109 年 國立臺灣大學生化科學系碩士班《細胞與分子生物學》

本題主要在測試學生對細胞骨架，特別是微絲、微管及核纖維的組成與功能的理解。

(1) 微絲（actin filaments）的聚合需要 ATP 水解，而微管（microtubules）的聚合則需要 GTP 水解。這兩種聚合過程都是動力學上不穩定的，水解 ATP 或 GTP 的能量用於穩定聚合體結構。因此，此敘述正確。

(2) 微管的組成為異質二聚體（heterodimer）的 $\alpha$-tubulin 和 $\beta$-tubulin。

本題主要考查 G protein-coupled receptor (GPCR) 訊號傳遞途徑的相關知識。

(1) 三聚體 G 蛋白（trimeric G proteins）包含 $\alpha$、$\beta$、$\gamma$ 三個次單元。GTP 結合在 $\alpha$ 次單元上，而不是 $\beta$ 次單元。當 GPCR 被活化後，會促使 G 蛋白與其結合，進而使 GTP 結合到 $\alpha$ 次單元上，導致 $\alpha$ 次單元與 $\beta\gamma$ 二聚體分離，各自發揮下游功能。因此，此敘述錯誤。

本題考查內體（endosome）酸化的功能，特別是在受體媒介胞吞作用（receptor-mediated endocytosis）中的應用。

內體在形成後，會經過一系列的成熟過程，其中一個重要的變化是其內部 pH 值會逐漸降低（酸性化），從大約 pH 7.0 降至 pH 5.0-5.5。這種酸性化對於某些分子與其受體的解離至關重要。

(A) 膽固醇（cholesterol）主要透過 LDL（low-density lipoprotein）受體媒介胞吞。LDL 顆粒進入內體後，內體的酸性環境會促使 LDL 顆粒解體，釋放出膽固醇。然而，題目問的是「cholesterol from LDL」，LDL 本身是一個脂蛋白顆粒，膽固醇是其成分之一，酸化的內體確實會促使 LDL 顆粒的解離，釋放內容物，包括膽固醇。

(B) 鐵離子（iron）的運輸主要透過轉鐵蛋白（transferrin）攜帶，轉鐵蛋白結合鐵離子後與其受體（transferrin receptor, TFR）結合，進入細胞內。TFR 主要存在於細胞膜上，並透過內體途徑進入細胞。進入內體後，酸性環境會使轉鐵蛋白結構改變，釋放鐵離子，而轉鐵蛋白本身則與受體分離，並被送回細胞膜。

(C) 轉鐵蛋白（transferrin）與轉鐵蛋白受體（transferrin receptor, TFR）的結合與解離是細胞攝取鐵離子的關鍵步驟。

本題旨在測試學生對幹細胞（stem cells）的定義、分類及其潛能的理解。

(1) 幹細胞最重要的特性之一是其自我更新（self-renewal）能力，即能進行不對稱分裂，產生一個與母細胞相同的幹細胞，以及一個或多個具有不同分化潛能的子細胞。這些子細胞可能進一步分化成特定細胞類型（如單能幹細胞），或能夠分化成多種細胞類型（如多能幹細胞），或甚至形成一個完整的個體（如全能幹細胞）。因此，敘述 (1) 正確描述了幹細胞的這一核心特徵。

(2) 幹細胞的分化潛能（differentiation potential）是指其能夠分化成多少種類型細胞的能力。
* 全能幹細胞（Totipotent stem cells）：能夠分化成所有細胞類型，包括胎盤細胞，形成一個完整的個體。例如，受精卵及早期的胚胎細胞。
* 多能幹細胞（Pluripotent stem cells）：能夠分化成體內所有類型的細胞，但不包括胎盤細胞。例如，胚胎幹細胞（embryonic stem cells, ESCs）。

本題考查早期胚胎發育過程中，多能幹細胞（pluripotent stem cells）的來源。

在小鼠早期胚胎發育過程中，受精卵經歷卵裂，形成桑椹胚（morula），進而發育為囊胚（blastocyst）。囊胚具有以下幾個主要結構：

• 滋胚層（Trophectoderm）：位於囊胚的最外層，將發育成胎盤。
• 內細胞團（Inner cell mass, ICM）：位於囊胚的內部，是一團細胞，將發育成胎兒的各種組織和器官。
• 囊胚腔（Blastocoel）：囊胚內部充滿液體的腔。

本題考查真核生物 RNA 加工（processing）的過程。真核生物的 RNA 加工是將初級轉錄產物（pre-mRNA）轉化為成熟 mRNA 的一系列修飾步驟，使其能夠在細胞質中進行轉譯。

RNA 加工的主要步驟包括：

• 5' 端加帽（5' capping）：在轉錄的 5' 端加上一個特殊的結構，即 7-甲基鳥苷（7-methylguanosine）帽，這個帽結構有助於 mRNA 的穩定、核輸出以及起始轉譯。
• 3' 端加聚腺苷酸尾（3' polyadenylation）：在轉錄的 3' 端加上一個由約 50-250 個腺苷酸（adenosine）組成的尾巴，即 Poly(A) 尾。Poly(A) 尾有助於 mRNA 的穩定、核輸出以及起始轉譯。

本題考查細胞鐵離子恆定的調控機制，特別是鐵反應元件（Iron Responsive Element, IRE）及其結合蛋白（Iron Regulatory Proteins, IRPs）在轉譯和 mRNA 穩定性上的作用。

細胞內的鐵離子濃度需要精確調控，因為過多或過少的鐵離子都會對細胞造成傷害。這種調控主要透過影響鐵離子攝取（由轉鐵蛋白受體 TFR 介導）和儲存（由鐵蛋白 ferritin 介導）的蛋白質的合成來實現。

**鐵反應元件（IRE）**是存在於 ferritin mRNA 的 5' UTR 和 transferrin receptor (TFR) mRNA 的 3' UTR 中的一個特定 RNA 結構。
鐵調節蛋白（Iron Regulatory Proteins, IRPs），也稱為 IRE-結合蛋白，它們會與 IRE 結合。IRPs 的活性受細胞內游離鐵離子濃度的影響。

以下是 IRPs 與 IREs 相互作用的調控機制：

1. 低鐵離子濃度時（Low iron concentration）：

   • Ferritin mRNA：當細胞內鐵離子濃度低時，IRPs 會結合到 ferritin mRNA 的 5' UTR 的 IRE 上。這個結合會阻礙核醣體（ribosome）接近 mRNA 的起始密碼子，從而抑制 ferritin 的轉譯。結果是減少鐵蛋白的合成，進而減少鐵離子的儲存，防止鐵離子在細胞內累積。
   • Transferrin receptor (TFR) mRNA：當細胞內鐵離子濃度低時，IRPs 也會結合到 TFR mRNA 的 3' UTR 的 IRE 上。這個結合會穩定 TFR mRNA，防止其被核酸酶（nuclease）降解。結果是增加 TFR mRNA 的壽命，從而增加轉鐵蛋白受體的合成，促進細胞攝取更多的鐵離子。

2. 高鐵離子濃度時（High iron concentration）：

核心觀念

本題考查「表觀遺傳修飾」與基因轉錄活性的關係，重點在於判斷染色質處於開放、容易轉錄的狀態，還是處於緊密、抑制轉錄的狀態。

一般而言：

• 組蛋白乙醯化：降低組蛋白與 DNA 的正電吸引，使染色質較鬆散，促進轉錄。
• H3K4me：尤其是 H3K4me3，常見於活化基因的啟動子，與轉錄活性相關。
• H3K9me：尤其是 H3K9me2／H3K9me3，通常形成異染色質，抑制基因表現。
• H3K27me：尤其是 H3K27me3，常由 Polycomb 複合體建立，與基因抑制相關。
• DNA methylation：啟動子區的 DNA 甲基化通常抑制轉錄。
• HDAC：移除組蛋白乙醯基，使染色質緊密，通常抑制轉錄。
• HAT：加入組蛋白乙醯基，使染色質較開放，通常促進轉錄。

解題方法

判斷原則是：先找出明確與「基因活化」相關的項目，再排除抑制性修飾。

基因活化相關者為：

1. Histone acetylation
2. H3K4me
3. HAT

因此可直接選出：

$$(1), (2), (7)$$

對應選項 A。

其中需注意，題目寫 H3K4me，未標明甲基化程度；依研究所考試的常見分類，H3K4 methylation 通常指與活化相關的 H3K4me3。相對地，H3K9me 與 H3K27me 在此題脈絡下指抑制性甲基化標記。

各修飾與酵素的作用

1. Histone acetylation

組蛋白上的 lysine 帶有正電，可與帶負電的 DNA 磷酸骨架產生作用。組蛋白乙醯化會中和 lysine 的部分正電，降低組蛋白與 DNA 的結合，使核小體較容易鬆開。

結果是：

$$\text{組蛋白乙醯化} \rightarrow \text{染色質開放} \rightarrow \text{轉錄因子較易結合} \rightarrow \text{基因活化}$$

因此，(1) 與 gene activation 有關。

2. H3K4me

H3K4 methylation，特別是 H3K4me3，常分布於活化基因的轉錄起始位置附近，能與特定 reader proteins 結合，協助招募轉錄相關複合體。

因此在本題的標準分類中：

$$\text{H3K4me} \rightarrow \text{活化型染色質標記}$$

所以 (2) 與 gene activation 有關。

3. H3K9me

H3K9me2 與 H3K9me3 通常是抑制性標記，能招募 HP1 等蛋白，促進異染色質形成，使染色質緊密並降低轉錄。

$$\text{H3K9me} \rightarrow \text{異染色質形成} \rightarrow \text{轉錄抑制}$$

因此 (3) 不屬於本題所問的基因活化項目。

4. H3K27me

H3K27me3 是典型的抑制性組蛋白標記，常由 Polycomb repressive complex 2 建立，與發育調控基因及其他目標基因的沉默有關。

$$\text{H3K27me3} \rightarrow \text{Polycomb-mediated repression} \rightarrow \text{基因抑制}$$

因此 (4) 不屬於基因活化項目。

5. DNA methylation

本題考查原核生物中 mRNA 合成速率與蛋白質合成速率的關係。

題目指出，在原核生物中，蛋白質合成速率受限於 mRNA 合成速率。
已知 RNA 合成速率約為 60 個核苷酸/秒。

在原核生物中，轉錄（mRNA 合成）和轉譯（蛋白質合成）是偶聯的（coupled），即蛋白質合成可以發生在 mRNA 尚未完全合成時。然而，蛋白質合成的速率最終還是受到 mRNA 分子中編碼序列的長度以及其合成速度的限制。

本題考查真核生物轉錄激活因子（transcription activators）的特性。轉錄激活因子是一類蛋白質，它們能夠結合到 DNA 的特定序列上，並促進基因的轉錄。

我們逐一分析選項：

A. They contain DNA-binding domain and activation domain.
轉錄激活因子通常具有兩個主要的功能區域：一個是 DNA 結合域（DNA-binding domain, DBD），用於識別並結合到 DNA 的特定順序（如啟動子或增強子上的順式作用元件）；另一個是激活域（activation domain, AD），用於與其他蛋白質（如轉錄起始複合物的組分、輔激活因子或染色質重塑酶）相互作用，從而促進轉錄的起始或速率。因此，此敘述正確。

B. They bind to enhancers.
增強子（enhancers）是 DNA 上的順式作用元件，它們可以位於基因啟動子（promoter）的上游、下游或內部，甚至遠離基因。轉錄激活因子經常結合到增強子上，然後通過 DNA 迴路（DNA looping）將增強子區域與啟動子區域聯繫起來，從而增強轉錄。因此，此敘述正確。

本題考查 DNA 鹼基突變的化學機制，特別是胞嘧啶（Cytosine）的脫氨基作用（deamination）。

胞嘧啶（C）是一種嘧啶鹼基。在生理條件下，胞嘧啶會自發地發生脫氨基反應，即失去一個氨基（-NH$_2$），形成尿嘧啶（Uracil, U）。

化學反應式如下：
Cytosine (C) $\xrightarrow{\text{deamination}}$ Uracil (U) + NH$_3$

尿嘧啶（U）是一種嘧啶鹼基，它在 RNA 中是常見的，但在 DNA 中則不常見。當 DNA 中出現尿嘧啶時，它會與腺嘌呤（A）配對，這與正常的胞嘧啶（C）與鳥糞嘌呤（G）配對不同。

本題考查蛋白質降解的標記分子。

細胞內蛋白質的降解是一個重要的調控過程，主要通過兩種途徑進行：蛋白酶體途徑（proteasome pathway）和溶酶體途徑（lysosome pathway）。對於細胞質和細胞核中的蛋白質，最主要的降解途徑是蛋白酶體途徑。

(A) Chaperonin：分子伴侶（chaperones）是一類蛋白質，它們幫助其他蛋白質正確摺疊，或防止蛋白質聚集，但它們本身不直接標記蛋白質進行降解。
(B) Ubiquitin：泛素（Ubiquitin）是一種小型蛋白質，它通過共價鍵連接到需要降解的目標蛋白質上。這個過程稱為泛素化（ubiquitination）。

本題考查細胞死亡的類型，特別是程式性細胞死亡（programmed cell death）與非程式性細胞死亡的區別。

程式性細胞死亡（Programmed Cell Death, PCD）是指細胞按照預設的分子程序，主動自殺的過程。這個過程通常是受細胞內信號調控，並具有一定的形態學特徵。

A. Apoptosis (細胞凋亡)：這是最典型、研究最廣泛的程式性細胞死亡類型。它涉及一系列細胞內事件，如細胞收縮、染色質濃縮、DNA 片段化，最終形成凋亡小體（apoptotic bodies），由吞噬細胞清除，過程無明顯炎症反應。
B. Necroptosis (壞死性凋亡)：這是一種受調控的細胞死亡形式，與細胞凋亡有相似之處，但其機制依賴於 RIPK1 和 RIPK3 等激酶，並且通常導致細胞腫脹、細胞膜破裂，釋放細胞內容物，可能引起炎症反應。儘管它被稱為「壞死性凋亡」，但它被認為是一種受調控的死亡途徑，因此屬於程式性細胞死亡的一種。

本題考查中心法則（Central Dogma）的範疇。中心法則描述了遺傳資訊在生物體內的傳遞方向。

最初由 Francis Crick 提出的中心法則，主要描述了遺傳信息的單向流動：
DNA $\rightarrow$ RNA $\rightarrow$ Protein

我們來分析各個選項：

A. DNA replication (DNA 複製)：DNA 複製是 DNA 分子產生自身副本的過程，是遺傳信息得以傳遞給下一代細胞的基礎。這雖然不是傳統意義上從 DNA 到 RNA 到蛋白質的資訊流動，但它是 DNA 作為遺傳物質的關鍵功能，是維持遺傳信息連續性的重要環節，通常被認為是中心法則的重要組成部分或前提。

B. RNA transcription (RNA 轉錄)：這是從 DNA 模板合成 RNA 的過程，是中心法則的第一步。

C. Protein translation (蛋白質轉譯)：這是從 mRNA 模板合成蛋白質的過程，是中心法則的第二步。

本題考查未摺疊蛋白質反應（Unfolded Protein Response, UPR）的組成部分。UPR 是細胞對內質網（Endoplasmic Reticulum, ER）中累積的未摺疊或錯誤摺疊蛋白質的一種應激反應，旨在恢復內質網的蛋白質摺疊能力和內質網的穩態。

UPR 的主要機制包括：

1. 增加分子伴侶（chaperones）的表達：如 GRP78 (BiP) 等，幫助蛋白質正確摺疊。
2. 抑制整體蛋白質合成：減少新蛋白質進入內質網，減輕內質網的負擔。
3. 啟動蛋白質降解途徑：將錯誤摺疊的蛋白質轉運出內質網，通過蛋白酶體（proteasome）進行降解（ER-associated degradation, ERAD）。
4. 促進自噬（autophagy）：清除受損的細胞器和蛋白質聚集體，包括內質網相關的自噬。
5. 在嚴重或持續的壓力下，啟動細胞凋亡（apoptosis）：如果 UPR 無法恢復內質網的穩態，則會誘導細胞凋亡以清除受損細胞。

核心觀念

膜融合（membrane fusion）是兩個原本分離的脂質雙層合併，形成連續膜系統的過程，常見於：

• 胞吐作用（exocytosis）：分泌囊泡與細胞膜融合，釋放內容物。
• 突觸傳遞：突觸小泡與突觸前膜融合，釋放神經傳導物質。
• 病毒入侵：具包膜病毒的病毒膜與宿主細胞膜或內體膜融合。
• 細胞內囊泡運輸：運輸囊泡與內體、溶小體等胞器膜融合。

相對地，胞吞作用（endocytosis）的初始步驟是細胞膜向內凹陷，接著經膜裂解（membrane fission）形成內吞囊泡，主要需要的是膜裂解而非膜融合。

解題方法

逐一判斷各選項的關鍵步驟是否需要膜融合：

1. 若涉及分泌囊泡釋放物質，通常需要胞吐作用與膜融合。
2. 若涉及突觸小泡釋放神經傳導物質，必然需要膜融合。
3. 若涉及具包膜病毒進入細胞，通常需要病毒膜與宿主膜融合。
4. 若只是細胞膜內陷並形成內吞囊泡，關鍵步驟是膜裂解，不是膜融合。

因此，選項中以「內吞」為主要機制的 cholesterol endocytosis 不需要膜融合作為其初始內化步驟。

選項分析

A. Insulin-mediated blood glucose homeostasis

此過程需要膜融合。

血糖升高時，胰臟 $\beta$ 細胞分泌胰島素。胰島素儲存於分泌囊泡中，囊泡必須與細胞膜融合，才能將胰島素釋放到血液中。

此外，胰島素作用於骨骼肌與脂肪細胞後，會促使含有 GLUT4 的囊泡移動至細胞膜，並與細胞膜融合，使 GLUT4 插入細胞膜，增加葡萄糖進入細胞。

因此，此選項涉及：

$$\text{分泌囊泡}+\text{細胞膜} \longrightarrow \text{膜融合與胰島素釋放}$$

故 A 需要膜融合。

B. Virus infection

此過程通常需要膜融合。

具包膜病毒進入宿主細胞時，病毒包膜可與宿主細胞膜直接融合；若病毒先經由胞吞作用進入，病毒包膜也可能與內體膜融合，使病毒核酸或核衣殼進入細胞質。

典型過程為：

$$\text{病毒包膜}+\text{宿主膜} \longrightarrow \text{融合孔} \longrightarrow \text{病毒基因組進入細胞}$$

故在本題一般細胞生物學的設定下，B 視為需要膜融合。

C. Cholesterol endocytosis

此過程的初始內化步驟不需要膜融合，是本題答案。

血液中的膽固醇主要以 LDL 形式運輸。LDL 與細胞膜上的 LDL receptor 結合後，受體集中到 clathrin-coated pit。

本題考查神經遞質（neurotransmitter）在神經元中的儲存位置。

神經遞質是在神經末梢（nerve terminal）被合成或從體內運輸過來，然後儲存在特定的囊泡中，以準備釋放到突觸間隙（synaptic cleft）。

A. ER (內質網)：內質網主要參與蛋白質合成（粗面內質網）和脂質合成、解毒（滑面內質網），它不是神經遞質的主要儲存場所。
B. Golgi (高基氏體)：高基氏體主要負責蛋白質和脂質的進一步修飾、分選和包裝，用於運輸到細胞內或分泌到細胞外。它可能參與神經遞質的包裝進入囊泡，但不是最終儲存場所。

本題考查蛋白質 N-糖基化（N-glycosylation）的細胞器。

N-糖基化是指一個寡糖鏈通過氮原子（通常是天冬酰胺，asparagine）連接到蛋白質上的過程。這個過程是蛋白質在內質網（ER）中摺疊和修飾的重要一步，對蛋白質的正確摺疊、穩定性、細胞定位以及與其他分子的相互作用至關重要。

N-糖基化主要發生在以下兩個細胞器中：

1. 內質網（ER）：N-糖基化是蛋白質進入內質網後最早發生的翻譯後修飾之一。在內質網的腔內，一個預先形成的寡糖鏈（通常包含 14 個糖單元）被轉移酶（oligosaccharyltransferase）連接到新生多肽鏈上的特定天冬酰胺殘基（序列為 Asn-X-Ser/Thr，其中 X 為除脯氨酸以外的任何胺基酸）。
2. 高基氏體（Golgi apparatus）：在蛋白質從內質網轉運到高基氏體後，N-連接的寡糖鏈會進一步被修飾。

本題考查細胞自噬（autophagy）的功能。自噬是細胞內一種重要的降解途徑，用於清除細胞內不需要或受損的成分，並回收其中的組成物質。

自噬的主要功能包括：

1. 清除受損的細胞器（Remove damaged organelles）：例如，老化的粒線體（mitophagy）、內質網（reticulophagy）、過氧化物酶體（pexophagy）等，這些受損的細胞器可能產生有害的活性氧（ROS）或功能異常，自噬將其包裹並遞送到溶酶體進行降解。
2. 清除細胞質中的蛋白質聚集體和受損蛋白質（Remove damaged cytosolic proteins）：細胞內可能積累錯誤摺疊或聚集的蛋白質，這些蛋白質可能具有毒性。自噬可以將這些蛋白質聚集體包裹起來，進行降解。
3. 回收細胞物質（Recycle cell materials）：通過降解細胞器和蛋白質，自噬將其中的胺基酸、核苷酸、脂肪酸等基本組成物質釋放到細胞質中，供細胞重新利用，尤其是在營養匱乏的條件下，自噬起著至關重要的作用。

核心觀念

這題考的是真核細胞膜蛋白的生合成與胞內運輸路徑。

整合於質膜的跨膜蛋白（integrated transmembrane protein）通常具有疏水性跨膜區段，蛋白質合成時由核糖體進行翻譯，並透過訊號辨認與轉位機制，共同轉譯插入粗糙內質網（rough ER）膜中。

典型路徑為：

$$\text{粗糙內質網 ER} \rightarrow \text{高基氏體 Golgi} \rightarrow \text{質膜 Plasma membrane}$$

此路徑屬於分泌途徑（secretory pathway），適用於：

• 質膜蛋白
• 分泌蛋白
• 高基氏體與內質網相關膜蛋白
• 溶小體中的部分膜蛋白與酵素

其中，早期內體（early endosome）與溶小體（lysosome）主要屬於內吞與降解系統，不是新生質膜蛋白通常經過的生合成路徑。

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解題方法

判斷胞內運輸順序時，可先找出蛋白質的「起點」與「終點」。

1. 起點：內質網

   跨膜蛋白在翻譯過程中，通常藉由 N 端訊號序列或內部訊號錨定序列，被導向粗糙內質網。其疏水性跨膜區段會插入內質網膜，並在此完成初步摺疊與品質管制。

2. 中繼站：高基氏體

   內質網形成運輸囊泡，將蛋白質送往高基氏體。高基氏體可進行醣基化修飾、蛋白質加工與分選。

3. 終點：質膜

   蛋白質由高基氏體的反面高基氏網絡（trans-Golgi network）分選後，包裝至運輸囊泡，囊泡與質膜融合，將跨膜蛋白送至質膜。

因此順序為：

$$1 \rightarrow 2 \rightarrow 5$$

所以正確選項是 D。

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選項分析

A. 1>4>5：錯誤

此選項表示：

$$\text{ER} \rightarrow \text{Lysosome} \rightarrow \text{Plasma membrane}$$

溶小體是細胞內的大分子降解胞器，主要接收來自內吞途徑或高基氏體分選出的降解物。新生質膜蛋白通常不會先送到溶小體，再轉運至質膜，因此路徑錯誤。

B. 1>3>5：錯誤

此選項表示：

核心觀念

本題考查內質網（endoplasmic reticulum, ER）與高基氏體（Golgi apparatus）的功能分工，以及囊泡運輸方向與外被蛋白：

• 平滑內質網（smooth ER）：參與脂質代謝，包括脂肪酸相關的脂質合成、磷脂合成，以及藥物解毒與鈣離子儲存。
• 粗糙內質網（rough ER）：附著核糖體，合成進入分泌途徑的蛋白質，包括分泌蛋白、膜蛋白與部分胞器腔內蛋白。
• COPII：主要負責 ER 到 Golgi 的順行運輸（anterograde transport）。
• COPI：主要負責 Golgi 到 ER 的逆行運輸（retrograde transport），以及 Golgi 內部的回收運輸。
• Clathrin：參與 trans-Golgi network 到內體（endosome）的囊泡運輸。
• Golgi cisternae 方向：靠近 ER 的一端為 cis face，接收來自 ER 的囊泡；遠離 ER 的一端為 trans face，負責將貨物分送至不同目的地。

解題方法

逐一判斷五個敘述，再將所有正確敘述與選項組合比對：

1. 平滑 ER 是否參與脂質合成？
2. 粗糙 ER 是否合成分泌蛋白？
3. COPI 的運輸方向是否為順行？
4. Golgi 是否由 cis cisternae 接收 ER 貨物？
5. clathrin 是否參與 trans-Golgi 到 endosome 的運輸？

其中第 3 項是主要陷阱：ER 到 Golgi 的順行運輸由 COPII 負責，而非 COPI。

選項分析

(1) The synthesis of fatty acids and phospholipids takes place in the smooth ER.

正確。平滑 ER 是細胞進行脂質合成的重要場所，尤其包括磷脂等膜脂質的合成。教材在概念分類上，也將脂肪酸相關的脂質合成歸入平滑 ER 的功能。

嚴格而言，真核細胞脂肪酸的「從頭合成」主要在細胞質中進行，而 ER 可進行脂肪酸的延長、去飽和，以及利用脂肪酸合成磷脂。因此本題採用細胞生物學教材對平滑 ER 的整體功能分類，此敘述判定為正確。

(2) Rough ER synthesizes all proteins to be secreted from a cell.

正確。將分泌至細胞外的蛋白質，其 mRNA 翻譯通常由附著於粗糙 ER 的核糖體完成。新生多胜肽鏈會在翻譯過程中經由訊號辨識顆粒（signal recognition particle, SRP）導引進入 ER 腔，之後再經由 Golgi、分泌囊泡運送至細胞外。

因此，分泌蛋白的合成場所是粗糙 ER 上的核糖體。

(3) COPI coat proteins mediate anterograde transport between the Golgi apparatus and other organelles.

錯誤。COPI 主要負責逆行運輸，例如：

核心觀念

本題考查三個與**受體媒介的胞吞作用（receptor-mediated endocytosis）**相關的概念：

1. Clathrin-mediated endocytosis：由 clathrin-coated pit 形成囊泡，將特定配體集中後帶入細胞。
2. Caveolae-mediated endocytosis：由含有 caveolin 的洞穴狀膜結構（caveolae）介導，與 clathrin-coated pit 不同。
3. 微管在胞吞作用中的角色：微管主要負責胞吞囊泡形成後的長距離細胞內運輸，並非所有受體媒介胞吞作用形成囊泡時的必要結構。

解題方法

逐一判斷各敘述是否符合胞吞作用的定義與分子機制：

• 看到 microtubule，要區分「囊泡形成」與「囊泡形成後的運輸」。
• 看到 caveolin，應聯想到 caveolae，而非 clathrin-coated pit。
• 看到 clathrin-coated pit，應聯想到受體聚集與配體濃縮。

選項分析

敘述（1）：Receptor-mediated endocytosis requires microtubule.

錯誤。

受體媒介胞吞作用的典型步驟是：

1. 配體與細胞膜上的特定受體結合。
2. 受體與配體聚集於 clathrin-coated pit。
3. clathrin 外套促進膜彎曲。
4. dynamin 協助囊泡從細胞膜切離。
5. 囊泡脫去 clathrin 後與早期內體融合。

其中，囊泡形成與切離主要涉及 clathrin、adaptor protein、dynamin，以及部分肌動蛋白（actin）系統，不以微管作為受體媒介胞吞作用的必要條件。

微管可參與胞吞囊泡形成後往細胞內部的運輸，特別是長距離運輸至內體、溶小體或其他胞器，但這不等於受體媒介胞吞作用本身「必須」依賴微管。

因此，（1）錯誤。

敘述（2）：Cholesterol-binding protein caveolin containing pits involves in clathrin-mediated endocytosis.

錯誤。

Caveolin 是一種與膽固醇及鞘脂質豐富膜區域相關的膜蛋白，能形成具有瓶狀凹陷的 caveolae。

本題考查免疫系統細胞的相關知識，包括先天免疫（innate immunity）和適應性免疫（adaptive immunity）的細胞及其功能。

我們逐一分析各個敘述：

(1) Cells in the innate immune system use Pattern recognition receptors (PRRs) to recognize molecular structures that are produced by microbial pathogens.
先天免疫系統的細胞（如巨噬細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞等）通過其表面的模式識別受體（Pattern Recognition Receptors, PRRs）來識別病原體相關分子模式（Pathogen-Associated Molecular Patterns, PAMPs）或損傷相關分子模式（Damage-Associated Molecular Patterns, DAMPs）。PAMPs 是微生物特有的保守分子結構，PRRs 的識別是啟動先天免疫應答的第一步。因此，此敘述正確。

(2) Dendritic cells, macrophages, monocytes, neutrophils and epithelial cells, all belong to the innate immune system.
* Dendritic cells (DCs), macrophages, neutrophils 是典型的先天免疫細胞。
* Monocytes (單核細胞) 是在血液中循環的細胞，它們可以分化成巨噬細胞或樹突狀細胞，因此與先天免疫密切相關。
* Epithelial cells (上皮細胞) 構成身體的第一道物理屏障，並且能夠產生抗菌肽等，在先天免疫中也扮演重要角色。
因此，這些細胞都與先天免疫系統有關。此敘述正確。

(3) Innate immune cells are also important mediators in lymphoid organ development and the activation of the adaptive immune system.
先天免疫細胞，特別是樹突狀細胞，在淋巴器官的發育和組織中起作用。

核心觀念

RNA sequencing（RNA-seq）是將細胞中的 RNA 轉換成可定序的文庫，經高通量定序後，利用序列比對或組裝分析轉錄體。常見用途包括：

• 轉錄體剖析（transcriptional profiling）：分析樣本中有哪些 RNA 轉錄本及其表現情形。
• 差異基因表現分析（differential gene expression analysis）：比較不同條件下基因或轉錄本的表現量。
• SNP 鑑定：利用 RNA 讀序中的單核苷酸差異，找出表現在轉錄本中的 SNP。
• RNA editing 分析：辨識 RNA 序列與基因組 DNA 序列之間的差異，例如 $A \rightarrow I$ 編輯在定序時常表現為 $A \rightarrow G$。
• 未知基因組物種的轉錄體分析：即使缺乏完整參考基因組，也可利用 de novo transcriptome assembly 組裝轉錄本。

RNA-seq 文庫製備則通常包括 RNA 片段化、反轉錄形成 cDNA、接合定序接頭（adapter）、PCR 擴增及定序等步驟。

解題方法

本題逐一判斷三個敘述：

1. 是否為 RNA-seq 的合理應用。
2. 沒有已知完整基因組序列時，RNA-seq 是否仍可分析轉錄本。
3. 定序接頭的加入時機與文庫製備流程是否正確。

其中第 3 項的關鍵在於區分「RNA 片段形成」與「文庫製備」。Adapter 是文庫製備的一部分，不是在文庫製備之前就先加入。

選項分析

敘述（1）

RNA-seq can be used to perform transcriptional profiling, SNP identification, RNA editing and differential gene expression analysis.

此敘述正確。

RNA-seq 可透過讀序數量估計轉錄本的相對豐度，因此能進行轉錄體剖析與差異基因表現分析。若將 RNA-seq 讀序比對至參考基因組或轉錄體，也能觀察轉錄本中的鹼基變異，進而鑑定表現在 RNA 中的 SNP。

此外，RNA editing 會造成 RNA 序列與 DNA 模板序列不一致。將 RNA-seq 結果與基因組序列比較，並排除真正的基因組變異、定序錯誤及比對錯誤後，可以分析 RNA editing 位點。

因此，敘述（1）正確。

敘述（2）

RNA-seq can detect transcripts from organisms with previously undetermined genomic sequences.

此敘述正確。

本題考查轉座子（Transposable elements, TEs）的性質。轉座子是能夠在其基因組內移動或複製到新位置的 DNA 序列。

我們逐一分析各個敘述：

(1) TEs are DNA sequences that have the ability to change their position within a genome.
這是轉座子的基本定義。轉座子可以通過「剪切-粘貼」（cut-and-paste）或「複製-插入」（copy-and-paste）機制移動到基因組的其他位置。因此，此敘述正確。

(2) Retrotransposons mobilize through a RNA intermediate being reverse-transcribed by the reverse transcriptase encoded by the retrotransposons themselves.
逆轉錄轉座子（Retrotransposons）是轉座子的一類。它們的移動機制是先轉錄成 RNA，然後通過逆轉錄酶（reverse transcriptase）將 RNA 轉錄回 DNA，再將新的 DNA 插入到基因組的其他位置。大多數逆轉錄轉座子（如 LTR retrotransposons 和 LINEs）都攜帶編碼逆轉錄酶的基因。因此，此敘述正確。

(3) All DNA transposons are mobilized via DNA intermediates being cut-and-paste to new locations in the genome.
DNA 轉座子（DNA transposons）的移動機制確實是通過「剪切-粘貼」（cut-and-paste）的 DNA 形式進行的。它們在基因組內移動時，首先被切除，然後插入到新的位點。

本題考查真核生物 RNA 聚合酶（RNA polymerases）的研究歷史，特別是 Robert Roeder 在 1969 年關於海膽胚胎 RNA 聚合酶的研究。題目要求找出關於此研究的錯誤敘述。

真核生物通常有三種主要的 DNA 依賴性 RNA 聚合酶：

• RNA 聚合酶 I (Pol I)：主要負責合成核 rRNA (28S, 18S, 5.8S)，位於核仁（nucleolus）。
• RNA 聚合酶 II (Pol II)：主要負責合成 mRNA 和一些小核 RNA (snRNAs)，位於核質（nucleoplasm）。
• RNA 聚合酶 III (Pol III)：主要負責合成 tRNA、5S rRNA 和其他一些小 RNA。

$\alpha$-amanitin 是一種蘑菇毒素，常用於區分不同的 RNA 聚合酶：

• Pol I 對 $\alpha$-amanitin 不敏感。
• Pol II 對 $\alpha$-amanitin 極其敏感，即使在極低濃度下也會被抑制。
• Pol III 對 $\alpha$-amanitin 中度敏感，在較高濃度下被抑制。

我們逐一分析選項：

A. RNA polymerase I is located in nucleoli.
這是 RNA 聚合酶 I 的典型定位。它負責合成核仁中的大部分 rRNA。因此，此敘述正確。

B. RNA polymerase I and II are sensitive to a-amanitin.

核心觀念

本題考查長鏈非編碼 RNA（long non-coding RNA, lncRNA）的定義、加工特徵、演化保守性，以及其代表性功能。

lncRNA 通常定義為長度大於 $200$ 個核苷酸、缺乏明顯蛋白質編碼能力的非編碼 RNA。其轉錄與加工方式常類似 mRNA，包括：

• 5′端加上 $7$-methylguanosine cap；
• 經過剪接（splicing）；
• 3′端加上 poly(A) tail。

XIST（X-inactive specific transcript）則是最經典的 lncRNA 之一，可包覆其中一條 X 染色體，招募染色質修飾複合體，使該 X 染色體失活。

解題方法

逐項比對 lncRNA 的基本定義與經典功能：

1. 是否符合「長度大於 $200$ nt 且不具蛋白質編碼能力」；
2. 是否具備類似 mRNA 的加工特徵；
3. circRNA 在分類上與 lncRNA 的關係；
4. lncRNA 的演化保守性；
5. lncRNA 是否參與 X 染色體失活。

其中，circRNA 雖常被獨立列為非編碼 RNA 類別，但「circRNA 不屬於 lncRNA」是過度絕對的說法。只要某些環狀 RNA 長度超過 $200$ nt 且沒有明顯蛋白質編碼能力，即可符合廣義 lncRNA 的條件；此外，部分 circRNA 亦由 lncRNA 基因座或長轉錄本產生。因此不能一概排除其與 lncRNA 的分類關係。

選項分析

A. LncRNAs are defined as transcripts longer than 200 nucleotides with no apparent protein-coding capacity.

正確。lncRNA 的操作性定義通常是長度大於 $200$ 個核苷酸，且沒有明顯的蛋白質編碼能力。此長度界線主要是為了區分 lncRNA 與較短的非編碼 RNA，例如 miRNA、siRNA 與部分 snRNA；$200$ nt 並非具有絕對生物學意義的分界。

B. They usually are spliced, capped and polyadenylated.

核心觀念

本題考查 E. coli 的 lac operon 調控機制，包含：

• 結構基因 lacZ、lacY、lacA 的轉錄方式
• lacI repressor 的表現與作用
• lactose 與 glucose 對 operon 的雙重調控
• LacZ 的酵素功能
• promoter、operator 與 RNA polymerase、repressor 的結合位置

lac operon 的主要組成如下：

• lacI：編碼 lac repressor，位於 operon 外，通常持續表現。
• promoter（P）：RNA polymerase 的結合位置。
• operator（O）：lac repressor 的結合位置。
• lacZ：編碼 $\beta$-galactosidase。
• lacY：編碼 lactose permease。
• lacA：編碼 thiogalactoside transacetylase。

lacZ、lacY、lacA 由同一個 promoter 啟動，形成一條多順反子 mRNA。

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解題方法

逐項對照 lac operon 的基本調控規則：

1. 判斷 lacZ、lacY、lacA 是否各自獨立轉錄。
2. 確認 lacI 是否持續表現。
3. 分析 glucose 存在時 cAMP-CAP 的活性。
4. 確認 LacZ 的受質與產物。
5. 區分 RNA polymerase 結合的 promoter 與 repressor 結合的 operator。

lac operon 的高表現通常需要：

• 有 lactose：解除 repressor 對 operator 的抑制。
• 缺乏 glucose：cAMP 上升，促使 CAP-cAMP 結合 promoter 附近並活化轉錄。

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選項分析

A. There are lacZ, lacy and lacA genes in lac operon and they are transcribed independently.

錯誤。

lac operon 確實包含 lacZ、lacY、lacA 三個結構基因，但三者不是各自獨立轉錄，而是由同一個 promoter 控制，轉錄成一條多順反子 mRNA：

$$lacZ-lacY-lacA$$

因此，lacZ、lacY、lacA 通常會一起受到調控與轉錄。選項中的「transcribed independently」錯誤。

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B. The lac repressor encoded by lacl gene is constitutively expressed.

正確。

lacI 基因編碼 lac repressor。lacI 通常具有自己的 promoter，並以相對持續的方式表現，使細胞中維持一定量的 repressor。

在沒有 lactose 時，repressor 結合 operator，阻礙 RNA polymerase 有效進行轉錄，使 lac operon 維持低表現。

當 lactose 進入細胞後，其異構物 allolactose 作為 inducer 與 repressor 結合，改變 repressor 構形，使其離開 operator，解除抑制。

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本題考查用於 RNA 定量（quantification）的實驗方法。

我們逐一分析各個方法：

(1) Northern blotting (北方墨點法)：這是一種用於檢測特定 RNA 分子（及其豐度）的技術。通過將 RNA 分子印跡到膜上，然後用帶有標記的探針（probe）進行雜交，可以檢測到目標 RNA 的大小和相對含量。因此，Northern blotting 可以用於 RNA 定量。

(2) RT-qPCR (逆轉錄定量 PCR)：RT-qPCR 是 RNA 定量的黃金標準之一。它首先將 RNA 逆轉錄成 cDNA，然後利用 PCR 技術對目標 cDNA 進行指數級擴增，並通過熒光信號實時監測 PCR 進程，從而精確定量最初的 RNA 含量。因此，RT-qPCR 可以用於 RNA 定量。

(3) Southern blotting (南方墨點法)：Southern blotting 是用於檢測 DNA 的技術，而不是 RNA。因此，它不能用於 RNA 定量。

(4) RNase protection assay (RNase 保護分析)：RNase protection assay (RPA) 是一種用於檢測和定量 RNA 的方法。它利用放射性標記的 RNA 探針與樣品中的目標 RNA 雜交，然後用 RNase 酶消化未雜交的 RNA，最後通過測量保護下來的 RNA-DNA 雜交體來定量目標 RNA。因此，RPA 可以用於 RNA 定量。

本題考查未摺疊蛋白質反應（Unfolded Protein Response, UPR）的組成部分。UPR 是細胞對內質網（ER）中累積的未摺疊或錯誤摺疊蛋白質的一種應激反應，旨在恢復內質網的蛋白質摺疊能力和內質網的穩態。

UPR 的主要信號通路有三個：IRE1、PERK 和 ATF6。

A. IRE1 (Inositol-requiring protein 1) is phosphorylated and served as a kinase.
當內質網中有未摺疊蛋白質積累時，IRE1 的內質網腔內結構會感知到這種壓力，導致其自身發生寡聚化並被磷酸化，從而激活其細胞質端的 RNase 和激酶（kinase）活性。因此，此敘述正確。

B. IRE1 is an RNase for specific splicing of Xbp1 mRNA.
IRE1 激活後，其 RNase 活性會特異性地切割 XBP1 mRNA 的內含子，然後通過 RNA 剪接形成一個功能性的 XBP1 mRNA 轉錄本，該轉錄本翻譯出的 XBP1 轉錄因子可以進入細胞核，啟動下游基因的表達，促進蛋白質摺疊和 ER 穩態的恢復。因此，此敘述正確。

C. PERK (RNA-like ER kinase) is activated to phosphorylate eIF2a
PERK 是一種 ER 膜結合的激酶。

本題考查 CRISPR/Cas9 基因編輯系統的組成成分。CRISPR/Cas9 系統是一種強大的基因編輯工具，它利用 Cas9 核酸酶在導向 RNA (guide RNA, gRNA) 的引導下，對 DNA 進行精確切割。

CRISPR/Cas9 系統在細菌中是一個適應性免疫系統，用於抵抗病毒感染。在基因編輯應用中，通常會人工設計或使用天然的組件來實現對特定 DNA 位點的切割。

一個典型的 Cas9 系統包含以下主要組件：

1. Cas9 nuclease (Cas9 核酸酶)：這是一種 DNA 酶，能夠切割雙鏈 DNA。它是 CRISPR/Cas9 系統的「分子剪刀」。
2. Guide RNA (gRNA)：這是引導 Cas9 核酸酶到目標 DNA 位點的 RNA 分子。在細菌的原始 CRISPR 系統中，gRNA 由兩部分組成：
   • crRNA (CRISPR RNA)：包含與目標 DNA 序列互補的約 20 個核苷酸的「間隔序列」（spacer sequence），用於識別目標 DNA。
   • TracrRNA (trans-activating CRISPR RNA)：一種反式作用的 RNA，它能與 crRNA 結合，形成一個雙鏈 RNA 結構，並與 Cas9 蛋白結合，形成功能性的 RNA-Cas9 複合物。

本題考查轉錄延伸（transcription elongation）的調控因子。轉錄延伸是 RNA 聚合酶沿著 DNA 模板合成 RNA 的過程，它受到複雜的調控。

我們逐一分析選項：

A. CREB (cAMP response element-binding protein)：CREB 是一種轉錄因子，它結合到 cAMP 反應元件（CRE）上，並通過招募輔激活因子（coactivators）來促進轉錄的起始（initiation），而不是延伸。

B. NELF (Negative elongation factor)：NELF 是一個抑制轉錄延伸的因子。它與 DSIF（DRB sensitivity-inducing factor）一起，能夠使 RNA 聚合酶 II 在啟動子區域暫停（promoter-proximal pausing），從而抑制轉錄延伸。因此，NELF 是抑制轉錄延伸的。

C. p-TEF (Positive transcription elongation factor b)：p-TEF（也稱為 P-TEFb）是一個關鍵的轉錄延伸促進因子。它包含 CDK9 和 Cyclin T1。

本題考查 DNA 雙鏈斷裂修復途徑（DSBR）以及與其相關的基因突變和藥物抑制劑之間的「合成致死性」（synthetic lethality）。

DNA 雙鏈斷裂（Double-Strand Break, DSB）是嚴重的 DNA 損傷，細胞有兩種主要的修復途徑：

1. 同源重組（Homologous Recombination, HR）：這是一種精確的修復途徑，通常在細胞週期的 S 和 G2 期進行，利用同源染色體或姐妹染色單體的 DNA 序列作為模板來修復斷裂。BRCA1 和 BRCA2 蛋白是 HR 途徑的重要組分。
2. 非同源末端連接（Non-Homologous End Joining, NHEJ）：這是一種更為常見但相對不精確的修復途徑，可以在細胞週期的任何階段發生。它直接將斷裂的 DNA 末端連接起來，但可能導致鹼基的插入或缺失。

PARP (Poly(ADP-ribose) polymerase) 是一種在 DNA 單鏈斷裂（Single-Strand Break, SSB）修復中起重要作用的酶。PARP 抑制劑（PARP inhibitor）可以阻止 SSB 的修復。

現在分析選項：

A. BRCA1 mutation and PARP inhibitor
BRCA1 基因突變會導致細胞的 HR 修復能力受損。PARP 抑制劑會阻礙 SSB 的修復。在 HR 功能缺陷的細胞中，SSB 修復的失敗會導致其轉化為 DSB。如果這些細胞同時又無法通過 HR 來修復這些 DSB，就會積累大量的 DNA 損傷，最終導致細胞死亡。

本題考查內質網（ER）到高基氏體（Golgi apparatus）的囊泡運輸（vesicular trafficking）過程，以及哪些分子參與其中。

ER 到 Golgi 的運輸是通過 COPII 蛋白被覆的囊泡（COPII-coated vesicles）來實現的。這個過程涉及一系列的蛋白質和分子：

• Coat proteins (被覆蛋白)：形成囊泡外層的蛋白質結構，幫助細胞膜內陷形成囊泡。對於 ER 到 Golgi 的順行運輸，主要的被覆蛋白是 COPII。
• GTPases (GTP 酶)：在囊泡運輸中起分子開關的作用。Sarl GTPase 是 COPII 囊泡形成的關鍵啟動因子。Sarl 在 GTP 結合狀態下與 ER 膜結合，招募 COPII 被覆蛋白，從而啟動囊泡的形成。
• GTPase activating protein (GAP)：GAP 能夠促進 GTP 酶的水解 GTP 為 GDP，從而使 GTP 酶失活。在囊泡運輸中，GAP 參與 GTP 酶的失活循環。
• SNAREs (SNAP receptors)：SNARE 蛋白是囊泡運輸的關鍵組分，它們參與囊泡的目標識別和膜融合。v-SNARE 位於囊泡膜上，t-SNARE 位於目標膜上（如 Golgi 膜）。它們的相互作用確保囊泡精確地與目標膜融合。

我們來分析選項：

本題考查缺氧誘導因子（Hypoxia-Inducing Factor, HIF）的活性調控。HIF 是一類在缺氧條件下穩定的轉錄因子複合物，它能夠調節一系列與氧氣供應、能量代謝、血管生成和細胞存活相關的基因的表達。

HIF 主要由兩個亞基組成：HIF-$\alpha$ 和 HIF-$\beta$。HIF-$\alpha$ 亞基在有氧條件下會被細胞內的脯氨酰羥化酶（prolyl hydroxylases, PHDs）和天冬酰胺羥化酶（asparaginyl hydroxylase, FIH）進行羥化修飾，然後被 VHL 蛋白（von Hippel-Lindau tumor suppressor protein）識別並通過泛素-蛋白酶體途徑降解。在缺氧條件下，PHDs 和 FIH 的活性降低，HIF-$\alpha$ 亞基不再被降解，並與 HIF-$\beta$ 亞基結合，形成功能性的 HIF 複合物，進入細胞核，激活靶基因的轉錄。

我們來分析各個選項：

A. Pain tolerance (疼痛耐受)：疼痛耐受是神經系統的反應，與 HIF 的活性沒有直接關聯。

B. Transcription attenuation (轉錄衰減)：轉錄衰減是細菌中一種調節轉錄終止的機制，與 HIF 的活性調控無關。

本題考查細胞內外離子濃度梯度。維持這些濃度梯度對於細胞的許多生理功能至關重要，例如維持細胞膜電位、信號傳導、滲透壓平衡以及離子運輸。

我們需要知道這四種離子在細胞內外的典型濃度分佈：

• Calcium ($Ca^{2+}$)：細胞內游離鈣離子的濃度遠低於細胞外。細胞質中的游離 $Ca^{2+}$ 濃度大約是 100 nM，而細胞外 $Ca^{2+}$ 濃度約為 1-2 mM。這種巨大的濃度梯度由細胞膜上的鈣離子泵（如 PMCA, SERCA）維持。低細胞內 $Ca^{2+}$ 濃度是維持細胞信號傳導的基礎。
• Chloride ($Cl^-$)：細胞內氯離子的濃度通常低於細胞外，但這個差異不如鈉或鉀離子那麼顯著，並且在不同類型的細胞中差異較大。一般認為，細胞外 $Cl^-$ 濃度約為 100-120 mM，而細胞內約為 5-30 mM。
• Sodium ($Na^+$)：細胞外鈉離子的濃度遠高於細胞內。細胞質中的 $Na^+$ 濃度約為 5-15 mM，而細胞外 $Na^+$ 濃度約為 140-150 mM。這個梯度主要由鈉鉀泵（Na$^+$/K$^+$-ATPase）維持。
• Potassium ($K^+$)：細胞外鉀離子的濃度遠低於細胞內。細胞質中的 $K^+$ 濃度約為 140-150 mM，而細胞外 $K^+$ 濃度約為 3-5 mM。這個梯度也主要由鈉鉀泵維持。

總結離子濃度梯度：

• $Ca^{2+}$：細胞內低，細胞外高。
• $Cl^-$：細胞內低，細胞外高 (一般情況下)。
• $Na^+$：細胞內低，細胞外高。
• $K^+$：細胞內高，細胞外低。

現在我們來評估選項：

A. (1), (2), (3), (4) are low in intracellular space and high in extracellular space.
這個說法對 $Ca^{2+}$, $Cl^-$, $Na^+$ 是正確的，但對 $K^+$ 是錯誤的（$K^+$ 在細胞內高，細胞外低）。

本題考查細胞降解質膜相關受體（plasma membrane associated receptors）的典型路徑。這個過程通常通過內吞作用（endocytosis）並最終遞送到溶酶體（lysosome）進行降解。

典型的降解路徑如下：

1. Plasma membrane (質膜)：受體位於細胞膜上。
2. Endocytosis (內吞作用)：受體與其配體結合後，或者通過受體媒介胞吞，或者通過其他形式的內吞，被攝入細胞內，形成內體（endosome）囊泡。
3. Early endosome (早期內體)：內吞形成的囊泡首先進入早期內體。早期內體的主要功能是分選，它會將需要回收的物質（如受體）與需要降解的物質分開。
4. Recycling endosome (回收內體)：一部分受體會被分選到回收內體，然後通過囊泡運輸回到質膜上，以便再次利用。
5. Late endosome (晚期內體)：不能被回收的受體，或者在早期內體中標記為降解的受體，會被轉運到晚期內體。晚期內體具有更低的 pH 值，並且開始整合溶酶體酶。
6. Lysosome (溶酶體)：晚期內體最終成熟為溶酶體，或與溶酶體融合。溶酶體含有多種酸性水解酶，能夠降解受體及其結合的配體。

題目問的是「degrade plasma membrane associated receptors」，這意味著受體最終會被降解。因此，路徑必須包含降解的終點，即溶酶體。同時，它必須從質膜開始，經過內吞過程。

我們分析選項中的路徑：

A. (1)>(2)>(3)>(4) (Plasma membrane $\rightarrow$ Early endosome $\rightarrow$ Recycling endosome $\rightarrow$ Late endosome)

本題考查細胞內降解受損蛋白質（intracellular proteins）的細胞機器。細胞內蛋白質的降解主要通過兩種途徑：蛋白酶體途徑（proteasome pathway）和溶酶體途徑（lysosome pathway）。

1. 蛋白酶體途徑（Proteasome pathway）：

   • 細胞質和細胞核中的大多數蛋白質，特別是那些被泛素化（ubiquitinated）的蛋白質，會被定向到蛋白酶體（proteasome）進行降解。
   • Proteasome (5)：蛋白酶體是一個大型的蛋白質複合物，負責切割被標記的蛋白質。
   • Ubiquitin：雖然未在選項中列出，但泛素化是蛋白酶體途徑的標記。

2. 溶酶體途徑（Lysosome pathway）：

   • 溶酶體（lysosome）負責降解來自細胞外的物質（通過內吞作用）以及細胞內的一些大分子複合物和受損細胞器。
   • Autophagosome (1)：自噬體（autophagosome）是一個雙層膜結構，它包裹細胞內的受損細胞器、蛋白質聚集體或大分子複合物。包裹完成後，自噬體會與溶酶體融合，內容物被溶酶體內的酶降解。因此，自噬體參與了將細胞內物質遞送到溶酶體進行降解的過程。
   • Endosome (4)：內體在物質運輸和分選中起作用，並最終導向溶酶體。受損蛋白質的降解，如果通過溶酶體途徑，則會經過內體。

核心觀念

Multivesicular body（MVB，多囊泡體）是晚期內體（late endosome）的一種，特徵是其腔內含有許多由內體膜向內出芽形成的腔內小囊泡（intraluminal vesicles, ILVs）。

MVB 的主要功能包括：

1. 蛋白質運輸與分選：將帶有泛素標記的膜蛋白分選至 ILVs，送往溶小體（lysosome）降解。
2. 蛋白質分泌：部分 MVB 可與細胞膜融合，將 ILVs 釋放到細胞外，形成外泌體（exosomes）。
3. 細胞膜蛋白更新：藉由移除特定膜蛋白，調節細胞表面受體與轉運蛋白的數量。

因此，本題的關鍵在於辨認 MVB 的「膜性囊泡運輸與分泌」功能，而不是一般蛋白質合成或磷酸化反應。

解題方法

逐一判斷各敘述是否屬於 MVB 的主要功能：

• Protein synthesis：蛋白質合成主要發生於核糖體，不是 MVB 的功能。
• Protein phosphorylation：蛋白質磷酸化主要由蛋白質激酶催化，不是 MVB 的核心功能。
• Protein transport：MVB 參與蛋白質在內體、溶小體與細胞膜之間的運輸及分選。
• Protein secretion：MVB 與細胞膜融合後，可釋放外泌體，屬於蛋白質及其他細胞成分的分泌途徑。

核心觀念

本題考查神經軸突動作電位傳導時，各類電壓閘控離子通道的開關順序。

典型動作電位流程如下：

1. 膜電位達到閾值，電壓閘控鈉離子通道快速開啟。
2. $Na^+$ 大量內流，使膜電位快速去極化。
3. 電壓閘控鉀離子通道延遲開啟。
4. 鈉離子通道進入失活狀態，功能上相當於關閉。
5. $K^+$ 外流，使膜電位再極化。
6. 鉀離子通道關閉，膜電位逐漸恢復。

因此，軸突動作電位的主要離子順序是：

$$Na^+ \text{ 通道開啟} \rightarrow K^+ \text{ 通道開啟} \rightarrow Na^+ \text{ 通道關閉或失活} \rightarrow K^+ \text{ 通道關閉}$$

題目列出的事件可表示為：

$$(1)\rightarrow(5)\rightarrow(2)\rightarrow(6)$$

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解題方法

判斷動作電位的通道順序時，掌握「先去極化、後再極化」即可。

• 去極化階段由鈉離子快速內流造成，因此首先是電壓閘控鈉離子通道開啟，即 $(1)$。
• 鉀離子通道的開啟速度較慢，但在動作電位後期開啟，讓鉀離子外流，即 $(5)$。
• 鈉離子通道隨後失活或關閉，即 $(2)$。
• 再極化完成後，鉀離子通道關閉，即 $(6)$。

電壓閘控鈣離子通道主要參與突觸前末端的神經傳遞物質釋放，並非一般軸突動作電位傳導的主要順序，因此 $(3)$、$(4)$ 不應列入本題的正確流程。

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選項分析

A. $(1)>(2)>(3)>(4)$：錯誤

此選項先列出鈉離子通道開啟與關閉，接著列出鈣離子通道開啟與關閉。

一般神經軸突的動作電位主要由 $Na^+$ 內流與 $K^+$ 外流產生，鉀離子通道的開啟是再極化的重要步驟，不能省略。鈣離子通道並非軸突動作電位傳導的主要通道，因此順序錯誤。

B. $(1)>(5)>(2)>(6)$：正確

此順序符合典型動作電位的通道變化：