111 年 國立臺灣大學藥學系碩士班《生物化學（A）》

核心觀念

蛋白質二級結構是多肽鏈局部且規則的空間排列，典型例子包括 $\alpha$ 螺旋與 $\beta$ 摺板。這些結構主要由多肽主鏈的氫鍵穩定：主鏈上的羰基氧（$C=O$）與另一處主鏈的胺基氫（$N-H$）形成氫鍵。

二級結構描述的是局部構形及其規則排列，不是由側鏈之間的各種作用力來定義。

解題方法

判斷關鍵是分清蛋白質不同結構層級的主要穩定作用力。看到「secondary structures」時，先聯想到 $\alpha$ 螺旋與 $\beta$ 摺板，再確認它們的主鏈 $C=O$ 與 $N-H$ 是否形成規律的氫鍵。答案因此是氫鍵。

選項分析

• (A) Van der Waals interactions：凡得瓦力可參與蛋白質構形的穩定，但不是二級結構的主要定義依據。

絲胺酸（Serine）是一種極性胺基酸，其側鏈含有一個羥基（-OH）。這個羥基是一個反應性官能基，可以參與多種蛋白質的轉譯後修飾（Post-translational modification, PTM）。
(A) 醣基化（Glycosylation）：羥基可以接受醣鏈的連接，形成 O-linked 醣基化。
(B) 亞硝基化（Nitrosylation）：羥基上的氫原子可能被亞硝基（-NO）取代。

完整的、具有活性的酵素稱為全酵素（holoenzyme）。全酵素通常由兩部分組成：蛋白質部分（稱為載體酵素，apoenzyme）和非蛋白質輔助因子（cofactor）。

B-form DNA 的雙螺旋結構穩定主要依靠以下幾種作用力：

1. 鹼基對之間的氫鍵：這是維持兩條DNA鏈之間配對的關鍵，A-T 之間有兩個氫鍵，G-C 之間有三個氫鍵。
2. 鹼基堆疊作用（Base stacking）：相鄰的鹼基平面之間存在著π-π軌域的相互作用（van der Waals forces 和疏水性作用），這提供了主要的穩定性，尤其是在 B-form DNA 中，這種作用力非常顯著。
3. 磷酸-醣骨架的穩定：磷酸基團帶負電，而醣類（去氧核糖）的穩定性也對整體結構有貢獻。

涉及三聚 G 蛋白（trimeric G proteins）的訊號傳導系統，無論是激素訊號還是感覺刺激，通常具有以下特徵：

1. 細胞膜受體（Receptors）：這些受體通常位於細胞膜上，並具有跨膜結構（multiple transmembrane segments）以感知細胞外的訊號。
2. G 蛋白偶聯受體（GPCRs）：大多數與 G 蛋白結合的受體屬於 G 蛋白偶聯受體（GPCR）家族，其特徵是具有七個跨膜結構域。
3. G 蛋白活化：當受體與配體結合後，會誘導 G 蛋白的 GTP/GDP 交換，活化 G 蛋白。
4. 下游效應器：活化的 G 蛋白會調節細胞內的效應器，例如腺苷酸環化酶（adenylyl cyclase）或磷酸二酯酶（phosphodiesterase），進而影響第二信使（如 cAMP 或 cGMP）的濃度。
5. 第二信使：環核苷酸（cyclic nucleotides），如 cAMP 和 cGMP，是許多 G 蛋白偶聯訊號傳導路徑中的重要第二信使。

核心觀念

本題考查電子傳遞鏈為何由多個氧化還原步驟組成。電子從高能階的供體逐步傳給最終受體時，整體自由能變化取決於反應物與產物的狀態：

其中 $n$ 是轉移的電子莫耳數，$F$ 是法拉第常數，$\Delta E$ 是氧化還原電位差。只要起點與終點相同，無論反應分成幾步，總 $\Delta G$ 都相同。

多步傳遞的優點是把能量分段釋出，使電子傳遞鏈能逐步將能量耦聯到質子跨膜運輸，建立質子電化學梯度。ATP 合成酶再利用此梯度合成 ATP。若能量一次大量釋出，就較難有效捕捉，較多能量會以熱散失。

解題方法

判斷各選項時，分清楚兩件事：總自由能變化由反應的起點與終點決定；多步驟改變的是能量釋出的方式，以及能量被捕捉的效率。

電子傳遞鏈以多個載體逐步傳遞電子，讓每一步釋出的部分自由能可用於泵送質子。質子回流時，ATP 合成酶利用質子動力勢合成 ATP。

核心觀念

磷脂酶是水解磷脂特定化學鍵的酵素，分類依據是它切斷磷脂分子的位置。以甘油磷脂為例，磷脂酶 A₁、A₂ 分別水解甘油骨架 sn-1、sn-2 位置的脂肪酸酯鍵；磷脂酶 B 可水解兩個位置的酯鍵；磷脂酶 C、D 則作用於磷酸基附近不同的鍵結。AOCS：磷脂酶分類

磷脂酶進行的是水解反應，會利用水切斷化學鍵；它不負責把脂肪酸的碳碳雙鍵還原成單鍵。蛇毒中的某些磷脂酶 A₂ 具有抗凝血作用，例如水解凝血反應所需的促凝磷脂，或干擾凝血因子形成複合體。蛇毒磷脂酶 A₂ 的抗凝血機制

解題方法

逐句判斷題目敘述：

1. 是否正確描述磷脂酶依切割位置分類？
2. 是否把磷脂酶的水解作用誤說成雙鍵還原？
3. 是否符合蛇毒磷脂酶具有抗凝血作用的例子？

第 1、3 句正確，第 2 句錯誤，因此選含有 1 和 3 的選項。

選項分析

我們來逐一分析關於自由能（free energy）和標準狀態（standard state）的敘述：

1. 自由能是可用於做功的能量。 這句話是正確的。吉布斯自由能（Gibbs free energy, G）的變化 ($\Delta G$) 代表了在恆溫恆壓下，一個系統在過程結束時可以對外界做的最大非體積功（non-expansion work）。$\Delta G < 0$ 表示反應是自發的，並能釋放能量；$\Delta G > 0$ 表示反應是非自發的，需要輸入能量；$\Delta G = 0$ 表示系統處於平衡狀態。
2. 自由能變化可以在恆定的溫度和壓力下測量。 這句話是正確的。吉布斯自由能的定義本身就是在恆溫恆壓下進行的。標準自由能變化 ($\Delta G^0$) 也是在特定的標準條件下（恆溫恆壓）定義和測量的。
3. 對於生化反應，標準狀態下 [H+] 的濃度是 $10^{-7}$ M。 這句話是錯誤的。傳統的化學標準狀態定義是 1 M 的濃度，1 atm 的壓力，25°C (298 K) 的溫度。然而，對於生化反應，pH 值在生理範圍內（約 7.4）遠非中性（pH 7）。為了方便起見，生化學家引入了「標準生化狀態」（standard biochemical state），其中定義 pH = 7.0（即 [H+] = $10^{-7}$ M）。但這不是「標準狀態」（standard state）的定義，而是「標準生化狀態」（standard biochemical state）的定義。題目中僅說「標準狀態」，而沒有指定是化學標準狀態還是生化標準狀態。

核心觀念

本題考查前列腺素（prostaglandins, PGs）的：

1. 前驅脂肪酸與合成途徑
2. 發炎反應中的生理作用
3. NSAIDs 的藥理作用標的
4. 脂質介質的分類

前列腺素屬於由 $20$ 個碳原子多元不飽和脂肪酸衍生的二十碳烷類（eicosanoids）。最典型的前驅物是花生四烯酸（arachidonic acid, $20:4$）。

花生四烯酸經由環氧合酶，即前列腺素內過氧化物 H 合成酶（prostaglandin-endoperoxide H synthase, PGH synthase），先形成 $PGG_2$，再形成 $PGH_2$：

$PGH_2$ 後續可再轉換為不同的前列腺素、前列環素（prostacyclin）及血栓素（thromboxanes）。

解題方法

逐一檢查各選項中的關鍵字：

• 前驅物是否正確；
• 前列腺素是否與發炎有關；
• NSAIDs 的作用酵素是否正確；
• 前列腺素屬於哪一類脂質介質。

其中只要掌握「前列腺素主要由花生四烯酸經 COX 途徑合成」以及「NSAIDs 抑制 COX」，即可判定正確答案。

選項分析

(A) Prostaglandins are formed from linolenic acid by oxidation and cyclization.

錯誤。

前列腺素的典型直接前驅物是花生四烯酸，而不是亞麻酸（linolenic acid）。

• 亞麻酸通常指 $\alpha$-linolenic acid，為 $18:3$ 脂肪酸；
• 花生四烯酸為 $20:4$ 脂肪酸；
• 前列腺素屬於二十碳烷類，主要由 $20$ 碳多元不飽和脂肪酸衍生。

花生四烯酸經 COX 催化，進行氧化並形成含環結構的前列腺素內過氧化物，最後生成 $PGH_2$。因此，選項中的「oxidation and cyclization」方向雖涉及部分合成概念，但前驅脂肪酸寫成 linolenic acid，故整體錯誤。

(B) Prostaglandins are impotent mediators of inflammation.

錯誤。

前列腺素是重要且具有活性的發炎介質，並非「impotent」所表示的無效或無作用介質。

前列腺素可參與：

核心觀念

本題考查 PCSK9 對低密度脂蛋白受體（LDL receptor，LDLR）的調控，以及 PCSK9 抑制藥物的種類。PCSK9 是一種會促使肝細胞表面 LDLR 被降解的蛋白；它主要調控的是 LDL 代謝，並非高密度脂蛋白受體（HDL receptor）。

解題方法

先辨認題幹中的受體種類，再追蹤 PCSK9 對受體去向的影響：

1. PCSK9 與細胞表面的 LDLR 結合後，受體複合體被內吞。
2. LDLR 被送往溶酶體降解，減少細胞表面的 LDLR 數量。
3. 細胞表面的 LDLR 減少，肝臟清除血中 LDL 的能力下降，血中 LDL 濃度因而上升。
4. 抑制 PCSK9 可減少 LDLR 被降解，使較多 LDLR 留在細胞表面，增加 LDL 清除。

因此，本題的關鍵是分清楚 LDL receptor 與 HDL receptor，並掌握 PCSK9 促進 LDLR 降解的作用。

選項分析

核心觀念

本題測驗細胞能量狀態（Cellular Energy Status）的監控與調控機制，核心概念為腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）的調控原理及腺苷酸激酶（Adenylate kinase, AK）反應引發的「相對變化率放大效應」。

1. 細胞內腺嘌呤核苷酸的濃度級距：
   在典型細胞內，三種核苷酸的基礎濃度關係為：
   $[\text{ATP}] \gg [\text{ADP}] \gg [\text{AMP}]$
   通常 $[\text{ATP}]$ 約為 $3 \sim 5\text{ mM}$，$[\text{ADP}]$ 約為數百 $\mu\text{M}$，而游離的 $[\text{AMP}]$ 極低（通常 $< 10 \sim 50\ \mu\text{M}$）。

2. 腺苷酸激酶平衡反應（Adenylate Kinase Reaction）：
   細胞質中存在高活性的腺苷酸激酶（又稱肌激酶 myokinase），維持以下可逆平衡反應：
   $2\,\text{ADP} \rightleftharpoons \text{ATP} + \text{AMP}$
   其平衡常數表示為：
   $K'_{eq} = \frac{[\text{ATP}][\text{AMP}]}{[\text{ADP}]^2} \approx 1$
   整理可得：
   $[\text{AMP}] \approx K'_{eq} \cdot \frac{[\text{ADP}]^2}{[\text{ATP}]}$
   由此式可知，當細胞進行劇烈消耗能量的代謝時，$[\text{ATP}]$ 哪怕只發生些微比例的下降（例如消耗 $10\%$），轉換出的 $\text{ADP}$ 經由腺苷酸激酶催化，會使基底極低的 $[\text{AMP}]$ 產生數倍至數十倍的急遽暴增（相對變化百分比遠大於 $\text{ATP}$ 或 $\text{ADP}$）。因此，$[\text{AMP}]$ 是反映細胞能量匱乏最敏銳（most sensitive）的指標。

解題方法

1. 數值變化的靈敏度切入：
   「敏感指標（sensitive indicator）」的生化定義是：當系統狀態有些微擾動時，該分子濃度的「相對變化百分比（$\Delta C / C$）」最大。
   • 設細胞內原本 $[\text{ATP}] = 50$ 單位，$[\text{ADP}] = 5$ 單位，$[\text{AMP}] = 0.5$ 單位。

生物體中的生物素（biotin）依賴性羧化反應，通常是將二氧化碳（CO2）作為羧基的來源，並利用 ATP 作為能量來源，將羧基引入底物分子中。

常見的生物素依賴性羧化酶包括：

1. 乙醯輔酶 A 羧化酶（Acetyl-CoA carboxylase, ACC）：催化乙醯輔酶 A 羧化形成丙二醯輔酶 A (malonyl-CoA)。這是脂肪酸合成的起始步驟。
   反應：乙醯輔酶 A + HCO3- + ATP → 丙二醯輔酶 A + ADP + Pi
2. 丙醯輔酶 A 羧化酶（Propionyl-CoA carboxylase）：催化丙醯輔酶 A 羧化形成甲基丙二醯輔酶 A (methylmalonyl-CoA)。這是異亮胺酸、纈胺酸、甲硫胺酸、蘇胺酸代謝的途徑。
   反應：丙醯輔酶 A + HCO3- + ATP → 甲基丙二醯輔酶 A + ADP + Pi
3. 丙酮酸羧化酶（Pyruvate carboxylase）：催化丙酮酸羧化形成草醯乙酸（oxaloacetate）。

水解反應的標準自由能變化 ($\Delta G^0$) 負值越大，表示水解釋放的能量越多，該鍵越「高能」。我們需要比較選項中化合物水解時釋放的能量。

(A) 醋酸酐（Acetic anhydride）：水解生成兩分子醋酸。醋酸酐中的酐鍵（-CO-O-CO-）是高能鍵，水解釋放的能量很高。$\Delta G^0_{hydrolysis} \approx -30$ kcal/mol。
(B) 葡萄糖-6-磷酸（Glucose 6-phosphate）：這是磷酸酯鍵。磷酸酯鍵的水解釋放的能量相對較少。$\Delta G^0_{hydrolysis} \approx -3.3$ kcal/mol。
(C) 穀胺醯胺（Glutamine）：穀胺醯胺是一個醯胺（amide）。醯胺鍵的水解釋放的能量比磷酸酯鍵略高，但不如高能磷酸鍵。

在無氧條件下，骨骼肌會將丙酮酸（pyruvate）轉化為乳酸（lactate）。這個過程是乳酸發酵（lactic acid fermentation）的一部分。其主要目的是：

1. 再生 NAD+：無氧呼吸過程中，糖解作用（glycolysis）是 ATP 的主要來源。糖解作用需要 NAD+ 作為氧化劑來氧化甘油醛-3-磷酸。如果沒有氧氣作為電子傳遞鏈的最終電子受體，NADH 就無法被氧化回 NAD+。丙酮酸轉化為乳酸的反應（丙酮酸 + NADH + H+ → 乳酸 + NAD+）會消耗 NADH 並再生 NAD+，從而確保糖解作用能夠持續進行，繼續產生 ATP。
2. 緩衝 pH：乳酸是酸性的，它的生成會導致細胞內 pH 下降。雖然這不是主要目的，但乳酸的積累與肌肉疲勞有關。
3. 氧氣釋放：Bohr effect 指的是 pH 下降導致血紅蛋白對氧氣的親和力降低，從而促進氧氣釋放。

四氫葉酸（tetrahydrofolate, H4 folate）是葉酸（folate）的還原型。它在細胞代謝中作為單碳單元（如甲基、亞甲基、甲醯基）的載體，參與多種重要的合成反應，特別是核苷酸和胺基酸的合成。

H4 folate 參與的關鍵反應包括：

1. 嘧啶核苷酸（pyrimidine nucleotides）的合成：
   • UMP（uridine monophosphate）的合成：H4 folate 參與將碳原子引入 dUMP 形成 dTMP 的反應。
   • dCMP（deoxycytidine monophosphate）和 dTMP（deoxythymidine monophosphate）的合成：H4 folate 參與 dUMP 甲基化生成 dTMP 的反應，這是 DNA 合成中重要的步驟。
2. 嘌呤核苷酸（purine nucleotides）的合成：H4 folate 參與嘌呤環的從頭合成，提供單碳單元。
3. 胺基酸代謝：例如，絲胺酸（serine）轉化為甘氨酸（glycine），甲硫胺酸（methionine）的甲基化等。

題目問的是「缺乏 H4 folate 會導致哪種核苷酸合成缺乏」。

我們來分析選項：
(A) dCMP：dCMP 是由 dUMP 磷酸化或由胞苷酸（CMP）脫氧得到。

核心觀念

本題測驗**脂質化學（Lipid Chemistry）**中三酸甘油酯（Triacylglycerol, TAG，又稱 Triglyceride）的基本化學組成與鍵結型態：

1. 三酸甘油酯的組成：由一分子**甘油（Glycerol）與三分子脂肪酸（Fatty acids）**組成。
2. 共價鍵結型態：甘油的三個羥基（醇基，$-\text{OH}$）分別與三分子脂肪酸的羧基（$-\text{COOH}$）經由脫水縮合反應形成酯鍵（Ester bond, $-\text{COO}-$）。

解題方法

從化學官能基與脫水縮合反應切入：

1. 反應物官能基分析：
   • 甘油為三元醇（Polyol），結構式為 $\text{HOCH}_2-\text{CH(OH)}-\text{CH}_2\text{OH}$，提供三個醇基（$-\text{OH}$）。
   • 脂肪酸為長鏈烴基羧酸，通式為 $\text{R}-\text{COOH}$，提供羧基（$-\text{COOH}$）。
2. 鍵結生成：
   醇與羧酸反應脫去一分子水（$\text{H}_2\text{O}$）生成酯類：
   $\text{Glycerol} + 3\ \text{R-COOH} \longrightarrow \text{Triacylglycerol} + 3\ \text{H}_2\text{O}$
   其生成的共價鍵結型態為 $-\text{C}(=\text{O})-\text{O}-\text{CH}_2-$ 或 $-\text{C}(=\text{O})-\text{O}-\text{CH}-$，定義上即為酯鍵（Ester bond）。

選項分析

• (A) 錯誤。磷酸二酯鍵（Phosphodiester bond）：
  常見於核酸（DNA、RNA）骨架中連接相鄰核苷酸的 $3',5'$-磷酸二酯鍵；亦見於甘油磷脂（Glycerophospholipids）中連結甘油、磷酸基與極性頭部基團處。三酸甘油酯不含磷酸基，無此鍵結。
• (B) 正確。酯鍵（Ester bond）：
  三酸甘油酯是由甘油的羥基與脂肪酸的羧基脫水形成的酯鍵結合而成，故為正確選項。
• (C) 錯誤。醚鍵（Ether bond）：
  具有 $-\text{C}-\text{O}-\text{C}-$ 結構。

這個問題涉及粒線體氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）的機制，特別是解偶聯劑（uncoupling agent）和 ATP 合成抑制劑的作用。

氧化磷酸化的過程包括兩個主要部分：

1. 電子傳遞鏈（Electron Transport Chain, ETC）：電子從 NADH 和 FADH2 傳遞，最終傳遞給氧氣，釋放出能量，用於將質子（H+）從粒線體基質泵浦到粒線體膜間隙，建立質子梯度。這個過程消耗 O2。
2. 化學滲透偶聯（Chemiosmotic coupling）：質子通過 ATP 合成酶（ATP synthase）流回粒線體基質，其能量用於將 ADP 和 Pi 合成 ATP。

2,4-二硝基苯酚（2,4-Dinitrophenol, 2,4-DNP） 是一種解偶聯劑。它是一種弱酸，可以在膜的兩側質子化和去質子化，攜帶質子穿過內膜，從而破壞質子梯度。這使得電子傳遞鏈釋放的能量無法用於 ATP 合成，而是以熱能的形式散失。因此，2,4-DNP 會促進電子傳遞鏈的進行（因為質子梯度不再是瓶頸），增加 O2 的消耗，但阻止 ATP 的合成。

寡黴素（Oligomycin） 是一種 ATP 合成酶的抑制劑。它直接結合並阻斷 ATP 合成酶，阻止質子通過 ATP 合成酶流回基質。

核心觀念

本題考查粒線體氧化磷酸化中的「解偶聯劑」（uncoupler）作用。正常情況下，電子傳遞鏈將質子 $\mathrm{H^+}$ 由粒線體基質泵入膜間腔，建立質子電化學梯度；質子再經由 ATP synthase 回到基質，驅動：

2,4-dinitrophenol（2,4-DNP）是脂溶性的弱酸，可攜帶質子穿越內膜，使質子梯度消散。因此，電子傳遞與氧消耗仍可進行，甚至加快，但 ATP 合成效率下降，能量大量以熱散失。

解題方法

判斷解偶聯劑時，掌握三個連鎖結果：

1. 2,4-DNP 可在膜間腔取得質子，形成質子化的 DNP。
2. 質子化的 DNP 穿過粒線體內膜，到達基質後釋放質子。
3. 質子梯度被削弱，ATP synthase 缺乏足夠的質子驅動力；但電子傳遞鏈因受到的逆向抑制減少，電子傳遞與耗氧量增加。

同時，質子梯度消散會使 ATP/ADP 比下降，並使 NADH、FADH$_2$ 較快被氧化回 NAD$^+$、FAD，因而促進 TCA cycle 與電子傳遞。

選項分析

(A) 錯誤。
2,4-DNP 的質子化位置與題目敘述相反。膜間腔的質子濃度較高，DNP 通常在膜間腔接受質子：

質子化的 DNPH 利用脂溶性穿過內膜，在基質側釋放質子，再轉變回帶負電的 $\mathrm{DNP^-}$。因此正確方向是：

脂肪酸的 $\beta$ 氧化是一個分解脂肪酸的代謝途徑，主要發生在粒線體和過氧化物酶體（peroxisomes）中。這個過程會產生乙醯輔酶 A (acetyl-CoA)，它進入 TCA 循環產生 ATP。同時，這個過程還會產生還原當量，如 NADH 和 FADH2。

$\beta$ 氧化在粒線體和過氧化物酶體中的主要區別在於：

1. 粒線體 $\beta$ 氧化：
   • 第一步是脂肪醯輔酶 A 脫氫酶（acyl-CoA dehydrogenase）催化，產生 $\alpha, \beta$-不飽和脂肪醯輔酶 A 和 FADH2。
   • 後續步驟產生 NADH。
   • 最終產生乙醯輔酶 A。
2. 過氧化物酶體 $\beta$ 氧化：
   • 第一步是脂肪醯輔酶 A 脫氫酶催化，但產生的 FADH2 不進入電子傳遞鏈，而是被過氧化物酶體中的過氧化氫酶（catalase）直接利用。
   • 過氧化物酶體中的脂肪酸氧化過程會產生 H2O2（過氧化氫），然後過氧化氫酶將其分解為水和氧氣（2 H2O2 → 2 H2O + O2）。

肝臟糖質新生（gluconeogenesis）是指從非碳水化合物前體合成葡萄糖的過程。

我們來分析各個選項：
(A) 可以導致蛋白質轉化為血糖。 蛋白質可以被分解為胺基酸，其中一些胺基酸（如丙胺酸、甘胺酸、絲胺酸、半胱胺酸、天冬胺酸、天冬醯胺酸、穀胺酸、穀胺醯胺、精胺酸、組胺酸）可以通過轉化為丙酮酸、草醯乙酸等中間產物，進入糖質新生途徑，最終轉化為葡萄糖。因此，這是正確的。
(B) 有助於在富含碳水化合物的餐後降低血糖。 這是錯誤的。在富含碳水化合物的餐後，血糖升高，胰島素分泌增加，會促進葡萄糖的利用和儲存（如糖原合成），並抑制糖質新生。糖質新生主要發生在禁食或低血糖狀態下，以維持血糖水平。
(C) 由胰島素激素激活。 這是錯誤的。胰島素是降低血糖的激素，它抑制糖質新生，並促進糖原合成和葡萄糖利用。糖質新生主要由升糖素（glucagon）和皮質醇（cortisol）等激素激活。

昇糖素（glucagon）是一種由胰臟 $\alpha$ 細胞分泌的激素，其主要作用是升高血糖。它主要作用於肝臟。

我們來分析昇糖素引起的生理變化：
(A) 肝臟糖原分解（glycogenolysis in liver）的激活。 這是昇糖素的主要作用之一。昇糖素通過激活肝臟中的糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）來促進糖原分解，釋放葡萄糖進入血液。
(B) 肝臟糖質新生（gluconeogenesis）的刺激。 這是昇糖素的另一個重要作用。昇糖素通過促進參與糖質新生關鍵步驟的酶的活性（如果糖-1,6-雙磷酸酶-1 和葡萄糖-6-磷酸酶）來促進糖質新生，從而增加葡萄糖的產生。

脂肪酸合成（fatty acid synthesis）是一個複雜的過程，主要發生在細胞質中，由脂肪酸合成酶複合體（fatty acid synthase, FAS）催化。其主要步驟和所需物質包括：

1. 起始物：脂肪酸合成的碳來源是乙醯輔酶 A (acetyl-CoA)。
2. 延伸步驟：
   • 乙醯輔酶 A 羧化為丙二醯輔酶 A (malonyl-CoA)。這個反應需要乙醯輔酶 A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase, ACC）催化，ACC 是生物素（biotin）依賴性酶，需要碳酸氫根離子（HCO₃⁻，來自 CO₂）和 ATP 作為能量來源。
   • 脂肪酸合成酶複合體（FAS）將乙醯輔酶 A 和丙二醯輔酶 A 依次連接到其上的硫醇基團，然後通過一系列還原和脫水反應進行延伸。
3. 還原劑：脂肪酸合成過程中，需要還原劑來還原 $\beta$-酮基和 $\alpha, \beta$-不飽和鍵。

五碳糖磷酸途徑（Pentose Phosphate Pathway, PPP）有兩個主要階段：

1. 氧化階段：此階段產生 NADPH，並將葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate）轉化為核酮糖-5-磷酸（ribulose-5-phosphate）。關鍵酶是葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PD）和 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（6-phosphogluconate dehydrogenase）。此階段的淨產物是 1 分子核酮糖-5-磷酸和 2 分子 NADPH。
2. 非氧化階段：此階段是可逆的，不產生 NADPH。它將氧化階段產生的核酮糖-5-磷酸轉化為其他磷酸化的醣類，包括核糖-5-磷酸（ribose-5-phosphate，用於核苷酸合成）和果糖-6-磷酸（fructose-6-phosphate）及甘油醛-3-磷酸（glyceraldehyde-3-phosphate），後兩者可以進入糖解途徑或被重新用於 PPP。

葡萄糖氧化酶（glucose oxidase）是一種用於檢測葡萄糖濃度的酶。其反應機制如下：

葡萄糖氧化酶催化葡萄糖的氧化，生成葡萄糖酸-δ-內酯（glucono-δ-lactone）和過氧化氫（H₂O₂）。這個反應需要氧氣（O₂）作為電子受體。

反應式：
葡萄糖 + O₂ + H₂O → 葡萄糖酸 + H₂O₂
葡萄糖酸在水中會自發地水解成葡萄糖酸-δ-內酯和 H₂O。

所以，葡萄糖被氧化，氧氣被還原。

選項分析：
(A) 葡萄糖被還原為葡萄糖酸-δ-內酯。 這是錯誤的。葡萄糖被氧化。
(B) 反應產生氧氣以及葡萄糖酸-δ-內酯。 這是錯誤的。反應消耗氧氣，產生葡萄糖酸-δ-內酯和過氧化氫。
(C) 反應需要過氧化氫作為氧化劑。 這是錯誤的。反應需要氧氣（O₂）作為氧化劑，並產生過氧化氫（H₂O₂）。

DNA 甲基化是表觀遺傳學修飾的一種重要形式，它涉及在 DNA 分子中的特定位點（通常是胞嘧啶的 C5 位置）添加一個甲基（-CH₃）基團。這個過程由 DNA 甲基轉移酶（DNA methyltransferases, DNMTs）催化。

所有已知的 DNA 甲基化反應中，甲基的供體都是 S-腺苷甲硫胺酸（S-adenosylmethionine, SAM 或 AdoMet）。SAM 是一種活躍的甲基供體，廣泛參與細胞內的甲基化反應，包括 DNA 甲基化、RNA 甲基化、蛋白質甲基化以及小分子（如神經遞質、激素）的合成。

題目要求找出哪個胺基酸的 pKa 對微環境非常敏感，並且經常參與酵素催化。這通常指的是具有離子化側鏈的胺基酸，因為它們的質子化狀態（即 pKa）很容易受到周圍環境（如蛋白質內部的極性、電荷分佈）的影響。這類胺基酸在酵素的活性中心中常扮演催化角色。

我們來識別圖中的胺基酸：
I. 結構看起來像是組胺酸（Histidine）。組胺酸的側鏈是咪唑環（imidazole ring），其 pKa 約為 6.0。這個 pKa 值接近生理 pH，因此組胺酸的質子化狀態（質子化或去質子化）在生理 pH 下變化很大，對微環境非常敏感，並且常用於酵素催化，例如作為質子供體或受體。
II. 結構看起來像是天冬胺酸（Aspartic acid）。天冬胺酸是酸性胺基酸，其側鏈羧基的 pKa 約為 3.9。
III. 結構看起來像是離胺酸（Lysine）。離胺酸是鹼性胺基酸，其側鏈胺基的 pKa 約為 10.5。

核心觀念

鹽橋是帶相反電荷的胺基酸側鏈之間所形成的靜電作用。麩胺酸（glutamate）的側鏈羧基在生理 pH 下通常解離為帶負電的 $\ce{-COO^-}$，因此可與帶正電的胺基酸側鏈形成鹽橋。

賴胺酸（lysine）的 $\varepsilon$-胺基 pKa 約為 $10.5$，在生理 pH 下主要呈現 $\ce{-NH3^+}$，可與麩胺酸的 $\ce{-COO^-}$ 形成鹽橋。

解題方法

辨認表中各胺基酸：

• I：組胺酸 histidine，含咪唑環。
• II：麩醯胺 glutamine，側鏈為醯胺，通常不帶電。
• III：賴胺酸 lysine，側鏈末端為 $\ce{-NH2}$。
• IV：色胺酸 tryptophan，含吲哚環。
• V：蘇胺酸 threonine，含羥基但不帶正電。

麩胺酸帶負電，應尋找側鏈帶正電的胺基酸。只有 III 的賴胺酸側鏈在生理條件下主要為 $\ce{-NH3^+}$，因此能形成穩定鹽橋。

選項分析

這個問題探討了疏水效應（hydrophobic effect）的本質，這是非極性分子在水溶液中表現出的行為。

當非極性分子溶解在水中時，會發生以下情況：

1. 水的結構變化：水分子之間通過氫鍵形成一個高度有序的網絡結構。當非極性分子進入水中時，水分子為了「包圍」這些非極性分子，形成所謂的「籠狀結構」（clathrate cages），以最大限度地減少與非極性分子的接觸面積。這種籠狀結構比自由水分子更有序。
2. 熵的降低：由於水分子形成更為有序的籠狀結構來包圍非極性分子，導致整個體系的熵（disorder）降低。因此，當非極性分子溶解在水中時，水的熵會降低，而不是增加。
3. 焓的變化：非極性分子與水分子之間沒有強的相互作用（如氫鍵或偶極-偶極作用）。

核心觀念

本題考查酵素催化的反應座標圖，以及「鎖鑰模型」與「過渡態互補模型」的差異。

• 活化自由能：
  $\Delta G^\ddagger=G_{\mathrm{TS}}-G_{\mathrm{reactant}}$
• 酵素催化的核心是穩定過渡態，使 $\Delta G^\ddagger$ 降低。
• 若酵素主要緊密結合並穩定基質，卻沒有同等程度穩定過渡態，符合嚴格的「鎖鑰模型」。
• 若酵素對過渡態的互補性最高，使過渡態能量顯著降低，符合「過渡態互補模型」。

解題方法

觀察兩圖的過渡態能量與 ES complex 的相對位置：

• 圖 (a) 中，ES complex 的能量明顯降低，但過渡態能量仍接近未催化反應的過渡態能量。這表示酵素主要穩定 ES complex，符合嚴格的鎖鑰模型。
• 圖 (b) 中，過渡態能量相對於未催化反應明顯降低，表示酵素特別穩定過渡態，符合過渡態互補模型。

因此正確敘述為 (A)。

選項分析

(A) 正確。圖 (a) 顯示 ES complex 被顯著穩定，符合嚴格的「lock and key」模型；圖 (b) 顯示過渡態被優先穩定，符合過渡態互補模型。

我們來分析關於酶調節的敘述：

(A) 將抑制劑加入 V 系統，其動力學類似於將競爭性抑制劑加入典型的雙曲線系統。
- 「V 系統」通常指有協同作用（cooperativity）的酶，其 V vs [S] 曲線是 S 型（sigmoidal）。
- 「典型的雙曲線系統」指沒有協同作用的酶，其 V vs [S] 曲線是雙曲線。
- 對於協同酶，抑制劑（特別是變構抑制劑）的作用方式可能與競爭性抑制劑不同。競爭性抑制劑主要影響 $K_m$（或 $K_{app}$），而對 $V_{max}$ 影響較小。變構抑制劑可能影響 $V_{max}$、$K_{app}$ 或兩者。S 型曲線變為雙曲線，通常意味著協同作用減弱。
- 將抑制劑加入 S 型曲線酶，可能會使其曲線變得更「接近」雙曲線，但「類似於競爭性抑制劑」的說法不一定正確，因為變構抑制劑的作用機制更複雜。

(B) 將變構激活劑加入 K 系統，會將 V vs [S] 的曲線圖從 S 型曲線變為更雙曲線。
- 「K 系統」通常指變構酶，其動力學曲線是 S 型。

核心觀念

本題考酵素反應的兩種機制：

• 單置換（single-displacement，連續型）：兩個受質都先與酵素結合，形成酵素－受質三元複合體，再進行反應。此機制不需要形成共價修飾的酵素中間體。
• 雙置換（double-displacement，乒乓型／ping-pong）：第一個受質先反應並釋出第一個產物，酵素此時形成暫時修飾的中間體，例如 $E$–PO₄；第二個受質再與修飾後的酵素反應，恢復原狀並釋出第二個產物。

解題方法

沿著圖中的反應路徑，判斷受質是否都先結合酵素，以及反應中是否出現磷酸化酵素中間體。

圖中 ATP 與 Cr 都能先與酵素結合，再形成三元複合體：

核心觀念

酵素催化的本質，是降低反應物轉變為過渡態所需的活化自由能：

若能使酵素—受質複合體（ES）的自由能提高，即使 ES 受到部分 destabilization，則 $\Delta G^{\ddagger}$ 會降低，反應速率因而增加。

能提高 ES 能量的因素包括：

• 受質受到張力或扭曲，偏離穩定構形。
• 酵素與受質結合造成熵損失。
• 活性部位中的電荷或極性環境使 ES 不穩定。
• 去除原本的溶劑化作用，使受質或反應基團不穩定。

本題的關鍵在於分辨「solvation（溶劑化）」與「desolvation（去溶劑化）」：溶劑化通常能穩定帶電或極性基團、降低其自由能；去溶劑化才可能造成 ES destabilization。

解題方法

逐一判斷各選項是否會提高 ES 的能量：

• 若該作用使 ES 更不穩定，則 $G_{\mathrm{ES}}$ 上升，活化能下降，反應速率增加。
• 若該作用使 ES 更穩定，則 $G_{\mathrm{ES}}$ 下降，並不符合題目所述的效果。

因此，尋找不是「使 ES 不穩定」的作用即可。

選項分析

(A) Destabilization of ES by strain caused by non-covalent interactions between E and S

酵素與受質之間的非共價作用力，可能迫使受質採取具有張力的構形，使其偏離基態最穩定構形。

這種 strain 會提高 ES 的自由能，使受質更接近反應所需的過渡態構形，因此可降低後續反應的活化能。

此選項會提高 ES 能量，正確。

(B) Loss of entropy due to binding of E and S

酵素與受質結合後，受質的平移、旋轉及部分構形自由度受到限制，系統熵下降：

由於：

當 $\Delta S$ 變小時，$-T\Delta S$ 變大，結合所造成的自由能代價增加。因此，熵損失可使 ES 的自由能提高。

核心觀念

本題考查檸檬酸循環各酵素所催化的反應，包括氧化還原、脫羧、加水與底物層級磷酸化；也考查乙醛酸循環會繞過哪些檸檬酸循環步驟。

解題方法

先將題目中的酵素編號對應到反應，再依序檢查各選項所述的產物或反應物：

乙醛酸循環以異檸檬酸裂解酶與蘋果酸合成酶的反應，繞過檸檬酸循環中釋放二氧化碳的步驟，讓碳骨架得以保留。烏頭酸酶仍參與檸檬酸轉成異檸檬酸的過程。

選項分析

(A) 錯誤。 琥珀醯輔酶 A 合成酶催化：

我們來逐一分析關於脂肪酸氧化（fatty acid oxidation）的敘述：

1. 每克 FA 氧化產生的能量低於每克碳水化合物氧化產生的能量。
   • 這是錯誤的。脂肪酸是高度還原的分子，含有大量的 C-H 鍵。每克脂肪酸氧化產生的 ATP 量遠高於每克碳水化合物（如葡萄糖）氧化產生的 ATP 量。脂肪酸的能量密度約為 9 kcal/g，而碳水化合物約為 4 kcal/g。
2. 肉鹼（Carnitine）用於將醯基（acyl groups）運輸到粒線體內膜。
   • 這是正確的。長鏈脂肪酸（超過 12 個碳）不能直接穿過粒線體內膜。它們需要通過肉鹼穿梭系統（carnitine shuttle system）來運輸。首先，脂肪酸在細胞質中被活化為脂肪醯輔酶 A。然後，脂肪醯基從輔酶 A 轉移到肉鹼上，形成脂肪醯肉鹼。脂肪醯肉鹼通過肉鹼/醯基肉鹼轉運蛋白（carnitine/acylcarnitine translocase）進入粒線體基質。

核心觀念

本題考查胺基酸合成的反應類型、轉胺作用的輔酶，以及動物合成半胱胺酸時的硫來源。判斷時須區分：

• 還原胺化（reductive amination）：將酮基轉成胺基，並伴隨還原反應。
• 醯胺化（amidation）：形成醯胺基，例如麩胺酸側鏈的羧基轉成麩醯胺酸的醯胺基。
• 轉胺作用（transamination）：將胺基酸的胺基轉移給 $\alpha$-酮酸，通常需要磷酸吡哆醛（PLP）。
• 轉硫作用（transsulfuration）：動物將同半胱胺酸的硫轉移至由絲胺酸提供的碳骨架，生成半胱胺酸。

解題方法：逐項對照代謝反應

第 1 項：錯誤。$\alpha$-酮戊二酸轉成麩胺酸不是醯胺化。

麩胺酸去氫酶可催化 $\alpha$-酮戊二酸的還原胺化：

反應將 $\alpha$-酮戊二酸的 $\alpha$-酮基轉為麩胺酸的 $\alpha$-胺基，並未形成醯胺基。

$\alpha$-酮戊二酸也可經由轉胺作用接受其他胺基酸的胺基而形成麩胺酸，同樣不是醯胺化。典型的醯胺化則是麩醯胺酸合成酶利用 ATP 與銨離子，將麩胺酸轉成麩醯胺酸。

第 2 項：正確。PLP 是轉胺作用常見的輔酶。

磷酸吡哆醛（pyridoxal phosphate，PLP）衍生自維生素 $\mathrm{B_6}$。它可與胺基酸形成席夫鹼中間體，協助胺基轉移。

轉胺過程中，PLP 先接受胺基，轉成磷酸吡哆胺（PMP）；PMP 再把胺基交給另一個 $\alpha$-酮酸，恢復為 PLP。因此，PLP 是胺基轉移酶的重要輔酶。

第 3 項：錯誤。動物合成半胱胺酸的硫供體是同半胱胺酸，不是 PAPS。

動物主要經由轉硫途徑合成半胱胺酸：

核心觀念

本題考查尿素循環（urea cycle）的反應位置、物質運輸方向，以及其與檸檬酸循環（citric acid cycle）的連結。

尿素循環各步驟如下：

1. 粒線體基質

   • $NH_3+HCO_3^-+2ATP\rightarrow$ carbamoyl phosphate
   • carbamoyl phosphate 與 ornithine 反應形成 citrulline。

2. 細胞質

   • citrulline 與 aspartate 反應形成 argininosuccinate。
   • argininosuccinate 分解成 arginine 與 fumarate。
   • arginine 水解產生 urea 與 ornithine。

尿素中的兩個氮分別來自：

• 游離氨（$NH_3$）
• aspartate

而尿素循環與檸檬酸循環的主要連結物是 fumarate，不是 arginine。

解題方法

逐一核對各敘述：

• 是否正確指出尿素循環與檸檬酸循環的連結物？
• 是否正確描述 aspartate 的貢獻？
• 是否正確描述 citrulline 與 ornithine 的細胞內位置及運輸方向？

只要確認三個關鍵位置即可：

選項分析

核心觀念

嘌呤分解時，腺苷先經腺苷脫胺酶脫去胺基，形成肌苷並釋出 $NH_4^+$；肌苷再失去核糖，生成次黃嘌呤。接著，黃嘌呤氧化酶將次黃嘌呤氧化成黃嘌呤。因此圖中的化合物 (A) 是次黃嘌呤。

解題方法

先依圖中的反應物與產物判斷反應順序：起始物帶有核糖，反應後釋出 $NH_4^+$，表示腺苷的腺嘌呤部分已脫胺；接著釋出核糖，留下嘌呤鹼基。再看下一步由黃嘌呤氧化酶催化，產物為 (B)，可知 (A) 是黃嘌呤的前驅物次黃嘌呤。

次黃嘌呤的結構特徵是嘌呤環上有一個羰基，且沒有胺基；它氧化後形成具有兩個羰基的黃嘌呤。

選項分析

核心觀念

本題考脂肪酸的 β 氧化與乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）進入檸檬酸循環後的 ATP 產量。每一輪 β 氧化會產生 $1$ 個 NADH、$1$ 個 FADH₂，並切下 $1$ 個乙醯輔酶 A；以現代換算值計，NADH 約產生 $2.5$ ATP，FADH₂ 約產生 $1.5$ ATP。每個乙醯輔酶 A 完全氧化約產生 $10$ ATP。

解題方法

圖示為 $\mathrm{CH_3-(CH_2)_4-CO-SCoA}$，共有 $6$ 個碳，是已活化的六碳脂醯輔酶 A。偶數碳脂肪酸完全 β 氧化後，乙醯輔酶 A 數量為碳數的一半，β 氧化輪數則少一輪：

三個乙醯輔酶 A 經檸檬酸循環產生：

兩輪 β 氧化產生 $2$ 個 NADH 與 $2$ 個 FADH₂，共產生：

因此總產量為：

硫胺素焦磷酸（Thiamine pyrophosphate, TPP）是維生素 B₁ 的輔酶形式，在許多脫羧酶（decarboxylase）和轉酮酶（transketolase）的反應中起作用。它在丙酮酸脫羧酶（pyruvate decarboxylase）中的作用是催化丙酮酸的脫羧反應。

TPP 的結構中，C2 位置的碳原子（與噻唑環上的氮原子相鄰）在形成活性中間體後，會變得具有親核性（nucleophilic）。這是因為 C2 位置的質子具有酸性（pKa 約為 13），可以被鹼性催化劑（如酶的活性位點上的鹼性胺基酸殘基）奪走，形成一個碳負離子（carbanion）。這個碳負離子是一個強的親核體，可以進攻底物（如丙酮酸的羰基碳）。

核心觀念

圖中反應物為 glucose-6-phosphate（G6P，葡萄糖-6-磷酸），產物為 fructose-6-phosphate（F6P，果糖-6-磷酸）。此反應發生於糖解作用早期：

本質上是醛糖與酮糖之間的異構化反應：G6P 的醛糖結構轉換為 F6P 的酮糖結構，碳骨架與磷酸基位置不發生轉移。

催化此反應的酵素為 phosphohexose isomerase，又稱 phosphoglucose isomerase（PGI）。

解題方法

判斷重點是觀察反應前後的分子變化：

• 反應物是六碳醛糖磷酸：glucose-6-phosphate。
• 產物是六碳酮糖磷酸：fructose-6-phosphate。
• 磷酸基仍位於第 6 碳。
• 只是羰基位置與環化形式改變，屬於同分異構物之間的轉換。

因此應選擇催化「己糖磷酸異構化」的酵素。

選項分析

• (A) Hexokinase：錯誤。Hexokinase 催化葡萄糖磷酸化，反應為
  $\text{Glucose} \rightarrow \text{Glucose-6-phosphate}$
  並非 G6P 與 F6P 之間的轉換。

核心觀念

本題測驗紅血球特有的**雷波波特－呂貝林旁路（Rapoport-Luebering glycolytic shunt）**及其酵素命名原則：

1. 糖解作用分流：成熟紅血球在進行糖解作用（glycolysis）時，約有 $15\%\sim 20\%$ 的中間產物 $1,3\text{-雙磷酸甘油酸（1,3-bisphosphoglycerate, 1,3-BPG）}$ 會繞過產生 $\text{ATP}$ 的磷酸甘油酸激酶（phosphoglycerate kinase）步驟，轉化為 $2,3\text{-雙磷酸甘油酸（2,3-bisphosphoglycerate, 2,3-BPG）}$。
2. 酵素命名與功能分類（EC 5 異構酶類）：
   • 變位酶（Mutase）：催化同一分子內部官能基（如磷酸基）位置轉移的異構酶。
   • 催化此反應的雙功能酵素稱為 雙磷酸甘油酸變位酶（bisphosphoglycerate mutase, BPGM），它將 $1,3\text{-BPG}$ 第 1 號碳上的醯基磷酸基（acyl-phosphate）轉移至第 2 號碳上，生成含兩個磷酸酯鍵的 $2,3\text{-BPG}$。
3. 生理意義：$2,3\text{-BPG}$ 為血紅素（hemoglobin）重要的異位負調控因子（allosteric effector），能結合在去氧血紅素（T state）的中央空腔，降低血紅素對氧氣的親和力，促進組織釋放氧氣。

解題方法

1. 反應物與產物結構分析：
   • 反應物：$1,3\text{-BPG}$（分子式中 C-1 為醯基磷酸酯鍵、C-3 為磷酸酯鍵）。
   • 產物：$2,3\text{-BPG}$（分子式中 C-2 與 C-3 皆為磷酸酯鍵）。
   • 反應本質為分子內磷酸基位置的重新排列（C-1 $\rightarrow$ C-2），無高能鍵生成，亦非水解脫磷酸。
2. 對應酵素辨識：
   • 分子內磷酸基轉移反應由「變位酶（mutase）」催化。
   • 專一催化 $1,3\text{-BPG} \rightarrow 2,3\text{-BPG}$ 轉化之酵素即為 雙磷酸甘油酸變位酶（bisphosphoglycerate mutase）。

選項分析

• (A) bisphosphoglycerate phosphatase：錯誤。
  雙磷酸甘油酸磷酸酶催化的是 $2,3\text{-BPG}$ 水解脫去 C-2 位的磷酸基，生成 $3\text{-磷酸甘油酸（3-phosphoglycerate, 3-PG）}$ 和無機磷酸（$\text{P}_i$），為降解 $2,3\text{-BPG}$ 的去

核心觀念

本題考查肝臟中葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate, G6P）的代謝去向。G6P 是葡萄糖進入細胞後的重要代謝分流點，可依肝臟的生理需求進入下列途徑：

1. 糖解作用：產生丙酮酸，進一步形成乙醯輔酶 A，供脂肪酸合成使用。
2. 磷酸戊糖途徑：產生 NADPH 與五碳糖。
3. 去磷酸化作用：轉換為游離葡萄糖並釋放至血液。
4. 肝醣合成：儲存為肝醣。

因此，若選項 A～D 均為正確用途，則「except」所對應的答案為「全部皆正確」。

解題方法

先將 G6P 視為代謝樞紐，逐一檢查各選項是否為肝臟可進行的代謝途徑：

G6P 可分流至：

逐項判斷後可知 A～D 都成立，所以沒有一個是真正的例外；答案為 E。

選項分析

(A) catabolized to acetyl-CoA for fatty acid biosynthesis

正確。

G6P 可先經糖解作用分解為丙酮酸：

丙酮酸進入粒線體後，由丙酮酸去氫酶複合體轉換為乙醯輔酶 A：

乙醯輔酶 A 可透過檸檬酸穿梭系統輸送至細胞質，作為脂肪酸新生合成的碳源。因此，G6P 可被分解並提供脂肪酸合成所需的乙醯輔酶 A。

(B) generate NADPH and pentoses

正確。

琥珀酸脫氫酶（succinate dehydrogenase）催化琥珀酸（succinate）氧化生成富馬酸（fumarate）。這個反應是檸檬酸循環中的一個重要步驟，並且是立體特異性的（stereospecific）。

反應式：
琥珀酸 + FAD → 富馬酸 + FADH₂

在琥珀酸分子中，兩個亞甲基（-CH₂-）上的氫原子被移除。每個亞甲基上有兩個氫原子，總共四個氫原子（H₁, H₂, H₃, H₄）。題目指出，這個過程是立體特異性的，移除了「pro-S」氫原子和「pro-R」氫原子。

要判斷哪些氫原子可以被移除，我們需要了解琥珀酸的立體化學和反應的立體化學。
琥珀酸分子本身是內消旋體（meso compound），因為它有一個對稱面。
在琥珀酸中，兩個 -CH₂- 基團是化學等價的，但它們上面的氫原子具有不同的立體化學。
我們可以將琥珀酸的結構想像成，兩個 -CH₂- 基團分別位於對稱面兩側。
在 C2 和 C3 位置的碳原子上，各連接一個氫原子和一個其他的基團（COOH 或 CH₂COOH）。

根據立體化學的規則，對於像琥珀酸這樣的非手性分子，在鍵合到 CH₂ 基團上的氫原子，可以定義為 pro-R 和 pro-S。
在琥珀酸的 C2 位置，氫原子 H₁ 是 pro-R，H₂ 是 pro-S。
在琥珀酸的 C3 位置，氫原子 H₄ 是 pro-R，H₃ 是 pro-S。
（這是一個約定俗成的命名方式，具體分配取決於分子的構象和優先級排序，但關鍵是同一碳原子上的兩個氫原子是 pro-R 和 pro-S）。

琥珀酸脫氫酶催化反應時，會移除 C2 和 C3 上面的「對應」的氫原子。
已知琥珀酸脫氫酶移除了兩個氫原子，形成一個碳-碳雙鍵。
這個反應是反式（anti）移除，即兩個氫原子從相對的方向被移除。

肝臟糖質新生（gluconeogenesis）是指從非碳水化合物前體合成葡萄糖的過程。能夠貢獻於糖質新生（net gluconeogenesis）的前體，必須能夠轉化為糖解作用/糖質新生途徑中的中間產物，並且最終能夠被轉化為葡萄糖。重要的是，這些前體不能在進入糖質新生途徑後，在檸檬酸循環中被完全氧化分解，導致碳原子淨流失。

我們來分析各個選項：
(A) 丙胺酸（Alanine）：丙胺酸可以通過轉胺反應轉化為丙酮酸（pyruvate）。丙酮酸是糖質新生的一個重要前體，可以被轉化為葡萄糖。所以丙胺酸可以貢獻。
(B) 穀胺酸（Glutamate）：穀胺酸可以通過轉胺反應轉化為 $\alpha$-酮戊二酸（$\alpha$-ketoglutarate）。

核心觀念

本題考查磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, PPP）氧化階段的碳原子命運。

氧化階段包含：

其中第二步由 6-phosphogluconate dehydrogenase 催化，進行氧化脫羧反應。葡萄糖-6-磷酸的 C-1 會在此步驟直接以 $\mathrm{CO_2}$ 形式釋放。

解題方法

葡萄糖先被磷酸化成 glucose-6-phosphate，但磷酸化不會改變碳骨架的位置：

接著經由 glucose-6-phosphate dehydrogenase 與 6-phosphogluconolactonase 形成 6-phosphogluconate。6-phosphogluconate dehydrogenase 催化氧化脫羧：

此反應脫去的羧基來自原 glucose-6-phosphate 的 C-1，因此：

這個問題關於膜蛋白的結構和水溶性分析。

(A) 整合膜蛋白通常包含一個或多個高疏水性指數（hydropathy index）的區域。
- 這是正確的。整合膜蛋白（integral membrane proteins）的跨膜區域通常是疏水性的，因為它們嵌入細胞膜的脂質雙層中。這些疏水區域與膜的疏水核心相互作用。高疏水性指數表明該區域傾向於與脂質相互作用，而不是與水相互作用。

(B) 在整合膜蛋白中，突出於細胞膜質膜表面的區域幾乎總是有共價連接的寡醣鏈。
- 這是錯誤的。寡醣鏈（oligosaccharides）通常連接在蛋白質的細胞外側（面向細胞外環境），而不是質膜表面（面向細胞質）。這些醣基化（glycosylation）通常發生在內質網和高爾基體中，參與蛋白質的摺疊、穩定性和信號傳導。

核心觀念

本題考的是脂肪酸 $\beta$ 氧化的碳骨架分割，以及同位素標記的去向。

題目中的脂肪酸為丁酸，共有四個碳：

脂肪酸的碳編號從羧基碳開始：$C_2$ 是 $\alpha$ 碳，$C_3$ 是 $\beta$ 碳；本題標記位於末端甲基碳 $C_4$。

$\beta$ 氧化經過脫氫、水合、再次脫氫及硫解，使脂肪醯輔酶 A 在 $C_2$ 與 $C_3$ 之間斷裂。對四碳脂肪酸而言，一輪 $\beta$ 氧化的最後硫解步驟，就直接產生兩分子乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）。

解題方法

採用碳原子追蹤法：保留原始碳編號，判斷斷裂後每一組碳進入哪個產物。

1. 活化並形成 $\beta$ 酮基中間產物

丁酸先活化為丁醯輔酶 A（butyryl-CoA），再依序轉變為：

以上反應只改變鍵結與官能基，尚未切斷碳骨架，因此 ${}^{14}\mathrm{C}$ 始終位於原來的 $C_4$。

2. 硫解產生兩分子乙醯輔酶 A

乙醯乙醯輔酶 A 的結構為：

硫解酶在原始 $C_2$ 與 $C_3$ 之間切斷碳鏈：

兩分子產物的碳來源如下：

這個問題詢問不同類型的層析柱（column chromatography）分別基於蛋白質的哪些性質來進行分離。

1. 離子電荷（ionic charge）：基於蛋白質表面的淨電荷來分離。

   • 陽離子交換層析（Cation exchange chromatography）：蛋白質帶正電，吸附在帶負電的固定相上。
   • 陰離子交換層析（Anion exchange chromatography）：蛋白質帶負電，吸附在帶正電的固定相上。
   • 因此，離子交換層析（Cation or anion exchange）是基於離子電荷。

2. 形狀（shape）：基於蛋白質的大小和形狀來分離。

   • 凝膠過濾層析（Gel filtration chromatography），也稱為尺寸排除層析（size-exclusion chromatography, SEC）。它利用多孔的固定相，較小的分子可以進入孔隙，移動較慢；較大的分子無法進入孔隙，移動較快。因此，它主要基於蛋白質的大小和形狀（球狀蛋白質比細長蛋白質在相同分子量下移動更快）。

3. 底物結合強度（substrate-binding strength）：基於蛋白質與其特異性配體（如底物、抗體、抑制劑）之間的親和力來分離。

   • 親和層析（Affinity chromatography）：利用固相載體上連接的配體，與目標蛋白質發生特異性結合。

斐林試劑（Fehling's reagent）是一種用於檢測還原糖的試劑。還原糖是指分子中含有游離的半縮醛或半縮酮結構的糖類，這些結構在鹼性條件下可以轉變為開鏈的醛糖或酮糖，從而具有還原性。斐林試劑中的銅離子（Cu²⁺）在鹼性溶液中被還原為亞銅離子（Cu⁺），生成紅色的氧化亞銅沉澱（Cu₂O）。

麥芽糖（maltose）是一種還原性二糖，由兩分子葡萄糖通過 $\alpha(1 \to 4)$ 醣苷鍵連接而成。
麥芽糖的結構圖顯示了兩個葡萄糖單元。

• 一個葡萄糖單元（左側）是通過其 C1 碳原子與另一個葡萄糖單元的 C4 碳原子連接。這個葡萄糖單元的 C1 碳原子形成了醣苷鍵，因此不再是游離的半縮醛碳。

核心觀念

檸檬酸循環每轉一圈，四碳的草醯乙酸與二碳的乙醯輔酶 A 結合，經過反應後再生四碳草醯乙酸；過程中會釋出兩分子二氧化碳。第一圈釋出的二氧化碳來自原有草醯乙酸的碳，剛加入的乙醯基碳不會在第一圈被釋出。OpenStax：檸檬酸循環

解題方法

起始草醯乙酸有四個碳，且每個碳都帶有等量的 $^{14}\mathrm{C}$，因此總放射性可視為分成四等份。

一圈之中，兩個原有草醯乙酸碳以二氧化碳形式離開；另兩個原有碳留在循環中。乙醯輔酶 A 的兩個未標記碳則進入再生的草醯乙酸。於是再生的草醯乙酸中，保留了原始四份放射性的兩份：