶正電的官能基形成強烈的靜電吸引，也就是離子作用。

血紅素中的胺基，尤其是 Lys 與 Arg 側鏈，以及部分胺基末端，在 pH 7.0 下多以質子化形式存在：

$$\ce{-NH2 + H+ <=> -NH3+}$$

因此可與 BPG 的負電磷酸基形成鹽橋與離子—離子作用。

解題方法

判斷步驟如下：

1. 確認 BPG 在 pH 7.0 的主要電性：磷酸基解離，帶負電。
2. 逐一判斷血紅素各官能基在 pH 7.0 下的帶電狀態。
3. 帶相反電荷的官能基之間可形成強烈靜電吸引；其中離子作用通常比單純氫鍵或疏水作用更強。
4. 因此應選擇能在 pH 7.0 下提供正電荷的官能基。

血紅素的胺基在此 pH 下容易質子化，形成 $\ce{-NH3+}$，與 BPG 的 $\ce{PO3^{2-}}$ 形成強烈吸引：

$$\ce{-NH3+ \cdots ^{-}O3P-}$$

所以正確答案為胺基。

選項分析

A) Sulfhydryl groups

Sulfhydryl group 為硫醇基 $\ce{-SH}$，主要存在於半胱胺酸側鏈。pH 7.0 下通常以未解離的 $\ce{-SH}$ 形式存在，不會提供穩定的正電荷。

它可參與較弱的氫鍵或偶極作用，但不能像質子化胺基一樣與 BPG 的負電磷酸基形成強烈離子作用。此外，二硫鍵屬於共價作用，也不是本題所問的非共價作用。

因此錯誤。

核心觀念

1. 鐮刀型血紅素（Hemoglobin S, HbS）的點突變：
   鐮刀型紅血球貧血症（Sickle cell anemia）是由於血紅素 $\beta$ 鏈（$\beta$-globin chain）第 6 個胺基酸發生單一鹼基置換（Missense mutation）：帶負電荷且親水的**麩胺酸（Glutamate, Glu / E）被非極性且疏水的纈胺酸（Valine, Val / V）**所取代，表記為 $\beta\text{Glu6Val}$ 或 $\text{Hb }\beta^{\text{S}}$（E6V）。
2. 分子聚集與纖維化機制（Polymerization Mechanism）：
   突變產生的 Val 殘基在血紅素表面形成一個黏性「疏水性斑塊（Hydrophobic patch）」。在**去氧狀態（Deoxygenated state / T-state）下，鄰近 HbS 四聚體的 $\beta$ 鏈表面會露出可容納 Val 的疏水性口袋（由 Phe85 及 Leu88 構成），兩者透過疏水性交互作用（Hydrophobic interactions）**緊密結合，進而促使數以萬計的去氧 HbS 分子交聯聚合成不溶性螺旋狀長纖維（Aggregates/Polymers），導致紅血球變形為鐮刀狀。

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解題方法

1. 第一格判斷（突變胺基酸）：
   根據經典分子遺傳學與生物化學定義，$\text{HbA} \to \text{HbS}$ 的突變為 $\text{Glu} \to \text{Val}$（$\beta$ 鏈第 6 位），故第一格為 Val。
2. 第二格判斷（分子間驅動力）：
   天然血紅素表面的 Glu6 具親水性且暴露於溶劑中；

核心觀念

本題考查糖解作用（glycolysis）中「六碳糖裂解為兩個三碳糖」的關鍵反應。

糖解作用前半段先將葡萄糖活化並轉換成六碳糖雙磷酸，接著由醛縮酶（aldolase）催化裂解：

$$\text{Fructose-1,6-bisphosphate} \longrightarrow \text{Glyceraldehyde-3-phosphate} + \text{Dihydroxyacetone phosphate}$$

其中：

• Fructose-1,6-bisphosphate，果糖-1,6-二磷酸，為六碳化合物。
• Glyceraldehyde-3-phosphate（GAP），甘油醛-3-磷酸，為三碳化合物。
• Dihydroxyacetone phosphate（DHAP），二羥基丙酮磷酸，為三碳化合物。

DHAP 隨後可在磷酸丙糖異構酶（triose phosphate isomerase）作用下轉換為 GAP，因此後半段糖解作用可由兩分子 GAP 繼續進行。

解題方法

判斷糖解作用的反應順序即可：

$$\text{Glucose} \rightarrow \text{Glucose-6-phosphate} \rightarrow \text{Fructose-6-phosphate} \rightarrow \text{Fructose-1,6-bisphosphate}$$

其中果糖-1,6-二磷酸再被醛縮酶裂解：

$$\text{Fructose-1,6-bisphosphate} \rightarrow \text{GAP}+\text{DHAP}$$

因此，題目所描述的正確反應物必須是 Fructose-1,6-bisphosphate。

選項分析

A) Glucose-1:6-bisphosphate is split into glyceraldehyde-3-phosphate and dihydroxyacetone phosphate

錯誤。

糖解作用中並不存在由 Glucose-1:6-bisphosphate 裂解成 GAP 與 DHAP 的反應。正確的裂解受質是 Fructose-1,6-bisphosphate。

Glucose-1,6-bisphosphate 是另一種磷酸化代謝中間物，並非糖解作用中醛縮酶的受質。

B) Fructose-1:6-bisphosphate is split into glyceraldehyde-3-phosphate and dihydroxyacetone phosphate

正確。

此反應由醛縮酶催化：

$$\text{Fructose-1,6-bisphosphate} \rightarrow \text{GAP}+\text{DHAP}$$

核心觀念

本題考查糖解作用中的「受質層級磷酸化」：

受質分子上的高能磷酸基直接轉移給 ADP，生成 ATP。糖解作用中有兩個步驟可直接產生 ATP：

1. $1,3$-二磷酸甘油酸將磷酸基轉移給 ADP。
2. 磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate, PEP）將磷酸基轉移給 ADP。

本題選項中只有 PEP 具有此功能，其反應如下：

$$\text{PEP}+\text{ADP}\rightarrow \text{Pyruvate}+\text{ATP}$$

此反應由丙酮酸激酶（pyruvate kinase）催化。

解題方法

判斷各選項是否為糖解作用中「直接將磷酸基給予 ADP 以形成 ATP」的分子。

PEP 含有高能烯醇磷酸鍵。當其磷酸基轉移給 ADP 後，剩餘的烯醇式丙酮酸會迅速轉變為較穩定的酮式丙酮酸，此互變異構反應進一步推動 ATP 生成：

$$\text{Phosphoenolpyruvate} \rightarrow \text{Enolpyruvate} \rightarrow \text{Pyruvate}$$

因此，PEP 是糖解作用後段產生 ATP 的磷酸基供體。

選項分析

A) Glucose-6-phosphate

錯誤。葡萄糖-6-磷酸是糖解作用早期的中間產物，由己糖激酶或葡萄糖激酶催化形成。它的磷酸基並非用來直接磷酸化 ADP；在糖解作用中也沒有由葡萄糖-6-磷酸直接生成 ATP 的反應。

B) Phosphoenolpyruvate

正確。PEP 在丙酮酸激酶催化下，將磷酸基轉移給 ADP：

$$\text{PEP}+\text{ADP} \rightarrow \text{Pyruvate}+\text{ATP}$$

核心觀念

本題考察醣類的「異頭物」（anomer）與「異頭對」（anomeric pair）定義。

單醣由直鏈形式環化時，原本的羰基碳會形成新的手性中心，稱為異頭碳（anomeric carbon）。由同一種單醣在異頭碳上的構型不同所形成的一對醣，稱為異頭物。

以葡萄糖為例：

• 直鏈葡萄糖的醛基碳為 C1。
• 環化後，C1 成為異頭碳。
• C1 上羥基方向不同，形成 $\alpha$-D-glucose 與 $\beta$-D-glucose。
• 兩者只在異頭碳 C1 的構型不同。

因此，異頭對必須同時符合：

1. 是同一種單醣。
2. 具有相同的 D/L 系列。
3. 只在異頭碳的構型上不同，即 $\alpha$ 與 $\beta$ 不同。

解題方法

先確認兩個分子是否為同一種單醣，再比較異頭碳上的構型。

對 D-葡萄糖而言，在 Haworth 投影式中：

• $\alpha$-D-glucose：異頭碳 C1 上的 OH 與 C5 的 $\mathrm{CH_2OH}$ 位於相反側。
• $\beta$-D-glucose：異頭碳 C1 上的 OH 與 C5 的 $\mathrm{CH_2OH}$ 位於同側。

兩者分子種類相同，只有 C1 的構型不同，因此構成異頭對。

選項分析

A) $\alpha$-D-glucose and $\beta$-L-glucose

錯誤。

雖然兩者分別具有 $\alpha$ 與 $\beta$ 構型，但 D-glucose 與 L-glucose 並非只在異頭碳不同。D、L 代表整個分子的立體化學系列，D-glucose 與 L-glucose 在多個手性中心均具有相反構型，彼此為對映異構物，而不是異頭物。

B) $\alpha$-D-glucose and $\beta$-D-glucose

正確。

此題考查糖胺聚醣 (glycosaminoglycan, GAG) 的分類。糖胺聚醣是長鏈的、不分支的多醣，由重複的二醣單位組成，其中一個單醣通常是氨基糖 (amino sugar)，另一個通常是醣醛酸 (uronic acid) 或半乳糖。它們在結締組織、細胞外基質中扮演重要角色。

常見的糖胺聚醣包括：

• Hyaluronan (透明質酸)：由 D-葡萄糖醛酸和 N-乙醯葡糖胺 (N-acetylglucosamine) 重複組成。它是不含硫酸基的 GAG，且不與蛋白質共價結合形成蛋白聚醣。
• Chondroitin sulfate (硫酸軟骨素)：由 D-葡萄糖醛酸和 N-乙醯半乳糖胺硫酸酯 (N-acetylgalactosamine sulfate) 重複組成。

核心觀念

脂質（lipids）是一大類以疏水性或兩親性為主要特徵的生物分子，功能不只一種，主要包括：

1. 能量儲存：三酸甘油酯（triacylglycerol, TAG）是動物主要的長期能量儲存形式。
2. 細胞膜結構：磷脂、膽固醇及醣脂構成細胞膜的重要成分。
3. 訊息傳遞與訊號調控：部分脂質本身是訊號分子，或可作為訊號分子的前驅物。
4. 身體能量來源：脂肪酸可經由 β-氧化產生乙醯輔酶 A，進入檸檬酸循環與電子傳遞鏈產生 ATP。

脂質的能量密度約為每克 $9$ 大卡，高於醣類與蛋白質每克約 $4$ 大卡，因此適合做為長期能量儲存物質。

解題方法

本題要求判斷「脂質功能」的錯誤描述。切入方式是逐一對照脂質的三大功能：能量儲存、膜結構，以及訊號傳遞。

若 A 至 D 均符合脂質的已知功能，則選擇 E「以上皆正確」。

選項分析

A) The main biological function of lipids is to store energy

正確。脂質中特別是三酸甘油酯，具有高度還原性且幾乎不與水結合，因此能以高密度形式儲存大量能量，是生物體重要的長期能量儲存形式。

需注意的是，並非所有脂質都主要用於儲能；例如磷脂主要構成細胞膜，膽固醇可作為膜成分及類固醇激素前驅物。但就脂質整體的重要生物功能而言，能量儲存確實是核心功能之一。

B) Lipids form structural components of the cell membrane

核心觀念

脂蛋白（lipoprotein）是由脂質與載脂蛋白（apolipoprotein）組成的複合體，主要功能是將難溶於水的脂質運送於血液中。

其基本結構可分為：

• 核心：主要含三酸甘油酯（triacylglycerol, TAG）與膽固醇酯。
• 表面：主要含磷脂、游離膽固醇及載脂蛋白，使整個顆粒能分散於血漿。
• 載脂蛋白：負責維持脂蛋白結構、辨識受體，以及調節脂質代謝相關酵素。

Albumin 雖然存在於血漿中，也能攜帶游離脂肪酸，但它不是脂蛋白顆粒的結構成分。

解題方法

判斷各選項是否屬於脂蛋白的組成成分即可。脂蛋白的典型組成包括：

$$\text{脂蛋白}=\text{TAG}+\text{膽固醇／膽固醇酯}+\text{磷脂}+\text{載脂蛋白}$$

其中 Apo C 屬於載脂蛋白家族，因此也是脂蛋白的組成成分。Albumin 則是獨立存在於血漿中的可溶性蛋白，並非脂蛋白顆粒的一部分。

選項分析

A) Free cholesterol

正確。游離膽固醇位於脂蛋白表面，因為其羥基可與水相互作用，而疏水性的類固醇環及烴鏈則朝向脂質區域。

脂蛋白表面的游離膽固醇也可被卵磷脂膽固醇醯基轉移酶（LCAT）酯化，形成膽固醇酯並移入脂蛋白核心。

核心觀念

本題考查「前體信使 RNA（pre-mRNA）的選擇性加工」，尤其是**可變剪接（alternative splicing）**與其相關機制。

同一個基因轉錄出的前體 mRNA，經過不同方式的加工，可以產生多種成熟 mRNA，進而製造不同蛋白質異構型。常見機制包括：

• 選擇性剪接（selective splicing）
• 可變 $5'$ 剪接供體位點（alternative $5'$ donor site）
• 可變 $3'$ 剪接受體位點（alternative $3'$ acceptor site）
• 可變多聚腺苷酸化位點（alternative polyadenylation site）

因此，若 A～D 全部都是前體 mRNA 可變加工的機制，則題目所問「哪一項不是相關機制」的答案就是「以上皆非」。

解題方法

逐一判斷 A～D 是否屬於 alternative mRNA precursor processing：

1. 若某機制能讓同一前體 mRNA 產生不同的成熟 mRNA，就屬於相關機制。
2. 判斷 A～D 是否都能改變成熟 mRNA 的組成或末端。
3. 若 A～D 全部正確，則選擇 E。

A～D 分別涉及外顯子的選擇、剪接位點的選擇，以及 $3'$ 端形成位置的選擇，都能造成不同成熟 mRNA。因此 A～D 均為相關機制。

選項分析

A) Selective splicing（選擇性剪接）

正確。前體 mRNA 中的不同外顯子可以採用不同組合進行剪接，例如某些外顯子被保留、跳過，或選擇不同外顯子組合，形成不同成熟 mRNA。這是 alternative mRNA processing 最典型的機制之一。

核心觀念

限制酶（restriction enzyme）的命名通常依照其來源細菌分類資訊與發現順序組成。以 BamHI 為例：

• B：細菌的屬名（Genus）第一個字母
• am：種名（Species）的前兩個字母
• H：菌株（Strain）代號
• I：該菌株所發現的第一個限制酶，使用羅馬數字表示發現順序

因此，BamHI 中的「B」代表 Bacillus，亦即屬名的第一個字母。

解題方法

判斷限制酶名稱的各部分所代表的分類階層即可：

$$\text{BamHI} = \underbrace{\text{B}}_{\text{屬}} \underbrace{\text{am}}_{\text{種}} \underbrace{\text{H}}_{\text{菌株}} \underbrace{\text{I}}_{\text{發現順序}}$$

BamHI 的完整來源為 Bacillus amyloliquefaciens H。其中：

1. Bacillus 是細菌的屬名，因此取第一個字母 B。
2. amyloliquefaciens 是種名，因此取前兩個字母 am。
3. H 表示菌株。
4. I 表示從該菌株發現的第一個限制酶。

所以本題正確答案為 A) Genus。

選項分析

核心觀念

本題考查 λ 噬菌體在「裂解途徑（lytic pathway）」與「溶原途徑（lysogenic pathway）」之間切換的分子機制，核心包括：

1. cI repressor 的作用：維持 λ 噬菌體處於 prophage 狀態。
2. Cro protein 的作用：促進裂解途徑。
3. cI repressor 與操縱子區域的結合：抑制 cro 基因表現。
4. 紫外線造成的 SOS response：活化 RecA，促使 cI repressor 自我切割，解除對裂解基因的抑制。
5. RecA 的 co-protease activity：RecA 本身不是主要蛋白酶，而是促進 cI repressor 自我切割。

λ 噬菌體的狀態可簡化表示如下：

$$\text{cI repressor 活性} \longrightarrow \text{抑制 cro} \longrightarrow \text{溶原途徑}$$ $$\text{cI repressor 被切割} \longrightarrow \text{cro 表現} \longrightarrow \text{裂解途徑}$$

解題方法

本題問的是 NOT correct，因此逐一判斷各敘述是否符合 λ 噬菌體的開關機制即可。

判斷關鍵是：

• cI repressor 是否能維持溶原狀態？
• cI repressor 是否抑制 cro？
• 紫外線後究竟是誰切割 cI repressor？
• RecA 在此反應中扮演何種角色？

其中最容易混淆之處是：RecA 不是直接切割 cI repressor 的蛋白酶；RecA 是促進 cI repressor 自我切割的共同蛋白酶因子。

選項分析

A) As long as the cI gene is expressed, lambda phage keeps in the prophage state

正確。

cI 基因產生 λ repressor，也稱為 cI repressor。cI repressor 會抑制裂解途徑相關基因的轉錄，尤其是 cro 基因，因此使噬菌體基因組維持整合於宿主染色體中的 prophage 狀態。

嚴格而言，除了 cI 必須表現之外，cI repressor 也必須保持穩定且具有功能；但就本題的基本機制而言，此敘述正確。

B) cI repressor binds to the ORI to inhibit the expression of cro gene

正確。

題目中的「ORI」應理解為 λ 噬菌體的 operator region 1（OR1），而非 DNA 複製起點 origin of replication。cI repressor 會結合於 operator right，特別是 OR1，抑制由右側啟動子 $P_R$ 所驅動的轉錄，因而抑制 cro 基因表現。

cI repressor 通常以二聚體形式結合 operator：

$$\text{cI repressor dimer} + \text{OR1} \longrightarrow \text{抑制 } P_R \text{ 啟動}$$

因此，若「ORI」是題目排版中對 OR1 的表示，此選項正確。

C) cI repressor cleaves itself and can not form dimer, which is required for the repressor activity

正確。

核心觀念

本題考查真核生物基因轉錄的調控方式，包括：

1. 順式作用元件（cis-elements）：位於同一 DNA 分子上的調控序列，例如 promoter、enhancer、silencer。
2. 反式作用因子（trans-acting factors）：可擴散的蛋白質或 RNA，例如 transcription factors、activators、repressors。
3. 表觀遺傳調控（epigenetic regulation）：不改變 DNA 鹼基序列，透過 histone modification、DNA methylation、chromatin remodeling 等方式調節基因表現。
4. 抗體多樣性的形成：主要依賴 B 細胞中的 V(D)J recombination、somatic hypermutation 與 class switching，而不是因為失去基因組資訊。

解題方法

本題要求找出「不正確」的敘述。判斷時逐項對照真核基因轉錄調控的基本定義：

• DNA 上的調控序列屬於 cis-elements。
• 調控染色質結構的 histone modification 與 DNA methylation 屬於表觀遺傳機制。
• 抗體多樣性來自基因片段的重組與突變，不是單純刪除或喪失基因組資訊。
• 一個 transcription factor 可辨識多個基因的共同調控序列，因此能調節多個基因。

其中 D 將抗體生成錯誤描述為「失去基因組資訊」，故為不正確的選項。

選項分析

A) The promoter region, enhancer and repressor are the Cis-elements for transcription

Promoter 與 enhancer 都是典型的順式作用元件，位於 DNA 上，分別參與轉錄起始與遠端轉錄調控。

嚴格而言，若將 repressor 指「阻遏蛋白」，它屬於反式作用因子；DNA 上相對應的順式元件應稱為 silencer 或 repressor-binding site。不過本題命題語境將 repressor 視為抑制性調控元件，所要表達的是 promoter、enhancer 與抑制性 DNA 調控區皆可作為 cis-regulatory elements，因此本選項依命題意旨視為正確。

B) Histone modifications (Epigenetics) involve in the chromatin structure changes and gene regulation

正確。Histone modification 包括 acetylation、methylation、phosphorylation 等，會改變染色質的鬆緊程度與轉錄因子的可接近性。

例如：

• Histone acetylation 通常削弱 histone 與 DNA 的靜電作用，使 chromatin 較鬆散，有利於轉錄。
• 某些 histone methylation 標記可活化基因，另一些則與基因抑制有關，效果取決於修飾位置與種類。

因此 histone modification 確實參與染色質結構改變及基因表現調控。

核心觀念

本題考查真核生物中「調控性轉錄因子（regulatory transcription factors）」活性的控制方式。

轉錄因子即使已經合成，也不一定能立即啟動或抑制基因轉錄；細胞可透過下列層次調控其功能：

1. 是否合成特定轉錄因子。
2. 蛋白質是否經適當的共價修飾而活化或失活。
3. 是否與特定配體結合。
4. 是否能進入細胞核並以功能型態存在。
5. 是否與其他轉錄因子形成具有活性的二聚體。

其中，典型的共價修飾包括磷酸化、去磷酸化、乙醯化、甲基化與泛素化等。

解題方法

判斷各選項是否屬於轉錄因子活性的調控機制，並特別檢查選項中的舉例是否符合轉錄因子的典型調控方式。

題目要求選出「NOT correct」，因此只要某選項的機制或例子不適合作為調控轉錄因子的代表，即為答案。

選項分析

A) Specific synthesis of transcription factors

正確。

細胞可透過選擇性合成或抑制合成某些轉錄因子，改變特定基因的表現。例如，細胞分化時會增加特定組織專一性轉錄因子的合成，使其啟動相應的基因群。

因此，「特定轉錄因子的合成」是調控基因表現的重要方式。

B) Covalent modifications of protein (such as isoprenylation)

不正確，為本題答案。

蛋白質的共價修飾確實能調控轉錄因子的活性，例如：

• 磷酸化可改變轉錄因子的 DNA 結合能力或轉錄活化能力。
• 乙醯化可影響蛋白質與 DNA 或其他蛋白質的交互作用。
• 泛素化可促進轉錄因子降解。
• SUMO 化可改變其轉錄調控活性。

然而，選項所舉的 isoprenylation（異戊烯基化） 主要是將異戊烯基接到蛋白質特定半胱胺酸殘基上，使蛋白質增加疏水性並定位於細胞膜，例如 Ras 蛋白的膜定位。

轉錄因子通常必須位於細胞核中執行功能，異戊烯基化通常會促進蛋白質與細胞膜的結合，並非調控轉錄因子的典型共價修飾。因此，雖然「共價修飾」本身是正確概念，但以異戊烯基化作為代表例子並不適當。

核心觀念

本題考查不同分子生物學技術的偵測對象，以及它們能否用來測定細胞中 mRNA 的量。

mRNA 定量的基本流程通常包括：

1. 取得樣本中的 RNA。
2. 直接偵測 RNA，或先將 mRNA 反轉錄成 cDNA。
3. 依訊號強度、循環數、讀序數等指標，估算特定 mRNA 的相對量或絕對量。

常見可定量 mRNA 的方法包括：

• RT-qPCR：將 mRNA 反轉錄成 cDNA，再以即時 PCR 定量。
• cDNA microarray：利用雜交訊號比較大量基因的表現量。
• RNA sequencing：根據不同轉錄本獲得的讀序數估算其表現量。
• Direct RNA sequencing：直接對 RNA 分子進行定序並分析轉錄本豐度。

相對地，Southern blot 的主要偵測對象是 DNA，不是 RNA。

解題方法

判斷關鍵在於辨認各技術的主要偵測分子：

• 偵測 DNA：Southern blot
• 偵測 RNA：Northern blot
• 先將 RNA 轉為 cDNA 再定量：RT-qPCR、cDNA microarray
• 依定序讀序量分析 RNA 豐度：RNA sequencing、Direct RNA sequencing

題目問的是「不能用於 mRNA 定量」，因此只要找出主要針對 DNA、無法直接反映 mRNA 含量的技術即可。

選項分析

A) Southern blot analysis

錯誤，為本題答案。

Southern blot 的標準流程是：

1. 以限制酶切割基因組 DNA。
2. 透過凝膠電泳分離 DNA 片段。
3. 將 DNA 轉移至膜上。
4. 使用帶有標記的核酸探針與目標 DNA 雜交。
5. 依訊號判斷特定 DNA 片段的存在與相對量。

因此，Southern blot 主要用於分析：

• 特定基因是否存在
• DNA 片段大小
• 基因拷貝數
• 基因組 DNA 的結構變化

它不能直接測定細胞內 mRNA 的含量。分析 RNA 的相應傳統技術是 Northern blot。

即使探針序列與某個 mRNA 互補，Southern blot 的實驗流程仍以 DNA 為樣本，不能因此轉變為 mRNA 定量技術。

B) Reverse transcription-quantitative polymerase chain reaction（real-time PCR）

正確，可用於 mRNA 定量。

mRNA 本身不能直接作為 PCR 的模板，因此必須先進行反轉錄：

$$\text{mRNA} \xrightarrow{\text{reverse transcriptase}} \text{cDNA}$$

接著以 cDNA 作為即時 PCR 模板，利用螢光訊號追蹤 PCR 產物累積。

在定量 PCR 中，常以循環閾值 $C_t$ 表示螢光訊號達到設定門檻所需的循環數。初始模板量越多，越早達到門檻，因此 $C_t$ 越小，代表起始 mRNA 越多。

相對定量常使用：

$$\Delta C_t = C_{t,\text{target}} - C_{t,\text{reference}}$$

再以實驗組與對照組比較：

核心觀念

本題考查蛋白質的轉譯後修飾（post-translational modification, PTM）與其細胞定位功能，特別是哪些修飾能增加蛋白質的疏水性，使其嵌入或附著於細胞膜。

蛋白質本身多為親水性分子，若要定位至質膜（plasma membrane），常需接上脂質基團。常見的膜定位脂質修飾包括：

• 肉豆蔻醯化（myristoylation）
• 棕櫚醯化（palmitoylation）
• 異戊二烯化／牻牛兒基牻牛兒醯化（prenylation），包含 farnesylation 與 geranylgeranylation

其中，farnesylation 是將具高度疏水性的 farnesyl 基團接到蛋白質上，促進蛋白質與膜結合。因此本題正確答案為 D。

解題方法

判斷各選項是否有助於蛋白質定位至質膜，關鍵在於修飾後是否引入疏水性脂質基團。

Farnesylation 的典型辨識序列位於蛋白質 C 端的 CAAX motif：

$$\mathrm{C-A-A-X}$$

其中：

• C：半胱胺酸（cysteine），作為 farnesyl 基團的接合位置
• A：通常為脂肪族胺基酸
• X：決定所接上的異戊二烯基種類；特定 X 可促進 farnesylation

farnesyl 基團是一個含 15 個碳的異戊二烯類脂質，接上蛋白質後可增加其疏水性，使蛋白質靠近細胞膜內側。許多 Ras 家族蛋白即透過 prenylation 參與膜定位與訊號傳遞。

選項分析

A) Acetylation（乙醯化）

乙醯化通常是將乙醯基接到蛋白質的胺基酸殘基上，常見於：

• 組蛋白的 lysine 殘基
• 蛋白質 N 端胺基
• 調節蛋白質與 DNA 的結合
• 改變蛋白質穩定性或活性

乙醯基不屬於能使蛋白質大量增加疏水性的脂質基團，因此乙醯化不是蛋白質定位至質膜的典型修飾。

錯誤。

B) Phosphorylation（磷酸化）

磷酸化是將磷酸基團接到 serine、threonine 或 tyrosine 等胺基酸殘基上，常由 protein kinase 催化，並可由 phosphatase 移除。

磷酸化主要功能包括：

• 調節酵素活性
• 傳遞細胞訊號
• 改變蛋白質構形
• 調節蛋白質交互作用

核心觀念

G protein-coupled receptors（GPCRs，G 蛋白偶聯受體）是細胞膜上的受體蛋白，典型結構具有 7 個跨膜 α-螺旋區域，因此也稱為 七次跨膜受體（seven-transmembrane receptors, 7TM receptors）。

GPCR 的細胞外部負責接收配體訊號；細胞內部則與異源三聚體 G 蛋白偶聯，啟動下游訊息傳遞，例如調節腺苷酸環化酶、磷脂酶 C 或離子通道。

解題方法

題目問的是 GPCR 所具有的 membrane-spanning domains 數目，也就是蛋白質穿越脂雙層的跨膜區域數量。

GPCR 的共同結構特徵為：

$$\text{GPCR} = 7\text{ 個跨膜區域}$$

因此應選擇數字為 7 的選項。

選項分析

核心觀念

本題考查細胞表面受體的訊號傳遞方向。整合素（integrins）是由 $\alpha$ 與 $\beta$ 兩個次單元組成的跨膜黏附受體，主要功能是連結：

• 細胞外的細胞外基質（extracellular matrix, ECM）
• 細胞內的細胞骨架與訊號蛋白

整合素具有雙向訊號傳遞能力：

1. Inside-out signaling（由內而外）：細胞內訊號使整合素構形改變，提升其對細胞外配體的親和力。
2. Outside-in signaling（由外而內）：細胞外配體與整合素結合後，引發細胞內訊號，調控細胞骨架、黏附、移動、存活與增殖。

因此，能同時進行 inside-out 與 outside-in signaling 的受體家族是 integrins。

解題方法

判斷關鍵在於辨認各受體的主要功能與訊號方向：

• GPCR、受體型酪胺酸激酶與細胞內訊號為主，通常是「受體受刺激後，由外向內」傳遞訊號。
• Gated ion channels 主要負責離子通透性改變。
• Nuclear receptors 位於細胞內，接受脂溶性訊號分子後調控基因轉錄。
• Integrins 同時是細胞黏附受體與雙向訊號平台，具備題目所描述的雙向訊號傳遞。

選項分析

A) G-protein coupled receptors

G-protein coupled receptors（GPCRs）是七次穿膜受體。配體與細胞外部位結合後，促使受體活化異源三聚體 G 蛋白，進一步調控 adenylate cyclase、phospholipase C、離子通道及細胞內第二訊使。

其典型訊號方向是由細胞外刺激傳入細胞內，並非以細胞黏附或由內調整受體對外親和力為主要特色，因此錯誤。

B) Gated ion channels

Gated ion channels 受到配體、電壓或機械力調控，使特定離子通過細胞膜，快速改變膜電位與細胞內離子濃度。

這類受體的核心功能是離子通道開啟與關閉，並不具備 integrins 所代表的典型 inside-out 與 outside-in 雙向黏附訊號傳遞，因此錯誤。

核心觀念

本題考查不同激素在血清中的半衰期，以及激素的化學性質、血中運輸方式與代謝清除速度。

半衰期 $t_{1/2}$ 是指血中某物質濃度降至原來一半所需的時間。若以一階動力學表示：

$$t_{1/2}=\frac{\ln 2}{k}$$

其中 $k$ 為清除速率常數。清除越慢，半衰期越長。

影響激素半衰期的主要因素包括：

• 是否與血漿蛋白結合
• 分子是否容易被腎臟排除
• 是否容易被肝臟或血中酵素分解
• 分子本身的化學穩定性

甲狀腺素 $T4$ 為脂溶性胺基酸衍生物，絕大部分與血漿蛋白結合，尤其是甲狀腺素結合球蛋白（thyroxine-binding globulin, TBG）。蛋白結合可降低其自由濃度與腎臟清除速度，因此 $T4$ 在血清中的半衰期明顯較長。

解題方法

先依照各激素的化學性質與作用位置判斷其穩定性：

1. $T4$：脂溶性、與血漿蛋白高度結合，清除慢。
2. TSH：醣蛋白激素，主要留在血液中，但半衰期僅約數十分鐘至數小時。
3. TRH：小型三胜肽，容易被血中與組織中的胜肽酶快速分解。
4. Thromboxane A2：脂質衍生物，極不穩定，會迅速轉變為較穩定的代謝物。

因此，$T4$ 的血清半衰期最長，約為 7 天；其他選項通常僅為數秒至數小時。

選項分析

A) Thyroxine (T4)

正確。

$T4$ 是甲狀腺製造與分泌的主要甲狀腺素，雖然生理活性低於 $T3$，但在血中含量較多且半衰期較長。

其長半衰期的主要原因是：

• 高度與 TBG 結合
• 也可與 transthyretin 及 albumin 結合
• 蛋白結合型 $T4$ 不易通過腎絲球過濾
• 可避免快速被肝臟代謝與腎臟排除

$T4$ 的血清半衰期約為 7 天，明顯長於本題其他激素。

核心觀念

本題考查各酵素催化反應的總反應式，判斷反應完成後是淨生成水，還是淨消耗水。

最常見的判斷依據如下：

• 氧化酶與電子傳遞鏈末端酵素：常以氧氣作為電子受體，將氧氣還原成水。
• Cytochrome P450：利用氧氣進行羥化反應，其中一個氧原子加入底物，另一個氧原子形成水。
• 水解酶：以水作為反應物，通常是消耗水。
• 脫氫酶、異構酶、還原酶：須依實際反應式判斷，不能只依酵素名稱猜測。

解題方法

逐一寫出各選項酵素的主要總反應式，觀察水在反應式中位於反應物端或生成物端。

關鍵反應包括：

Cytochrome C oxidase

在電子傳遞鏈複合體 IV 中，氧氣是最終電子受體：

$$4\text{ cyt }c_{\text{red}}+O_2+8H^+ \rightarrow 4\text{ cyt }c_{\text{ox}}+2H_2O+4H^+$$

氧氣被還原成水，因此會生成 $H_2O$。

Cytochrome P450

P450 催化單氧化反應的總反應式可寫為：

$$RH+O_2+NADPH+H^+ \rightarrow ROH+H_2O+NADP^+$$

氧氣中的一個氧原子加入底物形成 $ROH$，另一個氧原子被還原成 $H_2O$，因此也會生成水。

因此，能同時符合題目敘述的組合是 Cytochrome C oxidase 和 Cytochrome P450。

選項分析

A) Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase and Glutathione peroxidase

**Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase（GAPDH）**催化：

$$\text{Glyceraldehyde 3-phosphate}+P_i+NAD^+ \rightarrow \text{1,3-Bisphosphoglycerate}+NADH+H^+$$

此反應是磷酸化伴隨氧化，水不在主要總反應式中。

**Glutathione peroxidase（GPx）**催化：

$$2GSH+H_2O_2 \rightarrow GSSG+2H_2O$$

GPx 確實會生成水，但 GAPDH 不生成水。因此兩者不符合題目要求。

錯誤。

B) Glutamate dehydrogenase and Glutathione reductase

**Glutamate dehydrogenase（GDH）**催化氧化脫胺：

核心觀念

本題考查各酵素反應的產物判斷，特別是辨認「以 $\alpha$-酮戊二酸（$\alpha$-ketoglutarate）為共受質的羥化反應」。

許多羥化酵素屬於 $\alpha$-酮戊二酸依賴型雙加氧酶，其通式為：

$$\text{受質}+\alpha\text{-酮戊二酸}+O_2 \rightarrow \text{羥化產物}+\text{succinate}+CO_2$$

因此，只要反應是由 $\alpha$-酮戊二酸提供氧化力的羥化反應，就會生成 succinate（琥珀酸）。

解題方法

逐一辨認各酵素的主要反應：

• 是否直接生成 succinate？
• 是生成 succinate，還是生成結構相近但不同的 succinyl-CoA？
• 是消耗 succinate，還是產生 succinate？

其中，proline hydroxylase 屬於 $\alpha$-酮戊二酸依賴型羥化酵素，反應如下：

$$\text{Proline}+\alpha\text{-ketoglutarate}+O_2 \rightarrow \text{4-hydroxyproline}+\text{succinate}+CO_2$$

所以可產生 succinate 的選項為 E。

選項分析

A) $\alpha$-ketoglutarate dehydrogenase

此酵素催化三羧酸循環中的反應：

$$\alpha\text{-ketoglutarate}+CoA\text{-SH}+NAD^+ \rightarrow \text{succinyl-CoA}+CO_2+NADH+H^+$$

產物是 succinyl-CoA，不是游離的 succinate。兩者雖然名稱相近，但 succinyl-CoA 是與輔酶 A 形成硫酯鍵的四碳化合物，因此 A 錯誤。

B) Succinate dehydrogenase

Succinate dehydrogenase 催化 succinate 氧化成 fumarate：

$$\text{succinate}+FAD \rightarrow \text{fumarate}+FADH_2$$

在三羧酸循環中，succinate 是此酵素的受質而非產物，因此 B 錯誤。

核心觀念

草醯乙酸（oxaloacetate, OAA）可由數種代謝反應生成，常見途徑包括：

1. 蘋果酸脫氫酶（malate dehydrogenase, MDH）

   $\text{Malate}+\mathrm{NAD}^{+}\rightleftharpoons \text{Oxaloacetate}+\mathrm{NADH}+\mathrm{H}^{+}$

2. 丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase）

   $\text{Pyruvate}+\mathrm{HCO}_{3}^{-}+\mathrm{ATP}\rightarrow \text{Oxaloacetate}+\mathrm{ADP}+\mathrm{P}_{i}$

   此反應是補充三羧酸循環中間物的補充反應（anaplerotic reaction），需要生物素（biotin）作為輔酶。

3. 天門冬胺酸轉胺酶（aspartate aminotransferase, AST）

   $\text{Aspartate}+\alpha\text{-Ketoglutarate}\rightleftharpoons \text{Oxaloacetate}+\text{Glutamate}$

因此，判斷選項時，必須確認同一選項中的兩種酵素是否都能生成 OAA。

解題方法

逐一寫出各酵素的主要反應，觀察反應物與產物中是否出現 OAA：

• 若反應直接生成 OAA，該酵素即可列為「能產生 OAA」。
• 若反應消耗 OAA，則不能列入。
• 選項必須兩種酵素都符合，才是正確答案。

選項分析

A) Malate dehydrogenase and Pyruvate carboxylase

正確。

• Malate dehydrogenase 催化 malate 氧化成 OAA。
• Pyruvate carboxylase 催化 pyruvate 羧化成 OAA。

兩者皆可產生 OAA，因此此選項正確。

B) Fumarase and Citrate lyase

錯誤。

• Fumarase 催化：

  $\text{Fumarate}+\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\rightleftharpoons \text{Malate}$

  其產物是 malate，不是 OAA。

• Citrate lyase（通常指 ATP citrate lyase）確實可將 citrate 裂解為 OAA 與 acetyl-CoA：

  $\text{Citrate}+\mathrm{CoA}+\mathrm{ATP}\rightarrow \text{Oxaloacetate}+\text{Acetyl-CoA}+\mathrm{ADP}+\mathrm{P}_{i}$

  但因為 fumarase 不能產生 OAA，所以整個選項錯誤。

C) Aconitase and Pyruvate dehydrogenase

錯誤。

核心觀念

本題考查肝醣（glycogen）分解時，如何處理肝醣分枝點的 $\alpha(1\rightarrow6)$ 糖苷鍵。

肝醣主鏈主要由 $\alpha(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵連接，分枝點則由 $\alpha(1\rightarrow6)$ 糖苷鍵形成。Glycogen phosphorylase 只能逐步切斷非還原端的 $\alpha(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵，當分枝點前剩下約 4 個葡萄糖殘基時便會停止，形成 phosphorylase limit dextrin。

此時需要肝醣去分枝酵素（glycogen debranching enzyme）處理。其轉移酶活性，即 4-α-D-glucanotransferase，會將靠近分枝點的 3 個葡萄糖殘基轉移到另一條肝醣鏈上，留下分枝點上的 1 個葡萄糖殘基，之後再由 $\alpha$-1,6-glucosidase 水解該殘基。

因此，題目所描述「移動一個三醣單位」的直接執行者是 glucan transferase。

解題方法

抓住題幹中的關鍵字 trisaccharide 與 move from one branch to the other：

1. Glycogen phosphorylase 分解 $\alpha(1\rightarrow4)$ 鍵，但無法直接通過分枝點。
2. 分枝點附近的 3 個葡萄糖殘基必須先被轉移。
3. 執行此三醣轉移反應的酵素是 glucan transferase。
4. 轉移完成後，另一個活性部位再切除分枝點殘留的 $\alpha(1\rightarrow6)$ 連接葡萄糖。

反應功能可概括為：

$$\text{branched glycogen} \xrightarrow{\text{glucan transferase}} \text{linear glycogen chain}+\text{remaining branch-point glucose}$$

所以最精確的答案是 C) Glucan transferase。

選項分析

A) Glycogen phosphorylase：錯誤

Glycogen phosphorylase 以無機磷酸進行磷酸解，切斷肝醣非還原端的 $\alpha(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵，產生 glucose-1-phosphate。

其限制包括：

• 不能切斷分枝點的 $\alpha(1\rightarrow6)$ 糖苷鍵。
• 接近分枝點時會停止，形成 limit dextrin。
• 不負責將三醣單位轉移到另一條肝醣鏈。

B) Debranching enzyme：不夠精確，非本題最佳答案

核心觀念

本題考查磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, PPP）的非氧化階段，以及其中兩種碳骨架轉移酵素：

• Transketolase（轉酮醇酶）：轉移 2 個碳。
• Transaldolase（轉醛醇酶）：轉移 3 個碳。

Xylulose 5-phosphate（Xu5P）是非氧化階段中提供 2 碳單位的重要酮糖磷酸。它與 ribose 5-phosphate 反應時，可生成 glyceraldehyde 3-phosphate（G3P）。

反應式為：

$$\text{Xylulose 5-phosphate}+\text{Ribose 5-phosphate} \rightleftharpoons \text{Glyceraldehyde 3-phosphate}+\text{Sedoheptulose 7-phosphate}$$

此反應由 transketolase 催化，並需要 TPP（thiamine pyrophosphate，硫胺素焦磷酸）作為輔酶。

解題方法

看到題幹中的關鍵字：

1. 反應物是 xylulose 5-phosphate。
2. 產物包含 glyceraldehyde 3-phosphate。
3. 反應屬於磷酸戊糖途徑的非氧化階段。

Xylulose 5-phosphate 是五碳酮糖磷酸，transketolase 會從它移出一個 2 碳單位，轉移給另一個醛糖磷酸。以 ribose 5-phosphate 為受體時，產物即為 G3P 與 sedoheptulose 7-phosphate。

因此正確酵素是 Transketolase。

選項分析

A) Xylulose 5-phosphate reductase

錯誤。

此酵素屬於還原反應相關酵素，主要催化 xylulose 類分子的氧化還原轉換，並非磷酸戊糖途徑中將 xylulose 5-phosphate 轉化為 G3P 的主要酵素。

本題反應涉及碳骨架轉移，不是單純的氧化還原反應。

B) Transketolase

正確。

Transketolase 催化 2 碳單位的轉移，典型反應為：

$$\text{Xu5P}+\text{R5P} \rightleftharpoons \text{G3P}+\text{S7P}$$

其中：

核心觀念

本題考查胺基酸側鏈形成共價鍵的能力，尤其是蛋白質內部或蛋白質之間的交聯。

半胱胺酸（cysteine, Cys）的側鏈含有硫氫基（$-SH$）。兩個半胱胺酸殘基可經氧化形成二硫鍵：

$$2\ \mathrm{Cys{-}SH} \ \xrightarrow[\text{氧化}]{}\ \mathrm{Cys{-}S{-}S{-}Cys}+2\mathrm{H}^{+}+2e^{-}$$

二硫鍵屬於共價鍵，可形成於：

• 同一條多胜肽鏈內，使蛋白質結構穩定；
• 不同蛋白質或不同多胜肽鏈之間，形成分子間交聯。

因此，與本題所指的「蛋白質內或蛋白質之間的共價鍵」最直接相關的胺基酸是半胱胺酸。

解題方法

先觀察各選項所列胺基酸的側鏈官能基，再判斷其是否能形成蛋白質中典型、穩定且具生理意義的共價交聯。

• 含有硫氫基（$-SH$）的半胱胺酸可形成二硫鍵。
• 甲硫胺酸雖含硫，但其硫為硫醚形式，不能像半胱胺酸一樣形成二硫鍵。
• 麩胺酸與離胺酸的側鏈在特定蛋白質中可形成異肽鍵，但本題選項並未提供這一組合。
• 色胺酸通常不參與蛋白質間常見的共價交聯。

依此判斷，只有 cysteine 符合題目所考的典型共價鍵形成能力。

選項分析

A) Cysteine only

正確。

半胱胺酸的側鏈為：

$$\mathrm{-CH_2-SH}$$

兩個半胱胺酸可氧化形成胱胺酸（cystine），其核心結構為：

$$\mathrm{Cys{-}S{-}S{-}Cys}$$

此二硫鍵能存在於同一蛋白質內，也能連接不同蛋白質，因此 A 為正確答案。

B) Methionine and cysteine

錯誤。

甲硫胺酸（methionine, Met）的側鏈為：

$$\mathrm{-CH_2-CH_2-S-CH_3}$$

其中硫原子屬於硫醚，沒有可形成二硫鍵的硫氫基。甲硫胺酸可被氧化為 methionine sulfoxide，但這是氧化修飾，不是蛋白質中典型的穩定共價交聯。

半胱胺酸確實能形成二硫鍵，但 methionine 不符合本題所需的典型作用，因此整個選項錯誤。

C) Glutamate and cysteine

錯誤。

麩胺酸（glutamate, Glu）的側鏈含有羧酸基：

核心觀念

本題考查血紅素分解代謝與腸道菌叢對膽紅素的轉化。

血紅素代謝流程如下：

$$\text{血紅素} \rightarrow \text{膽綠素（biliverdin）} \rightarrow \text{未結合膽紅素（bilirubin）} \rightarrow \text{肝臟結合} \rightarrow \text{腸道細菌作用} \rightarrow \text{尿膽素原（urobilinogen）}$$

肝臟將膽紅素形成膽紅素二葡萄糖醛酸酯，經膽汁排入腸道後，會被腸道菌叢去除葡萄糖醛酸並進一步還原，生成尿膽素原（urobilinogen）。

尿膽素原的後續命運包括：

• 大部分在腸道中被氧化成糞膽素（stercobilin），使糞便呈棕色。
• 少部分被腸道吸收，經門脈回到肝臟再排入膽汁。
• 少部分進入全身循環，經腎臟排出並氧化成尿膽素（urobilin），使尿液呈黃色。

解題方法

題幹問的是：「哪一種化合物是由糞便菌叢自 bilirubin 生成？」

直接抓住關鍵字：

• bilirubin：膽紅素
• fecal flora：腸道／糞便菌叢
• 生成物：urobilinogen

因此，膽紅素經腸道細菌代謝後，首先形成尿膽素原，而非血紅素合成途徑中的卟啉原。

選項分析

A) Biliverdin

錯誤。

Biliverdin（膽綠素）是血紅素分解的較上游產物。血紅素在 heme oxygenase 作用下生成 biliverdin，之後再由 biliverdin reductase 還原成 bilirubin：

$$\text{Heme} \rightarrow \text{Biliverdin} \rightarrow \text{Bilirubin}$$

因此 biliverdin 是 bilirubin 的前驅物，不是腸道菌叢由 bilirubin 生成的主要產物。

B) Urobilinogen

正確。

腸道菌叢將膽汁中的結合膽紅素代謝，生成無色的 urobilinogen（尿膽素原）。其後可氧化成 stercobilin 或 urobilin。

核心觀念

本題考查磷酸吡哆醛（pyridoxal phosphate, PLP；維生素 B₆ 的活性型態）作為酵素輔酶時所參與的胺基酸反應。

PLP 的醛基會與胺基酸或酵素活性部位的 Lys 殘基形成席夫鹼（Schiff base），也稱為 aldimine。其共軛結構可穩定反應中間體的負電荷，因此能促進胺基酸 $\alpha$-碳上的多種反應，包括：

• 胺基轉移（transamination）
• 脫羧（decarboxylation）
• 消旋（racemization）
• 消除反應，例如脫胺（deamination）

相較之下，citrullination 是將精胺酸（arginine）側鏈的胍基轉變為瓜胺酸（citrulline）的轉譯後修飾，主要由蛋白質精胺酸去亞胺酶（peptidylarginine deiminase, PAD）催化，並非 PLP 的典型功能。

解題方法

判斷各選項是否為 PLP 參與的反應即可。核心切入點是：

1. 先辨認該反應是否作用於游離胺基酸或胺基酸代謝。
2. 再判斷反應是否需要 PLP 穩定胺基酸 $\alpha$-碳的反應中間體。
3. 若是蛋白質的轉譯後修飾，則通常不屬於 PLP 依賴反應。

PLP 形成的席夫鹼可穩定胺基酸反應時產生的負電荷，使不同反應依照被移除的鍵而產生不同結果：

• 移除 $\alpha$-羧基：脫羧
• 移除 $\alpha$-氫：消旋或胺基轉移相關反應
• 移除 $\beta$-或 $\gamma$-位取代基：消除反應，可包括脫胺

因此，A、B、C、E 均可歸入 PLP 依賴酵素所催化的反應類型；D 則不符合。

選項分析

A) Transamination

正確。Transamination 是胺基轉移反應，將一個胺基酸的 $\alpha$-胺基轉移至 $\alpha$-酮酸，形成另一個胺基酸與另一個 $\alpha$-酮酸。

典型反應為麩胺酸與 $\alpha$-酮戊二酸之間的互相轉換：

$$\text{Amino acid}_1+\alpha\text{-ketoglutarate} \rightleftharpoons \alpha\text{-keto acid}_1+\text{glutamate}$$

胺基轉移酶（aminotransferase, transaminase）普遍使用 PLP。例如：

• alanine aminotransferase, ALT
• aspartate aminotransferase, AST

反應過程中，PLP 先與酵素 Lys 殘基形成內部席夫鹼，再與受質胺基酸形成外部席夫鹼，最後完成胺基的轉移。因此 transamination 是 PLP 的經典功能。

B) Racemization

正確。Racemization 是將一種立體異構物轉變為其相反構型，例如將 L-胺基酸轉變為 D-胺基酸。

PLP 可穩定胺基酸 $\alpha$-碳去質子化後形成的平面化中間體。由於 $\alpha$-碳短暫失去原本的立體結構，質子可從兩側重新加入，因而產生相反構型：

$$\text{L-amino acid} \rightleftharpoons \text{D-amino acid}$$

此題考查細胞膜蛋白質的結構和功能。

讓我們逐一分析選項：
A) Type I integral membrane proteins have COOH-terminus outside the cells：
* Type I integral membrane proteins 是單次跨膜蛋白質 (single-pass transmembrane proteins)，其 N-末端 (N-terminus) 在一側，C-末端 (C-terminus) 在另一側。
* 在 Type I 蛋白質中，N-末端位於細胞外側，C-末端位於細胞質側。
* 因此，這個說法是錯誤的。
B) Symporters move solutes against electrochemical gradients：
* Symporters (共轉運蛋白) 是一類協同轉運蛋白，它們將兩種溶質順著它們各自的電化學梯度（或其中一種順著梯度，另一種被攜帶）一起運輸。
* 逆著電化學梯度運輸的是 active transporters (主動轉運蛋白)，如 pumps 和 antiporters (反向轉運蛋白)。
* 因此，這個說法是錯誤的。
C) Antiporters use ATP to move solutes against electrochemical gradients：
* Antiporters (反向轉運蛋白) 將兩種溶質以相反方向運輸。

核心觀念

本題考查尿素循環（urea cycle）的功能、相關酵素缺陷，以及尿素循環障礙與其他胺基酸代謝疾病的區別。

尿素循環主要在肝臟進行，作用是將具毒性的氨轉換成尿素，再由尿液排出。主要反應如下：

1. **N-acetylglutamate synthase（NAGS）**製造 N-acetylglutamate（NAG）。
2. NAG 活化 carbamoyl phosphate synthetase I（CPS I）。
3. CPS I 將氨與二氧化碳形成 carbamoyl phosphate。
4. Ornithine transcarbamylase（OTC）將 carbamoyl phosphate 與 ornithine 結合形成 citrulline。
5. Argininosuccinate synthetase（ASS）與 argininosuccinate lyase（ASL）依序產生 arginine。
6. Arginase將 arginine 分解為 urea 與 ornithine，完成循環。

尿素循環缺陷通常會造成氨無法有效排除，導致高氨血症（hyperammonemia）。

解題方法

判斷每個選項是否屬於尿素循環障礙，可檢查其病因是否涉及：

• 尿素循環酵素缺陷；
• 尿素循環所需活化因子缺陷；
• 尿素循環中間物進出粒線體的運輸缺陷。

若疾病主要源自其他胺基酸的代謝途徑，則不屬於尿素循環缺陷。

逐項判斷後，phenylketonuria（PKU）是苯丙胺酸代謝障礙，與尿素循環無直接關係，因此為正確答案。

選項分析

A) Hyperammonemia

Hyperammonemia 是血液中氨濃度過高的狀態，常見原因包括尿素循環酵素缺陷，例如 CPS I、OTC 或 arginase 缺陷。

尿素循環受阻時，氨無法順利轉換為尿素，因而在血液中累積。因此高氨血症是尿素循環障礙的典型臨床表現。

本選項錯誤。

B) N-acetylglutamate synthase deficiency

NAGS 負責合成 NAG，而 NAG 是 CPS I 的必要活化因子。

NAGS 缺乏會使 CPS I 無法正常啟動，即使 CPS I 本身結構正常，也無法有效進行尿素循環的第一個步驟，造成氨累積與高氨血症。

因此 NAGS deficiency 屬於尿素循環相關疾病。

本選項錯誤。

C) Phenylketonuria

Phenylketonuria（PKU，苯酮尿症）主要是 phenylalanine hydroxylase（PAH）缺乏，使苯丙胺酸無法正常轉換為酪胺酸

核心觀念

本題考查脂質雙層的三項基本特性：

1. 膜脂質的不對稱分布
2. 細胞凋亡時的「eat-me signal」
3. 膽固醇與膜流動性的關係
4. 膜脂質轉位酵素的方向性

細胞膜兩個單層的脂質組成並不相同。一般而言：

• 外側單層（exoplasmic leaflet）富含 phosphatidylcholine（PC）與 sphingomyelin（SM）。
• 內側單層（cytosolic leaflet）富含 phosphatidylethanolamine（PE）、phosphatidylserine（PS）與 phosphatidylinositol（PI）。

膜脂質的跨膜移動主要由下列蛋白質調控：

• Flippase：通常將特定脂質由外側移至內側。
• Floppase：通常將特定脂質由內側移至外側。
• Scramblase：雙向、較無選擇性地重新分配脂質，常見於細胞凋亡或細胞活化時。

解題方法

逐一檢查每個選項是否符合脂質雙層的已知結構與膜蛋白功能：

• 涉及膜筏的選項，檢查 atomic force microscopy 的偵測原理。
• 涉及內外單層組成的選項，檢查膜脂質是否具有不對稱性。
• 涉及凋亡訊號的選項，辨認真正的 eat-me signal。
• 涉及膽固醇的選項，判斷其是否單純增加膜流動性。
• 涉及 flippase 的選項，判斷其脂質移動方向。

選項分析

A) Membrane rafts can be detected with atomic force microscopy based on electrostatic interaction between the cantilever and the membrane surface

錯誤。

膜筏（membrane raft）是富含 cholesterol 與 sphingolipid 的膜微區，通常具有較有序、較緊密的脂質排列。利用 atomic force microscopy（AFM）觀察膜筏時，主要依據的是不同膜區域之間的：

• 高度差異
• 膜厚差異
• 機械性質差異
• 脂質排列與硬度差異

AFM 的懸臂探針透過掃描膜表面，偵測表面形貌與力學性質；題目所述「基於懸臂與膜表面之間的靜電作用」並不是偵測膜筏的標準主要原理，因此錯誤。

B) Outer monolayer share exact lipid constituents as the inner membrane

錯誤。

細胞膜具有脂質不對稱性（lipid asymmetry），外側與內側單層的脂質組成並不完全相同。

典型分布如下：

核心觀念

本題測驗重點為**脂質代謝（Lipid Metabolism）中由花生四烯酸（Arachidonic acid, $20:4\,\Delta^{5,8,11,14}$）衍生之二十碳酸類（Eicosanoids）**的分類、生理功能與訊息傳遞：

1. 環氧合酶途徑（Cyclooxygenase, COX Pathway）：
   • 生成前列腺素（Prostaglandins, PGs）與血栓素（Thromboxanes, TXs）。
   • 前列腺素（如 $\text{PGE}_2$、$\text{PGD}_2$、$\text{PGF}_{2\alpha}$、$\text{PGI}_2$）主要參與發炎反應、致熱（發燒）、痛覺敏感化（Hyperalgesia）、胃黏膜保護、血管擴張／收縮、睡眠與清醒週期調控及凝血調節。
   • 血栓素（如 $\text{TXA}_2$）主要由血小板合成，功能為強力促進血小板凝集與血管收縮。
2. 脂氧合酶途徑（Lipoxygenase, LOX Pathway）：
   • 生成白三烯（Leukotrienes, LTs）（如 $\text{LTB}_4$、$\text{LTC}_4$、$\text{LTD}_4$、$\text{LTE}_4$），主導氣道平滑肌痙攣、過敏性氣喘反應及趨化作用。
   • 生成脂氧素（Lipoxins, LXs）（如 $\text{LXA}_4$、$\text{LXB}_4$），為發炎消退媒介物（Pro-resolving mediators），負責抗發炎與促進巨噬細胞清除細胞碎片。

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解題方法

由題幹列舉之四大關鍵生理效應切入比對：

• Mediate inflammation & pain（媒介發炎與痛覺）
• Induce / regulate sleep（調控睡眠與清醒）
• Regulate blood coagulation（調節血液凝固與血管張力）

在二十碳酸分子中：

1. 中樞睡眠／清醒調控與痛覺過敏是前列腺素家族（PGs）的經典生化特徵（例如 $\text{PGD}_2$ 誘導慢波睡眠，$\text{PGE}_2$ 參與下視丘體溫與睡眠-清醒週期之整合調節，並在周邊及中樞敏化痛覺受器）。
2. $\text{PGE}_2$ 同時具備廣泛的血管舒縮與血小板活化調節活性，能影響局部微循環與凝血過程。
3. 其餘選項之分子（白三烯、血栓素、脂氧素）功能高度專一化，均無法同時涵蓋題幹所列之所有中樞與周邊生理功能。

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選項分析

• A) Prostaglandin E2（正確）：
  $\text{PGE}_2$ 是人體內分佈最廣、研究最透徹的前列腺素。
  • 發炎與疼痛：經由周邊組織的 EP 受體（$\text{EP}_1 \sim \text{EP}_4$）增加微血管通透性與血管擴張，並降低痛覺神經末梢的閾值（周邊與中樞痛覺敏化）。
  • 睡眠調控：作用於視前區（Preoptic area）及下視丘，調節體溫（致熱）並參與中樞睡眠-清醒週期（Sleep-wake cycle）之切換調控。

核心觀念

真核生物的 mRNA 在 5' 端通常具有帽結構（5' cap），其主要形式為：

$$\mathrm{m^7GpppN}$$

其中：

• $\mathrm{m^7G}$：第 7 位氮原子甲基化的鳥嘌呤核苷，即 7-methylguanosine
• $\mathrm{ppp}$：鳥嘌呤與 mRNA 第一個核苷酸之間以 5'–5' 三磷酸鍵連接
• $\mathrm{N}$：mRNA 的第一個核苷酸

因此，5' 端帽結構的核心特徵是 7-甲基鳥嘌呤三磷酸。

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解題方法

判斷此題時，直接抓住「真核 mRNA 的 5' 端帽」這個關鍵字。

mRNA 轉錄完成後，5' 端會加上鳥嘌呤核苷酸，接著在鳥嘌呤的第 7 位氮原子進行甲基化，形成：

$$\mathrm{7\text{-}methylguanosine\text{-}5'\text{-}triphosphate}$$

常簡寫為：

$$\mathrm{m^7GpppN}$$

此帽結構具有下列功能：

1. 協助 mRNA 被核糖體辨識並啟動翻譯。
2. 增加 mRNA 的穩定性，避免 5' 端被核酸外切酶快速降解。
3. 協助 mRNA 從細胞核輸出至細胞質。
4. 參與 mRNA 剪接與其他轉錄後加工。

所以正確答案是 7-methylguanosine triphosphate。

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選項分析

A) Methylguanosine triphosphate

錯誤。

此選項只寫「甲基鳥嘌呤核苷三磷酸」，沒有指出甲基位於鳥嘌呤的第 7 位。真核 mRNA 5' cap 的標準結構是 7-methylguanosine，必須明確具有 $\mathrm{N^7}$ 甲基化。

核心觀念

本題考查咖啡因與可可鹼類生物鹼的結構分類，重點是辨認：

1. **Xanthine（黃嘌呤）**是 purine（嘌呤）骨架的二羰基衍生物。
2. 咖啡因、茶鹼與可可鹼皆屬於 methylxanthine（甲基黃嘌呤）。
3. 判斷其名稱時，必須確認黃嘌呤骨架上 $N$ 原子的甲基化位置。

三者的系統性結構如下：

化合物	常用名稱	結構名稱
Caffeine	咖啡因	$1,3,7$-trimethylxanthine
Theophylline	茶鹼	$1,3$-dimethylxanthine
Theobromine	可可鹼	$3,7$-dimethylxanthine

其中，$N$-1、$N$-3、$N$-7 代表甲基接在黃嘌呤骨架相應的氮原子上。

解題方法

本題問的是 WRONG，因此逐一核對各選項對三種 methylxanthine 的描述即可。

判斷流程為：

1. 先確認咖啡因、茶鹼、可可鹼是否都是 xanthine 的甲基化衍生物。
2. 再依照甲基數量與位置核對 A、B、D。
3. 檢查 C 是否將可可鹼誤稱為 hypoxanthine 衍生物。
4. 若只有一個敘述錯誤，則選該敘述；因此「All are wrong」也不成立。

選項分析

A) Caffeine is a trimethylxanthine

正確。

咖啡因的結構名稱是：

$$1,3,7\text{-trimethylxanthine}$$

表示黃嘌呤骨架上的 $N$-1、$N$-3 與 $N$-7 都各連接一個甲基，因此屬於 trimethylxanthine（三甲基黃嘌呤）。

B) Theophylline is a dimethylxanthine

正確。

茶鹼的結構名稱是：

$$1,3\text{-dimethylxanthine}$$

它在 $N$-1 與 $N$-3 位置具有甲基，因此是 dimethylxanthine（二甲基黃嘌呤）。

C) Theobromine is the hypoxanthine derivative of cocoa

核心觀念

本題考查胺基酸分解代謝（amino acid catabolism）與三羧酸循環中間物的對應關係。

依其分解後是否能形成醣質新生（gluconeogenesis）的中間物，胺基酸可分為：

• 生糖性胺基酸：分解產物可進入三羧酸循環，進一步形成草醯乙酸並參與醣質新生。
• 生酮性胺基酸：分解成乙醯-CoA、乙醯乙酸等，主要形成酮體。
• 兼具生糖性與生酮性：同時產生上述兩類產物。

本題各選項所涉及的主要代謝去向如下：

$$\text{Asn, Asp} \rightarrow \text{Oxaloacetate}$$ $$\text{Gln, Glu} \rightarrow \alpha\text{-Ketoglutarate}$$ $$\text{Phe, Tyr} \rightarrow \text{Fumarate}+\text{Acetoacetate}$$ $$\text{Val, Ile, Met, Thr} \rightarrow \text{Succinyl-CoA}$$ $$\text{Pro, Arg, His} \rightarrow \text{Glu} \rightarrow \alpha\text{-Ketoglutarate}$$

解題方法

逐一比對各組胺基酸的分解產物與三羧酸循環中間物。題目問的是「哪一項錯誤」，因此只要找出胺基酸組合與其代謝終點不相符的選項即可。

關鍵辨識點是：

• 形成 oxaloacetate 的代表性胺基酸：天門冬醯胺、天門冬胺酸。
• 形成 $\alpha$-ketoglutarate 的代表性胺基酸：麩醯胺、麩胺酸，以及脯胺酸、精胺酸、組胺酸。
• 形成 fumarate 的胺基酸：酪胺酸、苯丙胺酸。
• 形成 succinyl-CoA 的胺基酸：纈胺酸、異白胺酸、甲硫胺酸、蘇胺酸。

選項分析

A) Asparagine and aspartate form oxaloacetate

正確。

天門冬醯胺（asparagine）先經由天門冬醯胺酶水解為天門冬胺酸（aspartate）：

$$\text{Asparagine} \rightarrow \text{Aspartate}$$

天門冬胺酸再經轉胺作用形成草醯乙酸：

$$\text{Aspartate}+\alpha\text{-ketoglutarate} \rightleftharpoons \text{Oxaloacetate}+\text{Glutamate}$$

因此這兩種胺基酸可形成 oxaloacetate，選項正確。

B) Glutamine and glutamate form $\alpha$-ketoglutarate

正確。

麩醯胺（glutamine）先被麩醯胺酶分解為麩胺酸：

$$\text{Glutamine} \rightarrow \text{Glutamate}$$

麩胺酸經麩胺酸去氫酶作用，進行氧化性去胺基作用，形成 $\alpha$-酮戊二酸：

核心觀念

酵素加速反應的主要機制，是降低反應的活化自由能 $\Delta G^\ddagger$。反應速率與活化自由能的關係可表示為：

$$k \propto e^{-\Delta G^\ddagger/RT}$$

酵素與反應物形成酵素—受質複合體後，會透過氫鍵、離子作用、疏水作用及金屬離子配位等方式，優先穩定反應過程中能量最高的狀態，也就是過渡態（transition state）。

若酵素對過渡態具有很高的親和力，會降低由受質到過渡態所需的自由能差：

$$\Delta G^\ddagger_{\text{enzyme}} < \Delta G^\ddagger_{\text{uncatalyzed}}$$

因此反應速率增加。

必須區分：

• 受質（substrate）：反應開始時的反應物。
• 過渡態（transition state）：由受質轉變為產物時，能量最高且極不穩定的瞬間構形。
• 反應中間體（reaction intermediate）：反應路徑中形成、存在時間較過渡態長的中間物種。
• 產物（product）：反應完成後形成的物質。

酵素若對受質或產物結合得過度穩定，反而會使受質難以進入反應所需的過渡態，或使產物不易離開活性部位。

解題方法

判斷酵素應與哪一種狀態結合最緊密，關鍵在於酵素的功能是降低活化自由能，而不是單純穩定反應物或產物。

反應可概念化為：

$$\text{受質} \longrightarrow \text{過渡態} \longrightarrow \text{產物}$$

速率決定於受質到過渡態之間的能障：

$$\Delta G^\ddagger = G_{\text{transition state}}-G_{\text{substrate}}$$

因此，酵素活性部位應設計成對過渡態具有最強的互補性，使過渡態的自由能下降，進而降低 $\Delta G^\ddagger$。這就是「過渡態穩定化」原理，也是酵素催化的核心。

選項分析

A) Substrates

核心觀念

本題考查酵素的國際分類及其主要功能。依據酵素催化反應的類型，酵素可分為七大類，其中：

• Translocase（轉位酶）：催化離子或分子跨越細胞膜，或在細胞內不同區室之間移動。
• 此類酵素常與能量轉換或能量耦合有關，例如利用 ATP 水解所提供的能量，將物質逆濃度梯度運輸。

典型例子包括：

• Na⁺/K⁺-ATPase：將 Na⁺ 運出細胞、K⁺ 運入細胞。
• Ca²⁺-ATPase：將 Ca²⁺ 運送至細胞外或細胞器內。
• ABC transporter：利用 ATP 水解推動物質跨膜運輸。

因此，能催化分子跨越細胞膜移動的酵素類別是 Translocase。

解題方法

判斷本題的關鍵在於將「跨膜移動」直接對應到酵素分類中的功能：

1. 題幹描述的反應是分子由細胞膜一側移動到另一側。
2. 這不是官能基轉移、氧化還原、化學鍵切斷或化學鍵形成。
3. 專門負責催化物質位置轉移，包括跨膜運輸的酵素，即為 Translocase（轉位酶）。

選項分析

A) Transferase（轉移酶）—錯誤

Transferase 催化某一分子的官能基轉移至另一分子，例如：

$$\text{胺基轉移酶：胺基由一種胺基酸轉移至另一種受體分子}$$

常見的轉移酶包括激酶（kinase）、甲基轉移酶（methyltransferase）與胺基轉移酶（aminotransferase）。其核心功能是轉移化學官能基，不是催化分子跨越細胞膜。

B) Translocase（轉位酶）—正確

Translocase 催化離子或分子由一個位置移動到另一個位置，尤其包括跨細胞膜或跨細胞器膜的運輸。

核心觀念

**Uncompetitive inhibition（反競爭性抑制）**的抑制劑只與酵素—受質複合體 $ES$ 結合，形成無活性的 $ESI$：

$$E+S \rightleftharpoons ES \rightarrow E+P$$ $$ES+I \rightleftharpoons ESI$$

因此，反競爭性抑制劑通常不會與游離酵素 $E$ 競爭活性部位，而是與已結合受質的 $ES$ 結合，結合位置可位於活性部位以外。

其速率方程式可表示為：

$$v=\frac{V_{\max}[S]}{\alpha K_M+\alpha'[S]}$$

對於純反競爭性抑制：

$$\alpha=1,\qquad \alpha'=1+\frac{[I]}{K_i'}$$

整理後可得表觀參數：

$$K_{M,\mathrm{app}}=\frac{K_M}{\alpha'}$$ $$V_{\max,\mathrm{app}}=\frac{V_{\max}}{\alpha'}$$

因為 $\alpha'>1$，所以反競爭性抑制會使 $K_M$ 與 $V_{\max}$ 同時降低。

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解題方法

判斷反競爭性抑制可掌握三個特徵：

1. 抑制劑只與 $ES$ 結合。
2. 表觀 $K_M$ 降低。
3. 表觀 $V_{\max}$ 降低，且高濃度受質仍無法解除抑制。

特別是當受質濃度很高時：

$$[S]\to\infty$$

反應速率趨近：

$$v\to\frac{V_{\max}}{\alpha'}$$

這個值低於未受抑制時的 $V_{\max}$，表示即使增加大量受質，抑制效果仍然存在。因此正確敘述是 E。

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選項分析

A) An uncompetitive inhibitor binds to the active site of an enzyme

錯誤。

反競爭性抑制劑的主要特徵是與 $ES$ 複合體結合，而不是與游離酵素的活性部位競爭。它的結合位置通常不同於受質的活性部位，因此不能將反競爭性抑制直接定義為「結合活性部位」。

B) The structure of an uncompetitive inhibitor must resemble the substrate of its targeting enzyme

錯誤。

核心觀念

本題考察蛋白酶催化機制中的一般酸鹼催化。圖中第 1 步，Asp X 的羧酸根氧原子接受水分子的質子，使水更容易進攻受質的肽鍵羰基碳。

接受質子的物種具有鹼的功能，因此 Asp X 在第 1 步扮演一般鹼（general base）。

解題方法

觀察第 1 步的質子轉移方向：

• 水分子將 $\mathrm{H^+}$ 轉移給 Asp X。
• Asp X 的羧酸根 $\mathrm{-COO^-}$ 接受質子。
• 水失去質子後，親核性增強，得以攻擊受質羰基。

以概念式表示：

$$\mathrm{AspX{-}COO^- + H_2O \rightarrow AspX{-}COOH + OH^-}$$

因此，Asp X 是質子接受者，功能屬於鹼催化，而不是酸催化。

選項分析

此題考查 Michaelis-Menton 方程的應用。Michaelis-Menton 方程描述了酶促反應的初始速率 ($V_0$) 與底物濃度 ($[S]$) 之間的關係：

$V_0 = \frac{V_{max}[S]}{K_M + [S]}$

其中：

• $V_0$ 是初始反應速率。
• $V_{max}$ 是最大反應速率。
• $K_M$ 是 Michaelis 常數，表示底物濃度為 $V_{max}/2$ 時的底物濃度。
• $[S]$ 是底物濃度。

題目要求計算當 $V_0 = 0.9 V_{max}$ 時的底物濃度 $[S]$。
將 $V_0 = 0.9 V_{max}$ 代入方程：

核心觀念

$K_{0.5}$ 是變構酵素在底物濃度達到最大反應速率一半時所需的底物濃度：

$$v=\frac{V_{\max}}{2}\quad \text{時的底物濃度}=K_{0.5}$$

對具有協同性的變構酵素而言，$K_{0.5}$ 常用來描述酵素對底物的表觀親和力：

• $K_{0.5}$ 降低：達到半最大速率所需的底物變少，表示對底物的表觀親和力增加。
• $K_{0.5}$ 升高：需要較高底物濃度，表示對底物的表觀親和力降低。

正變構效應物會穩定酵素的高親和力構形，即 $R$ state，使酵素更容易與底物結合，因此降低 $K_{0.5}$。

解題方法

判斷變構效應物對酵素—底物親和力的影響：

1. 正變構效應物增加底物親和力。
2. 親和力增加代表達到 $V_{\max}/2$ 所需的底物濃度下降。
3. 因此 $K_{0.5}$ 下降。

在速率—底物濃度曲線上，正變構效應物會使曲線向左移；負變構效應物則會使曲線向右移。

選項分析

A) Positive allosteric effector：正確

正變構效應物穩定高親和力的 $R$ state，使底物更容易結合。酵素只需較低的底物濃度即可達到半最大速率，因此 $K_{0.5}$ 降低。

B) Negative allosteric effector：錯誤

核心觀念

典型的酵素動力學實驗，是在固定反應條件下，觀察底物濃度 $[S]$ 改變時，反應初速率 $v_0$ 如何變化。此設計符合 Michaelis–Menten 動力學：

$$v_0=\frac{V_{\max}[S]}{K_m+[S]}$$

其中：

• $v_0$：反應初速率
• $V_{\max}$：酵素被底物完全飽和時的最大速率
• $K_m$：反應速率達到 $V_{\max}/2$ 時的底物濃度
• $[S]$：底物濃度，通常是實驗中刻意調整的變因

因此，本題要找的是「典型酵素動力學實驗中，通常不固定、而會被研究者改變的因素」。

解題方法

實驗者通常準備數組反應液，使下列條件相同：

• 相同的緩衝液與離子強度
• 相同的總酵素濃度
• 相同的 pH
• 相同的溫度

接著只改變底物濃度，測量各組反應的初速率，繪製 $v_0$ 對 $[S]$ 的關係圖。

當 $[S]$ 增加時，酵素活性位點逐漸被底物佔據，反應速率上升；當酵素接近飽和後，速率趨近 $V_{\max}$。所以實驗變因是 Substrate concentration。

選項分析

A) Ionic strength of the reaction buffer

離子強度會影響蛋白質表面電荷、酵素構形以及酵素與底物的結合。若離子強度在不同反應管中改變，會造成額外變因，使速率差異無法單純歸因於底物濃度。因此典型實驗會將其固定。

B) Total enzyme concentration

總酵素濃度會直接影響 $V_{\max}$。在酵素量增加時，可用的活性位點增加，最大反應速率也會提高：

核心觀念

翻譯延長（translation elongation）主要包含三個循環步驟：

1. 胺醯-tRNA 進入核糖體的 A site。
2. 肽鍵形成，胜肽鏈由 P site 的 tRNA 轉移至 A site 的 tRNA。
3. 核糖體轉位（translocation），使帶有新生胜肽鏈的 tRNA 移至 P site，空的 tRNA 移至 E site，A site 重新空出以容納下一個胺醯-tRNA。

細菌的轉位需要延長因子 EF-G（elongation factor G）。EF-G 結合 GTP 後與核糖體結合，水解 GTP 所釋放的能量促使核糖體沿著 mRNA 前進一個密碼子。

$$\text{EF-G}\cdot\text{GTP} \longrightarrow \text{EF-G}\cdot\text{GDP}+\text{Pi}$$

因此，題目問「翻譯延長時，哪一個分子是轉位所必需」，答案是 EF-G。

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解題方法

辨認翻譯延長因子的功能即可：

• EF-Tu：協助胺醯-tRNA 進入 A site。
• EF-G：利用 GTP 水解推動核糖體轉位。
• EF-Ts：促進 EF-Tu 上 GDP 的交換，使 EF-Tu 回復為活化的 GTP 狀態。
• IF-2：參與翻譯起始，協助起始 tRNA 進入核糖體。
• miRNA：真核生物的基因表現調控分子，不是細菌翻譯轉位因子。

題幹明確指出是 translation elongation，且關鍵字是 translocation，直接對應 EF-G。

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選項分析

A) EF-Tu：錯誤

EF-Tu 以 GTP 結合形式攜帶胺醯-tRNA，將其送至核糖體 A site。當密碼子與反密碼子正確配對後，EF-Tu 水解 GTP 並離開核糖體。

其主要功能是：

$$\text{胺醯-tRNA 的辨識與送入 A site}$$

EF-Tu 不負責肽鍵形成後的核糖體轉位。

B) EF-G：正確

核心觀念

本題考查基因突變對蛋白質翻譯結果的影響。

「Silent mutation（靜默突變）」是指 DNA 鹼基序列發生改變，使 mRNA 上的 codon 改變，但由於遺傳密碼具有簡併性，改變後的 codon 仍然指定相同的胺基酸，因此蛋白質的胺基酸序列不變。

例如：

$$\text{原 codon：GAA} \rightarrow \text{麩胺酸（Glu）}$$ $$\text{突變 codon：GAG} \rightarrow \text{麩胺酸（Glu）}$$

雖然 codon 發生改變，但翻譯產物相同，故稱為靜默突變。

解題方法

判斷各選項是否符合靜默突變的定義：

1. 突變後是否產生提前終止？
2. 是否改變所編碼的胺基酸？
3. 是否改變閱讀框架？
4. 是否改變蛋白質胺基酸序列與構形？

靜默突變的核心結果是「codon 改變，但胺基酸不變」，因此不會直接造成上述異常。

選項分析

A) An early stop in protein translation

錯誤。若突變使原本編碼胺基酸的 codon 變成終止密碼子，例如 UAA、UAG 或 UGA，會造成蛋白質提早終止，這稱為 nonsense mutation（無義突變），不是靜默突變。

B) A wrong amino-acid residue

核心觀念

本題考察真核生物蛋白質的可逆性磷酸化（protein phosphorylation）。蛋白激酶利用 ATP 作為磷酸基供體，將磷酸基轉移至蛋白質特定胺基酸殘基的側鏈，反應可表示為：

$$\text{Protein–OH}+\text{ATP} \rightarrow \text{Protein–OPO}_3^{2-}+\text{ADP}$$

在真核細胞中，最典型、最常見的磷酸化胺基酸是：

• Serine（絲胺酸，Ser，S）
• Threonine（蘇胺酸，Thr，T）
• Tyrosine（酪胺酸，Tyr，Y）

其中 Ser 與 Thr 屬於含有羥基的胺基酸；Tyr 的酚羥基也能接受磷酸基。磷酸化會改變蛋白質的電荷、構形、活性、細胞定位或與其他蛋白質的交互作用。

解題方法

先列出真核生物蛋白質磷酸化的經典受質殘基：

$$\mathrm{Ser,\ Thr,\ Tyr}$$

再將題目選項逐一比對。選項中只有 Tyrosine 屬於真核蛋白質磷酸化的經典胺基酸殘基，因此選擇 C。

判斷的化學基礎是：Tyr 側鏈具有酚羥基，可由蛋白激酶催化轉移 ATP 的 $\gamma$-磷酸基：

$$\text{Tyr–OH}+\text{ATP} \rightarrow \text{Tyr–OPO}_3^{2-}+\text{ADP}$$

選項分析

A) Alanine

Alanine（丙胺酸，Ala，A）的側鏈是甲基：

$$\text{–CH}_3$$

甲基不含可直接接受磷酸基的羥基或其他典型官能基，因此不是一般真核蛋白激酶所辨識的經典磷酸化殘基。A 錯誤。

B) Lysine

核心觀念

這題考查蛋白質的細胞內定位，重點是「跨膜蛋白如何被送入內質網膜」。

大多數分泌途徑蛋白與跨膜蛋白在細胞質核糖體上開始合成。當新生肽鏈出現 N-terminal signal sequence（N 端訊號序列） 時，會被訊號辨識顆粒（signal recognition particle, SRP）辨識，使核糖體停靠於粗糙內質網。之後蛋白質經由轉位子插入內質網膜，並依序進入分泌途徑，包括高基氏體、細胞膜及部分胞器膜。

對典型的單次跨膜蛋白而言，N 端訊號序列負責將核糖體導向內質網；蛋白質內部的 stop-transfer sequence 則可協助形成跨膜區段。因此本題選項中最符合跨膜蛋白初始定位需求的是 N 端訊號序列。

解題方法

判斷蛋白質定位訊號的切入點，是先問「此蛋白質要進入哪一條細胞內運輸路徑」。

跨膜蛋白通常必須先進入內質網膜，才能沿分泌途徑運送至細胞膜或其他膜性胞器。其基本流程為：

$$\text{N 端訊號序列} \rightarrow \text{SRP 辨識} \rightarrow \text{粗糙內質網} \rightarrow \text{轉位子插入} \rightarrow \text{跨膜蛋白}$$

因此，題目詢問跨膜蛋白的 protein targeting，應優先選擇將新生蛋白導向內質網的訊號序列，即 D。

需注意，某些多次跨膜蛋白主要使用位於蛋白質內部的 signal-anchor sequence，而非典型的可切除 N 端訊號胜肽；但在本題提供的選項中，只有 D 代表分泌途徑與膜蛋白定位所需的初始訊號。

選項分析

A) NLS sequence

NLS（nuclear localization signal，核定位訊號）負責將蛋白質送入細胞核。具有 NLS 的蛋白質通常由 importin 辨識，經由核孔複合體進入細胞核。

它與內質網導向及跨膜蛋白插入無關，因此錯誤。

B) KDEL sequence