109 年 國立清華大學生命科學院聯招：分子與細胞生物研究所、分子醫學研究所、生物資訊與結構生物研究所、生物科技研究所、系統神經科學研究所甲組《生物化學》

此題考驗對於蛋白質結構與膜環境交互作用的理解。跨膜蛋白質的胺基酸殘基在與脂質雙層和水相接觸的介面處，其疏水性與親水性會有特定的偏好。

膜-水介面（membrane-water interface）指的是蛋白質與細胞內外水相接觸的部分，同時也與脂質雙層的疏水核心有接觸。在此區域，胺基酸殘基需要能夠在親水性和疏水性環境之間取得平衡。

芳香族胺基酸，如色胺酸 (Tryptophan, W) 和酪胺酸 (Tyrosine, Y)，由於其苯環結構，具有一定的疏水性，同時苯環上的π電子也可以與脂質的雙鍵或蛋白質其他部分的芳香族殘基發生π-π堆疊作用。因此，芳香族胺基酸常被發現在膜蛋白的膜-水介面或跨膜區域。

核心觀念

題目考查膜運輸是否需要直接的能量輸入。物質若沿著電化學梯度移動，可透過被動運輸進行，不需運輸蛋白水解 ATP 或利用其他能量來源；若要逆著梯度運輸，則需能量驅動。

離子跨膜的電化學梯度包含濃度差與膜電位兩部分。離子通道讓離子順著此梯度通過膜，屬於被動運輸。

解題方法

辨認各運輸系統的能量來源：

• ATP 水解：主動運輸。
• 光能：由光驅動的運輸。
• 順著電化學梯度通過通道：被動運輸，不需直接輸入能量。

因此，逐一判斷選項是否利用 ATP 或光能，再找出以通道進行被動運輸者。

選項分析

(A) $\mathrm{Ca}^{2+}$-ATPase：錯誤。
鈣離子 ATP 酶水解 ATP，將 $\mathrm{Ca}^{2+}$ 泵送至細胞內儲存區或細胞外，屬於主動運輸。

核心觀念

本題考察生物膜的不對稱性（membrane asymmetry），包括：

1. 膜蛋白的不對稱性

   • 橫向／跨膜不對稱（transverse asymmetry）：膜蛋白具有固定的膜內外方向，細胞外側與細胞質側的結構、功能不同。
   • 側向不對稱（lateral asymmetry）：膜蛋白在膜平面上的分布並不均勻，可集中於脂筏、細胞連接處或特定膜區域。

2. 膜脂的不對稱性

   • 脂質在膜的兩個 leaflet 中分布不同，稱為橫向不對稱。
   • 脂質也會在膜平面上形成不同區域，稱為側向異質性（lateral heterogeneity）。
   • 不同細胞器的膜具有不同脂質組成，與其功能相配合。

3. 膜不對稱性的維持

   • 主要由脂質轉位酶維持，包括：
     • Flippase：通常將特定脂質由外層移至細胞質側。
     • Floppase：通常將特定脂質由細胞質側移至外層。
     • Scramblase：促進脂質隨機雙向交換，使膜脂不對稱性降低。

解題方法

判斷本題各選項是否符合真核細胞膜的典型脂質與蛋白質分布。

細胞膜常見的脂質分布如下：

膜葉	主要脂質
外層（exoplasmic leaflet）	phosphatidylcholine（PC）、sphingomyelin（SM）、glycolipids
內層（cytosolic leaflet）	phosphatidylethanolamine（PE）、phosphatidylserine（PS）、phosphatidylinositol（PI）

其中 PS、PI 等帶負電的脂質屬於酸性磷脂（acidic phospholipids），主要富集於細胞質側，而非外層。因此只要辨認酸性磷脂的分布，即可判定錯誤選項。

選項分析

(A) Membrane proteins display transverse and lateral asymmetry.

正確。

膜蛋白具有固定方向性。許多膜蛋白的醣基化區域位於細胞外側，細胞質側則具有磷酸化位點、訊號傳遞區域或與細胞骨架結合的結構，形成跨膜方向上的不對稱性。

此外，膜蛋白並非均勻分布於整個膜平面，常集中於特定微區，例如脂筏、突觸後膜或細胞連接處，因此也具有側向不對稱性。

(B) The lipids of the membrane exhibit lateral heterogeneity and transverse asymmetry.

正確。

膜脂在膜平面上的分布具有異質性，例如膽固醇與 sphingolipids 可聚集形成脂筏；不同膜區域的脂質比例也可能不同。

核心觀念

本題考查胺基酸側鏈在中性 pH 下的電荷狀態。判斷側鏈是否帶電，關鍵在於比較環境 pH 與側鏈的 $pK_a$：

• 酸性側鏈的羧基在中性 pH 下失去質子，形成帶負電的羧酸根。
• 鹼性側鏈在中性 pH 下通常帶正電。
• 其餘多數側鏈在中性 pH 下不帶電。

三字母縮寫中，天門冬胺酸（Asp，D）與麩胺酸（Glu，E）是帶負電的酸性胺基酸。

解題方法

先辨認各選項的一字母胺基酸代號，再找出含有酸性胺基酸的組合。Asp 與 Glu 的側鏈各有一個羧基；在中性 pH 下，羧基主要以去質子化的羧酸根形式存在，因此側鏈帶負電。

選項分析

核心觀念

肝醣磷酸化酶（glycogen phosphorylase）催化肝醣分解中的磷酸解反應，從肝醣鏈的非還原端逐步切下葡萄糖殘基，主要產物為葡萄糖-1-磷酸。其活性受到共價修飾與變構調控。

磷酸化酶激酶可將肝醣磷酸化酶的 b 型磷酸化，轉變為活性較高的 a 型。因此，題目問「被什麼活化」時，關鍵是辨認這種共價修飾。

解題方法

先將選項分成兩類：能量代謝物（ATP、ADP、葡萄糖-6-磷酸）與共價修飾（磷酸化、乙醯化）。肝醣磷酸化酶的典型活化方式是磷酸化；在肌肉中，低能量訊號也可透過變構調控促進其活性，但本題選項中代表共價活化的方式是磷酸化。

反應關係可表示為：

$$\text{肝醣磷酸化酶 b} \xrightarrow{\text{磷酸化}} \text{肝醣磷酸化酶 a}$$

選項分析

核心觀念

本題考查胺基酸生合成與嘌呤生合成之間的代謝連結。判斷關鍵是找出哪一種胺基酸的生合成會產生嘌呤生合成也會使用的共同中間物。

組胺酸生合成會產生 AICAR（5-胺基咪唑-4-甲醯胺核糖核苷酸），它也是嘌呤生合成途徑中的中間物。嘌呤途徑會將 AICAR 轉成 FAICAR，繼續合成肌苷酸（IMP）。

解題方法

比較各選項的胺基酸生合成途徑，找出其是否與嘌呤途徑共享中間物。組胺酸途徑在形成咪唑甘油磷酸的反應中，同時產生 AICAR；嘌呤生合成則會消耗 AICAR，繼續合成 IMP。因此，與嘌呤生合成相連的是組胺酸生合成。

選項分析

此題考驗對膽固醇生合成途徑中關鍵限速酶 - HMG-CoA還原酶 (HMG-CoA reductase) 的調控機制的理解。HMG-CoA還原酶是將HMG-CoA轉化為甲瓦龍酸 (mevalonate) 的步驟，這是膽固醇生合成的速率限制步驟。其調控機制主要包括：激素調控、營養狀態調控、膽固醇水平調控以及藥物干預。

選項分析：
(A) Phosphorylation by cAMP-dependent kinase activates HMG-CoA reductase.
cAMP依賴性蛋白激酶 (PKA) 磷酸化HMG-CoA還原酶，會使其活性降低，而不是活化。這是由昇糖素 (glucagon) 或腎上腺素 (epinephrine) 引起的，表明細胞處於能量匱乏或需要動員儲備的狀態，此時應抑制需要大量能量的膽固醇合成。此敘述錯誤。

(B) A high AMP:ATP ratio leads to activation of HMG-CoA reductase.
高AMP:ATP比例意味著細胞能量狀態低。與(A)類似，在能量狀態低時，細胞會抑制膽固醇合成。AMP依賴性蛋白激酶 (AMPK) 會磷酸化HMG-CoA還原酶，使其失活。

核心觀念

計算飽和偶數碳脂肪酸完全氧化的淨 ATP，分成三部分：

1. 脂肪酸經 β 氧化產生的 NADH 與 FADH₂。
2. β 氧化產生的乙醯輔酶 A 進入檸檬酸循環所產生的 ATP。
3. 脂肪酸活化的 ATP 成本。

依常用的現代 P/O 比值，每個 NADH 約產生 $2.5$ ATP，每個 FADH₂ 約產生 $1.5$ ATP；每個乙醯輔酶 A 經檸檬酸循環約產生 $10$ ATP。脂肪酸活化需消耗 $2$ ATP 當量。

解題方法

肉豆蔻酸是 $14$ 個碳的飽和脂肪酸。偶數碳脂肪酸完全經 β 氧化後，乙醯輔酶 A 的數目為碳數的一半：

$$\frac{14}{2}=7\text{ 個乙醯輔酶 A}$$

β 氧化的循環次數比乙醯輔酶 A 數目少一次：

$$\frac{14}{2}-1=6\text{ 次}$$

每次 β 氧化產生 $1$ 個 NADH 和 $1$ 個 FADH₂，因此六次共產生 $6$ 個 NADH 與 $6$ 個 FADH₂。

總 ATP 當量為：

核心觀念

果糖-2,6-二磷酸（fructose-2,6-bisphosphate，F2,6BP）是調節肝臟糖解作用與糖質新生的重要變構調節分子。它有兩個主要作用：

• 活化磷酸果糖激酶-1（phosphofructokinase-1，PFK-1），促進糖解作用。
• 抑制果糖-1,6-二磷酸酶（fructose-1,6-bisphosphatase-1，FBPase-1），抑制糖質新生。

因此，F2,6BP 濃度上升時，代謝方向偏向糖解作用；濃度下降時，對糖質新生的抑制減弱。

解題方法

先判斷題目問的是 F2,6BP 如何調節「糖質新生」，再找出它對糖質新生關鍵酵素的直接作用。糖質新生中的 FBPase-1 催化果糖-1,6-二磷酸轉換成果糖-6-磷酸；F2,6BP 抑制此酵素，使糖質新生減少。因此正確選項是指出 FBPase-1 受到抑制的選項。

選項分析

第 10 題　詳解

Acetate units for fatty acid synthesis are activated by formation of ____.

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核心觀念

本題考的是脂肪酸從頭合成（de novo fatty acid synthesis）中，二碳乙酸單位（acetate unit）如何被「活化」（activation）。

關鍵定義來自 Lehninger《Principles of Biochemistry》原文：

"Acetate units are activated by the formation of malonyl-CoA at the expense of ATP."

脂肪酸合成的碳源雖然來自 acetyl-CoA，但 acetyl-CoA 本身並不具備驅動碳鏈延長（C–C 鍵形成）所需的熱力學推力。細胞必須先透過乙醯輔酶 A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase, ACC），消耗一分子 ATP，將 $\text{CO}_2$（以 biotin 為輔因子攜帶）加到 acetyl-CoA 上，生成三碳的 malonyl-CoA：

$$\text{Acetyl-CoA} + \text{CO}_2 + \text{ATP} \xrightarrow{\text{ACC}} \text{Malonyl-CoA} + \text{ADP} + \text{P}_i$$

此步驟即為題目所稱的「activation」。隨後在脂肪酸合成酶（fatty acid synthase, FAS）上進行縮合反應（Claisen condensation）時，malonyl 基團會先脫羧（釋放 $\text{CO}_2$），產生的碳負離子（carbanion）攻擊酮基碳，使碳鏈延長兩個碳。脫羧反應使縮合反應在熱力學上變為不可逆，這正是「活化」的意義——先投入 ATP 能量進行羧化，再利用脫羧釋能驅動 C–C 鍵形成。

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解題方法

抓住題幹關鍵字 "activated"：

• 在生化教科書中，「activation of acetate units」有明確且唯一的定義，專指 acetyl-CoA → malonyl-CoA 的羧化步驟。
• Acetyl-CoA 是代謝中間物與碳源，但它本身不是「被活化後的形式」；malonyl-CoA 才是活化後的產物。
• 題目問的是 "activated by formation of ____"，即活化是藉由生成何種分子來完成，答案就是 malonyl-CoA。

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選項分析

核心觀念

本題考查粒線體電子傳遞鏈各複合體的電子來源、電子流向，以及質子移動方向。

電子會沿著還原電位逐漸升高的方向傳遞，也就是由較負的還原電位流向較正的還原電位。電子傳遞釋出的能量可用來將質子由粒線體基質側移至膜間腔側，建立質子電化學梯度。

解題方法

先依序確認各複合體的電子來源與受體：

• 複合體 I：從 NADH 接收電子，傳給泛醌（Q）。
• 複合體 II：將琥珀酸氧化時產生的電子經 FAD 傳給 Q。
• 複合體 III：透過 Q cycle 將電子傳給細胞色素 c。
• 複合體 IV：從細胞色素 c 接收電子，將氧還原成水。

再核對質子移動方向與還原電位變化，即可判斷各敘述。

選項分析

(A) 錯誤。 複合體 I 接收的是 NADH 的電子，並將電子傳給 Q。FADH₂相關的電子由複合體 II 傳入電子傳遞鏈，再交給 Q。

此題考驗對三羧酸循環 (TCA cycle) 中各個酶的功能以及能量產生方式的了解。三羧酸循環是細胞呼吸的核心代謝途徑，將乙醯輔酶A氧化成CO$_2$，同時產生NADH、FADH$_2$和GTP/ATP。

在TCA循環中，有幾個關鍵步驟涉及能量的產生：

1. 琥珀醯輔酶A合成酶 (Succinyl-CoA synthetase)：催化琥珀醯輔酶A (succinyl-CoA) 轉化為琥珀酸 (succinate)。這個反應是一個底物層級磷酸化 (substrate-level phosphorylation)，能量來自琥珀醯輔酶A的高能硫酯鍵。在哺乳動物中，這個反應產生GTP (鳥苷三磷酸)。在某些生物或組織中，也可能產生ATP。
   $\text{Succinyl-CoA} + \text{GDP} + \text{P}_i \xrightarrow{\text{Succinyl-CoA synthetase}} \text{Succinate} + \text{GTP} + \text{CoA}$
   (或使用ADP：$\text{Succinyl-CoA} + \text{ADP} + \text{P}_i \xrightarrow{\text{Succinyl-CoA synthetase}} \text{Succinate} + \text{ATP} + \text{CoA}$)

核心觀念

葡萄糖-6-磷酸去氫酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase，G6PD）催化磷酸戊糖途徑的第一個氧化反應：

$$\text{葡萄糖-6-磷酸}+\mathrm{NADP}^{+} \rightarrow \text{6-磷酸葡萄糖酸內酯}+\mathrm{NADPH}+\mathrm{H}^{+}$$

此反應產生的 NADPH 可供脂肪酸合成、膽固醇合成及抗氧化反應使用。G6PD 的活性主要受細胞內氧化還原狀態調節：NADP⁺ 是酵素反應所需的氧化型輔酶，NADPH 則會回饋抑制 G6PD。因此，NADP⁺ 相對充足時，磷酸戊糖途徑的通量增加；NADPH 充足時，通量受到抑制。

解題方法

先辨認 G6PD 反應所使用與產生的輔酶：反應消耗 NADP⁺、產生 NADPH。當細胞需要更多 NADPH，NADPH/NADP⁺ 比值下降，NADP⁺ 增加，便能促進 G6PD 催化反應。故本題要選能活化 G6PD 的氧化型輔酶 NADP⁺。

選項分析

核心觀念

脂肪酸進入 β 氧化前，必須先由脂醯輔酶 A 合成酶活化，形成脂醯輔酶 A。反應會消耗 ATP，並使 ATP 裂解成 AMP 與焦磷酸：

$$\text{脂肪酸}+\text{CoA}+\text{ATP} \longrightarrow \text{脂醯輔酶 A}+\text{AMP}+\text{PP}_{i}$$

生成的焦磷酸（$\text{PP}_{i}$）接著水解成兩個無機磷酸：

$$\text{PP}_{i}+\text{H}_{2}\text{O} \longrightarrow 2\text{P}_{i}$$

因此，脂肪酸活化涉及 ATP 裂解成 AMP，等同消耗兩個高能磷酸鍵。

解題方法

題目問脂肪酸為 β 氧化所活化時，哪一種核苷酸水解產物相符。辨認脂肪酸活化反應即可：反應物是 ATP，產物是 AMP 與焦磷酸，不是 ADP。

此題考驗對各種輔酶在單碳單位轉移中的作用的理解。單碳單位（如甲基-CH$_3$、甲醯基-CHO、亞甲基-CH$_2$-、甲炔基-CH=）在生化反應中非常重要，尤其是在核酸、胺基酸和核苷酸的合成中。

各種輔酶在單碳代謝中的作用：

• Biotin (生物素)：主要參與羧化反應，將CO$_2$（一個單碳單位）轉移到底物上，例如乙醯輔酶A羧化酶。
• Thiamine pyrophosphate (TPP, 硫胺素焦磷酸)：是丙酮酸脫羧酶和α-酮戊二酸脫氫酶等複合物的輔因子，參與醛基的轉移和脫羧反應，例如從α-酮酸上移除CO$_2$。
• Lipoamide (硫辛醯胺)：在α-酮酸脫氫酶複合物中，硫辛醯胺的二硫鍵可以接受來自TPP的乙醯基（兩個碳單位），然後將乙醯基轉移給CoA形成乙醯輔酶A。它也參與單碳單位的轉移，但主要是兩個碳單位的轉移。
• FAD (黃素腺嘌呤二核苷酸)：是氧化還原反應的輔因子，接受和提供電子，例如在琥珀酸脫氫酶和電子傳遞鏈中。它本身不直接轉移單碳單元。
• Tetrahydrofolate (THF, 四氫葉酸)：是單碳代謝的核心輔酶。THF可以以多種形式攜帶不同氧化狀態的單碳單位，包括：
  • N$^5$-甲醯基-THF (N$^5$-formyl-THF)：攜帶甲醯基 (-CHO)。

此題考驗對單醣 (monosaccharides) 和雙醣 (disaccharides) 分類（醛醣 vs. 酮醣）的理解。

醣類根據其羰基（C=O）的位置，可分為醛醣 (aldose) 和酮醣 (ketose)。

• 醛醣：羰基位於鏈的末端（C1位置），形成醛基 (-CHO)。
• 酮醣：羰基位於鏈的內部（C2位置，對於三碳糖來說），形成酮基 (C=O)。

單醣的分類：

• 三碳糖 (triose)：甘油醛 (glyceraldehyde, aldose), 二羥丙酮 (dihydroxyacetone, ketose)。
• 四碳糖 (tetrose)：赤藻糖 (erythrose, aldose), 赤藻酮糖 (erythrulose, ketose)。

核心觀念

本題考查光合作用與粒線體電子傳遞鏈之間的功能對應。細胞色素 $b_6f$ 複合體位於光合作用電子傳遞鏈中，負責接收質體醌（PQH$_2$）攜帶的電子，並將電子傳給質體藍素（plastocyanin）；此過程也促進質子移動至類囊體腔，建立質子梯度。

粒線體複合體 III 同樣接收還原型醌攜帶的電子，將電子傳給細胞色素 $c$，並協助建立膜兩側的質子梯度。因此，兩者在電子傳遞鏈中的功能相對應。

解題方法

沿著光合作用電子傳遞鏈判斷 $b_6f$ 的位置與功能：

$$\text{光系統 II} \rightarrow \text{PQ} \rightarrow b_6f \rightarrow \text{質體藍素} \rightarrow \text{光系統 I}$$

再與粒線體電子傳遞鏈對照：

$$\text{複合體 I／II} \rightarrow \text{泛醌} \rightarrow \text{複合體 III} \rightarrow \text{細胞色素 } c \rightarrow \text{複合體 IV}$$

核心觀念

本題考的是細胞質與粒線體之間的還原當量轉移。粒線體內膜不允許 NADH 自由通過，因此細胞質產生的 NADH 必須透過穿梭系統，把電子轉交給粒線體內的電子傳遞鏈。

糖解作用在細胞質中進行；檸檬酸循環與脂肪酸 β 氧化則主要在粒線體基質中進行。判斷關鍵是：NADH 在哪裡產生，以及其電子是否需要跨越粒線體內膜。

解題方法

逐項確認電子的來源與位置：

• 若 NADH 在細胞質產生，NADH 本身不能穿過粒線體內膜，電子須經穿梭系統送入粒線體。
• 若還原當量在粒線體內產生，便可在粒線體內直接交給電子傳遞鏈，不需跨膜穿梭。

糖解作用產生的細胞質 NADH，主要透過蘋果酸－天門冬胺酸穿梭或甘油－3－磷酸穿梭，將電子送入粒線體。穿梭的是電子所代表的還原當量，並非 NADH 分子直接通過內膜。

選項分析

(A) 檸檬酸循環產生的 NADH：錯誤。
檸檬酸循環在線粒體基質中進行，產生的 NADH 可直接將電子交給電子傳遞鏈的複合體 I，不需要跨膜穿梭系統。

核心觀念

本題考查芳香族胺基酸與其他芳香族細胞成分的生合成前驅物。植物、真菌與細菌可經由莽草酸途徑合成芳香族化合物；此途徑的共同分支中間物是莽草酸分支酸（chorismate）。

莽草酸分支酸是苯丙胺酸、酪胺酸與色胺酸的共同前驅物，也可進一步用於合成其他含芳香環的細胞成分，例如葉酸前驅物對胺基苯甲酸。

解題方法

題幹問的是「合成芳香族胺基酸與含苯環細胞化合物的共同中間物」。解題時先辨認「芳香族胺基酸」所屬的生合成途徑：莽草酸途徑產生莽草酸分支酸，再由此分流生成三種芳香族胺基酸及其他芳香族代謝物。因此，符合題意的選項是 chorismate。

選項分析

• (A) Chorismate：正確。 莽草酸分支酸是莽草酸途徑的關鍵分支中間物，可作為苯丙胺酸、酪胺酸、色胺酸及其他芳香族化合物的前驅物。

核心觀念

本題考 Lineweaver–Burk 雙倒數圖中，競爭性抑制劑對酵素動力學參數的影響。米氏方程的雙倒數形式為：

$$\frac{1}{v} = \frac{K_m}{V_{\max}}\frac{1}{[S]} + \frac{1}{V_{\max}}$$

其中斜率是 $K_m/V_{\max}$，縱軸截距是 $1/V_{\max}$，橫軸截距是 $-1/K_m$。

競爭性抑制會使表觀 $K_m$ 增加，但 $V_{\max}$ 不變。因此，圖上的縱軸截距不變、斜率增加；橫軸截距則向零移動。

解題方法

原圖的橫軸是 $1/[S]$、縱軸是 $1/v$；各選項以實線表示無抑制時的直線，虛線表示加入抑制劑後的直線。判斷時先比較縱軸截距，再看斜率：競爭性抑制須與原線有相同的縱軸截距，且虛線較陡。

核心觀念

本題考米氏方程式（Michaelis–Menten equation）及米氏常數 $K_M$ 的求法：

$$v=\frac{V_{\max}[S]}{K_M+[S]}$$

其中 $v$ 是反應速率，$V_{\max}$ 是最大反應速率，$[S]$ 是受質濃度。$K_M$ 的定義是反應速率達到 $V_{\max}/2$ 時的受質濃度。

解題方法

將題目給定的數值代入米氏方程式：

$$2=\frac{10\times 0.5}{K_M+0.5}$$

先計算速率占最大速率的比例：

$$\frac{v}{V_{\max}}=\frac{2}{10}=0.2$$

因此：

核心觀念

本題考血紅素的 Bohr 效應：血液的 pH 改變會影響血紅素對氧氣的親和力。pH 上升時，血紅素對氧氣的親和力增加；pH 下降時，親和力降低。肌紅素的氧氣結合曲線則大致不受這些 pH 變化影響。

親和力可由 $P_{50}$ 判斷：$P_{50}$ 是氧氣分壓使蛋白質達到 50% 飽和時的數值。$P_{50}$ 越低，代表親和力越高，曲線也越靠左。

解題方法

原圖的橫軸是氧氣分壓 $P_{\mathrm{O_2}}$，單位為 torr，刻度約為 0、25、50、75、100；縱軸是氧氣分率飽和度 $Y$，範圍為 0 至 1。pH 7.2 時，肌紅素曲線呈雙曲線且位於左側；血紅素曲線呈 S 形且位於右側。

作圖時以 pH 7.2 的血紅素曲線為基準，依 Bohr 效應判斷左右位移：

• pH 升至 7.6： 血紅素曲線向左移，$P_{50}$ 降低，表示親和力增加。
• pH 降至 6.8： 血紅素曲線向右移，$P_{50}$ 上升，表示親和力降低。

已確認原卷圖片內容。原卷第 3 題確實寫「palmitic acid (C18:0)」，並指定「molecular weight of β-linolenic acid is 256 Da」。以下依原卷實際文字作答。

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第 3 題　β-Oxidation

核心觀念

本題考查兩大重點：

1. 脂肪酸 β-oxidation 的四步反應：包含各步酵素名稱及輔因子（能量分子）。
2. 脂肪酸完全氧化的 ATP 當量計算：β-oxidation 產生的 FADH₂、NADH、Acetyl-CoA 數量，經 TCA cycle 與電子傳遞鏈後可得到的總 ATP 數，再換算為每克脂肪酸的能量（kJ/g）。

關於原卷矛盾的說明：原卷寫「palmitic acid (C18:0)」，但 palmitic acid 實際上是 C16:0（分子量 256 Da）；C18:0 應為 stearic acid（分子量 284 Da）。題目又指定分子量為 256 Da。由於存在矛盾，以下分兩種情形作答。

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(1) β-Oxidation 的四步反應

β-Oxidation 每一循環（cycle）將 fatty acyl-CoA 縮短 2 個碳，依序經過以下四個步驟：

$$\text{Fatty acyl-CoA (}C_n\text{)} \xrightarrow{\text{4 steps}} \text{Fatty acyl-CoA (}C_{n-2}\text{) + Acetyl-CoA}$$

步驟	反應類型	酵素	能量分子（輔因子）
Step 1	氧化（脫氫）：acyl-CoA → trans-Δ²-enoyl-CoA	Acyl-CoA dehydrogenase	FAD → FADH₂（產生）
Step 2	水合：trans-Δ²-enoyl-CoA → L-β-hydroxyacyl-CoA	Enoyl-CoA hydratase	H₂O（加入，無能量分子變化）
Step 3	氧化（脫氫）：L-β-hydroxyacyl-CoA → β-ketoacyl-CoA	β-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase	NAD⁺ → NADH + H⁺（產生）
Step 4	硫解：β-ketoacyl-CoA → acyl-CoA ($C_{n-2}$) + Acetyl-CoA	Thiolase（β-ketothiolase）	CoA-SH（消耗）

反應流程圖：

$$\text{R-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CO-SCoA}$$ $$\xrightarrow[\text{FAD} \to \text{FADH}_2]{\textbf{Step 1: Acyl-CoA dehydrogenase}}$$ $$\text{R-CH=CH-CO-SCoA} \quad (\textit{trans}-\Delta^2\text{-enoyl-CoA})$$ $$\xrightarrow[\text{+H}_2\text{O}]{\textbf{Step 2: Enoyl-CoA hydratase}}$$ $$\text{R-CHOH-CH}_2\text{-CO-SCoA} \quad (\text{L-}\beta\text{-hydroxyacyl-CoA})$$ $$\xrightarrow[\text{NAD}^+ \to \text{NADH + H}^+]{\textbf{Step 3: } \beta\text{-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase}}$$ $$\text{R-CO-CH}_2\text{-CO-SCoA} \quad (\beta\text{-ketoacyl-CoA})$$ $$\xrightarrow[\text{+CoA-SH}]{\textbf{Step 4: Thiolase}}$$ $$\text{R-CO-SCoA} \;(C_{n-2}) \;+\; \text{CH}_3\text{-CO-SCoA} \;(\text{Acetyl-CoA})$$

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(2) ATP 當量計算

題目給定換算值

分子	ATP 當量
NADPH	3.5 ATP
NADH	2.5 ATP
FADH₂	1.5 ATP
Acetyl-CoA（經 TCA cycle）	10 ATP
ATP 水解能	31 kJ/mol

活化步驟

脂肪酸進入 β-oxidation 前，需先被 acyl-CoA synthetase 活化為 fatty acyl-CoA，消耗 ATP → AMP + PPᵢ，等同消

核心觀念

本題考查每個乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）經過一輪三羧酸循環（TCA cycle）時，會產生多少還原型輔酶，以及這些輔酶經電子傳遞系統（electron transport system）氧化時可合成多少 ATP。

每輪 TCA 循環會產生 NADH、FADH₂ 和 GTP。換算 ATP 時，採用目前常見的 P/O 比值：每個 NADH 約合成 $2.5$ 個 ATP，每個 FADH₂ 約合成 $1.5$ 個 ATP；GTP 則相當於 $1$ 個 ATP。

解題方法

沿著 TCA 循環辨認產生還原型輔酶或 GTP 的反應：

• 異檸檬酸氧化脫羧：產生 $1$ 個 NADH。
• α-酮戊二酸氧化脫羧：產生 $1$ 個 NADH。
• 琥珀醯輔酶 A 轉為琥珀酸：產生 $1$ 個 GTP。
• 琥珀酸氧化為延胡索酸：產生 $1$ 個 FADH₂。
• 蘋果酸氧化為草醯乙酸：產生 $1$ 個 NADH。

因此，每個乙醯輔酶 A 經過一輪 TCA 循環，產物為：

核心觀念

本題考查膽固醇的合成原料、合成調控、血液運輸，以及細胞面對膽固醇過量時的處理方式。

膽固醇合成以乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）為起始原料。合成途徑中的限速調控酵素是HMG-CoA 還原酶（HMG-CoA reductase），催化 HMG-CoA 還原為甲羥戊酸（mevalonate）。血液中的膽固醇主要由**低密度脂蛋白（LDL）**運送至周邊細胞。

解題方法

依序對應題目四個問句：

1. 起始原料：乙醯輔酶 A
   多個乙醯輔酶 A 分子經縮合反應形成 HMG-CoA，接著由 HMG-CoA 還原酶催化，進入甲羥戊酸途徑，最後合成膽固醇。

2. 合成的控制酵素：HMG-CoA 還原酶
   此酵素催化膽固醇合成途徑的重要限速步驟，因此是合成速率的主要調控點。細胞內膽固醇增加時，會抑制膽固醇的合成；他汀類藥物也以抑制此酵素降低膽固醇合成。

3. 血液中的主要運輸者：LDL
   LDL 將膽固醇由肝臟運送到周邊組織，細胞可透過 LDL 受體攝取 LDL。HDL 的主要功能則是將周邊組織的膽固醇帶回肝臟，參與逆向膽固醇運輸。