111 年國立中正大學生物醫學科學系生物醫學碩士班《生物化學》考古題與詳解

Question 1

Of the $20$ standard amino acids, only is not optically active. The reason is that its side chain . (A) Alanine; is a simple methyl group. (B) glycine; is unbranched. (C) lysine; contains only nitrogen. (D) glycine; is a hydrogen atom.

Accepted Answer

核心觀念 胺基酸是否具有光學活性，關鍵在於其 α-碳是否為手性中心。若 α-碳連接四種不同的基團，便具有手性，通常能使平面偏振光的偏振方向旋轉。 一般胺基酸的 α-碳連接胺基、羧基、氫原子與側鏈 $R$。甘胺酸的側鏈 $R$ 也是氫原子，因此 α-碳連接兩個相同的氫原子，不符合「四種不同基團」的條件，沒有手性，也不具光學活性。 解題方法 判斷各選項是否正確，只要確認側鏈是否讓 α-碳連接四種不同的基團。甘胺酸的側鏈是氫原子，故 α-碳上的兩個取代基相同；其餘三個基團為胺基、羧基與氫原子。因為有兩個氫原子，甘胺酸的 α-碳不是手性中心。 因此，正確敘述是「甘胺酸；其側鏈是氫原子」。 選項分析

Question 2

Thr and/or Leu residues tend to disrupt an $\alpha$ helix when they occur next to each other in a protein because:

(A) an amino acid like Thr is highly hydrophobic.
(B) covalent interactions may occur between the Thr side chains.
(C) steric hindrance occurs between the bulky Thr side chains.
(D) the $\mathrm{R}$ group of Thr can form a hydrogen bond.
(E) electrostatic repulsion occurs between the Thr side chains.

Accepted Answer

核心觀念 $\alpha$ 螺旋由主鏈的氫鍵穩定，典型氫鍵形成於第 $i$ 個胺基酸的羰基氧與第 $i+4$ 個胺基酸的醯胺氫之間。胺基酸的側鏈若造成空間擁擠，會降低該位置採取螺旋構形的穩定性。 Thr（蘇胺酸）是 β-支鏈胺基酸，側鏈在靠近主鏈處分枝，容易與鄰近殘基產生立體障礙。相鄰的 Thr 側鏈尤其容易造成擁擠，因而不利於維持 $\alpha$ 螺旋。 解題方法 先判斷題目問的是「相鄰殘基為何使螺旋不穩定」，再看各選項是否能說明主鏈構形受到影響。Thr 的 β-支鏈特性會增加側鏈間的空間排斥，因此最符合立體障礙的解釋。 Leu（白胺酸）本身通常具有良好的 $\alpha$ 螺旋傾向；題幹所述不應解讀成 Leu 單獨就是螺旋破壞者。此題的關鍵是相鄰側鏈造成的擁擠，尤以 Thr 的 β-支鏈側鏈為主。 選項分析

Question 3

An $\alpha$ helix would be destabilized most by:

(A) the presence of two Lys residues near the amino terminus of the $\alpha$ helix.
(B) interactions between neighboring Asp and Arg residues.
(C) interactions between two adjacent hydrophobic Val residues.
(D) the presence of an Arg residue near the carboxyl terminus of the $\alpha$ helix.
(E) an electric dipole spanning several peptide bonds throughout the $\alpha$ helix.

Accepted Answer

核心觀念 本題考查 α 螺旋的穩定因素，尤其是螺旋宏觀偶極、帶電側鏈的靜電作用，以及胺基酸本身的螺旋傾向。 α 螺旋中的胜肽鍵偶極大致沿螺旋軸排列，形成宏觀偶極：胺基端帶部分正電，羧基端帶部分負電。因此，負電荷靠近胺基端、正電荷靠近羧基端，通常有助於穩定螺旋；相反的電荷配置則會造成排斥或不利作用。 解題方法 逐一判斷各選項帶來的作用方向： 1. 帶電殘基是否與螺旋端的宏觀偶極相吸或相斥？ 2. 鄰近帶電側鏈是否能形成有利的離子作用？ 3. 殘基本身的結構是否不利於 α 螺旋？ 比較各種作用後，胺基端附近的正電荷會與 α 螺旋胺基端的部分正電荷互相排斥，是最明確的不利作用。 選項分析 (A) 胺基端附近有兩個 Lys 殘基：正確。 Lys 側鏈在一般生理條件下帶正電。α 螺旋胺基端也呈部分正電，因此兩個 Lys 靠近此端會產生靜電排斥，使 α 螺旋較不穩定。

Question 4

A sequence of amino acids in a certain protein is found to be -Ser-Gly-Pro-Gly-. The sequence is most probably part of a(n):

(A) antiparallel $\beta$ sheet.
(B) parallel $\beta$ sheet.
(C) $\alpha$ helix.
(D) $\alpha$ sheet.
(E) $\beta$ turn.

Accepted Answer

核心觀念 本題考查胺基酸序列與蛋白質二級結構的關係，重點是辨認 β 轉角（β turn）。 β 轉角通常由連續四個胺基酸形成，使多胜肽主鏈在短距離內轉向約 $180^\circ$。常見的穩定作用是第 1 個殘基的羰基與第 4 個殘基的胺基形成氫鍵。甘胺酸（Gly）與脯胺酸（Pro）常出現在轉角中：Gly 體積小、主鏈構形選擇較多；Pro 的環狀結構則限制主鏈構形。 解題方法 題目給出的四個殘基是 Ser–Gly–Pro–Gly。先觀察序列中是否含有常見於轉角的 Gly 與 Pro，再排除不適合的規則性二級結構。 這段序列同時含有 Gly 與 Pro。Pro 的主鏈構形受到限制，也會干擾 α 螺旋中規則的氫鍵排列；Gly 的構形彈性則常有助於主鏈急轉。因此，這四個殘基最符合 β 轉角的序列特徵。 選項分析 - (A) antiparallel β sheet（反平行 β 摺板）：錯誤。 反平行 β 摺板由不同胜肽鏈段以相反方向排列，並以主鏈氫鍵穩定。題目所給的四個殘基本身沒有指出反平行排列所需的鏈段方向與氫鍵配對。

Question 5

Which of the following statements about aromatic amino acids is correct?

(A) All are strongly hydrophilic.
(B) Histidine's ring structure results in its being categorized as aromatic or basic, depending on $\mathrm{pH}$ .
(C) On a molar basis, tryptophan absorbs more ultraviolet light than tyrosine.
(D) The major contribution to the characteristic absorption of light at $280\ \mathrm{nm}$ by proteins is the phenylalanine $\mathrm{R}$ group.
(E) The presence of a ring structure in its $\mathrm{R}$ group determines whether or not an amino acid is aromatic.

Accepted Answer

核心觀念 本題考查芳香族胺基酸的分類，以及芳香族側鏈對紫外光吸收的貢獻。生物化學中最常列為芳香族胺基酸的是苯丙胺酸、酪胺酸與色胺酸；它們的環狀側鏈能吸收紫外光，但吸收強度並不相同。 判斷芳香性的化學條件，不只是側鏈「有環」：環須具備連續共軛的 $\pi$ 電子系統，且符合芳香性規則。組成蛋白質的胺基酸則常依側鏈性質分類；組胺酸通常歸為鹼性胺基酸，其咪唑環本身具有芳香性。 解題方法 逐項檢查三個重點即可判斷： 1. 芳香族側鏈的親水性：具有芳香環的側鏈通常偏疏水，酪胺酸因羥基而較具極性，但不代表所有芳香族胺基酸都強親水。 2. 組胺酸的分類與酸鹼性：酸鹼狀態會隨 pH 改變，但不會使咪唑環失去芳香性，也不會讓胺基酸的慣用分類在「芳香族」與「鹼性」之間切換。 3. 紫外光吸收：在 $280\ \mathrm{nm}$ 附近，色胺酸的莫耳吸光能力高於酪胺酸；蛋白質在此波長的主要吸收來自色胺酸與酪胺酸，而非苯丙胺酸。 選項分析 (A) All are strongly hydrophilic. 錯。苯丙胺酸與色胺酸的側鏈主要是疏水性芳香環；酪胺酸的酚羥基增加了極性，但不能據此說所有芳香族胺基酸都強親水。 (B) Histidine's ring structure results in its being categorized as aromatic or basic, depending on $\mathrm{pH}$.

Question 6

In a mixture of the five proteins listed below, which should elute second in size-exclusion (gel-filtration) chromatography?

(A) cytochrome c, $M_r=13{,}000$
(B) immunoglobulin G, $M_r=145{,}000$
(C) ribonuclease A, $M_r=13{,}700$
(D) RNA polymerase, $M_r=450{,}000$
(E) serum albumin, $M_r=68{,}500$

Accepted Answer

核心觀念 體積排阻層析（size-exclusion chromatography，亦稱凝膠過濾層析）依分子的流體動力學大小分離。較大的蛋白質較難進入凝膠孔洞，走過的路徑較短，因此先流出；較小的蛋白質能進入較多孔洞，滯留時間較長，因此較晚流出。 本題提供蛋白質的相對分子質量 $Mr$。在考試的標準比較下，以 $Mr$ 作為蛋白質大小的估計：$Mr$ 越大，越早流出。 解題方法 依圖中第 6 題，五種蛋白質的 $Mr$ 分別為：cytochrome c 為 $13{,}000$、immunoglobulin G 為 $145{,}000$、ribonuclease A 為 $13{,}700$、RNA polymerase 為 $450{,}000$、serum albumin 為 $68{,}500$。 依 $Mr$ 由大到小排列，層析流出順序為： $$ 450{,}000 145{,}000 68{,}500 13{,}700 13{,}000 $$ 因此 RNA polymerase 最大，第一個流出；第二大的 immunoglobulin G 第二個流出，答案為 (B)。 選項分析

Question 7

The interactions of ligands with proteins:

(A) are relatively nonspecific.
(B) are relatively rare in biological systems.
(C) are usually irreversible.
(D) are usually transient.
(E) usually result in the inactivation of the proteins.

Accepted Answer

核心觀念

配體（ligand）是能與蛋白質結合的分子，可能是底物、訊號分子、輔因子或藥物。配體與蛋白質的結合通常具有專一性，由形狀、電荷及化學性質的互補性決定；結合多仰賴氫鍵、離子作用、疏水作用及凡得瓦力等非共價作用。

多數配體與蛋白質的結合是可逆的，可用解離常數 $K_d$ 描述：

K_d=\frac{[\mathrm{蛋白質}][\mathrm{配體}]}{[\mathrm{蛋白質\!-\!配體複合物}]}

$K_d$ 越小，代表配體與蛋白質的親和力越高。細胞中的配體結合常是短暫的，使蛋白質能在結合與解離之間調節活性、傳遞訊號或完成催化。

解題方法

判斷各選項是否符合配體結合的一般特性：這類結合在生物系統中十分常見，通常具專一性、可逆且短暫；配體結合後也常改變蛋白質的構形或活性，而非必然使蛋白質失活。因此，符合一般特性的選項是「通常具有短暫性」。

選項分析

(A) are relatively nonspecific.
錯誤。 配體與蛋白質的結合通常具有專一性，特定配體會優先結合具有相符結合位點的蛋白質。

Question 8

When oxygen binds to a heme-containing protein, the two open coordination bonds of $\mathrm{Fe}^{2+}$ are occupied by:

(A) one $\mathrm{O}$ atom and one amino acid atom.
(B) one $\mathrm{O}_2$ molecule and one amino acid atom.
(C) one $\mathrm{O}_2$ molecule and one heme atom.
(D) two $\mathrm{O}$ atoms.
(E) two $\mathrm{O}_2$ molecules.

Accepted Answer

核心觀念

血基質中的鐵離子 $\mathrm{Fe}^{2+}$ 通常具有六個配位位置：其中四個與血基質卟啉環的氮原子配位；第五個與蛋白質中近端組胺酸側鏈的氮原子配位；氧氣結合時，第六個位置則與一個 $\mathrm{O}_2$ 分子配位。

因此，兩個軸向配位位置分別由近端組胺酸的氮原子與一個氧氣分子占據。氧氣是以整個 $\mathrm{O}_2$ 分子作為配位體，不是拆成兩個氧原子分別與鐵配位。

解題方法

先區分血基質鐵的配位位置：卟啉環已占據四個位置，剩下兩個軸向位置。一個由蛋白質的近端組胺酸提供配位原子；氧氣結合後，另一個由一個 $\mathrm{O}_2$ 分子占據。

所以答案是「一個 $\mathrm{O}_2$ 分子和一個胺基酸原子」。

選項分析

Question 9

A monoclonal antibody differs from a polyclonal antibody in that monoclonal antibodies:

(A) are labeled with chemicals that can be visualized.
(B) are produced by cells from the same organism that produced the antigen.
(C) are synthesized by a population of identical, or "cloned," cells.
(D) are synthesized only in living organisms.
(E) have only a single polypeptide chain that can recognize an antigen.

Accepted Answer

此題考驗學生對單株抗體（monoclonal antibodies, mAbs）和多株抗體（polyclonal antibodies, pAbs）之間差異的理解。

抗體（免疫球蛋白）是由 B 細胞產生的蛋白質，用於識別和結合特定的抗原決定基（epitope）。

多株抗體（Polyclonal Antibodies, pAbs）：
- 由免疫系統中多種不同的 B 細胞克隆產生。
- 識別同一抗原上的多個不同的表位（epitopes）。
- 因此，多株抗體樣本是來自不同 B 細胞群體的抗體的混合物。
單株抗體（Monoclonal Antibodies, mAbs）：
- 由單一 B 細胞克隆產生。
- 因此，它們只識別同一抗原上的單一特定表位。
- 為了生產單株抗體，通常將產生抗體的 B 細胞與骨髓瘤細胞（myeloma cells）融合，形成雜交瘤細胞（hybridoma cells），這些雜交瘤細胞能夠無限增殖並持續產生特定抗體。

現在分析選項：
(A) are labeled with chemicals that can be visualized.
抗體（無論是單株還是多株）可以被標記（labeled）上化學物質（如螢光染料、酶、放射性同位素）以便於檢測和可視化，這是一種實驗技術，並非單株抗體的固有區別。

Question 10

Enzymes are potent catalysts because they:

(A) are consumed in the reactions they catalyze.
(B) are very specific and can prevent the conversion of products back to substrates.
(C) drive reactions to completion while other catalysts drive reactions to equilibrium.
(D) increase the equilibrium constants for the reactions they catalyze.
(E) lower the activation energy for the reactions they catalyze.

Accepted Answer

此題考驗學生對酶（Enzymes）作為催化劑的關鍵特徵的理解。酶是生物體內的催化劑，能顯著提高化學反應速率，但本身在反應前後不被消耗。

酶催化反應的效率和特異性主要歸因於以下幾點：

降低活化能（Lowering Activation Energy）：化學反應的發生需要克服一個能量障礙，即活化能。酶通過與底物結合形成酶-底物複合物（ES complex），並通過多種方式（如提供反應途徑、穩定過渡態、誘導基質靠近或變形）來降低反應所需的活化能，從而極大地提高反應速率。
高度特異性（High Specificity）：酶通常對其底物具有高度的特異性，只催化一類或一對特定的化學反應。這種特異性源於酶活性中心的精確結構，能夠與特定的底物分子（或一類底物）精確匹配。
可逆性（Reversibility）：大多數酶催化的是可逆反應，它們可以催化正向反應（底物轉化為產物）和逆向反應（產物轉化為底物）。酶本身並不改變反應的平衡點（equilibrium point）或平衡常數（equilibrium constant），只是加速達到平衡。

選項分析：
(A) are consumed in the reactions they catalyze.
酶作為催化劑，在反應過程中不被消耗，反應前後可以被回收利用。此選項是錯誤的。

(B) are very specific and can prevent the conversion of products back to substrates.

Question 11

Which of the following statements about a plot of $V_0$ vs. $[S]$ for an enzyme that follows Michaelis-Menten kinetics is false?

(A) As $[S]$ increases, the initial velocity of reaction $V_0$ also increases.
(B) At very high $[S]$ , the velocity curve becomes a horizontal line that intersects the $y$ -axis at $K_m$ .
(C) $K_m$ is the $[S]$ at which $V_0=\frac{1}{2}V_{\max}$ .
(D) The shape of the curve is a hyperbola.
(E) The $y$ -axis is a rate term with units of $\mu\mathrm{m}/\mathrm{min}$ .

Accepted Answer

已確認原卷頁圖（第 3 頁）中第 11 題的完整內容。關鍵確認：(E) 選項的單位印刷為 "$\mu$ m/min"（μm/min），即「微米每分鐘」，屬於長度／時間單位，而非濃度／時間單位。 --- 核心觀念 本題考的是 Michaelis-Menten 動力學中 $V0$ vs. $[S]$ 圖（即米氏速率曲線）的基本性質，涉及以下核心知識： - Michaelis-Menten 方程式： $$ V0 = \frac{V{\max}[S]}{Km + [S]} $$ - $V{\max}$：酶完全飽和時的最大反應速率。 - $Km$（米氏常數）：使 $V0 = 	frac{1}{2}V{\max}$ 時的受質濃度 $[S]$。 - 曲線為矩形雙曲線（rectangular hyperbola），$y$ 軸為反應速率 $V0$，$x$ 軸為受質濃度 $[S]$。 - 當 $[S] 	o \infty$ 時，$V0 	o V{\max}$，曲線趨近水平漸近線 $V0 = V{\max}$（非 $Km$）。 - 反應速率的標準單位為濃度／時間，例如 $\mu	ext{M/min}$（微莫耳每分鐘），而非 $\mu	ext{m/min}$（微米每分鐘）。 --- 解題方法 題目要求找出錯誤（false）的敘述。逐一檢驗各選項是否與 Michaelis-Menten 曲線性質一致即可。特別注意 (B) 中漸近線的描述以及 (E) 中單位的字面意義。 --- 選項分析 (A) As $[S]$ increases, the initial velocity of reaction $V0$ also increases. ✅ 正確。 由 Michaelis-Menten 方程式可知，$[S]$ 增大時分子增大、$V0$ 隨之增加（增幅逐漸趨緩但始終單調遞增），符合雙曲線的上升特性。 --- (B) At very high $[S]$, the velocity curve becomes a horizontal line that intersects the y-axis at $Km$. ❌ 錯誤。 當 $[S]$ 非常大時，曲線確實趨近一條水平漸近線，但該漸近線的高度為 $V{\max}$，不是 $Km$。數學上： $$ \lim{[S]	o\infty} V0 = \lim{[S]	o\infty} \frac{V{\max}[S]}{Km+[S]} = V{\max} $$ 因此水平漸近線在 $y$ 軸上的截距應為 $V{\max}$，選項卻說 $Km$，明顯錯誤。此外 $Km$ 的量綱是濃度，與 $y$ 軸的速率量綱不同，根本無法出現在 $y$ 軸上。

Question 12

Enzyme X exhibits maximum activity at $\mathrm{pH}=6.9$ . X shows a fairly sharp decrease in its activity when the $\mathrm{pH}$ goes much lower than $6.4$ . One likely interpretation of this $\mathrm{pH}$ activity is that:

(A) a Glu residue on the enzyme is involved in the reaction.
(B) a His residue on the enzyme is involved in the reaction.
(C) the enzyme has a metallic cofactor.
(D) the enzyme is found in gastric secretions.
(E) the reaction relies on specific acid-base catalysis.

Accepted Answer

核心觀念

酵素活性會受可解離基團的質子化狀態影響。組胺酸（His）側鏈咪唑基的 $pK_a$ 約為 6，接近中性；當 pH 降低至此範圍，His 逐漸質子化，可能改變其作為催化基團或底物結合位點的能力，使酵素活性明顯下降。

解題方法

依原卷圖，第 12 題指出：酵素 X 的最高活性出現在 $\mathrm{pH}=6.9$ ，而 pH 明顯低於 6.4 時活性急降；選項列出 Glu、His、金屬輔因子、胃液來源及特定酸鹼催化。關鍵是判斷哪種可解離側鏈的 $pK_a$ 最符合近中性範圍的活性變化。

His 側鏈的 $pK_a$ 約在 6 左右，因此 pH 降到 6.4 以下時，其質子化比例會增加；若 His 參與反應，這種狀態改變便能解釋活性下降。相較之下，Glu 側鏈的 $pK_a$ 通常約為 4，較不符合題目所描述的 pH 範圍。

選項分析

Question 13

Which of the following has not been shown to play a role in determining the specificity of protein kinases?

(A) Disulfide bonds near the phosphorylation site
(B) Primary sequence at phosphorylation site
(C) Protein quaternary structure
(D) Protein tertiary structure
(E) Residues near the phosphorylation site

Accepted Answer

此題考驗學生對蛋白質激酶（protein kinases）底物特異性（substrate specificity）決定因素的理解。蛋白質激酶是一類重要的酶，它們通過將 ATP 的磷酸基團轉移到目標蛋白質的特定胺基酸殘基（通常是絲胺酸 Ser, 蘇胺酸 Thr, 或酪胺酸 Tyr）上，來調控蛋白質的功能。這種磷酸化過程稱為磷酸化（phosphorylation）。

蛋白質激酶之所以能夠準確地磷酸化特定的底物蛋白質上的特定位點，是通過其底物識別機制來實現的。這個識別機制涉及多個層面的結構和序列信息。

選項分析：
(A) Disulfide bonds near the phosphorylation site
二硫鍵（disulfide bonds）是由兩個半胱胺酸（cysteine）殘基的巰基（-SH）形成的共價鍵。它們主要在維持蛋白質的三級結構（tertiary structure）和四級結構（quaternary structure）的穩定性方面起作用。雖然它們可以影響蛋白質的整體構象，但二硫鍵本身不直接參與決定激酶對特定磷酸化位點的識別。激酶的底物識別通常依賴於活性中心對特定胺基酸殘基及其周圍環境的識別，而不是通過遠處的共價鍵。雖然二硫鍵間接影響蛋白質的結構，但其「近」磷酸化位點的直接作用在決定特異性上通常不被認為是主要因素。

(B) Primary sequence at phosphorylation site
磷酸化位點（即被磷酸化的 Ser, Thr, 或 Tyr 殘基）周圍的一級序列（primary sequence）對激酶的特異性至關重要。

Question 14

In comparison with DNA-DNA double helices, the stability of DNA-RNA and RNA-RNA helices is:

(A) $\text{DNA-DNA}>\text{DNA-RNA}>\text{RNA-RNA}$ .
(B) $\text{DNA-DNA}>\text{RNA-RNA}>\text{DNA-RNA}$ .
(C) $\text{RNA-DNA}>\text{RNA-RNA}>\text{DNA-DNA}$ .
(D) $\text{RNA-RNA}>\text{DNA-DNA}>\text{DNA-RNA}$ .
(E) $\text{RNA-RNA}>\text{DNA-RNA}>\text{DNA-DNA}$ .

Accepted Answer

核心觀念

本題考比較三種互補雙股核酸的穩定性：DNA–DNA、DNA–RNA 與 RNA–RNA。比較時通常假設序列、長度、鹽濃度與其他溶液條件相同；雙股越穩定，熱變性溫度 $T_m$ 通常越高，解鏈的自由能代價也越大。實際穩定性會受序列與溶液條件影響，但同源序列的整體趨勢是 RNA 雙股較穩定，DNA–RNA 雜合雙股居中，DNA 雙股較低。相同條件下的熱力學研究也支持 RNA 雙股比同源 DNA 雙股與 DNA–RNA 雜合雙股穩定。(PubMed 研究摘要)

解題方法

比較核酸雙股時，不能只看鹼基配對數或氫鍵數；還要考慮糖環構形、雙股螺旋形狀、鹼基堆疊與相鄰鹼基對的熱力學效應。

RNA 的核糖在 $2'$ 位具有羥基（ $2'-OH$ ），使 RNA 雙股偏好形成 A 型螺旋；DNA 雙股通常形成 B 型螺旋。這些構形差異會影響鹼基堆疊與雙股解鏈所需的能量。DNA–RNA 雜合雙股則兼有核糖與去氧核糖，整體穩定性通常介於 RNA–RNA 與 DNA–DNA 之間。

因此穩定性由高至低為：

\text{RNA–RNA}>\text{DNA–RNA}>\text{DNA–DNA}

選項分析

Question 15

In double-stranded DNA:

(A) only a right-handed helix is possible.
(B) sequences rich in A–T base pairs are denatured less readily than those rich in G–C pairs.
(C) the sequence of bases has no effect on the overall structure.
(D) the two strands are parallel.
(E) the two strands have complementary sequences.

Accepted Answer

核心觀念 本題考雙股 DNA 的螺旋方向、鹼基配對、股鏈方向性與序列對結構的影響。在典型雙股 DNA 中，兩條多核苷酸鏈以互補鹼基配對，並以反向平行的方向排列。 鹼基配對規則為：腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）配對，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）配對。A–T 配對形成 2 個氫鍵，G–C 配對形成 3 個氫鍵。 解題方法 逐一檢查選項是否符合雙股 DNA 的基本特性：螺旋方向不只一種；鹼基組成會影響雙股穩定性；鹼基序列會影響局部結構；兩股方向相反；兩股序列互補。符合互補配對規則的敘述，即為正確選項。 選項分析 (A) only a right-handed helix is possible.：錯誤。 DNA 不只存在右手螺旋。常見的 B-DNA 是右手螺旋，但 Z-DNA 是左手螺旋。因此不能說雙股 DNA 只可能形成右手螺旋。 (B) sequences rich in A–T base pairs are denatured less readily than those rich in G–C pairs.：錯誤。 此敘述把穩定性關係說反了。A–T 配對有 2 個氫鍵，G–C 配對有 3 個氫鍵；

Question 16

The double helix of DNA in the B-form is stabilized by:

(A) covalent bonds between the $3'$ end of one strand and the $5'$ end of the other.
(B) hydrogen bonding between the phosphate groups of two side-by-side strands.
(C) hydrogen bonds between the riboses of each strand.
(D) nonspecific base-stacking interaction between two adjacent bases in the same strand.
(E) ribose interactions with the planar base pairs.

Accepted Answer

核心觀念

B 型 DNA 雙股螺旋的穩定性主要來自兩類作用：互補鹼基之間的氫鍵，以及相鄰鹼基對之間的鹼基堆疊作用。氫鍵提供互補配對的專一性；鹼基堆疊則是重要的整體穩定來源，涉及范德華力、疏水效應及芳香環間的作用。

DNA 的糖－磷酸骨架位於螺旋外側。骨架中的磷酸二酯鍵是同一股核酸鏈內的共價鍵，連接相鄰核苷酸的 $3'$ 與 $5'$ 位置。

解題方法

先辨認選項描述的作用位置與性質：雙股之間的穩定作用，應涉及互補鹼基配對或鹼基堆疊；而磷酸二酯鍵屬於單股骨架。磷酸基帶負電，也不會以氫鍵彼此穩定雙股。

因此，符合 B 型 DNA 穩定方式的選項，是描述相鄰鹼基堆疊作用的選項。

選項分析

Question 17

Which of the following statements is not true concerning glycolysis in anaerobic muscle?

(A) Fructose 1,6-bisphosphatase is one of the enzymes of the pathway.
(B) It is an endergonic process.
(C) It results in net synthesis of ATP.
(D) It results in synthesis of NADH.
(E) Its rate is slowed by a high $[\mathrm{ATP}]/[\mathrm{ADP}]$ ratio.

Accepted Answer

核心觀念

本題考查糖解作用的反應方向、能量收支、氧化還原平衡，以及肌肉無氧代謝的調控。

糖解作用將葡萄糖分解為丙酮酸，整體是放能反應，每分子葡萄糖淨生成 2 分子 ATP，並在甘油醛-3-磷酸氧化步驟生成 2 分子 NADH。缺氧時，肌肉細胞再以乳酸去氫酶將丙酮酸還原成乳酸，同時把 NADH 氧化回 NAD⁺，使 NAD⁺ 能繼續供糖解作用使用。

解題方法

逐項核對酵素是否屬於糖解作用，以及反應的能量與氧化還原收支：

糖解作用的淨反應放能，不是吸能。
糖解作用中有 ATP 的消耗步驟，也有 ATP 的生成步驟；每分子葡萄糖淨生成 2 分子 ATP。
無氧肌肉中，糖解作用產生的 NADH 會在乳酸生成時被氧化回 NAD⁺。因此，糖解作用本身會生成 NADH，但「糖解作用加上乳酸發酵」整體並不淨生成 NADH。

選項分析

(A) 錯誤。 果糖-1,6-二磷酸酶（fructose 1,6-bisphosphatase）催化果糖-1,6-二磷酸轉為果糖-6-磷酸，屬於糖質新生作用，不是糖解作用的酵素。

Question 18

All of the following are considered "weak" interactions in proteins, except: (A) hydrogen bonds (B) hydrophobic interactions (C) ionic bonds (D) peptide bonds (E) van der Waals forces

Accepted Answer

核心觀念

蛋白質的結構由共價鍵與非共價作用共同維持。肽鍵是連接胺基酸的共價鍵，屬於強鍵；氫鍵、疏水作用、離子作用與凡得瓦力則屬於較弱的非共價作用，常共同穩定蛋白質的摺疊與立體構形。

解題方法

先判斷各選項是共價鍵還是非共價作用。題目問「不屬於弱作用力」者，因此找出唯一以共價鍵連接胺基酸的選項即可。

選項分析

(A) 氫鍵：屬於非共價作用，單一氫鍵較弱，可穩定蛋白質的二級結構等，故是弱作用。
(B) 疏水作用：非極性側鏈傾向聚集、避開水環境，是維持蛋白質摺疊的重要弱作用。

Question 19

When a mixture of glucose 6-phosphate and fructose 6-phosphate is incubated with the enzyme phosphohexose isomerase, the final mixture contains twice as much glucose 6-phosphate as fructose 6-phosphate.

Which one of the following statements is most nearly correct, when applied to the reaction below ( $R=8.315\ \mathrm{J}/(\mathrm{mol}\cdot\mathrm{K})$ and $T=298\ \mathrm{K}$ )?

$\text{Glucose 6-phosphate}\leftrightarrow\text{fructose 6-phosphate}$

(A) $\Delta G^{\prime\circ}$ is $+1.7\ \mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ .
(B) $\Delta G^{\prime\circ}$ is $-1.7\ \mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ .
(C) $\Delta G^{\prime\circ}$ is incalculably large and negative.
(D) $\Delta G^{\prime\circ}$ is incalculably large and positive.
(E) $\Delta G^{\prime\circ}$ is zero.

Accepted Answer

核心觀念

磷酸己糖異構酶會催化葡萄糖 6-磷酸與果糖 6-磷酸互相轉換。酵素能加快反應達到平衡的速度，但不會改變平衡時兩種物質的比例。

反應的標準自由能變化與平衡常數的關係為：

\Delta G^{\prime\circ}=-RT\ln K_{\mathrm{eq}}'

依照題目所列反應方向，平衡常數為：

K_{\mathrm{eq}}'=\frac{[\text{果糖 6-磷酸}]}{[\text{葡萄糖 6-磷酸}]}

解題方法

平衡時葡萄糖 6-磷酸是果糖 6-磷酸的兩倍，因此：

\frac{[\text{葡萄糖 6-磷酸}]}{[\text{果糖 6-磷酸}]}=2

所以，對於「葡萄糖 6-磷酸 $\rightarrow$ 果糖 6-磷酸」這個反應方向：

K_{\mathrm{eq}}'=\frac{1}{2}

代入公式：

\begin{aligned} \Delta G^{\prime\circ} &=-(8.315\ \mathrm{J/(mol\cdot K)})(298\ \mathrm{K})\ln\left(\frac{1}{2}\right)\\ &\approx +1714\ \mathrm{J/mol}\\ &\approx +1.7\ \mathrm{kJ/mol} \end{aligned}

因此，標準自由能變化為正值，選 (A)。

選項分析

Question 20

In the $\alpha$ helix the hydrogen bonds:

(A) are roughly parallel to the axis of the helix.
(B) are roughly perpendicular to the axis of the helix.
(C) occur mainly between electronegative atoms of the $\mathrm{R}$ groups.
(D) occur only between some of the amino acids of the helix.
(E) occur only near the amino and carboxyl termini of the helix.

Accepted Answer

核心觀念 α 螺旋的氫鍵由多肽主鏈形成：第 $i$ 個胺基酸的羰基氧（$\mathrm{C=O}$）與第 $i+4$ 個胺基酸的醯胺氫（$\mathrm{N-H}$）形成氫鍵。這種規則排列的氫鍵沿螺旋內部反覆出現，方向大致與螺旋軸平行。 解題方法 先確認氫鍵的參與原子是否來自主鏈，再判斷其排列方向與分布。α 螺旋的氫鍵不是由側鏈形成，也不是只集中在螺旋兩端；其典型排列是主鏈 $\mathrm{C=O}$ 與 $\mathrm{N-H}$ 相隔四個胺基酸，並大致平行於螺旋軸。因此選 (A)。 選項分析 - (A) 正確。 氫鍵連結主鏈上相隔四個胺基酸的 $\mathrm{C=O}$ 與 $\mathrm{N-H}$，整體方向大致平行於螺旋軸。 - (B) 錯誤。

Question 21

In glycoproteins, the carbohydrate moiety is always attached through the amino acid residues:

(A) asparagine, serine, or threonine.
(B) aspartate or glutamate.
(C) glutamine or arginine.
(D) glycine, alanine, or aspartate.
(E) tryptophan, aspartate, or cysteine.

Accepted Answer

此題考驗學生對糖蛋白（glycoproteins）中碳水化合物（carbohydrate moiety）連接方式的理解。

糖蛋白是蛋白質與碳水化合物共價連接形成的複合物。碳水化合物部分（糖鏈）可以通過兩種主要方式連接到蛋白質上：

N-糖基化（N-linked glycosylation）：碳水化合物連接到蛋白質的**天冬醯胺（Asparagine, Asn）**殘基的側鏈的醯胺氮原子上。這種連接發生在 Asn 的醯胺基（-NH $_2$ ）的氮原子上，因此稱為 N-糖基化。連接的糖鏈通常是一個共同的寡糖核心（core oligosaccharide）。
O-糖基化（O-linked glycosylation）：碳水化合物連接到蛋白質的**絲胺酸（Serine, Ser）或蘇胺酸（Threonine, Thr）**殘基的側鏈的羥基氧原子上。這種連接發生在 Ser 或 Thr 的側鏈羥基（-OH）的氧原子上，因此稱為 O-糖基化。

在某些情況下，O-糖基化也可以發生在羥基脯胺酸（hydroxyproline）或羥基離胺酸（hydroxylysine）上，這兩種胺基酸本身是脯胺酸和離胺酸的羥基化形式，常見於膠原蛋白等。但標準的、最常見的 O-糖基化位點是 Ser 和 Thr。

題目問的是「總是通過...胺基酸殘基連接」。這意味著要找出包含這兩種主要連接方式中涉及的胺基酸的選項。

Question 22

In the binding of oxygen to myoglobin, the relationship between the concentration of oxygen and the fraction of binding sites occupied can best be described as:

(A) hyperbolic.
(B) linear with a negative slope.
(C) linear with a positive slope.
(D) random.
(E) sigmoidal.

Accepted Answer

此題考驗學生對肌紅蛋白（myoglobin）結合氧氣的動力學特徵的理解。肌紅蛋白是一種單體蛋白質，含有一分子血紅素，負責儲存氧氣。

肌紅蛋白與氧氣的結合是通過血紅素中的 Fe $^{2+}$ 與氧氣分子之間的配位鍵來實現的。這個結合過程可以用一個簡單的平衡來描述：
$Mb + O_2 \rightleftharpoons MbO_2$
其中 Mb 代表肌紅蛋白，MbO $_2$ 代表氧結合的肌紅蛋白。

結合曲線通常描繪結合位點的飽和度（fraction of binding sites occupied） 與配體（氧氣）濃度之間的關係。對於肌紅蛋白，這可以表示為 $Y$ （飽和度）對 $[O_2]$ 的函數。

肌紅蛋白的氧結合曲線的特點是：

它是一個單一結合位點的結合過程。
它遵循Michaelis-Menten 類型的動力學，或者說是一個簡單的結合平衡。
其結合曲線呈現**雙曲線（hyperbolic）**形狀。

這種雙曲線形狀意味著：

在低氧氣濃度下，飽和度隨氧氣濃度的增加而快速增加。
隨著氧氣濃度增加，結合位點逐漸被飽和。

Question 23

The predominant structural feature in myosin molecules is: (A) a $\beta$ structure. (B) an $\alpha$ helix. (C) the Fab domain. (D) the light chain. (E) the meromyosin domain.

Accepted Answer

核心觀念

肌凝蛋白（myosin）是肌肉收縮相關的馬達蛋白。典型肌凝蛋白分子由兩條重鏈與數條輕鏈組成：重鏈的 N 端形成可結合肌動蛋白、具有 ATPase 活性的球狀頭部；重鏈的長尾部則以 α 螺旋為主，兩條重鏈的尾部互相纏繞形成捲曲螺旋（coiled-coil）。

因此，本題考查的是肌凝蛋白分子的主要二級結構特徵。

解題方法

先辨認題幹問的是分子的主要「結構特徵」，而非其組成鏈、蛋白片段或抗體結構域。肌凝蛋白長尾部由重鏈形成長 α 螺旋，並構成分子中顯著的結構部分，因此答案是 α 螺旋。

選項分析

(A) β 結構：錯誤。 肌凝蛋白頭部含有球狀結構及多種二級結構，但整體的主要結構特徵不是 β 摺板。
**(B) α 螺旋：正確。

Question 24

Which of the following statements about protein-ligand binding is correct?

(A) The $K_a$ is equal to the concentration of ligand when all of the binding sites are occupied.
(B) The $K_a$ is independent of such conditions as salt concentration and $\mathrm{pH}$ .
(C) The larger the $K_a$ (association constant), the weaker the affinity.
(D) The larger the $K_a$ , the faster is the binding.
(E) The larger the $K_a$ , the smaller the $K_d$ (dissociation constant).

Accepted Answer

核心觀念 蛋白質與配體的結合可用下列平衡表示： $$ \mathrm{P+L \rightleftharpoons PL} $$ 其中 $\mathrm{P}$ 為蛋白質、$\mathrm{L}$ 為配體、$\mathrm{PL}$ 為蛋白質－配體複合體。結合常數 $Ka$ 與解離常數 $Kd$ 的定義為： $$ Ka=\frac{[\mathrm{PL}]}{[\mathrm{P}][\mathrm{L}]} \qquad Kd=\frac{[\mathrm{P}][\mathrm{L}]}{[\mathrm{PL}]} $$ 因此，在這個簡單的平衡模型中： $$ Ka=\frac{1}{Kd} $$ $Ka$ 越大，代表平衡時越傾向形成複合體，蛋白質對配體的親和力越強；$Kd$ 越小，也代表親和力越強。 解題方法 先辨認選項談的是「平衡結合」還是「結合速率」。$Ka$ 與 $Kd$ 描述平衡時蛋白質、配體及複合體的相對濃度；結合快慢則須考慮速率常數，不能單由 $Ka$ 判斷。 接著使用 $Ka=1/Kd$ 檢查選項中兩種常數的關係。兩者互為倒數，所以一者增加時，另一者減少。 選項分析

Question 25

The biological role of restriction enzymes is to:

(A) aid recombinant DNA research.
(B) degrade foreign DNA that enters a bacterium.
(C) make bacteria resistant to antibiotics.
(D) restrict the damage to DNA by ultraviolet light.
(E) restrict the size of DNA in certain bacteria.

Accepted Answer

核心觀念 限制酶（restriction enzyme）是細菌產生的一類序列特異性核酸內切酶，能辨認外來 DNA 上特定的核苷酸序列，並在該序列或其附近切開 DNA。 其主要生物學功能屬於細菌的「限制—修飾系統」（restriction–modification system）： - 限制酶切割未經修飾的外來 DNA，例如噬菌體 DNA。 - 細菌自身 DNA 通常由甲基轉移酶進行特定位點甲基化，使限制酶無法切割，達到自我保護效果。 因此，限制酶的生物角色是防禦外來遺傳物質入侵，而不是原本為了重組 DNA 實驗而演化。 解題方法 判斷題目問的是 restriction enzymes 的「biological role」，應先區分： 1. 自然界中的生物功能：細菌利用限制酶辨識並降解入侵的外來 DNA。 2. 實驗室中的應用：研究人員利用限制酶切割 DNA，進行基因選殖與重組 DNA 技術。 題目要求的是前者，因此答案是「降解進入細菌的外來 DNA」。 選項分析 (A) aid recombinant DNA research. 錯誤。限制酶確實廣泛應用於重組 DNA 研究，例如切開載體與目標基因，產生相容的 DNA 末端；但這是人類對限制酶的實驗技術應用，不是限制酶在細菌中的原始生物功能。 (B) degrade foreign DNA that enters a bacterium.

Question 26

Show how NADH is recycled to $\mathrm{NAD}^{+}$ under anaerobic conditions in mammals. ($2\%$) Why is it important to recycle NADH produced during glycolysis to $\mathrm{NAD}^{+}$? ($3\%$)

Accepted Answer

核心觀念

哺乳類在缺氧或無氧條件下，粒線體電子傳遞鏈無法有效將 NADH 氧化回 $\mathrm{NAD}^{+}$ 。細胞因此利用乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase, LDH），將糖解作用產生的 NADH 氧化，並將丙酮酸還原成乳酸。

解題方法

抓住反應中的氧化還原配對：NADH 失去還原力而氧化成 $\mathrm{NAD}^{+}$ ；丙酮酸接受還原力而生成乳酸。反應式為：

\mathrm{Pyruvate + NADH + H^+ \xrightleftharpoons[\,]{LDH} Lactate + NAD^+}

此反應在細胞質中進行。它再生的 $\mathrm{NAD}^{+}$ 可供糖解作用使用，尤其是甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化的步驟：

\mathrm{Glyceraldehyde\text{-}3\text{-}phosphate + P_i + NAD^+ \longrightarrow 1,3\text{-}bisphosphoglycerate + NADH + H^+}

Question 27

List the five coenzymes that are required for the oxidative decarboxylation of pyruvate. ($5\%$)

Accepted Answer

核心觀念 丙酮酸氧化脫羧由丙酮酸去氫酶複合體催化，將丙酮酸轉成乙醯輔酶 A，並產生二氧化碳與 NADH。這個多步驟反應需要五種輔酶，各自負責脫羧、電子轉移或乙醯基轉移。 解題方法 依丙酮酸去氫酶複合體反應流程，列出參與反應的五種輔酶： 1. 焦磷酸硫胺素（TPP）：協助丙酮酸脫羧，形成羥乙基中間物。 2. 硫辛醯胺（lipoamide）：接受羥乙基並將其氧化成乙醯基，同時傳遞乙醯基。 3. 輔酶 A（CoA）：接受乙醯基，生成乙醯輔酶 A。 4. 黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）：接受硫辛醯胺傳來的電子，使氧化型硫辛醯胺再生。

Question 28

Explain why the mammals cannot convert acetyl-CoA to glucose. ($5\%$)

Accepted Answer

核心觀念 本題考的是乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）能否提供葡萄糖新生所需的淨碳骨架。判斷重點不是乙醯基能否進入檸檬酸循環，而是其碳原子能否在哺乳類中淨轉變為葡萄糖。 解題方法 從丙酮酸脫氫酶反應與檸檬酸循環的碳流向判斷： 1. 丙酮酸脫氫酶反應不可逆。 丙酮酸經氧化脫羧生成乙醯-CoA： $$ 	ext{丙酮酸}+	ext{CoA}+	ext{NAD}^+ ightarrow 	ext{乙醯-CoA}+	ext{CO}2+	ext{NADH} $$ 因此，哺乳類不能藉由逆轉此反應，將乙醯-CoA轉回丙酮酸，再進入葡萄糖新生。 2. 檸檬酸循環不會淨產生可供葡萄糖新生的碳骨架。 乙醯-CoA與草醯乙酸結合進入檸檬酸循環；循環中會釋出二氧化碳，草醯乙酸則在循環末端再生。

Question 29

Describe the mechanism for transportation of fatty acid from the cytosol to mitochondria for $\beta$-oxidation. ($5\%$)

Accepted Answer

核心觀念

長鏈脂肪酸在細胞質側活化後形成脂醯輔酶 A（fatty acyl-CoA），但脂醯輔酶 A 無法直接穿過粒線體內膜。細胞利用肉鹼穿梭系統，把脂醯基送入粒線體基質，再進行 β-氧化。

解題方法：依序掌握活化與三個運輸步驟

脂肪酸活化：位於粒線體外膜細胞質側的脂醯輔酶 A 合成酶，催化脂肪酸與輔酶 A 結合，消耗 ATP，生成脂醯輔酶 A。反應可表示為：

$\text{脂肪酸}+\text{CoA}+\text{ATP}\rightarrow\text{脂醯-CoA}+\text{AMP}+\text{PP}_{i}$

ATP 被轉成 AMP，並伴隨焦磷酸水解，故此活化步驟消耗相當於 2 個高能磷酸鍵。
CPT-I 形成脂醯肉鹼：脂醯基轉移酶 I（CPT-I）位於粒線體外膜，將脂醯-CoA 上的脂醯基轉移至肉鹼，形成脂醯肉鹼。輔酶 A 留在細胞質側。

Question 30

Ketone bodies will be built up in the fasting mice. Why? ($5\%$)

Accepted Answer

核心觀念

這題考查禁食時的荷爾蒙變化如何促進肝臟生酮作用。酮體包括乙醯乙酸、β-羥丁酸與丙酮；它們由肝臟粒線體中的乙醯輔酶 A 合成，可供腦、心肌與骨骼肌等組織作為能量來源。

解題方法

依序追蹤禁食時脂肪的動員、肝臟的脂肪酸代謝，以及乙醯輔酶 A 的去向：

**脂肪動員增加：**禁食時胰島素降低、升糖素上升，促進脂肪組織脂解，釋出游離脂肪酸並送至肝臟。
**脂肪酸氧化增加：**肝臟將脂肪酸進行 β-氧化，產生大量乙醯輔酶 A、NADH 與 FADH₂。
**草醯乙酸供應受限：**禁食時肝臟加強糖質新生，草醯乙酸被抽離檸檬酸循環，用於製造葡萄糖。草醯乙酸不足，使檸檬酸循環無法充分利用 β-氧化所產生的乙醯輔酶 A。
**乙醯輔酶 A 轉入生酮作用：**多餘的乙醯輔酶 A 在肝臟粒線體中合成酮體。

Question 31

(a) succinate ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念 Succinate（琥珀酸根）是二羧酸琥珀酸失去兩個羧基上的質子後形成的二價陰離子。其碳骨架有四個碳，兩個末端碳各屬於一個羧酸根，中間以兩個亞甲基相連。 解題方法 先辨認琥珀酸的骨架為「兩端各一個羧基，中間兩個 $\mathrm{CH2}$」： $$ \mathrm{HOOC-CH2-CH2-COOH} $$ 題目指定的是琥珀酸根，將兩端羧基各失去一個質子，改為帶負電的羧酸根：

Question 32

(b) $\alpha$-ketoglutarate ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念 α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，又稱 2-氧代戊二酸）是含有五個碳的二羧酸。題目考查依碳鏈命名辨認官能基位置：兩端各有一個羧基，靠近其中一端羧基的 α 碳帶有酮基。 解題方法 先將戊二酸的五碳骨架編號，再在第 2 碳放置酮基： - 第 1、5 碳：羧基碳 - 第 2 碳：酮基碳 - 第 3、4 碳：亞甲基 因此結構式為： $$ \mathrm{HOOC{-}C(=O){-}CH2{-}CH2{-}COOH} $$ 也可展開表示為：

Question 33

(c) lactate ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念

乳酸根（lactate）是乳酸失去羧基上的一個質子後形成的陰離子，結構為 $2$ -羥基丙酸根。生理 pH 下，羧基主要以去質子化的羧酸根形式存在，因此畫 lactate 時應標出 $\mathrm{COO^-}$ ，而不是 $\mathrm{COOH}$ 。

在生物化學中，常見的乳酸根是 L-乳酸根，其手性中心為 $(S)$ 構型。

解題方法

依碳骨架命名，乳酸根有三個碳：末端甲基為 $\mathrm{CH_3}$ ，中間碳連接羥基 $\mathrm{OH}$ ，另一端為羧酸根 $\mathrm{COO^-}$ 。因此其縮寫結構式為：

\mathrm{CH_3-CH(OH)-COO^-}

Question 34

(d) citrate ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念 檸檬酸（citric acid）有三個羧基。三個羧基各失去一個質子後，形成檸檬酸根（citrate），帶總電荷 $-3$，分子式為 $\mathrm{C6H5O7^{3-}}$。作答時要掌握六個碳的連接方式，以及三個羧酸根與一個羥基的位置。 解題方法 先寫出六碳骨架：兩端各有一個 $\mathrm{CH2COO^-}$ 支鏈，中間碳則連接一個 $\mathrm{COO^-}$ 與一個 $\mathrm{OH}$。其結構如下：

Question 35

(a) Fatty acid synthesis ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念 哺乳類的脂肪酸新生合成主要在細胞質進行。乙醯輔酶 A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase, ACC）與脂肪酸合成酶（fatty acid synthase, FAS）皆位於細胞質，負責將乙醯輔酶 A 轉為丙二醯輔酶 A，再逐步延長脂肪酸碳鏈。 解題方法

Question 36

(b) Fatty acid elongation ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念 哺乳類脂肪酸延長作用主要在平滑內質網進行。內質網膜上的延長酶系統會將脂醯輔酶 A（fatty acyl-CoA）逐次延長，每一循環增加 2 個碳原子；反應使用丙二醯輔酶 A（malonyl-CoA）提供碳單位，並消耗 NADPH。 解題方法

Question 37

(c) Fatty acid desaturation ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念 脂肪酸去飽和作用是在脂肪酸碳鏈中引入雙鍵。哺乳類主要的去飽和酵素，例如硬脂醯輔酶 A 去飽和酶（stearoyl-CoA desaturase, SCD），位於內質網膜，尤其是平滑內質網。反應中的電子傳遞系統包括 NADH－細胞色素 $b5$ 還原酶與細胞色素 $b5$，並以分子氧作為電子接受者。

Question 38

(d) Phospholipids synthesis ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念 哺乳類細胞的膜磷脂主要在內質網（尤其是平滑內質網）合成。合成反應所需的脂肪酸活化、甘油脂骨架與磷脂頭基代謝酵素，多位於內質網膜；新合成的磷脂再分配至細胞各處膜系統。 解題方法

Question 39

(e) Ketone body synthesis ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念 酮體合成（ketogenesis）主要發生於肝細胞的粒線體基質。酮體包括乙醯乙酸、β-羥丁酸與丙酮；肝臟在脂肪酸氧化旺盛、乙醯輔酶 A 大量生成時，將部分乙醯輔酶 A 轉換為酮體，供其他組織作為能量來源。 解題方法 判斷代謝位置，可從關鍵反應與酵素辨認。酮體合成的主要步驟如下：

Question 40

(f) $\beta$-oxidation ($1\%$)

Accepted Answer

核心觀念

本題考查脂肪酸 β-氧化在哺乳類細胞中的亞細胞位置。一般脂肪酸的 β-氧化主要在粒線體基質進行；極長鏈脂肪酸則先在過氧化體進行初步 β-氧化，再將縮短後的脂肪酸送往粒線體繼續分解。

解題方法

判斷時先掌握一般脂肪酸 β-氧化的主要場所。長鏈脂肪酸進入粒線體後，在粒線體基質中反覆進行氧化、水合、再氧化與硫解，每一輪移除兩個碳，產生乙醯輔酶 A、NADH 與 FADH₂。

Question 41

Glutamate is an important neurotransmitter whose levels must be carefully regulated in the brain.

Explain how a high concentration of ammonia might disrupt this regulation and depletion of ATP. ( $4\%$ )

How might a high concentration of ammonia alter the citric acid cycle? ( $2\%$ )

Accepted Answer

核心觀念 本題考查腦部的氨解毒、麩胺酸—麩醯胺酸循環，以及氨如何牽動三羧酸循環（citric acid cycle, TCA cycle）。腦部主要由星狀膠細胞利用麩醯胺酸合成酶（glutamine synthetase, GS）將氨固定成麩醯胺酸： $$ 	ext{麩胺酸}+\mathrm{NH4^+}+\mathrm{ATP} \longrightarrow 	ext{麩醯胺酸}+\mathrm{ADP}+\mathrm{Pi} $$ 這個反應一方面消耗麩胺酸與 ATP，另一方面是腦部清除過量氨的重要途徑。腦部的麩胺酸回收與神經傳遞，也仰賴麩胺酸—麩醯胺酸循環及 ATP 維持的離子梯度。 解題方法 先追蹤氨解毒反應的底物與能量需求，再連結 ATP 對麩胺酸運輸的影響；最後確認氨固定成麩胺酸時會牽動哪個 TCA 中間物。 高濃度氨會促進 GS 反應，使星狀膠細胞中的麩胺酸轉成麩醯胺酸。麩胺酸因此被消耗，可用於神經傳遞或循環回收的量下降；而每合成一分子麩醯胺酸，便須消耗一分子 ATP。氨負荷持續升高時，麩醯胺酸合成需求增加，會加重 ATP 消耗。 ATP 下降也會削弱鈉鉀幫浦維持跨膜鈉離子梯度的能力。麩胺酸運輸蛋白依賴此梯度將突觸間隙的麩胺酸回收到細胞內；梯度受損時，麩胺酸清除效率下降，可能造成突觸外麩胺酸累積與神經毒性。

Question 42

Give two major routes for production of NADPH in mammals. ($4\%$)

Accepted Answer

核心觀念 本題考查哺乳類細胞如何產生 NADPH。NADPH 是還原力的來源，常用於脂肪酸與膽固醇合成，也用於維持還原型穀胱甘肽，以抵抗氧化壓力。 解題方法 作答時列出兩條能將 NADP⁺ 還原為 NADPH 的主要代謝途徑，並指出關鍵反應或酵素。 1. 磷酸戊糖途徑的氧化階段：葡萄糖-6-磷酸先經葡萄糖-6-磷酸去氫酶氧化，再經 6-磷酸葡萄糖酸去氫酶氧化脫羧；每分子葡萄糖-6-磷酸可產生兩分子 NADPH。

Question 43

Describe the chemiosmotic model proposed by Peter Mitchell for ATP synthesis in oxidative phosphorylation. ($3\%$)

Accepted Answer

核心觀念 本題考查 Peter Mitchell 提出的化學滲透模型：氧化磷酸化中的電子傳遞與 ATP 合成，藉由粒線體內膜兩側的質子電化學梯度相互耦聯。 電子傳遞鏈將電子由 NADH、FADH₂ 傳至氧，氧是末端電子接受者。電子傳遞釋出的能量用來把 H⁺由粒線體基質泵送至膜間腔，使內膜兩側形成質子濃度差與電位差；H⁺再順著電化學梯度經 ATP 合成酶回流，驅動 ATP 生成。 解題方法 作答時依序交代「能量來源、梯度如何形成、梯度如何促進 ATP 合成」即可： 1. 形成質子梯度：呼吸鏈複合體 I、III、IV 利用電子傳遞釋出的能量，將 H⁺由基質泵至膜間腔。複合體 II 參與電子傳遞，但不泵送 H⁺。 2. 儲存能量：粒線體內膜對 H⁺的通透性低，故 H⁺累積於膜間腔，造成膜間腔較酸、帶較正電，而基質較鹼、帶較負電。這兩種差異共同構成質子動力勢。 3. 合成 ATP：H⁺沿梯度經 ATP 合成酶的 F₀ 部分流回基質，促使酵素旋轉並引起 F₁ 部分構形改變，催化 ADP 與無機磷酸生成 ATP： $$ \mathrm{ADP + Pi \rightarrow ATP} $$

Question 44

Explain why compounds such as dinitrophenol (DNP) increase metabolic rates. ($2\%$)

Accepted Answer

核心觀念 本題考查粒線體的氧化磷酸化偶聯。電子傳遞鏈把電子傳給氧，並利用釋出的能量將質子由粒線體基質泵至膜間腔，建立跨內膜的質子電化學梯度。質子經由 ATP 合成酶回流至基質時，驅動 ATP 合成。 二硝基苯酚（DNP）是脂溶性的弱酸，可攜帶質子穿過粒線體內膜，使質子不經 ATP 合成酶便回流基質，因此會削弱質子梯度，降低氧化磷酸化的偶聯效率。 解題方法 由「DNP 使質子梯度消散」推論其對電子傳遞、ATP 合成與代謝速率的影響： 1. 質子梯度下降，ATP 合成酶可利用的質子動力降低，ATP 產量減少。 2. 電子傳遞鏈持續運作以建立質子梯度；質子外漏使梯度較難維持，電子傳遞與底物氧化因而加快。

111 年 國立中正大學生物醫學科學系生物醫學碩士班《生物化學》

第 1 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 2 題2 分

第 3 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 4 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 5 題2 分

第 6 題2 分

第 7 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 8 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 9 題2 分

第 10 題2 分

第 11 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 12 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 13 題2 分

第 14 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 15 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 16 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 17 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 18 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 19 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 20 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 21 題2 分

第 22 題2 分

第 23 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 24 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 25 題2 分

核心觀念

解題方法

選項分析

第 1 題5 分

核心觀念

解題方法

111 年國立中正大學生物醫學科學系生物醫學碩士班《生物化學》