109 年 國立中山大學生物科學系碩士班乙組《生物化學》

此題考查對醣類化學結構中「差向異構物 (epimer)」的定義。

差向異構物是指兩種立體異構物（stereoisomers），它們在一個手性碳原子上的構型不同，而其他所有手性碳原子的構型都相同。

選項 (A) 描述的是環狀醣類中，五員環（furanose）與六員環（pyranose）的區別，這與差向異構物的定義無關。
選項 (B) 描述的是直鏈醣類中，醛醣（aldose）與酮醣（ketose）的區別，這也與差向異構物的定義無關。

核心觀念

本題考查單醣的異構物分類，重點是辨認羰基官能基的位置與種類。

• 醛糖（aldose）：含有醛基，羰基位於碳鏈末端，通常在 $C1$。
• 酮糖（ketose）：含有酮基，羰基位於碳鏈內部，常見於 $C2$。
• 醛糖與酮糖之間若只有羰基位置及相關鍵結方式不同，屬於結構異構物，也可稱為官能基異構物（functional group isomers），不屬於幾何構型異構物。

例如：

• 葡萄糖（glucose）是醛糖，$C1$ 具有醛基。
• 果糖（fructose）是酮糖，$C2$ 具有酮基。

兩者分子式皆為 $C_6H_{12}O_6$，但原子連接方式不同，因此是結構異構物。

解題方法

判斷糖類異構物的分類時，先比較兩個分子：

1. 分子式是否相同；
2. 原子彼此的連接方式是否相同；
3. 若連接方式相同，再比較三維空間排列。

本題描述的是醛基與酮基的位置發生改變，代表羰基在碳鏈上的位置不同，屬於原子連接方式的差異。例如：

$$\text{Glucose：} \mathrm{CHO-(CHOH)_4-CH_2OH}$$ $$\text{Fructose：} \mathrm{CH_2OH-CO-(CHOH)_3-CH_2OH}$$

因此，這不是只改變某個立體中心的排列，而是改變了官能基的位置與分子骨架連接方式。題目所描述的類型不在選項 A 至 D 之中，故選擇 E。

選項分析

(A) anomers

錯誤。

Anomers（異頭物）是環狀糖在**異頭碳（anomeric carbon）**上的構型不同所形成的立體異構物。

例如，$\alpha$-D-glucose 與 $\beta$-D-glucose 的差異，只在於異頭碳上的羥基方向不同：

• $\alpha$-型：異頭羥基與 $CH_2OH$ 方向相反；
• $\beta$-型：異頭羥基與 $CH_2OH$ 方向相同。

Anomers 不涉及醛基與酮基位置的改變。

(B) diastereoisomers

錯誤。

此題考查對幾丁質 (Chitin) 和瓊脂 (Agarose) 的生物分子類別的認識。

幾丁質 (Chitin) 是一種結構性多醣，是節肢動物外骨骼和真菌細胞壁的主要成分。它是一種長鏈的葡萄糖胺聚合物，其中每個葡萄糖單元都經過 N-乙醯化。

瓊脂 (Agarose) 是一種從海藻中提取的膠狀多醣，也是一種聚合物，主要由重複的單元組成，如半乳糖和 3,6-脫水半乳糖。它常用於分子生物學中的電泳凝膠。

核心觀念

本題考查醣蛋白（glycoprotein）的功能、分布位置，以及醣鏈與胺基酸的連接方式。

醣蛋白是由蛋白質與寡醣鏈共價結合形成的複合物，常見功能包括：

• 細胞—細胞辨識（cell-cell recognition）
• 細胞黏附
• 受體與訊號傳遞
• 免疫辨識
• 蛋白質穩定性與運輸

醣鏈主要有兩種連接型式：

• N-linked oligosaccharide：醣鏈連接至天門冬醯胺（Asn）的醯胺氮。
• O-linked oligosaccharide：醣鏈連接至絲胺酸（Ser）或蘇胺酸（Thr）的羥基氧。

解題方法

逐一核對各敘述是否符合醣蛋白的基本特性：

1. 判斷醣蛋白是否參與細胞辨識。
2. 區分醣蛋白的整體分布與細胞膜醣蛋白的膜拓撲位置。
3. 辨認 O-linked 與 N-linked 醣鏈的連接原子。

選項分析

(A) They can act in cell-cell recognition.

正確。細胞膜外側的醣蛋白，其醣鏈可作為細胞表面辨識標誌，參與細胞—細胞辨識、細胞黏附及免疫辨識。例如免疫細胞辨認其他細胞時，會辨識細胞表面的醣蛋白與醣脂結構。

(B) They can be found on the outer face of the cell membrane only.

錯誤。若題意是指「所有醣蛋白只能存在於細胞膜外側」，則不正確。醣蛋白也可存在於：

• 細胞膜內部或細胞器膜系統
• 細胞外液與血漿中
• 內質網、高基氏體及分泌途徑中的膜結構

需要注意的是，細胞膜上的醣蛋白，其醣鏈通常位於非細胞質側，亦即細胞膜外側；這是膜蛋白拓撲與醣基化發生於內質網腔面、高基氏體腔面的結果。但這不代表所有醣蛋白都只能位於細胞膜外側，因此本選項的「only」使敘述錯誤。

**(C) O-liked oligosaccharides is attached to the amide nitrogen of an Asn residue.

此題考查影響糖解作用 (glycolysis) 的調控因子。糖解作用是一個複雜的代謝途徑，其速率受多種因素調控，其中一些是關鍵酶的變構調節劑。

讓我們逐一分析選項中的物質：
(A) Glucose-1-phosphate (葡萄糖-1-磷酸)：這是肝醣分解 (glycogenolysis) 的產物，也是肝醣合成 (glycogenesis) 的中間產物。它本身並非直接增強糖解作用的調控因子。

(B) Fructose-1,6-bisphosphate (果糖-1,6-二磷酸)：這是糖解作用中由果糖-6-磷酸 (fructose-6-phosphate) 經過磷酸果糖激酶-1 (PFK-1) 催化產生的中間產物。它本身是糖解途徑的產物，同時也是 PFK-1 的一種變構產物 (allosteric product)，會對 PFK-1 產生正回饋，進一步促進糖解作用。然而，它不是 外源性 的增強因子，而是途徑本身的累積物。

(C) Fructose-2,6-bisphosphate (果糖-2,6-二磷酸)：這是糖解作用最重要的變構激活劑之一。它由 PFK-2 (phosphofructokinase-2) 催化果糖-6-磷酸合成。果糖-2,6-二磷酸能強烈激活 PFK-1，顯著提高糖解作用的速率。此選項正確。

此題考查肌肉在有氧與無氧條件下，乳酸生成量的差異及其原因。

肌肉收縮時，主要的能量來源是 ATP。ATP 的生成途徑包括：

1. 無氧條件：主要依賴糖解作用 (glycolysis) 產生 ATP。糖解作用的最終產物是丙酮酸 (pyruvate)。在無氧情況下，為了使 NAD+ 能夠不斷再生以維持糖解作用的持續進行，丙酮酸會被還原成乳酸 (lactate)，同時 NADH 被氧化成 NAD+。
2. 有氧條件：糖解作用產生的丙酮酸會進入粒線體，經過丙酮酸脫羧酶 (pyruvate dehydrogenase) 的作用轉化為乙醯輔酶 A (acetyl-CoA)，然後進入檸檬酸循環 (citric acid cycle) 和氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 途徑，產生大量的 ATP。

現在我們分析各選項：
(A) Glycolysis does not occur to significant extent under aerobic conditions. (糖解作用在有氧條件下不會顯著發生。)
這是錯誤的。即使在有氧條件下，糖解作用仍然會發生，並且是檸檬酸循環的起始步驟，產生乙醯輔酶 A。事實上，有氧條件下糖解作用的速率可能更高，因為 ATP 的需求量大。

(B) Muscle is metabolically less active under aerobic than anaerobic conditions. (肌肉在有氧條件下的代謝活性比無氧條件下低。)
這也是錯誤的。有氧條件下，通過氧化磷酸化可以產生遠多於無氧條件的 ATP，因此肌肉的代謝活性（能量產生能力）在有氧條件下更高，能夠支撐更劇烈或更持久的活動。

此題考查在劇烈收縮的肌肉中，維持糖解作用持續進行所需的 NADH 再氧化途徑。

在劇烈收縮的肌肉中，氧氣供應不足，處於無氧狀態。糖解作用是主要的 ATP 來源。糖解作用的第七步（由甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化）會產生 NADH。為了使糖解作用能夠持續進行，NADH 必須被重新氧化為 NAD+，以便在後續的糖解步驟中再次被利用。

在無氧條件下，肌肉細胞的 NADH 再氧化途徑主要是將丙酮酸 (pyruvate) 還原成乳酸 (lactate)，同時 NADH 被氧化成 NAD+。這個反應由乳酸脫氫酶 (lactate dehydrogenase, LDH) 催化。

現在分析選項：
(A) Dihydroxyacetone phosphate => glycerol 3-phosphate. (二羥丙酮磷酸 => 甘油-3-磷酸)
這個反應是甘油-3-磷酸脫氫酶 (glycerol-3-phosphate dehydrogenase) 催化的，它會消耗 NADH 並產生 NAD+。然而，這個反應並非糖解作用的下游反應，也不是在肌肉中主要的 NADH 再氧化途徑，它更多地與甘油磷脂的合成或與甘油的代謝有關。

核心觀念

本題考查肝醣分解（glycogenolysis）中肝醣磷酸化酶（glycogen phosphorylase）的功能。

肝醣磷酸化酶利用無機磷酸（$P_i$）切斷肝醣分子中以 $\alpha$-1,4 醣苷鍵連接的葡萄糖殘基，進行「磷酸解」（phosphorolysis），產生葡萄糖-1-磷酸（glucose-1-phosphate, G1P）與縮短的肝醣鏈：

$$\text{Glycogen}_{n}+P_i \longrightarrow \text{Glycogen}_{n-1}+\text{glucose-1-phosphate}$$

因此，肝醣磷酸化酶的主要作用是從肝醣末端逐一釋放 G1P，而不是直接產生游離葡萄糖。

解題方法

判斷本題的切入點是辨認「肝醣磷酸化酶」所處的代謝步驟：

1. 肝醣是儲存葡萄糖的多醣。
2. 肝醣分解時，肝醣磷酸化酶切斷 $\alpha$-1,4 醣苷鍵。
3. 反應使用 $P_i$，因此稱為磷酸解，而非水解。
4. 主要產物是 G1P。
5. G1P 後續再由磷酸葡萄糖變位酶（phosphoglucomutase）轉換成葡萄糖-6-磷酸（G6P）。

依據上述定義，能直接描述「從肝醣分子釋放 G1P 的磷酸解反應」者，即為正確答案。

選項分析

(A) the conversion of glucose-1-phosphate to glucose-6-phosphate.

錯誤。G1P 轉換為 G6P 是磷酸葡萄糖變位酶的功能，反應為：

$$\text{Glucose-1-phosphate} \rightleftharpoons \text{Glucose-6-phosphate}$$

肝醣磷酸化酶負責的是肝醣分解並產生 G1P，不負責 G1P 與 G6P 之間的轉換。

(B) to break down ATP.

核心觀念

肝醣分解的主要步驟如下：

$$\text{Glycogen} \xrightarrow{\text{glycogen phosphorylase}} \text{Glucose 1-phosphate} \xrightarrow{\text{phosphoglucomutase}} \text{Glucose 6-phosphate}$$

若要釋放成可進入血液的游離葡萄糖，還需要：

$$\text{Glucose 6-phosphate} \xrightarrow{\text{glucose 6-phosphatase}} \text{Glucose}+\text{Pi}$$

肝臟與腎臟具有 glucose 6-phosphatase，可將 glucose 6-phosphate 去磷酸化並輸出葡萄糖至血液。骨骼肌缺乏此酵素，因此肌肉肝醣雖然能分解成 glucose 6-phosphate，卻不能直接轉換成游離葡萄糖供應血糖。

解題方法

判斷肌肉肝醣能否直接提高血糖，關鍵在於確認肌肉是否能完成最後一步：

$$\text{Glucose 6-phosphate} \rightarrow \text{Glucose}$$

肌肉細胞具有 glycogen phosphorylase，可將肝醣分解；也具有 phosphoglucomutase，可將 glucose 1-phosphate 轉為 glucose 6-phosphate。生成的 glucose 6-phosphate 主要進入糖解作用，供肌肉自身產生 ATP。

但是，肌肉缺乏 glucose 6-phosphatase，無法移除 glucose 6-phosphate 的磷酸基。因此肌肉肝醣不能直接形成游離葡萄糖並釋放至血液。

選項分析

(A) muscle glycogen cannot be converted to glucose 6-phosphate.

錯誤。肌肉具有 glycogen phosphorylase 與 phosphoglucomutase，能依序完成：

此題考查肝醣代謝相關知識，要求找出一個不正確的敘述。

讓我們逐一分析每個選項：

(A) Low blood glucose will promote dephosphorylation of pyruvate kinase. (低血糖會促進丙酮酸激酶的去磷酸化。)
低血糖時，身體會試圖升高血糖。丙酮酸激酶 (pyruvate kinase) 是糖解作用的關鍵酶，其活性受到激素調控。在肝臟中，低血糖（胰高血糖素升高）會導致 cAMP 升高，進而促進蛋白激酶 A (PKA) 的活性。PKA 會磷酸化丙酮酸激酶，使其活性降低，從而抑制糖解作用，將葡萄糖-6-磷酸導向肝醣合成或檸檬酸循環。因此，低血糖會促進丙酮酸激酶的磷酸化（使其活性降低），而不是去磷酸化。此敘述是錯誤的。

(B) ATP is an allosteric factor for controlling glycogen phosphorylase b. (ATP 是控制肝醣磷解酶 b 的變構因子。)
肝醣磷解酶 b (glycogen phosphorylase b) 是肝醣磷解酶的活性較低的形式。在肌肉中，ATP 是一種變構抑制劑，會結合到肝醣磷解酶 b 的變構位點，降低其對 AMP 的敏感性，從而抑制其活性。此敘述正確。

(C) The first step in glycogen breakdown does not require ATP. (肝醣分解的第一步不需要 ATP。)
肝醣分解的第一步是肝醣磷解酶 (glycogen phosphorylase) 催化的磷解反應，釋放出葡萄糖-1-磷酸。這個反應是磷酸鍵的斷裂，利用無機磷酸 (Pi) 而非 ATP。因此，此步驟不直接消耗 ATP。此敘述正確。

核心觀念

本題考查檸檬酸循環（citric acid cycle, TCA cycle）中的受質階層磷酸化。

所謂高能磷酸化合物，主要指具有高磷酸基轉移潛能的分子，例如 ATP、GTP。TCA 循環中唯一直接形成高能磷酸化合物的反應，是由 succinyl-CoA synthetase 催化的反應：

$$\text{Succinyl-CoA}+\text{Pi}+\text{GDP} \rightarrow \text{Succinate}+\text{CoA-SH}+\text{GTP}$$

部分組織或教材以 ADP 作為受體，反應產物則為 ATP：

$$\text{Succinyl-CoA}+\text{Pi}+\text{ADP} \rightarrow \text{Succinate}+\text{CoA-SH}+\text{ATP}$$

因此，不論形成 GTP 或 ATP，均屬於高能磷酸化合物。

解題方法

判斷各選項的反應是否直接產生 ATP 或 GTP。

TCA 循環中只有 succinyl-CoA 轉變為 succinate 的步驟，利用 succinyl-CoA 的高能硫酯鍵所釋放的能量，先形成高能磷酸化中間體，再將磷酸基轉移給 GDP 或 ADP，完成受質階層磷酸化。

反應機制可概略表示為：

$$\text{Succinyl-CoA}+\text{Pi} \rightarrow \text{Succinyl phosphate}$$

接著形成酵素上的磷酸化中間體：

$$\text{Succinyl phosphate}+\text{His} \rightarrow \text{Succinate}+\text{Phosphohistidine}$$

最後由 phosphohistidine 將磷酸基轉移給 GDP：

$$\text{Phosphohistidine}+\text{GDP} \rightarrow \text{Histidine}+\text{GTP}$$

所以此反應會直接生成 GTP，符合題目所問的 high-energy phosphate compound。

選項分析

(A) succinate dehydrogenase

此酵素催化 succinate 氧化為 fumarate：

$$\text{Succinate}+\text{FAD} \rightarrow \text{Fumarate}+\text{FADH}_2$$

此反應產生的是還原型 FAD，電子之後可進入電子傳遞鏈，協助形成質子梯度並間接生成 ATP，但反應本身沒有直接形成 ATP、GTP 等高能磷酸化合物。

因此錯誤。

(B) succinyl-CoA synthetase

此酵素催化 succinyl-CoA 轉變為 succinate，並將反應能量用於生成 GTP 或 ATP：

核心觀念

本題考查真核細胞中兩條重要代謝途徑的細胞定位：

• 糖解作用（glycolysis）：發生於細胞質基質（cytosol）。
• 三羧酸循環（TCA cycle，又稱檸檬酸循環）：主要發生於粒線體基質（mitochondrial matrix）。

糖解作用將葡萄糖分解為丙酮酸，不需直接依賴粒線體；丙酮酸進入粒線體後，經由丙酮酸脫氫酶複合體轉化為 acetyl-CoA，再進入 TCA cycle。

解題方法

依序判斷兩個空格的位置：

1. 真核細胞的糖解作用位於細胞質。
2. TCA cycle 的酵素大多位於粒線體基質，因此反應主要在粒線體內進行。

因此完整敘述為：

glycolysis occurs in the cytoplasm, and the TCA cycle reactions take place in the mitochondria.

選項分析

• (A) mitochondria; mitochondria
  錯誤。TCA cycle 位於粒線體，但糖解作用發生在細胞質，不是在粒線體。

此題考查粒線體電子傳遞鏈 (electron transport chain, ETC) 的組成與功能，要求找出錯誤的敘述。

粒線體電子傳遞鏈包含四個主要的蛋白質複合物 (Complex I-IV) 以及兩個移動載體（輔酶 Q 和細胞色素 c）。

讓我們逐一分析選項：
(A) Cytochrome oxidase carries electrons from cytochrome c to oxygen. (細胞色素氧化酶將電子從細胞色素 c 傳遞給氧氣。)
細胞色素氧化酶 (Cytochrome oxidase)，即複合物 IV (Complex IV)，是電子傳遞鏈的最後一個複合物。它確實將來自細胞色素 c 的電子傳遞給氧氣 (O2)，氧氣被還原成水 (H2O)。此敘述正確。

(B) Q cycle occurs through complex IV. (Q 循環通過複合物 IV。)
Q 循環 (Q cycle) 是一個特殊的電子傳遞過程，它發生在複合物 III (Cytochrome bc1 complex) 中。

核心觀念

電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC）的功能，是將 NADH 或 FADH₂ 所攜帶的高能電子，依序傳遞給不同的電子載體，最後交給氧分子。

在有氧呼吸中，氧氣是末端電子受體（terminal electron acceptor），接受電子與質子後被還原成水：

$$\mathrm{O_2 + 4e^- + 4H^+ \rightarrow 2H_2O}$$

因此，電子傳遞鏈末端形成的「最終還原產物」是 $\mathrm{H_2O}$。

解題方法

判斷此題的切入點是區分：

• 最初提供電子的物質：NADH、FADH₂
• 中間傳遞電子的載體：ubiquinone、cytochrome c
• 最後接受電子的物質：O₂
• O₂ 接受電子後被還原形成的產物：H₂O

電子在粒線體內膜上的主要傳遞順序可概括為：

$$\mathrm{NADH \rightarrow Complex\ I \rightarrow ubiquinone \rightarrow Complex\ III \rightarrow cytochrome\ c \rightarrow Complex\ IV \rightarrow O_2}$$

在 Complex IV，氧氣接受電子與質子，生成水。因此題目詢問「final reduced species」時，答案是被還原後形成的水，而不是作為電子受體的氧氣本身。

選項分析

• (A) H₂O：正確。
  氧氣在電子傳遞鏈末端接受電子與質子，被還原成水。水是電子傳遞鏈最後生成的還原產物。

核心觀念

本題考查氧化磷酸化中 ATP synthase 的結構與質子驅動 ATP 合成機制。

ATP synthase 由兩個主要部分組成：

• $F_o$ complex：嵌在內膜中，形成質子通道。質子順著其電化學梯度通過 $F_o$，促使膜內的 c-ring 與中央軸旋轉。
• $F_1$ complex：突出於膜外，含有催化 ATP 合成的 $\alpha_3\beta_3$ 結構。旋轉所提供的機械能使 ADP 與 $P_i$ 合成 ATP。

質子沿電化學梯度移動所釋放的能量，可概念化表示為：

$$\Delta G_{\mathrm{H^+}}=RT\ln\left(\frac{[\mathrm{H^+}]_{\mathrm{matrix}}}{[\mathrm{H^+}]_{\mathrm{intermembrane}}}\right)+F\Delta\psi$$

在粒線體中，質子由膜間隙流回基質，通過 ATP synthase 的 $F_o$ 部分，驅動 $F_1$ 部分進行 ATP 合成。

解題方法

判斷關鍵在於區分「質子通過的位置」與「ATP 生成的位置」：

1. 題幹問的是 protons move “down” their electrochemical gradient，也就是質子順著電化學梯度流動的通道。
2. 質子必須通過粒線體內膜，因此通道必須是 ATP synthase 中嵌入膜內的部分。
3. $F_o$ 位於膜內並形成質子通道；$F_1$ 位於膜外，主要負責催化 ATP 合成。
4. 因此正確答案為 $F_o$ complex。

選項分析

(A) the $F_o$ complex of ATP synthase：正確

$F_o$ 是 ATP synthase 的膜內部分，含有質子通道及 c-ring。質子順著電化學梯度通過 $F_o$ 時，會驅動 c-ring 和中央軸旋轉，進而將能量傳遞給 $F_1$，促進 ATP 生成。

此題考查呼吸抑制劑 (respiratory inhibitors) 和解偶聯劑 (uncouplers) 的區別。兩者都會影響粒線體的氧化磷酸化過程，但作用機制不同。

電子傳遞鏈和氧化磷酸化是耦合的過程。電子傳遞鏈將電子傳遞給氧氣，同時將質子泵入膜間隙，形成質子梯度。這個質子梯度是驅動 ATP 合成的能量來源。ATP 合成酶利用質子順著梯度流回基質的能量來合成 ATP。

呼吸抑制劑：這些物質會直接阻斷電子傳遞鏈中的一個或多個複合物，從而阻止電子流動，也間接阻止了質子泵送和 ATP 合成。例如，氰化物 (cyanide) 抑制複合物 IV。

解偶聯劑 (Uncouplers)：這些物質會破壞質子梯度，允許質子繞過 ATP 合成酶直接流回基質，從而使電子傳遞鏈繼續運作，但 ATP 合成的效率大大降低，能量以熱能的形式散失。它們不直接抑制電子傳遞鏈。例如，DNP (2,4-dinitrophenol)。

現在分析各選項：
(A) Uncouplers are toxic substances while respiratory inhibitors are not. (解偶聯劑是有毒物質，而呼吸抑制劑不是。)
兩者都可能是有毒的。許多呼吸抑制劑（如氰化物）劇毒，而一些解偶聯劑（如 DNP）也具有毒性。這種區分不準確。

核心觀念

本題考查粒線體電子傳遞鏈與氧化磷酸化的偶聯關係，以及 Dinitrophenol（DNP）的作用機制。

電子傳遞鏈位於粒線體內膜，電子經由複合體 I、III、IV 傳遞至氧，並將質子 $H^+$ 自基質泵至膜間腔，形成質子電化學梯度。此梯度所儲存的能量稱為質子動力勢，主要包含：

• 跨膜質子濃度差
• 跨膜電位差

ATP synthase 的 $F_0$ 部分形成質子通道，$F_1$ 部分利用質子回流所提供的能量，催化：

$$ADP + P_i \rightarrow ATP$$

DNP 是脂溶性弱酸，能攜帶質子穿越粒線體內膜，使質子不經由 ATP synthase 便返回基質。因此，DNP 會消散質子梯度，使電子傳遞與 ATP 合成失去偶聯。

解題方法

判斷本題的關鍵，是區分「電子傳遞鏈本身」與「質子梯度驅動的 ATP 合成」。

DNP 的作用不是直接阻斷電子流，而是降低內膜兩側的質子梯度：

$$\text{電子傳遞鏈} \longrightarrow \text{建立質子梯度}$$ $$\text{DNP} \longrightarrow \text{消散質子梯度}$$

當質子梯度被消散時，電子傳遞鏈仍可繼續運作，氧消耗甚至可能增加；但 ATP synthase 缺乏足夠的質子動力勢，ATP 生成效率大幅下降。原本用於合成 ATP 的能量會以熱能形式散失。

因此，DNP 是典型的氧化磷酸化解偶聯劑，正確機制為「消散質子梯度」。

選項分析

（A）dissipating the proton gradient

正確。

DNP 將質子從膜間腔帶回粒線體基質，繞過 ATP synthase，使內膜兩側的質子濃度差與膜電位差下降。質子動力勢消失後，電子傳遞與 ATP 合成不再緊密偶聯。

（B）inhibiting cytochrome oxidase

錯誤。

核心觀念

本題考查光合作用中的氧化還原角色。還原劑（reductant）是提供電子、使其他物質被還原的物質；在氧化還原反應中，還原劑本身會被氧化。

氧化型光合作用的總反應可概括為：

$$6\mathrm{CO_2}+6\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_6}+6\mathrm{O_2}$$

其中，水失去電子並被氧化成分子氧，因此水是光合作用中的電子供體與還原劑：

$$2\mathrm{H_2O}\rightarrow \mathrm{O_2}+4\mathrm{H^+}+4e^-$$

光反應產生的電子經由電子傳遞鏈，最終協助形成 NADPH；NADPH 再將電子提供給碳固定反應，使二氧化碳還原形成醣類。

解題方法

判斷選項是否為還原劑，關鍵是看該物質是否能在光合作用中提供電子。

在植物、藻類與藍綠菌進行的氧化型光合作用中，光能驅動水分子裂解。水提供電子，副產物是氧氣。因此，在所有選項中，符合光合作用電子來源與還原劑定義的是 $\mathrm{H_2O}$。

選項分析

• (A) $\mathrm{H_2O}$：正確。
  水在光系統 II 中被氧化，釋放電子與質子，並產生 $\mathrm{O_2}$。

核心觀念

光合作用可分為兩大部分：

1. 光反應（light-dependent reactions）：位於葉綠體類囊體膜，必須直接吸收光能，產生 ATP 與 NADPH，並分解水、釋放氧氣。
2. 碳固定與 Calvin cycle：位於葉綠體基質，利用光反應產生的 ATP 與 NADPH，將 CO₂ 還原並合成醣類；其反應本身不直接吸收光子。

本題問的是「直接依賴光」的反應，因此要辨認哪些反應屬於光反應，哪些只是間接受光反應產物影響。

解題方法

逐一判斷各選項是否需要光能直接驅動：

• 光能激發光系統中的葉綠素電子。
• 被激發的電子進入電子傳遞鏈。
• 電子傳遞造成類囊體腔內的質子梯度，驅動 ATP synthase 合成 ATP。
• 光系統 II 的失去電子由水分解補回，因此水中的電子移除也與光直接相關。
• CO₂ 的碳固定則由 Rubisco 催化，屬於 Calvin cycle；它直接利用的是 ATP 與 NADPH，而不是光子。

因此，不直接依賴光的是碳固定。

選項分析

(A) carbon fixation

正確答案。

碳固定是 Calvin cycle 的第一階段，由 Rubisco 催化 CO₂ 與 RuBP 結合：

$$\mathrm{CO_2 + RuBP \rightarrow 2\ molecules\ of\ 3\text{-}PGA}$$

此步驟不需要光子直接參與，且 Rubisco 本身也不吸收光能。後續將 3-PGA 還原為三碳醣時，才會消耗光反應產生的 ATP 與 NADPH：

$$\mathrm{ATP \rightarrow ADP + P_i}$$ $$\mathrm{NADPH \rightarrow NADP^+}$$

此題考查光合作用 (photosynthesis) 中電子的流動順序。光合作用包含光反應和碳反應。

光反應：

1. 水 (H2O) 被氧化，釋放出電子。
2. 電子通過電子傳遞鏈 (electron transport chain, ETC)，傳遞能量。
3. 最終電子被用於還原 NADP+ 形成 NADPH。
4. 光能被吸收，用於驅動電子傳遞和水的光解。

碳反應 (卡爾文循環)：

1. NADPH 提供還原力（電子），將 CO2 還原成碳水化合物。

現在分析選項：
(A) NADPH ⇨ O2 ⇨CO2 (NADPH => 氧氣 => 二氧化碳)
此順序不正確。NADPH 是電子載體，O2 是光反應的產物，CO2 是碳反應的底物。電子不會從 NADPH 流向 O2 再流向 CO2。

核心觀念

葉綠體的電子傳遞系統運作時，會建立跨類囊體膜的質子濃度梯度：

• 光系統 II 分解水，將產生的質子釋放到類囊體腔。
• 電子傳遞過程中的細胞色素 $b_6f$ 複合體，將基質中的質子移入類囊體腔。
• 因此類囊體腔內的 $H^+$ 濃度升高，$pH$ 降低，呈現酸性。
• 質子再經由 ATP synthase 回到基質，驅動 ATP 合成。

可表示為：

$$\text{基質} \xrightarrow{\text{電子傳遞}} \text{類囊體腔中的 } H^+ \text{ 增加}$$

因此，電子傳遞系統運作時，酸化的是類囊體腔。

解題方法

判斷光合作用電子傳遞鏈中，質子被集中到葉綠體的哪一個區域即可。

類囊體膜上的電子傳遞系統會把質子由基質移入類囊體腔，使類囊體腔內形成高質子濃度；基質則相對呈鹼性。此質子梯度提供 ATP synthase 進行光磷酸化所需的能量。

所以正確區域是類囊體囊腔，也就是類囊體膜包圍的內部空間。

選項分析

• (A) Lumen inside the thylakoid sac：正確。
  類囊體腔內的質子濃度因電子傳遞而升高，$pH$ 降低，因此成為酸性區域。

核心觀念

胺基酸之間以「醯胺鍵」相連，形成的特殊醯胺鍵稱為胜肽鍵（peptide bond）。

一個胺基酸的羧基（$-COOH$）與另一個胺基酸的胺基（$-NH_2$）進行縮合反應，脫去一分子水：

$$\text{胺基酸}_1\text{-COOH}+\text{H}_2\text{N-胺基酸}_2 \rightarrow \text{胺基酸}_1\text{-CO-NH-胺基酸}_2+\text{H}_2\text{O}$$

生成的 $-CO-NH-$ 結構就是醯胺鍵；在蛋白質中，此鍵稱為胜肽鍵。多個胺基酸經由胜肽鍵連接，即形成多胜肽鏈與蛋白質。

解題方法

題幹問：「胺基酸以一種稱為何者的醯胺鍵彼此連接？」

判斷關鍵在於辨識「胺基酸之間的醯胺鍵」這個定義。蛋白質主鏈上的連接鍵是由一個胺基酸的羧基與下一個胺基酸的胺基形成，因此正確名稱為 peptide bond。

選項分析

• (A) protein bond：錯誤。
  「protein bond」不是生物化學中描述胺基酸彼此連接的正式鍵結名稱。蛋白質中除了胜肽鍵外，還可能具有雙硫鍵、氫鍵、離子作用力與疏水作用等。

• (B) disulfide bond：錯誤。
  雙硫鍵是兩個半胱胺酸（cysteine）側鏈的巰基（$-SH$）氧化後形成的鍵：

此題考查蛋白質中特定胺基酸對 280 nm 波長光的吸收能力。

蛋白質對 280 nm 波長光的吸收主要來自於其芳香族胺基酸殘基：酪胺酸 (Tyrosine, Tyr)、色胺酸 (Tryptophan, Trp) 和苯丙胺酸 (Phenylalanine, Phe)。這些胺基酸的芳香環結構含有 $\pi$ 電子系統，可以在 280 nm 附近吸收紫外光。

核心觀念

蛋白質的二級結構是指多胜肽主鏈在局部區域形成的規則性構形，主要包括：

• α-螺旋（α-helix）
• β-摺板（β-sheet）
• β-turn 等局部結構

其主要穩定力來自多胜肽主鏈之間的氫鍵。氫鍵通常形成於：

$$\mathrm{C=O \cdots H-N}$$

也就是一個胺基酸主鏈羰基的氧原子，與另一個胺基酸主鏈胺基的氫原子之間形成氫鍵。

在 α-螺旋中，主鏈羰基與相隔約四個胺基酸殘基的主鏈 N–H 形成規則氫鍵；在 β-摺板中，鄰近或不同多胜肽鏈段之間的主鏈羰基與 N–H 形成氫鍵。因此，氫鍵是維持蛋白質二級結構的主要穩定力量。

解題方法

判斷此題須先確認「二級結構」主要涉及蛋白質的哪一部分：

1. 二級結構主要由多胜肽主鏈的規則排列形成。
2. α-螺旋與 β-摺板的穩定，來自主鏈羰基與 N–H 之間大量、規則的氫鍵。
3. 因此，選項中直接描述二級結構主要穩定力的是 hydrogen bond。

選項分析

(A) peptide bond（胜肽鍵）錯誤

胜肽鍵是胺基酸之間的共價鍵，連接一個胺基酸的羧基與另一個胺基酸的胺基：

$$\mathrm{-COOH + H_2N- \rightarrow -CO-NH- + H_2O}$$

核心觀念

尿素循環將有毒的氨轉換成尿素。尿素分子中的原子來源如下：

• 一個氮原子來自游離氨 $NH_4^+$。
• 另一個氮原子來自天門冬胺酸（aspartate）的胺基。
• 羰基碳與氧來自二氧化碳所形成的碳酸氫根 $HCO_3^-$。
• 精胺酸（arginine）是尿素循環的中間產物，不是尿素氮的獨立來源。

尿素的結構為：

$$NH_2-CO-NH_2$$

因此必須找出兩個氮與一個羰基碳的來源。

解題方法

依尿素循環的反應順序判斷：

1. 氨與二氧化碳形成胺甲醯磷酸

在線粒體中，氨與碳酸氫根反應形成胺甲醯磷酸：

$$NH_4^+ + HCO_3^- + 2ATP \rightarrow \text{carbamoyl phosphate}$$

此步驟提供尿素的：

• 一個氮：來自 $NH_4^+$。
• 羰基碳：來自 $HCO_3^-$，也就是 $CO_2$ 的形式。

2. 天門冬胺酸提供第二個氮

胺甲醯磷酸先形成瓜胺酸（citrulline），之後瓜胺酸與天門冬胺酸反應形成精胺基琥珀酸：

$$\text{citrulline}+\text{aspartate}+ATP \rightarrow \text{argininosuccinate}$$

天門冬胺酸的胺基成為尿素的第二個氮。

3. 精胺酸水解產生尿素

精胺酸在精胺酸酶（arginase）作用下水解：

$$\text{arginine}+H_2O \rightarrow \text{ornithine}+\text{urea}$$

精胺酸只是循環中的中間產物；其中先前由氨、二氧化碳與天門冬胺酸帶入的原子，最後組成尿素。

所以，一個尿素分子由：

$$NH_4^+ + CO_2 + \text{aspartate 的胺基}$$

所提供。

選項分析

（A）two units of $NH_4^+$ and one unit of $CO_2$

錯誤。尿素的兩個氮原子中，只有一個來自游離氨；另一個氮來自天門冬胺酸的胺基，而不是第二個 $NH_4^+$。

核心觀念

本題考查胺基酸碳骨架分解後的代謝命運。

胺基酸依其碳骨架是否能形成葡萄糖或酮體，分為：

• 生糖性胺基酸（glucogenic amino acid）：分解產物可轉變為丙酮酸、$\alpha$-酮戊二酸、琥珀醯－CoA、延胡索酸或草醯乙酸，進而進入糖質新生作用。
• 生酮性胺基酸（ketogenic amino acid）：分解產物為乙醯－CoA或乙醯乙酸，可生成酮體，但不能直接提供糖質新生所需的碳。
• 同時具有兩種性質者，其碳骨架可分別產生生糖性與生酮性產物。

解題方法

Arginine 的分解可經由尿素循環與相關反應，形成 ornithine，再轉變為 glutamate semialdehyde，最後生成 glutamate。

其碳骨架可概略表示為：

$$\text{Arginine} \rightarrow \text{Ornithine} \rightarrow \text{Glutamate semialdehyde} \rightarrow \text{Glutamate} \rightarrow \alpha\text{-Ketoglutarate}$$

$\alpha$-Ketoglutarate 是三羧酸循環（TCA cycle）的中間產物，可繼續代謝形成 oxaloacetate：

$$\alpha\text{-Ketoglutarate} \rightarrow \text{TCA cycle} \rightarrow \text{Oxaloacetate} \rightarrow \text{Gluconeogenesis} \rightarrow \text{Glucose}$$

核心觀念

本題考查胺基酸碳骨架分解後的代謝分類：

• 生糖性胺基酸（glucogenic amino acid）：碳骨架可分解生成丙酮酸，或進入檸檬酸循環形成草醯乙酸、α-酮戊二酸、琥珀醯－CoA、延胡索酸等糖質新生前驅物，進而合成葡萄糖。
• 生酮性胺基酸（ketogenic amino acid）：碳骨架可分解生成乙醯－CoA或乙醯乙醯－CoA，進而形成酮體或脂肪酸。
• 若同時能產生生糖性與生酮性代謝產物，即歸類為生糖兼生酮性胺基酸。

色胺酸（tryptophan）分解後可產生：

1. 丙胺酸（alanine）：可轉換成丙酮酸，具有生糖性。
2. 乙醯乙醯－CoA（acetoacetyl-CoA）：可形成乙醯乙酸等酮體，具有生酮性。

因此，色胺酸同時具有生糖性與生酮性。

解題方法

判斷胺基酸分類時，直接追蹤其碳骨架最終形成的代謝物：

$$\text{Tryptophan} \longrightarrow \text{Alanine} \longrightarrow \text{Pyruvate} \longrightarrow \text{Oxaloacetate} \longrightarrow \text{Glucose}$$

此路徑表示色胺酸具有生糖性。

另一方面：

核心觀念

苯酮尿症（phenylketonuria, PKU）主要是因為苯丙胺酸羥化酶（phenylalanine hydroxylase, PAH）缺乏或活性不足所造成。此酶主要存在於肝臟，負責催化苯丙胺酸轉變為酪胺酸：

$$\text{Phenylalanine} \xrightarrow[\text{BH}_4,\ O_2]{\text{phenylalanine hydroxylase}} \text{Tyrosine}$$

反應需要四氫生物蝶呤（tetrahydrobiopterin, BH₄）作為輔酶。當 PAH 缺乏時，苯丙胺酸無法有效轉換成酪胺酸，導致血液與組織中的苯丙胺酸濃度升高，並被轉化為苯酮類代謝物，例如 phenylpyruvate，因而形成「苯酮尿症」。

解題方法

判斷 PKU 的關鍵，是找出「負責代謝苯丙胺酸的酶」。

正常代謝路徑為：

$$\text{苯丙胺酸} \longrightarrow \text{酪胺酸}$$

其中催化此步驟的酶就是 phenylalanine hydroxylase。若此酶缺乏：

1. 苯丙胺酸無法正常轉化。
2. 苯丙胺酸在體內累積。
3. 多餘苯丙胺酸轉化為 phenylpyruvate、phenyllactate 等苯酮類物質。
4. 苯丙胺酸過高會影響神經發育，未治療患者可能出現智能障礙、癲癇與色素較淡等症狀。

因此正確選項是 Phenylalanine hydroxylase。

選項分析

(A) Tyrosinase

錯誤。Tyrosinase（酪胺酸酶）參與黑色素合成，催化酪胺酸轉變為 DOPA，進一步形成黑色素。其缺乏主要與白化症（albinism）相關，並非 PKU 的主要病因。

核心觀念

本題考查血基質（heme）的生合成起始原料與血紅素代謝。

血基質由「卟啉環」與中心的 $Fe^{2+}$ 組成。其生合成在粒線體與細胞質之間進行，第一個且受調控的重要反應是：

$$\text{Glycine}+\text{Succinyl-CoA} \longrightarrow \delta\text{-Aminolevulinate（ALA）}$$

此反應由 ALA synthase（ALA 合成酶） 催化，並需要磷酸吡哆醛（PLP）作為輔酶。

後續經由 porphobilinogen、uroporphyrinogen III、coproporphyrinogen III 與 protoporphyrin IX 等中間物，最後由 ferrochelatase 將 $Fe^{2+}$ 插入 protoporphyrin IX，形成 heme：

$$\text{Protoporphyrin IX}+Fe^{2+} \longrightarrow \text{Heme}$$

因此，判斷選項的關鍵是：是否包含血基質生合成的正確起始原料。答案為 Gly 與 succinyl-CoA。

解題方法

從血基質生合成的第一步切入：

$$\text{Glycine}+\text{Succinyl-CoA} \xrightarrow{\text{ALA synthase}} \text{ALA}$$

其中：

• Gly 即 glycine，中文為甘胺酸。
• Succinyl-CoA 即琥珀醯輔酶 A。
• ALA 是血基質生合成途徑的第一個生成物。

只要選項同時列出這兩種化合物，即符合血基質生合成的起始原料。因此正確選項是 (A)。

選項分析

(A) Gly, succinyl-CoA

正確。

甘胺酸與琥珀醯-CoA 在粒線體內由 ALA synthase 催化，生成 $\delta$-aminolevulinate（ALA），是 heme 生合成的第一步：

$$\text{Glycine}+\text{Succinyl-CoA} \longrightarrow \text{ALA}$$

因此兩者可作為 heme 生合成的前驅物。

(B) Gly, propionyl-CoA

錯誤。

雖然 glycine 是 heme 生合成的起始原料之一，但 propionyl-CoA 並不是 ALA synthase 所使用的底物。ALA synthase 專一利用 succinyl-CoA，而非 propionyl-CoA。

Propionyl-CoA 主要與奇數碳脂肪酸及部分胺基酸的分解代謝有關，可轉換為 succinyl-CoA，但它本身不是 heme 生合成第一步的直接反應物。因此整組選項錯誤。

(C) Gly, acetic acid

錯誤。

核心觀念

本題考查 肌紅蛋白（myoglobin, Mb）與血紅蛋白（hemoglobin, Hb）各亞基的結構與演化關係。

肌紅蛋白是單體蛋白質；血紅蛋白則由四個亞基組成，每個亞基都具有與肌紅蛋白相似的球蛋白摺疊構形。兩者皆屬於 globin 蛋白家族，主要特徵包括：

• 具有相似的三級結構，皆由多段 $\alpha$-螺旋組成。
• 皆含有血基質（heme），其中的二價鐵可可逆性地結合氧氣。
• 具有相似的血基質結合口袋與氧氣結合機制。
• 胺基酸序列雖具有同源性，但整體一級結構並不十分相同。

因此，判斷本題的關鍵是區分：

• 一級結構：胺基酸排列順序。
• 三級結構：單一多肽鏈摺疊形成的三維構形。

解題方法

先比較兩者的一級結構與三級結構：

1. 肌紅蛋白與血紅蛋白亞基皆屬於 globin 家族，表示兩者源自共同祖先，具有結構同源性。
2. 兩者的一級結構已經產生相當程度的演化差異，因此胺基酸序列不是「非常相似」。
3. 為了維持血基質結合、氧氣結合及蛋白質穩定性，兩者仍保留高度相似的三級結構。
4. 所以正確描述為：三級結構非常相似，但一級結構不同。

選項分析

(A) no obvious structural relationship.

錯誤。肌紅蛋白與血紅蛋白亞基具有明顯的結構同源性，皆呈現典型的 globin fold，並具有相似的血基質結合位置。

此題考查辨識飽和脂肪酸 (saturated fatty acid) 和不飽和脂肪酸 (unsaturated fatty acid)。

飽和脂肪酸是指其碳鏈中所有碳原子之間的鍵都是單鍵 (C-C) 的脂肪酸。它們的碳鏈是飽和的，沒有雙鍵。
不飽和脂肪酸是指其碳鏈中含有一個或多個雙鍵 (C=C) 的脂肪酸。

常見脂肪酸及其碳鏈長度和雙鍵情況：

• 飽和脂肪酸：
  • 月桂酸 (Lauric acid)：C12:0 (12個碳原子，0個雙鍵)
  • 肉豆蔻酸 (Myristic acid)：C14:0 (14個碳原子，0個雙鍵)
  • 棕櫚酸 (Palmitic acid)：C16:0 (16個碳原子，0個雙鍵)
  • 硬脂酸 (Stearic acid)：C18:0 (18個碳原子，0個雙鍵)
  • 花生酸 (Arachidic acid)：C20:0 (20個碳原子，0個雙鍵)

核心觀念

本題考查膽固醇（cholesterol）的分子極性、帶電性，以及「兩親性（amphipathic）」的定義。

膽固醇由以下部分組成：

• 四個彼此融合的類固醇環：主要為疏水性。
• 碳氫側鏈：疏水性。
• 位於第三碳上的羥基（$-OH$）：具有極性，但在生理 pH 下不帶電。

因此，膽固醇同時具有：

1. 疏水部分：類固醇環與碳氫側鏈。
2. 親水部分：單一羥基。

同一分子內同時含有親水區與疏水區，稱為兩親性分子。

解題方法

判斷此題可依序檢查兩件事：

1. 分子是否同時具有親水與疏水部分。
2. 分子是否帶有形式電荷。

膽固醇的羥基能與水形成氫鍵，提供親水特性；但其大部分結構由碳氫骨架構成，具有強烈疏水性。故膽固醇不是單純的極性分子或非極性分子，而是兩親性分子。

羥基中的氧雖具有極性，卻不代表整個膽固醇分子帶電。膽固醇的羥基屬於醇基，在生理條件下通常不解離，因此整體為不帶電分子。

選項分析

• (A) Nonpolar, charged.

核心觀念

人體中脂質的主要儲存形式是三酸甘油酯（triacylglycerols, TAGs），主要儲存在脂肪細胞（adipocytes）內。

三酸甘油酯由一分子甘油與三分子脂肪酸酯化形成：

$$\text{Glycerol} + 3\text{ fatty acids} \rightarrow \text{Triacylglycerol} + 3\mathrm{H_2O}$$

TAG 具有高度疏水性，可在脂肪細胞中以脂滴形式累積，作為長期能量儲備。脂肪酸氧化時，TAG 可水解成甘油與脂肪酸，脂肪酸再經 β-氧化產生 ATP。

解題方法

判斷本題需同時確認兩件事：

1. 脂質的主要儲存形式為何？
2. 主要儲存位置為何？

生理上，長期能量儲存主要採用 TAG，而非磷脂、膽固醇或單酸甘油酯；TAG 的主要儲存場所則是脂肪組織中的脂肪細胞。因此正確配對為：

$$\boxed{\text{triacylglycerols; adipocytes}}$$

選項分析

(A) Phospholipid; liver

錯誤。磷脂是細胞膜的主要成分，主要功能是形成脂質雙層，也參與細胞訊息傳遞與脂蛋白結構，不是人體主要的能量儲存形式。肝臟雖可合成與代謝磷脂，但不是磷脂作為主要脂質儲備的典型場所。

(B) cholesterol; muscles

核心觀念

本題考查脂肪酸在脂質與脂質衍生物中的存在形式。判斷重點不是只看分子是否屬於「脂肪」，而是確認該物質是否：

1. 直接含有脂肪酸殘基；
2. 由脂肪酸作為前驅物合成。

常見脂肪酸相關物質包括：

• 鞘脂：含有脂肪酸；
• 前列腺素：由多元不飽和脂肪酸衍生；
• 蜂蠟：由脂肪酸與長鏈一元醇形成酯。

解題方法

逐一檢查各物質的化學結構與生合成來源：

• 若分子結構中存在脂肪酸以酯鍵或醯胺鍵連接，即可判定「含有脂肪酸」。
• 若物質由脂肪酸經酵素反應轉化而來，即可判定「由脂肪酸衍生」。

三類物質均符合題幹條件，因此選擇同時包含三者的選項。

選項分析

(A) sphingolipids（鞘脂）

鞘脂的核心結構通常是神經醯胺（ceramide），由鞘氨醇（sphingosine）與一條脂肪酸組成。脂肪酸透過醯胺鍵連接至鞘氨醇的胺基：

$$\text{鞘氨醇}+\text{脂肪酸} \longrightarrow \text{神經醯胺}$$

因此鞘脂確實含有脂肪酸，選項敘述正確。

(B) prostaglandins（前列腺素）

前列腺素屬於類二十碳烷（eicosanoid），主要由二十碳多元不飽和脂肪酸花生四烯酸（arachidonic acid）衍生而來。花生四烯酸經由環氧合酶（cyclooxygenase, COX）途徑形成前列腺素：

核心觀念

本題考查阿斯匹林（aspirin）對花生四烯酸（arachidonic acid）代謝途徑的抑制作用。

細胞膜磷脂釋放花生四烯酸後，主要有兩條代謝路徑：

1. 環氧化酶途徑（cyclooxygenase, COX）

   花生四烯酸經 COX 轉換為 $PGG_2$、$PGH_2$，再生成：

   • Prostaglandins，如 $PGE_2$、$PGF_2$、$PGA_2$
   • Thromboxanes，如 $TXA_2$

2. 脂氧合酶途徑（lipoxygenase, LOX）

   花生四烯酸經 LOX 形成：

   • $5$-HPETE
   • Leukotrienes，如 $LTA_4$、$LTC_4$

阿斯匹林會不可逆地乙醯化 COX，使 COX 無法有效將花生四烯酸轉換成 $PGG_2$ 與 $PGH_2$。因此，COX 下游的前列腺素與血栓素合成會受到抑制，但 LOX 途徑不會直接被阿斯匹林阻斷。

解題方法

判斷每個選項中的物質是否都屬於 COX 途徑產物：

• 若兩者皆為 COX 產物，則會受到阿斯匹林抑制。
• 若其中一者為 LOX 產物，則該組不正確。
• 「all of them」必須所有物質都受到抑制，只有一項不符合即可排除。

$PGE_2$、$PGF_2$、$PGA_2$ 與 $TXA_2$ 都屬於 COX 途徑相關產物；$LTA_4$、$LTC_4$ 與 $5$-HPETE$ 則屬於 LOX 途徑產物。

所以只有同時包含 $PGF_2$ 與 $TXA_2$ 的選項符合條件。

選項分析

(A) prostaglandin E2 and leukotriene A4

$PGE_2$ 是 COX 途徑產物，會受到阿斯匹林抑制；但 $LTA_4

核心觀念

脂蛋白顆粒由疏水性核心與親水性表面構成：

• 核心：三酸甘油酯（triacylglycerol, TAG）與膽固醇酯（cholesteryl ester）
• 表面：磷脂質、游離膽固醇（free cholesterol）及載脂蛋白（apoprotein）

其中，磷脂質具有親水性磷酸基與疏水性脂肪酸尾部；游離膽固醇的羥基可朝向水相，故兩者適合排列在脂蛋白表面，接觸血漿水相環境。

膽固醇酯與三酸甘油酯高度疏水，主要集中於脂蛋白內部核心。

解題方法

判斷脂質位於脂蛋白表面或核心，關鍵在於比較其親水性：

1. 能與水相接觸、具有兩親性的成分，位於表面。
2. 高度疏水、無法直接接觸水相的成分，包埋於核心。

游離膽固醇具有可與水相接觸的羥基，磷脂質則是典型兩親性分子，因此兩者位於脂蛋白表面。

選項分析

(A) cholesterol and phospholipids

正確。此處的 cholesterol 指游離膽固醇。游離膽固醇與磷脂質都可形成脂蛋白的表面單層，表面也有載脂蛋白覆蓋。

(B) cholesterol and triacylglycerol

此題考查血漿脂蛋白 (plasma lipoproteins) 的相關知識，要求找出一個錯誤的敘述。

脂蛋白是脂質和蛋白質的複合物，負責運輸脂質。主要的脂蛋白類型包括：乳糜微粒 (chylomicrons)、極低密度脂蛋白 (VLDL)、中間密度脂蛋白 (IDL)、低密度脂蛋白 (LDL) 和高密度脂蛋白 (HDL)。

讓我們逐一分析選項：
(A) They have a nonpolar core consisting of triacylglycerols and cholesterol esters. (它們具有由三酸甘油酯和膽固醇酯組成的非極性核心。)
這是正確的。脂蛋白顆粒的中心是疏水的脂質，主要是三酸甘油酯和膽固醇酯，它們形成非極性核心。

(B) VLDL is the vehicle that liver uses to deliver triacylglycerols to the periphery. (VLDL 是肝臟用於將三酸甘油酯運送到周邊組織的載體。)
這是正確的。肝臟合成大量的三酸甘油酯，並將其包裝成 VLDL，然後釋放到血液中，運送到外周組織（如脂肪組織和肌肉），以提供能量或儲存。

核心觀念

本題考查「外源性脂質運輸」與各類脂蛋白的功能。

膳食中的三酸甘油酯、膽固醇及脂溶性維生素，經小腸吸收後，會在腸上皮細胞內重新合成三酸甘油酯，並與膽固醇、磷脂及載脂蛋白組裝成大型脂蛋白。此脂蛋白經淋巴系統進入血液，主要形式為 乳糜微粒（chylomicrons）。

外源性脂質運輸路徑可概括為：

$$膳食脂質 \longrightarrow 小腸上皮細胞 \longrightarrow 乳糜微粒 \longrightarrow 淋巴液 \longrightarrow 血液$$

乳糜微粒的主要結構性載脂蛋白為 ApoB-48，主要功能是將膳食來源的三酸甘油酯運送至肌肉與脂肪組織。

解題方法

題幹的關鍵字是 Dietary lipids，表示「由食物攝取的脂質」，屬於外源性脂質。

判斷脂蛋白時，可先區分來源：

• 小腸吸收的膳食脂質：由乳糜微粒運輸。
• 肝臟合成的內源性三酸甘油酯：由 VLDL 運輸。
• 膽固醇輸送至周邊組織：主要由 LDL 負責。
• 周邊組織膽固醇回收至肝臟：主要由 HDL 負責。

因此，膳食脂質在腸道中被包裝成乳糜微粒，再經淋巴進入血液。

乳糜微粒進入血液後，會從 HDL 取得 ApoC-II。ApoC-II 可活化脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase, LPL），使乳糜微粒中的三酸甘油酯水解，釋放脂肪酸供肌肉氧化或供脂肪組織儲存。失去大量三酸甘油酯後，乳糜微粒形成乳糜微粒殘粒，最後由肝臟攝取。

選項分析

(A) HDL

錯誤。HDL（high-density lipoprotein，高密度脂蛋白）主要參與反向膽固醇運輸，將周邊組織多餘的膽固醇帶回肝臟。

核心觀念

本題考查載脂蛋白（apolipoprotein）作為脂蛋白受體配體的功能，重點是辨認哪些載脂蛋白能與低密度脂蛋白受體（LDL receptor, LDLR）結合。

LDLR主要辨識：

• ApoB-100：存在於 LDL、VLDL、IDL，負責使 LDL 被細胞攝取。
• ApoE：存在於乳糜微粒殘粒、VLDL 殘粒與 IDL，可與 LDLR 結合，促進殘粒清除。

因此，從完整生化機制而言，ApoB-100與ApoE皆可作為LDLR的配體。

解題方法

判斷各選項是否能與 LDLR 結合，應先區分：

1. 載脂蛋白的種類。
2. 該載脂蛋白所在的脂蛋白顆粒。
3. 是否具有被 LDLR 辨識的受體結合區域。

LDLR的典型配體為 ApoB-100 與 ApoE。因此直接比對選項即可判斷正確答案。

選項分析

(A) ApoAI：錯誤

ApoAI是 HDL 的主要載脂蛋白，主要參與膽固醇逆向運輸，並可活化卵磷脂—膽固醇醯基轉移酶（LCAT）。ApoAI不是 LDLR的主要配體。

(B) ApoB-48：錯誤

ApoB-48存在於乳糜微粒及其殘粒，由 ApoB基因的 mRNA編輯產生，僅包含 ApoB-100 的部分序列，缺乏 ApoB-100 的 LDLR結合區域。

因此，含有 ApoB-48 的乳糜微粒殘粒主要依靠 ApoE 與受體結合，而不是依靠 ApoB-48 與 LDLR結合。

(C) ApoC-II：錯誤

ApoC-II是脂蛋白脂肪酶（lipoprotein lipase, LPL）的輔助因子，可活化 LPL，使乳糜微粒與 VLDL 中的三酸甘油酯分解。

核心觀念

本題考查「反向膽固醇運輸」（reverse cholesterol transport, RCT）與 HDL 的功能。

周邊組織細胞產生的游離膽固醇，必須經由 HDL 運回肝臟代謝，主要流程如下：

$$\text{周邊組織膽固醇} \rightarrow \text{ApoA-I／新生 HDL} \rightarrow \text{成熟 HDL} \rightarrow \text{肝臟} \rightarrow \text{膽汁排出}$$

其中：

• ApoA-I 是 HDL 的主要結構蛋白，可接受周邊細胞移出的游離膽固醇。
• LCAT 將 HDL 表面的游離膽固醇酯化成膽固醇酯，使其移入 HDL 核心，促進 HDL 成熟。
• HDL 負責將周邊組織的膽固醇運回肝臟。
• LPL 主要負責水解乳糜微粒與 VLDL 中的三酸甘油酯，並非周邊膽固醇清除的主要酵素。
• ACAT 是細胞內膽固醇酯化酵素，主要功能是將游離膽固醇儲存為膽固醇酯。

因此，若 ApoA-I 缺乏，HDL 形成與膽固醇外排能力下降，反向膽固醇運輸受阻，膽固醇便容易蓄積於肝外組織。

解題方法

判斷本題的關鍵是找出「哪一個選項會阻斷周邊組織膽固醇運回肝臟」。

ApoA-I 是 HDL 的核心蛋白。ApoA-I 缺乏會造成：

$$\downarrow \text{ApoA-I} \rightarrow \downarrow \text{HDL形成} \rightarrow \downarrow \text{周邊膽固醇外排} \rightarrow \uparrow \text{肝外組織膽固醇}$$

所以正確答案為 (C)。

選項分析

(A) a deficiency in lipoprotein lipase

錯誤。

LPL 位於毛細血管內皮表面，主要水解乳糜微粒與 VLDL 的三酸甘油酯：

$$\text{Triacylglycerol} \xrightarrow{\text{LPL}} \text{脂肪酸}+\text{甘油}$$

LPL 缺乏會造成乳糜微粒與 VLDL 大量累積，引起嚴重高三酸甘油酯血症，但其主要問題是三酸甘油酯運輸異常，並非直接阻斷周邊膽固醇回收。

(B) a deficiency in acyl CoA:cholesterol acyltransferase

錯誤。

ACAT 將細胞內游離膽固醇與脂醯 CoA 反應，形成膽固醇酯：

核心觀念

本題考查蛋白質化學中常用試劑的功能，主要包括：

1. 特異性切割胜肽鍵

   • Trypsin：切在 Lys、Arg 的羧基側。
   • Chymotrypsin：主要切在 Phe、Tyr、Trp 的羧基側。
   • CNBr：切在 Met 的羧基側。

2. 二硫鍵的處理

   • Dithiothreitol（DTT）與 $\beta$-mercaptoethanol 都是還原劑，可將二硫鍵還原成兩個巰基。
   • Performic acid 則是氧化劑，會將半胱胺酸氧化成 cysteic acid。

3. N 端胺基酸的鑑定

   • Sanger reagent 可標記多胜肽的 N 端胺基酸，水解後鑑定該胺基酸。
   • Edman reagent 可進行 Edman degradation，逐次移除並鑑定 N 端胺基酸，適合 N 端定序。

題目中的「Tip」應為 **Trp（tryptophan，色胺酸）**之誤植。

解題方法

依照各試劑的反應特異性逐一配對：

• 看到 Lys、Arg，聯想到胰蛋白酶 trypsin。
• 看到 Met，聯想到 CNBr。
• 看到芳香族胺基酸 Phe、Tyr、Trp，聯想到 chymotrypsin。
• 看到二硫鍵，聯想到還原劑 DTT。
• 看到 N 端胺基酸標記，聯想到 Sanger reagent。

選項分析

(A) CNBr（cyanogen bromide）

CNBr 對甲硫胺酸 Met 具有特異性，會切斷 Met 殘基羧基側的胜肽鍵：

$$\text{Peptide-Met-X} \xrightarrow{\mathrm{CNBr}} \text{Peptide-Met}+\text{X-...}$$

因此：

• (2) cleavage of peptide bonds on the carboxyl side of Met
• 配對為 A–2。

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(B) Edman reagent（phenylisothiocyanate）

Edman 試劑為 phenylisothiocyanate（PITC），會與多胜肽 N 端的游離 $\alpha$-胺基反應，經酸處理後釋放出帶有標記的 N 端胺基酸衍生物，通常稱為 PTH-amino acid。

Edman degradation 可重複進行，因此主要用途是 N 端定序，而不只是辨認第一個胺基酸。

本題第（5）只寫「determining the amino-terminal amino acid」，最典型的配對是 Sanger reagent；Edman reagent 是相關但更進一步的 N 端定序試劑。

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(C) Sanger reagent（FDNB）

FDNB，即 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene，會與多胜肽 N 端的游離胺基反應，形成 DNP-polypeptide。將整條多胜肽完全水解後，可由穩定的 DNP-amino acid 判定 N 端胺基酸。

因此：

• (5) determining the amino-terminal amino acid in a polypeptide
• 配對為 C–5。

Sanger 法通常只能可靠地鑑定 N 端胺基酸；Edman 法則能逐步分析 N 端序列。

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(D) Dithiothreitol（DTT）

DTT 是強力還原劑，具有兩個巰基。它可將蛋白質中的二硫鍵還原：

$$\mathrm{Protein-S-S-Protein} + \mathrm{DTT}_{\mathrm{red}} \rightarrow 2\mathrm{Protein-SH} + \mathrm{DTT}_{\mathrm{ox}}$$

因此：

此題考查消化過程中涉及的五種不同酶，以及它們的功能概述。早餐的消化涉及口腔、胃和腸道等多個部位，有多種酶參與其中。

以下是五種在咀嚼和攝入早餐過程中起作用的不同酶及其功能概述：

1. 唾液澱粉酶 (Salivary amylase)：

   • 來源：唾液腺。
   • 作用部位：口腔，以及在吞嚥後短時間內在胃中。
   • 功能：開始碳水化合物（澱粉）的消化。唾液澱粉酶（又稱 $\alpha$-澱粉酶）將長鏈的澱粉（多醣）分解為較短的寡醣（如糊精）和雙醣（如麥芽糖）。

2. 舌脂酶 (Lingual lipase)：

   • 來源：舌腺。
   • 作用部位：口腔，並在胃中持續作用。
   • 功能：開始脂質（三酸甘油酯）的消化。舌脂酶在口腔中活性較低，但在胃的酸性環境中活性增強，主要水解三酸甘油酯中的短鏈和中鏈脂肪酸。它對嬰兒消化乳脂肪尤為重要。

3. 胃蛋白酶 (Pepsin)：

   • 來源：胃壁主細胞分泌的胃蛋白酶原，在胃酸（HCl）作用下激活。
   • 作用部位：胃。
   • 功能：開始蛋白質的消化。胃蛋白酶是一種內肽酶，能將蛋白質分解成長鏈的多肽。它在酸性 pH (1.5-3.5) 下活性最高。

4. 胰澱粉酶 (Pancreatic amylase)：

   • 來源：胰腺。
   • 作用部位：小腸。

細胞膜的組成成分和結構與其功能密切相關。細胞膜的結構遵循「流動鑲嵌模型」(fluid mosaic model)，主要由磷脂雙分子層 (phospholipid bilayer) 和嵌入或附著在其中的蛋白質組成，此外還有少量碳水化合物。

1. 磷脂雙分子層 (Phospholipid Bilayer)

• 組成：磷脂分子具有兩親性 (amphipathic) 特徵，即親水頭部（含磷酸基團）和疏水尾部（脂肪酸鏈）。在水性環境中，磷脂會自發形成雙分子層結構，親水頭部朝向細胞內外水相，疏水尾部相互聚集在內部，形成一個疏水的屏障。
• 結構：磷脂雙分子層是細胞膜的基本骨架，它提供了膜的連續性、相對穩定性，同時又具有流動性。磷脂分子可以橫向擴散、旋轉和擺動，使膜具有一定的流動性。
• 功能相關性：
  • 屏障作用：疏水核心阻止了水溶性物質（離子、極性分子）自由通過，從而維持了細胞內外的化學環境差異，這是維持細胞生命活動的基礎。
  • 流動性：膜的流動性對於細胞的許多功能至關重要，如細胞形態的改變、細胞分裂、細胞運動、細胞間的物質運輸（如通過囊泡運輸）以及膜上蛋白質的活動。

2. 膜蛋白質 (Membrane Proteins)

• 類型：
  • 整合蛋白 (Integral proteins)：嵌入磷脂雙分子層中，部分或完全跨越膜。通常具有疏水區域與膜脂相互作用，親水區域暴露於水相。
  • 周邊蛋白 (Peripheral proteins)：附著在膜的表面，通常通過非共價鍵與膜脂或整合蛋白結合。

此題考查二氧化碳 (CO2) 和水 (H2O) 在細胞呼吸 (cellular respiration) 和光合作用 (photosynthesis) 這兩個核心代謝過程中的作用。

1. 光合作用 (Photosynthesis)

• CO2 的作用：

  • 來源：大氣中的 CO2。
  • 過程：在卡爾文循環 (Calvin cycle) 中，CO2 被固定（通過 RuBisCO 酶催化與 RuBP 結合）並隨後被還原。
  • 角色：CO2 是碳源，是合成有機物（如葡萄糖）的碳原子來源。它在光反應產生的 ATP 和 NADPH 的驅動下被還原成碳水化合物。
  • 簡化方程式：$6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{light} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

• H2O 的作用：

  • 來源：土壤（通過植物根部吸收）或細胞環境。
  • 過程：在光反應階段，水被光解（photolysis）。
  • 角色：水是光合作用光反應中的電子供體。水分子被分解，釋放出電子 (e-)、質子 (H+) 和氧氣 (O2)。釋放的電子進入電子傳遞鏈，驅動 ATP 和 NADPH 的合成。
  • 簡化方程式：$2H_2O \xrightarrow{light} 4H^+ + 4e^- + O_2$

2. 細胞呼吸 (Cellular Respiration)

• CO2 的作用：
  • 來源：細胞內的有機物（如葡萄糖）在細胞呼吸過程中分解產生的。
  • 過程：在檸檬酸循環 (citric acid cycle) 和丙酮酸脫羧反應 (pyruvate decarboxylation) 中，CO2 作為代謝廢物被釋放出來。

此題考查人體如何處理飲食中過量的碳水化合物，以及碳水化合物是否能轉化為蛋白質，以及在蛋白質合成中還需要哪些要素。

1. 過量碳水化合物轉化為脂肪

人體將過量的碳水化合物轉化為脂肪（儲存起來）是一個多步驟的代謝過程，主要發生在肝臟和脂肪組織中。

• 步驟一：糖解作用 (Glycolysis)
  當飲食中的碳水化合物（主要是葡萄糖）攝入量超過身體即時能量需求和肝醣儲存能力時，葡萄糖會在細胞質中通過糖解作用分解為丙酮酸 (pyruvate)。
• 步驟二：丙酮酸進入粒線體
  丙酮酸進入粒線體，被丙酮酸脫羧酶 (pyruvate dehydrogenase) 催化轉化為乙醯輔酶 A (acetyl-CoA)。
• 步驟三：脂肪酸合成 (Fatty acid synthesis)
  乙醯輔酶 A 是脂肪酸合成的起始原料。在細胞質中，乙醯輔酶 A 經過一系列酶促反應（如乙醯輔酶 A 羧化酶, acetyl-CoA carboxylase）的催化，逐步延長碳鏈，形成飽和脂肪酸（主要是棕櫚酸, palmitate）。這個過程需要 ATP 和 NADPH 提供能量和還原力。
• 步驟四：三酸甘油酯合成 (Triacylglycerol synthesis)
  合成的脂肪酸隨後與甘油-3-磷酸 (glycerol-3-phosphate) 結合，形成三酸甘油酯 (triacylglycerols)。甘油-3-磷酸可以通過糖解作用的中間產物二羥丙酮磷酸 (dihydroxyacetone phosphate) 還原而來。
• 儲存：合成的三酸甘油酯被包裝成脂蛋白（如 VLDL），然後運輸到脂肪組織儲存起來。

2. 過量碳水化合物能否轉化為蛋白質？

• 答案：不能直接轉化。
• 解釋：蛋白質是由胺基酸構成的。碳水化合物（如葡萄糖）的代謝產物（如丙酮酸、乙醯輔酶 A、檸檬酸循環的中間產物）可以通過特定的代謝途徑轉化為某些胺基酸的骨架。

尿素循環 (Urea Cycle)

尿素循環是哺乳動物（包括人類）將氨 (ammonia) 轉化為尿素 (urea) 的代謝途徑，主要發生在肝臟細胞的粒線體和細胞質中。

循環過程概述：
尿素循環的目的是將體內蛋白質代謝產生的過量且有毒的氨（NH3/NH4+）轉化為毒性較低的尿素，然後通過腎臟排出體外，從而防止氨在體內積聚對神經系統造成損害。

尿素循環包含五個主要的反應步驟：

1. 氨基甲醯磷酸的形成 (Formation of carbamoyl phosphate)：

   • 地點：粒線體。
   • 反應：氨 (NH3) 在氨基甲醯磷酸合成酶 I (carbamoyl phosphate synthetase I, CPS I) 的催化下，結合 CO2（以碳酸氫根離子 HCO3- 的形式），並消耗 2 個 ATP，生成氨基甲醯磷酸 (carbamoyl phosphate)。這是尿素循環的起始步驟，也是限速步驟。
   • $NH_3 + HCO_3^- + 2ATP \rightarrow Carbamoyl\ phosphate + 2ADP + Pi$

2. 瓜氨酸的形成 (Formation of citrulline)：

   • 地點：粒線體。
   • 反應：氨基甲醯磷酸與鳥胺酸 (ornithine) 在鳥胺酸轉胺甲醯化酶 (ornithine transcarbamylase, OTC) 的催化下縮合，生成瓜氨酸 (citrulline)。鳥胺酸是通過精胺酸 (arginine) 水解生成的，或者在尿素循環外合成。
   • $Carbamoyl\ phosphate + Ornithine \rightarrow Citrulline + Pi$

3. 精胺酸琥珀酸的形成 (Formation of argininosuccinate)：

   • 地點：細胞質。
   • 反應：瓜氨酸從粒線體移至細胞質，與天冬胺酸 (aspartate) 在精胺酸琥珀酸合成酶 (argininosuccinate synthetase, ASS) 的催化下，並消耗 ATP，生成精胺酸琥珀酸 (argininosucc

鐮狀細胞貧血症 (Sickle Cell Anemia)

什麼是鐮狀細胞貧血症？
鐮狀細胞貧血症是一種遺傳性血液疾病，其特徵是紅血球呈現異常的鐮刀狀（或月牙狀）形狀，而不是正常的圓盤狀。這種異常的紅血球壽命較短，容易在血管中阻塞，導致一系列嚴重的健康問題。

為什麼會發生鐮狀細胞貧血症？
鐮狀細胞貧血症的根本原因是基因突變，導致血紅蛋白 (hemoglobin) 的結構異常。具體來說：

• 基因突變：位於染色體 11p15.5 上的 $\beta$-珠蛋白基因 (HBB gene) 發生點突變。
• 具體突變：在 $\beta$-珠蛋白鏈的第 6 個胺基酸位置，正常的谷胺酸 (glutamic acid, Glu) 被纈胺酸 (valine, Val) 取代。谷胺酸是一個帶負電荷的親水性胺基酸，而纈胺酸是一個非極性的疏水性胺基酸。
• 結構改變：這個單一胺基酸的改變（Glu $\rightarrow$ Val）導致血紅蛋白分子（特別是脫氧血紅蛋白）在低氧環境下，疏水性的纈胺酸殘基會暴露出來，並與另一條 $\beta$-珠蛋白鏈的相鄰區域（約在第 85 位和 88 位胺基酸之間）的疏水性口袋發生錯誤的相互作用。
• 血紅蛋白聚合：這種錯誤的相互作用導致血紅蛋白分子發生異常的聚合，形成長而堅硬的纖維狀結構。
• 紅血球變形：這些血紅蛋白纖維會擠壓紅血球，使其從正常的圓盤狀變形為堅硬的鐮刀狀。