114 年 國立臺灣大學生化科技系碩士班《生物化學（C）》

本題主要在比較 RNA 合成（轉錄）與 DNA 合成（複製）的異同。

(A) 轉錄起始時，RNA 聚合酶需要與啟動子結合，但通常不需要移除核小體。在真核生物中，染色質重塑（chromatin remodeling）確實是轉錄調控的一部分，但並非所有 RNA 合成起始的必要步驟，且 DNA 複製也需要進行染色質重塑以移除或重組核小體。因此此敘述不正確。

(B) RNA 聚合酶在轉錄過程中確實較少有校對（proofreading）功能，其錯誤率相對較高。相較之下，DNA 聚合酶通常具有 3'-5' 外切酶（exonuclease）活性，能移除錯配的核苷酸，進行校對，確保 DNA 複製的準確性。此敘述正確。

核心觀念

光合作用可分為兩個主要階段：

1. 光反應（light-dependent reactions）：位於葉綠體類囊體膜，利用光能產生 ATP、NADPH，並分解水釋放氧氣。
2. 卡爾文循環（Calvin cycle）：位於葉綠體基質，利用 ATP 與 NADPH 將二氧化碳還原並合成醣類。

氧氣與葡萄糖是光合作用常見的淨產物；ATP 與 NADPH 雖會在後續反應中被消耗，但確實是光反應的產物。水則是光合作用的主要反應物之一。

光合作用的總反應式可表示為：

$$6CO_2+6H_2O+\text{光能} \rightarrow C_6H_{12}O_6+6O_2$$

因此，水在總反應中是反應物，而非淨產物。

解題方法

判斷各選項是否為光合作用產物，須區分：

• 光反應中形成的產物；
• 卡爾文循環中形成的產物；
• 光合作用總反應式中的淨產物。

光反應主要產生：

$$\text{光能}+H_2O+NADP^+ + ADP+P_i \rightarrow O_2+NADPH+ATP$$

其中水被光解，提供電子與質子，並釋放氧氣。接著，ATP 與 NADPH 供卡爾文循環使用，合成醣類。

因此，ATP、NADPH 屬於光反應產物；葡萄糖與氧氣則是光合作用的代表性產物。水則是被消耗的反應物。

選項分析

(A) Glucose（葡萄糖）

肉鹼（Carnitine）在脂肪酸代謝中扮演關鍵角色，特別是長鏈脂肪酸的運輸進入粒線體進行 $\beta$-氧化。長鏈脂肪酸無法直接穿過粒線體內膜，需要透過肉鹼載體系統（carnitine shuttle）將其從細胞質運送至粒線體基質。這個系統包括肉鹼棕櫚醯轉移酶 I (CPT I) 和肉鹼棕櫚醯轉移酶 II (CPT II)，以及肉鹼-醯基肉鹼轉位酶 (carnitine-acylcarnitine translocase, CACT)。

若肉鹼轉運體（carnitine transporter）或相關的肉鹼代謝系統有缺陷，將會導致長鏈脂肪酸無法有效地進入粒線體進行 $\beta$-氧化。

(A) 脂肪酸（特別是長鏈脂肪酸）無法進入粒線體進行氧化。這是肉鹼轉運體缺陷最直接的後果。
(B) 葡萄糖主要在細胞質進行醣解作用（glycolysis），產生丙酮酸，丙酮酸再進入粒線體進行檸檬酸循環（citric acid cycle）和氧

本題在考驗對 DNA 和各種 RNA 分子功能的理解。

(A) DNA（去氧核糖核酸）在生物體中主要負責儲存遺傳訊息，是遺傳物質。此敘述正確。
(B) mRNA（信使 RNA）負責將 DNA 的遺傳訊息轉錄下來，並攜帶至核糖體，作為蛋白質合成的模板。此敘述正確。

在無氧條件下，細胞無法進行需要氧氣作為最終電子接受者的有氧呼吸途徑。

(A) 電子傳遞鏈（Electron transport chain）和 (B) 氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation）是細胞呼吸產生大量 ATP 的主要階段，但它們都需要氧氣作為最終電子接受者，因此在無氧條件下無法進行。
(C) 醣解作用（Glycolysis）是一個無氧過程，發生在細胞質，將葡萄糖分解為丙酮酸，並在此過程中產生少量 ATP（淨生成 2 分子 ATP）和 NADH。

此題考查從頭開始合成脂肪酸（de novo fatty acid synthesis）的關鍵酶。

從頭合成脂肪酸主要發生在細胞質，主要由一個大型的多功能酶複合物——脂肪酸合成酶（Fatty acid synthase, FAS）催化。FAS 包含多個催化單元，負責將乙醯輔酶 A (acetyl-CoA) 和丙二醯輔酶 A (malonyl-CoA) 延伸成長鏈脂肪酸。

(A) 乙醯輔酶 A 羧化酶（Acetyl-CoA carboxylase, ACC）是脂肪酸合成的起始和調控步驟的關鍵酶，它催化乙醯輔酶 A 羧化生成丙二醯輔酶 A，這是第一個不可逆的步驟，但它本身不負責鏈的延伸。
(B) 醯基輔酶 A 脫氫酶（Acyl-CoA dehydrogenase）是脂肪酸 $\beta$-氧化（分解）過程中的酶，而非合成過程。
(C) 脂肪酸合成酶（Fatty acid synthase, FAS）是一個大型複合物，包含多種酶活性，負責將乙醯輔酶 A 和丙二醯輔酶 A 逐步延伸，合成飽和脂肪酸（通常是棕櫚酸）。

檸檬酸循環（Citric acid cycle）是細胞呼吸過程中的一個關鍵代謝通路，負責氧化乙醯輔酶 A，產生 ATP（或 GTP）、NADH、FADH2 和 CO2。循環中的幾個步驟受到嚴格調控，以適應細胞的能量需求。

(A) 檸檬酸合成酶（Citrate synthase）催化乙醯輔酶 A 與草醋酸鹽縮合生成檸檬酸，這是檸檬酸循環的起始步驟，但不是速率限制步驟，且主要受底物濃度調控。
(B) $\alpha$-酮戊二酸脫氫酶複合物（$\alpha$-ketoglutarate dehydrogenase complex）催化 $\alpha$-酮戊二酸轉化為琥珀醯輔酶 A，此步驟的產物 NADH 和 ATP（或 GTP）會抑制此酶，它也是一個重要的調控點，但不是最主要的速率限制步驟。

核心觀念

本題考查真核生物翻譯作用、核糖體各功能位置、tRNA 結構，以及 aminoacyl-tRNA synthetase（胺醯-tRNA 合成酶）的辨識機制。

翻譯正確性的關鍵包括：

1. 核糖體小次單元負責 mRNA 解碼與起始密碼子辨識。
2. 核糖體大次單元負責肽鍵形成。
3. tRNA 必須先由專一的 aminoacyl-tRNA synthetase 接上正確胺基酸。
4. aminoacyl-tRNA synthetase 會辨識胺基酸的側鏈特徵，以及 tRNA 上的身份辨識元素，包括部分 tRNA 的 anticodon（反密碼子）。
5. 核糖體依序具有 A site、P site、E site：
   • A site：aminoacyl-tRNA 進入的位置
   • P site：攜帶正在延伸之胜肽鏈的 tRNA 所在位置
   • E site：去醯化 tRNA 離開的位置

解題方法

逐一比對各選項與上述標準功能：

• 核糖體大小次單元的功能是否顛倒？
• A、P、E 三個位置的功能是否正確？
• 真核翻譯起始因子的作用位置是否正確？
• tRNA 各結構區域與 aminoacyl-tRNA synthetase、核糖體的關係是否正確？

其中，胺醯化反應可概括為兩步：

$$\text{amino acid}+\text{ATP} \rightarrow \text{aminoacyl-AMP}+\text{PP}_i$$ $$\text{aminoacyl-AMP}+\text{tRNA} \rightarrow \text{aminoacyl-tRNA}+\text{AMP}$$

合成酶必須同時確認胺基酸與 tRNA 的身份，才能避免錯誤胺基酸被接到 tRNA 上。

選項分析

(A) 錯誤。

功能正好顛倒。核糖體小次單元負責：

• 結合 mRNA
• 辨識起始密碼子
• 進行 codon–anticodon 配對與解碼

核糖體大次單元則具有 peptidyl transferase activity，負責催化胺基酸之間的肽鍵形成。因此不是小次單元形成肽鍵，也不是大次單元掃描 mRNA。

(B) 正確。

aminoacyl-tRNA synthetase 必須辨識兩類資訊：

1. 胺基酸本身的結構，尤其是側鏈的大小、電荷、極性與官能基。
2. 對應 tRNA 的身份辨識元素，例如 anticodon、acceptor stem 或其他特定鹼基與三維結構。

核心觀念

膽固醇合成屬於異戊二烯類脂質的合成途徑，主要在肝臟細胞的細胞質與滑面內質網進行。其主要路徑如下：

$$\text{Acetyl-CoA} \rightarrow \text{Acetoacetyl-CoA} \rightarrow \text{HMG-CoA} \rightarrow \text{Mevalonate} \rightarrow \text{Isopentenyl pyrophosphate} \rightarrow \text{Farnesyl pyrophosphate} \rightarrow \text{Squalene} \rightarrow \text{Lanosterol} \rightarrow \text{Cholesterol}$$

因此，判斷各選項是否為膽固醇合成的前驅物或中間產物，即可找出不屬於此途徑的物質。

解題方法

膽固醇合成的起點是兩分子的 Acetyl-CoA：

$$2\text{ Acetyl-CoA} \rightarrow \text{Acetoacetyl-CoA}$$

接著再加入一分子 Acetyl-CoA，形成 HMG-CoA：

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

HMG-CoA 經由 HMG-CoA reductase 還原成 Mevalonic acid，之後經磷酸化與脫羧形成活化異戊二烯單位，逐步合成 Squalene，最後轉變為膽固醇。

Phosphatidic acid 則是甘油磷脂與三酸甘油酯合成途徑中的重要中間產物，不在膽固醇合成途徑內。

選項分析

(A) Acetyl-CoA

正確。Acetyl-CoA 是膽固醇合成的起始原料。三分子 Acetyl-CoA 先經由 Thiolase 與 HMG-CoA synthase 反應，形成 HMG-CoA，進入後續的 mevalonate pathway。

(B) Acetoacetyl-CoA

正確。Acetoacetyl-CoA 是兩分子 Acetyl-CoA 由 Thiolase 催化縮合形成的產物，也是 HMG-CoA 合成的直接前驅物。

(C) Mevalonic acid

從頭合成嘌呤核苷酸（de novo purine nucleotide synthesis）是一個複雜的過程，涉及多個步驟，需要多種小分子作為原料。這個過程在細胞質中進行，最終形成次黃嘌呤核苷酸（IMP），然後進一步轉化為腺苷酸（AMP）和鳥苷酸（GMP）。

合成嘌呤環（環戊烯哌啶環和咪唑環）的原子來源包括：

• 第 1 位氮原子：來自天門冬胺酸 (Aspartate) 的氨基。
• 第 3 位氮原子：來自穀氨醯胺 (Glutamine) 的氨基。
• 第 9 位氮原子：來自穀氨醯胺 (Glutamine) 的另一個氨基。

DNA 損傷修復機制有多種，其中修復雙股斷裂 (double-strand breaks, DSBs) 主要有兩種途徑：

(A) 非同源末端連接 (Non-homologous end joining, NHEJ)：這是真核生物中修復 DSBs 的主要途徑。它直接將斷裂的 DNA 末端連接起來，不需要同源模板。NHEJ 過程相對較快，但容易產生插入或缺失突變，因為斷裂末端可能需要被修剪或填補。
(B) 同源重組 (Homologous recombination, HR)：這是一種精確的修復途徑，它利用同源 DNA 序列（來自姊妹染色單體或同源染色體）作為模板來修復斷裂。HR 過程複雜，但能準確地恢復原始 DNA 序列，因此在細胞分裂的 S 期和 G2 期（當有姊妹染色單體可作為模板時）更為活躍。

磷酸果糖激酶-1 (Phosphofructokinase-1, PFK-1) 是醣解作用（glycolysis）中的一個關鍵調控酶，催化果糖-6-磷酸 (fructose-6-phosphate) 轉化為果糖-1,6-二磷酸 (fructose-1,6-bisphosphate)。這個反應是醣解作用的第二個不可逆步驟，也是一個重要的速率限制步驟。PFK-1 的活性受到細胞能量狀態的嚴格調控。

(A) ATP：ATP 本身既是醣解作用的產物，也是底物（在 PFK-1 反應中）。當細胞能量充足時，ATP 水平高，ATP 會與 PFK-1 的變構位點結合，抑制酶的活性，減緩醣解作用。然而，ATP 也可以作為底物與 PFK-1 的活性位點結合。因此，ATP 在高濃度時是抑制劑，在低濃度時（與 ADP 比例低時）則相對不抑制。

核心觀念

Cyclin-dependent kinases（CDKs，細胞週期蛋白依賴性激酶）是推動細胞週期進程的絲胺酸／蘇胺酸蛋白激酶。CDK 本身通常需要與特定 cyclin 結合後才具有適當活性；不同的 cyclin-CDK 複合體在細胞週期不同階段活化，並磷酸化特定標的蛋白。

CDK 活性主要受到下列機制調控：

• cyclin 與 CDK 的基因表現量；
• cyclin-CDK 複合體的磷酸化與去磷酸化；
• cyclin 或其他調控蛋白的泛素化與蛋白質降解；
• CDK inhibitor（CDK 抑制蛋白）的結合。

因此，CDK 活性並非固定不變，而是隨細胞週期階段呈現週期性波動。

解題方法

本題應逐項判斷各敘述是否符合 CDK 的基本調控原理。判斷重點在於：

1. CDK 是否需要 cyclin 調控；
2. CDK 活性是否會隨細胞週期改變；
3. CDK 活性是否受表現、磷酸化與降解控制；
4. CDK 是否能調節推動細胞週期的蛋白質；
5. 題目所述的細胞類型差異，是否為 CDK 複合體分類的主要原則。

細胞週期中的 cyclin-CDK 複合體主要依照「細胞週期階段」分工，例如：

• G1期：Cyclin D-CDK4／6；
• G1/S轉換：Cyclin E-CDK2；
• S期：Cyclin A-CDK2；
• G2／M期：Cyclin A／B-CDK1。

因此，若敘述把複合體的主要差異歸因於「不同類型細胞」，而非「不同細胞週期階段」，即不符合本題所要測試的標準概念。

選項分析

(A) 錯誤。
此敘述稱不同類型的細胞會透過不同的 CDK 複合體與特定 cyclin 調控細胞週期。CDK 複合體的核心分工主要是依照細胞週期階段而定，而非以不同細胞類型作為基本分類原則。

核心觀念

糖解作用（glycolysis）與糖質新生（gluconeogenesis）大致沿著相反方向進行，但糖解作用中有 3 個高度不可逆反應，糖質新生必須以替代反應繞過：

1. Hexokinase／glucokinase：
   $\text{Glucose}\rightarrow\text{Glucose-6-phosphate}$

2. Phosphofructokinase-1（PFK-1）：
   $\text{Fructose-6-phosphate}\rightarrow\text{Fructose-1,6-bisphosphate}$

3. Pyruvate kinase：
   $\text{Phosphoenolpyruvate}\rightarrow\text{Pyruvate}$

除了上述 3 個步驟外，糖解作用的其他反應通常具有可逆性，因此也可作為糖質新生的共同反應，只是進行方向相反。

解題方法

判斷各選項是否為兩條代謝途徑共用的反應，重點是確認：

• 反應是否屬於糖解作用中的可逆步驟；
• 糖質新生是否能直接利用同一個酵素進行逆向反應；
• 若是糖解作用的不可逆步驟，糖質新生是否改用繞道反應。

糖解作用中，下列反應屬於可逆反應：

$$\text{Glucose-6-phosphate} \rightleftharpoons \text{Fructose-6-phosphate}$$ $$\text{Fructose-1,6-bisphosphate} \rightleftharpoons \text{Glyceraldehyde-3-phosphate} + \text{Dihydroxyacetone phosphate}$$ $$\text{Dihydroxyacetone phosphate} \rightleftharpoons \text{Glyceraldehyde-3-phosphate}$$

因此，B、C、D 都是糖解作用與糖質新生共用的可逆反應。

選項分析

(A) Phosphoenolpyruvate to pyruvate

此反應由 pyruvate kinase 催化：

$$\text{PEP}+\text{ADP} \rightarrow \text{Pyruvate}+\text{ATP}$$

這是糖解作用的不可逆步驟之一。糖質新生不能直接以 pyruvate kinase 的逆反應生成 PEP，而是採用兩步繞道：

$$\text{Pyruvate}+\text{CO}_2+\text{ATP} \rightarrow \text{Oxaloacetate}+\text{ADP}+P_i$$

接著：

$$\text{Oxaloacetate}+\text{GTP} \rightarrow \text{PEP}+\text{GDP}+\text{CO}_2$$

因此，A 不是兩條途徑共用的直接反應，錯誤。

(B) Glucose-6-phosphate to fructose-6-phosphate

核心觀念

電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC）與氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）是發生在粒線體內膜上的兩個相互耦聯過程：

1. 電子傳遞鏈接收 NADH、FADH₂ 所攜帶的高能電子，經由複合體 I、III、IV 傳遞給最終電子受體氧氣，形成水。
2. 電子傳遞所釋放的能量，驅動複合體 I、III、IV 將 $H^+$ 從粒線體基質泵入膜間腔，建立質子電化學梯度。
3. 氧化磷酸化利用 $H^+$ 經 ATP synthase 回流基質時釋放的能量，催化：

$$ADP + P_i \rightarrow ATP$$

因此，電子傳遞鏈負責建立質子梯度，氧化磷酸化則利用此梯度合成 ATP。

解題方法

判斷兩者關係時，依序確認三件事：

• 電子的來源：主要是 NADH 與 FADH₂。
• 質子梯度的建立者：電子傳遞鏈。
• ATP 的合成者：ATP synthase 所進行的氧化磷酸化。

電子傳遞鏈本身不是「電子供體」，而是一系列負責傳遞電子的蛋白質複合體。氧化磷酸化也不是電子受體；電子傳遞鏈的最終電子受體是氧氣。

兩者並非彼此獨立，而是透過質子梯度緊密耦聯。

選項分析

(A) The electron transport chain serves as the electron donor for oxidative phosphorylation.

錯誤。

電子傳遞鏈不是提供電子的供體。NADH 與 FADH₂ 才是電子來源，電子傳遞鏈負責將電子逐步傳遞給氧氣。氧化磷酸化的直接能量來源是質子動力勢，而非電子傳遞鏈作為電子供體。

核心觀念

磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, PPP）具有兩項主要功能：

1. 產生 NADPH，供脂肪酸、膽固醇等還原性生合成反應使用，也可維持細胞內還原態麩胱甘肽。
2. 產生 核糖-5-磷酸（ribose-5-phosphate），作為核苷酸合成的五碳糖骨架。

因此，題幹兩個空格應分別填入：

$$\text{NADPH；ribose-5-phosphate}$$

解題方法

判斷磷酸戊糖途徑的兩個分支即可：

• 氧化階段：葡萄糖-6-磷酸經氧化產生 NADPH，並形成核酮糖-5-磷酸。
• 非氧化階段：核酮糖-5-磷酸可轉換成核糖-5-磷酸；核糖-5-磷酸進一步用於合成核苷酸。

其中，NADPH 是同化反應的重要還原力，ribose-5-phosphate 則是核苷酸生合成的直接前驅物。

選項分析

• (A) ATP; fructose-6-phosphate：錯誤。
  磷酸戊糖途徑的主要能量產物不是 ATP，而是 NADPH。Fructose-6-phosphate（果糖-6-磷酸）是糖解作用的中間物，雖可由非氧化階段產生或相互轉換，但不是核苷酸生合成所需的五碳糖前驅物。

• (B) NADPH; fructose-1,6-bisphosphate：錯誤。
  NADPH 第一個填空正確，但 fructose-1,6-bisphosphate（果糖-1,6-二磷酸）是糖解作用的關鍵中間物，並非核苷酸合成的前驅物。

核心觀念

電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC）與氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）是發生在粒線體內膜上的兩個相互耦聯過程：

1. 電子傳遞鏈接收 NADH、FADH₂ 所攜帶的高能電子，經由複合體 I、III、IV 傳遞給最終電子受體氧氣，形成水。
2. 電子傳遞所釋放的能量，驅動複合體 I、III、IV 將 $H^+$ 從粒線體基質泵入膜間腔，建立質子電化學梯度。
3. 氧化磷酸化利用 $H^+$ 經 ATP synthase 回流基質時釋放的能量，催化：

$$ADP + P_i \rightarrow ATP$$

因此，電子傳遞鏈負責建立質子梯度，氧化磷酸化則利用此梯度合成 ATP。

解題方法

判斷兩者關係時，依序確認三件事：

• 電子的來源：主要是 NADH 與 FADH₂。
• 質子梯度的建立者：電子傳遞鏈。
• ATP 的合成者：ATP synthase 所進行的氧化磷酸化。

電子傳遞鏈本身不是「電子供體」，而是一系列負責傳遞電子的蛋白質複合體。氧化磷酸化也不是電子受體；電子傳遞鏈的最終電子受體是氧氣。

兩者並非彼此獨立，而是透過質子梯度緊密耦聯。

選項分析

(A) The electron transport chain serves as the electron donor for oxidative phosphorylation.

錯誤。

電子傳遞鏈不是提供電子的供體。NADH 與 FADH₂ 才是電子來源，電子傳遞鏈負責將電子逐步傳遞給氧氣。氧化磷酸化的直接能量來源是質子動力勢，而非電子傳遞鏈作為電子供體。

本題考查酶抑制劑的種類及其與底物濃度的關係。

酶抑制劑可以分為幾種類型，其中競爭性抑制劑的抑制作用可以被增加底物濃度所克服。

(A) 競爭性抑制劑 (Competitive inhibitor)：此類抑制劑結構與底物相似，會與底物的活性位點競爭結合。當底物濃度遠高於抑制劑濃度時，底物有更大的機會與酶結合，從而克服抑制劑的影響。因此，增加底物濃度可以克服競爭性抑制劑的作用。
(B) 非競爭性抑制劑 (Non-competitive inhibitor)：此類抑制劑與底物不競爭活性位點，而是結合到酶的變構位點，改變酶的構象，從而降低酶的活性。

CRISPR-Cas9 是一種強大的基因編輯工具，但其應用和局限性需要被理解。

(A) CRISPR-Cas9 系統能夠精確地識別目標 DNA 序列並進行切割，從而引入特定的基因突變或進行基因修復。此敘述正確。
(B) CRISPR-Cas9 的一個潛在問題是「脫靶效應」（off-target effects），即 Cas9 酶可能在非預期的 DNA 位點切割，導致意想不到的突變。此敘述正確。

本題考查生物體內的氮代謝。

(A) 穀氨醯胺合成酶（Glutamine synthetase）確實催化穀氨酸 (glutamate) 與氨 (ammonia) 在 ATP 參與下合成穀氨醯胺 (glutamine)。這個反應是氮同化（nitrogen assimilation）過程中的一個重要步驟，也是一個主要的調控點，因為穀氨醯胺是氨的主要載體和儲存形式，也是其他含氮化合物合成的氨源。此敘述正確。
(B) 尿素循環（Urea cycle）是大多數陸生脊椎動物（包括人類）將過量的氨轉化為毒性較低的尿素，並從體內排出的主要途徑。此敘述正確。
(C) 固氮作用（Nitrogen fixation）是由固氮酶（nitrogenase）催化，將大氣中的氮氣（N2）還原為氨（NH3）的過程。這個過程需要消耗大量的 ATP，並且固氮酶對氧氣非常敏感，氧氣會使其失活，因此固氮作用通常發生在厭氧環境或含有保護機制（如異細胞鞘）的生物體中。此敘述正確。

本題考查胰島素 (insulin) 和升糖素 (glucagon) 在血糖恆定中的作用。

(A) 胰島素的主要作用是降低血糖，促進葡萄糖的儲存和利用。它促進糖質新生 (glycogenesis) 和葡萄糖的細胞攝取，並抑制糖質分解 (glycogenolysis) 和糖質新生 (gluconeogenesis)。升糖素則相反，它升高血糖，促進糖質分解和糖質新生。此敘述完全顛倒了它們的作用。
(B) 胰島素確實透過增加細胞膜上 GLUT4 轉運蛋白的數量，促進肌肉和脂肪組織對葡萄糖的攝取。升糖素主要作用於肝臟，透過促進肝醣分解 (glycogenolysis) 和糖質新生 (gluconeogenesis) 來增加肝臟產生的葡萄糖釋放到血液中，從而提高血糖。此敘述正確。

本題考查致癌基因 (oncogenes) 和抑癌基因 (tumor suppressor genes) 的概念。

(A) 原癌基因 (proto-oncogenes) 是正常基因，其突變後可能轉化為致癌基因。激活突變 (activating mutations) 會導致原癌基因獲得異常的結構或功能，表現出過度活躍，促進細胞不受控制的增殖。此敘述正確。
(B) 抑癌基因的功能是抑制細胞生長和增殖。根據「兩擊假說」（two-hit hypothesis），通常需要兩個等位基因都發生突變或失活，才能完全喪失抑癌基因的功能，導致細胞生長失控。此敘述正確。
(C) 致癌基因的突變通常是顯性 (dominant) 的，因為一個拷貝的突變就足以引起細胞的異常行為（功能獲得）。

核心觀念

本題考查各類激素或神經傳導物質的生合成前驅物：

• 胺基酸衍生物：由特定胺基酸經羥化、脫羧、碘化等反應形成。
• 類固醇激素：由膽固醇衍生，並非由胺基酸衍生。
• Serotonin、Dopamine、Epinephrine 均源自酪胺酸或色胺酸。
• Thyroxine（T4） 源自酪胺酸殘基，經碘化與偶聯形成。
• Testosterone 源自膽固醇，屬於類固醇激素。

解題方法

逐一判斷各物質的生合成前驅物：

1. 若前驅物是 tryptophan 或 tyrosine，則屬於胺基酸衍生物。
2. 若前驅物是 cholesterol，則屬於類固醇激素，不是胺基酸衍生物。

因此，只要找出由膽固醇合成的選項即可。

選項分析

(A) Serotonin

Serotonin（5-hydroxytryptamine，5-HT）由色胺酸（tryptophan）合成：

$$\text{Tryptophan} \xrightarrow{\text{羥化}} 5\text{-Hydroxytryptophan} \xrightarrow{\text{脫羧}} \text{Serotonin}$$

因此，Serotonin 是胺基酸色胺酸的衍生物。本選項錯誤。

(B) Thyroxine（T4）

甲狀腺素 T4 的基本骨架來自酪胺酸（tyrosine）殘基。甲狀腺球蛋白上的酪胺酸先被碘化，形成 MIT 與 DIT，再經偶聯反應生成 T4：

$$\text{DIT}+\text{DIT}\rightarrow \text{T4}$$

T4 名稱中的「4」代表分子含有四個碘原子。雖然其結構經過碘化與偶聯修飾，來源仍屬酪胺酸衍生物。本選項錯誤。

(C) Dopamine

Dopamine 由酪胺酸合成：

核心觀念

分泌蛋白遵循「內膜系統」運輸途徑：

$$\text{核糖體} \rightarrow \text{粗糙內質網} \rightarrow \text{高基氏體} \rightarrow \text{分泌囊泡}$$

分泌蛋白先在粗糙內質網中合成並進入內質網腔，接著由囊泡運送至高基氏體。高基氏體負責進一步修飾蛋白質，例如醣鏈加工、蛋白水解與磷酸化，並依據蛋白質上的辨識訊號，將其分選至細胞膜、細胞外或溶酶體等目的地。

因此，題幹所述「modification and sorting of secretory proteins」主要指向高基氏體。

解題方法

判斷關鍵在於區分：

• 內質網：負責分泌蛋白的初步合成、摺疊與品質管制。
• 高基氏體：負責分泌蛋白的後續修飾、分類與包裝。

題目同時使用「modification」與「sorting」兩個關鍵字，其中「sorting」尤其是高基氏體的典型功能。因此正確答案為 Golgi apparatus。

選項分析

(A) Endoplasmic reticulum，內質網

錯誤。粗糙內質網上的核糖體可合成分泌蛋白，蛋白質進入內質網腔後也會進行初步摺疊、二硫鍵形成及部分醣基化。然而，分泌蛋白的主要後續修飾與分選是在高基氏體完成。

苯酮尿症（Phenylketonuria, PKU）是一種遺傳性代謝疾病，其特徵是體內苯丙胺酸 (phenylalanine) 的代謝異常。

苯丙胺酸在正常情況下，會被肝臟中的苯丙胺酸羥化酶（phenylalanine hydroxylase, PAH）催化，轉化為酪胺酸 (tyrosine)。如果苯丙胺酸羥化酶缺乏或活性低下，苯丙胺酸就會在體內積聚，並轉化為苯丙酮酸 (phenylpyruvate) 和其他副產物，這些物質對神經系統有毒害作用，導致智力低下等症狀。

(A) 苯丙胺酸羥化酶 (Phenylalanine hydroxylase)：這是 PKU 的致病酶，其缺陷導致苯丙胺酸無法被有效轉化為酪胺酸。

本題要求畫出五種特定氨基酸的側鏈（R 基團）。典型的氨基酸中心碳原子（$\alpha$-碳）除了甘胺酸外，都帶有四個不同的取代基，因此是手性碳。側鏈決定了氨基酸的化學性質。

1. 甲硫胺酸 (Methionine)：側鏈是一個含有硫原子的烷基鏈。
   R = -CH2-CH2-S-CH3
   結構式：

       H
       |
   H2N-C-COOH
       |
     CH2
       |
     CH2
       |
     S-CH3
   

   （只畫 R 基團：-CH2-CH2-S-CH3）

2. 離胺酸 (Lysine)：側鏈是一個長烷基鏈，末端帶有一個帶正電荷的 $\epsilon$-氨基。
   R = -(CH2)4-NH2
   結構式：

       H
       |
   H2N-C-COOH
       |
     (CH2)4
       |
      NH2
   

   （只畫 R 基團：-(CH2)4-NH2）

3. 酪胺酸 (Tyrosine)：側鏈是一個酚環（苯環），帶有一個羥基。
   R = -CH2- $\phi$-OH (其中 $\phi$ 代表苯環)
   結構式：

本題考查肌紅蛋白 (myoglobin) 和血紅蛋白 (hemoglobin) 的氧結合特性、結構與病理。

(A) How do they bind oxygen?
肌紅蛋白和血紅蛋白都含有血基質（heme）輔基，血基質的中心是鐵離子（Fe2+）。氧氣分子 (O2) 通過共價鍵與血基質中的亞鐵離子 (Fe2+) 發生非共價的配位鍵結合。在結合氧氣時，鐵離子會從 +2 價保持不變，但其電子狀態會發生微小變化，並且與氧氣形成一個氧合鐵離子（oxyferrous ion）。這個結合是可逆的。

• 血紅蛋白：有四個亞基，每個亞基有一個血基質，因此一個血紅蛋白分子可以結合四個氧氣分子。氧氣結合後會引起血紅蛋白構象的變化（從 T 態變為 R 態）。
• 肌紅蛋白：只有一個亞基，有一個血基質，因此只能結合一個氧氣分子。

(B) Please describe the pH effect on O2 binding to hemoglobin.
pH 會影響血紅蛋白對氧氣的親和力，這種現象稱為波爾效應 (Bohr effect)。

• 低 pH 值（酸性環境）：當血紅蛋白處於低 pH 值時（例如在活躍的肌肉組織中，由於代謝產生 CO2 和乳酸，pH 降低），血紅蛋白更容易釋放氧氣。這是因為低 pH 值會使血紅蛋白的某些氨基酸殘基（如組氨酸）質子化，促進血紅蛋白從高親和力的 R 態轉變為低親和力的 T 態，從而降低其對氧氣的親和力。
• 高 pH 值（鹼性環境）：當血紅蛋白處於高 pH 值時（例如在肺部，CO2 濃度低，pH 升高），血紅蛋白對氧氣的親和力增強，更容易結合氧氣。

(C) Please describe the allosteric regulation modulated by 2,3-bisphosphoglycerate for regulating O2 binding to hemoglobin.
2,3-二磷酸甘油酸 (2,3-bisphosphoglycerate, 2,3-BPG) 是一種在紅血球中發現的代謝中間產物，它是一種重要的變構調節劑，能降低血紅蛋白對氧氣的親和力。

• 結合機制：2,3-BPG 會結合到血紅蛋白的 T 態（低氧親和力構象）的中心空腔中，與血紅蛋白的 $\beta$ 亞基上的帶正電的氨基酸殘基（如組氨酸、賴氨酸）發生靜電相互作用。

本題考查碳水化合物的結構、性質和分類。

(A) Sucrose and trehalose are consisted of what kinds of monosaccharides, respectively?

• 蔗糖 (Sucrose)：是由葡萄糖 (glucose) 和果糖 (fructose) 縮合而成。具體來說，是 $\alpha$-D-葡萄糖的 C1 與 $\beta$-D-果糖的 C2 之間形成了 $\alpha, \beta$(1$\rightarrow$2) 糖苷鍵。
• 海藻糖 (Trehalose)：是由兩個葡萄糖分子縮合而成，具體來說，是 $\alpha$-D-葡萄糖的 C1 與另一個 $\alpha$-D-葡萄糖的 C1 之間形成了 $\alpha, \alpha$(1$\rightarrow$1) 糖苷鍵。

(B) What is the definition of reducing sugar?
還原糖 (reducing sugar) 是指在其分子中含有游離的半縮醛（hemiacetal）或半縮酮（hemiketal）結構的糖。這些結構可以在鹼性條件下轉化為游離的醛基或酮基，從而能夠還原某些試劑（如費林試劑、本尼迪克特試劑），故名還原糖。單醣（如葡萄糖、果糖）和大多數雙醣（如麥芽糖、乳糖）都是還原糖。

(C) Are sucrose and trehalose all reducing sugars? Please explain.

• 蔗糖 (Sucrose)：不是還原糖。因為在蔗糖分子中，葡萄糖的 C1（醛基）和果糖的 C2（酮基）都參與了形成糖苷鍵，沒有游離的醛基或酮基。
• 海藻糖 (Trehalose)：不是還原糖。因為在海藻糖分子中，兩個葡萄糖單位的 C1 碳原子都參與了形成糖苷鍵（$\alpha, \alpha$(1$\rightarrow$1) 鍵），沒有游離的醛基。

(D) Please describe the molecular linkages of glycogen and amylose which are composed of glucose units, respectively.

• 肝醣 (Glycogen)：是由葡萄糖單元構成的聚合物。其主要的糖苷鍵是 $\alpha$(1$\rightarrow$4) 糖苷鍵，形成長的直鏈。在每隔約 8-12 個葡萄糖單元處，會通過 $\alpha$(1$\rightarrow$6) 糖苷鍵形成分支點，使肝醣具有高度分支的結構。
• 直鏈澱粉 (Amylose)：也是由葡萄糖單元構成的聚合物，但它只含有 $\alpha$(1$\rightarrow$4) 糖苷鍵，形成長的螺旋狀直鏈，沒有分支。

**(E) Please draw a D-ribose and use it as the example to describe the cyclization of monosaccharide to form a beta-

本題考查 DNA 和 RNA 的結構組成，以及核酸鹼基的性質。

(A) In the DNA molecule, which nitrogen atoms of adenine and thymine are connected to the deoxyribose, respectively? Please use numbers beside the N atoms to answer this question.
DNA 分子中，核苷酸的脫氧核糖是通過其 1' 碳原子與鹼基的特定氮原子連接形成 $\beta$-N-糖苷鍵。

• 腺嘌呤 (Adenine)：在 DNA 中，腺嘌呤通過其 N9 原子與脫氧核糖的 1' 碳原子連接。
• 胸腺嘧啶 (Thymine)：在 DNA 中，胸腺嘧啶（嘧啶類鹼基）通過其 N1 原子與脫氧核糖的 1' 碳原子連接。

(B) Which molecule is NOT found in RNA?
RNA 的組成包括腺嘌呤 (A)、鳥糞嘌呤 (G)、胞嘧啶 (C) 和尿嘧啶 (U)。DNA 的組成包括腺嘌呤 (A)、鳥糞嘌呤 (G)、胞嘧啶 (C) 和胸腺嘧啶 (T)。
因此，胸腺嘧啶 (Thymine) 是 DNA 特有的鹼基，在 RNA 中通常不存在（RNA 中對應的是尿嘧啶 U）。

(C) Which molecule can be found in coenzyme A?
輔酶 A (Coenzyme A, CoA) 是一個重要的輔酶，參與脂肪酸代謝、檸檬酸循環等。輔酶 A 的結構包含一個腺嘌呤核苷部分、泛酸 (pantothenic acid) 和 $\beta$-巯基乙胺 (3-mercaptoethylamine)。因此，腺嘌呤 (Adenine) 是輔酶 A 的組成部分。

(D) Please draw the hydrogen bounds between guanine and cytosine.
鳥糞嘌呤 (Guanine, G) 和胞嘧啶 (Cytosine, C) 在 DNA 和 RNA 中通過氫鍵配對。它們之間形成 三個 氫鍵。

本題考查脂質的結構、功能和代謝。

(A) Please draw the molecular structure of cis-, cis-, cis-9,12,15-octadecatrienoic acid. (2%)
cis-, cis-, cis-9,12,15-octadecatrienoic acid 是一種 omega-3 脂肪酸，俗稱 $\alpha$-亞麻酸 (alpha-linolenic acid)。它是一種 18 個碳原子的脂肪酸，在 9、12、15 位碳原子上各有一個順式 (cis) 的碳碳雙鍵。

• 結構特徵：
  • 18 個碳原子。
  • COOH 基團（羧基）在 C1。
  • C9=C10, C12=C13, C15=C16 處有三個順式雙鍵。
  • 所有雙鍵都是順式構型。

分子結構式 (Haworth 投影式 或 Skeletal structure)：
通常使用 Skeletal structure (骨架式) 來表示。

      O
     //
    C-OH
    |
    CH2
    |
    CH2
    |
    CH2
    |
    CH
    ||
    CH
    |
    CH
    ||
    CH
    |
    CH2
    |
    CH
    ||
    CH
    |
    CH2
    |
    CH
    ||
    CH
    |
    CH2
    |
    CH3

（注意：這裡的碳原子編號是從羧基碳開始算。C9、C12、C15 處有順式雙鍵。）

(B) Please describe the structural features of sterols. (2%)
固醇 (Sterols) 是一類重要的脂質，其基本結構特徵包括：

• 四個稠合環：由三個六元環（A, B, C 環）和一個五元環（D 環）組成，這些環以特定的方式稠合在一起。
• 疏水性：大部分結構是碳氫鏈，使其具有高度疏水性。
• 少量極性基團：通常在 A 環的 C3 位置有一個羥基 (-OH)，這是固醇類中唯一相對極性的部分。
• 平面結構：環狀結構使其具有相對剛性和平面性。
• 側鏈：在 D 環的 C17 位置通常有一個短的碳氫側鏈。