112 年 國立成功大學生理學研究所《生命科學》

本題主要在探討生物體面對壓力（stress）時，內分泌系統的反應及其生理後果。這涉及到壓力荷爾蒙的釋放與調控，以及這些荷爾蒙對身體各器官系統的影響。

壓力反應的核心是「下視丘-腦下垂體-腎上腺軸」（Hypothalamic-Pituitary-Adrenal axis, HPA axis）的活化，以及交感神經系統與腎上髓質的協同作用。

一、內分泌系統的反應：

1. 急性壓力反應（交感神經-腎上腺髓質系統，SNS-Adrenal Medulla System）：

   • 當感知到立即的威脅或壓力源時，下視丘會發出神經訊號，透過交感神經系統直接刺激腎上腺髓質。
   • 腎上腺髓質釋放兒茶酚胺（catecholamines），包括腎上腺素（epinephrine）和去甲腎上腺素（norepinephrine）。
   • 生理後果： 這是典型的「戰或逃」（fight-or-flight）反應。
     • 心跳加速、血壓升高、呼吸頻率加快。
     • 血管收縮（非必要器官）和舒張（肌肉、心臟），增加血液供應給肌肉。
     • 肝臟糖質新生（gluconeogenesis）和肝醣分解（glycogenolysis），釋放葡萄糖進入血液，提供能量。
     • 脂肪分解（lipolysis），釋放脂肪酸作為能量來源。
     • 瞳孔放大，提高視覺能力。
     • 消化系統活動減緩。

2. 慢性壓力反應（下視丘-腦下垂體-腎上腺軸，HPA Axis）：

   • 當壓力持續存在時，下視丘會釋放促腎上腺皮質素釋放因子（Corticotropin-releasing hormone, CRH）。
   • CRH 刺激腦下垂體前葉釋放促腎上腺皮質素（Adrenocorticotropic hormone, ACTH）。
   • ACTH 進入血液，到達腎上腺皮質。

本題旨在探討遺傳物質（DNA）如何從一代傳遞到下一代，從分子生物學的角度進行闡述。這主要涉及細胞複製（mitosis）和生殖細胞產生（meiosis），以及 DNA 的結構與複製機制。

核心概念： 遺傳物質的延續依賴於細胞分裂（有絲分裂和減數分裂）以及 DNA 本身的精確複製。

分子生物學的觀點：

1. DNA 的結構與穩定性：

   • DNA 是一種雙螺旋結構，由兩條反向平行的脫氧核苷酸鏈組成，藉由鹼基配對（A-T, G-C）透過氫鍵連接。這種結構穩定且能準確複製。
   • DNA 序列攜帶了生物體的遺傳訊息。

2. DNA 的複製（Replication）：

   • DNA 複製是細胞分裂（包括體細胞分裂和生殖細胞分裂）的前提。此過程是半保留複製（semiconservative replication），確保了遺傳訊息的準確傳遞。
   • 關鍵步驟：
     • 解旋： 解旋酶（helicase）解開 DNA 雙螺旋的氫鍵，形成複製叉（replication fork）。
     • 引子合成： 引導酶（primase）合成一段 RNA 引子（primer），提供 3' 端羥基。
     • DNA 合成： DNA 聚合酶 III（DNA polymerase III）沿著模板鏈，從 5' 端到 3' 端添加互補的脫氧核苷酸。
     • 滯後鏈合成： 由於 DNA 聚合酶只能沿 5'→3' 方向合成，因此滯後鏈（lagging strand）是以岡崎片段（Okazaki fragments）的形式不連續合成。
     • 引子移除與連接： DNA 聚合酶 I（DNA polymerase I）移除 RNA 引子並填補 DNA，DNA 連接酶（ligase）將岡崎片段連接起來。
   • 準確性： DNA 聚合酶具有校對（proofreading）能力，能糾正錯誤，確保複製的準確性。

3. 細胞分裂傳遞遺傳物質：

   • 體細胞（Somatic Cells）的延續（有絲分裂 Mitosis）：
     • 當個體成長、組織修復或無性生殖時，體細胞會進行有絲分裂。

本題探討人體在寒冷環境下如何維持恆定的體溫，這屬於生理學中的體溫調節機制，特別是關於產熱和散熱的平衡。

核心概念： 人體是恆溫動物（homeotherm），能夠透過生理和行為機制來維持體溫在一個相對穩定的範圍（約 37°C），即使外界溫度變化劇烈。在寒冷環境下，維持體溫的關鍵是增加產熱並減少散熱。

維持體溫的機制（特別是在寒冷環境下）：

1. 體溫調節中樞：

   • 體溫調節的主要中樞位於下視丘（hypothalamus）。下視丘接收來自體表和體內的溫度感受器（thermoreceptors）的訊號，並發出指令來調節產熱和散熱。

2. 增加產熱（Heat Production）：

   • 基礎代謝率： 身體在靜止狀態下持續進行的代謝活動本身就能產生熱量。
   • 肌肉活動：
     • 骨骼肌收縮（Skeletal Muscle Contraction）： 這是最主要的產熱方式。
       • 不自主顫抖（Shivering）： 當體溫下降時，下視丘會觸發骨骼肌的快速、不自主收縮（顫抖）。每一次肌肉收縮都會消耗 ATP 並釋放能量，大部分以熱能形式散失，顯著增加產熱。
       • 自主性產熱（Non-shivering Thermogenesis）： 主要在嬰幼兒和某些動物中較為顯著，涉及交感神經系統刺激棕色脂肪組織（brown adipose tissue, BAT）。棕色脂肪富含粒線體，其內的解偶聯蛋白（uncoupling protein, UCP1）能使質子繞過 ATP 合成酶直接回流到粒線體基質，將氧化磷酸化產生的能量直接轉化為熱能，而非 ATP。成年人棕色脂肪較少，但仍有一定作用。
     • 運動： 主動的體力活動會顯著增加肌肉產熱。
   • 荷爾蒙調節：
     • 甲狀腺素（Thyroid Hormones）： 甲狀腺素能提高細胞的代謝速率，增加基礎代謝，從而增加產熱。在寒冷環境下，下視丘-腦下垂體-甲狀腺軸（HPT axis）可能被輕微激活，增加甲狀腺素的釋放。

本題為開放性問題，旨在了解考生對生理學領域的興趣、對未來研究方向的思考，以及表達個人觀點和動機的能力。作為一名補教名師，我無法提供具體的「個人」興趣，但我可以示範一個可能的回應架構與內容，並說明其思考邏輯。

回應架構與思考邏輯：

1. 選擇一個具體的研究領域或主題： 選擇一個在生理學中較為熱門、有研究潛力，且能展現個人對該領域深入理解的題目。例如：神經生理學、心血管生理學、內分泌學、運動生理學、免疫生理學、細胞生理學等。
2. 闡述為何對此領域感興趣：
   • 學術啟發： 曾接觸過的課程、閱讀過的文獻、聽過的演講，或某個科學發現的震撼。
   • 科學問題的吸引力： 該領域存在哪些未解的謎團或重大的科學問題，吸引你去探索？
   • 潛在應用價值： 該領域的研究成果可能對人類健康、疾病治療、生活品質改善等方面產生哪些重要影響？
   • 個人特質或經驗： 是否有與該領域相關的個人經驗或特質，讓你特別投入？
3. 連結至生理學研究所的訓練： 說明為何生理學研究所的訓練能幫助你深入研究這個領域。

範例回答（此為示範，考生應根據自身真實情況作答）：

「在我對生理學的學習過程中，我對神經生理學中關於學習與記憶的分子機制特別感興趣。

興趣的來源與原因：
首先，學習與記憶是大腦最核心、最令人著迷的功能之一。我們如何接收訊息、儲存經驗、並能隨時提取使用，這背後涉及複雜的神經迴路、突觸可塑性、以及多種分子和離子通道的協同作用。