113 年 國立宜蘭大學生物技術與動物科學系生物技術碩士班《生化與生理》

此題考驗對肌肉結構層級的理解。肌肉的組成由大到小依序為：肌纖維 (muscle fiber) 包含肌原纖維 (myofibril)，肌原纖維則由肌

此題考驗對不同類型肌肉的名稱與特徵的認識。內臟肌（visceral muscle）是指平滑肌，因其主要分布於內臟器官壁，且受自主神經系統控制，不隨個人意志改變。

高海拔地區空氣稀薄，氧氣分壓較低。人體為適應此一環境，會產生一系列生理調節反應以增加氧氣供應。
(A) 換氣量會增加，以吸入更多空氣。
(B) 換氣量增加，二氧化碳排出增加，導致動脈血二氧化碳分壓下降。

此題考驗對肺功能檢查指標的臨床應用。FEV1（Forced Expiratory Volume in 1 second）是指第一秒用力呼氣的總量。FEV1/FVC（Forced Vital Capacity，總肺活量）的比例是判斷肺部阻塞性疾病的重要指標。正常情況下，FEV1/FVC > 80%。

肺泡 II 型細胞 (Type II pneumocytes) 的主要功能是分泌肺泡表面活性物質 (pulmonary surfactant)。

心臟的自律傳導系統負責產生和傳導電訊號，使心臟有節律地收縮。其中，竇房結 (Sino-Atrial node, SA node) 是心臟的「起搏點」，具有最高的自發性去極化頻率，發出的電訊號會引發心房收縮。

下視丘 (Hypothalamus) 是大腦中一個關鍵的結構，負責調節體溫、飢餓、口渴、睡眠、情緒、內分泌系統（通過腦下垂體）等基本的生理功

此題描述的是神經肌肉興奮性的一個基本原則：全有或無定律 (All-or-none law)。當刺激強度達到或超過閾值時，神經纖維會產生一個全幅的動作電位，肌肉纖維也會產生一次完整的收縮；若刺激強度低於閾值，則不會產生任何反應。

骨骼肌收縮的過程中，鈣離子 ($Ca^{2+}$) 的濃度變化是關鍵的觸發因素。肌漿網 (sarcoplasmic reticulum, SR) 是一個特化的細胞內鈣離子儲存庫，當神經衝動傳遞到肌細胞膜並沿著 T tub

視丘 (Thalamus) 被稱為「感覺訊息的中繼站」。絕大多數感覺訊息（如觸覺、痛覺、溫度覺、壓力覺、位置覺等）在傳入大腦皮層之前，都會先經過視丘進

維持血液鈣離子濃度的主要激素是副甲狀腺素 (Parathyroid hormone, PTH) 和降鈣素 (Calcitonin)。

此題考驗對內分泌協同作用 (Synergism) 的理解。協同作用是指兩種或多種激素共同作用，產生比單獨作用時更強的效應。在此情況下，泌乳素 (prolactin) 主要促進乳汁的合成和分泌，催產素 (oxytocin) 促進乳汁的排出（乳腺收縮），動情素 (estrogen) 則在泌乳前期促進乳腺發育，並在泌乳期與其他激素協同作用。

雄性血中性激素（主要是睪固酮）濃度過高時，會透過負回饋機制來抑制性激素的分泌。
(A) 睪丸的 Sertoli 細胞會分泌抑制素 (Inhibin)，主要抑制腦下垂體前葉分泌 FSH (濾泡刺激素)。
(B) 同上，抑制素主要抑制 FSH。
(C) 性激素（睪固酮）本身會負回饋抑制腦下垂體前葉，抑制 FSH 和 LH (黃體生成素) 的分泌。

卵母細胞在減數分裂過程中會形成第一極體和第二極體。
第一次減數分裂完成時，會形成一個次級卵母細胞和一個第一極體。
次級卵母細胞進入減數第二次分裂，在減數第二次分裂的中期暫停。

核心觀念

胚胎生殖器官的性別分化，主要取決於三個訊號：

1. SRY／TDF：位於 Y 染色體上的性別決定基因，促使未分化性腺形成睪丸。
2. 睪固酮（testosterone）：由胎兒睪丸的 Leydig 細胞分泌，促進中腎管（華爾夫氏管）發育為雄性內生殖管道。
3. 抗穆勒氏管激素（AMH）：由 Sertoli 細胞分泌，使穆勒氏管退化。

此外，睪固酮經 $5\alpha$-還原酶轉化為**二氫睪固酮（DHT）**後，才是促進前列腺、陰莖及陰囊等雄性外生殖構造形成的主要活性雄性激素。

解題方法

判斷各選項所述構造與激素是否配對正確：

• 華爾夫氏管 → 睪固酮
• 穆勒氏管退化 → AMH
• 前列腺形成 → DHT
• 睪丸形成 → Y 染色體上的 SRY／TDF

只要找出激素或構造配對錯誤者，即為答案。

選項分析

(A) 正確

華爾夫氏管又稱中腎管，在雄性胚胎中受到睪固酮刺激後，發育成雄性內生殖管道，包括：

• 副睪
• 輸精管
• 射精管
• 精囊

因此，睪固酮促進華爾夫氏管發育為副睪的敘述正確。

(B) 正確

Y 染色體上的 SRY 基因會促進 TDF（testis-determining factor）作用，使未分化性腺形成睪丸。睪丸形成後：

腎臟對水分的重吸收主要發生在腎小管的不同部位，其中近曲小管 (Proximal convoluted tubule, PCT) 是水分重吸收最多的地方，約佔總量的 65%。亨利氏管 (Loop of Henle) 的 descending limb (下降肢) 也是水分重吸收的重要場所。

心臟的兩個主要心音：第一心音（S1，"lub"）是由房室瓣（二尖瓣和三尖瓣）關閉產生的，標誌著心室收縮的開始。

腎絲球過濾率 (Glomerular Filtration Rate, GFR) 是衡量腎功能的重要指標。影響 GFR 的主要因素是腎絲球毛細血管的壓力。

醛固酮 (Aldosterone) 是一種礦物皮質素，主要作用於腎臟的遠曲小管和集尿管。

換氣不足 (hypoventilation) 意味著二氧化碳 (CO2) 的排出量減少，導致體內 CO2 蓄積，血液中的 $CO_2$ 分壓升高。$CO_2$ 在血液中會與水結合形成碳酸 ($H_2CO_3$)，進而解離成氫離子 ($H^+$) 和碳酸氫根離子 ($HCO_3^-$)。

家禽的消化道結構與哺乳動物不同，具有特殊的腺胃 (proventriculus) 和砂囊 (gizzard)。

家禽消化道中的嗉囊 (crop) 是一個膨大的結構，位於食道末端，主要功能是暫時儲存食物，並通過分泌物軟化和濕潤

腺胃 (proventriculus) 是家禽消化道中類似哺乳動物胃的部分，其壁細胞能分泌胃酸（鹽酸）和胃蛋白酶原 (pepsinogen)，

反芻動物的胃有四個腔室：瘤胃 (Rumen)、網胃（蜂巢胃，Reticulum）、瓣胃（重瓣胃，Omasum）和皺胃（Abomasum）。

反芻動物，如牛 (Bovine)，擁有一個多室的胃，其中瘤胃 (rumen) 含有大量的共生細菌。這些細菌能夠分解植物纖維素，並合成大量的蛋白質。

核心概念
糖解作用（glycolysis）是細胞將葡萄糖分解成丙酮酸的代謝途徑，屬於**細胞質（cytoplasm）**的酵素反應，與線粒體內的三羧酸循環或氧化磷酸化不同。了解各個代謝路徑的定位是生化與生理題目的常見考點。

解題步驟

1. 回顧糖解作用的定義

   • 糖解作用是一系列 10 步酵素催化的反應，將一分子葡萄糖（$C_6H_{12}O_6$）經過磷酸化、分裂、氧化還原等步驟，最終產生 2 分子丙酮酸、2 分子 ATP（凈產生）以及 2 分子 NADH。
   • 這些反應不需要氧氣，屬於無氧代謝，因此不與線粒體內的氧化磷酸化耦合。

2. 檢視酵素的細胞定位

   • 所有參與糖解的酵素（如己酮糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶等）在真核細胞中皆定位於細胞質基質（cytosol）。
   • 只有在有氧條件下，產生的丙酮酸才會被運送進入線粒體進一步參與三羧酸循環（TCA cycle）與氧化磷酸化，但這不是糖解本身的反應場所。

核心觀念

本題測驗的是**底物水平磷酸化 (substrate‑level phosphorylation)**的定義——在代謝路徑中，磷酸基直接從具高磷酸轉移能的底物轉移至 ADP，產生 ATP（或 GTP），而不涉及氧化磷酸化的電子傳遞鏈或離子梯度。

解題過程

(a) 先釐清「底物水平磷酸化」的本質

底物水平磷酸化指的是：

• 磷酸供體 為一個已被磷酸化的代謝中間產物（如 1,3‑雙磷酸甘油酸、磷酸烯醇丙酮酸、鹽酸鈣酰基‑CoA 等），其 磷酸轉移自由能 (ΔG°′) 足以驅動 ADP → ATP 的反應。
• 其化學反應可寫成
  $\text{底物‑P} + \text{ADP} \;\xrightarrow{\text{酶}}\; \text{底物} + \text{ATP}$
• 此過程 不依賴於質子或其他離子梯度，亦不需要電子傳遞鏈的參與。

(b) 檢視選項

核心觀念
本題在測驗「多醣的化學結構」之描述項目。判斷時需分辨 化學結構（組成、鍵合、支鏈型態）與 物理性質（如溶解度）之不同。

解題步驟

1. 列出多醣常用的結構描述項目

   • 糖的組成 (Sugar components)：指多醣中所含的單醣種類（如葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等），是結構的基本單位。
   • 糖間鍵結 (Linkage between the sugars)：包括鍵結位置（α‑1,4、β‑1,6 等）、鍵結的 α/β 立體化學，決定聚合方式。
   • 線性或支鏈 (Linear or branched)：描述聚合物是單一路徑還是有分支，影響分子形態與功能。

   以上三項皆直接描述 化學結構。

核心概念
本題在測試血型鑑定（blood typing）之分子基礎——血型抗原是位於紅血球（RBC）表面的糖蛋白（glycoprotein）所帶的寡糖（oligosaccharide）結構。血型的差異取決於這些寡糖鏈的不同排列與組成，而非糖的添加方式或白血球的多醣覆蓋。

解題步驟

1. 釐清血型抗原的本質

   • ABO 血型系統的抗原（A、B、H）都是 糖基化的糖蛋白或脂質，具體來說是 紅血球表面糖蛋白（glycoprotein）上的寡糖（oligosaccharide）。
   • 這些寡糖由特定糖單元（如 N‑acetyl‑galactosamine、galactose）以不同方式鏈接，形成具有免疫學意義的結構。
   • 因此，血型的判斷直接與 紅血球表面糖蛋白的寡糖部分 相關。

2. 逐項檢視選項

   • (A) The addition of sucrose to blood before storage
     • 加蔗糖（sucrose）僅是保存血液的緩衝劑，與血型抗原的分子結構無關。
   • (B) The presence of a polysaccharide coating on red blood cells

核心概念
本題測驗對於「cAMP 與蛋白激酶 A (PKA) 之關係」的認識，重點在於了解 cAMP 如何透過結合調控 PKA 的活化方式，而非以共價結合或競爭/非競爭抑制的方式作用。

解題過程

1. PKA 的結構與靜止狀態

   • PKA 在未被活化時是一個四聚體，含有兩個調節次單元 (R) 與兩個催化次單元 (C)。
   • 調節次單元的結合位點遮蔽了催化次單元的活性部位，使酶保持不活化。

2. cAMP 與 PKA 的相互作用

   • cAMP 為第二訊號分子，可由腺苷酸環化酶 (adenylyl cyclase) 產生。
   • 每個調節次單元上有兩個高親和性的 cAMP 結合位點。
   • 當細胞內 cAMP 濃度升高，cAMP 會 非共價地（即通過疏水及氫鍵）結合到調節次單元。

3. 全osteric（別構）活化機制

   • cAMP 結合後，調節次單元的構象會發生顯著改變，使其從「鎖定」狀態轉變為「開放」狀態。
   • 這種構象變化導致調節次單元從催化次單元上脫離，催化次單元得以自由接觸底物，酶活性隨即被喚起。

核心觀念
本題測驗的是胰島素（Insulin）的訊號傳遞機制。胰島素屬於胰島素受體（Insulin Receptor），是一種受體型酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase）。其作用透過受體自體磷酸化，進而活化下游的PI3K/Akt路徑，調節葡萄糖代謝、蛋白質合成等生理功能。

解題步驟與理由

1. 觀察選項與已知的胰島素訊號機制
   • (A) Cyclic AMP
     • cAMP 主要是由腺苷酸環化酶（adenylyl cyclase）產生，常見於胰高血糖素、腎上腺素等激素的第二訊息傳遞。胰島素的作用並不透過 cAMP 的上升。
   • (B) Tyrosine kinases
     • 胰島素受體本身即為受體型酪氨酸激酶。胰島素結合後，受體內部的酪氨酸殘基被自體磷酸化，形成磷酸化酪氨酸位點，供下游訊號蛋白（如 IRS）結合。此路徑是胰島素最核心的訊號傳導方式。

核心概念
本題考查真核細胞 mRNA 前處理（pre‑RNA processing）的三大必備步驟：剪除內含子 (introns)、5′ 端加帽 (5′‑capping) 以及 3′ 端加 poly‑A 尾巴 (poly‑A tail)。這些修飾皆在核內完成，對 mRNA 的穩定性、核輸出與翻譯效率皆至關重要。

解題過程

(a) 何謂「Removal of intervening sequences (introns)」

在真核基因的初級轉錄產物 pre‑mRNA 中，編碼區與非編碼區交錯排列。非編碼區稱為內含子 (introns)，必須透過 spliceosome 進行剪接，留下連接好的外顯子 (exons)。若內含子未被移除，mRNA 會保有停碼或移碼，導致產生功能失常的蛋白。此步驟僅在真核細胞出現，原核細胞的 mRNA 通常無內含子。

(b) 何謂「Capping of the 5' end」

轉錄完成後，pre‑mRNA 的 5′ 端立即加上一個 7‑甲基鳥苷 (m⁷G) 加帽，形成 5′‑cap 結構。此結構的功能包括：

1. 保護 mRNA 不被 5′‑端外切核酸酶降解；
2. 協助核出口與核糖體的 5′‑端識別，促進翻譯起始。

核心觀念
DNA 的熔解溫度 (Tm) 受 GC 含量 影響最大；G‑C 配對比 A‑T 配對多一個氫鍵且堆疊能量較高，故 GC 越多，雙鏈越穩定，需要更高的溫度才能熔解。

解題過程

1. 比較 GC 含量

   • 選項 (A) 30% C+G → GC 含量 = 0.30
   • 選項 (B) 50% C+G → GC 含量 = 0.50

2. Tm 與 GC 含量的關係
   在相同的鹽離子濃度、DNA 長度與測定條件下，Tm 可近似估算為
   $\text{Tm} \approx 64.9 + 41\frac{\%GC-16.4}{\text{Length}}$

核心觀念
本題測驗對酵素磷酸化的基本特性，包括作用部位、對活性的影響、實驗上是否易於鑑定，以及所需的能量來源（ATP）。

解題步驟

1. 了解磷酸化對酵素活性的常見影響

   • 磷酸化是一種可逆的翻譯後修飾，常藉由在特定胺基酸側鏈上加入一個磷酸基（PO₄³⁻）來改變酵素的構型或電荷，進而調節其催化活性（增強、抑制或改變底物特異性）。
   • 因此，選項 (A)「Has no effect on their catalytic activity」 與事實不符。

2. 判斷磷酸化是否易於表徵

   • 現代技術（如質譜、磷酸化特異性抗體、放射性標記）能相對容易地偵測與定位磷酸化位點。雖然早期方法較困難，但在當代已屬易於表徵。
   • 故 (B)「Is not easily characterized」 錯誤。

核心觀念
此題在測驗「脂肪酸熔點」的判斷原理，必須同時考量 碳鏈長度、飽和度 以及 雙鍵的立體配置：

• 碳鏈越長，分子間的范德瓦爾斯 (London dispersion) 力越強，熔點越高。
• 飽和脂肪酸（無雙鍵）較易形成緊密的晶格，熔點高於同碳數的非飽和脂肪酸。
• 雙鍵若為 cis 配置會產生「彎折」形狀，破壞堆疊，顯著降低熔點；若為 trans，影響較小，但題目未說明，默認為自然的 cis。

解題過程

(a) 判斷每個選項的結構與碳鏈長度

核心概念
本題測驗的是胺基酸在不同 pH 值下的電離狀態。需要知道各功能基團的 pKa 與 pH 的相對大小，進而判斷到底是以帶正電、帶負電或是未電離的形式存在。

解題步驟

1. 列出甘胺酸（glycine）主要的離子化基團與其 pKa

   • 胺基（$-\mathrm{NH_2}$）的共軛酸為 $-\mathrm{NH_3^+}$，pKa ≈ 9.6。
   • 羧基（$-\mathrm{COOH}$）的共軛鹼為 $-\mathrm{COO^-}$，pKa ≈ 2.4。

2. 比較 pH (=7) 與各 pKa 的大小

   • 胺基：pH 7 < pKa 9.6 → 胺基大部分 質子化，以 $-\mathrm{NH_3^+}$ 形式存在（帶正電）。

核心觀念

本題考察 鹼基 (bases) 中氫鍵 (hydrogen bond) 的供體與受體原子配對。氫鍵必須由 氫原子與較高電負性原子（如 N、O）形成的 N‑H 或 O‑H 供體，以及 含孤對的 N、O（或 F、Cl 等）作為受體。在 DNA／RNA 的鹼基裡，常見的供體是 N‑H，受體則是 N 或 O（羰基氧），而 S‑H、P‑O 並不存在於典型的核酸鹼基結構中。

解題過程

1. 列出常見鹼基的功能基團

   • 嘌呤 (A、G)：含有 N‑H（如 A 的 6‑位 NH₂）與 碳氧雙鍵 (C=O) 作為受體。
   • 嘧啶 (C、T、U)：同樣具有 N‑H（如 C 的 4‑位 NH）與 羰基氧 作受體。

2. 判斷選項中的原子配對是否出現在鹼基

   • 選項 (A) N‑H and O‑H

核心概念
此題測驗的是溫度對酵素活性的影響：隨著溫度升高，分子動能增加，酵素-底物碰撞頻率與活化能克服率提升，反應速率上升；但當溫度過高時，酵素的三次級結構被破壞（變性），活性中心失去正確構型，導致速率急劇下降。

解題過程

1. 溫度與分子動力學

   • 依據阿雷尼烏斯方程式，反應速率常數 $k$ 與溫度 $T$ 的關係為
     $k = A\,e^{-\frac{E_a}{RT}}$
     其中 $E_a$ 為活化能，$R$ 為氣體常數，$A$ 為前因子。$T$ 越大，指數項的負值變小，$k$ 越大，代表單位時間內成功的酵素-底物碰撞次數提升。

2. 酵素的熱穩定性

   • 酵素是由蛋白質構成，三次級結構（α‑螺旋、β‑折疊）靠氫鍵、疏水作用等非共價鍵維持。當溫度超過某一臨界點（通常在生物體的正常體溫上下 10–20 °C），這些弱鍵會斷裂，導致變性（denaturation）。變性後活性中心形狀改變，底物無法正確結合，反應速率瞬間下降。

核心觀念

本題檢測對 蛋白質的基本特性 的了解，重點在於蛋白質的 化學多樣性、相互作用能力 以及 結構可塑性。只要掌握這三點，就能判斷正確答案。

解題過程

核心觀念
本題測驗學生對代謝路徑調控機制的全面認識。代謝途徑的調控不只限於單一層面，而是透過 酵素活性調節（別構調節、共價修飾）、路徑方向的分支酵素、以及 基因表達層面的長期調控 多種方式同時作用，以維持細胞內能量與前體的平衡。

(a) Allosteric activators and inhibitors

說明：別構效應指分子在酵素的別構位（非活性中心）結合，改變酵素的構型，進而增強或抑制其活性。此機制可快速（秒至分鐘）調節代謝流，典型例子如 磷酸果糖-1,6-二磷酸 (F‑2,6‑BP) 對磷酸甘油酸激酶的活化、ATP 對磷酸果糖‑6‑磷酸激酶的抑制。
結論：屬於代謝調控的常見手段。

(b) Covalent modifications of enzymes

說明：共價修飾（如磷酸化、乙醯化、甲基化）透過酵素（激酶、去激酶等）在特定位點加入或移除化學基團，使酵素活性、穩定性或定位改變。此機制在訊號傳遞與代謝調控中扮演關鍵角色；例如 醣解途徑中的磷酸化/去磷酸化、脂肪酸合成酶的乙醯化。
結論：亦為代謝調控的重要方式。

核心觀念
此題在考查「檸檬酸迴路（TCA 迴路）以及電子傳遞鏈中，各酵素的氧化還原伴隨物」是否使用 NAD⁺ 作為電子受體。需了解每個選項的酵素反應機制與其輔酶。

(a) α‑Ketoglutarate Dehydrogenase complex

α‑酮戊二酸脫氫酶複合體（E2）與丙酰‑CoA 脫氫酶相似，將 α‑酮戊二酸氧化成琥珀酰‑CoA，過程中產生 NADH。
反應式：
$\text{α‑Ketoglutarate} + \text{NAD}^+ + \text{CoA‑SH} \rightarrow \text{Succinyl‑CoA} + \text{CO}_2 + \text{NADH} + \text{H}^+$
使用 NAD⁺。

(b) Isocitrate Dehydrogenase

異檸檬酸脫氫酶分為 NAD⁺‑依賴型（細菌與線粒體基質）與 NADP⁺‑依賴型（細胞質/線粒體基質），但在 TCA 迴路的標準酵素是 NAD⁺‑依賴型。反應式：
$\text{Isocitrate} + \text{NAD}^+ \rightarrow \text{α‑Ketoglutarate} + \text{CO}_2 + \text{NADH} + \text{H}^+$
使用 NAD⁺。

核心觀念
檸檬酸循環（TCA cycle）之調控點位於能夠受到代謝物或能量狀態（ATP、NADH）顯著抑制或活化的酶，通常是「速率限制步驟」或產生高能電子的關鍵反應。主要控制點包括：

1. Citrate synthase – 形成檸檬酸的第一步，受 ATP、Citrate 等負饋抑制。
2. Isocitrate dehydrogenase – 產生 NADH 的第二步，受 NADH、ATP、Acetyl‑CoA 抑制，受 ADP、Ca²⁺、Mn²⁺ 活化。
3. α‑Ketoglutarate dehydrogenase complex – 產生 NADH 的第三步，受 NADH、ATP 抑制，受 Ca²⁺、ADP 活化。

Aconitase 僅負責檸檬酸 ↔ 異檸檬酸的構型轉換，未受到能量或代謝物的顯著調控，故不是主要的控制點。

解題過程

核心觀念
本題測驗的是原核生物（prokaryote）能量代謝的基本結構：在缺乏內膜系統的細菌與古菌中，ATP 合成的酵素機構（ATP synthase，又稱 F₁F₀）嵌在 細胞質膜（cytoplasmic membrane） 上，藉由膜兩側的質子梯度驅動合成 ATP。

解題過程

1. 確認原核生物的細胞結構

   • 原核生物沒有真正的膜結構化的細胞器（例如線粒體、內質網），其細胞內唯一的雙層膜即為細胞質膜。
   • 細胞壁（outer cell wall）僅是支撐與保護結構，缺乏蛋白質複合體的功能。

2. ATP 合成之機制

   • ATP synthase 依賴跨膜的質子動力勢（proton motive force, PMF）工作。
   • 在原核生物，質子梯度由呼吸鏈的電子傳遞鏈建立於細胞質膜，故 ATP synthase 必須位於同一膜上才能直接利用這個梯度。
   • 相關的化學方程式（可用 LaTeX 表示）為

核心觀念

本題測驗核心為碳水化合物代謝的反向調節（Reciprocal regulation），特別是**2,6-雙磷酸果糖（Fructose 2,6-bisphosphate, 簡稱 $\text{F-2,6-BP}$）對糖解作用（Glycolysis）與糖質新生作用（Gluconeogenesis）**的異位調控（Allosteric regulation）機制：

1. $\text{PFK-1}$（Phosphofructokinase-1，磷酸果糖激酶-1）：糖解作用關鍵限速酵素，受 $\text{F-2,6-BP}$ 強效異位活化（Allosteric activation）。
2. $\text{FBPase-1}$（Fructose 1,6-bisphosphatase-1，果糖-1,6-雙磷酸酶-1）：糖質新生作用關鍵酵素，受 $\text{F-2,6-BP}$ 強效異位抑制（Allosteric inhibition）。

解題方法

透過細胞內能量代謝調控的生化邏輯進行推導：

1. 生理背景與代謝邏輯：
   • 當細胞處於高血糖、高能量（如飽食狀態，受胰島素刺激）時，肝臟內雙功能酵素（Tandem enzyme: $\text{PFK-2}/\text{FBPase-2}$）處於去磷酸化狀態，促使 $\text{PFK-2}$ 活性上升，合成大量的 $\text{F-2,6-BP}$。
2. 高濃度 $\text{F-2,6-BP}$ 的異位調控效應：
   • 活化糖解：$\text{F-2,6-BP}$ 與 $\text{PFK-1}$ 結合後，能克服高濃度 $\text{ATP}$ 對 $\text{PFK-1}$ 的異位抑制，大幅提高 $\text{PFK-1}$ 對受質 $\text{Fructose-6-phosphate (F-6-P)}$ 的親和力，進而**刺激糖解作用（Stimulate glycolysis）**以分解葡萄糖。
   • 抑制糖質新生：$\text{F-2,6-BP}$ 同時與 $\text{FBPase-1}$ 結合，降低其催化速率，進而抑制糖質新生作用（Inhibit gluconeogenesis）。
3. 避免無效循環（Futile cycle）：

核心觀念
此題測驗的是學生是否熟悉三羧酸循環（TCA cycle，又稱 citric acid cycle）所在的細胞區室。了解代謝途徑在細胞器中的定位，有助於推斷酶的共因子供應、能量耦合方式以及代謝物流的整體布局。

解題過程

1. 回顧 TCA 循環的發生位置

   • TCA 循環所有酶皆屬於**線粒體基質（mitochondrial matrix）**的酶。基質是位於內膜內側、被雙層內膜包圍的液相空間。
   • 只有在基質中，才可取得乙酰輔酶 A (acetyl‑CoA)、NAD⁺、FAD 以及GDP/ADP 等底物，且產生的NADH、FADH₂ 會直接進入內膜上的電子傳遞鏈。

2. 排除其他選項

   • (A) 細胞質 (cytosol)：此區主要發生糖解作用（glycolysis）和乳酸發酵，缺乏 TCA 必要的酶與共因子。

核心觀念
本題測試的是 層析分離方式的選擇原理，特別是了解哪一種色譜最能根據 酶（或蛋白）與其底物的高親和力 來進行分離。關鍵在於「親和層析」利用固定在固定相上的底物（或類似分子）作為配體，讓具有高結合親和力的蛋白質在洗脫前被強力捕獲，其他蛋白則不會或較弱地結合。

解題過程

1. 辨識題目資訊

   • 目標：分離**「與底物結合力強的蛋白質」**。
   • 需要的分離機制：必須能區別「結合強」與「結合弱」的差異。

2. 回顧常見層析原理

   • Gel filtration（分子篩）：依分子大小分離，與結合力無關。
   • Cation exchange（陽離子交換）、Anion exchange（陰離子交換）：依蛋白表面的淨電荷（pI）分離，也與底物結合力不直接相關。

核心觀念
β‑pleated sheet（β‑sheet）是蛋白質的二級結構之一，特點在於多條肽鏈（或同一條鏈的不同段）以交替的折疊方式排列，形成較平坦的片狀結構。其氫鍵方向、鏈的伸展程度以及平行／反平行的鏈向排列皆是判斷該題選項的關鍵。

(A) 氫鍵垂直於多肽鏈方向

在 β‑sheet 中，氫鍵連接相鄰的肽鏈（或同一條鏈的不同段），氫鍵的方向與肽鏈主軸（Cα‑C′方向）基本呈 90° 角。這是因為每個氨基酸的胺基 (‑NH) 與羰基 (‑C=O) 形成的氫鍵跨越兩條平行或反平行的鏈，形成垂直的鍵合。因此此敘述正確。

(B) 多肽鏈幾乎完全伸展

β‑sheet 的每一條鏈呈 近乎全展開（extended） 的構型，φ、ψ 二面角分別約為 $-135^\circ$ 與 $135^\circ$（或 $-135^\circ$ 與

核心觀念
此題測驗酵素-基質結合的動力學模型——誘導契合 (induced‑fit) 模型。核心在於酵素本身的構象會因基質結合而改變，使活性中心更適合基質，而非基質自行改變形狀。

解題步驟

1. 先回想誘導契合模型的定義

   • 當基質 (substrate) 與酵素的活性部位 (active site) 初次接觸時，酵素的活性部位仍處於「開放」或「較寬」的構象。
   • 基質結合後，酵素會發生構象變化，使活性部位收縮或重新排列，以更緊密地包覆基質，提升結合親和力與催化效率。
   • 這種構象變化是酵素本身（特別是活性部位）的調整，而不是基質自行改變形狀。

2. 對照選項

   • (A) The substrate changes its conformation to fit the active site
     → 描述的是「鎖鑰模型」的情況，與誘導契合不符。
   • (B) The active site changes its conformation to fit the substrate
     → 這句雖然提到活性部位改變，但語意過於局部，且暗示僅「活性部位」變化，未涵蓋整個酵素的構象改變。

核心觀念
本題測驗對肽鏈「N 端」的概念。肽鏈以氨基端（N‑terminus）開始，依序往羧基端（C‑terminus）排列。已給出的序列 Phe‑Ala‑Gly‑Arg，第一個氨基酸即為 N‑端。

解題過程

1. 辨識肽鏈方向
   生化中，肽鏈的表示方式是從 N‑端（氨基端）到 C‑端（羧基端）依次列出。題目已直接給出完整序列 Phe‑Ala‑Gly‑Arg，因此最左側的氨基酸 Phe（苯丙氨酸）位於 N‑端。

核心觀念
此題測驗的是酵素分類中「催化電子轉移」的功能。電子轉移常伴隨氧化還原反應，屬於脫氫（去除氫原子）或氧化的作用。了解各酵素類別的典型反應即可迅速判斷答案。

解題過程

1. 檢視選項的代號與功能

   • (A) Isomerase

     • 功能：在同一分子內改變原子或官能基的排列，使其產生結構異構體。
     • 不涉及氧化還原或電子轉移。

   • (B) Dehydrogenase

     • 功能：催化底物的脫氫（去除氫原子），即把氫原子（含有兩個電子）從底物轉移到 NAD⁺、NADP⁺、FAD 等輔因子。
     • 此過程本質上是 電子轉移（氧化還原）反應。

   • (C) Kinase

     • 功能：將磷酸基團從 ATP 轉移到底物（磷酸化），屬於能量傳遞，但不直接涉及電子的得失。