113 年 國立嘉義大學動物科學系碩士班《動物解剖生理學》

本題主要考查神經元的基本結構與功能。神經元是神經系統的基本結構和功能單位，負責傳遞神經衝動。

神經元主要由三個部分組成：細胞體 (soma / cell body)、樹突 (dendrites) 和軸突 (axon)。

1. 細胞體 (Soma / Cell Body)：

   • 結構：細胞體是神經元的代謝中心，包含細胞核、細胞質以及各種細胞器，如粒線體、高爾基體、內質網等。細胞核內有遺傳物質，控制細胞的生長、代謝和蛋白質合成。
   • 功能：細胞體負責維持神經元的生命活動，合成神經傳導物質，並整合來自樹突的訊號。

2. 樹突 (Dendrites)：

   • 結構：樹突是從細胞體延伸出來的短而分支的突起。它們的表面通常有許多稱為樹突棘 (dendritic spines) 的小突起，增加了接收訊號的表面積。
   • 功能：樹突是神經元接收來自其他神經元的訊號的主要部位。

本題主要考查腎臟在維持體內酸鹼平衡中的作用。人體的酸鹼平衡是指體內氫離子濃度維持在一個相對穩定的範圍內，pH值約為7.35-7.45。腎臟是調節酸鹼平衡的重要器官之一，主要通過以下機制實現：

1. 重吸收碳酸氫根離子 (Bicarbonate Reabsorption)：

   • 腎小管細胞會重吸收血液中絕大部分的碳酸氫根離子 (HCO₃⁻)。碳酸氫根離子是體內最重要的緩衝系統之一，能夠中和多餘的酸。
   • 在腎小管腔內，H⁺ 與 HCO₃⁻ 結合形成 H₂CO₃，然後分解為 H₂O 和 CO₂。CO₂ 擴散入腎小管細胞，在碳酸酐酶 (carbonic anhydrase) 的催化下，與 H₂O 結合重新形成 H₂CO₃，再分解為 H⁺ 和 HCO₃⁻。 HCO₃⁻ 進入血液，而 H⁺ 則被分泌到腎小管腔內，與新的 HCO₃⁻ 結合，或與其他緩衝物質結合。
   • 這個過程確保了體內重要的緩衝物質 HCO₃⁻ 不會隨尿液丟失，維持了血液中的 HCO₃⁻ 濃度。

2. 分泌氫離子 (Hydrogen Ion Secretion)：

   • 腎小管細胞能主動分泌 H⁺ 到腎小管腔內。這是調節酸中毒的關鍵機制。
   • 在酸性條件下 (pH 降低)，H⁺ 的分泌增加，HCO₃⁻ 的重吸收也隨之增加，以中和分泌的 H⁺，並將更多的 HCO₃⁻ 帶回血液。
   • 分泌的 H⁺ 可以與腎小管腔內的緩衝物質（如磷酸鹽和氨）結合，形成可排泄的酸。

本題考查激素作用的放大效應，以腎上腺素促進肝醣分解為例進行說明。

核心觀念：激素屬於訊息分子，其作用機制通常涉及細胞膜上的受體以及細胞內部的訊號傳導途徑。許多激素的作用都依賴於「訊號放大」的過程，使得極少量激素就能引發細胞內大規模的生理反應。

腎上腺素促進肝醣分解的機制：

1. 結合受體：腎上腺素 (epinephrine) 是一種胺類激素，它與肝細胞膜上的 β-腎上腺素能受體 (β-adrenergic receptor) 結合。這是一個 G 蛋白偶聯受體 (GPCR)。

2. 啟動 G 蛋白：激素與受體結合後，會引起受體構象的改變，進而活化細胞膜上的 G 蛋白。活化的 G 蛋白（通常是 Gs 蛋白）會解離出其 α亞基，並去活化 GTP。

3. 活化腺苷酸環化酶 (Adenylyl Cyclase)：活化的 G 蛋白 α亞基會去活化細胞膜上的腺苷酸環化酶 (adenylyl cyclase, AC)。

4. 產生環腺苷酸 (cAMP)：腺苷酸環化酶將細胞內的 ATP 轉化為環腺苷酸 (cyclic AMP, cAMP)。cAMP 是一種重要的第二信使 (second messenger)。

5. 活化蛋白激酶 A (PKA)：cAMP 會與蛋白激酶 A (protein kinase A, PKA) 的調節亞基結合，釋放出 PKA 的催化亞基。活化的 PKA 具有催化磷酸化其他蛋白質的能力。

6. 磷酸化與活化關鍵酶：活化的 PKA 會磷酸化並活化兩種關鍵酶：

   • 磷酸化酶激酶 (Phosphorylase kinase)：PKA 磷酸化磷酸化酶激酶，使其活化。

本題包含呼吸運動的機械過程以及氣體在血液中的運輸兩個部分。

一、呼氣與吸氣過程的骨骼與肌肉配合

呼吸運動是一個通過改變胸腔容積來實現氣體交換的過程。

1. 吸氣 (Inspiration)：

   • 類型：通常是主動過程。
   • 主要肌肉：
     • 膈肌 (Diaphragm)：這是吸氣最重要的肌肉。當膈肌收縮時，它會向下移動，使胸腔的垂直徑增加。
     • 肋間肌 (Intercostal muscles)：
       • 外肋間肌 (External intercostal muscles)：收縮時，它們會將肋骨向上和向前拉，使胸腔的前後徑和左右徑增加。
   • 結果：膈肌收縮下移，外肋間肌收縮使肋骨上提，共同導致胸腔容積增大。胸腔內壓力降低，低於外界大氣壓，空氣因此流入肺部。

2. 呼氣 (Expiration)：

   • 類型：
     • 平靜呼氣 (Quiet expiration)：通常是被動過程。當吸氣肌肉（膈肌和外肋間肌）放鬆時，肋骨由於彈性回縮，膈肌也因自身彈性向上回升，胸腔容積減小，胸腔內壓力高於外界大氣壓，空氣被排出。
     • 用力呼氣 (Forced expiration)：是主動過程。
   • 主要肌肉 (用力呼氣時)：
     • 內肋間肌 (Internal intercostal muscles)：收縮時，它們會將肋骨向下和向內拉，進一步減小胸腔容積。
     • 腹肌 (Abdominal muscles)：收縮時，它們會將腹腔器官向上推，壓迫膈肌，進一步減小胸腔容積。
   • 結果：當呼氣肌肉收縮時，胸腔容積減小，胸腔內壓力升高，高於外界大氣壓，空氣被排出肺部。

二、氧氣與二氧化碳在血中的運輸

氣體運輸主要通過血液進行，主要有兩種方式：溶解在血漿中和與血紅蛋白結合。