112 年 國立臺灣大學藥學系碩士班《生物化學（A）》

核心觀念

本題考蛋白質修飾的胺基酸位點與反應基團。離胺酸側鏈末端的 ε-胺基可接受多種修飾，包括乙醯化、泛素化、甲基化與糖化。經典生化教材通常將蛋白質磷酸化的主要位點列為絲胺酸、蘇胺酸與酪胺酸的羥基。

解題方法

逐一檢查各修飾是否能作用於離胺酸的 ε-胺基。四項修飾可直接作用於此胺基；依一般考試採用的經典分類，磷酸化則以含羥基的胺基酸殘基為主要位點，因此選 (B)。

選項分析

• (A) Acetylation（乙醯化）：會發生於離胺酸。乙醯基可接到 ε-胺基上，改變離胺酸側鏈的電荷與蛋白質交互作用。
• (B) Phosphorylation（磷酸化）：依本題採用的經典分類，絲胺酸、蘇胺酸與酪胺酸是典型磷酸化位點，因此此項為預期答案。不過，離胺酸也曾被報告可形成少見且不穩定的磷酸化產物；

核心觀念

這題考查胺基酸側鏈在中性 pH 下的電荷，以及胜肽序列中各帶電胺基酸對蛋白質淨電荷的貢獻。

FLAG-tag 的序列為：

$$\mathrm{DYKDDDDK}$$

在接近中性的 pH 下：

• Asp（D，天冬胺酸）的羧基側鏈通常解離，帶 $-1$ 電荷。
• Lys（K，離胺酸）的胺基側鏈通常質子化，帶 $+1$ 電荷。
• Tyr（Y，酪胺酸）的酚羥基在中性 pH 下大多未解離，視為 $0$ 電荷。

解題方法

逐一計算 FLAG-tag 中各胺基酸側鏈的電荷。

序列中包含：

• Asp（D）：5 個

$$5 \times (-1)=-5$$

• Lys（K）：2 個

$$2 \times (+1)=+2$$

• Tyr（Y）：1 個

$$1 \times 0=0$$

因此 FLAG-tag 對重組蛋白淨電荷的影響為：

$$-5+2+0=-3$$

此題計算的是標籤本身新增的側鏈電荷；FLAG-tag 接入蛋白質後，其胜肽主鏈的端基電荷通常不另行計入。

選項分析

此題考查胺基酸側鏈的結構特徵，特別是「β-分支」的定義。

胺基酸的結構可以分為主鏈 (backbone) 和側鏈 (side chain)。主鏈包括 $\alpha$-碳原子、胺基和羧基。側鏈是連接在 $\alpha$-碳原子上的部分。

β-分支指的是在側鏈上，與 $\alpha$-碳原子直接相連的碳原子（稱為 β-碳）本身又連接了額外的碳原子，形成了分支。

我們逐一檢視選項中的胺基酸結構：

(A) 丙胺酸 (Alanine, Ala)：側鏈是 -CH3。$\alpha$-碳直接連接一個甲基。沒有 β-碳。

(B) 麩胺酸 (Glutamate, Glu)：側鏈是 -CH2-CH2-COOH。$\alpha$-碳連接一個亞甲基 (-CH2-), 這個亞甲基連接另一個亞甲基 (-CH2-), 最後再連接羧基 (-COOH)。

• $\alpha$-碳
• β-碳: 連接在 $\alpha$-碳上的第一個 -CH2-。
• γ-碳: 連接在 β-碳上的第二個 -CH2-。
• 側鏈的末端是羧基 (-COOH)。
  在 Glutamate 的側鏈中，β-碳只連接了 $\alpha$-碳、γ-碳和兩個氫原子。它本身沒有連接額外的碳原子分支。

(C) 異白胺酸 (Isoleucine, Ile)：側鏈是 -CH(CH3)-CH2-CH3。

• $\alpha$-碳
• β-碳: 連接在 $\alpha$-碳上的 -CH(CH3)- 部分。這個 β-碳本身連接了：
  • $\alpha$-碳

核心觀念

本題測驗生物化學中「水溶液中溶質的溶解度與熱力學驅動力」之核心概念：

1. 親水性（Hydrophilicity）與溶解度（Solubility）的定義：在水中能良好溶解的溶質稱為「親水性溶質」（hydrophilic solute）。此類分子可藉由靜電吸引力（離子偶極作用，ion-dipole interaction）或氫鍵（hydrogen bonding）等非共價作用力與水分子良好結合。
2. 溶解的熱力學判據（Thermodynamics of Dissolution）： $$\Delta G_{\text{sol}} = \Delta H_{\text{sol}} - T\Delta S_{\text{sol}}$$ 溶解過程能否自發（$\Delta G_{\text{sol}} < 0$）是由「焓變（$\Delta H$）」與「熵變（$-T\Delta S$）」共同決定，而非單純由分子間的作用力大小（$\Delta H$）單獨決定。

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解題方法

本題採「概念排除與定義判定法」：

1. 檢驗溶質能否溶於水的最根本且通用的定性特徵。凡是能溶於水者，不論其為離子化合物（如 $\text{NaCl}$）或中性極性有機分子（如葡萄糖、尿素），皆屬於「親水性（hydrophilic）」物質。
2. 根據熱力學第二定律，許多吸熱溶解的物質（例如硝酸銨 $\text{NH}_4\text{NO}_3$ 或尿素在水中的溶解）中，水-溶質之間的吸引力甚至可能小於原本純溶劑與純溶質的作用力，但因混和導致系統整體混亂度顯著增加（$\Delta S > 0$），使得自由能變化依舊小於零（$\Delta G < 0$）。因此不得將「作用力更強（enthalpically more favorable）」視為溶解的必要條件。

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此題考查神經傳導物質乙醯膽鹼 (acetylcholine, ACh) 如何引發細胞反應，以及其下游的訊號傳遞機制。

乙醯膽鹼是一種神經傳導物質，它作用於神經肌肉接頭或自主神經系統的突觸。當乙醯膽鹼與其受體結合後，會引發細胞膜電位的變化，進而產生細胞反應。

我們來分析選項：

(A) G protein (G蛋白偶聯受體訊號傳導系統)：G蛋白偶聯受體 (GPCRs) 是一類七次穿膜的受體，它們透過活化細胞內的 G 蛋白來傳遞訊號，進而影響下游的效應器（如腺苷酸環化酶、磷脂酶 C 等）。雖然某些神經傳導物質（如腎上腺素、多巴胺）透過 GPCRs 傳遞訊號，但乙醯膽鹼的主要受體之一（煙鹼型乙醯膽鹼受體, nAChR）並非 GPCR。

(B) ligand-gated (配體門控)：配體門控離子通道 (ligand-gated ion channels, LGICs) 是一種離子通道，當特定的配體（如神經傳導物質）與其結合時，通道會打開或關閉，從而改變離子通過細胞膜的速率，進而影響細胞膜電位。乙醯膽鹼作用於煙鹼型乙醯膽鹼受體 (nAChR)，這就是一個典型的配體門控離子通道。當乙醯膽鹼結合到 nAChR 上時，該通道會打開，允許鈉離子 (Na+) 和鉀離子 (K+) 流通，導致細胞去極化。

此題考查脂肪組織釋放的游離脂肪酸 (free fatty acids, FFAs) 的特性、運輸方式和去向。題目要求選出「錯誤」的敘述。

我們逐一分析選項：

(A) Fatty acids are hydrophobic. (脂肪酸是疏水的。)
這是正確的。脂肪酸具有長長的碳氫鏈，這部分是非極性的，因此具有疏水性。

(B) Fatty acids are not soluble in blood, the cytosol, or any other water solution. (脂肪酸不溶於血液、細胞質或任何其他水溶液。)
這句話是「相對正確」的。由於脂肪酸是疏水的，它們確實「難溶於」水溶液。在血液中，它們不能以游離狀態大量存在，需要載體。在細胞質中，它們也需要被處理。然而，說「不溶於」可能過於絕對。微量的游離脂肪酸是存在的，而且它們可以被載體蛋白溶解或以其他形式存在。但從「難溶性」的角度來看，這是脂肪酸的基本特性。

此題考查甘油磷脂 (glycerophospholipids) 和三酸甘油酯 (triacylglycerols) 的生物合成途徑。題目要求找出同時參與這兩種脂質合成的物質或酶。

甘油磷脂和三酸甘油酯的合成都以甘油 (glycerol) 為骨架。它們的合成通常始於甘油的磷酸化，或者從二羥丙酮磷酸 (dihydroxyacetone phosphate, DHAP) 開始。

合成途徑的關鍵中間產物是磷脂酸 (phosphatidic acid, PA)。
磷脂酸的結構是甘油骨架，連接了兩個脂肪酸（形成二醯甘油, diacylglycerol, DAG）以及一個磷酸基團。

三酸甘油酯 (Triacylglycerols) 的合成：
通常從甘油-3-磷酸開始（可以從甘油磷酸化或 DHAP 還原而來）。

1. 甘油-3-磷酸 加上 兩個脂肪醯輔酶A (fatty acyl-CoA) 進行醯基化，形成磷脂酸 (phosphatidic acid)。
2. 磷脂酸經過磷脂酸磷酸酶 (phosphatidic acid phosphatase, PAP) 去磷酸化，形成二醯甘油 (diacylglycerol, DAG)。
3. 二醯甘油再與第三個脂肪醯輔酶A (fatty acyl-CoA) 進行醯基化，形成三酸甘油酯。

甘油磷脂 (Glycerophospholipids) 的合成：
合成途徑有兩種主要方式，但都涉及磷脂酸 (phosphatidic acid, PA) 或其衍生物。
方式一：從二醯甘油 (DAG) 開始。

1. 磷脂酸 (PA) → 二醯甘油 (DAG) (透過 PAP)
2. DAG 加上一個磷酸化的頭基（如磷酸膽鹼, phosphocholine；磷乙醇胺, phosphoethanolamine；絲胺酸, serine；或甘油, glycerol）。

此題考查含有奇數碳鏈的脂肪酸的氧化過程，以及其與代謝途徑的聯繫。題目要求找出「不屬於」該過程的敘述。

奇數碳鏈脂肪酸的氧化與偶數碳鏈脂肪酸的氧化類似，都是通過 β-氧化途徑進行。然而，β-氧化會將脂肪酸鏈切成兩個碳單位的乙醯輔酶A (acetyl-CoA)，直到最後剩下一個三碳單位的丙醯輔酶A (propionyl-CoA)。

我們逐一分析各選項：

(A) Each odd chain fatty acyl CoA will produce one propionyl-CoA. (每個奇數碳鏈脂肪醯輔酶A將產生一個丙醯輔酶A。)
這是正確的。當奇數碳鏈脂肪酸（例如 C17）被氧化成對應的脂肪醯輔酶A（如硬脂醯輔酶A，C17-CoA）後，通過 β-氧化循環，每次切下一個乙醯輔酶A，最終會留下一個三碳單位的丙醯輔酶A。

(B) Propionyl-CoA enters the mitochondria using the carnitine-palmitoyltransferase I system. (丙醯輔酶A進入粒線體時，使用肉鹼-棕櫚醯轉移酶I系統。)
這是「錯誤」的。肉鹼-棕櫚醯轉移酶 I (Carnitine Palmitoyltransferase I, CPTI) 和肉鹼-棕櫚醯轉移酶 II (CPTII) 系統是負責將「長鏈脂肪酸」運輸到粒線體基質進行 β-氧化的。丙醯輔酶A (propionyl-CoA) 是一個短鏈或中鏈的醯基輔酶A。丙醯輔酶A 進入粒線體進行代謝，並不需要 CPTI 系統。事實上，丙醯輔酶A 是在粒線體內部被代謝的。它在粒線體基質中，經過一系列反應轉化為琥珀醯輔酶A (succinyl-CoA)。

核心觀念

本題考查酮體（ketone bodies）的來源、合成途徑、生理功能與利用部位。

酮體主要包括：

• 乙醯乙酸（acetoacetate）
• β-羥基丁酸（β-hydroxybutyrate）
• 丙酮（acetone）

當脂肪分解增加時，大量脂肪酸進入肝臟進行 β-氧化，產生過多乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）。當草醯乙酸因糖質新生而不足，乙醯輔酶 A 無法充分進入檸檬酸循環，便在肝臟粒線體中轉換成酮體。

酮體可由血液運送至周邊組織，經轉換後產生乙醯輔酶 A，進入檸檬酸循環供能。

解題方法

逐一判斷各選項是否符合酮體的基本代謝特性：

1. 是否由脂肪分解產生？
2. 酮體排出尿液是否等於有效減重？
3. 合成酮體的第一個酵素是否為 thiolase？
4. 酮體是否能被所有組織利用？
5. 若前述選項中已有錯誤，則不能選 None of the above。

選項分析

(A) Ketone bodies form during the catabolism of fats.

此敘述正確。

脂肪經由脂解作用產生游離脂肪酸，脂肪酸在肝臟進行 β-氧化，形成大量乙醯輔酶 A；乙醯輔酶 A 接著進入酮體生成途徑。因此，酮體確實會在脂肪分解代謝增加時形成。

(B) Ketone bodies are an effective means for weight loss, since the body will excrete them in the urine.

此敘述錯誤，為本題預期答案。

酮體增加時，部分酮體確實會經尿液排出，稱為酮尿（ketonuria）。然而，尿中排出酮體並不是有效或主要的減重機制，原因包括：

1. 排出的能量有限，不能抵銷整體熱量攝取。
2. 酮體大量累積可能造成酮酸中毒，尤其在糖尿病患者或長期飢餓狀態下。
3. 真正造成脂肪減少的關鍵，是長期能量攝取低於能量消耗，使脂肪組織被動員，而不是單純將酮體排出尿液。

因此，「因為酮體會排出尿液，所以能有效減重」是錯誤的因果推論。

(C) The first enzyme used in the production of ketone bodies is thiolase.

此題考查腺苷酸環化酶 (adenylate cyclase, AC) 的功能、調控機制及其在細胞訊號傳遞中的作用。題目要求找出「不正確」的敘述。

腺苷酸環化酶是一種將 ATP 轉化為環腺苷酸 (cAMP) 和焦磷酸 (PPi) 的酶。cAMP 是一種重要的第二信使，參與細胞內多種生理過程的調控。

我們逐一分析選項：

(A) It is a membrane protein. (它是一種膜蛋白。)
這是正確的。腺苷酸環化酶有多種異構體，其中許多是位於細胞膜上的整合蛋白，它們的催化活性部分位於細胞質中，但通常與細胞膜上的受體或調控蛋白相互作用。

(B) It catalyzes the formation of cAMP using UTP. (它催化使用 UTP 生成 cAMP。)
這是「錯誤」的。腺苷酸環化酶以 ATP (adenosine triphosphate) 為受質，催化其環化形成 cAMP (cyclic adenosine monophosphate)。UTP (uridine triphosphate) 不是其受質。UTP 在 RNA 合成中作為核苷酸前體。

核心觀念

本題考查嘌呤與嘧啶核苷酸的生合成、分解，以及核糖核苷酸還原酶（ribonucleotide reductase, RNR）的作用。

最重要的比較是：

• 嘌呤環：先接到核糖-5-磷酸形成的 PRPP 上，再逐步組裝。
• 嘧啶環：先在游離狀態下組裝完成，再接到 PRPP 上。
• 去氧核苷酸合成：由核糖核苷酸的二磷酸形式經 RNR 還原而來。

解題方法

逐一檢查各選項是否符合核苷酸代謝的基本路徑，特別注意：

1. RNR 的真正受質是核糖核苷二磷酸（NDP），不是 NTP。
2. 嘌呤與嘧啶的環組裝順序相反。
3. RNR 是將核糖轉成去氧核糖，而非相反。

選項分析

(A) The biosynthesis of dNTPs uses NTPs as the source.

錯誤。

去氧核苷酸的合成主要由核糖核苷二磷酸（NDP）經 RNR 還原：

$$\mathrm{ADP \rightarrow dADP}$$ $$\mathrm{GDP \rightarrow dGDP}$$ $$\mathrm{CDP \rightarrow dCDP}$$ $$\mathrm{UDP \rightarrow dUDP}$$

反應的一般形式為：

$$\mathrm{NDP + NADPH + H^+ \rightarrow dNDP + NADP^+}$$

生成的 dNDP 再經核苷二磷酸激酶磷酸化成 dNTP。因此，直接作為 RNR 受質的是 NDP，不是 NTP。

(B) The overall scheme of pyrimidine biosynthesis is the same as purine.

錯誤。

嘌呤與嘧啶的生合成方式並不相同：

• 嘌呤環是在 PRPP 的核糖骨架上逐步組裝。
• 嘧啶環則先由胺基酸與碳酸氫根等前驅物組裝，再接到 PRPP 上。

因此，兩者的整體組裝順序不同。

(C) The pyrimidine catabolism is first degraded to the nucleobase.

錯誤。

嘧啶核苷酸分解時，通常先去除磷酸形成核苷，再進一步形成游離鹼基：

此題考查麩胺酸 (glutamate) 的代謝途徑，特別是其去除胺基的過程。題目要求選出正確描述麩胺酸轉化為 $\alpha$-酮戊二酸 ( $\alpha$-ketoglutarate) 和氨 (NH4+) 的過程。

麩胺酸是一種胺基酸，其側鏈含有一個胺基 (-NH2)。在代謝過程中，胺基酸的胺基可以被去除，這個過程稱為去胺 (deamination)。

我們逐一分析選項：

(A) reductive deamination (還原性去胺)：這個術語通常不是標準的生化術語，去胺本身通常是氧化或水解過程，而不是還原。

(B) hydrolysis (水解)：水解是指分子與水反應，斷裂化學鍵。雖然某些胺基酸的代謝可能涉及水解，但麩胺酸的胺基去除通常不是單純的水解。

(C) transamination (轉胺)：轉胺反應是將一個胺基酸的胺基轉移到一個 $\alpha$-酮酸上，生成新的胺基酸和新的 $\alpha$-酮酸。麩胺酸可以參與轉胺反應，例如，麩胺酸的胺基可以轉移給草醯乙酸 (oxaloacetate) 生成天冬胺酸 (aspartate) 和 $\alpha$-酮戊二酸。

核心觀念

核苷酸由含氮鹼基、五碳糖與磷酸基組成。磷酸基可參與磷醯基轉移；核苷酸的含氮鹼基則提供辨識訊號，使酵素能辨認特定核苷酸，並將它導向相應的代謝活動。

例如，ATP 常作為磷醯基供體，GTP 參與蛋白質合成與訊號傳遞，UTP 參與醣類代謝，CTP 參與磷脂合成。不同鹼基有助於區分這些核苷酸，使它們能被不同酵素與代謝途徑辨識。

解題方法

抓住題幹中的「information symbol」與「channeling the nucleotide to appropriate metabolic activities」：題目問的是核苷酸哪個部分具有辨識與指引代謝用途的功能。磷酸基主要參與磷醯基轉移，五碳糖則提供分子骨架；具有種類辨識作用的是含氮鹼基。因此選擇鹼基。

選項分析

核心觀念

本題考查粒線體如何處理細胞質 NADH 的還原當量，以及 ATP、ADP 穿越粒線體內膜的運輸方式。粒線體內膜不讓 NADH 直接通過，因此細胞利用穿梭系統把電子送入粒線體。

兩種主要穿梭系統的電子傳遞終點不同：

• 蘋果酸－天門冬胺酸穿梭：將細胞質 NADH 的電子轉成粒線體基質中的 NADH。
• 甘油磷酸穿梭：將細胞質 NADH 的電子交給粒線體外側的 FAD，再傳給泛醌（Q）。

解題方法

先追蹤兩種穿梭系統的「電子最後交給誰」，再核對 ATP－ADP 轉位酶的交換物質與方向。

蘋果酸－天門冬胺酸穿梭的淨效果為：

$$\mathrm{NADH_{cytosol} + NAD^+_{matrix} \rightarrow NAD^+_{cytosol} + NADH_{matrix}}$$

因此，細胞質 NADH 的還原當量進入基質後仍以 NADH 的形式保存。

甘油磷酸穿梭則先由細胞質的 NADH 還原二羥丙酮磷酸，形成甘油-3-磷酸；接著，粒線體膜上的 FAD 依賴型甘油-3-磷酸去氫酶將其氧化，電子交給 FAD，再傳至泛醌。此路徑不會把細胞質 FADH₂ 轉成粒線體 NADH。

此題考查肝醣磷解酶 (glycogen phosphorylase) 的功能和特性。題目要求選出關於肝醣磷解酶的正確敘述。

肝醣磷解酶是催化肝醣分解（肝醣解律動，glycogenolysis）的關鍵酶。它作用於肝醣的 $\alpha(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵。

我們逐一分析選項：

(A) catalyzes a cleavage of $\beta(1\rightarrow4)$ bonds. (催化 $\beta(1\rightarrow4)$ 鍵的斷裂。)
這是「錯誤」的。肝醣是由葡萄糖單元通過 $\alpha(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵連接而成，在分支點有 $\alpha(1\rightarrow6)$ 鍵。肝醣磷解酶作用於 $\alpha(1\rightarrow4)$ 鍵，而不是 $\beta(1\rightarrow4)$ 鍵。$\beta(1\rightarrow4)$ 鍵常見於纖維素 (cellulose)。

(B) catalyzes a hydrolytic cleavage of $\alpha(1\rightarrow4)$ bonds. (催化 $\alpha(1\rightarrow4)$ 鍵的水解斷裂。)
這是「錯誤」的。肝醣磷解酶催化的是 磷解 (phosphorolysis)，而不是水解 (hydrolysis)。

核心觀念

本題考查棕色脂肪（brown fat／brown adipose tissue）的結構與產熱功能。

棕色脂肪細胞具有大量粒線體，粒線體內含豐富的細胞色素，因此呈棕色。其粒線體內膜含有解偶聯蛋白-1（uncoupling protein-1, UCP-1），又稱 thermogenin。UCP-1 使電子傳遞鏈建立的質子梯度不完全用於合成 ATP，而是以質子回流的方式直接釋放能量形成熱。

正常氧化磷酸化可表示為：

$$\text{營養物氧化} \rightarrow \text{電子傳遞鏈} \rightarrow \text{質子梯度} \rightarrow \text{ATP}$$

棕色脂肪中則因 UCP-1 介入：

$$\text{營養物氧化} \rightarrow \text{電子傳遞鏈} \rightarrow \text{質子梯度} \rightarrow \text{UCP-1 質子回流} \rightarrow \text{熱}$$

因此，棕色脂肪的核心功能是非顫抖性產熱（non-shivering thermogenesis）。

解題方法

題幹問的是「下列何者不是棕色脂肪的特徵」。判斷順序如下：

1. 檢查是否符合棕色脂肪的細胞結構。
2. 檢查是否符合 UCP-1 所造成的生理功能。
3. 檢查是否符合棕色脂肪的典型分布。
4. 若 A～D 皆正確，則選擇不屬於生物學特徵本身的敘述。

選項分析

(A) high levels of mitochondria rich in cytochromes

核心觀念

本題考查醣類縮寫與醣苷鍵的判讀。表示法

$$\mathrm{Gal}(\beta1\rightarrow4)\mathrm{Glc}$$

可拆成三部分：

• $\mathrm{Gal}$：半乳糖（galactose）殘基。
• $\beta1$：半乳糖的異頭碳（anomeric carbon）為 C-1，且採 $\beta$ 組態。
• $\rightarrow4\mathrm{Glc}$：半乳糖 C-1 與葡萄糖（glucose）C-4 形成醣苷鍵。

因此，此化合物可寫成：

$$\mathrm{Gal}_{\mathrm{C1}}-\mathrm{O}-\mathrm{Glc}_{\mathrm{C4}}$$

其中半乳糖的異頭碳參與鍵結，而葡萄糖的異頭碳 C-1 未參與鍵結。

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解題方法

判讀此類縮寫時，依序確認三件事：

1. 箭頭左側第一個糖的異頭碳位置與組態。
2. 箭頭右側數字所代表的第二個糖之碳位置。
3. 哪一個糖的異頭碳仍為游離狀態，以判斷還原端。

本題中：

$$\mathrm{Gal}(\beta1\rightarrow4)\mathrm{Glc}$$

代表：

• Gal 的 C-1 以 $\beta$ 組態參與醣苷鍵；
• Glc 的 C-4 參與鍵結；
• Glc 的 C-1 未參與鍵結，因此 Glc 位於還原端。

在常用醣類縮寫中，$\mathrm{Glc}$ 表示葡萄吡喃糖（glucopyranose）殘基。

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選項分析

(A) C-4 of glucose is joined to C-1 of galactose by a glycosidic bond.

正確。

$(\beta1\rightarrow4)$ 表示半乳糖的 C-1 與葡萄糖的 C-4 形成醣苷鍵。因此，葡萄糖 C-4 連接半乳糖 C-1，敘述正確。

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(B) the compound is a D-enantiomer.

錯誤。

$\mathrm{Gal}$ 與 $\mathrm{Glc}$ 的縮寫主要說明糖的種類及連接方式，並未由

$$\mathrm{Gal}(\beta1\rightarrow4)\mathrm{Glc}$$

此題考查酶促反應的平衡狀態和標準自由能變化 ($\Delta G^\circ$) 的關係。題目給出一個酶促反應：葡萄糖 6-磷酸 (G6P) $\rightleftharpoons$ 果糖 6-磷酸 (F6P)，並說明在反應達到平衡時，G6P 的濃度是 F6P 的兩倍。需要判斷標準自由能變化 ($\Delta G^\circ$) 的值。

首先，我們需要理解標準自由能變化 ($\Delta G^\circ$) 與平衡常數 ($K_{eq}$) 之間的關係：
$\Delta G^\circ = -RT \ln K_{eq}$

其中：

• R 是理想氣體常數 (8.315 J/mol·K)。
• T 是絕對溫度 (298 K)。
• $K_{eq}$ 是反應的平衡常數。

平衡常數 $K_{eq}$ 的定義是產物濃度與反應物濃度的比值，在平衡狀態下：
$K_{eq} = \frac{[\text{Products}]}{[\text{Reactants}]}$

在這個反應中：
Glucose 6-phosphate $\rightleftharpoons$ fructose 6-phosphate
反應物是 G6P，產物是 F6P。
所以，$K_{eq} = \frac{[\text{Fructose 6-phosphate}]}{[\text{Glucose 6-phosphate}]}$

題目給出，在平衡時，[G6P] 是 [F6P] 的兩倍。
即，$[\text{G6P}] = 2 \times [\text{F6P}]$。
因此，在平衡狀態下：
$K_{eq} = \frac{[\text{F6P}]}{[\text{G6P}]} = \frac{[\text{F6P}]}{2 \times [\text{F6P}]} = \frac{1}{2} = 0.5$。

此題考查單醣的 D/L 構型判定。對於醛糖 (aldose)，其 D/L 構型是由其側鏈上最遠離羰基的手性碳原子的構型決定的。

首先，我們需要理解「醛糖」和「D/L 構型」的定義。

• 醛糖 (Aldose) 是指分子中含有醛基 (-CHO) 的單醣。
• D/L 構型是根據分子中與羰基（醛基或酮基）最遠的手性碳原子的構型來定義的。對於醛糖，羰基在 C-1。

題目說「carbon 1 is the carbonyl group of an aldopentose」。

• 戊糖 (pentose) 有 5 個碳原子。
• 醛糖 (aldose) 表示 C-1 是醛基 (-CHO)。
• 所以，這個醛戊糖的碳鏈結構是：
  C-1: -CHO (醛基)
  C-2: 手性碳
  C-3: 手性碳
  C-4: 手性碳
  C-5: -CH3 (末端碳，不是手性碳)

此題考查醣蛋白 (glycoproteins) 中碳水化合物部分與胺基酸殘基的連接方式。醣蛋白中的醣鏈 (carbohydrate moiety) 的連接方式主要有兩種：N-連接和 O-連接。

1. N-連接醣基化 (N-linked glycosylation)：
   醣鏈通過氮原子連接到胺基酸的側鏈上。這種連接方式主要發生在天門冬醯胺 (Asparagine, Asn) 的醯胺基 (-CONH2) 的氮原子上。醣鏈通常是一個預組裝好的寡醣結構，通過一個特定的序列 Asn-X-Ser/Thr (其中 X 可以是除了脯胺酸 Pro 以外的任何胺基酸) 來識別連接位點。

2. O-連接醣基化 (O-linked glycosylation)：
   醣鏈通過氧原子連接到胺基酸的側鏈上。這種連接方式主要發生在：

   • 絲胺酸 (Serine, Ser) 的側鏈羥基 (-OH) 上。
   • 蘇胺酸 (Threonine, Thr) 的側鏈羥基 (-OH) 上。
   • 有時也發生在羥基離胺酸 (hydroxylysine, Hyl) 或羥基脯胺酸 (hydroxyproline, Hyp) 的羥基上（這在膠原蛋白中常見）。

題目問的是「always attached through the amino acid residues」，這意味著要找出所有可能連接的胺基酸。

我們分析選項：
(A) asparagine, serine, or threonine.
- Asparagine (Asn): N-連接醣基化的位點。
- Serine (Ser): O-連接醣基化的常見位點。

此題考查原核生物 (prokaryotes) 和真核生物 (eukaryotes) 在氧化葡萄糖產生 ATP 效率上的差異，以及其原因。題目指出原核生物能從每單位葡萄糖氧化獲得更多 ATP，並詢問原因。

原核生物和真核生物都通過糖解作用 (glycolysis)、丙酮酸氧化、檸檬酸循環 (citric acid cycle) 和氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 來氧化葡萄糖產生 ATP。然而，原核生物在某些方面具有效率優勢。

我們逐一分析選項：

(A) they are simpler and have less going on (它們更簡單，事情比較少。)
雖然原核生物通常結構簡單，但「less going on」這個說法太過籠統，不直接解釋 ATP 產量的差異。效率的提升通常來自於特定的代謝途徑或結構優勢。

(B) they don't have to use shuttles to reoxidize reduced nucleotides (它們不必使用穿梭系統來再氧化還原型核苷酸。)
這是正確的。在真核生物中，糖解作用發生在細胞質，產生 NADH。為了將 NADH 的電子傳遞到粒線體內膜的電子傳遞鏈，需要細胞質 NADH 穿梭系統（如蘋果酸-天冬胺酸穿梭或甘油磷酸穿梭）。這些穿梭系統將電子傳遞給粒線體基質中的 NAD+ 或 FAD，但這個過程會「損失」一部分能量，導致從細胞質 NADH 產生的 ATP 量少於直接在粒線體中產生的 NADH。
原核生物沒有內膜結構，其細胞質和電子傳遞鏈位於同一隔間（細胞質）或細胞膜上。

核心觀念

本題考查氧化還原反應方向的判斷，核心是比較兩組半反應的標準還原電位 $E^\circ$。

標準電池電位為：

$$\Delta E^\circ = E^\circ_{\text{還原半反應}} - E^\circ_{\text{氧化半反應}}$$

若 $\Delta E^\circ > 0$，反應在標準狀態下具有自發性；若 $\Delta E^\circ < 0$，則反方向較有利。

題目給定：

$$\text{Fumarate} + 2\text{H}^+ + 2e^- \rightleftharpoons \text{Succinate}$$ $$E^\circ = +0.031\ \text{V}$$ $$\text{FAD} + 2\text{H}^+ + 2e^- \rightleftharpoons \text{FADH}_2$$ $$E^\circ = -0.219\ \text{V}$$

還原電位較高的氧化還原對，較容易進行還原；還原電位較低的還原型物質，較容易被氧化。

解題方法

若依照琥珀酸去氫酶在生理上常見的方向：

• Succinate 被氧化成 fumarate
• FAD 被還原成 FADH$_2$

將第一個半反應反向：

$$\text{Succinate} \rightarrow \text{Fumarate} + 2\text{H}^+ + 2e^-$$

其氧化電位為：

$$E^\circ_{\text{ox}} = -0.031\ \text{V}$$

FAD 進行還原：

$$\text{FAD} + 2\text{H}^+ + 2e^- \rightarrow \text{FADH}_2$$

因此：

$$\Delta E^\circ = -0.219 + (-0.031)$$ $$\Delta E^\circ = -0.250\ \text{V}$$

$\Delta E^\circ$ 為負，表示「succinate 氧化、FAD 還原」在此條件下不是有利方向。

所以反方向較有利：

• Fumarate 被還原成 succinate
• FADH$_2$ 被氧化成 FAD

反向反應的標準電位為：

$$\Delta E^\circ_{\text{reverse}} = +0.250\ \text{V}$$

題目說四種物質皆為 $1\ \text{M}$，可視為標準狀態，故反應初始方向由 $\Delta E^\circ$ 直接判斷。Succinate dehydrogenase 的作用是加速反應達到平衡，不能改變反應的熱力學方向。

選項分析

(A) Fumarate and succinate would become oxidized; FAD and FADH2 would become reduced.

此題考查單醣的「變旋」(mutarotation) 現象。變旋是指單醣溶液中，異頭碳 (anomeric carbon) 的構型（$\alpha$ 或 $\beta$）在溶液中會緩慢地相互轉化，直到達到一個平衡狀態，這個過程稱為變旋。

變旋現象發生在單醣的異頭碳之間。異頭碳是指在環化過程中，原本羰基（醛基或酮基）所在的碳原子。在環化後，這個碳原子成為一個半縮醛或半縮酮碳，並且連接了兩個氧原子（一個來自羰基氧，一個來自環內氧）。這個碳原子稱為異頭碳，它可以是 $\alpha$ 或 $\beta$ 構型。

我們逐一分析選項：
(A) D-glucose and D-fructose (D-葡萄糖和 D-果糖)
- 葡萄糖是醛糖，果糖是酮糖。它們是「異構體」(isomers)，而不是變旋的對象。它們之間可以通過磷酸己糖異構酶 (phosphohexose isomerase) 相互轉化，但這不是變旋。

(B) D-glucose and D-galactose (D-葡萄糖和 D-半乳糖)
- 葡萄糖和半乳糖是「差向異構體」(epimers)，它們在 C-4 位置的構型不同。

此題考查凝集素 (lectins) 的生化特性及其生物學功能。題目要求找出凝集素最主要的生物學效應的基礎。

凝集素是一類能夠特異性識別並結合碳水化合物的蛋白質。它們廣泛存在於動植物中，在細胞識別、細胞黏附、免疫應答、蛋白質運輸等過程中扮演重要角色。

我們分析選項：
(A) amphipathic molecules (兩親性分子)。兩親性分子同時具有親水和疏水區域。雖然有些兩親性分子（如磷脂）含有碳水化合物部分，但凝集素的主要識別對象不是整個兩親性分子。

(B) hydrophobic molecules (疏水性分子)。疏水性分子與水不相容，通常與凝集素的識別機制無關。

此題考查檸檬酸循環 (citric acid cycle) 與有氧代謝的關係。題目指出檸檬酸循環本身反應中沒有氧氣，但卻是有氧代謝的一部分，並詢問原因。

檸檬酸循環是一個發生在粒線體基質中的代謝途徑，它將乙醯輔酶A (acetyl-CoA) 氧化為二氧化碳，並產生還原型核苷酸 NADH 和 FADH2，以及少量的 ATP (或 GTP)。

我們分析選項：
(A) it contains oxidative decarboxylation of isocitrate to succinyl-CoA. (它包含異檸檬酸氧化脫羧生成琥珀醯輔酶A。)
檸檬酸循環確實包含氧化脫羧反應（如異檸檬酸氧化脫羧、α-酮戊二酸氧化脫羧），但這些反應本身並不直接需要氧氣。它們是產生 NADH 和 CO2 的步驟。

(B) it takes place in the mitochondrion. (它發生在粒線體中。)
檸檬酸循環發生在粒線體中，這是真核生物進行有氧代謝的主要場所。然而，僅僅發生在粒線體中，並不能解釋它為何是有氧代謝的一部分。

(C) the reoxidation of NADH and FADH2 leads to the production of considerable quantities of ATP. (NADH 和 FADH2 的再氧化導致產生大量的 ATP。)

此題考查固定化金屬親和層析 (Immobilized Metal Affinity Chromatography, IMAC) 的原理，特別是其用於重組蛋白純化時，常被引入到目標蛋白上的胜肽標籤。

IMAC 的原理是利用蛋白質與固定在層析介質上的金屬離子（如 Ni2+, Co2+, Cu2+）之間的配位結合。
Ni-NTA (Nickel-N-nitrilotriacetic acid) 是一種常用的配體，它能與 Ni2+ 離子螯合，並將其固定在瓊脂糖 (agarose) 載體上。
這個固定化的 Ni2+ 離子能夠與蛋白質上富含的、能夠與金屬離子形成配位鍵的胺基酸殘基結合。

在 IMAC 中，通常會通過基因工程手段，在重組蛋白的 N-端或 C-端引入一段包含特定胺基酸的「標籤」(tag)。這段標籤能夠與 Ni2+ 離子發生強烈的、特異性的結合，從而將目標蛋白從蛋白質混合物中分離出來。

這題核心在測驗「N-連結糖基化（N-linked glycosylation）」的序列特異性規則，考生必須熟記其共識序列（consensus sequence）為 Asn-X-Ser/Thr，且中間的 X 不能是 Proline。解題關鍵在於逐項檢查選項中的三胜肽片段是否符合此結構，並排除因 Proline 存在而無法進行糖基化的陷阱選項。

解題過程分析

1. 確認 N-連結糖基化的共識序列規則：
   N-連結糖基化發生在天冬醯胺（Asparagine, Asn, 單字母代號 N）的側鏈醯胺氮原子上。然而，並非所有的 Asn 都會被糖基化，它必須位於特定的三胜肽序列中。此共識序列為：
   $\text{Asn} - \text{X} - \text{Ser/Thr}$
   其中：

   • 第一個位置必須是 Asn (N)。
   • 第二個位置 X 可以是任何胺基酸，但不能是脯胺酸（Proline, P）。這是因為 Proline 的環狀結構會造成空間障礙，破壞所需的 $\beta$-轉折（beta-turn）構形，使得寡糖轉移酶（oligosaccharyltransferase）無法識別並進行反應。
   • 第三個位置必須是 Serine (S) 或 Threonine (T)。

   因此，我們在尋找的序列模式是 $N-[^P]-[ST]$。

2. 逐一檢視選項：

   • (A) ATQPCSN

     • 掃描序列中的 Asn (N)：位於第 7 號位置（結尾）。
     • 檢查後續胺基酸：N 後面沒有足夠的胺基酸形成三胜肽（需要 N + 2 個胺基酸）。
     • 結論：不符合條件。

   • (B) SMNASTK

     • 掃描序列中的 Asn (N)：位於第 3 號位置。
     • 檢查三胜肽片段：從第 3 號開始為 N-A-S。
     • 驗證規則：

核心觀念

PNGase F 會切除蛋白質上連接於天門冬醯胺（Asn）側鏈的 N 醣鏈，同時使該 Asn 去醯胺化，轉變為天門冬胺酸（Asp）。因此，蛋白質的醣鏈減少，但胺基酸殘基的化學身分也會改變；每個被轉換的位置，質量約增加 $0.984\ \mathrm{Da}$。PNGase F 去醣與 Asn 轉為 Asp 的說明

解題時要分別判斷三件事：醣鏈移除對分子量的影響、胺基酸側鏈改變對電荷的影響，以及 Asn 轉成 Asp 是否改變胺基酸序列。

解題方法

先比較去醣造成的質量變化：移除一整條 N 醣鏈會使蛋白質分子量大幅下降；Asn 轉為 Asp 雖會使質量增加約 $0.984\ \mathrm{Da}$，但這點增重遠小於被移除的醣鏈質量，因此整體分子量仍會降低。

再看 Asn 轉成 Asp 的性質差異：Asp 側鏈多了羧基，在一般生理 pH 下較容易帶負電，會使蛋白質等電點下降。另一方面，蛋白質在 $280\ \mathrm{nm}$ 的吸光主要來自色胺酸與酪胺酸等芳香族殘基；Asn 轉成 Asp 不會改變這些主要吸光殘基，因此消光係數維持不變。

選項分析

核心觀念

本題考血紅素的 Bohr effect（波耳效應）：血液中 $H^+$ 或 $CO_2$ 增加時，血紅素對氧的親和力下降，氧解離曲線右移，促進組織取得氧氣。相反地，$H^+$ 或 $CO_2$ 減少時，血紅素對氧的親和力上升。

$CO_2$ 也會經由碳酸酐酶參與碳酸氫根的生成；而 $CO_2$ 與血紅素胺基端結合形成胺基甲酸血紅素時，會穩定血紅素的低氧親和力構形，促進氧釋放。

解題方法

逐一判斷血液酸度、$CO_2$ 濃度，以及 $CO_2$ 與血紅素結合後，對氧親和力的影響。關鍵方向是：

$$[H^+] \uparrow \text{ 或 } [CO_2] \uparrow \quad\Longrightarrow\quad \text{血紅素氧親和力} \downarrow$$

因此，凡是說 $H^+$ 或 $CO_2$ 增加會提高血紅素氧親和力的敘述，方向就與波耳效應相反。

選項分析

(A) 正確。 血液酸度愈高，代表 $[H^+]$ 愈高；$H^+$ 與血紅素結合後，使其較傾向低氧親和力構形，因此氧親和力與酸度呈反向關係。

(B) 正確。 $CO_2$ 增加會降低血紅素的氧親和力，促進氧在組織釋放，符合波耳效應。

核心觀念

本題考酵素的共價催化與雙受質反應機制。共價催化是指酵素的活性位點先與受質形成短暫的共價中間體，促進反應進行；之後酵素再恢復原本狀態。

許多共價催化反應採用 乒乓機制（ping-pong mechanism）：第一個受質先與酵素反應並釋出第一個產物，酵素暫時轉變成另一種形式；第二個受質接著與改變後的酵素反應，釋出第二個產物並使酵素再生。

解題方法

辨認題幹關鍵詞 covalent catalysis（共價催化），再對照酵素反應機制。共價中間體常使酵素在兩個受質反應之間暫時改變化學狀態，這正符合乒乓機制的特徵：第一個受質先離去，第二個受質才與已改變的酵素結合。

可用下列概略反應表示：

$$E + A \rightarrow E' + P_1$$ $$E' + B \rightarrow E + P_2$$

其中 $E'$ 是與第一個受質反應後形成的酵素中間態，常包含暫時性的共價修飾；第二個受質使酵素恢復為 $E$。

選項分析

• (A) ping-pong kinetic mechanism：正確。 乒乓機制中，第一個受質先與酵素反應並釋出產物，接著第二個受質才結合改變後的酵素。這與共價中間體的形成及解除相符。

核心觀念

類固醇荷爾蒙可穿過細胞膜，與細胞內的荷爾蒙受體結合。受體與荷爾蒙結合後形成具活性的複合體，進入細胞核或在細胞核內與特定 DNA 序列結合，進而調節目標基因的轉錄。

荷爾蒙反應元件（hormone response element, HRE）是基因調控區中的特定 DNA 序列。受體－荷爾蒙複合體辨認並結合 HRE，調節 RNA 聚合酶等轉錄機制，使目標基因的轉錄增加或減少。

解題方法

依序辨認題幹的三個空格：

1. HRE 是什麼？ 是 DNA 上的調控序列。
2. 什麼分子與 HRE 結合？ 是受體－荷爾蒙複合體。
3. 結合後調節哪個步驟？ 調節基因表現的轉錄階段。

因此，正確組合為「sequences in DNA；receptor-hormone complex；transcription」。

選項分析

• (A) intron sequences; activated hormone receptor; translation
  錯誤。HRE 是特定的 DNA 調控序列，不能一概稱為內含子序列；結合者是受體－荷爾蒙複合體。此外，HRE 主要調節轉錄，不是翻譯。

核心觀念

本題考的是米氏常數 $K_\mathrm{m}$ 與酵素—受質複合體解離常數 $K_\mathrm{d}$ 的關係。

對單受質酵素反應：

$$\mathrm{E}+\mathrm{S} \underset{k_{-1}}{\overset{k_1}{\rightleftharpoons}} \mathrm{ES} \overset{k_2}{\longrightarrow} \mathrm{E}+\mathrm{P}$$

米氏常數的定義為：

$$K_\mathrm{m}=\frac{k_{-1}+k_2}{k_1}$$

而 $\mathrm{ES}$ 複合體的解離常數為：

$$K_\mathrm{d}=\frac{k_{-1}}{k_1}$$

若產物生成步驟 $\mathrm{ES}\xrightarrow{k_2}\mathrm{P}$ 是最慢的速率限制步驟，則 $k_2$ 相對於 $k_{-1}$ 很小，因此 $K_\mathrm{m}$ 可近似為 $K_\mathrm{d}$。

解題方法

由定義比較 $K_\mathrm{m}$ 與 $K_\mathrm{d}$：

$$K_\mathrm{m}=\frac{k_{-1}+k_2}{k_1} =\frac{k_{-1}}{k_1}+\frac{k_2}{k_1}$$

當產物生成速率常數 $k_2$ 很小時，第二項可忽略：

$$K_\mathrm{m}\approx\frac{k_{-1}}{k_1}=K_\mathrm{d}$$

因此，在題目所述條件下，$K_\mathrm{m}$ 等同於 $\mathrm{ES}$ 複合體的解離常數，選項為 (C)。

選項分析