109 年 國立臺灣大學獸醫學系碩士班乙組《細胞生物學（C）》

此題主要在探討上皮細胞的細胞骨架，包含種類、分布與功能。細胞骨架是維持細胞結構、運動及生理功能的重要組成部分，在上皮細胞中尤其關鍵，與維持其極性 (polarity) 和結構完整性息息相關。

核心觀念： 細胞骨架的組成、定位及其在細胞功能中的角色。

解題步驟：

1-1: 主要細胞骨架種類
上皮細胞主要由三種細胞骨架組成：

• 微絲 (Microfilaments)：主要成分為肌動蛋白 (Actin)。
• 中間絲 (Intermediate Filaments)：種類較多，例如角蛋白 (Keratins)、波形蛋白 (Vimentin)、神經絲 (Neurofilaments) 等，上皮細胞主要表現角蛋白。
• 微管 (Microtubules)：主要成分為微管蛋白 (Tubulin)。

1-2: 細胞骨架的分布

• 微絲 (Microfilaments)：
  • 廣泛分布於細胞質中，尤其集中在細胞膜下方，形成皮質層 (cortex)。
  • 在細胞邊緣形成微絨毛 (microvilli) 以增加表面積。
  • 參與形成細胞間連接，如緊密連接 (tight junctions) 和黏著斑 (adherens junctions) 的結構。
  • 在細胞分裂時形成收縮環 (contractile ring)。
• 中間絲 (Intermediate Filaments)：
  • 形成網狀結構，貫穿整個細胞質，從細胞核周圍延伸至細胞膜。
  • 與細胞核周圍的核纖維層 (nuclear lamina) 相連，提供細胞核結構支持。
  • 在細胞間連接處（如橋粒，desmosomes）與質膜結合，形成機械應力網絡。
  • 由於其機械強度，常被視為細胞的「鋼纜」。
• 微管 (Microtubules)：
  • 從細胞中心的微管組織中心 (microtubule organizing center, MTOC)，通常是靠近細胞核的 centrosome 發散出來，呈輻射狀分布。

此題考驗對胞吞作用 (Endocytosis) 三種主要途徑的理解，包括定義、過程與差異。胞吞作用是細胞攝取外界物質的重要方式，對於維持細胞生理恆定至關重要。

核心觀念： 胞吞作用的三種主要形式：吞噬作用 (Phagocytosis)、胞飲作用 (Pinocytosis) 和受體媒介胞吞作用 (Receptor-mediated endocytosis)。

解題步驟：

定義與過程描述：

• 吞噬作用 (Phagocytosis)：

  • 定義：細胞吞噬較大的固體顆粒，如微生物、細胞碎片或其他大分子。
  • 過程：細胞表面的受體識別目標顆粒，觸發細胞膜向外延伸形成偽足 (pseudopodium)，包裹住顆粒，最終形成一個大的囊泡，稱為吞噬體 (phagosome)，將顆粒包入細胞質。吞噬體隨後與溶酶體 (lysosome) 融合，進行消化。

• 胞飲作用 (Pinocytosis)：

  • 定義：細胞「喝」入細胞外液，吞噬細胞外的小分子溶質和水。
  • 過程：細胞膜形成小的內陷 (invagination)，包裹細胞外液，形成小的囊泡 (vesicle)，稱為胞飲小泡 (pinocytic vesicle)。此過程通常是非特異性的，攝取的物質種類較隨機。

• 受體媒介胞吞作用 (Receptor-mediated endocytosis)：

  • 定義：細胞利用膜上的特定受體，高度選擇性地攝取細胞外特定分子（配體，ligand）。
  • 過程：細胞膜上的受體與其特定的配體結合。在細胞膜的特定區域（通常是內陷的區域），受體-配體複合物會聚集。這些區域的細胞膜內側會招募特定的細胞骨架蛋白（如網格蛋白，clathrin）和適配蛋白 (adaptor proteins)，形成網格蛋白凹陷 (clathrin-coated pit)。凹陷加深並最終脫離細胞膜，形成網格蛋白被覆囊泡 (clathrin-coated vesicle)，將配體及其受體帶入細胞。囊泡脫離後，網格蛋白層會解體，囊泡內的配體可能被釋放，受體則可能被回收至細胞膜。

三種途徑的差異：

| 特徵 | 吞噬作用 (Phagocytosis) | 胞飲作用 (Pinocytosis) | 受體媒介胞吞作用 (Receptor-med

此題主要探討細胞呼吸作用的四個主要階段及其電子傳遞鏈的副作用。細胞呼吸作用是細胞產生 ATP 的主要途徑，其中電子傳遞鏈是產生 ATP 的關鍵步驟，但同時也伴隨一些副作用。

核心觀念： 細胞呼吸作用的總覽，特別是電子傳遞鏈的過程與影響。

解題步驟：

細胞呼吸作用的 4 個主要步驟：

細胞呼吸作用是一個複雜的代謝過程，主要可分為以下四個主要階段：

1. 醣解作用 (Glycolysis)：

   • 地點：細胞質 (cytoplasm)。
   • 過程：一分子的葡萄糖 (glucose) 被分解成兩分子的丙酮酸 (pyruvate)。
   • 產物：淨產生 2 分子 ATP (經過底物層次磷酸化) 和 2 分子 NADH。
   • 氧氣需求：無氧過程。

2. 丙酮酸氧化 (Pyruvate Oxidation)：

   • 地點：粒線體基質 (mitochondrial matrix)。
   • 過程：丙酮酸進入粒線體，被轉化為乙醯輔酶 A (acetyl-CoA)。
   • 產物：產生 1 分子 NADH 和 1 分子 CO₂ (每分子丙酮酸)。
   • 氧氣需求：需要氧氣間接參與（作為電子傳遞鏈的最終電子接受者）。

3. 檸檬酸循環 (Citric Acid Cycle / Krebs Cycle)：

   • 地點：粒線體基質 (mitochondrial matrix)。
   • 過程：乙醯輔酶 A 進入循環，與草醯乙酸 (oxaloacetate) 結合，經過一系列反應，最終再生草醯乙酸。
   • 產物：每循環一圈（處理一分子乙醯輔酶 A），產生 3 分子 NADH、1 分子 FADH₂、1 分子 GTP (或 ATP)，並釋放 2 分子 CO₂。
   • 氧氣需求：需要氧氣間接參與。

4. 氧化磷酸化 (Oxidative Phosphorylation)：

   • 地點：粒線體內膜 (inner mitochondrial membrane)。

此題考查對脂質筏 (Lipid Raft) 的定義、主要組成成分及其功能的理解。脂質筏是細胞膜中的一個重要結構，在細胞訊號傳遞、運輸等方面扮演關鍵角色。

核心觀念： 脂質筏的結構、組成與功能。

解題步驟：

1. 脂質筏 (Lipid Raft) 的定義：
脂質筏是細胞膜上富含膽固醇 (cholesterol) 和鞘磷脂 (sphingolipids) 的微結構區域。這些區域通常比周圍的細胞膜更為穩定、緻密，且具有一定的流動性。它們被認為是細胞膜的「動態微結構」或「微結構域」(microdomains)，能夠聚集特定的膜蛋白，從而促進或調控細胞內的訊號傳遞與其他功能。

2. 主要組成成分：
脂質筏的組成主要包括：

• 鞘磷脂 (Sphingolipids)：特別是鞘糖脂 (glycosphingolipids) 和神經鞘磷脂 (sphingomyelin)。鞘磷脂的飽和脂肪酸鏈較長且緊密堆積，有助於形成穩定的膜區域。
• 膽固醇 (Cholesterol)：膽固醇在脂質筏中扮演關鍵角色。它能嵌入鞘磷脂的脂肪酸鏈之間，穩定膜結構，同時調整膜的流動性。在較低的溫度下，膽固醇能增加膜的流動性；在較高的溫度下，則能降低流動性，使其更為穩定。
• 特定膜蛋白：脂質筏傾向於聚集某些特定的蛋白質，尤其是：
  • GPI-anchored proteins：通過糖基磷脂醯肌醇 (GPI) 錨定在細胞膜外表面的蛋白質。

此題要求詳細描述從內質網 (ER) 到細胞表面，細胞內囊泡運輸的「前向」路徑，並需利用提供的組件來解釋這個過程。這涉及到細胞內運輸的關鍵步驟，包括囊泡的形成、運輸和融合。

核心觀念： 囊泡運輸途徑，特別是從 ER 到細胞表面的前向運輸，以及涉及的分子機制。

解題步驟：

這個前向運輸過程通常涉及從 ER 到高基氏體 (Golgi apparatus)，再到細胞膜的幾步。以下是詳細的步驟描述，並使用提供的組件：

第一階段：從 ER 出芽形成囊泡 (ER-to-Golgi transport)

1. COPII 囊泡的形成：

   • 啟動因子 (Sar1)：在 ER 膜上，Sar1 GTPase 處於 GDP 結合的非活性狀態。當 ER 輸出區 (ER exit site) 的特定信號激活 Sar1 時，它會與 Sar1 GEF (Guanine nucleotide exchange factor, 例如 Sec12) 相互作用，促使 Sar1 交換 GDP 為 GTP，從而激活 Sar1。
   • Sar1 插入膜：激活的 Sar1-GTP 會將其 N 端疏水性 α-螺旋插入 ER 膜的脂質雙層中，改變膜的曲率，為後續蛋白質的募集打下基礎。
   • Sec protein complexes (COPII)：激活的 Sar1-GTP 會招募 COPII 蛋白複合物，該複合物由兩個二聚體組成：Sec24/Sec23 和 Sec13/Sec34。Sec24 是主要的 cargo 受體（或 cargo 結合蛋白）識別者，它能識別並結合 ER 輸出信號的蛋白質 cargo（如這裡未明確列出但存在的 ER resident protein 或新合成的蛋白質）。
   • 囊泡出芽：COPII 複合物的組裝和 cargo 的選擇性包裝，加上 Sar1 的膜插入，共同導致 ER 膜的局部內陷並最終出芽，形成 COPII 囊泡。
   • 囊泡脫離：囊泡形成後，Sar1-GTP 會水解 GTP 為 GDP (由 Sar1 的 GTPase 活性，可能被 Sec23 促進)，失活並脫離囊泡。COPII 外層的 Sec13/34 複合物也解體。

2. 囊泡運輸與融合：

   • 囊泡運輸：COPII 囊泡攜帶 ER 輸出的 cargo，在細胞質中通過微管網絡進行運輸，通常是向細胞中心（朝向高基氏體）移動。
   • 目標識別與融合：囊泡到達高基氏體時，需要與目標膜（高基氏體的順式側 cis-Golgi network, CGN）精確融合。這個過程由 SNARE 蛋白家族介導。
     • v-SNARE：位於囊泡膜上，例如與 COPII 囊泡相關的 VAMP 家族成員。
     • t-SNARE：位於目標膜（CGN）上，例如 SNAP-25 和yntax脅蛋白 (Syntaxin) 家族成員。
     • v-SNARE 和 t-SNARE 螺旋配對，形成一個穩定的 SNARE 複合物，將囊泡和目標膜拉近，並驅動膜融合。
   • GTPase (ARF)：雖然 COPII 囊泡的形成主要由 Sar1 介導，但 ARF (ADP-ribosylation factor) GTPase 在其他囊泡運輸事件中（如 COPI 囊泡、網格蛋白囊泡）扮演關鍵角色，它招募相應的蛋白複合物。在這個 ER-to-Golgi 的初始階段，Sar1 更為關鍵。

第二階段：從高基氏體到細胞表面 (Golgi to cell surface transport)

高基氏體是一個處理和分揀蛋白質和脂質的細胞器。從 ER 來的物質在高基氏體中經過進一步的修飾和分類，然後被包裝到不同類型的囊泡中，運往各自的目的地，包括細胞表面。

3. 向細胞表面運輸的囊泡形成：
   • 網格蛋白囊泡 (Clathrin-coated vesicles)：在某些情況下，從高基氏體到細胞表面的運輸（例如，分泌某些蛋白質或運輸膜蛋白）可能涉及網格蛋白囊泡。