113 年 國立臺灣大學生物化學暨分子生物學研究所《生化學》

本題主要在探討 mRNA 疫苗發展的關鍵貢獻，尤其是 Katalin Karikó 和 Drew Weissman 在這領域的突破性研究。他們的研究核心在於修飾 mRNA 的核苷酸，以克服其在體內引發的免疫反應問題，並提高蛋白質的生產效率。

核心觀念： mRNA 疫苗的發展、核苷酸修飾（nucleoside modification）、免疫原性（immunogenicity）、蛋白質表現（protein expression）。

解題思路：

1. 理解 mRNA 疫苗的挑戰： 天然的 mRNA 進入人體會被視為外來物，引發強烈的免疫反應，這會阻礙其穩定性和蛋白質的表現。
2. 回顧 Karikó 和 Weissman 的研究： 他們發現，透過修飾 mRNA 中的特定核苷酸（例如將尿嘧啶 U 替換為假尿苷 pseudouridine, $\psi$），可以顯著降低 mRNA 的免疫原性。
3. 分析選項：
   • A) DNA base modification：mRNA 疫苗的關鍵在於 mRNA 本身，而非 DNA。此選項錯誤。

本題考查胺基酸形成胜肽鍵（peptide bond）時所涉及的化學官能基。胜肽鍵是透過兩個胺基酸之間發生脫水縮合反應（dehydration condensation）形成的。

核心觀念： 胺基酸結構、胜肽鍵形成、脫水縮合反應。

解題思路：
胺基酸的基本結構包含一個中心碳原子（$\alpha$-carbon），連接一個胺基（amino group, $-\text{NH}_2$）、一個羧基（carboxyl group, $-\text{COOH}$）、一個氫原子（H atom）以及一個變異的側鏈（R group, side chain）。

在形成胜肽鍵時，一個胺基酸的羧基（$-\text{COOH}$）會與另一個胺基酸的胺基（$-\text{NH}_2$）發生反應，脫去一個水分子（$\text{H}_2\text{O}$），形成一個醯胺鍵（amide bond），這就是胜肽鍵（$-\text{CO-NH}-$）。

核心觀念

本題比較真核生物與原核生物的轉錄特徵，重點包括：

• 轉錄發生的位置。
• 真核生物核糖體 RNA（rRNA）的加工來源。
• 轉錄與細胞週期的關係。
• 真核與原核轉錄單位的組成。
• RNA polymerase 的種類與功能分工。

真核生物通常具有細胞核，轉錄與轉譯在空間上分開；原核生物沒有細胞核，轉錄與轉譯可在同一細胞區域連續進行。

解題方法

逐項比對各敘述是否符合真核、原核轉錄的基本定義。特別注意兩個常見陷阱：

1. 真核 rRNA 並非全部由同一條前驅 RNA 產生。
2. 真核轉錄單位通常是單順反子（monocistronic），原核生物則常見多順反子（polycistronic）。

選項分析

A) Eukaryotic transcription occurs in the nucleus.

正確。真核生物的主要轉錄作用發生於細胞核中，DNA 由 RNA polymerase 轉錄為 RNA。轉錄產物再經加工後輸出至細胞質進行轉譯。

嚴格而言，粒線體與葉綠體也具有自己的基因組及轉錄作用，但本題討論的是典型的真核細胞核基因轉錄，因此此敘述正確。

B) The 28S, 18S, 5.8S, and 5S rRNAs of eukaryotes are formed from one primary transcript.

錯誤。真核細胞的 28S、18S 與 5.8S rRNA 主要由 RNA polymerase I 轉錄同一條 45S 前驅 rRNA，經切割與加工後形成。

但 5S rRNA 並非來自 45S 前驅 rRNA，而是由 RNA polymerase III 以另一個基因獨立轉錄。因此，四種 rRNA 並不是由同一條 primary transcript 形成。

C) There is no definite phase for prokaryotic transcription occurrence.

正確。原核生物沒有細胞核，且轉錄與轉譯可同時進行。原核生物的轉錄不受真核細胞核膜及細胞週期特定階段的嚴格空間分隔，因此沒有如真核細胞般明確限定的轉錄發生場所或階段。

本題考查真核生物如何從單一基因產生多種不同形式的 RNA 轉錄產物（isoforms），這主要涉及到 RNA 加工（RNA processing）的機制。

核心觀念： RNA 剪接（RNA splicing）、可變剪接（alternative splicing）、mRNA 加工。

解題思路：
真核生物的基因在轉錄後，其前驅體 mRNA（pre-mRNA）需要經過一系列的加工才能形成成熟的 mRNA。這些加工步驟包括 5' 端加帽（capping）、3' 端加聚腺苷酸（polyadenylation），以及內含子（introns）的切除和外顯子（exons）的連接（splicing）。可變剪接（alternative splicing）是關鍵機制，它允許從同一個 pre-mRNA 中選擇性地連接不同的外顯子，或使用不同的剪接位點，從而產生多種不同的 mRNA 分子，這些 mRNA 分子編碼的蛋白質可能具有不同的功能或結構。

分析選項：
A) Selective splicing： 這就是可變剪接（alternative splicing）的核心概念。透過選擇性地保留或排除特定的外顯子，或使用不同的剪接位點，可以產生不同的 mRNA 異構體。這是產生多種 RNA 轉錄產物的主要方式之一。此選項正確。

B) Alternative 5' donor site： 在剪接過程中，內含子有特定的 5' 和 3' 剪接位點。

本題考查核酶（ribozyme）的定義和特性。核酶是具有催化活性的 RNA 分子。

核心觀念： 核酶（ribozyme）、催化活性、RNA 功能。

解題思路：
核酶（Ribozyme）一詞由「ribonucleic acid」和「enzyme」組合而成，顧名思義，它是一種 RNA 分子，卻能像酵素一樣催化化學反應。在 1980 年代， Sidney Altman 和 Thomas Cech 分別獨立發現了具有催化活性的 RNA 分子，並因此獲得諾貝爾獎。

分析選項：
A) Ribozyme is a protein.
這是錯誤的。核酶是 RNA，而不是蛋白質。蛋白質具有催化活性的稱為酵素（enzyme）。

B) Ribozyme is an RNA.
這是正確的定義。核酶就是具有催化活性的 RNA 分子。

C) The substrate of ribozyme is proteins.
有些核酶可以催化 RNA 的裂解或連接，有些則可以催化其他反應。

本題考查單醣（monosaccharide）的立體化學（stereochemistry）異構現象，特別是葡萄糖（glucose）、甘露糖（mannose）和半乳糖（galactose）之間的關係。

核心觀念： 單醣異構體（stereoisomers）、差向異構體（epimers）、異頭物（anomers）、D/L 構型、醛糖/酮糖。

解題思路：
單醣的異構現象主要有幾種：

1. D/L 構型： 根據分子中最遠離羰基的那個手性碳原子的構型來決定。D 型與 D-甘油醛（D-glyceraldehyde）相同，L 型則相反。葡萄糖、甘露糖、半乳糖都是 D 型糖。
2. 差向異構體（Epimers）： 在多個手性碳原子中，只有一個手性碳原子的構型不同的立體異構體。
3. 異頭物（Anomers）： 在單醣形成環狀結構時，原先羰基碳（醛基或酮基碳）轉變為一個新的手性中心，產生 $\alpha$ 和 $\beta$ 兩種構型。
4. 醛糖（Aldose）與酮糖（Ketose）： 取決於分子中的羰基是醛基（-CHO）還是酮基（$\text{C=O}$）。

分析選項：

• 葡萄糖 (Glucose) 的結構是 D-glucose。
• 甘露糖 (Mannose) 與葡萄糖的結構相似，僅在 C2 位置的手性碳原子構型不同。
  • D-glucose: C2 - OH is on the left (in Fischer projection)
  • D-mannose: C2 - OH is on the right (in Fischer projection)
    因此，甘露糖是葡萄糖的 C2 差向異構體（epimer）。

核心觀念

本題考核嘌呤與嘧啶鹼基中羰基（oxo group，$C=O$）的互變異構現象。

含氮雜環中的羰基可發生質子轉移：

1. 氮上的氫移至羰基氧。
2. 原本的 $C=O$ 雙鍵轉移，形成 $C=N$ 雙鍵。
3. 羰基型（lactam）與羥基亞胺型（lactim）彼此互換。

此種發生於含氮環狀醯胺結構中的互變異構，稱為 lactam–lactim tautomerism（內醯胺–內醯亞胺醇互變異構）。

以嘧啶鹼基為例：

$$\text{lactam：} \mathrm{C=O} \rightleftharpoons \text{lactim：} \mathrm{C-OH,\ C=N}$$

在生理條件下，腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶與尿嘧啶通常以較穩定的主要互變異構型存在；少量的 lactim 型則可能改變氫鍵供體與受體的位置，造成非典型鹼基配對。

解題方法

判斷關鍵在於題目限定「嘌呤與嘧啶的 oxo group」。

嘌呤與嘧啶是含氮雜環，環上的羰基本質上屬於環狀醯胺結構。因此，羰基型與其質子轉移後的羥基亞胺型之間，應使用專門術語 lactam–lactim 描述。

雖然 keto–enol 也是羰基化合物常見的互變異構概念，但在含氮雜環鹼基中，考試所要求的精確名稱是 lactam–lactim。

選項分析

A) lactam-lactim

正確。

Lactam 型具有環狀醯胺結構，含有 $C=O$；質子由鄰近氮原子轉移到氧原子後，形成 lactim 型的 $C-OH$ 與 $C=N$ 結構。

因此，嘌呤與嘧啶中 oxo group 的互變異構稱為：

本題考查 mRNA 前驅體（pre-mRNA）加工過程中，內含子（intron）切除的機制，特別是與剪接體（spliceosome）相關的小核 RNA（snRNA）。

核心觀念： mRNA 加工、剪接體（spliceosome）、小核 RNA（snRNA）、內含子切除。

解題思路：
在真核生物中，蛋白質編碼基因的轉錄產物（pre-mRNA）包含外顯子（exons）和內含子（introns）。為了形成成熟的 mRNA，內含子必須被準確地切除，外顯子則被連接起來。這個過程主要由一個稱為剪接體（spliceosome）的複雜分子機器完成，它由蛋白質和幾種小核 RNA（snRNA）組成，包括 U1, U2, U4, U5, U6 snRNA。這些 snRNA 與特定的蛋白質結合形成小核核糖核蛋白（snRNPs），共同構建剪接體。

剪接體通過識別 pre-mRNA 中的剪接位點（splice sites）來執行剪接。U1 snRNP 識別 5' 剪接位點，U2 snRNP 識別分支位點（branch point），U4/U6.U5 snRN

本題考查基因突變（mutation）的相關概念，包括點突變的類型（轉變突變 transition 和轉換突變 transversion）以及突變對蛋白質序列的影響（無義突變 nonsense 和沉默突變 silent）。

核心觀念： 點突變（point mutation）、轉變突變（transition）、轉換突變（transversion）、無義突變（nonsense mutation）、沉默突變（silent mutation）。

解題思路：

1. 點突變的分類：

   • 轉變突變（Transition）： 嘌呤（Purine, A, G）被另一嘌呤取代，或嘧啶（Pyrimidine, C, T）被另一嘧啶取代。即 A $\leftrightarrow$ G 或 C $\leftrightarrow$ T。
   • 轉換突變（Transversion）： 嘌呤被嘧啶取代，或嘧啶被嘌呤取代。即嘌呤 $\leftrightarrow$ 嘧啶。

2. 突變對蛋白質的影響：

   • 沉默突變（Silent mutation）： DNA 序列發生改變，但由於密碼子的簡併性（degeneracy of the genetic code），該改變不導致編碼的胺基酸發生變化。
   • 錯義突變（Missense mutation）： DNA 序列改變，導致編碼的胺基酸發生改變。
   • 無義突變（Nonsense mutation）： DNA 序列改變，將一個編碼胺基酸的密碼子變為終止密碼子（stop codon），導致蛋白質合成提前終止。

本題考查血小板（platelets）合成並釋放的物質，以及這些物質在血液凝固和血管收縮中的作用。

核心觀念： 血小板功能、花生四烯酸（arachidonic acid）代謝產物、類花生酸（eicosanoids）、血管收縮素（vasoconstrictors）、血小板聚集劑（platelet aggregators）。

解題思路：
血小板在啟動止血過程（hemostasis）中扮演重要角色。當血小板被活化時，它們會釋放出多種生物活性物質，其中一些物質對血管收縮和進一步的血小板聚集至關重要。這類物質主要來自花生四烯酸的代謝途徑，屬於類花生酸（eicosanoids）。

1. 花生四烯酸的代謝途徑： 花生四烯酸（20碳脂肪酸）通過環氧化酶（cyclooxygenase, COX）途徑或脂氧化酶（lipoxygenase, LOX）途徑代謝。
2. COX 途徑產物：
   • 血栓素（Thromboxanes, TXA$_2$）： 主要由血小板合成。TXA$_2$ 是一種強效的血管收縮劑，同時也是強效的血小板聚集劑，能促進血栓形成。

本題考查前列腺素類（prostanoids）的生合成途徑。前列腺素類物質包括前列腺素（prostaglandins）、前列環素（prostacyclins）和血栓素（thromboxanes）。

核心觀念： 前列腺素類（prostanoids）生合成、花生四烯酸（arachidonic acid）代謝。

解題思路：
前列腺素類物質的合成起始於細胞膜磷脂中的花生四烯酸（一種 20 碳的多不飽和脂肪酸）。花生四烯酸通過細胞內多種信號通路被釋放出來，然後進入兩個主要的代謝途徑：

1. 環氧化酶（Cyclooxygenase, COX）途徑： 這是前列腺素類物質的主要合成途徑。COX 酶（COX-1 和 COX-2）催化花生四烯酸的雙環化反應，生成不穩定的前列腺烷（prostaglandin $\text{H}_2$, PGH$_2$）。PGH$_2$ 隨後被進一步轉化為各種前列腺素、前列環素和血栓素。COX 途徑因此也被稱為環氧化酶途徑。

本題考查大腸桿菌（E. coli）乳糖操縱組（lac operon）的調控機制，特別是 CAP-cAMP 複合物的功能。

核心觀念： 操縱組（operon）、基因調控、CAP 蛋白、cAMP、乳糖操縱組（lac operon）。

解題思路：
乳糖操縱組（lac operon）是大腸桿菌中調控乳糖代謝基因表達的一個經典例子。它包含三個結構基因（lacZ, lacY, lacA），一個啟動子（promoter），一個操縱區（operator），以及一個調控基因（lacI，編碼阻遏蛋白 repressor）。

lac operon 的表達受到兩種主要調控機制控制：

1. 葡萄糖濃度（決定 cAMP 濃度）： 當葡萄糖濃度高時，cAMP 濃度低；當葡萄糖濃度低時，cAMP 濃度高。cAMP 與 catabolite activator protein (CAP，也稱為 cGMP-dependent protein kinase, although it's not a kinase) 結合，形成 CAP-cAMP 複合物。
2. 乳糖是否存在（決定阻遏蛋白是否結合）： 當乳糖存在時，它會結合到 lacI 基因產生的阻遏蛋白上，使其無法結合到操縱區，從而解除對 RNA 聚合酶的抑制。

核心觀念

本題考查 DNA 轉錄成 RNA 時的鹼基配對與方向性。

• **coding strand（編碼股）**的序列與 mRNA 相同，只是 DNA 中的胸腺嘧啶 $T$ 在 RNA 中改為尿嘧啶 $U$。
• **template strand（模板股）**作為 RNA 聚合酶讀取的模板，mRNA 必須與模板股互補且反向平行。
• DNA 與 RNA 的鹼基配對為：

$$A-U,\qquad T-A,\qquad C-G,\qquad G-C$$

轉錄產物一律以 $5' \to 3'$ 方向表示。

解題方法

題目給出的編碼股為：

$$5'\text{-ACTGTATCGGAT-}3'$$

模板股為：

$$3'\text{-TGACATAGCCTA-}5'$$

mRNA 必須與模板股互補：

模板股	$3'$	T	G	A	C	A	T	A	G	C	C	T	A	$5'$
mRNA	$5'$	A	C	U	G	U	A	U	C	G	G	A	U	$3'$

因此轉錄產物為：

$$5'\text{-ACUGUAUCGGAU-}3'$$

也可直接由編碼股判斷：將編碼股中的所有 $T$ 替換成 $U$，即得到相同的 mRNA 序列。

選項分析

A) $5'\text{-ACTGTATCGGAT-}3'$

錯誤。

本題考查生物鹼（alkaloids）的結構與命名，特別是與咖啡因（caffeine）、茶鹼（theophylline）和可可鹼（theobromine）相關的嘌呤衍生物。

核心觀念： 嘌呤衍生物、黃嘌呤（xanthine）、甲基化、咖啡因、茶鹼、可可鹼。

解題思路：
黃嘌呤（xanthine）是嘌呤的一種衍生物，其結構是 2,6-二羥基嘌呤。咖啡因、茶鹼和可可鹼都是黃嘌呤的甲基化衍生物，它們在結構上的差異在於甲基的數量和位置。

• 黃嘌呤 (Xanthine): 結構為 2,6-二羥基嘌呤。
• 可可鹼 (Theobromine): 3,7-二甲基黃嘌呤 (3,7-dimethylxanthine)。存在於可可豆中。
• 茶鹼 (Theophylline): 1,3-二甲基黃嘌呤 (1,3-dimethylxanthine)。存在於茶葉中。
• 咖啡因 (Caffeine): 1,3,7-三甲基黃嘌呤 (1,3,7-trimethylxanthine)。存在於咖啡豆、茶葉等中。

分析選項：
A) Caffeine is a trimethylxanthine.
咖啡因是 1,3,7-三甲基黃嘌呤。因此，它是三甲基黃嘌呤。此描述正確。

核心觀念

大腸桿菌的 DNA 依賴型 RNA 聚合酶可分為：

• 核心酶（core enzyme）：負責 RNA 鏈的延伸，組成為
  $\alpha_2\beta\beta'\omega$
• 全酶（holoenzyme）：核心酶加上 $\sigma$ 因子，負責辨認啟動子並開始轉錄，組成為
  $\alpha_2\beta\beta'\omega\sigma$

其中，$\sigma$ subunit 的主要功能是辨認特定啟動子序列，使 RNA 聚合酶能正確定位於轉錄起始點；它並非基本核心酶的固定組成部分。

解題方法

題目問的是「基本 DNA-dependent RNA polymerase 中未包含的次單元」。判斷關鍵在於區分：

$\text{核心酶}=\alpha_2\beta\beta'\omega$

$\text{全酶}=\alpha_2\beta\beta'\omega+\sigma$

因此，$\alpha$、$\beta$、$\beta'$ 與 $\omega$ 都屬於核心酶；$\sigma$ 因子則是在轉錄起始階段與核心酶結合，形成全酶。未包含於基本核心酶中的次單元為 $\sigma$。

選項分析

核心觀念

本題考查脂蛋白中主要 apolipoproteins 的功能、分布與來源：

• ApoB-48：存在於乳糜微粒，負責乳糜微粒的組裝與分泌。
• ApoB-100：存在於 VLDL、IDL、LDL，具有 LDL receptor binding domain，可與 LDL 受體結合。
• ApoC-II：是 lipoprotein lipase（LPL）的必要輔因子，可活化 LPL。
• ApoE：可作為殘粒與 LDL receptor、LRP 等受體的配體，促進乳糜微粒殘粒與 VLDL remnants 的清除。
• ApoA-I：是 HDL 的主要 apolipoprotein，也是 lecithin–cholesterol acyltransferase（LCAT）的重要活化因子。

解題方法

逐一比對各選項中的三類資訊：

1. apolipoprotein 所在的脂蛋白；
2. apolipoprotein 的受體配體功能；
3. apolipoprotein 的酵素輔因子功能；
4. ApoB-48 與 ApoB-100 的基因來源。

其中只要有一項關鍵功能或分布錯誤，該選項即不正確。

選項分析

A) Apo A-I is the ligand for LDL receptor, while Apo B-100 binds to HDL receptor.

錯誤。

ApoA-I 是 HDL 的主要蛋白，主要功能包括：

• 活化 LCAT；
• 促進膽固醇逆向運輸；
• 作為 HDL 與 scavenger receptor class B type I（SR-BI）相關代謝的重要 apolipoprotein。

LDL receptor 的主要配體是 ApoB-100 與 ApoE，不是 ApoA-I。另一方面，ApoB-100 也不是 HDL receptor 的典型配體，因此本選項將兩者的受體功能完全對調。

B) Nascent VLDL and nascent chylomicron both contain Apo C and E.

錯誤。

新生 VLDL 的核心結構蛋白是 ApoB-100；新生乳糜微粒的核心結構蛋白是 ApoB-48。ApoC 類蛋白與 ApoE 主要由 HDL 在血液循環中轉移給新生脂蛋白，使其成為成熟脂蛋白。

代謝概念可整理如下：

$$\text{新生脂蛋白}+\text{HDL 提供 ApoC、ApoE} \longrightarrow \text{成熟脂蛋白}$$

因此，不能將「兩者在血液中成熟後可含有 ApoC、ApoE」誤認為「兩者新生時都已同時含有 ApoC、ApoE」。本選項的敘述不正確。

C) Apo C-II serves as the enzyme cofactor of lipoprotein lipase.

正確。

核心觀念

本題整合兩部分：

1. 三酸甘油酯（triacylglycerol, TAG）的合成：
   • 甘油-3-磷酸（glycerol 3-phosphate, G3P）的來源
   • 甘油-3-磷酸醯基轉移酶（glycerol 3-phosphate acyltransferase, GPAT）的功能
2. 鞘脂（sphingolipid）的合成：
   • 神經醯胺（ceramide）在鞘脂代謝中的位置

TAG 合成的主要步驟如下：

$$\text{Glycerol 3-phosphate} \xrightarrow{\text{GPAT}} \text{Lysophosphatidic acid}$$ $$\text{Lysophosphatidic acid} \xrightarrow{\text{AGPAT}} \text{Phosphatidic acid}$$ $$\text{Phosphatidic acid} \xrightarrow{\text{phosphatidic acid phosphatase}} \text{Diacylglycerol}$$ $$\text{Diacylglycerol} \xrightarrow{\text{DGAT}} \text{Triacylglycerol}$$

其中 GPAT 催化 TAG 合成的第一個酰化步驟，通常視為 TAG 合成的重要速率限制步驟。

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解題方法

判斷本題的關鍵是逐一核對：

• 脂肪組織是否能利用甘油直接形成 G3P；
• G3P 的正確生成方式；
• GPAT 在 TAG 合成中的角色；
• 磷脂醯膽鹼（phosphatidylcholine, PC）合成所使用的活化形式；
• ceramide 是否真的是「所有」鞘脂的前驅物。

其中「all、no alternative」等絕對性敘述需要特別小心，常是錯誤選項的陷阱。

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選項分析

A) In adipose tissue, glycerol 3-phosphate is synthesized by the phosphorylation of glycerol.

錯誤。

理論上，甘油可由 glycerol kinase 磷酸化形成 G3P：

$$\text{Glycerol}+\text{ATP} \xrightarrow{\text{glycerol kinase}} \text{Glycerol 3-phosphate}+\text{ADP}$$

但脂肪組織中的 glycerol kinase 活性很低，因此脂肪細胞主要不能依靠甘油的直接磷酸化來提供 G3P。

脂肪細胞主要利用糖解作用產生的 dihydroxyacetone phosphate（DHAP），再將其還原成 G3P：

$$\text{DHAP}+\text{NADH}+\text{H}^+ \xrightarrow{\text{glycerol 3-phosphate dehydrogenase}} \text{Glycerol 3-phosphate}+\text{NAD}^+$$

因此，A 將一般組織中可能存在的反應錯套用至脂肪組織。

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B) Glycerol 3-phosphate is phosphorylated by glycerol kinase, and there is no alternative synthesis pathway from glycolysis.

錯誤。

此選項有兩個錯誤：

第一，glycerol kinase 催化的是「甘油的磷酸化」，不是 G3P 的磷酸化：

$$\text{Glycerol}\rightarrow\text{Glycerol 3-phosphate}$$

本題考查脂蛋白（lipoproteins）的特性和功能，要求找出描述錯誤的選項。

核心觀念： 脂蛋白種類（HDL, LDL, VLDL, IDL, Chylomicrons）、組成、功能、膽固醇轉運。

解題思路：
脂蛋白是脂質和蛋白質組成的複合物，負責在血液中轉運不溶於水的脂質。它們根據密度、大小和組成被分為不同類別，各有其主要功能。

• HDL (High Density Lipoprotein, 高密度脂蛋白)： 主要功能是逆向膽固醇轉運（reverse cholesterol transport），從外周組織將膽固醇運回肝臟。Apo A-I 是其主要載脂蛋白。
• LDL (Low Density Lipoprotein, 低密度脂蛋白)： 是膽固醇的主要運輸形式，將肝臟合成的膽固醇運送到外周細胞。Apo B-100 是其主要載脂蛋白，它與 LDL 受體結合。
• VLDL (Very Low Density Lipoprotein, 極低密度脂蛋白)： 主要由肝臟合成，富含甘油三酯（triglycerides），負責將肝臟合成的甘油三酯運送到外周組織。Apo B-100 是其主要載脂蛋白。
• IDL (Intermediate Density Lipoprotein, 中密度脂蛋白)： 是 VLDL 在外周組織甘油三酯被水解後形成的代謝中間產物。它富含膽固醇酯。
• Chylomicrons (乳糜微粒)： 主要由腸道吸收的膳食脂質（主要是甘油三酯）組成，負責將這些脂質運送到外周組織和肝臟。Apo B-48 是其主要載脂蛋白。

本題考查 Seahorse XFe 分析儀在測量細胞耗氧率（oxygen consumption rate, OCR）時，如何通過藥物處理來評估最大線粒體功能。

核心觀念： 細胞呼吸、線粒體電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC）、氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）、耗氧率（OCR）、藥物誘導劑（infiltrator）與抑制劑（inhibitor）。

解題思路：
Seahorse XFe 分析儀通過電化學方法測量細胞的 OCR，這反映了線粒體的氧化磷酸化活性。為了評估線粒體的最大潛力，需要引入藥物來誘導或挑戰呼吸鏈。通常的線粒體壓力測試（mitochondrial stress test）包含以下步驟：

1. 基線 OCR： 測量細胞在基礎狀態下的耗氧率。
2. ATP 合成抑制： 加入 Oligomycin，抑制 ATP 合酶（Complex V），增加質子動力勢，測量與 ATP 合成相關的 OCR。
3. 最大 OCR (Maximal OCR)： 加入解偶聯劑（uncoupler），如 FCCP，使線粒體內膜的質子滲透性增加，繞過 ATP 合酶，使電子傳遞鏈達到最大速率。此時的 OCR 代表了線粒體的最大呼吸能力。
4. 複合物 II 抑制： 加入呼吸鏈複合物 II 的抑制劑（如 Rotenone 或 Malonate），以關閉複合物 I 的電子輸入。
5. 細胞死亡： 加入細胞毒性藥物，如 Antimycin A（複合物 III 抑制劑）或氰化物（複合物 IV 抑制劑），以確定非線粒體 OCR 或背景 OCR。

本題考查肝臟（liver）的主要代謝功能，要求找出 不屬於 肝臟主要代謝功能的選項。

核心觀念： 肝臟代謝功能、膽汁合成、脂肪酸代謝、脂蛋白代謝、酮體代謝。

解題思路：
肝臟是人體最重要的代謝中心，參與多種關鍵的代謝過程。

分析選項：
A) Bile production to facilitate lipid digestion and absorption.
肝臟合成膽汁，膽汁中的膽汁酸有助於乳化脂肪，促進脂肪的消化和吸收。此為肝臟的重要功能。

B) Both synthesis and oxidation of fatty acids.
肝臟能夠合成脂肪酸（尤其是在葡萄糖過剩時），也能夠通過 $\beta$-氧化途徑氧化脂肪酸以提供能量或合成酮體。此為肝臟的重要功能。

C) Synthesis of triacylglycerols and phospholipids.
肝臟是合成甘油三酯（TAG）和磷脂（如磷脂醯膽鹼）的主要場所，這些脂質可被包裝進 VLDL 運輸或用於細胞結構。此為肝臟的重要功能。

核心觀念

本題考查膽固醇合成與代謝的四個重點：

1. 膽固醇合成的速率限制酶。
2. 血液中膽固醇的運輸形式與細胞內儲存形式。
3. 胰島素對 HMG-CoA reductase 的調控。
4. SREBP 與 PCSK9 在 LDL 膽固醇代謝中的作用。

膽固醇合成途徑中，HMG-CoA reductase 催化：

$$\text{HMG-CoA} \rightarrow \text{Mevalonate}$$

此步驟是膽固醇合成的速率限制步驟，也是主要調控點。

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解題方法

逐項核對各選項是否符合下列生理原則：

• HMG-CoA synthase 與 HMG-CoA reductase 的功能不可混淆。
• 血液中膽固醇主要以膽固醇酯形式存在於脂蛋白核心。
• 胰島素通常促進合成代謝，會活化 HMG-CoA reductase。
• PCSK9 會促進 LDL receptor 降解；抑制 PCSK9 才能降低血中 LDL。
• 細胞內膽固醇增加時會抑制膽固醇合成，而非促進合成。

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選項分析

A) The rate limiting step of cholesterol synthesis is regulated by HMG-CoA synthase.

錯誤。

膽固醇合成的速率限制酶是 HMG-CoA reductase，不是 HMG-CoA synthase。

HMG-CoA synthase 催化：

$$\text{Acetyl-CoA} \rightarrow \text{HMG-CoA}$$

而 HMG-CoA reductase 催化：

$$\text{HMG-CoA} \rightarrow \text{Mevalonate}$$

後者才是膽固醇合成途徑的主要速率限制步驟。HMG-CoA reductase 受磷酸化、去磷酸化、膽固醇回饋抑制及 SREBP 轉錄調控。

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B) Cholesterol transported with lipoprotein in the blood circulation are mostly as free form cholesterol, while the cholesterol stored in adipose tissue are esterified by long chain fatty acids.

錯誤。

血液中由脂蛋白運輸的膽固醇，主要不是游離膽固醇，而是膽固醇酯（cholesteryl ester）。

脂蛋白的結構可概略分為：

• 表面：磷脂、游離膽固醇、載脂蛋白
• 核心：三酸甘油酯、膽固醇酯

膽固醇酯具有疏水性，適合被包埋於脂蛋白核心中運輸。游離膽固醇則主要分布於脂蛋白表面細胞膜之間，比例較低。

細胞內多餘的膽固醇可由 ACAT 催化，與長鏈脂肪酸形成膽固醇酯：

$$\text{Cholesterol}+\text{Fatty acyl-CoA} \rightarrow \text{Cholesteryl ester}+\text{CoA}$$

因此，選項後半段描述儲存形式的方向正確，但前半段把血液中膽固醇說成主要為游離形式，故整體錯誤。

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C) Insulin activates HMG-CoA reductase by promoting its dephosphorylation.

正確。

HMG-CoA reductase 在去磷酸化狀態下活性較高，在磷酸化狀態下活性降低。

胰島素促進去磷酸化，使 HMG-CoA reductase 活化，增加膽固醇合成：

$$\text{Insulin} \rightarrow \text{dephosphorylation of HMG-CoA reductase} \rightarrow \text{enzyme activation}$$

本題考查核酸（nucleic acid）的相關知識，要求找出描述 錯誤 的選項。

核心觀念： DNA 複製、RNA 合成、DNA 修復、Okazaki fragments、線粒體 DNA。

解題思路：
逐一分析每個選項，判斷其對核酸合成、修復和結構的描述是否正確。

A) DNA synthesis involves a more intricate and precise proofreading, the DNA repair mechanisms are preserved among all organisms.
DNA 複製確實有精密的校對（proofreading）機制，確保遺傳信息的準確傳遞。DNA 修復機制在所有生物體中都普遍存在，是維持基因組穩定性的基礎。此描述正確。

B) The initiation steps of DNA and RNA synthesis both require RNA primers.

• DNA 合成： DNA 複製的起始需要引物（primer）。DNA 聚合酶（DNA polymerase）只能從一個已有的 3'-OH 末端開始延伸，它不能從頭開始合成 DNA 鏈。引物通常由引物酶（primase）合成的 RNA 鏈。
• RNA 合成： RNA 聚合酶（RNA polymerase）在大多數情況下可以從頭開始合成 RNA 鏈，不需要引物。在某些特殊情況下（如逆轉錄酶 reverse transcriptase），可能需要 RNA 引物。但對於 普遍的 RNA 合成（轉錄），通常不需要 RNA 引物。
  因此，「DNA 和 RNA 合成起始都需要 RNA 引物」的說法是 錯誤的。

核心觀念

本題考查嘌呤與嘧啶的 de novo（從頭合成）路徑，重點包括：

• 嘌呤環在 PRPP 骨架上逐步組裝。
• 嘧啶環先獨立合成，再接到 PRPP 上。
• IMP 是 AMP 與 GMP 的共同前驅物。
• dTMP 的直接生成由 thymidylate synthase 催化。
• 嘌呤與嘧啶合成具有交互調控機制。

其中最重要的比較如下：

類別	合成順序
嘌呤	先形成 PRPP，再在其上逐步組裝嘌呤環
嘧啶	先合成嘧啶環，再接到 PRPP 上形成 OMP

解題方法

判斷各選項是否符合標準代謝路徑，特別檢查：

1. 嘌呤環與嘧啶環的組裝順序。
2. IMP、AMP、GMP 之間的前驅物關係。
3. PRPP 在兩種核苷酸合成中的角色。
4. dTMP 生成反應的直接催化酵素。

嘌呤合成的起始步驟可表示為：

$$\text{Ribose-5-phosphate}+\text{ATP} \rightarrow \text{PRPP}+\text{AMP}$$

嘧啶合成則先由 carbamoyl phosphate 與 aspartate 建立嘧啶環，形成 orotate，之後才與 PRPP 反應：

$$\text{Orotate}+\text{PRPP} \rightarrow \text{OMP}+\text{PP}_{i}$$

因此，嘧啶環不是在 PRPP 上逐步組裝。

選項分析

A) The initial reaction of purine biosynthesis is forming phosphoribosyl pyrophosphate (PRPP).

正確。

嘌呤 de novo 合成以 ribose-5-phosphate 活化形成 PRPP 為起始步驟。PRPP 是後續嘌呤環組裝所使用的核糖磷酸骨架。

隨後，glutamine-PRPP amidotransferase 將 PRPP 轉換成 5-phosphoribosylamine，這是嘌呤合成的承諾步驟。

B) Both adenosine monophosphate (AMP) and guanosine monophosphate (GMP) can be derived from inosine monophosphate (IMP).

正確。

IMP 是 AMP 與 GMP 的共同分支前驅物。

IMP 生成 AMP：

$$\text{IMP} \xrightarrow[\text{GTP}]{\text{adenylosuccinate synthetase}} \text{Adenylosuccinate} \xrightarrow{\text{adenylosuccinate lyase}} \text{AMP}$$

IMP 生成 GMP：

$$\text{IMP} \xrightarrow{\text{IMP dehydrogenase}} \text{XMP} \xrightarrow[\text{ATP}]{\text{GMP synthetase}} \text{GMP}$$

此處也呈現交叉供能：AMP 分支使用 GTP，GMP 分支使用 ATP，有助於維持兩者產量平衡。

C) The so-called orotate pathway of pyrimidine de novo synthesis involves using PRPP serves as a scaffold for the subsequent assembly of the pyrimidine ring to form ur

本題考查細胞信號傳導中第二信使（second messenger）的識別。第二信使是細胞內接收到細胞外信號後，由細胞發出的響應信號，它們能夠調節細胞內其他分子（如酶、離子通道）的活性。

核心觀念： 細胞信號傳導、第二信使、環腺苷酸（cAMP）、環鳥苷酸（cGMP）、離子（Ca$^{2+}$）、IP$_3$、DAG。

解題思路：
常見的第二信使包括：

• 環腺苷酸 (cAMP)：由腺苷酸環化酶（adenylyl cyclase）催化 ATP 產生，通過激活蛋白激酶 A (PKA) 等發揮作用。
• 環鳥苷酸 (cGMP)：由鳥苷酸環化酶（guanylyl cyclase）催化 GTP 產生，通過激活蛋白激酶 G (PKG) 或離子通道發揮作用。
• 鈣離子 (Ca$^{2+}$)：儲存在內質網和線粒體中，被釋放後通過結合鈣調蛋白（calmodulin）等發揮作用。
• 三磷酸肌醇 (IP$_3$)：由磷脂酶 C (PLC) 作用於 PIP$_2$ 產生，作用於內質網上的 IP$_3$ 受體，釋放 Ca$^{2+}$。
• 二酰甘油 (DAG)：由 PLC 作用於 PIP$_2$ 產生，與 Ca$^{2+}$ 一起激活蛋白激酶 C (PKC)。

本題考查核苷酸（nucleotide）的定義和組成，要求找出符合定義的選項。

核心觀念： 核苷酸（nucleotide）、核苷（nucleoside）、含氮鹼基（nitrogenous base）、五碳糖（pentose sugar）、磷酸基團（phosphate group）。

解題思路：
核苷酸（nucleotide）是由三個部分組成的分子：

1. 一個含氮鹼基（如腺嘌呤 A, 鳥嘌呤 G, 胞嘧啶 C, 胸腺嘧啶 T, 尿嘧啶 U）。
2. 一個五碳糖（核糖 ribose 或脫氧核糖 deoxyribose）。
3. 一個或多個磷酸基團。

核苷（nucleoside）僅由含氮鹼基和五碳糖組成。

本題考查胺基酸（amino acids）的溶解度與其側鏈（R group）性質的關係。水溶性主要取決於側鏈的極性（polarity）和離子性（charge）。

核心觀念： 胺基酸側鏈的極性、離子性、疏水性、水溶性。

解題思路：
胺基酸的溶解度與其側鏈的性質密切相關：

• 極性（Polar）和帶電（Charged）的側鏈： 這些胺基酸通常與水分子形成氫鍵或離子鍵，因此在水中溶解度較高。屬於這類的有：
  • 酸性胺基酸（帶負電）：Asp, Glu
  • 鹼性胺基酸（帶正電）：Lys, Arg, His (在生理 pH 下 His 帶部分正電)
  • 極性中性胺基酸（不帶電）：Ser, Thr, Tyr, Cys, Asn, Gln
• 非極性（Nonpolar）和疏水性（Hydrophobic）的側鏈： 這些胺基酸在水中溶解度較低，傾向於聚集在蛋白質的內部，遠離水。屬於這類的有：
  • 脂肪族胺基酸：Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro
  • 芳香族胺基酸：Phe, Trp, Tyr (Tyr 由於酚羥基也具有一定的極性)

分析選項：
A. Glu, Ile
* Glu (Glutamic acid)：帶負電的酸性胺基酸，極性高，水溶性好。
* Ile (Isoleucine)：脂肪族胺基酸，側鏈非極性，疏水性強，水溶性差。
* 結論：Glu 的水溶性遠高於 Ile。

B. Tyr, Phe
* Tyr (Tyrosine)：芳香族胺基酸，側鏈有酚羥基 (-OH)，具有一定的極性，可形成氫鍵，水溶性中等。
* Phe (Phenylalanine)：芳香族胺基酸，側鏈是苯環，非極性，疏水性強，水溶性差。
* 結論：Tyr 的水溶性高於 Phe。

C. Ser, Ala
* Ser (Serine)：側鏈有羥基 (-OH)，極性胺基酸，可形成氫鍵，水溶性好。
* Ala (Alanine)：脂肪族胺基酸，側鏈是甲基 (-CH$_3$)，非極性，水溶性相對較差。
* 結論：Ser 的水溶性高於 Ala。

D. Trp, His
* Trp (Tryptophan)：芳香族胺基酸，側鏈是吲哚環，非極性，疏水性強，水溶性差。
* His (Histidine)：鹼性胺基酸，側鏈的咪唑環在生理 pH (約 7.4) 下帶部分正電（pKa 約 6.0），極性高，水溶性好。

好的，這題是關於胜肽結構在生理 pH 下的表現，核心觀念在於理解胺基酸的側鏈在不同 pH 值下的質子化狀態，進而影響整個胜肽的整體電荷。

解題過程：

首先，我們需要知道生理 pH 大約是 7.4。接著，我們需要檢視這四個胺基酸（酪胺酸 Tyr, 天冬胺酸 Asp, 白胺酸 Ile, 甲硫胺酸 Met）的側鏈在生理 pH 下的質子化狀態。

1. 酪胺酸 (Tyrosine, Tyr): 酪胺酸的側鏈是一個酚羥基 (-OH)。酚羥基的 pKa 值大約是 10.09。由於生理 pH (7.4) 遠低於其 pKa 值，酚羥基將保持質子化狀態，帶有 -OH。

2. 天冬胺酸 (Aspartic acid, Asp): 天冬胺酸的側鏈是一個羧基 (-COOH)。其側鏈羧基的 pKa 值大約是 3.86。由於生理 pH (7.4) 遠高於其 pKa 值，側鏈羧基將會去質子化，帶有 -COO⁻ 的負電荷。

3. 白胺酸 (Isoleucine, Ile): 白胺酸的側鏈是一個烷基 (-CH₂CH₃)，是疏水性的，沒有離子化的官能基。因此，在生理 pH 下不帶電荷。

4. 甲硫胺酸 (Methionine, Met): 甲硫胺酸的側鏈是一個硫醚 (-CH₂CH₂SCH₃)，沒有離子化的官能基。因此，在生理 pH 下不帶電荷。

接下來，我們需要考慮胜肽鍵的形成。胜肽鍵是由一個胺基酸的 α-羧基與另一個胺基酸的 α-胺基脫水縮合而成。在胜肽鏈的兩端，會分別有一個游離的 α-胺基 (N-terminus) 和一個游離的 α-羧基 (C-terminus)。

• N-terminus (Tyr 的 α-胺基): α-胺基的 pKa 值通常在 9-10 之間。在生理 pH (7.4) 下，α-胺基會是質子化的狀態，帶有 +1 的正電荷 (-NH₃⁺)。
• C-terminus (Met 的 α-羧基): α-羧基的 pKa 值通常在 2-3 之間。在生理 pH (7.4) 下，α-羧基會是去質子化的狀態，帶有 -1 的負電荷 (-COO⁻)。

綜合以上所有部分在生理 pH (7.4) 下的電荷狀態：

• N-terminus (Tyr): +1
• Tyr 側鏈: 0 (酚羥基未去質子化)
• Asp 側鏈: -1 (側鏈羧基去質子化)
• Ile 側鏈: 0
• Met 側鏈: 0
• C-terminus (Met): -1

核心觀念

本題考查利用不同蛋白酶的切割專一性，將片段依序拼回完整胜肽。

• **胰蛋白酶（trypsin）**通常在 Lys（K）或 Arg（R）的羧基端切割。
• **胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）**通常在 Phe（F）、Tyr（Y）或 Trp（W）的羧基端切割。
• 同一條胜肽經不同酵素切割後，片段會在不同位置重疊；利用重疊的胺基酸排列，即可判定原序列。

解題方法

先看胰蛋白酶切割產物：

• Leu-Glu（LE）
• Gly-Tyr-Asn-Arg（GYNR）
• Gln-Ala-Phe-Val-Lys（QAFVK）

胰蛋白酶會在 Lys 或 Arg 後切割，因此 QAFVK 與 GYNR 都是以切割位點胺基酸結尾的片段；LE 則是胜肽的末端片段。胰蛋白酶片段的先後順序仍需依另一組片段判定。

再看胰凝乳蛋白酶切割產物：

• Gln-Ala-Phe（QAF）
• Val-Lys-Gly-Tyr（VK GY）
• Asn-Arg-Leu-Glu（NRLE）

核心觀念

本題考查胺基酸一級序列對局部蛋白質構形的提示：

• **甘胺酸（Gly）**側鏈只有氫原子，構形自由度高，常出現在轉角或彎折處。
• **脯胺酸（Pro）**的環狀側鏈限制主鏈構形，常造成主鏈彎折，也常出現在轉角附近。
• **半胱胺酸（Cys）**的側鏈含巰基，兩個巰基氧化後可形成二硫鍵，連接同一條多肽鏈的不同位置。

二硫鍵的形成可表示為：

$$2\mathrm{R{-}SH}\rightarrow \mathrm{R{-}S{-}S{-}R}+2\mathrm{H^+}+2\mathrm{e^-}$$

解題方法

先由左至右標記序列中的甘胺酸、脯胺酸與半胱胺酸，再依其結構特性判斷：

殘基位置	胺基酸	對構形的提示
7、20	甘胺酸	構形靈活，容易出現在轉角
9、21	脯胺酸	主鏈受限，常促成彎折或轉角

核心觀念

蛋白質在 $280\ \text{nm}$ 的紫外光吸收，主要來自芳香族胺基酸側鏈，其中色胺酸（Trp）的吸收最強，酪胺酸（Tyr）次之；苯丙胺酸（Phe）在此波長的吸收很弱。

依比耳－朗伯定律：

$$A=\varepsilon lc$$

其中 $A$ 為吸光度、$\varepsilon$ 為莫耳吸光係數、$l$ 為光徑長、$c$ 為濃度。比較題目中的胜肽時，假設各胜肽濃度與光徑長相同，吸光度主要由其芳香族殘基的組成決定。

解題方法

逐一統計各選項的 Trp、Tyr 與 Phe。判斷時先看 Trp 的數量，因為 Trp 對 $280\ \text{nm}$ 吸收的貢獻最大；若沒有 Trp，再比較 Tyr。Phe 在 $280\ \text{nm}$ 的貢獻很小，不能與 Trp 或 Tyr 等量看待。

選項分析

第 31 題：求多肽的等電點 (pI)

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核心觀念

本題考的是**多肽等電點（isoelectric point, pI）**的計算。

定義：等電點是使多肽淨電荷為零時的 pH 值。

關鍵公式：找到淨電荷由 $+1$ 變為 $0$ 再變為 $-1$ 的轉折區間，pI 即為夾住淨電荷 $= 0$ 那一段的兩個 $pK_a$ 值之平均：

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

觀念要點：

• 在多肽中，各胺基酸的 $\alpha$-胺基與 $\alpha$-羧基已形成肽鍵，不再具有可解離性。
• 唯一保留的主鏈可解離基團為：N 端胺基酸的 $\alpha$-NH₃⁺（用該胺基酸的 $pK_2$）與 C 端胺基酸的 $\alpha$-COOH（用該胺基酸的 $pK_1$）。
• 此外需考慮所有具可解離側鏈的殘基（$pK_R$）。

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解題方法

步驟一：辨識序列的 N 端與 C 端

多肽序列為 Lys–His–Trp–Ser–Gly–Gly–Leu–Arg–Pro–Gly。

位置	胺基酸	提供的可解離基團	使用的 $pK_a$
N 端	Lys	$\alpha$-NH₃⁺（主鏈）	$pK_2 = 8.95$
C 端	Gly	$\alpha$-COOH（主鏈）	$pK_1 = 2.34$

步驟二：列出所有可解離側鏈

逐一檢查序列中各殘基是否具有可解離側鏈（即表格中有 $pK_R$ 者）：

殘基	側鏈基團	$pK_R$	質子化時電荷
Lys	$\varepsilon$-NH₃⁺	10.53	$+1$
His	imidazolium	6.00	$+1$
Arg	guanidinium	12.48	$+1$
Trp	吲哚環（不解離）	—	—
Ser	羥基（一般條件下不解離）	—	—
Gly, Leu, Pro	無可解離側鏈	—	—

步驟三：彙整全部可解離基團並依 $pK_a$ 排序

本多肽共有 5 個可解離基團：

編號	基團	$pK_a$	酸鹼類型	質子化/去質子化電荷變化
①	C 端 $\alpha$-COOH	2.34	酸性	$0 \to -1$
②	His 側鏈	6.00	鹼性（陽離子酸）	$+1 \to 0$
③	N 端 $\alpha$-NH₃⁺	8.95	鹼性（陽離子酸）	$+1 \to 0$
④	Lys 側鏈 $\varepsilon$-NH₃⁺	10.53	鹼性（陽離子酸）	$+1 \to 0$

核心觀念

本題考查輔酶 Q（coenzyme Q，CoQ；又稱泛醌 ubiquinone）在粒線體電子傳遞鏈中的角色，以及它在複合體 III（cytochrome $bc_1$ complex）進行的 Q cycle 如何傳遞電子並建立質子電化學梯度。

CoQ 是脂溶性、可在粒線體內膜中移動的電子載體。它有三種氧化還原型態：

• 泛醌（Q）：氧化型，可接受電子與質子。
• 半醌（$Q^{\boldsymbol{\cdot}-}$ 或 $QH^{\boldsymbol{\cdot}}$）：接受一個電子後形成的中間體。
• 泛醇（$QH_2$）：還原型，可供出兩個電子與兩個質子。

其整體還原反應為：

$$Q + 2e^- + 2H^+ \rightleftharpoons QH_2$$

由於 CoQ 可攜帶兩個電子，卻能分兩次各傳遞一個電子，因此能連接一次傳遞兩個電子的載體與一次傳遞一個電子的載體。

生物功能

1. 在電子傳遞鏈中運送電子
   複合體 I（NADH dehydrogenase）與複合體 II（succinate dehydrogenase）將電子交給 CoQ，使 $Q$ 還原成 $QH_2$。$QH_2$ 在內膜中擴散至複合體 III，再將電子交出。因此，CoQ 是複合體 I、II 與 III 之間的可移動電子載體。

2. 協助建立質子電化學梯度
   CoQ 在複合體 III 的 Q cycle 中，將電子交給細胞色素 $c$，同時使質子累積於膜間腔、並從基質側攝取質子。這有助於建立質子動力勢，供 ATP 合成酶合成 ATP。

3. 參與脂質相中的抗氧化防禦
   還原型 $QH_2$ 可在膜內清除脂質過氧自由基，並協助再生維生素 E（生育酚）的抗氧化能力，保護膜脂質免受氧化損傷。

CoQ 也可將電子傳給其他粒線體酵素，例如二氫乳清酸去氫酶與硫化物：醌氧化還原酶，參與嘧啶生合成及硫化物氧化等反應。

解題方法：依電子去向說明 Q cycle

Q cycle 的關鍵，是複合體 III 的兩個醌結合位置：

• $Q_o$ 位點：朝向膜間腔側；$QH_2$ 在此氧化，將質子釋放至膜間腔。
• $Q_i$ 位點：朝向基質側；$Q$ 在此接受電子，並從基質攝取質子。

一個 $QH_2$ 帶有兩個電子，但電子分流至兩條路徑：

• 高電位路徑：電子經 Rieske 鐵硫蛋白（Fe-S protein）及細胞色素 $c_1$ 傳給細胞色素 $c$，一次使一個細胞色素 $c$ 還原。

核心觀念

本題考的是脂肪酸氧化與醣類代謝之間的互惠調控，常以「葡萄糖－脂肪酸循環」（Randle cycle）概括。脂肪酸分解會改變細胞內乙醯輔酶 A、檸檬酸與能量狀態，進而抑制糖解作用；在肝臟，脂肪酸氧化也提供糖質新生所需的能量，並以乙醯輔酶 A 活化關鍵酵素。

需區分兩件事：脂肪酸氧化可促進肝臟製造葡萄糖，但偶數碳脂肪酸的碳骨架不能在哺乳類中淨轉變為葡萄糖。

解題方法

從脂肪酸 β 氧化的產物出發，追蹤它們對糖解作用與糖質新生關鍵酵素的影響：

1. 乙醯輔酶 A 升高，抑制丙酮酸去氫酶並活化丙酮酸羧化酶。
   脂肪酸 β 氧化產生大量乙醯輔酶 A。乙醯輔酶 A 抑制丙酮酸去氫酶（PDH），使丙酮酸較少進入氧化代謝；同時活化丙酮酸羧化酶（PC），促進丙酮酸轉成草醯乙酸，進入糖質新生途徑。

$$\text{丙酮酸} + \text{CO}_2 + \text{ATP} \xrightarrow{\text{PC}} \text{草醯乙酸} + \text{ADP} + \text{P}_i$$

2. 檸檬酸與高能量狀態抑制糖解作用。
   β 氧化產生的乙醯輔酶 A 進入檸檬酸循環，脂肪酸氧化也使 ATP、NADH 增加。檸檬酸與 ATP 會抑制磷酸果糖激酶－1（PFK-1），降低果糖-6-磷酸轉為果糖-1,6-二磷酸的速率。檸檬酸也會促進果糖-1,6-二磷酸酶（FBPase-1）的作用，使碳流更偏向糖質新生。

核心觀念

肝醣是由葡萄糖逐步活化後合成的分枝多醣。合成時，葡萄糖先轉成尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-glucose），再由肝醣合成酶把葡萄糖單位接到肝醣鏈上。新形成的直鏈以 α-1,4 糖苷鍵連接，分枝則由分枝酶形成 α-1,6 糖苷鍵。

解題方法：依序追蹤葡萄糖的活化、起始與延長

1. 葡萄糖磷酸化
   己糖激酶或葡萄糖激酶使用 ATP，將葡萄糖轉成葡萄糖-6-磷酸（G6P）。

   $\text{Glucose}+\text{ATP}\rightarrow\text{G6P}+\text{ADP}$

2. 轉成葡萄糖-1-磷酸
   磷酸葡萄糖變位酶催化 G6P 轉成葡萄糖-1-磷酸（G1P）。

   $\text{G6P}\rightleftharpoons\text{G1P}$

3. 活化為 UDP-glucose
   UDP-glucose 焦磷酸化酶催化 G1P 與 UTP 反應，生成 UDP-glucose 和焦磷酸（PPi）。PPi 隨後水解成兩個無機磷酸，推動反應朝生成 UDP-glucose 的方向進行。

   $\text{G1P}+\text{UTP}\rightarrow\text{UDP-glucose}+\text{PPi}$

   $\text{PPi}+\text{H}_2\text{O}\rightarrow 2\text{Pi}$

4. 建立起始鏈並延長肝醣
   肝醣合成需要起始物。肝醣蛋白（glycogenin）先以自身的酪胺酸殘基接上葡萄糖，並形成短的 α-1,4 鏈段。

核心觀念

本題考查血基質（heme）的生合成途徑：由甘胺酸與琥珀醯輔酶 A 形成 δ-胺基乙醯丙酸（ALA），經一連串反應建立卟啉環，最後將亞鐵離子插入原卟啉 IX。此途徑共有八個酵素步驟，分布於粒線體與細胞質；首步及末段反應在粒線體進行，中間步驟主要在細胞質進行。NCBI Bookshelf：血基質合成；血基質合成酵素綜述

記憶主線為：

$$\text{甘胺酸＋琥珀醯輔酶 A} \rightarrow \text{ALA} \rightarrow \text{PBG} \rightarrow \text{HMB} \rightarrow \text{尿卟啉原 III} \rightarrow \text{糞卟啉原 III} \rightarrow \text{原卟啉原 IX} \rightarrow \text{原卟啉 IX} \rightarrow \text{血基質}$$

解題方法與反應順序

依序追蹤「前驅物形成、四個吡咯單體接合成環、側鏈修飾、插入鐵」四個階段；作答時同時標明酵素與細胞區室。

步驟	反應	酵素與位置
1	甘胺酸與琥珀醯輔酶 A 縮合，形成 ALA，並釋出二氧化碳與輔酶 A	ALA 合成酶（ALAS），粒線體；需要磷酸吡哆醛（PLP，維生素 B₆）
2	兩分子 ALA 縮合形成一分子膽色素原（PBG）	ALA 脫水酶，又稱 PBG 合成酶；細胞質；需要鋅