108 年 國立臺灣大學植物病理與微生物學系碩士班乙組《普通生物學（C）》

基因突變可能導致蛋白質胺基酸序列的改變，進而破壞蛋白質的功能。其原因可能包括：

1. 改變蛋白質的三級結構： 胺基酸序列決定了蛋白質如何摺疊成其特定的三維結構。若突變改變了關鍵胺基酸（例如，疏水性胺基酸被極性胺基酸取代，或反之），可能導致蛋白質無法正確摺疊，失去其原有的立體構形，進而無法與其目標分子結合或執行催化功能。
2. 影響蛋白質的活性位點： 許多蛋白質的功能依賴於其活性位點的結構。如果突變發生在活性位點的胺基酸，可能會直接改變活性位點的化學性質或空間結構，使其無法有效地結合受質或進行催化反應。
3. 影響蛋白質的穩定性： 某些胺基酸的改變可能使蛋白質變得不穩定，更容易降解。

這題考驗對細胞器結構與功能的理解，特別是內膜系統的組成。

(1) 粗糙內質網 (Rough ER) 的粗糙來源： 粗糙內質網之所以「粗糙」，是因為其外表面附著了大量的核糖體 (ribosomes)。這些核糖體負責合成分泌蛋白、膜蛋白以及一些細胞器（如溶酶體）的蛋白質。

(2) 內膜系統 (Endomembrane System) 的包含關係：
內膜系統是一個細胞內由膜圍成的結構組成的網絡，包括：

• 內質網 (ER)，分為粗糙內質網 (RER) 和平滑內質網 (SER)。
• 高基氏體 (Golgi apparatus)。
• 溶酶體 (lysosomes)。

「極端微生物」(extremophiles) 是指能在極端環境條件下生存的生物。古菌 (Archaea) 是一個主要的極端微生物類群，因為它們的許多成員都能夠在人類或大多數其他生物無法生存的嚴苛環境中生長和繁殖。

這些極端環境包括：

1. 高溫： 例如溫泉、海底熱泉噴口。
2. 高鹽度： 例如鹽湖、鹽田。
3. 強酸或強鹼： 例如酸性礦山排水、鹼性湖泊。

此題要求比較兩種不同類型黏菌（Slime mold）的特徵：細胞性黏菌 (cellular slime mold) 的蟲狀體 (slug-like stage) 和原生質團黏菌 (plasmodial slime mold) 的原生質團 (plasmodium)。

細胞性黏菌 (Cellular Slime Mold) 的蟲狀體 (Slug-like Stage)：

• 細胞性： 在其生命週期的蟲狀體階段，細胞性黏菌是由許多單個的、獨立的細胞組成的。這些細胞雖然聚集在一起，但仍保持其細胞膜的界限。
• 移動性： 蟲狀體可以緩慢移動，尋找更適合孢子形成的環境。
• 結構： 蟲狀體是一個多細胞結構，由頂端（負責產生柄）和基部（負責產生孢子囊）的細胞分化。
• 生命週期： 當食物（細菌）耗盡時，單個變形蟲 (amoeba) 會聚集形成一個稱為「蟲狀體」的多細胞結構。蟲狀體接著會發育成一個子實體 (fruiting body)，其中包含產生孢子的結構。

原生質團黏菌 (Plasmodial Slime Mold) 的原生質團 (Plasmodium)：

• 單一細胞，多核： 原生質團黏菌的特徵是其原生質團，它是一個巨大的、單一細胞，但含有數百萬個細胞核。這些細胞核共享同一個細胞質，沒有細胞膜將它們分隔開。
• 網狀結構： 原生質團通常呈網狀或片狀，遍佈於其棲息地（如腐爛的木頭）的基質中。
• 攝食方式： 它通過細胞質流動來移動，並以吞噬作用 (phagocytosis) 的方式攝取食物顆粒（如細菌、酵母、有機碎屑）。
• 生命週期： 在適當的環境條件下，原生質團會通過細胞質分裂形成孢子囊，產生孢子。

對比總結：

植物對抗病原體（pathogens）的防禦機制是一個複雜且多層次的系統，可以分為「先天免疫」(innate immunity) 和「誘導免疫」(induced immunity) 兩大類。

一、 先天免疫 (Innate Immunity) - 預先存在的防禦：
這是植物體內預先存在的防禦機制，能夠識別病原體的普遍性分子特徵（Pathogen-Associated Molecular Patterns, PAMPs）並迅速啟動防禦反應。

1. 結構屏障 (Structural Barriers)：

   • 角質層 (Cuticle) 和細胞壁 (Cell Wall)： 這是植物最外層的物理屏障，能阻止病原體（特別是真菌和細菌）的直接入侵。細胞壁的結構強度和化學成分（如木質素、纖維素）也是重要的防禦因素。
   • 栓質 (Suberin) 和木質素化 (Lignification)： 在受損或感染部位，植物會沉積栓質和木質素，加厚細胞壁，形成更強的物理屏障。

2. 化學屏障 (Chemical Barriers)：

   • 抗菌物質 (Antimicrobial Compounds)： 植物細胞內合成並儲存有各種次級代謝產物，稱為植物防禦素 (phytoalexins) 或抗微生物化合物。這些物質在病原體入侵時被誘導產生或釋放，對病原體具有毒性，抑制其生長或繁殖。例如，皂素 (saponins)、酚類化合物 (phenolics)、黃酮類 (flavonoids) 等。
   • 水解酶 (Hydrolytic Enzymes)： 植物細胞會產生一些水解酶，如幾丁質酶 (chitinases) 和葡聚醣酶 (glucanases)，它們能分解病原體（特別是真菌）細胞壁中的幾丁質 (chitin) 和葡聚醣 (glucans)，從而破壞病原體。

3. PAMPs 觸發的免疫反應 (PAMP-Triggered Immunity, PTI)：

   • 植物細胞表面的模式識別受體 (Pattern Recognition Receptors, PRRs) 能夠識別病原體共享的 PAMPs（如細菌的鞭毛蛋白 flagellin、幾丁質）。
   • 識別後，會啟動一系列的信號傳導途徑，稱為PTI。這包括：
     • 活性氧簇 (Reactive Oxygen Species, ROS) 的爆發： ROS 具有氧化損傷作用，可以殺死或抑制病原體。
     • 細胞壁沉積和加厚： 增強物理屏障。
     • 抗微生物物質的產生： 誘導產生或釋放 phytoalexins。
     • 系統性獲得抗性 (Systemic Acquired Resistance, SAR)： 啟動全身性的長期防禦反應。

二、 誘導免疫 (Induced Immunity) - 識別專一性抗原後啟動的防禦：

此題主要考查真菌 (Fungi) 的分類、特徵以及其有性與無性生殖的生命週期。

(1) 真菌的分類群 (Groups of Fungi):
傳統上，真菌主要依據其有性孢子的形成方式和結構進行分類。目前，雖然分類系統有所更新，但較常見且符合傳統教學的分類方式，將真菌主要分為以下幾個門 (Phyla)：

1. 幾丁壺菌門 (Chytridiomycota)
2. 卵菌門 (Oomycota) - 註：雖然過去常被歸類為真菌，但現代分類學將其移至原生生物界 (Protista)，因其細胞壁成分非幾丁素，且有鞭毛。但許多舊教材或題目仍可能將其納入真菌討論。若此題為舊題，則可能包含。
3. 接合菌門 (Zygomycota) - 註：接合菌門在現代分類學中已被拆分，部分成員歸入毛黴菌綱 (Mucoromycetes)。
4. 子囊菌門 (Ascomycota)
5. 擔子菌門 (Basidiomycota)
6. 半知菌 (Deuteromycota / Fungi Imperfecti) - 註：這是一個功能性分類，指沒有觀察到有性生殖階段的真菌，現代分類學傾向將其歸入子囊菌門或擔子菌門。

若按照較為簡潔且常見的分類，可列出：

• 幾丁壺菌門 (Chytridiomycota)
• 接合菌門 (Zygomycota) (或其現代類群)
• 子囊菌門 (Ascomycota)
• 擔子菌門 (Basidiomycota)
• 半知菌 (Deuteromycota) (作為一個無性生殖階段的類群)

若要嚴謹回答，可列出五個主要的真菌類群：

1. 幾丁壺菌門 (Chytridiomycota)
2. 毛黴菌綱 (Mucoromycetes) - 包含原接合菌門的部分類群
3. 子囊菌門 (Ascomycota)
4. 擔子菌門 (Basidiomycota)
5. 另外，可以討論「無性真菌」(anamorphs, 過去稱半知菌) 作為一類。

為了符合題目要求「多少個群」並提供「每個群的特徵」，我們以傳統上較為常見且涵蓋廣泛的五個主要類群來回答：

1. 幾丁壺菌門 (Chytridiomycota)
2. 接合菌門 (Zygomycota)
3. 子囊菌門 (Ascomycota)
4. 擔子菌門 (Basidiomycota)
5. 半知菌 (Deuteromycota)

(2) 各分類群的特徵：

1. 幾丁壺菌門 (Chytridiomycota):

   • 形態： 結構最簡單的真菌，通常是單細胞或簡單的菌絲體。
   • 生殖： 產生具有單一鞭毛（游動孢子 zoospores）的孢子，這是真菌中較為特異的。
   • 棲息地： 多為水生，或潮濕土壤，有些是寄生性的。
   • 例如： Allomyces

2. 接合菌門 (Zygomycota) (現代分類中的毛黴菌綱 Mucoromycetes 等):

   • 形態： 菌絲體為合胞菌絲 (coenocytic hyphae)，即無分隔的菌絲。
   • 無性生殖： 主要通過產生無隔的、頂生的孢子囊孢子 (sporangiospores) 進行無性繁殖。
   • 有性生殖： 通過接合生殖 (zygogamy) 形成厚壁的接合孢子 (zygospore)，這是其名稱的由來。
   • 棲息地： 多為腐生，存在於土壤、糞便或腐爛有機物中。
   • 例如： 麵包黴菌 (Rhizopus stolonifer)。

3. 子囊菌門 (Ascomycota):

   • 形態： 菌絲體有隔膜 (septate hyphae)。
   • 無性生殖： 主要通過產生頂生、有隔的、通常是無性的分生孢子 (conidia) 進行繁殖。
   • 有性生殖： 通過產生子囊孢子 (ascospores) 進行有性繁殖。子囊孢子形成於一種稱為子囊 (ascus) 的袋狀結構內，通常由兩個配子囊 (gametangia) 的融合形成。
   • 多樣性： 是最大的真菌門，包含酵母、 más 多的黴菌、 más 多的食用菌（如羊肚菌、松露）。
   • 例如： 酵母菌 (Saccharomyces cerevisiae)、青黴菌 (Penicillium)、毒鵝菇 (Amanita phalloides)（雖然多數毒鵝菇是擔子菌，但子囊菌門也有許多著名的有毒或食用種類）。

此題考查單基因遺傳疾病的遺傳模式與致病機轉。

(1) 隱性遺傳疾病 (Recessive Disorder) 與顯性遺傳疾病 (Dominant Disorder) 的區別：

• 隱性遺傳疾病 (Recessive Disorder):

  • 此類疾病的表現需要個體同時擁有兩個致病基因的突變等位基因 (homozygous for the recessive allele, 基因型為 $aa$)。
  • 帶有單一突變等位基因的個體 (heterozygous, 基因型為 $Aa$) 通常是症狀的攜帶者 (carrier)，但本身不表現疾病症狀，因為正常的等位基因 ($A$) 所產生的蛋白質功能足夠。
  • 疾病的發生率通常較顯性遺傳疾病低，且常在同父同母的夫婦（若雙方均為攜帶者）後代中出現。

• 顯性遺傳疾病 (Dominant Disorder):

  • 此類疾病只需要個體擁有一個致病基因的突變等位基因 (heterozygous, 基因型為 $Aa$) 就會表現出疾病症狀。
  • 攜帶兩個突變等位基因的個體 (homozygous for the dominant allele, 基因型為 $AA$) 通常症狀會更嚴重，甚至可能致死（純合致死, often lethal).
  • 顯性遺傳疾病的發生率相對較高，且患者的父母中至少有一方通常患有該疾病（除非是新生突變）。

簡而言之： 隱性疾病需要兩個異常基因才能發病，攜帶者無症狀；顯性疾病只需要一個異常基因就會發病，攜帶者有症狀。

(2) 兩個單基因遺傳疾病的例子及其致病機轉：

範例一：苯酮尿症 (Phenylketonuria, PKU) - 隱性遺傳疾病

• 遺傳模式： 體染色體隱性遺傳 (Autosomal recessive)。
• 致病機轉：
  • PKU 是由負責製造苯丙胺酸羥化酶 (phenylalanine hydroxylase, PAH) 的基因發生突變所引起。PAH 是一種肝臟酵素，負責將飲食中的必需胺基酸苯丙胺酸 (phenylalanine, Phe) 轉化為酪胺酸 (tyrosine)。

此題要求描述四種主要基於染色體的動物性別決定系統。性別決定系統是指決定生物性別的遺傳機制，在許多動物中，這與性染色體 (sex chromosomes) 的組成有關。

以下是四種主要的染色體性別決定系統：

1. XY sex-determination system (XY 性別決定系統):

   • 描述： 在此系統中，一個性別擁有兩條相同的性染色體（同型配子同源染色體, homogametic sex），而另一個性別則擁有一對不同的性染色體（異型配子同源染色體, heterogametic sex）。
   • 人類與哺乳動物： 雌性為 XX (同型)，雄性為 XY (異型)。Y 染色體上通常有一個關鍵基因 (SRY gene) 決定雄性發育。
   • 果蠅 (Drosophila): 雌性為 XX (同型)，雄性為 XY (異型)，但其性別決定機制是基於 X 染色體與體染色體套數的比例，而非單純 Y 染色體。
   • 優勢： 這是哺乳動物、大多數昆蟲（包括果蠅）、有些魚類和爬行動物的性別決定系統。

2. ZW sex-determination system (ZW 性別決定系統):

   • 描述： 此系統與 XY 系統相反。異型配子同源染色體 (heterogametic sex) 是雌性，而同型配子同源染色體 (homogametic sex) 是雄性。
   • 染色體組成： 雄性為 ZZ (同型)，雌性為 ZW (異型)。
   • 代表物種： 鳥類 (birds)、大多數蝴蝶和蛾類 (lepidopterans)、某些魚類和爬行動物。
   • 機制： 雌性決定性別，其 W 染色體上帶有決定雌性的基因。

3. X sex-determination system (X 性別決定系統):

   • 描述： 在此系統中，沒有特定的 Y 染色體。性別由單一 X 染色體的存在與否決定。
   • 染色體組成：
     • XO 系統： 雌性為 XX，雄性為 X (單一 X 染色體)。體染色體套數是正常的。
     • X0 系統： 雌性為 XX，雄性為 X0。如果缺少一個 X 染色體，則發育成雄性。

這個問題的核心是細胞訊號傳遞 (cell signaling) 的機制。訊號分子 (signal molecule)，也稱為配體 (ligand)，可以作用於目標細胞 (target cell) 的表面受體，而無需進入細胞內部，即可引發細胞內的反應，包括改變基因表現。

其機制如下：

1. 細胞表面受體 (Cell Surface Receptors):

   • 大多數訊號分子（特別是肽類激素、生長因子、神經傳導物質等）是水溶性的，無法穿過細胞膜。
   • 它們會與目標細胞質膜上的特定受體蛋白結合。這些受體通常是跨膜蛋白，其一部分位於細胞外，負責結合配體，另一部分位於細胞內，與細胞內的分子系統相連。

2. 信號轉導途徑 (Signal Transduction Pathway):

   • 當訊號分子與其受體結合後，會引發受體構象的改變。
   • 這個構象改變會啟動一系列細胞內的事件，稱為信號轉導。這個過程通常涉及：
     • 蛋白質磷酸化/去磷酸化： 激酶 (kinases) 和磷酸酶 (phosphatases) 參與其中，將磷酸基團添加到蛋白質上（磷酸化）或移除，從而改變蛋白質的功能或活性。

此題考查早期胚胎發育中，果蠅 (fruit fly) 頭尾極性 (anterior-posterior polarity) 建立的關鍵步驟。果蠅的胚胎發育是模式生物，其極性建立的機制研究得非常透徹。

果蠅早期發育建立頭尾極性的關鍵步驟，主要涉及母源因子 (maternal factors) 的mRNA和蛋白質在胚胎中的定位，以及隨後形成的細胞-細胞信號傳遞。

1. 母源因子 mRNA 的定位 (Maternal mRNA Localization):

   • 在果蠅卵母細胞 (oocyte) 中，母親的基因產物（主要是 mRNA 和蛋白質）已經被定向定位到卵子的特定區域。
   • 頭端 (Anterior): 卵母細胞的頭端富含 bicoid (bcd) mRNA。bcd mRNA 被定位到卵子的前極。
   • 尾端 (Posterior): 卵母細胞的尾端富含 oskar (osk) mRNA。osk mRNA 被定位到卵子的後極。

2. 母源因子蛋白質的產生與擴散 (Maternal Protein Production and Diffusion):

   • 當卵子受精後，胚胎細胞開始進行快速的細胞分裂，形成合胞體 (syncytium) 胚胎（多個細胞核共享一個細胞質）。
   • Bicoid 蛋白質： 卵子頭端的 bcd mRNA 被翻譯成 Bicoid 蛋白質。Bicoid 蛋白質是一種轉錄因子，它會從頭端向尾端擴散。
   • Oskar 蛋白質： 卵子尾端的 osk mRNA 被翻譯成 Oskar 蛋白質。Oskar 蛋白質在後極形成，並對後續的尾部發育（包括形成生殖細胞和腹部結構）至關重要。

3. Bicoid 蛋白質的濃度梯度及其作用 (Bicoid Protein Gradient and its Function):

   • Bicoid 蛋白質在胚胎中形成一個從頭端向尾端遞減的濃度梯度。
   • Bicoid 蛋白質作為一個轉錄因子，在不同濃度下會激活不同的下游基因。
   • 高濃度 Bicoid (頭端)： 激活 "head gap genes"（如 empty spiracles, otd），這些基因決定頭部結構的形成。
   • 中等濃度 Bicoid (中間區域)： 激活 "thoracic gap genes"（如 hunchback, caudal），這些基因決定胸部結構的形成。
   • 低濃度 Bicoid (尾端)： 影響較小，尾部結構主要由其他母源因子（如 Nanos）和後續的胚層基因決定。

膠原蛋白 (Collagen) 是一種結構蛋白，在動物體內非常豐富，是結締組織（如皮膚、骨骼、肌腱、韌帶）的主要成分。

• 脂質 (Lipid): 是脂肪、油、磷脂和類固醇等，不溶於水，主要作為能量儲存和細胞膜成分。膠原蛋白不是脂質。
• 纖維狀蛋白質 (Fibrous protein): 這類蛋白質通常呈長鏈狀或纖維狀，結構穩定，在體內主要起結構支撐作用。

此題考查肌肉收縮的滑動絲理論 (Sliding Filament Theory) 的相關知識，要求找出錯誤的敘述。

肌肉收縮的機制涉及肌動蛋白 (actin) 和肌凝蛋白 (myosin) 絲的相對滑動，而不是絲本身的縮短。

• A. The ends of actin filaments move closer together (肌動蛋白絲的末端相互靠近): 正確。在肌肉收縮過程中，肌凝蛋白頭部與肌動蛋白結合並產生拉力，導致肌動蛋白絲向肌凝蛋白絲的中心滑動，這使得肌動蛋白絲的末端（Z 盤之間的區域）相互靠近。
• B. Calcium-troponin binding precedes actin-myosin binding (鈣離子與藍鈣素結合，先於肌動蛋白-肌凝蛋白結合): 正確。當神經衝動傳遞到肌細胞時，會釋放鈣離子 ($Ca^{2+}$)。鈣離子會與肌鈣蛋白 (troponin) 結合，引起肌鈣蛋白構象改變。

核心觀念

恆定性（homeostasis）是指生物透過調節機制，使體內環境的重要物理、化學條件維持在相對穩定的範圍內。這種穩定並非完全不變，而是透過負回饋（negative feedback），在偏離正常值時啟動修正反應。

典型判斷要素為：

1. 先有某項體內條件偏離正常範圍。
2. 感測與調節系統偵測到變化。
3. 身體產生反向調節，使該條件回到適當範圍。

例如血液中的鹽分濃度升高時，腎臟增加鹽分排出量，使血液鹽分濃度下降，這就是負回饋式的恆定調節。

解題方法

判斷各選項是否屬於恆定性，關鍵在於確認該敘述是否描述：

「體內環境發生變化後，身體啟動調節作用，使該變化受到抵消。」

選項 C 明確指出血液鹽分濃度升高，腎臟便排出更多鹽分。其因果關係如下：

$$\text{血液鹽分濃度升高} \rightarrow \text{腎臟增加鹽分排出} \rightarrow \text{血液鹽分濃度下降}$$

後續反應會抵消原本的變化，符合負回饋與恆定性的定義。

選項分析

A. Most adult humans are between 5 and 6 feet tall.

多數成年人的身高落在一定範圍內，主要反映遺傳、營養與生長發育等因素的結果。這是族群中的統計分布或身體特徵範圍，並未描述個體如何偵測身高變化並加以調節。

因此，A 不是恆定性的例子。

B. The lungs and intestines have large surface areas.

肺部具有大量肺泡，小腸具有絨毛與微絨毛，這些構造能增加氣體交換或養分吸收的表面積，屬於構造與功能的適應。

此敘述沒有涉及體內環境偏離後的回饋調節，因此不是恆定性。

負回饋機制 (Negative-feedback mechanisms) 是維持恆定性 (homeostasis) 的核心。

• A. most often involved in maintaining homeostasis (最常參與維持恆定性): 正確。負回饋機制通過偵測生理變量的偏差，並啟動反應來抵消這種偏差，從而將變量維持在設定點 (set point) 附近，這是恆定性的基本原理。
• B. activated only when a variable rises above a set point (僅在變量升高到設定點以上時啟動): 錯誤。負回饋機制不僅在變量升高時啟動，也在變量降低到設定點以下時啟動，其目的是將變量拉回到設定點，無論是升高還是降低。

此題考查脂肪的能量含量及其相關概念。

• A. is released by bile salts (由膽汁鹽釋放): 錯誤。膽汁鹽 (bile salts) 在消化過程中協助乳化脂肪，使其更容易被酵素分解，但它們本身不釋放脂肪的能量。能量來自脂肪分子內的化學鍵。
• B. may be lost unless an herbivore easts some of its feces (除非食草動物吃糞便，否則能量可能損失): 錯誤。這描述的是糞便消化 (coprophagy)，有些動物（如兔子、囓齒類）會吃自己的糞便以重新吸收未被完全消化的營養物（包括來自共生微生物分解的維生素和一些能量）。但這與脂肪能量的釋放無關，而是提高營養利用率。
• C. is more than two times that of carbohydrates or proteins (比碳水化合物或蛋白質的能量高兩倍以上): 正確。脂肪每克約提供 9 大卡 (kcal) 的能量，而碳水化合物和蛋白質每克約提供 4 大卡。因此，脂肪的能量密度是碳水化合物和蛋白質的兩倍多。

此題考查維生素、礦物質及其重要生理功能的配對，要求找出錯誤的配對。

• A. most B vitamins - coenzymes (大多數 B 群維生素 - 輔酶): 正確。B 群維生素（如 B1, B2, B3, B5, B6, B7, B9, B12）是許多重要輔酶 (coenzymes) 的組成部分，這些輔酶在代謝反應中至關重要，例如 NAD+, FAD, CoA, TPP 等。
• B. Vitamin E - antioxidant (維生素 E - 抗氧化劑): 正確。維生素 E 是一種脂溶性維生素，是重要的抗氧化劑，能保護細胞膜免受自由基的氧化損傷。
• C. Vitamin K - blood clotting (維生素 K - 血液凝固): 正確。維生素 K 對於肝臟合成多種凝血因子（如凝血酶原 prothrombin）是必需的，它參與 γ-羧基化過程。

此題考查呼吸道（氣管和支氣管）黏膜上纖毛 (cilia) 的功能。

• A. to sweep air into and out of the lungs (將空氣掃入和掃出肺部): 錯誤。空氣的進出是由呼吸肌（膈肌、肋間肌）的收縮和舒張引起的，是呼吸運動的結果，纖毛不參與此過程。
• B. to increase the surface area for gas exchange (增加氣體交換的表面積): 錯誤。增加氣體交換表面積的功能主要由肺泡 (alveoli) 的結構實現。
• C. to vibrate when air is exhaled to produce sounds (呼氣時振動產生聲音): 錯誤。聲音的產生（發聲）主要由喉部 (larynx) 的聲帶 (vocal cords) 振動引起。

核心觀念

本題考查各器官的血液來源，以及血液在循環系統中的含氧狀態。

• 含氧血（oxygenated blood）：氧分壓高、由肺或鰓等呼吸器官取得氧氣的血液。
• 缺氧血（deoxygenated blood）：已將氧氣輸送至組織、含氧量較低的血液。
• 判斷「器官接收何種血液」時，重點是觀察流入該器官的血管，而非流出的血管。

在下列選項中，脾臟由脾動脈供血；脾動脈源自體循環動脈系統，內含氧量高，因此脾臟的血液輸入為含氧血。

解題方法

逐一檢查各器官的主要入流血管：

1. 若器官同時接收含氧血與缺氧血，不能選。
2. 若器官首先接收缺氧血，再在器官內進行氣體交換，也不能選。
3. 只有主要入流血管提供含氧血的器官，才符合題意。

依此判斷，答案為脾臟，即 C. spleen。

選項分析

• A. lung（肺）錯誤

  肺同時接受兩種血液：

  • 肺動脈將右心室送出的缺氧血帶到肺部，進行氣體交換。
  • 支氣管動脈則供應含氧血給肺組織本身。

  因此肺並非只接收含氧血。

此題考查哺乳動物細胞的有氧呼吸能力。有氧呼吸 (aerobic respiration) 是指細胞在有氧氣存在下，將葡萄糖分解為二氧化碳和水，並產生大量 ATP 的過程。

• A. liver cells (肝細胞): 能夠。肝細胞是代謝中心，進行旺盛的有氧呼吸，為身體提供能量。
• B. red blood cells (紅血球): 不能。哺乳動物的成熟紅血球沒有粒線體 (mitochondria)，因此無法進行有氧呼吸。

胰臟 (pancreas) 分泌多種消化酶，對消化蛋白質、碳水化合物和脂肪都至關重要。

• 蛋白質 (Proteins): 胰臟分泌胰蛋白酶 (trypsin) 和胰凝乳蛋白酶 (chymotrypsin) 等，這些是重要的蛋白酶，負責將蛋白質分解為胜肽和胺基酸。
• 碳水化合物 (Carbohydrates): 胰臟分泌胰澱粉酶 (pancreatic amylase)，它能將澱粉等複雜碳水化合物分解為雙醣和寡醣。

核心觀念

本題考查不同動物的含氮代謝廢物，以及其排泄形式與生活環境、節水需求之間的關係。

胺基酸分解會產生有毒的氨。動物通常將氨轉換成毒性較低的含氮廢物，主要形式如下：

• 氨（ammonia）：毒性高，但溶於水且排出成本低，常見於水生動物。
• 尿素（urea）：毒性較低，需消耗能量合成，主要見於哺乳類與成體兩棲類。
• 尿酸（uric acid）：毒性低、溶解度低，形成半固態排泄物，可大幅減少水分流失，常見於鳥類、爬蟲類與昆蟲。

解題方法

判斷各動物的主要含氮排泄物：

1. 鳥類為了減少體重與節省水分，主要排出尿酸。
2. 魚類生活在水中，可直接排出氨。
3. 人類屬於哺乳類，主要排出尿素。
4. 青蛙成體主要排出尿素；蝌蚪階段則以排出氨為主。

因此，題目所述「尿酸是主要含氮廢物」的動物為鳥類。

選項分析

A. frog

在禁食 (fasting) 或能量攝取不足的狀態下，身體會依賴儲存的有機化合物來提供能量。身體利用這些儲備的順序是有優先級別的，以盡可能保護重要的蛋白質結構。

1. 首選能源：碳水化合物 (Carbohydrates)。

   • 身體儲存的碳水化合物主要是肝醣 (glycogen)，存在於肝臟和肌肉中。肝醣可以被快速分解成葡萄糖，提供即時能量，特別是為大腦和紅血球提供能量（它們主要依賴葡萄糖）。
   • 當肝醣儲備耗盡後（通常在禁食 12-24 小時後），身體就需要尋找替代能源。

2. 第二選擇：脂肪 (Fats)。

   • 身體儲存的脂肪（三酸甘油酯）是主要的能量儲備，每克脂肪提供的能量遠高於碳水化合物或蛋白質。
   • 脂肪分解產生脂肪酸和甘油。脂肪酸可以被大多數組織（除了大腦和紅血球）用作能量來源，通過 β-氧化進入檸檬酸循環。甘油可以被轉化為葡萄糖（糖質新生）。
   • 脂肪的利用在禁食期間會顯著增加，以補充因肝醣耗盡而缺失的能量。

橫紋肌 (striated muscle) 的收縮單位是肌節 (sarcomere)。

• 肌纖維 (Myofibril): 肌纖維是肌肉細胞內由肌動蛋白絲和肌凝蛋白絲組成的長條狀結構，它由許多肌節串聯而成。肌纖維是收縮的「執行者」，但不是最小的「功能單位」。
• 橫橋 (Cross bridges): 指的是肌凝蛋白頭部與肌動蛋白絲結合的部分，是產生收縮力的結構，但不是整個收縮單位。

此題考查細胞骨架 (cytoskeletal elements) 的組成蛋白質及其在不同細胞結構中的作用。

• 微絨毛 (Microvilli): 是細胞膜向外突出的指狀結構，主要功能是增加表面積。其核心結構由一束緊密排列的 肌動蛋白絲 (actin filaments) 組成。
• 絲狀偽足 (Filopodia): 是細胞運動和感知環境的細長突起，其結構也主要由 肌動蛋白絲 組成，肌動蛋白的聚合和解聚是其伸展和收縮的動力。
• 收縮環 (Contractile rings): 在細胞分裂末期，細胞質分裂時，在赤道板附近形成一個環狀結構，負責將細胞缢裂成兩部分。這個環的收縮主要依賴於 肌動蛋白絲 和肌凝蛋白 (myosin) 的相互作用。
• 生長錐 (Growth cones): 是神經元軸突生長尖端的結構，負責引導軸突的生長方向。

題目問的是哪種含鐵蛋白質賦予紅血球顏色。題目中的 "red blood vessel" 應為 "red blood cell" (紅血球)。

• A. hemocyanin (血藍蛋白): 這種蛋白質存在於某些無脊椎動物（如螃蟹、軟體動物）的血液中，負責攜帶氧氣。它含銅 (copper) 而非鐵，因此血液呈現藍色。

此題考查高膽固醇對動脈的影響及其名稱。

• A. hypertension (高血壓): 指的是動脈內的壓力持續偏高。雖然動脈粥狀硬化可能導致高血壓，但高血壓本身不是指膽固醇沉積。
• B. hypotension (低血壓): 指的是動脈內的壓力偏低。

角膜移植 (Cornea transplant) 的成功率很高，排斥反應較少，主要與角膜的特殊生理結構有關。

• A. it is composed of enucleated cells (由無核細胞組成): 部分正確，但不是主要原因。角膜內皮細胞 (corneal endothelium) 是無核的，但角膜上皮細胞 (corneal epithelium) 和角膜基質細胞 (stromal cells) 則有核。無核細胞的特性可能對免疫反應有影響，但不是最主要原因。
• B. it is a non living layer (是一個非活層): 錯誤。角膜是活的組織，包含活細胞，需要代謝和養分供應。

神經衝動 (nerve impulse) 的傳播涉及動作電位 (action potential) 的產生，這是一種膜電位的快速變化。動作電位的產生主要是由於細胞膜離子通道的開放和關閉，導致離子跨膜流動。

動作電位的產生過程：

1. 靜息電位 (Resting potential): 在神經元未受刺激時，細胞膜內外存在電位差，細胞膜內側帶負電，外側帶正電，這是由於細胞膜對不同離子的通透性差異以及鈉鉀離子泵 (Na$^+$-K$^+$ pump) 的作用。
2. 去極化 (Depolarization): 當神經元受到足夠強度的刺激時，細胞膜上的 鈉離子通道 (Na$^+$ channels) 打開。
   • 由於細胞內外鈉離子的濃度梯度（細胞外高，細胞內低）和電位梯度（細胞內負，細胞外正），鈉離子會 從細胞外 (extracellular fluid) 大量流入細胞內 (intracellular fluid)。
   • 這種鈉離子的內流導致細胞膜內側電位由負轉正，膜電位快速升高，這就是動作電位的「上升期」或去極化階段。
3. 再極化 (Repolarization): 當膜電位達到峰值後，鈉離子通道迅速失活，同時 鉀離子通道 (K$^+$ channels) 打開。

阿茲海默症 (Alzheimer's disease, AD) 是一種神經退化性疾病，其特徵是大腦中負責記憶和學習的神經迴路出現功能障礙。雖然其確切病因複雜，但已知與某些神經傳導物質的減少有關。

• A. dopamine (多巴胺): 多巴胺主要與運動控制、獎勵系統和動機有關。帕金森氏症 (Parkinson's disease) 與多巴胺能神經元喪失有關。
• B. glutamic acid (麩胺酸): 麩胺酸是興奮性神經傳導物質，在學習和記憶中起重要作用。過量的麩胺酸可能導致神經毒性，與 AD 的某些病理過程有關，但 AD 的主要特徵不是麩胺酸的「缺乏」。

此題考查視覺細胞的功能。

• A. rod cells (視桿細胞): 視桿細胞對光線非常敏感，負責在低光照條件下的視覺（黑白視覺），但它們不能分辨顏色。
• B. cone cells (視錐細胞): 視錐細胞對光線的敏感度較低，但它們能分辨不同的顏色。人眼中的視錐細胞有三種類型，分別對紅光、綠光和藍光最敏感，通過這些細胞對不同波長光的反應組合，我們就能感知到豐富的色彩。

拮抗激素 (antagonistic hormones) 是指兩種激素的作用方向相反，共同調節某一生理功能的穩定。

• A. MSH (促黑激素) and TSH (促甲狀腺激素): MSH 主要影響色素細胞，TSH 刺激甲狀腺分泌甲狀腺素。它們作用的靶器官和功能不同，沒有明顯的拮抗作用。
• B. calcitonin (降鈣素) and parathyroid hormone (PTH, 副甲狀腺素):
  • 降鈣素 (Calcitonin): 由甲狀腺濾泡旁細胞分泌，主要作用是 降低 血液中的鈣離子濃度。它通過抑制破骨細胞的活性，減少骨骼釋放鈣，並促進腎臟排出鈣。

前情提要：選項 A, B, C 屬於第 11 題的某小題，但在此處被截斷，根據上下文，應該是第 11 題的第 21 小題的選項 C 和 D，而第 22 小題才是關於前列腺素 (prostaglandins) 的題目。

關於前列腺素 (prostaglandins) 的敘述：

• A. They are one of the types of target cells (它們是目標細胞的一種類型): 錯誤。前列腺素是訊號分子（脂質衍生物），而不是細胞本身。它們作用於目標細胞，但不是目標細胞。
• B. They are produced by endocrine glands (它們由內分泌腺體產生): 錯誤。前列腺素並非主要由內分泌腺體產生。它們是在幾乎所有組織和細胞中，由細胞膜上的磷脂通過酵素作用（如環氧化酶 cyclooxygenase, COX）轉化而來。它們是一種局部作用的訊號分子（旁分泌或自分泌）。

核心觀念

本題考查細胞間化學訊息傳遞的作用距離與分類。

**自分泌（autocrine）**是指細胞分泌的訊息分子，作用於分泌該訊息分子的同一細胞，形成自我調節。例如：

$$\text{細胞} \xrightarrow{\text{分泌訊息分子}} \text{同一細胞上的受體}$$

需注意的是，同一種訊息分子可能依作用對象與距離不同，兼具不同的分類：

• 內分泌（endocrine）：經血液運送至遠距離細胞，例如典型的胰島素作用。
• 旁分泌（paracrine）：作用於附近其他細胞。
• 自分泌（autocrine）：作用於分泌細胞本身。
• 接觸依賴型（juxtacrine）：須透過細胞膜上的接觸傳遞。
• 突觸訊息傳遞（synaptic signaling）：神經元經突觸傳遞訊息。

因此，判斷重點不是只看某物質「通常」屬於哪種激素，而是看它是否能作用於分泌它的同一細胞。

解題方法

逐一檢查各物質是否具有自分泌調節功能：

1. 該物質是否可由細胞自行合成與釋放？
2. 分泌細胞本身是否具有該物質的受體或反應系統？
3. 該物質是否能回頭調節原分泌細胞的功能？

胰島素、前列腺素與一氧化氮皆可在特定生理情境下作用於分泌它們的細胞，因此皆可作為自分泌調節因子。

選項分析

A. insulin（胰島素）

胰島素最典型的功能是由胰臟 $\beta$ 細胞分泌，經血液運送至肝臟、骨骼肌與脂肪細胞，因此屬於典型的內分泌訊號。

但是，胰島素也能作用於胰島 $\beta$ 細胞本身。$\beta$ 細胞具有胰島素受體，胰島素可透過自分泌訊號參與調節 $\beta$ 細胞的代謝、存活與分泌功能。

此題與上一題 (23) 實質上是同一題，只是選項順序和文字略有不同（上一題是 (22) 關於前列腺素，此處是 (24) 關於自分泌調節物）。

自分泌調節物 (Autocrine regulator) 是指細胞自身產生的訊號分子，作用於該細胞表面的受體，從而調節自身的生理活動。

• A. insulin (胰島素): 胰島素是內分泌激素，主要作用於其他細胞（肝臟、肌肉、脂肪），不常被視為典型的自分泌調節物。
• B. prostaglandins (前列腺素): 前列腺素在多種細胞中產生，並經常作用於產生細胞本身，調節細胞功能（如炎症、細胞生長）。這是一個典型的自分泌調節物例子。
• C. nitric oxide (NO, 一氧化氮): NO 也是一種重要的細胞訊號分子，可以作用於產生細胞本身（自分泌）或鄰近細胞（旁分泌）。因此，NO 也是一個自分泌調節物的例子。

神經衝動 (nerve impulse) 在神經元 (neuron) 中的傳遞方向是特定的。神經元通常有三個主要部分：細胞體 (cell body/soma)、軸突 (axon) 和樹突 (dendrites)。

• 細胞體 (Cell body/soma): 包含細胞核和大部分細胞器，是神經元的代謝中心。
• 軸突 (Axon): 從細胞體延伸出來的長突起，負責將神經衝動傳遞到其他神經元、肌肉或腺體。衝動通常從細胞體沿著軸突傳遞出去。
• 樹突 (Dendrites): 從細胞體延伸出來的短突起，負責接收來自其他神經元的訊號，並將這些訊號（通常是電化學信號）傳遞到細胞體。