109 年 國立臺灣大學化學系碩士班化學生物學組《生物化學（A）》

核心觀念

本題考查胺基酸側鏈的碳原子命名與「分支型胺基酸」分類。

以 $\alpha$-碳為基準，側鏈上的第一個碳稱為 $\beta$-碳，依序往外為 $\gamma$-碳、$\delta$-碳。若側鏈的分支發生在 $\beta$-碳，即稱為 β-branched amino acid（β-碳分支胺基酸）。

Threonine（蘇胺酸）的結構可表示為：

$$\mathrm{NH_2-CH(CH(OH)CH_3)-COOH}$$

其中側鏈的 $\beta$-碳為：

$$\mathrm{C_\alpha-C_\beta(OH)(CH_3)H}$$

$\beta$-碳連接了一個甲基 $\mathrm{-CH_3}$，因此屬於 β-碳分支。

解題方法

判斷步驟如下：

1. 先找出胺基酸的 $\alpha$-碳。
2. 沿著側鏈向外數，第一個碳是 $\beta$-碳。
3. 觀察分支是否直接出現在 $\beta$-碳上。
4. 若 $\beta$-碳除了連接 $\alpha$-碳與側鏈主鏈外，還連接額外的碳基團，即可判定為 β-碳分支。

Threonine 的側鏈為 $\mathrm{-CH(OH)CH_3}$。其 $\beta$-碳同時連接羥基 $\mathrm{-OH}$、甲基 $\mathrm{-CH_3}$、氫，以及 $\alpha$-碳；其中甲基構成側鏈分支，所以答案為 Threonine。

選項分析

• (A) Leucine（白胺酸）錯誤

  Leucine 的側鏈為：

  $$\mathrm{-CH_2-CH(CH_3)_2}$$

核心觀念

本題考查不同蛋白質二級結構中，主鏈沿著結構軸方向的「每個胺基酸殘基上升距離（rise per residue）」。

20 個胺基酸殘基所形成的結構長度可表示為：

$$L \approx 20 \times d$$

其中 $d$ 為每個殘基沿結構軸的上升距離。因此，因為三種結構的殘基數相同，只要比較每個殘基的軸向上升距離即可。

常見數值如下：

結構	每殘基軸向上升距離
$\alpha$-helix	約 $1.5\ \text{Å}$
$\beta$-strand	約 $3.3\sim 3.5\ \text{Å}$
collagen helix	約 $2.9\ \text{Å}$

因此，每個殘基的延伸程度為：

$$\beta\text{-strand} > \text{collagen helix} > \alpha\text{-helix}$$

解題方法

三種結構皆由 20 個殘基組成，分別估算其長度：

1. $\alpha$-helix：

$$L_A \approx 20 \times 1.5 = 30\ \text{Å}$$

2. $\beta$-strand：

$$L_B \approx 20 \times 3.5 = 70\ \text{Å}$$

3. Collagen helix：

$$L_C \approx 20 \times 2.9 = 58\ \text{Å}$$

所以長度關係為：

$$L_B > L_C > L_A$$

即：

核心觀念

本題考查醣類的五個基本概念：

1. 蔗糖的組成與糖苷鍵。
2. 醛己糖的立體異構物數目。
3. 玻尿酸與肝素的多醣分類及硫酸化。
4. 葡萄糖 $\alpha$、$\beta$ 異頭物之間的變旋作用。
5. $N$-連結型醣基化所連接的單醣種類。

判斷每位學生的敘述後，計算正確人數即可。

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解題方法

逐一檢查 A 至 E 的敘述，依照醣類結構與生化定義判斷正誤。

Student A：正確

蔗糖由一個葡萄糖（Glc）與一個果糖（Fru）組成，標準結構為：

$$\alpha\text{-D-Glcp}-(1\rightarrow 2)-\beta\text{-D-Fruf}$$

也可寫成：

$$\text{Glc}(\alpha 1\rightarrow 2\beta)\text{Fru}$$

亦即，葡萄糖的異頭碳 $C1$ 以 $\alpha$ 構型，連接至果糖的異頭碳 $C2$，且果糖採 $\beta$ 構型。因此題目中 Student A 所描述的 Glc–Fru 異頭碳糖苷鍵代表蔗糖，敘述正確。

Student B：正確

醛己糖（aldohexose）具有 6 個碳，其中：

• $C1$ 是醛基碳，不是手性中心；
• $C2$、$C3$、$C4$、$C5$ 為 4 個手性中心；
• $C6$ 為 $CH_2OH$，不是手性中心。

具有 $n$ 個手性中心的分子，最多有：

$$2^n$$

個立體異構物。因此醛己糖的立體異構物數目為：

$$2^4=16$$

所以 Student B 正確。

Student C：錯誤

玻尿酸（hyaluronate）與肝素（heparin）都是異多醣，但兩者的硫酸化特徵不同。

• 玻尿酸由 $N$-乙醯葡萄糖胺（GlcNAc）與葡萄糖醛酸（GlcA）交替組成，通常不含硫酸基，因此屬於非硫酸化異多醣。
• 肝素則含有大量硫酸基，是高度硫酸化的異多醣。

因此不能將玻尿酸與肝素共同稱為「硫酸化異多醣」。Student C 錯誤。

Student D：錯誤

此題考查己糖 (hexose) 的立體化學結構和命名規則。我們需要逐一分析每位學生對 D-葡萄糖 (D-glucose) 與其他己糖或其衍生物之間結構差異的描述是否正確。

己糖的標準結構如下：
D-葡萄糖 (D-glucose)：CHO-(CHOH)₄-CH₂OH。在 Fischer 投影式中，C5 的羥基指向右側。
手性碳原子為 C2, C3, C4, C5。

學生 A 的說法：D-glucose and D-glucosamine are different on C2.

• D-葡萄糖 的 C2 位置是 -CHOH-。
• D-葡萄糖胺 (D-glucosamine) 是 D-葡萄糖的 C2 位置的羥基 (-OH) 被氨基 (-NH₂) 取代而成的胺基糖。
• 因此，D-葡萄糖和 D-葡萄糖胺在 C2 的取代基不同。
• 學生 A 的說法是正確的。

學生 B 的說法：D-glucose and L-glucose are different on C5.

• D-葡萄糖 和 L-葡萄糖 互為 對映異構物 (enantiomers)。
• 對映異構物是指分子在所有手性碳原子的構型上都相反的異構物。
• 對於己糖，D/L 的命名是根據 C5 位置的構型來定義的。D-型己糖的 C5 羥基在 Fischer 投影式中指向右側，而 L-型己糖的 C5 羥基指向左側。
• 因此，D-葡萄糖和 L-葡萄糖在 C5 的構型上是相反的。
• 學生 B 的說法是正確的。

學生 C 的說法：D-glucose and D-glucuronic acid are different on C6.

• D-葡萄糖 的 C6 位置是 -CH₂OH。
• D-葡萄糖醛酸 (D-glucuronic acid) 是 D-葡萄糖的 C6 位置的伯醇 (-CH₂OH) 被氧化成羧基 (-COOH) 而成的。
• 因此，D-葡萄糖和 D-葡萄糖醛酸在 C6 的官能基不同。

核心觀念

本題考查酵素的專一性、誘導契合（induced fit）與催化作用。

己糖激酶（hexokinase）催化的反應為：

$$\text{Glucose}+\text{ATP}\rightarrow \text{Glucose-6-phosphate}+\text{ADP}$$

反應中，ATP 的末端磷酸基（$\gamma$-phosphate）轉移至葡萄糖第 6 碳的羥基（$-OH$）上。水分子也具有 $-OH$，理論上能接受磷酸基而產生水解反應，但在己糖激酶催化下，葡萄糖作為受質的反應性約為水的一百萬倍。

關鍵不在於分子是否具有 $-OH$，而在於受質能否：

1. 正確結合酵素；
2. 誘導酵素形成適當構形；
3. 被精確定位，使反應基團靠近 ATP；
4. 穩定反應過渡態並降低活化能。

葡萄糖與己糖激酶結合後，會引發酵素構形改變，使活性部位的胺基酸排列至有利於磷酸基轉移的位置。水雖然存在量極多，卻無法以相同方式誘導並穩定這種催化構形，因此反應性遠低於葡萄糖。

解題方法

判斷這類題目時，應比較「化學基團本身」與「酵素活性部位中的整體催化環境」。

水與葡萄糖都含有可參與反應的 $-OH$，但酵素催化並非只辨認單一官能基。酵素會辨認受質的整體形狀、大小、電荷分布與多個結合位置。葡萄糖可與己糖激酶形成多點作用，促使酵素採取封閉且適合催化的構形。

此構形能同時改善：

• 葡萄糖 $-OH$ 與 ATP 末端磷酸基的相對位置；
• 反應基團的方向；
• 活性部位內的酸鹼催化與電荷穩定作用；
• 過渡態的穩定程度。

因此，葡萄糖的有效反應濃度與定位效率遠高於水。這種由酵素結合受質後改變構形、形成最佳催化狀態的現象，就是誘導契合。

選項分析

(A) 正確。

核心觀念

本題考查血紅蛋白（hemoglobin, Hb）與氧氣結合的變構調控，重點包括：

• 波耳效應（Bohr effect）：$CO_2$ 增加或 $H^+$ 增加，會降低 Hb 對 $O_2$ 的親和力，促進組織釋放氧氣。
• 2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）：與去氧血紅蛋白結合，穩定去氧構形（T state），促進氧氣釋放。
• $CO_2$ 的直接作用：$CO_2$ 可與 Hb 的游離胺基形成胺基甲酸基（carbamate），穩定去氧血紅蛋白。
• 變構轉換：氧合血紅蛋白偏向高親和力的 R state；去氧血紅蛋白偏向低親和力的 T state。

血紅蛋白的氧氣結合可概念化表示為：

$$\mathrm{Hb}+O_2 \rightleftharpoons \mathrm{HbO_2}$$

當 $H^+$、$CO_2$ 或 2,3-BPG 增加時，平衡傾向去氧方向，使 Hb 釋放 $O_2$。

解題方法

題目問的是「下列何者不是血紅蛋白結合氧氣的特徵」，因此逐項判斷各敘述是否符合 Hb 的生理調控：

1. $CO_2$ 是否會促進氧氣釋放？
2. 2,3-BPG 是否促進氧氣釋放，以及是否與氧氣具有互斥的結合關係？
3. $CO_2$ 是否能直接與 Hb 結合？
4. 質子 $H^+$ 對氧氣親和力的影響方向為何？

其中最關鍵的快速判斷是：

$H^+$ 增加會造成血紅蛋白對氧氣的親和力下降，而不是增加。

因此，宣稱「質子促進氧氣結合」的敘述即為錯誤選項。

選項分析

(A) $CO_2$ 透過降低 pH，促進氧氣從血紅蛋白解離

正確。

組織進行旺盛代謝時會產生較多 $CO_2$。$CO_2$ 溶於血液後可形成碳酸，進一步解離產生 $H^+$：

$$CO_2+H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$$

$H^+$ 增加使血液 pH 降低，促使 Hb 由高氧親和力的 R state 轉為低氧親和力的 T state，因此促進 $O_2$ 釋放。這就是波耳效應的一部分。

(B) 2,3-BPG 與氧氣是血紅蛋白彼此互斥的變構效應物

正確。

2,3-BPG 主要結合在去氧血紅蛋白中央空腔的帶正電區域，穩定 T state，降低 Hb 對 $O_2$ 的親和力。

當 $O_2$ 結合 Hb 後，血紅蛋白四級結構改變，中央空腔縮小，使 2,3-BPG 不易繼續結合。因此，2,3-BPG 的結合與氧氣的結合在構形上具有互斥性：

核心觀念

多酵素複合體（multi-enzyme complex）是多個連續催化不同反應的酵素，彼此以結構方式組合在一起，使代謝途徑中的中間產物能在酵素之間快速傳遞。其主要優勢是「底物通道化」（substrate channeling）：

$$E_1 \rightarrow I \rightarrow E_2$$

其中 $E_1$ 產生的中間產物 $I$，可直接交給鄰近的 $E_2$ 使用，減少中間產物逸散到溶液中的機會。

底物通道化可帶來以下效果：

• 提高連續反應的效率。
• 降低中間產物在溶液中的擴散損失。
• 減少中間產物與其他分子發生副反應。
• 保護不穩定或具反應性的中間產物。
• 使下一個酵素附近的有效底物濃度提高。

解題方法

本題應先抓住題幹所問的「major advantage」，再逐項判斷各選項是否符合多酵素複合體的基本功能。

多酵素複合體的核心價值在於連續反應中間產物的快速傳遞，而不是單純體積變大、跨膜能力增加，或對抑制作用具有普遍抗性。因此，符合「中間產物直接傳遞」的選項就是正確答案。

選項分析

(A) It's large size enables it to span an entire membrane.

錯誤。多酵素複合體的確可能具有較大的分子量，但「體積大」不是其主要優勢，也不代表一定能橫跨整個細胞膜。

許多多酵素複合體位於細胞質中，並不與膜結合。例如丙酮酸去氫酶複合體（pyruvate dehydrogenase complex）是可溶性的酵素複合體，負責連續催化丙酮酸轉換為乙醯輔酶 A，並非用來跨越膜結構。

此題考查肝醣磷解酶 (glycogen phosphorylase) 的變構調節。肝醣磷解酶是催化肝醣分解為葡萄糖-1-磷酸的關鍵酶。它受到多種變構效應物 (allosteric effectors) 和共價修飾 (covalent modification) 的調節。題目要求找出一個正確的調節關係。

首先，我們需要理解變構調節的術語：

• 變構效應物 (Allosteric effector)：結合在酶的變構位點，改變酶的活性。
• 正變構效應物 (Positive effector/Activator)：增加酶的活性。
• 負變構效應物 (Negative effector/Inhibitor)：降低酶的活性。
• 異源變構效應物 (Heterotropic effector)：是指除了底物以外的分子，作為變構效應物調節酶的活性。
• 同源變構效應物 (Homotropic effector)：通常是指底物本身，其結合會影響其他底物與酶的結合（例如，協同結合效應）。
• 共價修飾 (Covalent modification)：通過共價鍵連接到酶上的基團來改變酶的活性，最常見的是磷酸化 (phosphorylation) 和去磷酸化 (dephosphorylation)。

肝醣磷解酶存在兩種形式：磷酸化酶 a (phosphorylase a, active form) 和磷酸化酶 b (phosphorylase b, less active form)。磷酸化酶 b 可以通過磷酸化轉變為磷酸化酶 a。

在肌肉中，肝醣磷解酶的調節機制如下：

• 磷酸化酶 b (phosphorylase b)：
  • AMP (adenosine monophosphate)：是正變構效應物 (positive heterotropic effector)。AMP 的高濃度（表示細胞能量不足）會結合磷酸化酶 b，使其構象發生改變，增加其對底物（肝醣）的親和力，從而活化酶。

核心觀念

本題考查「分子馬達（molecular motors）」或「馬達蛋白（motor proteins）」的基本特徵。

分子馬達是能將化學能轉換為定向機械運動的蛋白質，常沿著細胞骨架的聚合性蛋白質結構移動，例如：

• 肌球蛋白（myosin）：沿肌動蛋白（actin）絲運動。
• 驅動蛋白（kinesin）與動力蛋白（dynein）：沿微管（microtubule）運動。

其基本機制是透過 ATP 結合與水解，造成蛋白質構形變化，並將這些構形變化耦合至「步行」或「滑動」等相對運動。

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解題方法

題幹中的關鍵字是 except，意即要找出「不是分子馬達特徵」的選項。

判斷流程如下：

1. 逐一檢查 A～D 是否符合分子馬達的定義。
2. 若 A～D 均為正確描述，再判斷 E 的敘述是否本身屬於分子馬達的生物學特徵。
3. 「All are true」只是對前面選項的總結，不是分子馬達的功能或結構特徵，因此為例外選項。

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選項分析

(A) 正確

分子馬達必須能夠與細胞中的「軌道」或支撐結構產生可逆性結合與解離。

例如：

• kinesin 與 dynein 可反覆地和微管結合、解離。
• myosin 可與肌動蛋白絲結合、解離。

這種可逆性結合使馬達蛋白能夠在聚合性蛋白質陣列上逐步前進，而不是永久固定在細胞骨架上。

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(B) 正確

分子馬達利用化學能驅動運動，主要能源通常是 ATP。

ATP 水解反應可表示為：

$$\mathrm{ATP + H_2O \rightarrow ADP + P_i + energy}$$

釋放的自由能透過蛋白質內部的構形循環，轉換成馬達蛋白的定向運動。題目以 ATP 為例，符合分子馬達利用化學能的基本定義。

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(C) 正確

分子馬達的重要功能，就是將化學能轉換為機械能。

此題考查 Cori cycle (克里氏循環) 和 pentose phosphate pathway (戊糖磷酸途徑) 的功能和特點，要求找出一個錯誤的敘述。

Cori Cycle (克里氏循環)：

• Cori cycle 描述了乳酸 (lactate) 在體內的代謝。
• 當肌肉進行無氧呼吸時，會產生乳酸。
• 這些乳酸會被運輸到肝臟。
• 在肝臟中，乳酸可以通過糖質新生 (gluconeogenesis) 轉化為葡萄糖。
• 新生成的葡萄糖再釋放到血液中，供肌肉使用。
• 因此，Cori cycle 的核心是乳酸在肝臟中轉化為葡萄糖，然後再回到肌肉。

Pentose Phosphate Pathway (戊糖磷酸途徑, PPP)：

• PPP 是葡萄糖代謝的一個分支途徑，主要發生在細胞質中。
• 它有兩個主要功能：
  1. 產生 NADPH：NADPH 是重要的還原劑，參與脂肪酸合成、類固醇合成、胺基酸合成以及解毒反應（如抵抗氧化損傷）。
  2. 產生 戊糖磷酸 (pentose phosphates)：特別是核糖-5-磷酸 (ribose-5-phosphate)，它是核酸 (DNA 和 RNA) 和核苷酸 (nucleotides) 的合成前體。

現在我們逐一分析選項：

(A) Cori cycle involves in conversion of lactate produced in the muscle by regeneration of glucose in the liver.

• 如上所述，肌肉產生的乳酸被運到肝臟，在肝臟中通過糖質新生轉化為葡萄糖。這個描述是正確的。

(B) **Cori cycle involves in conversion of lactate produced in the liver by regeneration of glucose in the mus

核心觀念

本題考查粒線體電子傳遞鏈中各電子傳遞因子的先後順序。

在有氧呼吸中，NADH 所攜帶的高能電子依序經過：

$$\mathrm{NADH \rightarrow Complex\ I \rightarrow Coenzyme\ Q \rightarrow Complex\ III \rightarrow Cytochrome\ c \rightarrow Complex\ IV \rightarrow O_2}$$

題目列出的四個因子為：

1. Cytochrome c
2. Co-enzyme Q
3. Oxygen
4. NADH

因此電子流順序為：

$$4 \rightarrow 2 \rightarrow 1 \rightarrow 3$$

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解題方法

依照電子傳遞鏈的功能判斷各因子的角色：

• NADH：電子的起始供應者，將電子交給複合體 I。
• Co-enzyme Q（CoQ，泛醌）：接收複合體 I 或複合體 II 的電子，再將電子送往複合體 III。
• Cytochrome c：接收複合體 III 的電子，再將電子傳給複合體 IV。
• Oxygen：位於電子傳遞鏈末端，作為最終電子受體，接受電子與質子後形成水。

因此：

$$\mathrm{NADH \rightarrow CoQ \rightarrow Cytochrome\ c \rightarrow O_2}$$

對應題目編號即為：

$$\boxed{4,2,1,3}$$

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選項分析

(A) 4, 3, 2, 1

此選項表示：

$$\mathrm{NADH \rightarrow O_2 \rightarrow CoQ \rightarrow Cytochrome\ c}$$

錯誤。氧氣是電子傳遞鏈的最終電子受體，不能位於 CoQ 與 Cytochrome c 之前。

(B) 4, 1, 2, 3

核心觀念

本題考查丙酮酸代謝相關反應，包括：

1. 磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate, PEP）水解的自由能。
2. 無氧條件下丙酮酸的去向與 NADH/NAD⁺ 的氧化還原作用。
3. 糖解作用中甘油醛-3-磷酸至丙酮酸的酵素與輔酶。
4. 丙酮酸去氫酶複合體的五種輔因子。
5. 丙酮酸羧化酶所需的生物素（biotin）。

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解題方法

逐一判斷各敘述是否符合標準代謝反應，再將正確敘述組合至選項。判斷氧化還原反應時，須注意：

• NAD⁺ 是氧化劑，接受電子後變成 NADH。
• NADH 是還原劑，提供電子後氧化成 NAD⁺。
• TPP 主要參與醛酮酸的脫羧反應，例如丙酮酸去氫酶複合體與丙酮酸脫羧酶。

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各敘述分析

1. PEP 水解成丙酮酸的標準自由能變化為負值：正確

反應可寫為：

$$\text{PEP}+\mathrm{H_2O}\rightarrow \text{pyruvate}+P_i$$

PEP 水解後形成的烯醇式丙酮酸會迅速互變為較穩定的酮式丙酮酸，具有強大的熱力學驅動力。因此：

$$\Delta G^{\circ\prime}<0$$

此反應由丙酮酸激酶（pyruvate kinase）催化，也是糖解作用中產生 ATP 的步驟之一。故第 1 項正確。

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2. 無氧條件下丙酮酸轉換反應以 NAD⁺ 為輔酶：錯誤

題幹第 2 項的英文有明顯排版或 OCR 錯誤；「conversion of pyruvate into enolase」並不是合理的代謝反應。

若原意是無氧條件下丙酮酸轉變為乳酸：

$$\text{pyruvate}+\mathrm{NADH}+\mathrm{H^+} \rightarrow \text{lactate}+\mathrm{NAD^+}$$

此反應由乳酸脫氫酶催化，實際消耗的是 NADH，並生成 NAD⁺，不是以 NAD⁺ 作為還原反應的輔酶。

若原意是丙酮酸轉變為乙醇，乙醛還原成乙醇的步驟同樣消耗 NADH、生成 NAD⁺。故第 2 項錯誤。

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3. 甘油醛-3-磷酸轉變為丙酮酸需要 enolase 與 TPP：錯誤

甘油醛-3-磷酸至丙酮酸的糖解作用步驟如下：

1. 甘油醛-3-磷酸脫氫酶：需要 NAD⁺。
2. 磷酸甘油酸激酶：產生 ATP。
3. 磷酸甘油酸變位酶。
4. 烯醇化酶（enolase）：生成 PEP。
5. 丙酮酸激酶：將 PEP 轉為丙酮酸並產生 ATP。

核心觀念

本題考查：

1. 檸檬酸循環（citric acid cycle, TCA cycle）的能量產生量與代謝整合。
2. 乙醛酸循環（glyoxylate cycle）的反應步驟與細胞內位置。
3. 如何辨認代謝途徑中的酵素、反應物與產物。

每 1 分子 acetyl-CoA 完成一輪檸檬酸循環，可產生：

• $3$ NADH
• $1$ FADH$_2$
• $1$ GTP（可視為 $1$ ATP）

依現代氧化磷酸化換算：

$$3 \times 2.5 + 1 \times 1.5 + 1 = 10\ \text{ATP}$$

因此，一輪檸檬酸循環通常計為 $10$ ATP。早期教材使用 NADH = 3 ATP、FADH$_2$ = 2 ATP 時會得到 $12$ ATP，但現代標準答案採用 $10$ ATP。

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解題方法

逐一判斷四個敘述是否符合檸檬酸循環與乙醛酸循環的基本反應。

• 敘述 1、2 若正確，選項中不應將它們列為 false。
• 敘述 3、4 分別檢查乙醛酸循環的反應式與發生位置。
• 找出所有錯誤敘述後，再對照選項。

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選項敘述分析

敘述 1：One round of citric acid cycle can generate 10 ATP.

正確。

一分子 acetyl-CoA 進入檸檬酸循環後，產生：

$$3\text{ NADH} \rightarrow 3 \times 2.5 = 7.5\text{ ATP}$$ $$1\text{ FADH}_2 \rightarrow 1 \times 1.5 = 1.5\text{ ATP}$$

再加上底物階層磷酸化產生的 $1$ GTP：

$$7.5 + 1.5 + 1 = 10\text{ ATP}$$

因此敘述 1 為真。

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敘述 2：The catabolism of proteins, carbohydrates, and fatty acids all feed into the citric acid cycle at one or more points.

正確。

三大營養素分解後，皆可在不同位置進入檸檬酸循環：

• 醣類：葡萄糖經糖解作用形成 pyruvate，再轉為 acetyl-CoA 進入循環。
• 脂肪酸：經 β-oxidation 產生 acetyl-CoA。
• 蛋白質：胺基酸脫胺後，其碳骨架可轉為 acetyl-CoA、α-ketoglutarate、succinyl-CoA、fumarate 或 oxaloacetate 等中間物。

因此，三大營養素的分解代謝都能在一個或多個位置匯入檸檬酸循環，敘述 2 為真。

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敘述 3：The 2nd step of glyoxylate cycle uses malate synthase to convert 2-glyoxylate into 1 malate molecule.

錯誤。

乙醛酸循環中的 malate synthase 反應為：

$$\text{Glyoxylate} + \text{Acetyl-CoA} \longrightarrow \text{Malate} + \text{CoA-SH}$$

核心觀念

本題考查糖解作用（glycolysis）的主要產物，以及 NADH 在缺氧或電子傳遞鏈受限時的再生。

糖解作用將 1 分子葡萄糖分解為 2 分子丙酮酸，並產生：

• 淨產生 2 分子 ATP
• 產生 2 分子 NADH
• 產生 2 分子丙酮酸（pyruvate）

其中，NAD⁺ 是甘油醛-3-磷酸去氫酶反應所需的電子受體：

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

若 NADH 持續累積而 NAD⁺ 未能再生，NAD⁺ 將逐漸耗盡，糖解作用便會因上述反應缺乏 NAD⁺ 而受阻。因此，NADH 必須被氧化回 NAD⁺。

在無氧條件下，常見方式是乳酸發酵：

$$\text{Pyruvate}+\mathrm{NADH}+\mathrm{H}^{+} \rightarrow \text{Lactate}+\mathrm{NAD}^{+}$$

解題方法

題幹可拆成兩個空格：

NADH and ____ are products of glycolysis

糖解作用的產物包括 NADH 與 ATP，因此第一個空格是 ATP。

the NADH must be recycled to ____ before it becomes limiting in glycolysis

NADH 必須被氧化，重新生成其氧化型 NAD⁺，以維持甘油醛-3-磷酸去氫酶反應。因此第二個空格是 NAD⁺。

填入後為：

NADH and ATP are products of glycolysis, and the NADH must be recycled to NAD⁺ before it becomes

核心觀念

本題考查肝臟維持血糖時，葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate, G6P）的最後代謝步驟，以及相關酵素的功能與細胞定位。

在肝臟的糖質新生與肝醣分解中，產生的 G6P 必須先水解成游離葡萄糖，才能由肝細胞釋放至血液。催化反應為：

$$\text{Glucose-6-phosphate}+\mathrm{H_2O} \rightarrow \text{Glucose}+\mathrm{P_i}$$

此反應由位於內質網（endoplasmic reticulum, ER）的葡萄糖-6-磷酸酶（glucose-6-phosphatase）催化。

解題方法

題幹提供兩個關鍵線索：

1. 受質是 glucose-6-phosphate。
2. 反應是 hydrolyzes，也就是進行水解，產物為 glucose 與無機磷酸。

因此需尋找能將 G6P 去磷酸化的酵素。葡萄糖-6-磷酸酶正好催化：

$$\mathrm{G6P}\xrightarrow{\text{glucose-6-phosphatase}}\mathrm{Glucose}+\mathrm{P_i}$$

在肝細胞中，葡萄糖-6-磷酸酶為內質網膜上的酵素，其催化部位朝向內質網腔；G6P 需經由相應的轉運系統進入內質網腔，完成去磷酸化後，葡萄糖再被輸送至細胞外。

所以正確答案是 (E) glucose-6-phosphatase。

選項分析

• (A) glucokinase：錯誤

  Glucokinase 將葡萄糖磷酸化成 G6P，反應為：

  $$\text{Glucose}+\mathrm{ATP} \rightarrow \text{Glucose-6-phosphate}+\mathrm{ADP}$$

  它是肝臟負責葡萄糖磷酸化的重要酵素，定位於細胞質，不是水解 G6P 的內質網酵素。

• (B) glucose oxidase：錯誤

  Glucose oxidase 將葡萄糖氧化成葡萄糖酸內酯（gluconolactone），並產生過氧化氫，常應用於血糖檢測：

核心觀念

本題考查磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, PPP）的兩個階段：

1. 氧化階段：由 glucose-6-phosphate（G6P）產生 NADPH、CO₂ 與 ribulose-5-phosphate，後者可異構化為 ribose-5-phosphate（R5P）。
2. 非氧化階段：透過 transketolase 與 transaldolase，使 pentose phosphate、fructose-6-phosphate（F6P）及 glyceraldehyde-3-phosphate（GAP）彼此轉換。

當細胞同時需要 NADPH 與 R5P 時，最直接的代謝方式是使用磷酸戊糖途徑的氧化階段：

$$\text{G6P}+2\text{NADP}^{+}+\text{H}_{2}\text{O} \rightarrow \text{R5P}+\text{CO}_{2}+2\text{NADPH}+2\text{H}^{+}$$

因此，每消耗 $1$ 分子 G6P，可產生 $1$ 分子 R5P 與 $2$ 分子 NADPH。

若放大為 $3$ 倍，正確淨反應為：

$$3\text{ G6P}+6\text{ NADP}^{+}+3\text{ H}_{2}\text{O} \rightarrow 3\text{ R5P}+3\text{ CO}_{2}+6\text{ NADPH}+6\text{ H}^{+}$$

其中 ribulose-5-phosphate 經由 phosphopentose isomerase 轉為 R5P，該異構化反應不改變總反應式的原子數與能量收支。

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解題方法

判斷選項時依序檢查三件事：

1. NADPH 的方向是否正確：細胞需要 NADPH 時，NADPH 應為產物，NADP⁺ 應為反應物。
2. 碳原子數是否守恆。
3. 反應物與產物是否符合 PPP 的已知化學計量關係。

若只需要 NADPH，PPP 可透過反覆進行氧化與非氧化反應，使 G6P 的碳最終完全轉成 CO₂：

核心觀念

本題考查檸檬酸循環各酵素的：

1. 調控因子：如 NADH、ADP、succinyl-CoA。
2. 輔酶需求：不同氧化還原反應使用不同輔酶。
3. 抑制劑與反應類型：如 malonate 抑制 succinate dehydrogenase，以及 fumarase 催化水合反應。

檸檬酸循環中幾個重要反應如下：

• Citrate synthase：acetyl-CoA 與 oxaloacetate 形成 citrate。
• Isocitrate dehydrogenase：isocitrate 氧化脫羧形成 $\alpha$-ketoglutarate。
• $\alpha$-Ketoglutarate dehydrogenase：$\alpha$-ketoglutarate 氧化脫羧形成 succinyl-CoA。
• Succinate dehydrogenase：succinate 氧化成 fumarate。
• Fumarase：fumarate 加水形成 malate。

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解題方法

逐一判斷每個敘述是否符合該酵素的調控、輔酶或反應特性，再找出兩個錯誤敘述。

特別要掌握：

• 脫氫酶不一定使用相同輔酶。
• fumarase 是水合酵素，反應方向不是脫水。
• malonate 與 succinate 結構相似，可競爭性抑制 succinate dehydrogenase。

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選項分析

敘述 1

Citrate synthase is inhibited by NADH and succinyl-CoA.

此敘述正確。

Citrate synthase 是檸檬酸循環的主要調控酵素之一。當細胞內能量充足、還原當量較多時，NADH 上升，會抑制 citrate synthase。此外，循環下游產物 succinyl-CoA 也可對 citrate synthase 產生回饋抑制。

因此，敘述 1 為正確。

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敘述 2

Isocitrate dehydrogenase requires TPP, lipoic acid, FAD, and NAD+ as cofactors.

此敘述錯誤。

Isocitrate dehydrogenase 催化：

$$\text{Isocitrate}+\mathrm{NAD}^{+} \rightarrow \alpha\text{-ketoglutarate}+\mathrm{CO}_{2}+\mathrm{NADH}$$

其主要需要：

• $\mathrm{NAD}^{+}$：接受電子並被還原為 NADH。
• $\mathrm{Mg}^{2+}$ 或 $\mathrm{Mn}^{2+}$：協助穩定帶負電的磷酸基與羧酸基，並參與脫羧反應。

TPP、lipoic acid 與 FAD 是 $\alpha$-ketoglutarate dehydrogenase complex 所需的輔酶，不是 isocitrate dehydrogenase 的完整輔酶組合。

因此，敘述 2 為錯誤。

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敘述 3

$\alpha$-ketoglutarate dehydrogenase is activated by ADP and NAD+.

此敘述在本題判定為正確。

$\alpha$-Ketoglutarate dehydrogenase complex 的活性受到細胞能量狀態調控：

• ADP 上升代表能量不足，會促進檸檬酸循環運作。
• NAD$^+$ 是反應所需的電子受體；NAD$^+$／NADH 比值高時，有利於氧化反應進行。

其反應為：

核心觀念

Aminotransferase（轉胺酶）催化胺基酸與 $\alpha$-酮酸之間的胺基轉移反應：

$$\text{胺基酸}_1+\alpha\text{-酮酸}_2 \rightleftharpoons \alpha\text{-酮酸}_1+\text{胺基酸}_2$$

此類酵素的必要輔酶是 pyridoxal phosphate，PLP，磷酸吡哆醛，即維生素 $B_6$ 的活性形式。PLP 可在 pyridoxal form（醛基形式）與 pyridoxamine form（胺基形式）之間轉換，暫時攜帶胺基，完成轉胺反應。

解題方法

判斷本題的關鍵，是先確認 aminotransferase 的專一性輔酶：

1. PLP 與酵素的 lysine 殘基形成 Schiff base。
2. 胺基酸的胺基轉移至 PLP，使其形成 pyridoxamine phosphate。
3. 胺基再轉移給另一個 $\alpha$-酮酸，生成新的胺基酸。
4. PLP 回復原狀，酵素完成一個催化循環。

因此，凡不是 PLP 的選項，均不是 aminotransferase 的典型必要輔酶。

選項分析

• (A) Pyridoxal phosphate：正確

  PLP 是 aminotransferase 的典型且必要輔酶，負責暫時攜帶胺基。常見例子包括：

  • alanine aminotransferase（ALT）
  • aspartate aminotransferase（AST）

  其反應分別可概念化為：

$$\text{alanine}+\alpha\text{-ketoglutarate} \rightleftharpoons pyruvate+\text{glutamate}$$ $$\text{aspartate}+\alpha\text{-ketoglutarate} \rightleftharpoons oxaloacetate+\text{glutamate}$$

• (B) FAD：錯誤

  FAD（flavin adenine dinucleotide，黃素腺嘌呤二核苷酸）主要參與氧化還原反應，常見於 flavoprotein，例如 amino acid oxidase、succinate dehydrogenase。它不是 aminotransferase 的典型輔酶。

• (C) NADH：錯誤

核心觀念

生物體進行**氨同化（ammonia assimilation）**時，會將無機氨 $NH_4^+$ 轉換成有機含氮化合物，其中最重要的初級產物是：

• 麩胺酸（glutamate, Glu）
• 麩醯胺（glutamine, Gln）

這兩種胺基酸是細胞內氮代謝的核心氮供體，可將氨轉移至其他碳骨架，合成多種胺基酸、核苷酸及其他含氮分子。

主要反應途徑為 GS–GOGAT pathway：

1. 麩醯胺合成酶（glutamine synthetase, GS）

GS 將麩胺酸、氨與 ATP 結合，生成麩醯胺：

$$\mathrm{Glu + NH_4^+ + ATP \rightarrow Gln + ADP + P_i}$$

此反應直接將無機氨固定到有機分子中。

2. 麩醯胺酸合成酶（glutamate synthase, GOGAT）

GOGAT 利用麩醯胺的醯胺氮，將 $\alpha$-酮戊二酸（$\alpha$-ketoglutarate）轉換成兩分子麩胺酸：

$$\mathrm{Gln + \alpha\text{-}ketoglutarate + NADPH \rightarrow 2Glu}$$

因此，Glu 與 Gln 共同構成氨同化的主要循環。

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解題方法

判斷關鍵在於辨認「直接承接無機氨」及「提供氮給其他生合成反應」的胺基酸。

• Gln 的醯胺基氮直接來自 $NH_4^+$，是氨同化後的重要氮載體。
• Glu 可由 $\alpha$-酮戊二酸接受氨形成，也可透過轉胺作用將胺基轉移給其他酮酸。

此外，多數胺基轉移反應都以麩胺酸作為胺基供體，生成相對應的胺基酸。因此，Glu 與 Gln 是氨同化最具代表性的兩種胺基酸。

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選項分析

(A) Glu and Gln

正確。

核心觀念

生物體進行 DNA、RNA、蛋白質、脂質及小分子等甲基化反應時，最主要的甲基供體是 S-腺苷甲硫胺酸（S-adenosylmethionine, SAM）。

SAM 由甲硫胺酸（methionine）與 ATP 合成，其結構中的硫原子帶正電，形成高反應性的硫鎓離子。因此，與硫相連的甲基具有良好的轉移能力，可被轉移至受體分子上。

一般反應可表示為：

$$\text{SAM}+\text{甲基受體}\rightarrow \text{S-腺苷同半胱胺酸（SAH）}+\text{甲基化產物}$$

例如 DNA 甲基轉移酶可利用 SAM 將甲基轉移至胞嘧啶：

$$\text{DNA-C}+\text{SAM}\rightarrow \text{DNA-5-methyl-C}+\text{SAH}$$

因此，SAM 是生物甲基化反應中最典型且最重要的甲基供體。

解題方法

判斷此題的關鍵在於辨認「生物體使用的活化甲基供體」。

一般生物化學反應不直接使用穩定、未活化的甲基化合物，而是利用具有高能鍵結的活化供體。SAM 中的甲基連接於帶正電的硫原子，形成硫鎓結構，使甲基容易被核ophile受體攻擊並轉移。

甲基轉移後，SAM 轉變為 SAH，之後可再代謝為同半胱胺酸，並透過甲硫胺酸循環再生甲硫胺酸與 SAM。

所以本題正確選項為 S-adenosylmethionine。

選項分析

(A) Methyl acetate

Methyl acetate（乙酸甲酯）是酯類化合物，甲基鍵結於氧原子上。雖然分子含有甲基，但其甲基並未被生物體以適合的形式活化，不能作為普遍的生物甲基轉移供體。

核心觀念

本題考查嘌呤（purine）分解代謝與痛風藥物的作用機轉。

人體嘌呤核苷酸分解後，主要經過下列途徑形成尿酸：

$$\text{Hypoxanthine} \xrightarrow{\text{xanthine oxidase}} \text{Xanthine} \xrightarrow{\text{xanthine oxidase}} \text{Uric acid}$$

黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase, XO）催化次黃嘌呤及黃嘌呤的氧化反應。尿酸在血液中濃度過高時，容易形成尿酸鈉結晶並沉積於關節，引發痛風。

Allopurinol（別嘌呤醇）是次黃嘌呤（hypoxanthine）的結構類似物，會抑制黃嘌呤氧化酶，降低尿酸生成，因此可用於慢性痛風的治療。

解題方法

判斷本題可從「痛風的直接原因」切入：

1. 痛風與**尿酸過高（hyperuricemia）**有關。
2. 尿酸是嘌呤分解代謝的最終產物。
3. 形成尿酸的關鍵酵素是 xanthine oxidase。
4. Allopurinol 抑制此酵素，使下列反應減少：

$$\text{Hypoxanthine} \rightarrow \text{Xanthine} \rightarrow \text{Uric acid}$$

因此尿酸生成量下降，血中尿酸濃度降低，尿酸結晶沉積及痛風發作也隨之減少。

Allopurinol 本身可被代謝成 oxypurinol（alloxanthine），後者對黃嘌呤氧化酶具有更持久的抑制作用，屬於具有機制基礎的抑制劑。

選項分析

(A) urease oxidase

錯誤。此名稱不是嘌呤分解中負責生成尿酸的標準酵素名稱。

• Urease（水解尿素酶）催化尿素水解：

$$\text{Urea} + H_2O \rightarrow NH_3 + CO_2$$

• 所謂 urate oxidase（尿酸氧化酶，或 uricase）則可將尿酸進一步氧化成 allantoin，並非 Allopurinol 的主要抑制標的。

本選項與痛風中尿酸生成的關鍵步驟不符。

(B) adenosinase

核心觀念

本題考查尿素循環（urea cycle）及其第一個步驟。Carbamoyl phosphate synthetase I（CPS I，氨甲醯磷酸合成酶 I）位於粒線體，催化游離氨進入尿素循環：

$$\mathrm{NH_4^+ + HCO_3^- + 2ATP \rightarrow carbamoyl\ phosphate + 2ADP + P_i}$$

CPS I 的功能是將具毒性的氨轉換成氨甲醯磷酸，後續再經由尿素循環形成尿素並排出體外。

解題方法

CPS I 缺乏時，尿素循環的起始反應受阻，游離氨無法有效轉換成氨甲醯磷酸，後續尿素生成量也會下降。因此，未被代謝的氨會在血液中累積，造成高血氨症（hyperammonemia）。

題幹問的是「會累積在血液中的物質」，故答案為 ammonium，即銨離子。

選項分析

• (A) bicarbonate：錯誤。
  碳酸氫根是 CPS I 反應的反應物之一，用來提供氨甲醯基中的碳。CPS I 缺乏時，碳酸氫根不是主要因尿素循環阻斷而累積的物質。

核心觀念

本題考查抗癌藥物 5-Fluorouracil（5-FU） 的作用機制，以及「機制型抑制劑（mechanism-based inhibitor）」的定義。

5-FU 是嘧啶類似物，進入細胞後經代謝形成活性代謝物 5-fluoro-2′-deoxyuridine-5′-monophosphate（5-FdUMP）。5-FdUMP 會抑制 thymidylate synthase（胸腺嘧啶核苷酸合成酶），使 dUMP 無法轉換成 dTMP，進而抑制 DNA 合成與癌細胞增殖。

反應如下：

$$\text{dUMP} + N^5,N^{10}\text{-methylene-THF} \longrightarrow \text{dTMP} + \text{DHF}$$

其中 thymidylate synthase 催化 dUMP 生成 dTMP；dTMP 是 DNA 合成所需的胸腺嘧啶核苷酸來源。

解題方法

判斷 5-FU 的作用標的，可從其代謝物與嘧啶核苷酸代謝途徑切入：

1. 5-FU 本身是尿嘧啶（uracil）的 5-位氟化類似物。
2. 5-FU 經活化後形成 5-FdUMP。
3. 5-FdUMP 模擬正常受質 dUMP，進入 thymidylate synthase 的催化反應。
4. 它與酵素及輔因子 $N^5,N^{10}$-methylene-THF 形成穩定的三元複合體。
5. 由於 5-位的氟原子無法進行正常反應所需的質子移除，催化循環遭到阻斷，酵素被「困住」而失活。

因此，5-FU 是典型的 thymidylate synthase 機制型抑制劑。

作用機制詳解

正常情況下，thymidylate synthase 將 dUMP 的 5-位進行甲基化，生成 dTMP。此反應需要 $N^5,N^{10}$-methylene-THF 提供一碳單位，並在反應後氧化成 dihydrofolate（DHF）。

5-FdUMP 與 dUMP 結構相似，能進入酵素活性部位。其關鍵差異是尿嘧啶環 5-位的氫被氟取代：

• dUMP：5-位為氫，可完成正常催化反應。
• 5-FdUMP：5-位為氟，氟碳鍵無法進行正常的消除步驟。

因此，5-FdUMP 會與 thymidylate synthase 形成共價鍵，並與 $N^5,N^{10}$-methylene-THF 共同形成穩定的抑制性三元複合體。這種抑制不是單純競爭性阻礙，而是利用酵素原本的催化機制，使酵素自行轉化成失活複合體，所以稱為機制型抑制。

dTMP 缺乏後，細胞無法有效合成 DNA；同時 dUTP 可能累積並錯誤掺入 DNA，造成 DNA 損傷。因此，快速分裂的癌細胞特別容易受到 5-FU 影響。

選項分析

(A) ribonucleotide reductase

錯誤。

核心觀念

本題考查脂肪酸生合成的三個基本位置與酵素概念：

1. 丙二醯-CoA（malonyl-CoA）的形成：由乙醯-CoA羧化而來。
2. 脂肪酸碳鏈延長（elongation）：主要由細胞質中的脂肪酸合成酶，以及內質網上的延長酶系統進行。
3. 雙鍵導入（desaturation）：主要由內質網或植物粒線體、質體中的去飽和酶催化。

脂肪酸合成的核心起始反應為：

$$\text{Acetyl-CoA}+\text{HCO}_3^-+\text{ATP} \longrightarrow \text{Malonyl-CoA}+\text{ADP}+\text{P}_i$$

此反應由 acetyl-CoA carboxylase, ACC 催化，並需要生物素（biotin）作為羧基攜帶的輔酶。

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解題方法

逐一檢查各選項所描述的：

• 輔酶與金屬離子是否正確；
• 脂肪酸碳鏈延長發生的位置是否正確；
• 雙鍵導入發生的細胞器是否正確。

若 A、B、C 均錯，則「以上皆是」的 D 也錯，而「以上皆非」的 E 正確。

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選項分析

(A) The formation of malonyl-CoA requires micronutrient such as Mn²⁺。

錯誤。

丙二醯-CoA由乙醯-CoA羧化形成，關鍵酵素是乙醯-CoA羧化酶。其反應需要：

• $\text{HCO}_3^-$ 作為羧基來源；
• ATP 提供能量；
• 生物素（biotin）作為羧基攜帶輔酶；
• 通常需要二價金屬離子協助 ATP 反應，例如 $\text{Mg}^{2+}$。

本反應的經典必要輔酶是生物素，而不是題目所指定的 $\text{Mn}^{2+}$。因此，以「需要如 $\text{Mn}^{2+}$ 的微量營養素」作為正確敘述並不符合脂肪酸生合成的標準酵素學描述。

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(B) The fatty-acid chain lengthening occurring either in ribosome or endoplasmic reticulum。

錯誤。

脂肪酸碳鏈延長主要有兩種情況：

1. 細胞質中的 de novo fatty-acid synthesis

核心觀念

本題考查酮體（ketone bodies）增加時對血液酸鹼值的影響。

酮體主要包括：

• 乙醯乙酸（acetoacetate）
• β-羥基丁酸（β-hydroxybutyrate）
• 丙酮（acetone）

其中乙醯乙酸與 β-羥基丁酸屬於酸性物質。當脂肪酸大量分解、肝臟產生過多酮體，且周邊組織無法及時利用時，酮體會在血液中累積，釋放氫離子，使血液酸度上升、pH 下降，形成酮酸中毒（ketoacidosis）。

血液 pH 可由 Henderson–Hasselbalch 方程式表示：

$$\mathrm{pH}=pK_a+\log\left(\frac{[\mathrm{HCO_3^-}]}{[\mathrm{CO_2}]}\right)$$

酸性酮體增加會消耗碳酸氫根緩衝系統，使 $[\mathrm{HCO_3^-}]$ 降低，因此血液 pH 下降。

解題方法

判斷酮體對血液 pH 的影響，可依序掌握：

1. 酮體中包含酸性物質。
2. 酸性物質累積會增加氫離子濃度。
3. 氫離子濃度增加代表酸度升高。
4. pH 與氫離子濃度的關係為：

$$\mathrm{pH}=-\log[\mathrm{H^+}]$$

因此，$[\mathrm{H^+}]$ 增加時，pH 必然下降。

在糖尿病酮酸中毒或長期飢餓時，酮體生成量明顯增加，血液便可能出現代謝性酸中毒。

選項分析

核心觀念

本題考查蛋白質主鏈的二面角：

• $\phi$ 角：繞 $N_i-C_{\alpha i}$ 鍵旋轉，定義為
  $\phi_i=\angle\left(C'_{i-1}-N_i-C_{\alpha i}-C'_i\right)$
• $\psi$ 角：繞 $C_{\alpha i}-C'_i$ 鍵旋轉，定義為
  $\psi_i=\angle\left(N_i-C_{\alpha i}-C'_i-N_{i+1}\right)$

判讀圖形時，必須依照指定原子順序讀取二面角，並注意正負號不能只看兩條鍵的夾角。

解題方法

由圖中左側投影，依照 $C'_{i-1}-N_i-C_{\alpha i}-C'_i$ 的順序判讀，可得：

$\phi_i=-90^\circ$

因此 $\phi$ 並非 $+45^\circ$ 或 $+90^\circ$。

由右側投影，依照 $N_i-C_{\alpha i}-C'_i-N_{i+1}$ 的順序判讀，兩個相關鍵的相對位置形成正向 $60^\circ$：

$\psi_i=+60^\circ$

所以正確敘述為 $\psi$ 角是 $+60^\circ$。

選項分析

• (A) Phi angle is $+45^\circ$：錯誤。
  圖中左側投影判讀得到 $\phi=-90^\circ$，不是 $+45^\circ$。

此題考查蛋白質在不同分離技術（離子交換層析、體積排阻層析、SDS-PAGE）下的行為，以及蛋白質的等電點 (pI) 和分子量與其行為的關係。溶液的 pH 為 7.0。

蛋白質資訊總結：

• 溶液 pH = 7.0
• 蛋白質 X:
  • 同質七聚體 (homoheptamer)。
  • 亞基分子量 = 20,000 Da。
  • 亞基 pI = 9.2。
  • 總分子量 = 7 × 20,000 = 140,000 Da。
  • 由於亞基 pI (9.2) > 溶液 pH (7.0)，因此蛋白質 X 整體帶正電。
• 蛋白質 Y:
  • 單體 (monomeric)。
  • 分子量 = 93,000 Da。
  • pI = 4.0。
  • 由於 pI (4.0) < 溶液 pH (7.0)，因此蛋白質 Y 整體帶負電。
• 蛋白質 Z:
  • 同質二聚體 (homodimer)。
  • 總分子量 = 140,000 Da。
  • pI = 8.0。
  • 由於 pI (8.0) > 溶液 pH (7.0)，因此蛋白質 Z 整體帶正電。

分析各選項：

(A) When this mixture is loaded onto a cation exchange column, only protein Y can bind to the column.

• 陽離子交換層析 (Cation exchange chromatography)：此技術利用蛋白質所帶的淨電荷來分離。帶正電的蛋白質會結合到帶負電的陽離子交換樹脂上。
• 在 pH 7.0 的溶液中：
  • 蛋白質 X (pI=9.2) 帶正電 (9.2 > 7.0)。
  • 蛋白質 Y (pI=4.0) 帶負電 (4.0 < 7.0)。
  • 蛋白質 Z (pI=8.0) 帶正電 (8.0 > 7.0)。
• 因此，蛋白質 X 和 Z 會帶正電，可以結合到陽離子交換柱上。蛋白質 Y 帶負電，不會結合到陽離子交換柱上（或者會被快速洗脫）。
• 所以，只有 Y 不會結合，X 和 Z 會結合。此敘述說「只有 Y 可以結合」是錯誤的。

(B) When this mixture is loaded onto a size exclusion column, Protein Y is last eluted.

• 體積排阻層析 (Size exclusion chromatography, SEC)：根據蛋白質的分子大小（水力學半徑）來分離。體積大的蛋白質先被洗脫，體積小的蛋白質後被洗脫。
• 蛋白質的分子量：
  • X (總分子量) = 140,000 Da
  • Y (單體分子量) = 93,000 Da
  • Z (總分子量) = 140,000 Da
• 蛋白質 X 和 Z 的總分子量相同 (140,000 Da)，而蛋白質 Y 的分子量較小 (93,000 Da)。

核心觀念

本題考查胜肽的等電點（isoelectric point, $pI$）判定。

等電點是分子淨電荷為零時的酸鹼值。判斷胜肽 $pI$ 時，必須考慮：

• 胺基端：低 $pH$ 時帶正電，解離後失去正電。
• 羧基端：低 $pH$ 時不帶電，解離後帶負電。
• 可解離側鏈：
  • Arg、Lys、His：可帶正電。
  • Asp、Glu、Cys：可帶負電。

常用側鏈 $pK_a$ 約為：

基團	$pK_a$ 約值
羧基端	3
Asp	4
Glu	4
His	6
胺基端	8
Cys	8
Lys	10.5
Arg	12.5

當胜肽由低 $pH$ 開始逐步升高時，會依序失去質子。$pI$ 位於「淨電荷由正變為零」的兩個相鄰解離 $pK_a$ 之間，通常可用兩者平均值估算：

$$pI \approx \frac{pK_{a,1}+pK_{a,2}}{2}$$

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解題方法

先找出各胜肽的可解離基團，再判斷其淨電荷變為零時所夾住的兩個 $pK_a$。

Peptide A：STRIKE

可解離基團為：

• 胺基端：$+1$
• Arg：$+1$
• Lys：$+1$
• Glu：$-1$
• 羧基端：$-1$

低 $pH$ 時，正電基團全部質子化，負電基團尚未解離，淨電荷為 $+3$。

隨 $pH$ 上升：

1. 羧基端解離：$+3 \rightarrow +2$
2. Glu 解離：$+2 \rightarrow +1$
3. 胺基端解離：$+1 \rightarrow 0$
4. Lys 解離：$0 \rightarrow -1$

因此零電荷狀態位於胺基端與 Lys 解離之間：

$$pI_A \approx \frac{8.0+10.5}{2}=9.25$$

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Peptide B：ALLRIGHT

可解離基團為：

• 胺基端：$+1$
• Arg：$+1$
• His：$+1$
• 羧基端：$-1$

低 $pH$ 時淨電荷為 $+3$。

隨 $pH$ 上升：

1. 羧基端解離：$+3 \rightarrow +2$
2. His 解離：$+2 \rightarrow +1$
3. 胺基端解離：$+1 \rightarrow 0$
4. Arg 解離：$0 \rightarrow -1$

因此：

$$pI_B \approx \frac{8.0+12.5}{2}=10.25$$

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Peptide C：CALENDAR

可解離基團為：

• 胺基端：$+1$
• Arg：$+1$
• Cys：可在較高 $pH$ 解離成 $-1$
• Glu：$-1$
• Asp：$-1$
• 羧基端：$-1$

低 $pH$ 時淨電荷為 $+2$。

隨 $pH$ 上升：

核心觀念

本題考的是酵素催化的能量圖與過渡態穩定化。

酵素反應可簡化表示為：

$$E+S \rightleftharpoons ES \rightarrow EX^* \rightarrow EP \rightarrow E+P$$

其中：

• $ES$：酵素與受質形成的複合體。
• $EX^*$：反應過渡態複合體，星號 $^*$ 表示高能量的過渡態。
• 反應速率主要取決於 $ES$ 到過渡態 $EX^*$ 之間的活化自由能：

$$\Delta G^\ddagger=G(EX^*)-G(ES)$$

根據能量與速率常數的關係：

$$k\propto e^{-\Delta G^\ddagger/RT}$$

因此，$\Delta G^\ddagger$ 越低，反應速率越高。

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解題方法

酵素催化的主要機制不是單純「把受質抓得越緊越好」，而是要優先穩定過渡態。

若酵素對 $EX^*$ 的結合更緊密，會使 $EX^*$ 的自由能降低：

$$G(EX^*)\downarrow$$

於是：

$$\Delta G^\ddagger=G(EX^*)-G(ES)\downarrow$$

活化能降低，反應速率便提高。因此，正確填入的組合是：

$$EX^*;\ \text{higher}$$

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選項分析

核心觀念

本題考察雙底物酵素反應的機制分類，以及是否會形成磷酸化酵素中間體 $E\text{-}PO_4$。

雙底物反應主要分為：

1. 單一置換機制（single-displacement，又稱 sequential mechanism）
   兩個受質都先與酵素結合，形成三元複合體後才進行基團轉移：

   $E + A + B \rightarrow E:A:B \rightarrow E:P:Q \rightarrow E + P + Q$

   此機制不需要先釋放第一個產物，也不必形成共價修飾的酵素中間體。

2. 雙重置換機制（double-displacement，又稱 ping-pong mechanism）
   第一個受質先與酵素反應，產物先離開，同時酵素被暫時修飾；第二個受質再與修飾後的酵素反應：

   $E + A \rightarrow E' + P$

   $E' + B \rightarrow E + Q$

   若轉移的是磷酸基，常見的酵素中間體便是 $E\text{-}PO_4$。

此外，單一置換機制還可依受質結合順序分為：

• 有序單一置換（ordered sequential mechanism）：受質必須依固定順序結合。
• 隨機單一置換（random sequential mechanism）：兩個受質皆可先結合。

解題方法

觀察題目所給反應序列：

$ATP + E \rightarrow ATP:E$

接著：

$E + Cr \rightarrow E:Cr$

然後形成三元複合體：

$ATP:E:Cr$

之後才發生磷酸基轉移：

$ATP:E:Cr \rightarrow ADP:E:CrP$

這表示：

1. $ATP$ 先與酵素 $E$ 結合。
2. $Cr$ 再與 $ATP:E$ 結合。
3. 兩個受質同時存在於酵素複合體中。
4. 磷酸基直接由 $ATP$ 轉移至 $Cr$，形成 $ADP$ 與 $CrP$。
5. 最後產物離開，酵素恢復為游離狀態。

反應核心可表示為：

$ATP + Cr \xrightarrow{E} ADP + CrP$

題目沒有顯示：

$ATP + E \rightarrow ADP + E\text{-}PO_4$

也沒有顯示先釋放 $ADP$、再由 $E\text{-}PO_4$ 將磷酸基轉移給 $Cr$。因此不能預測會形成 $E\text{-}PO_4$ 中間體。

由於題目明確指定 $ATP$ 先結合、$Cr$ 後結合，這是有序單一置換機制。

選項分析

核心觀念

本題考查變構酵素的調節模式，以及 K 系統（K system）、**V 系統（V system）**與 T／R 構形的意義。

1. T state 與 R state

變構酵素常以兩種構形存在：

• T state（tense state）：通常與低活性、低底物親和力相關。
• R state（relaxed state）：通常與高活性、高底物親和力相關。

變構活化劑通常穩定 R state；變構抑制劑通常穩定 T state。

2. K 系統與 V 系統

• K 系統：變構效應主要改變底物親和力，因此改變表觀 $K_{0.5}$，但最大反應速率 $V_{\max}$ 大致不變。
• V 系統：變構效應主要改變催化活性，因此改變 $V_{\max}$，但底物親和力大致不變。

一般 Michaelis–Menten 酵素的速率方程為：

$$v=\frac{V_{\max}[S]}{K_m+[S]}$$

具有協同性的變構酵素，其 $v$ 對 $[S]$ 常呈 S 形曲線，可用 Hill 型式表示：

$$v=\frac{V_{\max}[S]^n}{K_{0.5}^n+[S]^n}$$

其中 $n>1$ 時通常表示正協同性，曲線會呈現 sigmoid shape。

3. 典型抑制作用的比較

• 競爭性抑制：增加表觀 $K_m$，$V_{\max}$ 不變。
• 非競爭性抑制：降低 $V_{\max}$，$K_m$ 大致不變。

因此，判斷 V 系統的抑制作用時，應注意它主要影響的是 $V_{\max}$，而非底物結合親和力。

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解題方法

本題不需要計算，直接逐項比對各敘述與上述定義：

1. 判斷 V 系統的抑制劑主要影響 $V_{\max}$ 或 $K_m$。
2. 判斷變構效應劑是否必然比共價修飾強。
3. 判斷 K 系統加入活化劑後，底物飽和曲線的變化。
4. 判斷 T state 與 R state 何者活性較高。
5. 依前四項判斷是否應選 None of the above。

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選項分析

(A) Addition of an inhibitor to a V system results in kinetics similar to addition of a competitive inhibitor to a typical hyperbolic system.

此敘述錯誤。

V 系統的特徵是調節作用主要改變酵素的催化活性，也就是改變 $V_{\max}$。加入抑制劑後，通常使 $V_{\max}$ 降低，而不顯著改變底物親和力。

這種效果較接近非競爭性抑制：

$$V_{\max}\downarrow,\qquad K_m\ \text{大致不變}$$

競爭性抑制則是：

$$K_m\uparrow,\qquad V_{\max}\ \text{不變}$$

所以，V 系統加入抑制劑的動力學表現，不是類似典型雙曲線酵素的競爭性抑制，而是較接近非競爭性抑制。

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(B) Allosteric effectors are always more powerful than covalent modification.

此敘述錯誤。

核心觀念

本題考查標準自由能變化 $\Delta G'^\circ$、反應商 $Q$ 與平衡狀態的關係。

對於反應：

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

自由能變化公式為：

$$\Delta G=\Delta G'^\circ+RT\ln Q$$

其中：

• $\Delta G$：特定濃度下的自由能變化
• $\Delta G'^\circ$：生化標準自由能變化
• $R$：氣體常數
• $T$：絕對溫度
• $Q$：反應商

反應達到平衡時，正逆反應速率相等，系統的自由能變化為零：

$$\Delta G=0$$

因此：

$$\Delta G'^\circ=-RT\ln Q$$

解題方法

題目指出平衡後：

$$[\text{Glucose 6-phosphate}] = 2[\text{Fructose 6-phosphate}]$$

反應物為 glucose 6-phosphate，產物為 fructose 6-phosphate，因此反應商為：

$$Q= \frac{[\text{Fructose 6-phosphate}]} {[\text{Glucose 6-phosphate}]} = \frac{1}{2}$$

代入平衡條件：

$$\Delta G'^\circ=-RT\ln\left(\frac{1}{2}\right)$$

由於：

$$\ln\left(\frac{1}{2}\right)=-\ln 2$$

所以：

$$\Delta G'^\circ=RT\ln 2$$

代入 $R=8.315\ \text{J/mol·K}$、$T=298\ \text{K}$：

$$\Delta G'^\circ = (8.315)(298)(0.693) \ \text{J/mol}$$ $$\Delta G'^\circ \approx 1718\ \text{J/mol} = 1.7\ \text{kJ/mol}$$

因此標準自由能變化為正值。

選項分析

好的，我是你的生物化學（A）補教名師，我們來詳解這題關於檸檬酸循環（Citric Acid Cycle）的題目。

這題主要在考驗你對檸檬酸循環（又稱三羧酸循環或克氏循環）基本性質的理解，包括它的代謝角色、氧化還原反應、與其他代謝途徑的連結，以及在生物體內的意義。你需要辨識出哪個敘述是錯誤的。

解題過程：

我們逐一檢視每個選項：

• (A) Citric acid cycle is amphibolic because it plays a role in both catabolism and anabolism.

  • 說明： 兩棲代謝（Amphibolic）是指一個代謝途徑同時參與分解代謝（catabolism）和合成代謝（anabolism）。檸檬酸循環的確是如此。例如，乙醯輔酶A（acetyl-CoA）進入循環進行氧化分解產生能量，但同時，循環中的中間產物（如 α-酮戊二酸、草醯乙酸等）可以作為合成胺基酸、血紅素等重要生物分子的前驅物。
  • 判斷： 此敘述正確。

• (B) The immediate electron acceptor for the majority of the oxidative reactions of the citric acid cycle is NAD+.

  • 說明： 檸檬酸循環中有四個氧化反應：異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase）、α-酮戊二酸脫氫酶複合體（α-ketoglutarate dehydrogenase complex）、琥珀酸脫氫酶（succinate dehydrogenase）以及蘋果酸脫氫酶（malate dehydrogenase）。其中，異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶複合體和蘋果酸脫氫酶的反應中，電子接受者是 NAD$^+$，將其還原成 NADH。琥珀酸脫氫酶的反應中，電子接受者是 FAD，將其還原成 FADH$_2$。由於有三個反應使用 NAD$^+$ 作為電子接受者，而只有一個使用 FAD，因此可以說 絕大多數（majority）的氧化反應的電子接受者是 NAD$^+$。
  • 判斷： 此敘述正確。

• (C) Many intermediates of citric acid cycle are starting points for synthesis of a variety of compounds.

核心觀念

本題考查糖解作用各步驟的氧化還原與 ATP 收支、動物糖質新生的碳源限制，以及磷酸戊糖途徑的產物計量。

判斷時要掌握三個原則：

• 糖解作用中，甘油醛-3-磷酸被氧化時，$\mathrm{NAD^+}$ 接受電子而還原成 $\mathrm{NADH}$。
• 糖質新生不會直接逆轉糖解作用所有步驟；糖解作用的不可逆步驟須由其他酵素繞過。
• 磷酸戊糖途徑的氧化階段，每氧化 $1$ 分子葡萄糖-6-磷酸，產生 $1$ 分子五碳糖、$2$ 分子 $\mathrm{NADPH}$ 和 $1$ 分子 $\mathrm{CO_2}$。

解題方法

逐一檢查各敘述的反應方向和分子數量：

1. 從果糖-1,6-二磷酸進入糖解作用後半段，追蹤 ATP 與 $\mathrm{NADH}$ 的生成。
2. 檢查甘油醛-3-磷酸氧化反應中，哪一種分子被氧化、哪一種輔酶被還原。
3. 判斷乙酸進入動物代謝後，是否能留下淨碳原子供葡萄糖合成。
4. 比較丙酮酸激酶在糖解作用與糖質新生中的用途。
5. 依磷酸戊糖途徑氧化階段的化學計量，計算 $3$ 分子葡萄糖對應的產物。

選項分析

敘述 1：錯誤

果糖-1,6-二磷酸裂解後形成兩個三碳磷酸分子，經糖解作用後半段各產生 $2$ 個 ATP，因此總共形成 $4$ 個 ATP。此路段也會使 $2$ 個 $\mathrm{NAD^+}$ 還原成 $2$ 個 $\mathrm{NADH}$：

$$\mathrm{2\ glyceraldehyde\text{-}3\text{-}phosphate + 2\ NAD^+ + 2\ P_i \longrightarrow 2\ 1,3\text{-}bisphosphoglycerate + 2\ NADH + 2\ H^+}$$

因此，ATP 數目為 $4$ 正確，但產物應是 $2$ 個 $\mathrm{NADH}$，不是 $2$ 個 $\mathrm{NAD^+}$。

敘述 2：錯誤

甘油醛-3-磷酸轉變為 $1,3$-二磷酸甘油酸時，甘油醛-3-磷酸被氧化；電子受體是 $\mathrm{NAD^+}$，它被還原成 $\mathrm{NADH}$。後續由 $1,3$-二磷酸甘油酸形成 $3$-磷酸甘油酸並產生 ATP。

敘述把氧化還原方向寫反了：不是 $\mathrm{NADH}$ 氧化成 $\mathrm{NAD^+}$。

敘述 3：正確

核心觀念

本題考查檸檬酸循環中各酵素的反應方向、輔因子與調控方式。判斷時要分清楚：

• 酵素催化的反應及其在檸檬酸循環中的方向。
• 某酵素本身所需的輔因子，與相鄰反應酵素複合體所需的輔因子。
• 代謝物對酵素的活化或抑制作用。

解題方法

逐一判定敘述 1 至 5 的真偽，再比對選項組合。特別留意第 2 項將不同酵素所需的輔因子混在一起，以及第 5 項把延胡索酸酶在循環中的反應方向說反。

選項分析

1. 正確。 檸檬酸合成酶催化乙醯輔酶 A 與草醯乙酸形成檸檬酸。NADH 與琥珀醯輔酶 A 都可抑制此酵素，反映細胞能量充足或循環中間產物累積時，檸檬酸循環受到抑制。

2. 錯誤。 異檸檬酸去氫酶進行氧化脫羧反應，生成 $\alpha$-酮戊二酸、$\mathrm{CO_2}$ 與還原型輔酶；依同功酵素類型使用 $\mathrm{NAD^+}$ 或 $\mathrm{NADP^+}$。TPP、硫辛酸與 FAD 則是 $\alpha$-酮戊二酸去氫酶複合體所需的輔因子，不是異檸檬酸去氫酶的一組輔因子。

核心觀念

本題考查粒線體氧化磷酸化的化學滲透偶聯。電子傳遞鏈將質子由粒線體基質側泵至膜間腔，建立質子電化學梯度；質子順梯度經 ATP 合成酶回流，驅動酵素構形變化與 ATP 生成。

解題方法

依原卷圖，第 36 題問哪一項敘述錯誤，選項 A 至 D 分別談電子傳遞鏈的膜上排列、質子梯度對 ATP 合成酶的作用、解偶聯劑的證據，以及 ATP 合成酶的 $F_o$、$F_1$ 部分。逐項核對這些敘述是否符合化學滲透偶聯即可。

選項分析

• (A) 正確。 電子傳遞鏈的蛋白質複合體在粒線體內膜上具有方向性排列，能把質子定向地由基質側移至膜間腔；這種不對稱性有助建立質子梯度。
• **(B) 正確。

核心觀念

糖解作用的十個反應中，有三個在細胞條件下具有很大的負自由能變化，通常視為不可逆步驟；它們分別由己糖激酶（hexokinase）、**磷酸果糖激酶－1（PFK-1）及丙酮酸激酶（pyruvate kinase）**催化。其餘七個反應接近平衡，通常可在糖質新生時沿反方向進行。

反應的自由能變化可表示為：

$$\Delta G=\Delta G^{\circ\prime}+RT\ln Q$$

接近平衡的反應在細胞內的 $\Delta G$ 通常接近零，方向會隨反應物與產物濃度而改變；不可逆步驟則遠離平衡，單靠反轉原反應不利於糖質新生，必須由其他酵素繞過。

解題方法

直接辨認糖解作用中三個不可逆反應：

1. 葡萄糖 $\rightarrow$ 葡萄糖-6-磷酸：己糖激酶催化。
2. 果糖-6-磷酸 $\rightarrow$ 果糖-1,6-雙磷酸：PFK-1 催化。
3. 磷酸烯醇丙酮酸 $\rightarrow$ 丙酮酸：丙酮酸激酶催化。

核心觀念

本題考查酵素分類中的裂解酶（lyase）。裂解酶可催化基團的移除或加入，常見反應包括移除水形成雙鍵，或在雙鍵上加成水；這類反應不屬於水解反應，也不以氧化還原為主要反應。

糖解作用中，烯醇化酶（enolase）催化 2-磷酸甘油酸脫水，生成磷酸烯醇式丙酮酸，因此屬於裂解酶。

解題方法

辨認各酵素催化的反應類型，找出符合「移除水以形成雙鍵」的酵素。烯醇化酶在糖解作用第九步催化：

$$\text{2-磷酸甘油酸} \longrightarrow \text{磷酸烯醇式丙酮酸} + \mathrm{H_2O}$$

反應移除一分子水，形成烯醇磷酸結構中的雙鍵，符合裂解酶的反應特徵。

選項分析

核心觀念

本題考查粒線體中丙酮酸的代謝去向，以及細胞能量狀態與乙醯輔酶 A 對代謝途徑的調節。

丙酮酸主要有兩條相關去路：

1. 進入三羧酸循環（TCA cycle）：丙酮酸經丙酮酸去氫酶複合體（PDH）轉成乙醯輔酶 A，再進入 TCA 循環供能。
2. 進入糖質新生：丙酮酸經丙酮酸羧化酶（PC）轉成草醯乙酸（oxaloacetate），再作為糖質新生的前驅物。此反應需要 ATP，且乙醯輔酶 A 是丙酮酸羧化酶的變構活化劑。

丙酮酸羧化酶的反應為：

$$\text{Pyruvate}+\mathrm{HCO_3^-}+\mathrm{ATP} \longrightarrow \text{Oxaloacetate}+\mathrm{ADP}+\mathrm{P_i}$$

解題方法

先判斷兩種代謝去向分別代表什麼：

• ATP 或乙醯輔酶 A 偏低時，表示細胞有供能需求，丙酮酸傾向轉成乙醯輔酶 A，進入 TCA 循環。
• ATP 與乙醯輔酶 A 偏高時，表示能量與碳源較充足；乙醯輔酶 A 活化丙酮酸羧化酶，使丙酮酸轉成草醯乙酸，供糖質新生使用。

因此，四個空格依序為「ATP、乙醯輔酶 A、TCA 循環、草醯乙酸」。

選項分析

• (A) NADH；ATP；glycolysis；oxaloacetate：錯誤。 丙酮酸是糖解作用的產物，不能說丙酮酸主要被導入糖解作用。

核心觀念

本題考核磷酸戊糖途徑中，6-磷酸葡萄糖酸去氫酶所催化的反應類型及其產物。此酵素使用 NADP⁺ 作為電子受體，催化氧化脫羧，產生 NADPH、二氧化碳與核酮糖-5-磷酸。

解題方法

原卷第 40 題詢問：「磷酸戊糖途徑中的 6-磷酸葡萄糖酸去氫酶反應屬於哪種反應，並產生什麼？」選項列出底物階層磷酸化、氧化脫羧、TPP 輔助脫羧、磷酸基團添加，以及以上皆非。

掌握反應物與產物即可判斷：

$$\text{6-磷酸葡萄糖酸}+\text{NADP}^+ \rightarrow \text{核酮糖-5-磷酸}+\text{CO}_2+\text{NADPH}+\text{H}^+$$

反應中，6-磷酸葡萄糖酸先被氧化，再脫去一個羧基形成二氧化碳，因此屬於氧化脫羧；NADP⁺ 接受電子後還原為 NADPH。

核心觀念

磷酸戊糖途徑（PPP）分為兩部分：

• 氧化階段：葡萄糖-6-磷酸經氧化產生核糖-5-磷酸、二氧化碳與 NADPH。葡萄糖-6-磷酸去氫酶是此階段的關鍵酵素，其活性受細胞 NADPH／NADP⁺ 狀態調節。
• 非氧化階段：由轉酮酶與轉醛酶催化，能可逆地轉換五碳糖與糖解作用中間物。

當細胞需要核糖-5-磷酸而不需要額外 NADPH時，可讓非氧化階段反向運作，由果糖-6-磷酸與甘油醛-3-磷酸合成五碳糖。其淨反應為：

$$2\,\text{果糖-6-磷酸}+\text{甘油醛-3-磷酸} \longrightarrow 3\,\text{核糖-5-磷酸}$$

解題方法

先辨認細胞需要的產物：題目指定需要五碳糖磷酸，卻不需要 NADPH。因此應避開會產生 NADPH 的氧化階段，改由可逆的非氧化階段，從糖解作用中間物合成五碳糖磷酸。

核心觀念

Southern 雜交法用來偵測樣本中是否含有特定 DNA 序列。電泳先依片段大小分離 DNA；接著以 NaOH 鹼處理，使雙股 DNA 變性為單股 DNA（ssDNA）。單股 DNA 轉移至膜上固定後，才能與帶有互補序列的標記探針進行鹼基配對。

鹼處理主要是破壞雙股 DNA 兩股之間的氫鍵，而非切斷 DNA 的磷酸二酯鍵。處理後再中和，可將環境調回適合後續轉移與雜交的 pH。

解題方法

判斷關鍵在於：Southern 雜交需要探針與目標 DNA 的互補序列配對。若目標 DNA 仍維持雙股狀態，兩股鹼基彼此配對，探針不易與目標序列結合。因此，電泳後以 NaOH 處理的核心目的，是將雙股 DNA 變性成單股 DNA；之後中和，讓樣品能進入後續轉移及雜交流程。

選項分析

• (A) 錯誤。 鹼處理不是為了中和凝膠中的酸溶性雜質；它的主要作用對象是 DNA 的雙股結構。
• (B) 錯誤。 NaOH 鹼處理的目的不是把 DNA 切成較小片段。

核心觀念

本題考查粒線體穿梭系統如何把細胞質 NADH 的還原當量送入電子傳遞鏈。NADH 本身無法自由穿過粒線體內膜，因此細胞利用穿梭系統轉移其電子，而不是把 NADH 分子直接運進基質。

甘油磷酸穿梭會把電子交給泛醌（CoQ），使電子從電子傳遞鏈的複合體 III 開始傳遞，略過複合體 I。依每個 NADH 約產生 $2.5$ ATP、每個 FADH$_2$ 約產生 $1.5$ ATP 的估算慣例，細胞質 NADH 經此穿梭約可產生 $1.5$ ATP。

解題方法

追蹤電子流向即可判斷 ATP 產量：若電子進入複合體 I，能量產量約為 $2.5$ ATP；若電子透過 FAD 連到 CoQ、略過複合體 I，能量產量約為 $1.5$ ATP。

甘油磷酸穿梭的步驟如下：

1. 細胞質的甘油-3-磷酸去氫酶利用 NADH，將二羥基丙酮磷酸（DHAP）還原成甘油-3-磷酸，同時使 NADH 氧化成 NAD$^+$。
2. 粒線體內膜上的甘油-3-磷酸去氫酶再將甘油-3-磷酸氧化回 DHAP；此酵素以 FAD 接受電子，形成 FADH$_2$。
3. FADH$_2$ 將電子交給 CoQ，電子再經複合體 III、細胞色素 $c$ 與複合體 IV 傳遞。

核心觀念

檸檬酸循環每完成一輪，草醯乙酸（oxaloacetate, OAA）會再生；但再生的是四碳分子，並不代表起始 OAA 的四個碳都留在其中。每輪有兩個碳以 $\mathrm{CO_2}$ 形式釋出，而未標記的乙醯輔酶 A 提供兩個碳。

本題的「均勻標記」表示起始 OAA 的四個碳各帶有相同的放射性，因此可以把起始總放射性視為四份。

解題方法

檸檬酸循環的一輪中，兩次脫羧會移除兩個碳。第一輪釋出的碳來自起始 OAA 的碳骨架；未標記乙醯輔酶 A 的兩個碳此時仍留在循環中。起始 OAA 的四個標記碳中，兩個隨 $\mathrm{CO_2}$ 離開，另外兩個留在再生的 OAA：

$$\text{再生 OAA 中保留的原始放射性比例} =\frac{4-2}{4} =\frac{1}{2}$$

選項分析

核心觀念

P/O 比值是每還原一個氧原子（即每消耗一個 $\frac{1}{2}\mathrm{O_2}$）所合成的 ATP 數。電子由 NADH 進入粒線體電子傳遞鏈時，會經過複合體 I；電子若由 FADH₂ 等途徑進入，則繞過複合體 I，能建立的質子梯度較少，因此產生的 ATP 也較少。

以現代估值來說，NADH 的 P/O 約為 $2.5$，FADH₂ 約為 $1.5$；傳統教材常用的估值則約為 $3$ 與 $2$。因此，題目指出 P/O 小於 2，表示電子很可能由與黃素輔基相連的途徑進入電子傳遞鏈。

解題方法

底物由羥基形式氧化成酮基形式時，底物失去電子；相應的氧化還原輔酶則接受電子而被還原。若氧化後的 P/O 比值低於 2，關鍵線索是電子進入電子傳遞鏈時避開複合體 I，符合黃素蛋白接受電子、再將電子傳給輔酶 Q 的情形。

例如，粒線體甘油-3-磷酸去氫酶可將甘油-3-磷酸氧化為二羥基丙酮磷酸，並使酵素中的 FAD 還原；電子接著傳給輔酶 Q，繞過複合體 I。這類反應的 P/O 比值低於 NADH 氧化途徑。因此，底物的初始氧化直接耦聯於黃素蛋白的還原。

核心觀念

本題考脂肪酸新生合成的位置、乙醯輔酶 A 與丙二醯輔酶 A 的來源、延長反應中的脫羧，以及脂肪酸合成與 β 氧化所需的輔酶。

脂肪酸合成每次延長兩個碳，使用丙二醯基提供碳骨架；丙二醯基上的額外羧基會在縮合反應中以二氧化碳形式移除。合成的還原力主要來自 NADPH；β 氧化則在不同步驟使用 FAD 與 NAD⁺。

解題方法

逐項核對兩個容易混淆的重點：

1. 追蹤由 ${}^{14}\mathrm{CO_2}$ 加入丙二醯輔酶 A 的標記碳，看它是否保留在脂肪酸中。
2. 核對 β 氧化使用的電子受體，判斷「只使用 NAD⁺」是否正確。

選項分析

• (A) 正確。 多數生物的脂肪酸新生合成在細胞質進行；植物的主要新生合成場所是葉綠體中的質體。

• (B) 正確。 乙醯輔酶 A 羧化酶以乙醯輔酶 A、碳酸氫根及 ATP 生成丙二醯輔酶 A：

$$\text{乙醯輔酶 A}+\mathrm{HCO_3^-}+\mathrm{ATP} \longrightarrow \text{丙二醯輔酶 A}+\mathrm{ADP}+\mathrm{P_i}$$

丙二醯輔酶 A 是三碳中間物，每輪延長反應淨增加兩個碳。

核心觀念

脂肪酸生合成需要丙二醯輔酶 A（malonyl-CoA）作為二碳延長單位。它由乙醯輔酶 A 經乙醯輔酶 A 羧化酶催化、利用二氧化碳來源的碳酸氫根形成。脂肪酸合成酶使用丙二醯基與生長中的脂肪酸鏈進行縮合，並在反應中脫去一個二氧化碳，讓脂肪酸鏈每次延長兩個碳。

解題方法

依原卷圖辨認，選項（B）畫的是 $\mathrm{^{-}OOC{-}CH_2{-}C(=O){-}SCoA}$：一端有羧酸根，另一端以硫酯鍵連接輔酶 A，正是丙二醯輔酶 A。判斷關鍵是找出同時帶有游離羧酸根與輔酶 A 硫酯的三碳結構。

選項分析

• （A） 圖示為輔酶 A 連在 $\mathrm{CH_2{-}C(=O){-}CoA}$ 的結構，並非具有羧酸根的丙二醯輔酶 A。