114 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

本題考查乳糖操縱組（lac operon）的負調控與分解代謝物抑制。lac operon 的表現主要在轉錄層級調控，受乳糖與葡萄糖共同影響：

• 乳糖存在時，部分乳糖轉變為異乳糖（allolactose），與 LacI 阻遏蛋白結合，使其離開操縱序列，解除負調控。
• 葡萄糖濃度低時，細胞內環 AMP（cAMP）濃度升高；cAMP 與分解代謝物活化蛋白（CAP）結合後，複合體會促進 RNA 聚合酶結合啟動子，提升轉錄。
• 葡萄糖濃度高時，細胞內 cAMP 降低，CAP 活化作用減弱；此外，葡萄糖也會抑制乳糖透膜酶的運作，使乳糖較難進入細胞。兩者都會降低乳糖誘導 lac operon 的效果。

因此，lac operon 要達到高表現，通常需要有乳糖、且葡萄糖低或不存在。

解題方法

先分清楚兩種調控訊號：

1. 乳糖影響 LacI 阻遏蛋白，決定阻遏作用是否解除。
2. 葡萄糖影響 cAMP–CAP 活化作用，也會影響乳糖進入細胞，決定轉錄能否大幅提升。

題目問葡萄糖是否影響乳糖的誘導效果。高葡萄糖會降低 cAMP–CAP 的正調控，並減弱乳糖進入細胞，因此降低乳糖誘導 lac operon 的程度。

此題考查類固醇激素 (steroid hormone) 的作用機制。類固醇激素是脂溶性分子，可以穿過細胞膜，並與細胞內的受體結合。

類固醇激素的作用機制通常涉及：

1. 激素-受體複合物 (Hormone-receptor complexes)：類固醇激素進入細胞後，會與細胞質或細胞核內的特異性受體結合，形成激素-受體複合物。
2. 結合到 DNA 上：這個複合物通常會進一步結合到細胞核內的特定 DNA 序列上，這些序列稱為激素反應元件 (Hormone Response Elements, HREs)。
3. 調控基因轉錄：結合到 DNA 後，激素-受體複合物可以作為轉錄因子，啟動或抑制特定基因的轉錄。這涉及到轉錄活化 (transcription activation) 和轉錄抑制 (transcription repression)。

此題考查聚合酶連鎖反應 (Polymerase Chain Reaction, PCR) 的組成成分。PCR 是一種體外擴增特定 DNA 片段的方法，其反應混合物需要包含幾個關鍵要素。

PCR 反應的必要組件包括：

1. DNA 模板 (DNA template)：包含目標 DNA 序列的樣本。
2. 引物 (Primers)：短的單鏈 DNA 分子（通常是 20-30 個核苷酸），其序列與目標 DNA 序列的兩端互補，用於起始 DNA 聚合酶的合成。需要正向引物和反向引物。
3. DNA 聚合酶 (DNA polymerase)：負責合成新 DNA 鏈的酶。由於 PCR 需要重複進行高溫變性步驟，因此需要使用耐高溫的 DNA 聚合酶，最常用的是 Taq 聚合酶。
4. 四種脫氧核苷三磷酸 (dNTPs)：即 dATP, dGTP, dCTP, dTTP，作為合成新 DNA 鏈的原料。

核心觀念

細菌的甲基導向錯配修復（methyl-directed mismatch repair）會在 DNA 複製後辨認新形成的錯配，並利用親代 DNA 鏈與新合成 DNA 鏈之間短暫的甲基化差異，判定哪一股需要修復。

在大腸桿菌等細菌中，DNA 的 GATC 位點會被 Dam 甲基轉移酶甲基化。複製後不久，親代鏈已甲基化，新合成鏈尚未甲基化，形成「半甲基化」DNA。修復系統保留已甲基化的親代鏈作為正確模板，修正尚未甲基化的新合成鏈。

解題方法

判斷本題的關鍵是：錯配發生在複製後，系統如何分辨親代鏈與新合成鏈？此時親代鏈已甲基化，新合成鏈尚未甲基化，因此修復方向是改正新合成鏈，而非改動親代模板。

此題考查真核生物如何複製其線性染色體的末端（端粒，telomere）的問題。線性 DNA 在複製時，由於 DNA 聚合酶需要引物才能開始合成，且其 5' 到 3' 的合成方向性，會導致在滯後鏈 (lagging strand) 的末端無法完全複製，產生所謂的「末端複製問題」(end replication problem)。

真核生物解決這個問題的主要機制是通過端粒酶 (telomerase)。端粒酶是一種特殊的逆轉錄酶 (reverse transcriptase)，它攜帶一個 RNA 模板，並利用這個 RNA 模板作為指導，在染色體末端進行 DNA 的延長。

此題考查原子力顯微鏡 (Atomic Force Microscopy, AFM) 的工作原理所基於的化學力。

原子力顯微鏡是一種能夠掃描物質表面並獲得高解析度三維圖像的技術。它的工作原理是利用一個非常尖銳的探針（通常是二氧化矽或氮化矽製成），該探針固定在一個柔性的懸臂梁 (cantilever) 上。當探針掃描樣品表面時，它會與樣品表面的原子或分子發生相互作用，這些相互作用力會導致懸臂梁的彎曲或振動。通過測量懸臂梁的彎曲或振動，可以推斷出樣品表面的形貌信息。

探針與樣品表面之間的相互作用力是多種化學力的綜合體現，但最主要且能夠被精確測量的力是范德華力 (van der Waals forces)。

此題考查 GPI (Glycosylphosphatidylinositol) 錨定蛋白的合成與修飾場所。GPI 錨定是將蛋白質共價連接到細胞膜的一種方式，通常用於將蛋白質錨定在細胞外表面。

GPI 錨定過程是一個複雜的後轉譯修飾 (post-translational modification) 過程，發生在蛋白質被分泌或插入膜的途徑中。這個過程的關鍵步驟發生在內質網 (Endoplasmic Reticulum, ER)。

具體步驟如下：

1. 蛋白質在 ER 中合成，並通過信號肽引導進入 ER 的腔室 (lumen)。
2. 在 ER 中，蛋白質的 C 端信號肽會被切除，並同時連接上預先組裝好的 GPI 分子。這個 GPI 分子包含磷脂醯肌醇 (phosphatidylinositol) 和一系列糖鏈。

此題考查碳在甲烷 (methane, CH$_4$) 中的氧化態。

氧化態是衡量一個原子在化合物中得失電子情況的指標。計算氧化態的規則如下：

1. 單質的氧化態為 0。
2. 單原子離子的氧化態等於其離子電荷。
3. 在化合物中，氟的氧化態總是 -1。
4. 在化合物中，氧的氧化態通常是 -2，但過氧化物中是 -1，與氟結合時是正數。
5. 在化合物中，氫的氧化態通常是 +1，但與金屬形成氫化物時是 -1。
6. 非金屬元素與電負性較小的元素結合時，氧化態為負；與電負性較大的元素結合時，氧化態為正。

此題考查吡哆醛磷酸 (Pyridoxal Phosphate, PLP)，也稱為維生素 B6，作為輔酶參與的生化反應類型。PLP 是一種非常重要的輔酶，在氨基酸代謝中扮演關鍵角色，尤其是在轉氨基作用 (transamination) 和脫羧作用 (decarboxylation) 中。

PLP 主要參與的反應類型包括：

1. 轉氨基作用 (Transamination)：將氨基從一個氨基酸轉移到一個α-酮酸。
2. 脫羧作用 (Decarboxylation)：移除氨基酸的羧基。
3. 消旋作用 (Racemization)：將 L-氨基酸轉化為 D-氨基酸，或反之。
4. β-消除反應 (β-elimination)：例如絲氨酸脫水形成丙烯酸。
5. β-取代反應 (β-substitution)：例如半胱氨酸的合成。
6. γ-消除/取代反應：例如蛋氨酸的代謝。

核心觀念

本題考查生物膜脂質的不對稱性（Membrane Lipid Asymmetry）以及細胞凋亡（Apoptosis）中的脂質信號傳導機制。

1. 細胞膜脂質分佈不對稱性：

   • 在正常活細胞中，細胞膜的雙層脂質呈現非對稱分佈。
   • 外側葉（Outer leaflet）：主要富含磷脂醯膽鹼（Phosphatidylcholine, PC）與鞘磷脂（Sphingomyelin, SM）。
   • 內側葉（Inner/Cytoplasmic leaflet）：主要富含**磷脂醯絲胺酸（Phosphatidylserine, PS）**與磷脂醯乙醇胺（Phosphatidylethanolamine, PE）。
   • 此不對稱性依賴消耗 ATP 的**翻轉酶（Flippase）**持續將 PS 與 PE 移至內側。

2. 細胞凋亡與「Eat-me」信號：

   • 當細胞進入凋亡程序時，胞內的 Caspase 活化會使 Flippase 去活化，並活化非專一性的混亂酶（Scramblase）。
   • 原本局限於內側的 PS 快速翻轉暴露至細胞膜外側（PS externalization）。
   • 暴露於外側的 PS 即為著名的**「吃我信號」（Eat-me signal）**，能被巨噬細胞（Macrophages）表面的特定受體直接或間接辨識，引發胞吞清除（Efferocytosis），避免細胞崩解引發發炎反應。

解題方法

1. 鎖定關鍵字：題目詢問「apoptotic cell」（凋亡細胞）中的「eat-me signal」（吃我信號）屬於何種膜脂質。
2. 對應生理生化機制：
   • 凋亡細胞最具代表性的膜表面分子標記即為翻轉至膜外側的磷脂醯絲胺酸（Phosphatidylserine, PS）。
   • 巨噬細胞藉由辨識外翻的 PS（例如透過 TIM-4、Stabilin-2 或結合血漿蛋白 Gas6/Protein S），啟動吞噬作用將凋亡細胞清除。因此直接選取 Phosphatidylserine。

選項逐項分析

• A) Phosphatidylinositol（磷脂醯肌醇, PI）—— 錯誤
  • 主要分佈於細胞膜內側，是細胞訊息傳遞的重要前驅物（例如經由磷酸化形成 $\text{PIP}_2$、$\text{PIP}_3$，或經 P

此題考查嘌呤核苷酸 (purine nucleotide) 的生物合成。嘌呤核苷酸的合成途徑有兩種：從頭合成 (de novo synthesis) 和補救合成 (salvage pathway)。

A) 從頭合成：嘌呤環的合成是一個複雜的過程，需要多個步驟和多種原料。構成嘌呤環的原子來源如下：
* N1 和 C6 來自天冬氨酸 (aspartate)。
* N3 和 C4 來自甘氨酸 (glycine)。
* N7 和 C5 來自甲醛（通過 N$^{10}$-formyltetrahydrofolate）。
* N9 和 C2 來自 CO$_2$ 和谷氨酰胺 (glutamine)。
* C8 來自甲醛（通過 N$^{10}$-formyltetrahydrofolate）。
* N3 來自谷氨酰胺。
因此，甘氨酸、天冬氨酸和谷氨酰胺確實是嘌呤環的氮源和碳源。此敘述正確。

B) 從頭合成的調控：從頭嘌呤核苷酸合成途徑的速率決定步驟（rate-limiting step）通常被認為是 PRPP (5-phosphoribosyl 1-pyrophosphate) 合成 IMP (inosine monophosphate) 的步驟。PRPP 的濃度是從頭合成的重要調控因素。當 PRPP 濃度高時，有利於嘌呤合成；當 PRPP 濃度低時，則不利於合成。此敘述正確。

核心觀念

不飽和脂肪酸的簡寫通常為：

$\omega\text{-}x,\ C_n:m$

其中：

• $C_n$：脂肪酸總共有 $n$ 個碳原子。
• $m$：分子中碳—碳雙鍵的總數。
• $\omega$-編號：從甲基端（$\omega$端）開始計數，最靠近甲基端的雙鍵所在位置。

因此，本題需分別判斷：

1. 碳鏈總長度；
2. 雙鍵總數；
3. 從甲基端數起，第一個雙鍵的位置。

解題方法

由題圖可數得：

• 碳鏈共有 $20$ 個碳，因此為 $C20$；
• 結構中共有 $5$ 個碳—碳雙鍵，因此為 $C20:5$；
• 從甲基端開始計數，最靠近甲基端的雙鍵位於第 $5$ 個碳與第 $6$ 個碳之間，因此屬於 $\omega5$ 脂肪酸。

故其正確命名為：

$\omega5,\ C20:5$

選項分析

A) $\omega6,\ C20:5$

錯誤。$C20:5$ 的碳數與雙鍵數正確，但題圖中最靠近甲基端的雙鍵位於 $\omega5$，不是 $\omega6$。此選項是將雙鍵位置多數了一個碳的常見錯誤。

B) $\omega3,\ C20:5$

此題考查前列腺素類 (Prostanoids) 的生物合成途徑。前列腺素類包括前列腺素 (prostaglandins)、血栓素 (thromboxanes) 和前列環素 (prostacyclins)。它們是花生四烯酸 (arachidonic acid) 的衍生物，屬於類二十碳酸 (eicosanoids)。

前列腺素類生物合成的主要途徑是通過花生四烯酸的代謝。花生四烯酸本身是通過磷脂酶 A2 (phospholipase A2) 從細胞膜磷脂中釋放出來的。

然後，花生四烯酸可以通過兩條主要的途徑代謝：

1. 環氧化酶途徑 (Cyclooxygenase pathway, COX pathway)：該途徑由環氧化酶 (cyclooxygenase, COX) 催化，將花生四烯酸轉化為前列腺素 G2 (PGG2)，然後再轉化為前列腺素 H2 (PGH2)。PGH2 是合成各種前列腺素、血栓素和前列環素的前體。

此題考查酮體 (ketone bodies) 的組成。酮體是肝臟在脂肪酸氧化過程中產生的代謝產物，主要包括乙醯乙酸 (acetoacetate)、β-羥丁酸 (β-hydroxybutyrate) 和丙酮 (acetone)。它們是身體（尤其是大腦）在葡萄糖供應不足時的替代能量來源。

此題考查含有奇數碳原子的脂肪酸在 β-氧化途徑中的代謝終產物。

β-氧化途徑是脂肪酸分解為乙醯輔酶 A (acetyl-CoA) 的主要途徑。這個過程會逐步縮短脂肪酸鏈，每次縮短兩個碳原子。

對於含有偶數碳原子的脂肪酸，β-氧化會一直進行，直到將其完全分解為乙醯輔酶 A。

然而，對於含有奇數碳原子的脂肪酸（例如 C15, C17, C19），β-氧化會進行到最後一個步驟，產生一個含有 3 個碳原子的分子，即丙醯輔酶 A (propionyl-CoA)，而不是乙醯輔酶 A。

丙醯輔酶 A 接著會進入一個獨立的代謝途徑，該途徑涉及兩個酶的催化：

1. 丙醯輔酶 A 羧化酶 (Propionyl-CoA carboxylase)：這個酶利用生物素 (biotin) 和 ATP，將丙醯輔酶 A 羧化，形成甲基丙二醯輔酶 A (methylmalonyl-CoA)。

此題考查在劇烈運動期間，細胞如何快速再氧化糖解作用 (glycolysis) 產生的 NADH。

在劇烈運動時，肌肉細胞的耗氧量增加，但氧氣供應可能不足，導致細胞呼吸 (cellular respiration) 的電子傳遞鏈 (electron transport chain) 的氧化能力受限。糖解作用產生 NADH，NADH 需要在電子傳遞鏈中被氧化成 NAD$^+$ 才能使糖解作用持續進行。如果電子傳遞鏈因缺氧而無法有效工作，NADH 就會積累。

為了維持糖解作用，細胞需要一種快速的方法來再氧化 NADH，將其轉化為 NAD$^+$。在厭氧或缺氧條件下，乳酸發酵 (lactic acid fermentation) 是最常見的途徑。

乳酸發酵的關鍵步驟是由乳酸脫氫酶 (lactate dehydrogenase, LDH) 催化，將丙酮酸 (pyruvate) 還原為乳酸 (lactate)，同時將 NADH 氧化為 NAD$^+$。

選項分析：
A) 丙酮酸還原為乳酸：這個反應由乳酸脫氫酶催化，將 NADH 氧化為 NAD$^+$。

此題考查砷 (arsenic) 中毒如何抑制三羧酸循環 (citric acid cycle) 中的酶，從而影響氧化代謝。

砷化物（特別是三價砷，As$^{3+}$）是一種強效的細胞毒素，它通過與酶的活性位點上的硫醇基 (-SH) 形成穩定的共價鍵來抑制酶的活性。這種抑制作用會影響多種代謝途徑，特別是依賴於硫醇基的酶。

在三羧酸循環中，有幾個關鍵的酶含有必需的硫醇基。其中，α-酮戊二酸脫氫酶複合物 (α-ketoglutarate dehydrogenase complex) 是對砷化物最敏感的酶之一。這個酶複合物是三羧酸循環中的一個關鍵步驟，將 α-酮戊二酸轉化為琥珀醯輔酶 A，並在此過程中產生 NADH 和 CO$_2$。這個複合物需要硫胺素焦磷酸 (TPP)、輔酶 A (CoA)、脂酸 (lipoic acid)、FAD 和 NAD$^+$ 作為輔因子。

此題考查糖解作用 (glycolysis) 的產物中，哪個是進入三羧酸循環 (citric acid cycle) 的主要前體。

糖解作用是葡萄糖分解為丙酮酸 (pyruvate) 的過程，發生在細胞質中。糖解作用的最終產物是兩個分子的丙酮酸。

丙酮酸進入粒線體後，會被轉化為乙醯輔酶 A (acetyl-CoA)。這個轉化是由丙酮酸脫氫酶複合物 (pyruvate dehydrogenase complex) 催化的一系列反應，這個反應也被稱為丙酮酸的氧化脫羧。

乙醯輔酶 A 是三羧酸循環的起始分子，它與循環中的草醯乙酸 (oxaloacetate) 結合，形成檸檬酸 (citrate)，從而啟動三羧酸循環。

此題考查植物細胞壁的結構多醣。

多醣是單醣組成的長鏈聚合物，在生物體中扮演多種角色，包括儲存能量和提供結構支持。

選項分析：
A) 肝醣 (Glycogen)：肝醣是動物和真菌細胞中儲存葡萄糖的主要形式，主要存在於肝臟和肌肉細胞中，用於儲存能量。它不在植物細胞壁中。
B) 直鏈澱粉 (Amylopectin)：直鏈澱粉是澱粉 (starch) 的一種成分，澱粉是植物儲存能量的多醣。雖然澱粉在植物中很重要，但它不是植物細胞壁的結構成分。

此題考查糖解作用 (glycolysis) 中，哪些中間產物可以直接通過底物層級磷酸化 (substrate-level phosphorylation) 生成 ATP。

糖解作用一共包含十個步驟，其中有兩個步驟能夠直接產生 ATP，這兩個步驟都屬於底物層級磷酸化。

1. 第六步：甘油醛-3-磷酸到 1,3-二磷酸甘油酸

   • 反應：Glyceraldehyde-3-phosphate + NAD$^+$ + P$_i$ $\rightarrow$ 1,3-Bisphosphoglycerate + NADH + H$^+$
   • 在這個反應中，甘油醛-3-磷酸被氧化，同時磷酸基團被添加到 C1 位點，形成一個高能磷酸鍵。這個高能磷酸鍵在下一步中可以被直接轉移到 ADP 上，生成 ATP。

2. 第七步：1,3-二磷酸甘油酸到 3-磷酸甘油酸

   • 反應：1,3-Bisphosphoglycerate + ADP $\rightarrow$ 3-Phosphoglycerate + ATP
   • 這是第一個產生 ATP 的步驟，由 3-磷酸甘油酸激酶 (3-phosphoglycerate kinase) 催化。1,3-二磷酸甘油酸上的高能磷酸基團直接轉移給 ADP，生成 ATP。

此題考查細胞質中蛋白質形成三級結構 (tertiary structure) 的主要驅動力。蛋白質的三級結構是指蛋白質多肽鏈三維空間的整體摺疊結構，由各種氨基酸側鏈之間的相互作用維持。

蛋白質摺疊的驅動力主要來自於使蛋白質處於最低能量狀態的各種非共價相互作用以及疏水效應。

選項分析：
A) 肽鍵的形成 (Formation of peptide bonds)：肽鍵是氨基酸之間形成共價鍵，連接形成蛋白質的初級結構 (primary structure)，而不是維持三級結構的力。
B) 骨架原子之間的氫鍵 (Hydrogen bonding between backbone atoms)：骨架原子之間的氫鍵主要穩定蛋白質的二級結構 (secondary structure)，如 α-螺旋和 β-摺疊。雖然它們對三級結構也有貢獻，但不是最主要的驅動力。

此題考查平行 β-摺疊 (parallel β-sheets) 與反平行 β-摺疊 (antiparallel β-sheets) 在結構上的主要區別。

β-摺疊是由多條 β-鏈 (β-strands) 通過氫鍵連接而形成的二級結構。氫鍵連接的是相鄰 β-鏈骨架上的羰基氧 (C=O) 和氨基氫 (N-H)。

主要區別在於 β-鏈的相對方向：

• 反平行 β-摺疊 (Antiparallel β-sheets)：相鄰的 β-鏈方向相反。一條鏈的 N 端與另一條鏈的 C 端相對。氫鍵連接的是同一對氨基酸殘基的骨架原子，形成直線狀的氫鍵，相對穩定。
• 平行 β-摺疊 (Parallel β-sheets)：相鄰的 β-鏈方向相同。一條鏈的 N 端與另一條鏈的 N 端大致相對。

此題考查細胞質中球狀蛋白質 (globular protein) 的疏水性氨基酸 (hydrophobic amino acids) 的空間分佈。

蛋白質在水性環境（如細胞質）中的摺疊過程受到疏水效應 (hydrophobic effect) 的強烈影響。疏水性氨基酸的側鏈是疏水的，傾向於避開水分子。為了最大化熵 (entropy) 和最小化自由能 (free energy)，蛋白質會將其疏水性側鏈聚集在蛋白質的內部，形成一個疏水的核心，而將親水性側鏈暴露在蛋白質的表面，與水分子接觸。

選項分析：
A) 蛋白質表面：蛋白質表面通常富含親水性氨基酸，以便與水溶液良好互動。疏水性氨基酸出現在表面是不利的。

此題考查競爭性抑制劑 (competitive inhibitor) 對酶動力學 (enzyme kinetics) 的影響。

競爭性抑制劑是指一種與底物競爭結合在酶的活性位點上的分子。它與底物結構相似，但不能被催化。

根據 Michaelis-Menten 動力學模型，酶催化反應的速率與底物濃度之間的關係可以用以下方程式描述：
$v = \frac{V_{max}[S]}{K_m + [S]}$
其中：

• $v$ 是反應速率。
• $V_{max}$ 是最大反應速率，當底物濃度足夠高時達到。
• $[S]$ 是底物濃度。
• $K_m$ 是米氏常數，表示達到 $V_{max}/2$ 時所需的底物濃度，反映了酶對底物的親和力。

競爭性抑制劑的影響：

• 對 $V_{max}$ 的影響：競爭性抑制劑與底物競爭活性位點。當底物濃度足夠高時，可以通過增加底物濃度來「克服」抑制劑的影響，使酶達到其最大反應速率 $V_{max}$。

此題考查 Michaelis-Menten 動力學模型中的穩態假設 (steady-state assumption)。

Michaelis-Menten 動力學描述了酶促反應的速率與底物濃度之間的關係，其模型建立在幾個關鍵假設之上。其中一個最重要的假設是「穩態假設」。

穩態假設是指在反應進行過程中，酶-底物複合物 (ES complex) 的濃度保持相對恆定。這意味著 ES 複合物的形成速率等於其分解（生成產物 P 和游離酶 E，或分解回 E 和 S）的速率。

穩態假設的數學表達：
考慮以下反應模型：
$E + S \underset{k_{-1}}{\stackrel{k_1}{\rightleftharpoons}} ES \stackrel{k_2}{\longrightarrow} E + P$

核心觀念

本題整合細胞代謝與粒線體氧化磷酸化，重點包括：

• 分解代謝（catabolism）：將大型分子分解為較小分子，通常釋放自由能，屬於放能反應（exergonic）。
• 合成代謝（anabolism）：利用小分子合成大型分子，通常需要能量，屬於吸能反應（endergonic），常消耗 ATP。
• 熱力學第一定律：能量不能被創造或消滅，只能由一種形式轉換成另一種形式。人體進食是取得能量，並非違反此定律。
• 氧化磷酸化電子傳遞鏈：Complex I、Complex III、Complex IV 會將質子 $H^+$ 由粒線體基質泵送至膜間腔，建立質子電化學梯度。
• Cytochrome c：位於粒線體內膜膜間腔側，負責在 Complex III 與 Complex IV 之間傳遞電子。

解題方法

先判斷各選項是否符合基本代謝定義，再檢查氧化磷酸化中各複合體與 cytochrome c 的功能。

氧化磷酸化的電子流向為：

其中 Complex I、III、IV 透過電子傳遞所釋放的能量泵送質子，建立膜間腔較高的 $H^+$ 濃度。之後質子經由 ATP synthase 回到基質，驅動：

因此，正確敘述必須同時符合代謝能量方向及電子傳遞鏈的實際功能。

選項分析

A) Catabolism is usually an endergonic reaction in human cells.

錯誤。

分解代謝通常將醣類、脂質或蛋白質分解，並釋放自由能，因此多屬於放能反應：

例如葡萄糖氧化可釋放能量，並將部分能量儲存於 ATP、NADH 與 $FADH_2$。因此 catabolism 通常是 exergonic，不是 endergonic。

B) Most metabolisms follow the thermodynamic laws, but few do not follow the first law of thermodynamics because human beings need to eat every day.

錯誤。

熱力學第一定律是能量守恆定律，所有代謝反應都必須遵守，沒有所謂因為人體需要進食而例外的情況。

進食所取得的是外界的化學能。食物中的化學能可轉換為：

• ATP 的化學能
• 還原當量中的能量，例如 NADH
• 脂肪與肝醣的儲存能量
• 熱能與細胞活動所需的機械能

人體每天需要進食，是因為持續進行代謝會消耗能量，必須由外界補充能量；這正是能量守恆的表現，而非違反第一定律。

核心觀念

本題考查肝醣合成起始蛋白 glycogenin（肝醣蛋白） 如何與第一個葡萄糖殘基形成共價鍵。Glycogenin 具有自我葡萄糖化作用，能以 UDP-glucose 為葡萄糖供體，將葡萄糖接到自身特定胺基酸殘基上，建立肝醣合成所需的短鏈引子。哺乳類 glycogenin 的葡萄糖接合位點是酪胺酸（tyrosine）的羥基，骨骼肌 glycogenin 常標示為 Tyr194。研究證實 Tyr194 為接合位點；生物化學教科書資料

解題方法

辨認 glycogenin 是肝醣合成的「起始引子」即可判斷：它先把葡萄糖接到自身酪胺酸側鏈的羥基上，形成葡萄糖與酪胺酸之間的共價糖苷鍵；接著 glycogenin 延長這段短葡萄糖鏈，供肝醣合成酶繼續延長肝醣。

此處要區分兩種鍵結：第一個葡萄糖與 glycogenin 之間透過酪胺酸羥基連接；

核心觀念

$5′\text{-AMP}$ 是腺苷的 $5′$-羥基連接磷酸所形成的核苷酸。判斷酵素能否生成它，需看反應底物與產物的磷酸位置。

磷酸二酯酶可水解 $3′,5′$-環狀腺苷單磷酸（cAMP），產生 $5′\text{-AMP}$：

腺苷酸激酶也能在反應可逆方向，以 $2$ 分子 ADP 生成 ATP 與 AMP：

因此，若題目未指定底物或反應方向，兩者都能生成 $5′\text{-AMP}$。

解題方法

依序檢視各酵素的典型反應：

1. 確認酵素是否直接作用於核苷酸。
2. 查看反應產物是否含 AMP。
3. 確認 AMP 是否為連接在 $5′$ 位的磷酸形式。

磷酸二酯酶將 cAMP 的環狀磷酸二酯鍵水解，留下 $5′$-磷酸，生成 $5′\text{-AMP}$。腺苷酸激酶則透過可逆的腺苷酸磷酸基轉移反應，在 $2\mathrm{ADP}\rightarrow\mathrm{ATP}+\mathrm{AMP}$ 方向生成 AMP；此 AMP 也是 $5′\text{-AMP}$。

選項分析

核心觀念

必需胺基酸是人體無法自行合成，或無法合成足以滿足生理需求的胺基酸，因此必須由飲食取得。成人常見的必需胺基酸包括組胺酸、異白胺酸、白胺酸、離胺酸、甲硫胺酸、苯丙胺酸、蘇胺酸、色胺酸與纈胺酸。

解題方法

逐一判斷選項是否能由人體合成。苯丙胺酸無法由人體自行合成，須由飲食取得，因此屬於必需胺基酸。其餘選項均可由人體合成，或屬於條件性必需胺基酸。

選項分析

• (A) proline（脯胺酸）：人體可由麩胺酸等代謝中間物合成，屬非必需胺基酸。
• (B) cysteine（半胱胺酸）：人體可利用甲硫胺酸合成，通常不列為必需胺基酸；

核心觀念

這題考的是肝臟中負責清除老化紅血球、進行血基質（heme）分解的細胞。肝臟的常駐巨噬細胞稱為 Kupffer cells（庫普弗細胞），位於肝竇內，屬於單核吞噬細胞系統。

血基質分解的主要步驟為：血基質經血基質加氧酶分解，生成膽綠素、鐵與一氧化碳；膽綠素再轉為膽紅素。膽紅素之後由肝細胞進行結合代謝。因此，「血基質分解」與「膽紅素結合」是不同步驟。

解題方法

先辨認題目問的是「肝臟中哪一類細胞負責血基質分解」，再區分負責吞噬與分解老化紅血球的巨噬細胞，和負責膽紅素結合的肝細胞。肝臟中的代表性巨噬細胞就是 Kupffer cells；它們也稱為 stellate macrophages（星狀巨噬細胞），並屬於網狀內皮系統的一部分。Kupffer cells 的名稱與別名

選項分析

• (A) Kupffer cells：正確。 這是肝臟常駐巨噬細胞的標準名稱，也是此題預期答案。Kupffer cells 位於肝竇，參與吞噬與血基質代謝。Kupffer cells 的功能與位置
• **(B) Reticuloendothelial cells：描述過於廣泛。

核心觀念

本題考核遺傳資訊表現中的分子生物學名詞。以 DNA 為模板合成 RNA 的過程稱為轉錄（transcription），主要由 RNA 聚合酶催化。RNA 聚合酶讀取 DNA 模板股，依鹼基互補原則合成 RNA；RNA 中的 U（尿嘧啶）取代 DNA 中的 T（胸腺嘧啶）。

解題方法

先辨認題幹中的兩個關鍵資訊：「RNA synthesis」（合成 RNA）與「using the DNA template」（使用 DNA 作為模板）。由 DNA 合成 RNA 對應轉錄，因此選擇 (B) Transcription。

選項分析

• **(A) Translation（轉譯）錯誤：**轉譯是核糖體讀取 mRNA 的密碼子，合成多胜肽的過程；產物是蛋白質，不是 RNA。
• **(B) Transcription（轉錄）正確：**以 DNA 模板合成 RNA，正是轉錄的定義。

核心觀念

大腸桿菌 RNA 聚合酶的核心酵素由五個次單元組成：兩個 $\alpha$ 次單元，以及各一個 $\beta$、$\beta'$ 和 $\omega$ 次單元，常寫作 $\alpha_2\beta\beta'\omega$。核心酵素加上 $\sigma$ 次單元後，形成全酵素；$\sigma$ 負責辨認啟動子並協助轉錄起始。

解題方法

先區分核心酵素與全酵素的組成：

• 核心酵素：$\alpha_2\beta\beta'\omega$
• 全酵素：$\alpha_2\beta\beta'\omega\sigma$

逐一比對選項後，凡是不屬於上述組成的次單元，就是答案。

選項分析

核心觀念

本題考查 RNA 的種類與功能。**信使 RNA（mRNA）**攜帶蛋白質的編碼序列，核糖體依照 mRNA 上的密碼子順序，將胺基酸組裝成多胜肽。因此，能編碼蛋白質的是 mRNA。

解題方法

判斷各選項的主要功能：是否提供決定蛋白質胺基酸序列的密碼子排列。能提供此編碼資訊的 RNA 是 mRNA；其他選項各自負責蛋白質合成、RNA 加工或基因表現調控中的不同工作。

選項分析

• (A) mRNA：正確。 mRNA 是蛋白質合成的模板，其密碼子序列決定多胜肽的胺基酸排列。
• (B) rRNA：錯誤。 核糖體 RNA 是核糖體的組成部分，參與核糖體結構與催化胜肽鍵形成，不負責提供蛋白質的編碼序列。

核心觀念

成熟真核生物信使 RNA（mRNA）的兩端會接受不同的加工修飾，以增加穩定性並降低核酸酶降解：

• 3′ 端多聚腺苷酸化：在 RNA 的 3′ 端加上多聚腺苷酸尾（poly(A) tail）。此尾端可與多聚腺苷酸結合蛋白結合，增加 mRNA 的穩定性，並延緩 3′→5′ 外切核酸酶的降解。
• 5′ 端加帽：在 RNA 的 5′ 端加上 7-甲基鳥嘌呤帽（$m^7G$ cap），主要保護 5′ 端免受 5′→3′ 外切核酸酶攻擊。

判斷關鍵是辨認外切核酸酶的降解方向：題目指定從 3′ 端往 5′ 端降解，因此應選擇能保護或穩定 3′ 端的加工方式。

解題方法

先確認外切核酸酶從哪一端開始作用，再將降解方向與 RNA 加工位置配對：

3′ 多聚腺苷酸化會在 RNA 的 3′ 端形成 poly(A) 尾，並藉由結合蛋白提高 RNA 穩定性。因此符合題意的是 3′ polyadenylation。

選項分析

核心觀念

本題考核真核細胞核糖體 RNA（rRNA）的合成與前驅 RNA 加工。真核細胞的 45S 前驅 rRNA 經切割與修飾後，會形成 18S、5.8S、28S rRNA；5S rRNA 則由另一個基因轉錄，不是 45S 前驅 rRNA 加工的產物。

解題方法

圖中第 35 題詢問：哪些 rRNA「不是」由 45S 前驅 rRNA 加工而來？選項列出 5.8S、5S、18S、28S rRNA，以及「以上皆非」。判斷時只要對照各成熟 rRNA 的來源：18S、5.8S、28S 來自 45S；5S 由 RNA 聚合酶 III 另行轉錄。

選項分析

核心觀念

本題考辨認荷爾蒙或訊號分子所使用的受體與訊息傳遞機制。離子通道連結型受體（ion channel-linked receptor）在配體結合後直接開啟或關閉離子通道，使離子跨膜流動，迅速改變細胞膜電位或細胞內離子濃度。

乙醯膽鹼可結合菸鹼型乙醯膽鹼受體。此受體是配體控制的離子通道，配體結合後會開啟通道，主要讓陽離子通過。

解題方法

先依訊號分子的種類判斷受體位置與類型：

• 類固醇與甲狀腺素通常進入細胞，與細胞內受體結合並調節基因表現。
• 腎上腺素透過細胞膜上的腎上腺素受體傳遞訊號；此受體屬於 G 蛋白偶聯受體。
• 乙醯膽鹼作用於菸鹼型受體時，直接控制離子通道開啟，符合題目所問機制。

選項分析

核心觀念

本題考親水性激素與脂溶性激素的差異，重點是激素在血液中的運輸方式、受體位置、訊息傳遞方式及血漿半衰期。

親水性激素可溶於血漿，通常不需運輸蛋白，且不易穿過細胞膜，因此多與細胞膜上的受體結合，再透過第二信使傳遞訊號。許多親水性激素是蛋白質或多胜肽；兒茶酚胺也屬親水性激素。相較之下，脂溶性激素較容易穿過細胞膜，常與細胞內受體結合，並且常需運輸蛋白協助在血液中運送。

解題方法

逐項比對親水性激素的典型特徵：是否需運輸蛋白、受體位於何處、是否使用第二信使，以及血漿半衰期長短。親水性激素的受體通常位於細胞膜上；若選項稱其結合細胞內受體，便與典型作用方式不符。

選項分析

• (A) They are proteins and polypeptides. 許多親水性激素確實是蛋白質或多胜肽，例如胰島素與升糖素；兒茶酚胺也屬親水性激素。因此，蛋白質與多胜肽是親水性激素的重要類型。

核心觀念

蛋白質結構分為四個層級：一級結構是胺基酸序列；二級結構是局部的螺旋或摺疊；三級結構是單一多胜肽鏈的整體立體構形；四級結構則是多條多胜肽鏈組合成一個具功能的蛋白質。

解題方法

圖中第 38 題詢問血紅素因具有多條多胜肽鏈，屬於哪一層級的蛋白質結構。判斷關鍵是「多條多胜肽鏈」：多條鏈組合形成的結構屬於四級結構。

血紅素由兩條 $\alpha$ 鏈與兩條 $\beta$ 鏈組成，因此具有四條多胜肽鏈，符合四級結構的定義。

選項分析

• (A) Primary structure（一級結構）：描述多胜肽鏈中胺基酸的排列順序，不是多條鏈的組合。

核心觀念

磷脂醯肌醇訊息傳遞路徑中，磷脂酶 C 會將膜上的磷脂醯肌醇 4,5-二磷酸（PIP₂）水解成兩種第二訊使：二酸甘油酯（DAG）與三磷酸肌醇（IP₃）。IP₃ 會與內質網膜上的 IP₃ 受體結合，開啟鈣離子通道，使鈣離子由內質網釋放到細胞質中。

解題方法

原卷第 39 題詢問磷脂醯肌醇路徑中，哪種分子作為第二訊使，促使鈣離子從內質網釋出；選項列出 DAG、cAMP、IP₃、cGMP 與以上皆非。判斷關鍵是分辨 PIP₂ 水解後兩種產物的功能：IP₃ 負責促使內質網釋放鈣離子，DAG 則主要參與活化蛋白激酶 C。

選項分析

核心觀念

甲狀腺素 $T_3$（三碘甲狀腺素）與 $T_4$（四碘甲狀腺素，又稱甲狀腺素）是含碘的胺基酸衍生物。它們以甲狀腺球蛋白中的酪胺酸（tyrosine）殘基為原料，經碘化與偶聯反應形成。

解題方法

辨認甲狀腺素的合成原料即可作答：甲狀腺球蛋白上的酪胺酸殘基先被碘化，形成單碘酪胺酸（MIT）與雙碘酪胺酸（DIT）；接著由碘化酪胺酸彼此偶聯：

• $T_3$ 由一個 MIT 與一個 DIT 偶聯形成。
• $T_4$ 由兩個 DIT 偶聯形成。

因此，合成 $T_3$ 與 $T_4$ 的胺基酸原料是酪胺酸。

選項分析

核心觀念

蛋白質可利用紫外光吸收進行定量。蛋白質中的色胺酸（Trp）與酪胺酸（Tyr）含有芳香環，在 280 nm 附近有明顯吸收；二硫鍵也有少量貢獻。因此，測量樣品在 280 nm 的吸光度，可估算蛋白質濃度。

吸光度與濃度的關係可用比耳－朗伯定律表示：

其中 $A$ 是吸光度，$\varepsilon$ 是莫耳吸光係數，$l$ 是光徑長，$c$ 是濃度。若已知蛋白質的吸光係數與光徑長，即可由吸光度換算濃度。

解題方法

題目問的是以分光光度法測量蛋白質濃度時使用的波長。判斷關鍵在於辨認蛋白質中芳香族胺基酸的紫外吸收峰：色胺酸與酪胺酸在 280 nm 有特徵性吸收，因此選擇 280 nm。

選項分析

核心觀念

26S 蛋白酶體負責辨識並降解許多細胞內蛋白質。常見的降解標記是泛素化：泛素分子經由酵素級聯反應接到目標蛋白上；目標蛋白若形成適當的多聚泛素鏈，便可被 26S 蛋白酶體辨識，進而進入降解流程。

解題方法

題目問的是「標記蛋白質供 26S 蛋白酶體降解」的轉譯後修飾。作答時可直接對應「泛素—蛋白酶體系統」：泛素化是此系統中常見的蛋白質降解標記，因此答案為 (C) Ubiquitination。

選項分析

• (A) Phosphorylation（磷酸化）：可調節蛋白質活性、交互作用或位置，也可能影響蛋白質穩定性；但不是題目所問的典型蛋白酶體降解標記。
• (B) SUMOylation（SUMO 化）：通常與蛋白質定位、活性及交互作用調控有關；

核心觀念

本題考脂蛋白的代謝路徑，以及各類脂蛋白的主要功能。肝臟分泌的極低密度脂蛋白（VLDL）主要運送內生性三酸甘油酯；隨著三酸甘油酯被移除，VLDL 逐步轉變為中間密度脂蛋白（IDL），再進一步形成低密度脂蛋白（LDL）。LDL 富含膽固醇，是血液中膽固醇的主要運輸載體。

解題方法

先抓住題幹的兩個條件：「由 VLDL 分解而來」以及「血液中膽固醇的主要載體」。代謝順序為：

VLDL 在脂蛋白脂肪酶作用下移除三酸甘油酯，形成 IDL；IDL 再經進一步代謝，形成 LDL。LDL 將膽固醇運送至周邊組織，因此符合題幹兩項描述。

選項分析

• (A) Chylomicrons（乳糜微粒）：主要由小腸形成，負責運送飲食中的三酸甘油酯至周邊組織，並非由 VLDL 代謝形成，也不是血液中膽固醇的主要載

核心觀念

核苷酸由三部分組成：含氮鹼基、五碳糖與磷酸基。含氮鹼基與五碳糖結合形成核苷；核苷再接上磷酸基，才成為核苷酸。

因此，判斷選項時，關鍵是確認名稱所代表的分子是否含有磷酸基。

解題方法

先辨認各選項代表的分子類別：

• 名稱含有 -ylate 的 adenylate，指腺苷酸，含有腺嘌呤、核糖與磷酸基，符合核苷酸的組成。
• 以 -osine 或 -idine 結尾的 guanosine、deoxycytidine、uridine，都是核苷；它們含有含氮鹼基與五碳糖，但本身不含磷酸基。
• thymine 是含氮鹼基本身，沒有五碳糖或磷酸基。

選項分析

核心觀念

膽固醇合成途徑的速率限制步驟，是將 HMG-CoA 還原為甲羥戊酸（mevalonate）。催化此反應的酵素為 HMG-CoA reductase（HMG-CoA 還原酶），反應需要 NADPH 提供還原力。

這個步驟是膽固醇合成的重要調控點；HMG-CoA 還原酶的活性會受到細胞內膽固醇含量、激素訊號及藥物調控。

解題方法

判斷時先定位選項中的酵素在合成途徑的位置：

其中，HMG-CoA 還原酶催化 HMG-CoA 轉變為甲羥戊酸，是膽固醇合成的經典速率限制步驟。因此正確選項是 (B)。

選項分析

核心觀念

蛋白質的泛素化（ubiquitylation）是細胞標記蛋白質、引導其進入泛素－蛋白酶體系統降解的重要方式。泛素會經由酵素級聯反應接到目標蛋白上；形成適當的多聚泛素鏈後，蛋白酶體可辨識並分解該蛋白。

解題方法

判斷各選項是否屬於「蛋白質降解標記」。典型的蛋白酶體降解路徑是先將泛素接到目標蛋白上，再由蛋白酶體辨識泛素標記並進行降解，因此答案是泛素化。

選項分析

• (A) Myristoylation（肉豆蔻醯化）：將脂肪酸接到蛋白質上，常影響蛋白質與膜的結合或細胞內定位，不是蛋白酶體降解的典型標記。
• (B) Palmitoylation（棕櫚醯化）：以可逆方式將脂肪酸接到蛋白質上，常調節膜定位及蛋白質交互作用，不是蛋白酶體降解訊號。

核心觀念

真核生物的 mRNA 5′ 端是 5′ 帽結構，而 poly(A) 尾位於 3′ 端。兩者由不同蛋白質辨識：

• eIF4E 直接辨識 mRNA 的 5′ 帽結構。
• PABP 直接結合 3′ poly(A) 尾。
• eIF4G 是支架蛋白，可同時與 eIF4E、PABP 及其他起始因子作用，協助連結 mRNA 兩端，形成利於起始的閉環構造。

因此，題幹所寫的「5′ poly-A tail」把 5′ 帽結構與 3′ poly(A) 尾混在一起；嚴格來說，兩者都不是 eIF4G 直接辨識。

解題方法

先把題幹中的結構與位置分開判斷：若問「辨識 5′ 帽結構」，答案應是 eIF4E；若問「辨識 3′ poly(A) 尾」，答案應是 PABP。這兩者都不在選項中。

在現有選項裡，eIF4G 是最相關的起始因子：它與 eIF4E、PABP 互相作用，協助整合 mRNA 的兩端及起始複合體。因此，若依選項推定命題者要考 eIF4G 的支架功能，選 (D)。

選項分析

核心觀念

cDNA（互補 DNA）是以 RNA 為模板，經逆轉錄酶合成的 DNA。一般所稱的 cDNA 文庫，是將細胞中的 mRNA 逆轉錄成 cDNA，再收集、保存這些序列；因此它反映特定細胞或組織中正在表現的基因，而不是完整的基因組 DNA。

解題方法

圖中第 48 題詢問 cDNA 文庫包含哪一類序列；選項分別是基因組 DNA 片段、microRNA、mRNA、粒線體 DNA，以及「以上皆是」。判斷關鍵是分清楚：cDNA 文庫的序列來自 RNA 的逆轉錄，通常代表 mRNA，而基因組文庫則直接收集 DNA 片段。

選項分析

• (A) A collection of genomic DNA fragments：錯。 基因組 DNA 片段屬於基因組文庫的來源。基因組文庫包含基因與非編碼區域；一般 cDNA 文庫則由 mRNA 逆轉錄而來。
• **(B) A collection of microRNAs：錯。

核心觀念

組蛋白尾端的胺基酸可接受翻譯後修飾，改變染色質的結構或招募特定調控蛋白。乙醯化與甲基化常見於離胺酸（lysine, Lys）殘基；其中乙醯化常發生在離胺酸側鏈末端的 ε-胺基上。

乙醯化會中和離胺酸原本的正電荷，減弱組蛋白與帶負電的 DNA 之間的作用力，通常使染色質較為鬆散，較有利於轉錄。甲基化則由組蛋白甲基轉移酶催化；其對基因表現的影響取決於修飾的位置與甲基化程度，不能一概視為活化或抑制。

解題方法

先辨認題幹中的關鍵詞：組蛋白上的「乙醯化與甲基化」。再回想常見的組蛋白修飾位點：離胺酸可接受乙醯化與甲基化，因此在選項中選擇離胺酸。

補充而言，組蛋白甲基化也常發生於精胺酸（arginine），但本題選項沒有精胺酸；乙醯化與甲基化都列為題幹修飾時，離胺酸是符合兩者的選項。

選項分析

核心觀念

蛋白質糖基化是將糖鏈共價接到蛋白質特定胺基酸側鏈上的翻譯後修飾。常見形式依連接位置分為：

• N-連接型糖基化：糖鏈接在天冬醯胺（Asparagine, Asn）側鏈的氮原子上。
• O-連接型糖基化：糖鏈接在絲胺酸（Serine, Ser）或蘇胺酸（Threonine, Thr）側鏈的氧原子上。

解題方法

先依糖基化的連接原子判斷胺基酸：N-連接型對應 Asn；O-連接型常見於 Ser、Thr。將這三種殘基與選項比對，即可選出同時涵蓋常見 N-連接型與 O-連接型糖基化位點的選項。

選項分析

• (A) Lysine and Arginine：離胺酸與精胺酸不是此題所考的典型 N-連接型或 O-連接型糖基化殘基。
• (B) Asparagine, Serine, and Threonine：正確。Asn 是典型 N-連接型糖基化位點；