113 年 國立成功大學細胞生物與解剖研究所《生物化學》

本部分為名詞解釋題，共列出12個生物化學相關術語，考生需從中選出10題進行作答，每題4分，總計40分。此處僅列出題目，無須作答。

核心觀念：此部分旨在測試考生對生物化學基本名詞的理解深度，涵蓋了蛋白質分析、代謝途徑、分子生物學、輔酶、生理學等廣泛領域。

作答建議：

1. 理解術語定義：清楚解釋每個術語的生物化學意義，包括其結構、功能、作用機制或在特定代謝途徑中的角色。
2. 切合生物化學觀點：強調從生物化學的角度進行解釋，例如涉及分子結構、化學反應、酶促動力學、代謝調控等。
3. 精準且簡潔：每個術語的解釋應力求精準，避免過於冗長或離題。
4. 依題意要求：題目要求從「生物化學觀點」解釋，因此解釋應聚焦於分子層面或代謝途徑。
5. 結構化解釋：對於較複雜的術語（如Cori cycle, Bohr effect），可適當分點說明，條理清晰。
6. 輔助說明：若有需要，可簡要提及相關的化學式或反應機制，但因篇幅限制，不宜過於詳細。

以下為部分術語的簡要解釋方向（實際作答需更詳細）：

• Cytochromes (細胞色素)：為含血紅素的蛋白質，作為電子傳遞鏈中的電子載體，參與氧化磷酸化過程，產生 ATP。其結構特徵是血紅素輔基，能夠氧化還原鐵離子。
• Ketone body (酮體)：由肝臟在脂肪酸氧化過程中產生，主要為乙醯乙酸、β-羥丁酸及丙酮。是身體在飢餓或糖尿病狀態下，腦部及其他組織的替代能量來源。
• Folic acid (葉酸)：一種水溶性維生素 B，在體內轉化為四氫葉酸 (THF)，是單碳單位 (如甲基、甲醯基) 的重要載體，參與核苷酸合成 (DNA 及 RNA 的前驅物) 及胺基酸代謝。
• Cori cycle (柯里循環)：肝臟與肌肉之間的一種葡萄糖代謝循環。肌肉無葡萄糖-6-磷酸酶，乳酸可被運至肝臟，在肝臟中轉化為葡萄糖，再釋放回血液供應肌肉。

本題主要考查動脈粥狀硬化的基本概念，特別是低密度脂蛋白 (LDL) 的組成、功能、代謝途徑，以及巨噬細胞在其中扮演的角色。

核心觀念：動脈粥狀硬化是一種慢性發炎性疾病，與血漿中脂蛋白的異常代謝密切相關，特別是 LDL 的氧化與巨噬細胞的累積。

解題步驟：

1. LDL 的定義與組成：

   • LDL 是一種脂蛋白，主要負責將膽固醇從肝臟運輸到周邊組織。
   • 其組成包括：核心為酯化膽固醇 (cholesteryl esters)，外層為游離膽固醇 (free cholesterol)、磷脂 (phospholipids)、游離脂肪酸 (free fatty acids) 及單層的蛋白質，其中最重要的蛋白質是載脂蛋白 B-100 (Apolipoprotein B-100, ApoB-100)。ApoB-100 是 LDL 受體 (LDL receptor) 的主要配體。

2. LDL 的正常功能：

   • 主要功能是將肝臟合成的膽固醇輸送到全身細胞，供細胞膜合成、類固醇荷爾蒙合成等生理需求。
   • 細胞透過細胞膜上的 LDL 受體辨識 LDL 上的 ApoB-100，將 LDL 內吞，釋放膽固醇供細胞使用。

3. LDL 的代謝：

   • 合成：LDL 主要由肝臟合成。肝臟合成極低密度脂蛋白 (VLDL)，VLDL 在血漿中釋放三酸甘油酯後，轉變為中密度脂蛋白 (IDL)，最後在肝臟或周邊組織被脂蛋白酶 (lipoprotein lipase, LPL) 作用，或經肝臟的 LDL 受體清除，轉變為 LDL。
   • 清除：LDL 主要透過肝臟上的 LDL 受體清除。LDL 受體辨識 LDL 上的 ApoB-100，將 LDL 內吞，膽固醇被釋放到肝細胞內。一部分膽固醇用於肝臟自身需求，一部分用於合成膽汁酸，一部分重新包裝成 VLDL 釋放。

本題考查鈣離子 ($Ca^{2+}$) 作為第二信使在細胞訊號傳遞中的作用機制，特別是透過 G 蛋白偶聯受體 (GPCR) 啟動磷脂酶 C (PLC) 的途徑。

核心觀念：鈣離子是細胞內重要的第二信使，能調節多種細胞功能。其濃度變化常由細胞外進入或細胞內儲存庫釋放所引起，並透過與特定蛋白質結合來傳遞訊號。

解題步驟：

1. 鈣離子作為第二信使的機制：

   • 細胞質中游離鈣離子的濃度極低（約 $10^{-7}$ M），但細胞外和細胞內儲存庫（如內質網、肌漿網）中的鈣離子濃度則高得多。
   • 當接收到細胞外訊號（如荷爾蒙、神經傳導物質）時，透過特定的訊號傳遞途徑，細胞膜上的離子通道打開，或細胞內儲存庫釋放鈣離子，導致細胞質中游離鈣離子濃度急劇升高。
   • 升高的鈣離子會與細胞內的鈣結合蛋白（如鈣調蛋白, calmodulin）結合，形成鈣離子-鈣調蛋白複合物。
   • 這個複合物能活化或抑制下游的目標蛋白質，例如蛋白質激酶 (protein kinases)、離子通道、磷酸酶等，從而引發一系列細胞反應，如肌肉收縮、神經傳導、基因表現調控、細胞增生等。

2. G 蛋白介導的磷脂酶 C (PLC) 活化：

   • 許多細胞外訊號分子（如某些荷爾蒙、神經傳導物質）透過結合細胞膜上的 G 蛋白偶聯受體 (GPCR) 來傳遞訊號。
   • 當配體與 GPCR 結合後，GPCR 會活化細胞膜上的異三聚體 G 蛋白 (heterotrimeric G protein)。
   • 活化的 G 蛋白 (通常是 Gq 亞型) 會使其 α 亞基與細胞膜上的酵素磷脂酶 C (PLC) 互動，從而活化 PLC。

3. 磷脂酶 C (PLC) 水解 $PIP_2$：

   • 活化的 PLC 是一種酵素，其作用底物是細胞膜磷脂中的磷脂醯肌醇 4,5-二磷酸 ($PIP_2$)。
   • PLC 將 $PIP_2$ 水解成兩種重要的第二信使：
     • 三醯甘油 (Diacylglycerol, DAG)：留在細胞膜上，活化蛋白質激酶 C (PKC)。
     • **肌醇三磷酸 ($Inositol 1,4,5-trisphosphate,$IP_3

本題考查轉譯過程中關鍵分子之一的轉運核酸 (tRNA) 的結構與功能，特別是其與 mRNA 和核糖體 RNA (rRNA) 的交互作用。

核心觀念：tRNA 是連接遺傳密碼與蛋白質序列的適配器分子，其獨特的結構使其能辨識 mRNA 上的密碼子並攜帶對應的胺基酸。

解題步驟：

1. tRNA 的定義與功能：

   • tRNA 是一類小分子 RNA (約 75-95 個核苷酸)，在蛋白質合成（轉譯）過程中扮演核心角色。
   • 其主要功能是充當「適配器分子」：一端攜帶特定的胺基酸，另一端則透過反密碼子 (anticodon) 辨識 mRNA 上的密碼子 (codon)。

2. tRNA 的結構：

   • 二級結構 (Secondary Structure)：tRNA 在細胞內會摺疊形成獨特的「三葉草」狀（cloverleaf）二級結構。這個結構由幾個莖 (stem) 和環 (loop) 組成，主要由鹼基對形成。關鍵區域包括：
     • 胺基酸接受臂 (Amino acid acceptor stem)：位於 tRNA 的 3' 端，通常是 CCA 序列，是胺基酸結合的位點。
     • 反密碼子環 (Anticodon loop)：包含一個由三個核苷酸組成的反密碼子，能夠與 mRNA 上的互補密碼子配對。
     • D 環 (D loop)：富含二氫尿苷 (dihydrouridine) 等變性鹼基，參與 tRNA 的摺疊及與胺醯-tRNA 合成酶的辨識。
     • T$\Psi$C 環 (T$\Psi$C loop)：富含假尿苷 (pseudouridine) 和胸苷 (thymidine)，參與 tRNA 與核糖體的結合。
   • 三級結構 (Tertiary Structure)：三葉草狀結構進一步摺疊，形成一個 L 形的緊湊三級結構。這個結構對於 tRNA 在核糖體上的正確定位和功能至關重要。

3. tRNA 與 mRNA 的互動：

   • 密碼子-反密碼子配對：tRNA 的反密碼子環上的反密碼子（例如 3'-UAC-5'）會與 mRNA 上對應的密碼子（例如 5'-AUG-3'）進行鹼基配對（遵循 Wats

本題考查肝醣 (glycogen) 代謝的調控機制，特別是胰島素 (insulin) 和升糖素 (glucagon) 在調節肝醣合成 (glycogenesis) 和肝醣分解 (glycogenolysis) 中的作用。

核心觀念：肝醣代謝是人體維持血糖恆定和能量供應的重要途徑，其合成與分解受到激素的精確調控，以應對身體不同時期的能量需求。

解題步驟：

1. 肝醣代謝的概述：

   • 肝醣是葡萄糖的儲存形式，主要儲存在肝臟和肌肉細胞中。
   • 肝醣合成 (Glycogenesis)：將葡萄糖轉化為肝醣的過程，主要發生在血糖水平升高時（如餐後），以儲存能量。
   • 肝醣分解 (Glycogenolysis)：將肝醣分解為葡萄糖的過程，主要發生在血糖水平降低時（如空腹或運動時），釋放葡萄糖以供應身體需求。肝臟肝醣分解產生的葡萄糖釋放到血液中，維持血糖；肌肉肝醣分解產生的葡萄糖則供肌肉自身使用。

2. 肝醣代謝的關鍵酶：

   • 肝醣合成酶 (Glycogen synthase)：催化葡萄糖單元添加到肝醣鏈上。
   • 肝醣磷解酶 (Glycogen phosphorylase)：催化肝醣鏈的分解，釋放葡萄糖-1-磷酸。
   • 磷酸化酶激酶 (Phosphorylase kinase)：活化肝醣磷解酶。
   • 葡萄糖-6-磷酸酶 (Glucose-6-phosphatase)：僅存在於肝臟，將葡萄糖-6-磷酸轉化為葡萄糖，以便釋放到血液中。

3. 激素調控機制：

   • 升糖素 (Glucagon)：
     • 由胰臟的 α 細胞分泌，主要在血糖水平低時釋放。
     • 作用於肝臟細胞（肌肉細胞對升糖素不敏感）。
     • 作用：升高血糖。
     • 調控：
       • 結合肝臟細胞膜上的受體，透過腺苷酸環化酶 (adenylate cyclase) 升高細胞內 cAMP 水平。
       • cAMP 活化蛋白激酶 A (PKA)。
       • PKA 磷酸化磷酸化酶激酶，使其活化。
       • 活化的磷酸化酶激酶磷酸化肝醣磷解酶，使其活化，促進肝醣分解 (glycogenolysis)。
       • PKA 同時也磷酸化肝醣合成酶，使其失活，抑制肝醣合成 (glycogenesis)。
   • 胰島素 (Insulin)：