112 年 國立臺灣大學病理學研究所《細胞生物學（A）》

本題主要考查細胞核的基本結構與功能。細胞核是真核細胞內最重要的胞器，負責儲存遺傳物質、控制細胞生長與分裂。

細胞核結構與功能詳解：

細胞核主要由以下幾個部分組成：

1. 核膜 (Nuclear Envelope):

   • 結構： 由兩層膜構成，內外膜之間有核周隙 (perinuclear space)，外膜常與內質網相連。核膜上有核孔 (nuclear pores)，是物質進出細胞核的重要通道。
   • 功能： 將細胞核內的遺傳物質與細胞質分隔開，維持細胞核的獨立環境。核孔則選擇性地控制大分子（如蛋白質、RNA）的進出，調節基因表現。

2. 核仁 (Nucleolus):

   • 結構： 位於細胞核內，沒有膜包圍。主要由 RNA 和蛋白質組成，是核糖體 RNA (rRNA) 的合成場所。
   • 功能： 合成 rRNA 並組裝核糖體次單元 (ribosomal subunits)。

3. 染色質 (Chromatin):

   • 結構： 由 DNA 和蛋白質（主要是組蛋白, histones）組成，在細胞分裂間期呈鬆散的絲狀結構。

核心觀念

1. 細胞黏附分子（Cell Adhesion Molecules, CAMs）之分類：
   依分子結構與功能主要分為四大族群：

   • 鈣黏蛋白（Cadherins）
   • 免疫球蛋白超家族（Ig-CAMs / IgSF CAMs）
   • 整合素（Integrins）
   • 選擇素（Selectins）

2. 嗜同性結合（Homophilic Binding / Interaction）之定義：
   指某種細胞表面的黏附分子與相鄰細胞表面相同種類的分子相互專一性結合（Like-to-like binding）。相對於「嗜異性結合（Heterophilic Interaction）」，嗜同性結合是組織分選（Tissue sorting）、胚胎發育形塑及同種組織細胞維持緊密排列的核心機制。

解題方法

本題為申論問答題，要求「舉例說明嗜同性結合的細胞黏附因子」。完整拿滿分的作答切入點為：

1. 先簡明定義「嗜同性結合」。
2. 舉出最典型且分屬不同家族的兩大代表：鈣黏蛋白（Cadherins） 與 神經細胞黏附分子（NCAM，屬於 Ig-CAMs）。
3. 針對舉出的例子，詳細說明其結構特徵、結合機制（是否需二價陽離子參與）及生理/病理功能。

詳細擬答內容：

一、 鈣黏蛋白家族（Cadherins，以 E-cadherin 為代表）

1. 結合機制與特性：
   • 典型嗜同性結合：鄰近細胞表面的 E-cadherin 分子透過細胞外最前端的 EC1 結構域（Extracellular cadherin domain 1）進行面對面配對（Trans-homophilic dimer）。
   • $\text{Ca}^{2+}$ 依賴性：相鄰的 EC 結構域之間必須結合 $\text{Ca}^{2+}$ 離子，以維持胞外區剛硬（Rigid）的伸展構形；若去除 $\text{Ca}^{2+}$，蛋白質分子會彎曲鬆弛，迅速喪失細胞黏附能力。
   • 細胞骨架連結：其細胞質端透過 $\beta$-catenin 與 $\alpha$-catenin 銜接至細胞內的肌動蛋白微絲（Actin filaments），構成黏著連接（Adherens junctions），提供組織強大的抗張強度。
2. 生理與病理意義：
   • 在胚胎發育中調控同類細胞聚集與組織分選（Cell sorting）。
   • 上皮細胞若喪失 E-cadherin，常導致上皮-間質轉化（Epithelial-Mesenchymal Transition, EMT），促進癌症細胞的侵犯與轉移（Metastasis）。

二、 免疫球蛋白超家族（IgSF CAMs，以 NCAM 為代表）

1. 結合機制與特性：
   • $\text{Ca}^{2+}$ 非依賴性（$\text{Ca}^{2+}$-independent）：與 Cadherins 不同，NCAM（Neural Cell Adhesion Molecule）進行結合時不需要 $\text{Ca}^{2+}$ 的參與。

核心觀念

神經元（Neuron）是神經系統特化以傳遞電訊號與化學訊號的高度極性化細胞（Polarized cells）。典型多極神經元的突起（Neurites）可分為**軸突（Axon）與樹突（Dendrite）**兩大類。此題測驗考生對神經元極性建立、胞器分布（尤其細胞質蛋白合成機制）、微管細胞骨架極性排列（Microtubule polarity and MAPs）、以及電生理訊號傳導方向性（Input vs. Output）的整合認知。

解題方法

採用「維度對比法」針對兩者的結構特徵（形態、細胞骨架、分子標記與胞器分布）與生理功能（訊號輸入/輸出、電生理特性、突觸結構）進行條列與表格化對比，確保層次井然且切中細胞生物學評分核心。

一、 結構差異（Structural Differences）

1. 外觀形態與數量：

   • 樹突：通常每個神經元具有多條，自胞體呈樹枝狀高度分叉（Arborization），直徑由近端向遠端逐漸遞減（Tapering），表面常密布微小的**樹突棘（Dendritic spines）**以增加突觸受體面積。
   • 軸突：每個神經元通常僅有單一條，長度可達數毫米至一米以上；直徑均勻一致，由胞體隆起的軸丘（Axon hillock）延伸出初始段（Axon initial segment, AIS），通常僅在末梢進行分支（Telodendria / Terminal branches）並形成軸突終扣（Axon terminals）。

2. 細胞骨架與微管極性（Cytoskeleton & Microtubule Polarity）：

   • 樹突：微管排列具混合極性（Mixed polarity），近端微管的正端（plus end）與負端（minus end）皆可朝向外側；其主要的微管結合蛋白為 MAP2（Microtubule-associated protein 2）。
   • 軸突：微管具單一極性（Uniform polarity），全部正端朝向軸突末梢（distal end），負端朝向胞體；其特異性微管結合蛋白為 Tau。

3. 胞器與分子合成機制：

   • 樹突：含有粗糙內質網（RER）及游離核糖體（可見 Nissl bodies）、高基氏體支柱（Golgi outposts）與粒線體，具備局部轉譯（Local protein synthesis）能力，有助於突觸可塑性（Synaptic plasticity）。
   • 軸突：軸丘與軸突初始段（AIS）形成分子過濾屏障（Cytoplasmic diffusion barrier），缺乏粗糙內質網與 Nissl bodies，蛋白質幾乎完全依賴由胞體合成後透過**軸突運輸（Axonal transport）**輸送（驅動蛋白 Kinesin 進行順向運輸、動力蛋白 Dynein 進行逆向運輸）。

4. 表面包覆（髓鞘）：

   • 樹突：均為無髓鞘結構（Unmyelinated）。
   • 軸突：在中樞神經系統由寡寡突膠質細胞（Oligodendrocytes）、周圍神經系統由許旺細胞（Schwann cells）包裹形成髓鞘（Myelin sheath），並間隔出蘭氏結（Nodes of Ranvier）；部分小直徑神經纖維則為無髓鞘軸突。

二、 功能差異（Functional Differences）

1. 訊號方向與角色：

   • 樹突：負責訊號接收與輸入（Input zone），接受來自上游突觸前神經元釋放的化學神經傳導物質，產生局部去極化或過極化。
   • 軸突：負責訊號傳遞與輸出（Conduction & Output zone），將統合後的訊號沿著細胞膜長距離單向傳遞至下一個神經元或動器（效應器）。

2. 電生理特性（Electrophysiological Properties）：

核心觀念

本題考查幹細胞生物學（Stem Cell Biology）中兩大代表性幹細胞的核心定義、發育來源與分化潛能（Potency）：

1. 胚胎幹細胞（Embryonic Stem Cells, ESCs）：源自囊胚期（Blastocyst）的內細胞團（Inner Cell Mass, ICM），具備萬能分化性（Pluripotency），可分化為外胚層、中胚層與內胚層三胚層的各類細胞，但不包含胚外組織（如胎盤滋養層）。
2. 間質幹細胞（Mesenchymal Stem Cells / Stromal Cells, MSCs）：屬於成體幹細胞（Adult/Somatic Stem Cells），具備多能分化性（Multipotency），依國際細胞治療學會（ISCT）定義，主要分化為中胚層來源的骨（Osteocytes）、軟骨（Chondrocytes）與脂肪組織（Adipocytes）。
3. 兩者之核心對比維度：發育起源、分化潛能位階、分子標記（Molecular Markers）、體外增殖能力與端粒酶活性、致畸瘤風險（Teratoma formation）、免疫原性與免疫調節能力，以及倫理爭議。

解題方法

針對申論型比較題，採**「結構化對比表＋關鍵機制深論」**法：

• 先以比較表格迅速呈現多維度差異，建立清晰架構，爭取閱卷老師的量化得分點。
• 接著針對「多潛能性 vs. 萬能性」、「致腫瘤風險與倫理」、「免疫特性與臨床應用」三項最常考的機制要點深入論述。

1. 綜合對比表格

核心觀念

本題測驗重點為流行性感冒病毒（Influenza virus，特別是流感病毒 A 型）的生命週期（Viral Life Cycle）與宿主細胞胞器／構造的交互作用。
流行性感冒病毒屬於具外套膜（enveloped）的負鏈單股分節 RNA 病毒（$(-)$ssRNA）。解答本題必須掌握流感病毒複製週期的一大生物學特徵：雖然是 RNA 病毒，其基因體的轉錄與複製卻必須在宿主細胞核內進行。同時，病毒表面的醣蛋白修飾與組裝、脫殼與胞吞，分別高度依賴內膜系統（內質網、高基氏體）及內體（內吞體）與細胞質核糖體。

解題方法

以病毒感染與複製的「生命週期時間軸」為切入點，逐一盤點各步驟所利用的宿主胞器及其具體功能，層次條理清晰：

1. 進入與脫殼：胞吞作用進入宿主細胞，利用內體酸鹼度促成膜融合與釋放。
2. 複製與轉錄：利用細胞核的轉錄／剪接環境進行基因體複製與 mRNA 合成。
3. 蛋白質轉譯與修飾：利用細胞質核糖體合成結構蛋白；利用內質網與高基氏體完成外套膜醣蛋白的轉譯修飾與運輸。
4. 組裝與釋放：利用細胞質膜（質膜）進行出芽組裝與釋放。

詳盡解析（所利用之胞器與功能）

1. 內體／內吞體（Endosome）

   • 功能：負責協助病毒「脫殼（Uncoating）」與基因體進入細胞質。
   • 機制：病毒表面的血球凝集素（HA）與宿主細胞膜上的含唾液酸（Sialic acid）受體結合，經由**受體媒介型胞吞作用（Receptor-mediated endocytosis）**形成早期內體；隨著內體成熟酸化（pH 值下降至約 $5.0 \sim 5.5$），促使 HA 構形改變，介導病毒外套膜與內體膜發生膜融合（Membrane fusion）。同時，酸性環境激活病毒的 M2 離子通道，將 $H^+$ 輸入病毒粒子內部，促使核糖核蛋白複合體（vRNP）自 M1 基質蛋白解離，釋入宿主細胞質。

2. 細胞核（Nucleus）

   • 功能：負責病毒 RNA 的「轉錄（Transcription）」、「複製（Replication）」及特定 mRNA 的「剪接（Splicing）」。
   • 機制：
     • vRNP 藉由核定位訊號（NLS）經由核孔複合體（Nuclear pore complex）進入細胞核。
     • 病毒 RNA 依賴性 RNA 聚合酶（RdRP）在細胞核內利用帽子搶奪機制（Cap-snatching），切下宿主 pre-mRNA 的 5' cap 來引發病毒 mRNA 合成。
     • 部分病毒 mRNA（如編碼 M2、NEP/NS2 的片段）會利用宿主細胞核內的**剪接體（Spliceosome）**進行替代剪接。
     • 以 $(-)$vRNA 為模板合成 $(+)$cRNA（互補 RNA），再以此合成大量 $(-)$vRNA 基因體。

3. 核糖體（Ribosomes）

   • 功能：進行病毒蛋白質的轉譯（Translation）。
   • 機制：
     • 細胞質游離核糖體（Free ribosomes）：負責轉譯病毒內部結構蛋白及非結構蛋白（如 NP、M1、NS1、PA、PB1、PB2）。

核心觀念

本題評量分子生物學與細胞生物學的核心實驗技術：基因表現的中心法則（Central Dogma）在轉錄層次（RNA）與轉譯層次（蛋白質）的定性與定量檢測。

• 定性分析（Qualitative analysis）：確認特定 RNA 或蛋白質分子的「存在與否」、「分子大小（分子量）」、「序列正確性／剪接型態（splicing isoforms）」或「細胞內特定定位（subcellular localization）」。
• 定量分析（Quantitative analysis）：測量特定分子在細胞、組織或發育時期中的「絕對數量／濃度」或相對於內對照組（Internal control，如 GAPDH、$\beta$-actin）的「相對表現量改變倍數（Fold change）」。

解題方法

回答本題時，需採「雙軸矩陣」結構：將題意拆解為 RNA 分析 與 蛋白質分析，並在各領域內分別論述 定性 與 定量 的常用經典與現代標準方法，闡述其基本原理、應用目的與內參對照。

一、RNA 表現的定性與定量分析

1. 定性分析方法

   • 反轉錄聚合酶連鎖反應（Reverse Transcription PCR, RT-PCR）：
     • 原理：利用反轉錄酶（Reverse transcriptase）將萃取出的總 RNA 轉錄為互補 DNA（cDNA），再加入目標基因特異性引子（Specific primers）進行常規 PCR 擴增，最後透過瓊脂糖凝膠電泳（Agarose gel electrophoresis）進行分離。
     • 功能：依據擴增產物條帶之有無及分子大小（與 DNA Marker 比對），確認目標 mRNA 是否表達，並可用於檢測替代剪接（Alternative splicing）產物。
   • 北方墨點法（Northern Blotting）：
     • 原理：將變性總 RNA 經變性膠體電泳分離後，轉印至硝化纖維膜（NC 膜）或尼龍膜上，利用帶有放射性同位素或化學發光標記之互補核酸探針（Complementary probe）進行雜交反應。
     • 功能：確認 RNA 之分子大小、轉錄本剪接異構體（Transcripts），亦可由訊號強弱進行半定量評估。
   • 原位雜交技術（In Situ Hybridization, ISH / FISH）：
     • 原理：以螢光或酵素標記的特異性反義 RNA/DNA 探針，直接與固定好的組織切片或細胞中之特定 RNA 雜交。
     • 功能：定性觀察目標 RNA 在組織、細胞甚至亞細胞構造中的空間分布與定位。

2. 定量分析方法

   • 即時定量反轉錄 PCR（Quantitative Real-Time RT-PCR, RT-qPCR）：
     • 原理：在 PCR 擴增過程中加入非特異性螢光染劑（如 SYBR Green I）或序列特異性螢光探針（如 TaqMan probe），儀器即時監測螢光訊號達到閾值時的循環數（Cycle threshold, $C_t$ 值）。
     • 功能：
       • 絕對定量：以已知濃度的標準品（Standard curve）換算目標 RNA 拷貝數。
       • 相對定量：利用內參基因（如 GAPDH、ACTB）做標準化，以雙重比較 $C_t$ 法（$2^{-\Delta\Delta C_t}$ 法）計算實驗組與對照組間的表現倍數差異。
   • 微陣列晶片技術（Microarray）：
     • 原理：將已知基因的 cDNA 或寡核苷酸探針固定在固相基質上，與螢光標記的樣品 cDNA 雜交，測量各點螢光強度。
     • 功能：高通量並行比較成千上萬種 RNA 的相對表現水平。
   • 次世代 RNA 定序（RNA-Seq）：
     • 原理：將 RNA 轉成 cDNA 文庫後進行高通量定序，將讀取的片段（Reads）比對回參考基因體或轉錄體。
     • 功能：以 TPM（Transcripts Per Million）或 FPKM（Fragments Per Kilobase of transcript per Million mapped reads）精準進行全轉錄體絕對與相對定量，同時兼具定性功能（如發現新轉錄本、融合基因）。

二、蛋白質表現的定性與定量分析

1. 定性分析方法
   • 西方墨點法（Western Blotting）：
     • 原理：蛋白質樣品經 SDS-PAGE 依分子量大小分離後，轉印至 PVDF 膜或 NC 膜上。以一級抗體（Primary antibody）特異性辨認目標抗原，再以連結 HRP 或螢光染劑的二級抗體結合，呈色或顯影。
     • 功能：由單一條帶位置確認目標蛋白之分子量大小、特定轉譯後修飾（PTM，如磷酸化蛋白抗體），並定性其是否存在。
   • 免疫組織化學染色／免疫螢光染色（IHC / IF）：

核心觀念

本題探討 2022 年諾貝爾生理學或醫學獎得主斯凡特·帕博（Svante Pääbo）創立的古遺傳學（Paleogenomics）核心技術。已滅絕古人類的化石經歷數萬年降解，樣本具備「DNA 高度降解（片段通常 $< 100\text{ bp}$）」、「化學損傷嚴重（胞嘧啶去胺作用 Cytosine deamination, $\text{C}\to\text{T}/\text{G}\to\text{A}$）」、「含量極微量」以及「極易遭受現代人與微生物環境 DNA 污染」等嚴苛挑戰。解題關鍵在於說明帕博團隊如何利用超淨室防污染操作、粒線體 DNA（mtDNA）分析、次世代定序（NGS）、DNA 修復與修飾標記校正，以及**群體遺傳學生物資訊分析（如 $D$-statistic / GreenABBA-BABA 檢定）**等生物技術，達成古基因組定序與遺傳交流的佐證。

解題方法

回答本申論題時，應針對題目提及的三大成就（基因組定序、遺傳交流、mtDNA 差異分析），系統性梳理其背後所採用的關鍵生物技術：

1. 嚴苛防污染控制與微量 aDNA 萃取技術（Cleanroom Protocol & Extraction）

• 專屬古 DNA 無菌超淨室（Ultra-clean Room）：配備正壓氣流過濾系統、高強度 UV 燈照射與嚴格化學消毒，研究人員全程穿戴全套防護衣物，徹底隔絕外來現代人與實驗人員的核酸污染。
• 微量破壞取樣與修飾矽膠萃取法（Silica-based Extraction）：利用微型牙科鑽頭自骨骼緻密處（如內耳顳骨岩部 petrous bone）取樣，並使用改良的二氧化矽吸附法高效回收小於 $100\text{ bp}$ 的極短雙股與單股降解片段。

2. 粒線體 DNA 專一性 PCR 增幅與 Sanger 定序（mtDNA Analysis）

• 優先鎖定高拷貝數 mtDNA：體細胞中核基因組僅 2 套，而粒線體 DNA 每個細胞有數百至數千個拷貝，在化石保存中存留機率遠高於核 DNA。
• 重疊引子 PCR（Overlapping PCR）與單分子選殖定序：設計多組針對高變異區（HVR）的重疊短引子，定序後拼湊出完整的尼安德塔人 mtDNA 序列。分析發現其序列落於現代智人的變異範圍之外，智人與黑猩猩差異最多、早晚期智人間最少、智人與尼安德塔人居中，首次在分子層次證明尼安德塔人為獨立於智人之外的演化支系。

3. 高通量次世代定序技術（Next-Generation Sequencing, NGS）

• 無偏差隨機散彈槍定序（Shotgun Sequencing）：突破 PCR 引子專一性擴增時對未知序列的限制，直接將萃取出的極短 DNA 片段兩端接上定序接頭（adaptors），構建高通量定序文庫（如 454 焦磷酸定序、Illumina 定序）。

核心觀念

本題探討真核細胞內質網（Endoplasmic Reticulum, ER）的兩大亞型：粗糙內質網（Rough Endoplasmic Reticulum, RER） 與 平滑內質網（Smooth Endoplasmic Reticulum, SER）。
核心架構聚焦於細胞生物學三大主軸：

1. 超微構造（Ultrastructure）：膜形態（扁平囊狀 vs. 分枝管狀）及有無核糖體（Ribosome）與相關轉位轉運蛋白（如 Translocon / Sec61 complex）。
2. 生化與生理功能（Function）：共轉譯蛋白質修飾/折疊（Co-translational translocation, $N$-linked glycosylation）vs. 脂質生合成、外源物代謝去毒（CYP450 系統）與鎘/鈣離子儲存釋放。
3. 組織與細胞分布特異性（Cellular Distribution）：構造反映功能（Structure-Function Relationship），分泌蛋白質旺盛的細胞富含 RER；合成類固醇、解毒代謝或進行特殊鈣離子調節的細胞則高度特化發達的 SER。

解題方法

本題為經典比較型申論題，作答策略採「重點條列＋綜整比較表格」雙軌呈現：

1. 構造比較：聚焦於膜的外觀幾何特性（Cisternae vs. Tubular network）及表面結合物（有無 80S 核糖體與 Ribophorin 等固定蛋白）。
2. 功能比較：分門別類條列（蛋白質修飾運輸、膜脂合成、解毒代謝、$\text{Ca}^{2+}$ 訊號調控）。
3. 分布比較：列舉具代表性的特化人體細胞/組織實例，強化答題深度。

詳細解析

一、 構造差異（Structural Differences）

1. 粗糙內質網（RER）：

   • 膜形態：主要由排列緊密的平行扁平囊狀構造（Flattened cisternae）構成，與細胞核外膜（Outer nuclear membrane）直接相連。
   • 表面特徵：細胞質側膜表面附著大量 80S 核糖體，使電顯下呈現顆粒粗糙狀。
   • 分子組成：膜上富含結合核糖體的專屬膜蛋白，如核糖體受體（Ribophorin I 及 II）以及蛋白質易位通道（Translocon / Sec61 complex）。

2. 平滑內質網（SER）：

   • 膜形態：主要由高度交織、連續分支的微細管狀網絡（Interconnecting tubular network）構成。
   • 表面特徵：膜表面完全缺乏核糖體，外觀平滑無顆粒。
   • 分子組成：缺乏 Ribophorin 與 Sec61，但富含多種脂質合成酵素、氧化還原酵素系統（如細胞色素 P450, Cytochrome P450），以及高密度的肌漿/內質網 $\text{Ca}^{2+}\text{-ATPase}$（SERCA 幫浦）與 $\text{IP}_3$ 受體通道。

二、 功能差異（Functional Differences）

1. 粗糙內質網（RER）之功能：

   • 特定蛋白質的合成與易位：合成預計進入內膜系統、分泌至胞外（Secretory proteins）、溶體水解酶（Lysosomal enzymes）或嵌在質膜上的膜蛋白（Transmembrane proteins）。
   • 共轉譯修飾（Co-translational modifications）：
     • 切除信號胜肽（Signal peptide cleavage）。
     • 進行 $N$-接醣基化（$N$-linked glycosylation）：將預先組裝的高甘露糖核心寡醣（Core oligosaccharide）共價轉移至多胜肽鏈的 Asparagine（Asn-X-Ser/Thr 模序）上。
   • 蛋白質折疊與品質管制（Quality Control）：利用分子伴護蛋白（如 BiP/GRP78、Calnexin、Calreticulin）協助蛋白質折疊，並由蛋白質雙硫鍵異構酶（PDI）形成正確雙硫鍵。折疊錯誤者啟動 ERAD（ER-associated degradation）途徑送往胞質蛋白酶體（Proteasome）降解。

2. 平滑內質網（SER）之功能：

   • 脂質與類固醇合成（Lipid and Steroid Biosynthesis）：合成細胞膜所需的磷脂質（如 Phosphatidylcholine）、膽固醇（Cholesterol）以及類固醇荷爾蒙（如睪固

核心觀念

1. 體染色體顯性遺傳（Autosomal Dominant Inheritance, AD）：
   • 致病基因位於體染色體上，只要攜帶一個顯性致病等位基因即會發病。
   • 設顯性致病等位基因為 $A$，隱性正常等位基因為 $a$。
   • 罹病者基因型為 $AA$（同型合子，通常極為罕見甚至致死）或 $Aa$（異型合子）；正常者基因型必為 $aa$（隱性同型合子）。
2. 遲發性遺傳疾病（Late-onset genetic disorders）：
   • 脊髓小腦萎縮症（SCA）多屬於三核苷酸重複序列擴增（CAG repeat expansion）引起的顯性神經退化性疾病，通常於成年或中年期發病。
   • 目前「尚未發病」的幼童（國中、國小），其未發病狀態僅代表發病年齡未到，在遺傳學上不等於「未遺傳到致病基因」，必須以孟德爾遺傳機率計算其帶因（即未來會罹病）的機率。
3. 獨立事件與二項式機率分配（Binomial Distribution）：
   • 每胎遺傳結果為彼此獨立的事件。

解題方法與推論過程

(A) 張先生的基因型判斷

1. 父母基因型分析：
   • 張先生的父親正常，其基因型必為 $aa$。
   • 張先生的母親因 SCA 過世，且生下正常的哥哥與姐姐（正常者必為 $aa$），說明母親必定能提供隱性正常等位基因 $a$ 給子女，故母親基因型為 $Aa$。
2. 張先生基因型推導：
   • 張先生的父親基因型為 $aa$，只能傳遞等位基因 $a$ 給張先生。
   • 張先生中年發病，確定患有 SCA，必定從母親處遺傳到顯性致病基因 $A$。
   • 因此，張先生的基因型必為異型合子（$Aa$）。

(B) 三個小孩都罹患 SCA 的機率推導

1. 雙親基因型交配分析：
   • 張先生：$Aa$（異型合子患病）。
   • 張太太：家人與本人皆正常，基因型為 $aa$（正常隱性同型）。
   • 棋盤方格分析（$Aa \times aa$）：
     • 子女基因型為 $Aa$（罹病）的機率為： $$P(\text{罹病}) = P(Aa) = \frac{1}{2}$$
     • 子女基因型為 $aa$（正常）的機率為： $$P(\text{正常}) = P(aa) = \frac{1}{2}$$
2. 三個小孩均罹病的機率：
   • 每一胎是否遺傳到致病基因 $A$ 均為獨立事件。
   • 三個小孩皆罹患（即基因型皆為 $Aa$）的機率為： $$P = \left(\frac{1}{2}\right) \times \left(\frac{1}{2}\right) \times \left(\frac{1}{2}\right) = \frac{1}{8}$$

(C) 兩個小孩為同基因型，另一位為 SCA 的機率推導

子女的基因型只有兩種可能：$Aa$（罹病，機率 $\frac{1}{2}$）與 $aa$（正常，機率

核心觀念

本題考呼吸作用中的氣體交換與運輸。氧氣沿分壓梯度由肺泡進入血液，再由血液送到組織；二氧化碳則由組織進入血液，送至肺部排出。

解題方法

依圖中血液循環方向判讀三個步驟，再看 a、b 所指的心臟位置：由組織回流、含氧量較低的血液進入右心；由肺部回流、含氧量較高的血液進入左心。心室負責將血液送出心臟，右心送往肺部，左心送往全身。

(A) 三個步驟的作用

1. 外呼吸（external respiration）：肺泡與肺部微血管之間的氣體交換。氧氣由肺泡擴散進入血液；二氧化碳由血液擴散進入肺泡，隨呼氣排出。
2. 氣體運輸（gas transport）：血液將氧氣由肺部運送至全身組織，並將組織產生的二氧化碳運回肺部。