109 年 國立臺灣大學生理學研究所《生物化學（一般生物化學）》

此題考驗對蛋白質結構中芳香族胺基酸（Tryptophan, Tyrosine, Phenylalanine）光學特性的了解。

芳香族胺基酸在紫外光區有特定的吸收光譜，其中 Tryptophan 和 Tyrosine 的吸收峰較高，而 Phenylalanine 的吸收峰較低。

此題考驗對胺基酸結構及其反應性的了解，特別是半胱胺酸（Cysteine）的特性。

半胱胺酸的側鏈含有一個硫醇基（-SH）。硫醇基中的硫原子具有孤對電子，使其具有親核性（nucleophilicity），能夠攻擊親電中心。

此題考驗對蛋白質翻譯後修飾（post-translational modification）中磷酸化（phosphorylation）的了解，以及哪些胺基酸可以被磷酸化。

此題考驗對細胞破碎（cell disruption）方法的了解，這些方法是蛋白質純化過程的第一步，目的是釋放出細胞內的蛋白質。

A) Cell lysis：這是細胞破碎的總稱，包含多種方法。
B) French press：一種高壓細胞破碎儀，利用高壓使細胞通過狹窄的縫隙，導致細胞膜破裂。

此題考驗對不同 DNA 聚合酶（DNA polymerase）及其功能的了解。

DNA 聚合酶的主要功能是合成 DNA。
A) DNA polymerase I (Pol I)：在 E. coli 中，Pol I 具有 5'→3' 外切酶活性（移除 RNA 引子）和 3'→5' 外切酶活性（校對），以及 5'→3' DNA 聚合酶活性。
B) DNA polymerase II (Pol II)：在 E. coli 中，Pol II 具有 3'→5' 外切酶活性（校對）和 5'→3' DNA 聚合酶活性，主要參與 DNA 修復。
C) DNA polymerase III (Pol III)：是 E. coli 中主要的 DNA 複製酶，具有 3'→5' 外切酶活性（校對）和 5'→3' DNA 聚合酶活性。

此題考驗對真核生物不同 RNA 聚合酶（RNA polymerase）功能的了解。

在真核生物中，有三種類型的 RNA 聚合酶負責轉錄不同類型的 RNA：
A) RNA polymerase I (Pol I)：主要負責轉錄核糖體 RNA (rRNA) 中的大部分（如 28S, 18S, 5.8S rRNA）。
B) RNA polymerase II (Pol II)：主要負責轉錄信使 RNA (mRNA) 和一些小分子 RNA，如 snRNAs 和 miRNAs。

此題考驗對核酶（ribozyme）的理解。核酶是指具有催化活性的 RNA 分子。

A) RNase A (Ribonuclease A)：是一種蛋白質酶，來自胰臟，催化 RNA 的水解。
B) RNase D：一種蛋白質酶，參與 tRNA 的成熟。
C) RNase H：一種蛋白質酶，能降解 RNA-DNA 雜合鏈中的 RNA 部分，在 DNA 複製和修復中很重要。

此題考驗對 lambda phage（λ噬菌體）生命週期中溶原性（lysogenic state）維持機制的了解。

λ噬菌體有兩種生命週期：裂解週期（lytic cycle）和溶原週期（lysogenic cycle）。在溶原週期中，噬菌體 DNA 整合到宿主菌的基因組中，並且不進行複製和產生新的噬菌體。
維持溶原狀態的關鍵蛋白質是 lambda repressor（λ阻遏蛋白）。λ阻遏蛋白會結合到噬菌體 DNA 的操縱子（operator）區域，抑制裂解週期相關基因（如 Cro 基因）的轉錄，從而阻止噬菌體的複製和裂解。

此題考驗對免疫球蛋白（antibody）基因重排（gene rearrangement）機制的了解，特別是 kappa 輕鏈的表現。

抗體的產生是一個複雜的基因重排過程，涉及 V(D)J 重組。在 B 細胞發育過程中，抗體的重鏈和輕鏈基因會通過 DNA 重組來產生多樣性。kappa 輕鏈和 lambda 輕鏈是兩種主要的輕鏈類型。
kappa 輕鏈基因座包含多個 V（variable）基因片段，以及一個 J（joining）基因片段，後面緊接著一個 C（constant）基因片段。

此題考驗對聚合酶鏈式反應（Polymerase Chain Reaction, PCR）基本原理的了解。PCR 的目的是擴增特定的 DNA 片段。

PCR 的基本過程包括：

1. 變性（Denaturation）：高溫（約 94-98°C）使雙鏈 DNA 分子解開，形成單鏈。
2. 退火（Annealing）：降低溫度（約 50-65°C），使引物（primers）能夠與單鏈 DNA 模板上互補的序列結合。
3. 延伸（Extension）：提高溫度（約 72°C），使 DNA 聚合酶（通常是 Taq 聚合酶）能夠以引物為起始點，沿著模板鏈合成新的 DNA 鏈。

此題考驗對 E. coli DNA 複製過程中，複製叉（replication fork）處的分子機制。

A) DNA helicases（DNA 解旋酶）的作用是解開雙鏈 DNA，但它們不進行切口（cuts），而是通過 ATP 水解提供能量來移動並解開 DNA 雙螺旋。
B) DNA primers（DNA 引子）是由 primase 合成的 RNA 片段。在 DNA 複製完成後，這些 RNA 引子需要被移除。移除引子的主要酶是 DNA 聚合酶 I（Pol I）的 5'→3' 外切酶活性，而不是 exonucleases（外切酶）直接降解。

此題考驗對真核生物 PCNA（Proliferating Cell Nuclear Antigen）和細菌 DNA 聚合酶 III 的 $\beta$-亞基功能的比較。這兩個分子在功能上有相似之處。

PCNA 在真核生物 DNA 複製中扮演著類似「夾子」（sliding clamp）的角色。它圍繞著 DNA 雙鏈形成一個環狀結構，並將 DNA 聚合酶（如 DNA Pol $\delta$ 和 $\epsilon$）固定在 DNA 上，從而大大提高了 DNA 聚合酶的聚合能力（processivity），使其能夠連續合成較長的 DNA 片段，而不會頻繁地從 DNA 上脫落。

細菌 DNA 聚合酶 III 的 $\beta$-亞基也具有類似的「夾子」功能，它圍繞著 DNA 形成一個環，並將 DNA Pol III 的催化核心固定在 DNA 上，同樣極大地增加了 DNA Pol III 的聚合能力。

此題考驗對質體（plasmid）作為基因載體（cloning vector）的特性理解。

A) 錯誤。所有能在宿主細胞中複製和維持的質體，都需要一個 origin of replication (ori)。沒有 ori，質體 DNA 就無法被宿主細胞的 DNA 聚合酶識別並複製，也就無法穩定地傳代。
B) 錯誤。典型質體載體能夠克隆的外源 DNA 片段大小有限，通常在幾千 bp 到 1 萬 bp 左右。要克隆 45,000 bp（45 kb）這樣大的 DNA 片段，通常需要使用λ噬菌體載體或人工染色體（BAC, YAC）。
C) 錯誤。

此題考驗對 E. coli 同源重組（homologous recombination）過程中關鍵蛋白質的了解。

同源重組是 DNA 修復和基因多樣性產生的一種重要機制。在 E. coli 中，RecA 蛋白在同源重組中起核心作用。
RecA 蛋白能夠在單鏈 DNA（ssDNA）的存在下發生聚合，形成長條狀的螺旋結構，覆蓋並結合到單鏈 DNA 上。

此題考驗對載脂蛋白（apolipoprotein）功能及其與血脂異常關係的了解。

Apolipoprotein AI (Apo-AI) 是高密度脂蛋白 (HDL) 的主要結構蛋白。HDL 的主要功能是將外周組織中的膽固醇逆向運輸回肝臟，這個過程稱為膽固醇逆向運輸（reverse cholesterol transport）。
因此，Apo-AI 缺乏會導致 HDL 水平降低，進而影響膽固醇的逆向運輸，導致膽固醇從外周組織無法有效清除，但更直接的影響是 HDL 本身水平的降低。

此題考驗對必需脂肪酸代謝和長鏈多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFAs）合成途徑的了解。

花生四烯酸（Arachidonic acid, C20:4, n-6）是由亞麻油酸（Linoleic acid, C18:2, n-6）通過一系列去飽和（desaturation）和延長（elongation）反應合成的。這個過程發生在內質網中，需要特定的酶。
亞麻油酸 (C18:2, n-6) $\xrightarrow{\Delta6-desaturase}$ $\gamma$-亞麻酸 (GLA, C18:3, n-6) $\xrightarrow{Elongase}$ DGLA (C20:3, n-6) $\xrightarrow{\Delta5-desaturase}$花生四烯酸 (AA, C20:4, n-6)

此題考驗對膽汁酸（bile acid）合成途徑中關鍵酶的了解。

膽汁酸的合成起始於肝臟，以膽固醇為前體。膽汁酸合成的第一個也是限速步驟（rate-limiting step）是膽固醇在第 7 位碳上進行 $\alpha$ 羥基化，這個反應由膽固醇 7$\alpha$-羥基酶（Cholesterol 7$\alpha$-hydroxylase）催化。這個酶是細胞色素 P450 家族的一員，其活性受到膽汁酸濃度的反饋調控。

此題考驗對脂蛋白（lipoprotein）代謝的了解，特別是極低密度脂蛋白 (VLDL) 向低密度脂蛋白 (LDL) 的轉化過程。

VLDL (Very Low-Density Lipoprotein) 是肝臟合成並釋放到血液中的脂蛋白，主要攜帶三酸甘油酯。在血液循環中，VLDL 會逐漸失去三酸甘油酯，並轉變為中間密度脂蛋白 (IDL)，然後進一步轉變為低密度脂蛋白 (LDL)。這個過程中的關鍵酶是脂蛋白脂肪酶（Lipoprotein lipase, LPL）。

核心觀念

本題考查的是生物固氮（nitrogen fixation）及氮化酶（nitrogenase）的電子需求。

氮化酶將大氣中的氮氣還原為氨，其總反應可表示為：

因此，每還原 1 分子 $\mathrm{N_2}$，氮化酶需要：

• $8$ 個電子；
• $16$ 分子 ATP 作為能量來源；
• 質子 $\mathrm{H^+}$ 作為氫來源。

在細胞中，電子通常由還原型 ferredoxin 或 flavodoxin 傳遞給氮化酶。選項中，能作為此還原力來源、產生還原型 ferredoxin 的代謝物是 pyruvate。

解題方法

判斷本題可分成兩步：

1. 先辨認氮固定反應需要 $8e^-$，而非 ATP 提供電子。
2. 再從選項中找出能提供還原力、將電子送入 ferredoxin–nitrogenase 系統的代謝物。

在許多固氮細菌中，pyruvate 可經由 pyruvate:ferredoxin oxidoreductase 反應被氧化：

生成的還原型 ferredoxin（$\mathrm{Fd_{red}}$）再將電子交給氮化酶。氮固定總共需要 $8e^-$，所以需要連續進行足以提供八個電子的電子轉移，而不是由一個 ATP 直接供應電子。

因此，在本題所列選項中，pyruvate 是提供固氮所需還原力的分子。

選項分析

• A) Glucose

  Glucose 是重要的碳源與能量來源，可經由糖解作用、檸檬酸循環或其他代謝途徑間接產生 NADH、FADH$_2$ 或還原型 ferredoxin。

此題考驗對氮代謝（nitrogen metabolism）中，氮進入生物體或生物分子合成的理解。題目問的是「mediates nitrogen entry into higher organisms」，這句話的含義比較模糊，可以理解為：

1. 氮進入生物體（例如，從環境中吸收氮源）。
2. 氮進入生物分子（例如，氨基酸、核苷酸等）的合成途徑。

在高等生物中，氮的主要來源是食物中的蛋白質，經過消化分解為胺基酸。然後，胺基酸的氨基（-NH$_2$）是氮的主要形式。
氨基酸的代謝和合成涉及到許多酶。

A) Glutamine synthetase（谷氨醯胺合成酶）：這個酶在植物和微生物中非常重要，它催化氨（NH$_3$）與谷氨酸（glutamate）反應生成谷氨醯胺（glutamine）。谷氨醯胺是氨基酸合成中的一個重要氮供體，參與許多生物分子的合成。在高等動物中，谷氨醯胺合成酶也存在，並在氨的同化和解毒中起作用。
B) Glutamate-pyruvate transaminase (GPT) / Alanine transaminase (ALT)：催化丙酮酸 (pyruvate) 和谷氨酸 (glutamate) 之間的氨基轉移，生成丙氨酸 (alanine) 和 $\alpha$-酮戊二酸 ($\alpha$-ketoglutarate)。這是胺基酸代謝中的一個重要反應，但不是「氮進入」的起始步驟。

此題考驗對不同膜運輸機制（membrane transport mechanisms）的理解。

主動運輸（active transport）是指細胞利用能量將物質從低濃度區域移動到高濃度區域的過程。主動運輸分為兩種：

1. 原主動運輸（Primary active transport）：直接利用 ATP 水解的能量來驅動物質運輸，例如鈉鉀泵（Na$^+$/K$^+$ pump）。
2. 次主動運輸（Secondary active transport）：利用已建立的離子濃度梯度（通常是 Na$^+$ 或 H$^+$ 梯度，這個梯度是由原主動運輸建立的）來驅動另一種物質的運輸。

此題考驗對細胞膜磷脂（phospholipid）分布的了解。

細胞膜的磷脂分布是不對稱的。在哺乳動物細胞的質膜中，磷脂的分布大致如下：
外層（細胞外側）：主要為磷脂醯膽鹼（Phosphatidylcholine, PC）和鞘磷脂（Sphingomyelin, SM）。

此題考驗對脫氫酶（dehydrogenase）輔因子（cofactor）的了解。脫氫酶是一類催化氧化還原反應的酶，通常需要輔酶來接受或提供電子。

A) NADP$^+$ 和 B) NAD$^+$：這兩種是煙醯胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide）的氧化形式，是 NADP$^+$ 和 NAD$^+$。它們是常見的輔酶，作為電子載體，在許多脫氫酶催化的反應中接受氫原子和電子，被還原為 NADPH 和 NADH。
C) FAD (Flavin adenine dinucleotide)：黃素腺嘌呤二核苷酸，也是一種常見的輔酶，在許多脫氫酶（如琥珀酸脫氫酶）中作為電子載體，被還原為 FADH$_2$。

此題考驗對糖質新生（gluconeogenesis）和糖原分解（glycogenolysis）相關酶功能的了解，以及哪些酶的產物是葡萄糖。

我們逐一分析這些酶的功能：
(i) Phosphorylase（磷酸化酶）：在糖原分解中，磷酸化酶催化糖原的 $\alpha$-1,4 糖苷鍵斷裂，釋放出葡萄糖-1-磷酸（glucose-1-phosphate）。葡萄糖-1-磷酸隨後會被磷酸葡萄糖變位酶轉化為葡萄糖-6-磷酸。所以，磷酸化酶本身不直接產生葡萄糖，而是產生葡萄糖-1-磷酸。
(ii) Phosphoglucomutase（磷酸葡萄糖變位酶）：這個酶催化葡萄糖-1-磷酸和葡萄糖-6-磷酸之間的相互轉化。它本身不產生葡萄糖，而是參與葡萄糖磷酸酯的異構化。
(iii) Glucose 6-phosphatase（葡萄糖-6-磷酸酶）：這個酶存在於肝臟和腎臟細胞中。它催化葡萄糖-6-磷酸的水解，釋放出葡萄糖（glucose）和無機磷酸（Pi）。這個反應是糖質新生和糖原分解的最後一步，將葡萄糖釋放到血液中。因此，它可以產生葡萄糖。

此題考驗對糖酵解（glycolysis）途徑中，磷酸果糖激酶-1（Phosphofructokinase-1, PFK-1）的變構調控（allosteric regulation）。

PFK-1 是糖酵解途徑中的一個關鍵限速酶，其活性受到多種代謝物的調節。
A) Fructose 2,6-bisphosphate（果糖-2,6-二磷酸）：這是 PFK-1 最強的變構激活劑。它會顯著增強 PFK-1 的活性。
B) Fructose 6-phosphate（果糖-6-磷酸）：這是 PFK-1 的底物，其濃度升高通常會激活酶，但它本身不是變構調節劑。
C) Citrate（檸檬酸）：檸檬酸是三羧酸循環（TCA cycle）的起始物。

此題考驗對脯胺酸（proline）生物合成的了解。

脯胺酸是一種特殊的環狀胺基酸。在人體和其他生物中，脯胺酸主要由谷氨酸（glutamate）通過一個多步反應合成。
合成途徑大致如下：
Glutamate $\to$ $\gamma$-glutamyl phosphate $\to$ glutamate-5-semialdehyde $\to$ spontaneous cyclizatio

核心觀念

本題考查細胞如何終止或降低荷爾蒙訊號，避免細胞受到過度刺激。以最典型的 G 蛋白偶聯受體（GPCR）為例：

1. 荷爾蒙與受體結合。
2. 受體促使 G 蛋白由 GDP 型轉為 GTP 型。
3. 活化的 G 蛋白啟動腺苷酸環化酶、磷脂酶 C 等效應器，引發細胞反應。
4. 若要避免訊號持續增強，必須使受體停止活化 G 蛋白，或使訊號分子失活、降解。

本題問的是防止荷爾蒙造成「過度刺激」時，最直接且關鍵的受體層級機制。

解題方法

判斷每個選項是否能直接阻止荷爾蒙受體繼續傳遞訊號，並檢查其是否為正常的訊號終止機制。

在 GPCR 訊號中，受體持續活化會反覆促使 G 蛋白交換 GDP 與 GTP，造成下游訊號持續產生。因此，若受體被阻止繼續活化 G 蛋白，訊號就能被截斷，細胞也能避免過度刺激。

因此，最符合題意的是受體失敏化（desensitization）或受體被阻斷，使其無法再活化 G 蛋白。

選項分析

A) Hormones must be degraded.

荷爾蒙降解確實有助於降低其在體內的濃度，進而減少與受體結合的機會。例如胜肽荷爾蒙可由蛋白酶分解，部分荷爾蒙也可在肝臟或腎臟中代謝。

然而，荷爾蒙降解並不是防止受體過度刺激的唯一必要機制。即使荷爾蒙仍存在，細胞也能透過受體失敏化，使受體停止啟動 G 蛋白。因此此選項並非本題所要求的最直接答案。

B) G-proteins must be recycled and then degraded.

G 蛋白確實會在 GTP 水解後回到 GDP 型，完成活化與失活的循環：

但 G 蛋白通常是被「失活並回收使用」，而不是每次訊號結束後都必須被降解。將 G 蛋白降解並非一般荷爾蒙訊號終止的必要步驟，因此錯誤。

此題考驗對人體內分泌系統的了解，特別是腎上腺髓質（adrenal medulla）分泌的激素及其功能。

腎上腺髓質主要分泌兩種激素：腎上腺素（epinephrine，也稱為adrenaline）和去甲腎上腺素（norepinephrine，也稱為noradrenaline）。這兩種激素都屬於兒茶酚胺（catecholamines），並被統稱為「戰鬥或逃跑」（flight-or-fight）激素。它們在應對壓力、恐懼或興奮時釋放，準備身體進行快速反應，例如增加心率、升高血壓、提高血糖水平、擴張支氣管等。

此題考驗對胰腺（pancreas）不同細胞分泌的激素及其在血糖調節中的作用。

胰腺的 Langerhans 胰島包含不同的內分泌細胞：
$\alpha$ 細胞：分泌升糖素（Glucagon）。
$\beta$ 細胞：分泌胰島素（Insulin）。
$\delta$ 細胞：分泌生長抑素（Somatostatin）。
PP 細胞（或 F 細胞）：分泌胰腺多肽（Pancreatic polypeptide）。

血糖調節：
當血糖水平升高時（例如餐後），$\beta$ 細胞釋放胰島素，促進葡萄糖進入細胞、糖原合成和脂肪合成，從而降低血糖。
當血糖水平降低時（例如禁食或運動後），$\alpha$ 細胞釋放升糖素。

此題考驗對肝臟糖質新生（gluconeogenesis）基因表達調控的了解。

糖質新生是合成葡萄糖的過程，在肝臟中進行，尤其是在禁食或低血糖狀態下。糖質新生途徑中的關鍵酶（如 phosphoenolpyruvate carboxykinase, PEPCK）的表達受到激素的調控。
當血糖水平降低時，胰高血糖素（glucagon）會分泌，並通過與肝細胞表面的受體結合，激活腺苷酸環化酶（adenylyl cyclase），增加細胞內 cAMP（cyclic AMP）的濃度。cAMP 通過激活蛋白激酶 A（PKA），進而磷酸化並激活轉錄因子（如 CREB），最終促進糖質新生相關基因（如 PEPCK）的表達，增加葡萄糖的合成。

此題考驗對嘌呤核苷酸（purine nucleotide）從頭合成途徑的了解，特別是如何從 IMP 合成 AMP。

從 IMP 合成 AMP 的途徑涉及到兩個主要步驟：

1. IMP 與天冬氨酸（Aspartate）反應，在 ATP 的作用下，生成腺苷琥珀酸（adenylosuccinate）。這個反應由腺苷琥珀酸合成酶（adenylosuccinate synthetase）催化。
   IMP + Aspartate + GTP $\to$ Adenylosuccinate + GDP + Pi
2. 腺苷琥珀酸被裂解為 AMP 和富馬酸（fumarate）。這個反應由腺苷琥珀酸裂解酶（adenylosuccinate lyase）催化。

核心觀念

本題考查小型非編碼調控 RNA（small noncoding regulatory RNAs）中，siRNA 與 miRNA 的結構及功能。

• siRNA（small interfering RNA）：通常為約 21–23 個核苷酸的雙股 RNA，可與目標 mRNA 高度互補，經由 RISC（RNA-induced silencing complex）及 Argonaute 蛋白促進 mRNA 切割與降解，造成特定蛋白質表現量下降，稱為 gene knockdown。
• miRNA（microRNA）：成熟 miRNA 通常是約 21–23 個核苷酸的單股 RNA。它與目標 mRNA 的互補程度通常不如 siRNA 完全，主要透過 RISC 抑制轉譯、促進 mRNA 去腺苷化與去帽，進而造成 mRNA 不穩定及降解。

因此，miRNA 可造成三種主要結果：

解題方法

逐一檢查各選項的關鍵敘述：

1. 判斷 siRNA 對蛋白質表現的抑制，應使用「knockdown」還是「knockout」。
2. 判斷 miRNA 所指的是成熟分子，還是其前驅物。
3. 確認 miRNA 是否能同時抑制轉譯並促進 mRNA 降解。

只有完整符合上述生物學定義的選項才可選取。

選項分析

A) siRNAs are frequently used to knock-out specific protein levels

錯誤。

siRNA 常被用來降低特定基因的 mRNA 及蛋白質表現量，但此作用稱為 knockdown（基因敲低），不是 knockout（基因剔除）。

• Knockdown：暫時性或部分降低基因表現，常透過 siRNA、shRNA 達成。
• Knockout：使基因本身失去功能，通常涉及 DNA 層級的永久性改變，例如 CRISPR-Cas9。

因此，siRNA 可以使特定蛋白質量下降，但不應稱為將蛋白質「knock-out」。

B) miRNAs are double stranded

錯誤。

miRNA 的形成過程中確實會出現雙股 RNA 前驅物：

核心觀念

腺嘌呤（adenine）與鳥嘌呤（guanine）皆屬於嘌呤鹼基，其分解代謝在人體主要以生成尿酸（uric acid）為終點。

主要途徑如下：

因此，hypoxanthine、xanthine 與 uric acid 都會出現在腺嘌呤或鳥嘌呤的分解代謝路徑中。

解題方法

判斷各分子是否為腺嘌呤、鳥嘌呤分解時的代謝中間物即可。

腺嘌呤經由去胺作用形成 hypoxanthine：

接著 hypoxanthine 被 xanthine oxidase 氧化為 xanthine：

xanthine 再經由 xanthine oxidase 氧化形成 uric acid：

鳥嘌呤則可先經由 guanine deaminase 去胺，直接形成 xanthine：

此題考驗對尿素循環（urea cycle）中各個酶在細胞內位置的了解。

尿素循環發生在肝臟細胞中，涉及細胞質和線粒體基質兩個部位。
尿素循環的反應步驟和酶的位置如下：

1. 氨甲醯磷酸合成酶 I (Carbamoyl phosphate synthetase I, CPS I)：位於肝臟線粒體基質。它催化氨（NH$_3$）和碳酸氫鹽（bicarbonate）生成氨甲醯磷酸（carbamoyl phosphate）。這是尿素循環的第一步，也是限速步驟。
2. 鳥氨酸轉氨甲醯化酶 (Ornithine transcarbamylase, OTC)：位於肝臟線粒體內膜外側或基質。它催化氨甲醯磷酸與鳥氨酸（ornithine）反應生成瓜氨酸（citrulline）。
3. 瓜氨酸通過線粒體轉運蛋白進入細胞質。
4. 腺苷琥珀酸合成酶 (Argininosuccinate synthetase, ASS)：位於細胞質。

此題考驗對三羧酸循環（TCA cycle）中酶的了解，以及砷（Arsenic）中毒對 TCA 循環的影響。

砷（Arsenic）是一種有毒元素，它會干擾細胞的能量代謝，主要是通過與硫醇基（-SH）反應。
TCA 循環中的 $\alpha$-ketoglutarate dehydrogenase complex（$\alpha$-酮戊二酸脫氫酶複合物）是一個含有多個酶亞單位的蛋白質複合物，其中包含硫醇基。砷（特別是以砷化物形式，如砷酸鹽 AsO$_4^{3-}$ 或亞砷酸鹽 AsO$_3^{3-}$）可以與該複合物中的硫醇基結合，形成穩定的複合物，從而抑制其活性。
更具體地說，砷化物可以與硫醇基形成二硫鍵或與輔酶（如硫辛酸 lipoic acid）的硫醇基結合，阻礙了電子傳遞和底物的轉移，從而抑制了 $\alpha$-ketoglutarate dehydrogenase complex 的活性。

此題考驗對劇烈運動時，細胞內 NADH 再氧化（reoxidation）途徑的了解。

劇烈運動時，細胞的 ATP 需求量急劇增加，導致糖酵解（glycolysis）速率加快。糖酵解過程中會產生 NADH。為了維持糖酵解的持續進行，NADH 必須被及時再氧化為 NAD$^+$，以便 NAD$^+$ 可以繼續作為糖酵解的輔酶。
在有氧條件下，NADH 會進入線粒體，通過電子傳遞鏈被氧化為 NAD$^+$。但是，在劇烈運動時，氧氣供應可能不足，電子傳遞鏈的氧化能力受到限制。
此時，細胞質中的 NADH 再氧化主要依賴於乳酸脫氫酶（Lactate dehydrogenase, LDH）催化的丙酮酸（pyruvate）向乳酸（lactate）的轉化。這個反應將 NADH 氧化為 NAD$^+$，同時將丙酮酸還原為乳酸。乳酸可以釋放到細胞外，或者在有氧條件恢復後再被氧化。

我們來分析選項：
A) dihydroxyacetone phosphate $\to$ glycerol 3-phosphate：這是甘油磷酸酯（glycerol-3-phosphate）的合成，通常在細胞質中，由細胞質 NA

核心觀念

本題考查每一分子 acetyl-CoA 進入三羧酸循環（TCA cycle，又稱 Krebs cycle）後的產物，以及氧氣在有氧呼吸中的真正角色。

每轉一圈 TCA cycle，氧化一分子 acetyl-CoA，產生：

並釋放：

TCA cycle 本身不直接消耗分子氧；氧氣是在電子傳遞鏈中作為最終電子受體，接受 NADH 與 FADH₂ 所攜帶的電子，最終形成水。

解題方法

先記住一分子 acetyl-CoA 完成一圈 TCA cycle 的氧化還原產物：

1. Isocitrate dehydrogenase：產生 $1$ NADH
2. $\alpha$-Ketoglutarate dehydrogenase：產生 $1$ NADH
3. Succinate dehydrogenase：產生 $1$ FADH₂
4. Malate dehydrogenase：產生 $1$ NADH

因此總計：

這與選項 B 完全相符。

需特別區分：

• TCA cycle 不直接使用 $O_2$。
• 但 TCA cycle 產生的 NADH 與 FADH₂ 必須在電子傳遞鏈中被氧化回 NAD⁺ 與 FAD。
• 在一般生理情況下，電子傳遞鏈需要 $O_2$ 作為最終電子受體，因此 TCA cycle 無法在缺乏適當電子受體的厭氧環境中持續運轉。

選項分析

A) Oxygen is used to oxidize the acetyl group carbons of acetyl-CoA in the TCA cycle.

錯誤。

TCA cycle 中 acetyl-CoA 的碳原子會被氧化並以 $CO_2$ 形式釋放，但氧氣並未直接參與這些氧化反應。這些反應所需的電子受體是 NAD⁺ 與 FAD，分別被還原成 NADH 與 FADH₂。

氧氣的直接作用發生在電子傳遞鏈：

因此不能說氧氣在 TCA cycle 中直接氧化 acetyl-CoA 的碳。

B) Three molecules of NADH and one molecule of FADH2 are produced in one turn of the TCA cycle.

正確。

一分子 acetyl-CoA 進入 TCA cycle 一圈，產生：

核心觀念

糖解作用（glycolysis）的最終產物是丙酮酸（pyruvate）。在有氧條件下，丙酮酸進入粒線體基質，經由丙酮酸去氫酶複合體（pyruvate dehydrogenase complex, PDH）進行氧化脫羧，轉變為乙醯輔酶 A（acetyl-CoA），再進入三羧酸循環（TCA cycle）。

反應式為：

因此，真正以碳骨架形式進入 TCA cycle 的物質是 acetyl-CoA，而不是糖解作用剛產生的 pyruvate。

解題方法

判斷此題可分成兩個步驟：

1. 先確認糖解作用的產物：每分子葡萄糖經糖解作用產生 2 分子 pyruvate。
2. 再確認 pyruvate 進入 TCA cycle 前的轉換：pyruvate 經 PDH 轉為 acetyl-CoA，acetyl-CoA 的乙醯基與 oxaloacetate 結合形成 citrate，正式進入 TCA cycle。

起始反應為：

所以答案是 B) Acetyl-CoA。

選項分析

A) Pyruvate

錯誤。Pyruvate 是糖解作用的直接最終產物，但它必須先經由 PDH 進行氧化脫羧，轉換成 acetyl-CoA。Pyruvate 並非以原形式進入 TCA cycle。

此題考驗對原核生物（prokaryote）翻譯起始（translation initiation）機制的了解。

原核生物的翻譯起始過程涉及：

1. mRNA 的 5' 端有一個 Shine-Dalgarno 序列（也稱為ribosome-binding site, RBS），它是一個富含嘌呤的短序列，位於起始密碼子（start codon, 通常是 AUG）的上游。
2. 16S rRNA 是 30S 核糖體亞基的組成部分，其 3' 端有一個互補序列，可以與 mRNA 的 Shine-Dalgarno 序列結合，將 30S 亞基定位在 mRNA 的正確起始位置。
3. IF-2（Initiation Factor 2）是一個起始因子，它結合 GTP，並攜帶 N-甲醯甲硫胺酸-tRNA$^{Met}$（fMet-tRNA$^{Met}$）到 30S 亞基-mRNA 複合物的 P 位點。
4. 70S 核糖體複合物形成後，起始階段結束。

此題考驗對蛋白質靶向（protein targeting）機制的了解，特別是蛋白質進入內膜系統（endomembrane system）的過程。

內膜系統包括內質網（ER）、高爾基體（Golgi apparatus）、溶酶體（lysosomes）、液泡（vacuoles）以及細胞膜。分泌蛋白、膜蛋白和溶酶體蛋白通常在內質網合成，然後經過高爾基體加工和運輸。
這些蛋白質的合成起始於細胞質中的核糖體。如果它們是要進入內膜系統的蛋白質，那麼它們的 N-末端通常會包含一個信號序列（signal sequence）。
當信號序列出現時，它會被信號識別顆粒（Signal Recognition Particle, SRP）識別。SRP 是一個核糖核蛋白複合物，它會結合到信號序列和核糖體上，暫時抑制蛋白質的合成，並將核糖體-mRNA-新生肽鏈複合物轉運到內質網膜上的 SRP 受體。

此題考驗對基因突變類型及其對蛋白質翻譯影響的理解。

翻譯（translation）是將 mRNA 的密碼子序列轉化為胺基酸序列的過程。密碼子是三個核苷酸一組。
A) A single nucleotide insertion（單核苷酸插入）：在蛋白質編碼區插入一個核苷酸，會改變從插入點開始之後的所有密碼子的讀框（reading frame）。這會導致後續的胺基酸序列完全改變，並可能提前出現終止密碼子。這種突變稱為移碼突變（frameshift mutation）。
B) A nonsense mutation（無義突變）：是指一個密碼子被突變成終止密碼子（如 UAA, UAG, UGA）。這會導致翻譯提前終止，產生截短的蛋白質。

此題考驗對原核生物翻譯延伸（translation elongation）過程中，促進轉位（translocation）的分子。

翻譯延伸是指在起始階段之後，核糖體沿著 mRNA 移動，連續添加胺基酸以合成多肽鏈的過程。
這個過程需要多種延伸因子（elongation factors）。
原核生物的延伸因子主要有：

• EF-Tu (Elongation Factor Tu)：負責將胺醯-tRNA 載入核糖體的 A 位點。它需要 GTP 結合，並在 GTP 水解後釋放。
• EF-Ts (Elongation Factor Ts)：負責再生 EF-Tu-GDP，使其能夠再次結合 GTP 並攜帶下一個胺醯-tRNA。

此題考驗對蛋白質二級結構（secondary structure），特別是 $\alpha$-螺旋（$\alpha$-helix）結構形成規律的了解，以及甘胺酸（glycine）對 $\alpha$-螺旋結構的影響。

$\alpha$-螺旋是由肽鏈內部形成的氫鍵所穩定。具體來說，一個胺基酸殘基的羰基氧（C=O）與其上游四個殘基（i+4）的醯胺基氫（N-H）之間形成氫鍵。這種 i$\to$ i+4 的氫鍵模式是形成穩定 $\alpha$-螺旋的關鍵。

甘胺酸（Glycine）是最簡單的胺基酸，其側鏈只有一個氫原子（-H）。
A) Glycine cannot form the typical i$\to$ i+4 hydrogen bond：這句話不準確。甘胺酸的 N-H 和 C=O 都可以參與氫鍵形成。問題在於其側鏈的特性。
B) The side-chain of glycine is too large：甘胺酸的側鏈只有一個氫原子，是所有胺基酸中最小的，而不是最大的。

此題考驗對酶（enzyme）催化機制的理解。

酶通過降低化學反應的活化能（activation energy）來加速反應速率。活化能是起始反應所需的最小能量。酶通過與底物結合形成酶-底物複合物，並通過多種方式（如穩定過渡態、提供反應基團、改變局部環境等）來降低反應的活化能。

A) binding tightly to substrate：酶與底物結合是催化作用的前提，但「結合緊密」本身並不直接加速反應。過於緊密的結合有時反而會抑制反應。酶的作用是優化結合，以促進反應。

此題考驗對蛋白質結構（primary, secondary, tertiary, quaternary）及其穩定性的理解。

A) The tertiary structure of a protein is specified by its primary structure：正確。蛋白質的一級結構（胺基酸序列）決定了其二級結構（$\alpha$-螺旋、$\beta$-摺疊）和三級結構（三維空間摺疊）。
B) The tertiary structures of most proteins are heat-resistant：錯誤。大多數蛋白質的三級結構相對不穩定，在高溫下容易變性（denature），導致結構破壞和功能喪失。例如，雞蛋加熱後蛋白質變性。
C) The formation of protein tertiary structure can be assisted by chaperones：正確。

此題考驗對酶（enzyme）分類的了解，特別是裂合酶（Lyases）的功能。

根據酶的催化反應類型，酶被分為六大類：

1. Oxidoreductases（氧化還原酶）：催化氧化還原反應。
2. Transferases（轉移酶）：催化官能基的轉移。
3. Hydrolases（水解酶）：催化水解反應，即利用水分子斷裂化學鍵。
4. Lyases（裂合酶）：催化化學鍵的斷裂，但不通過水解或氧化還原的方式。它們通常是通過消除反應（elimination reaction）來形成雙鍵或環結構，或者通過在雙鍵上加成反應來形成化學鍵。
5. Isomerases（異構酶）：催化分子內重排，即異構化反應。
6. Ligases（連接酶）：催化兩個分子通過形成共價鍵連接起來，通常需要 ATP 水解提供能量。

核心觀念

本題考查 N-連結型醣蛋白（N-linked glycoprotein）在高基氏體各區域的醣鏈加工順序。

蛋白質在內質網中先接受共同核心寡醣：

離開內質網後，醣蛋白依序通過高基氏體的：

1. cis-Golgi
2. medial-Golgi
3. trans-Golgi

不同區域具有不同醣基轉移酶與醣苷酶，因此可依照酵素所在區域判斷答案。

在 cis-Golgi，主要進行甘露糖（mannose）的移除，代表性酵素為 Golgi α-mannosidase I。

解題方法

切入點是辨認各選項所代表的酵素在分泌途徑中的作用位置：

• cis-Golgi：主要由 α-mannosidase I 修剪甘露糖。
• medial-Golgi：進行 GlcNAc 添加及進一步甘露糖修剪。
• trans-Golgi：常進行岩藻糖、半乳糖、唾液酸等末端醣基修飾。
• 內質網：進行寡醣整體轉移至新生蛋白質。

因此，題目問「involved in cis Golgi oligosaccharides processing」時，應選擇位於 cis-Golgi、負責初步甘露糖修剪的酵素。

選項分析

A) N-acetyl glucosaminyltransferase I

錯誤。

N-acetylglucosaminyltransferase I，簡稱 GnT-I，主要位於 medial-Golgi。它將一個 $N$-乙醯葡萄糖胺（GlcNAc）添加至經過甘露糖修剪的 $N$-醣鏈上，是由高甘露糖型醣鏈進入複合型醣鏈加工的重要步驟。

它不是 cis-Golgi 的主要加工酵素。

B) N-acetyl glucosaminyltransferase II

錯誤。

N-acetylglucosaminyltransferase II，簡稱 GnT-II，也主要位於 medial-Golgi，負責在另一個甘露糖分支上添加 GlcNAc，使複合型 $N$-醣鏈形成雙分支結構。

其作用時間晚於 GnT-I，並非 cis-Golgi 的初始甘露糖修剪酵素。

C) Golgi apparatus alpha mannosidase

正確。

Golgi α-mannosidase I 位於 cis-Golgi 至 medial-Golgi 早期區域，負責移除高甘露糖型 $N$-醣鏈上的部分甘露糖。

典型反應可概念化表示為：

此題考驗對整合素（integrin）與細胞間黏附分子（ICAM）相互作用的了解，特別是在炎症過程中白細胞（leukocyte）遷移到內皮細胞層（endothelial cell layer）的機制。

整合素是一類細胞表面受體，在細胞黏附、遷移和信號傳導中起重要作用。ICAMs（Intercellular Adhesion Molecules）是免疫球蛋白超家族的細胞黏附分子，在細胞間識別和黏附中起作用，特別是在炎症過程中。
白細胞遷移到炎症部位的過程包括：白細胞在內皮細胞表面滾動（rolling）、活化黏附（activation adhesion）和跨內皮遷移（transendothelial migration）。
在炎症過程中，內皮細胞會上調表達 ICAMs（如 ICAM-1）。

核心觀念

糖胺聚醣（glycosaminoglycan, GAG）是由重複性二醣單位組成的長鏈多醣，常與蛋白質核心（protein core）共價連接，形成蛋白聚醣（proteoglycan）。

判斷本題的關鍵，在於區分：

• 多數 GAG：以多醣鏈連接至蛋白質核心，存在於細胞外基質或細胞表面。
• Heparin（肝素）：主要以游離、多硫酸化的 GAG 形式存在於肥大細胞顆粒中，不具有蛋白質核心。

因此，本題考的是各種 GAG 是否以蛋白聚醣形式存在。

解題方法

逐一檢查各選項是否通常與蛋白質核心形成蛋白聚醣：

1. Heparan sulfate、dermatan sulfate、chondroitin sulfate 與 keratan sulfate，通常都可作為蛋白聚醣的醣鏈。
2. Heparin 雖然與 heparan sulfate 結構相近，但主要以獨立的硫酸化多醣形式存在，不連接於蛋白質核心。
3. 因此，選出 heparin。

選項分析

A) Heparan sulfate

錯誤。Heparan sulfate 通常連接在蛋白質核心上，形成 heparan sulfate proteoglycan，例如細胞表面的 syndecan，以及細胞外基質中的 perlecan。它可參與細胞黏附、細胞訊息傳遞與生長因子調控。

B) Dermatan sulfate

核心觀念

本題考查細胞死亡的主要類型，以及外源性／內源性凋亡途徑中 cytochrome c 與 caspase 的作用。

• Anchorage dependence（貼附依賴性）：正常細胞通常需要附著於細胞外基質或基底膜，才能接受存活訊號；失去附著可能引發 anoikis。
• Anchorage-independent growth（非貼附依賴性生長）：細胞不需附著於基底膜或細胞外基質即可存活、增殖，是癌細胞轉型的重要特徵。
• Apoptosis（凋亡）：屬於程序性細胞死亡，但不是唯一的細胞死亡形式。
• 內源性凋亡途徑：粒線體釋放 cytochrome c，形成 apoptosome，活化 caspase-9，進一步活化 executioner caspase，例如 caspase-3。
• Caspase 活化：caspase 通常先以無活性的 procaspase 形式存在，經蛋白水解切割後形成活化型 caspase。

解題方法

先判斷 A～D 是否符合細胞死亡與凋亡的基本生物學，再檢查 E 是否正確總結前面選項。

本題的關鍵是：

1. 正常細胞需要貼附，稱為 anchorage-dependent survival。
2. 不需貼附即可生長，才稱為 anchorage-independent growth。
3. 細胞死亡不只有 apoptosis。
4. cytochrome c 與 procaspase-3 的蛋白水解活化，都是內源性凋亡的重要環節。

因此 A、B 均為錯誤敘述，E 正確。

選項分析

A) Basement membrane is required for cell survival call anchorage-independent growth

錯誤。

基底膜或細胞外基質對正常細胞的貼附與存活訊號十分重要；細胞需要貼附才能存活，稱為 anchorage-dependent growth 或 anchorage-dependent survival。

相反地，若細胞不需要附著於基底膜或細胞外基質即可存活、增殖，才稱為 anchorage-independent growth。這種能力常見於癌細胞，因為癌細胞可逃脫失去貼附所引發的 anoikis。

所以本選項將 anchorage-dependent 與 anchorage-independent 的概念混淆，為錯誤敘述。

B) Apoptosis is the only one type of cell death

錯誤。

Apoptosis 並非唯一的細胞死亡形式。細胞死亡至少包括：

• apoptosis（凋亡）
• necrosis（壞死）
• necroptosis（程序性壞死）
• pyroptosis（焦亡）
• ferroptosis（鐵死亡）
• autophagy-associated cell death（與自噬相關的細胞死亡）

其中 apoptosis 通常具有細胞皺縮、染色質凝集、DNA 片段化與細胞膜形成 apoptotic bodies 等特徵；necrosis 則常伴隨細胞腫脹、細胞膜破裂及發炎反應。