高雄醫學大學 106 年 《普通生物及生化概論》

核心觀念

本題考查植物維管束中 木質部（xylem）與韌皮部（phloem）的主要輸導細胞及其功能。

• 木質部主要負責運輸水分與無機鹽，主要輸導細胞為 導管分子（vessel element）。
• 韌皮部主要負責運輸有機養分，主要輸導細胞為 篩管分子（sieve-tube member）。

兩者皆屬於植物的長距離輸導系統，因此題幹句型：

__________ is to xylem as __________ is to phloem.

是在尋找「木質部的代表性輸導細胞」與「韌皮部的代表性輸導細胞」之間的對應關係。

解題方法

先抓住兩個關鍵字：

1. xylem 的主要輸導單位是 vessel element。
2. phloem 的主要輸導單位是 sieve-tube member。

因此可直接配對：

$$\text{vessel element} : \text{xylem} = \text{sieve-tube member} : \text{phloem}$$

故選擇 (C)。

導管分子（vessel element）

導管分子是木質部的輸水細胞，成熟時通常已死亡，細胞內容物消失，留下中空的細胞腔。相鄰導管分子以穿孔板（perforation plate）相連，形成連續的導管，降低水流阻力。

木質部另有管胞（tracheid），同樣可輸導水分，但題目選項中以 vessel element 作為木質部代表細胞。

篩管分子（sieve-tube member）

篩管分子是韌皮部的主要輸糖細胞。成熟時仍為活細胞，但細胞核退化或消失，必須依靠鄰近的伴細胞（companion cell）維持代謝活動。

篩管分子彼此以篩板（sieve plate）相連，形成篩管，負責運輸由葉片製造的蔗糖及其他有機物。

選項分析

(A) Sclerenchyma cell; parenchyma cell

錯誤。

厚壁組織細胞（sclerenchyma cell）主要功能是支持，通常具有厚的木質化細胞壁，成熟時多已死亡。它不是木質部特有的主要輸導細胞。

薄壁組織細胞（parenchyma cell）可分布於木質部、韌皮部及其他植物組織，功能包括儲藏、代謝與側向運輸，也不是韌皮部特有的主要輸導細胞。

雖然木質部與韌皮部中都可能出現厚壁細胞與薄壁細胞，但兩者不是本題所要求的「木質部輸導細胞」與「韌皮部輸導細胞」對應關係。

核心觀念

本題考查不同顯微鏡的成像原理與影像特徵。題圖呈現明顯的表面立體結構、深淺層次與粗糙的外部形貌，符合以電子束掃描樣本表面所形成的 **Scanning electron microscopy, SEM（掃描式電子顯微鏡）**影像。

SEM 主要利用聚焦電子束逐點掃描樣本表面，偵測樣本表面放出的二次電子或反射電子，因此特別適合觀察細胞、組織或材料的表面形貌與立體外觀。

校方釋疑指出，其他 microscopy 所稱的 3D 影像，是透過觀察樣本不同深度的影像重組而成；本題影像則是 SEM 所呈現的樣本表面立體結構掃描結果。兩者的「3D」形成方式不同。

解題方法

判斷顯微影像時，先觀察影像呈現的資訊：

1. 若重點是樣本表面的凹凸、粗糙度與立體外觀，優先考慮 SEM。
2. 若重點是樣本內部的超微結構切面，考慮 TEM。
3. 若影像具有螢光訊號，考慮 confocal 或 epifluorescence microscopy。
4. 若為薄層光學切片、逐層取得影像再重組，才是 light sheet microscopy 的典型概念。

題圖呈現表面突起與凹陷的立體形貌，沒有螢光訊號，也不是細胞內部的薄切面，因此選擇 SEM。

選項分析

(A) Confocal microscopy（共軛焦顯微鏡）—錯誤

共軛焦顯微鏡使用雷射激發螢光，並利用針孔排除焦平面外的散射光，以取得清晰的光學切片。透過不同深度的光學切片堆疊，可以重建樣本的三維影像。

但題圖的主要特徵是表面立體形貌，並非螢光影像；其三維感來自 SEM 對表面的電子束掃描，不是共軛焦顯微鏡的光學切片重組。

(B) Transmission electron microscopy, TEM（穿透式電子顯微鏡）—錯誤

TEM 是讓電子束穿透極薄的樣本切片，藉由電子穿透程度差異形成影像，適合觀察細胞內部超微結構，例如細胞器、膜系統與核糖體。

核心觀念

本題考查早期脊索動物與無頜類脊椎動物的比較，核心是判斷 hagfishes（盲鰻）、lampreys（七鰓鰻） 與已滅絕的 conodonts（牙形石類動物） 所共享的演化特徵。

三者均屬於早期的無頜脊椎動物，最具代表性的共同特徵是：

• 缺乏真正的上下頜（jaws）
• 具有脊索（notochord）
• 身體呈細長形
• 屬於早期脊椎動物演化支系

其中最明確、最適合本題的共同特徵是 無頜狀態（jawless condition）。

解題方法

題幹問的是「盲鰻與七鰓鰻和已滅絕的牙形石類動物有何共同點」，應優先尋找三者在脊椎動物演化史上的分類特徵。

判斷順序如下：

1. 盲鰻與七鰓鰻都是現生無頜類（jawless vertebrates）。
2. 牙形石類動物也是已滅絕的無頜脊椎動物。
3. 因此三者共同具備「沒有真正頜部」的特徵。
4. 肺、骨質脊椎、攝食方式與鰾並非三者穩定共有的特徵。

所以正確答案為 (B)。

選項分析

(A) lungs（肺）—錯誤

肺不是盲鰻、七鰓鰻與牙形石類動物的共同構造。

• 盲鰻主要以鰓進行呼吸，部分種類可透過皮膚協助氣體交換。
• 七鰓鰻以鰓囊呼吸。
• 牙形石類動物的呼吸構造缺乏足夠證據支持其具有真正的肺。

肺是肉鰭魚類及四足動物支系中特化的重要呼吸器官，不能用來概括這三類動物。

(B) the jawless condition（無頜狀態）—正確

盲鰻、七鰓鰻與牙形石類動物都沒有真正的上下頜。

頜部在脊椎動物演化中，主要由前方咽弓（pharyngeal arches）相關骨骼構造演化而來。無頜類缺乏這種可開合、咬合的真正頜部，因此不能像有頜脊椎動物一樣以頜部進行咬合。

盲鰻與七鰓鰻常被歸入 cyclostomes（圓口類）；牙形石類動物則是古生代已滅絕的無頜脊椎動物。雖然三者在細部分類上的關係並不完全相同，但「無頜」是本題所要求的共同特徵。

核心觀念

本題考查 Class 2 CRISPR-Cas 基因編輯系統的組成。Class 2 CRISPR 系統以單一大型效應蛋白辨識並切割目標核酸，常見代表為 Type II CRISPR-Cas9。

Cas9 基因編輯系統的核心構成包括：

• crRNA（CRISPR RNA）：含有與目標 DNA 互補的導引序列，負責決定 Cas9 的靶向位置。
• tracrRNA（trans-activating crRNA）：與 crRNA 配對，形成可被 Cas9 辨識的 RNA 結構。
• Cas9 endonuclease（Cas9 核酸內切酶）：依據 RNA 導引辨識目標 DNA，並切割雙股 DNA。
• sgRNA（single-guide RNA）：將 crRNA 與 tracrRNA 的功能融合成單一人工 RNA，簡化基因編輯操作。

解題方法

判斷各選項是否屬於 Cas9 型 Class 2 CRISPR 基因編輯工具的關鍵，是確認其是否參與：

$$\text{RNA 導引} \rightarrow \text{Cas9 辨識目標 DNA} \rightarrow \text{DNA 雙股切割}$$

在典型 Type II CRISPR-Cas9 系統中：

1. crRNA 提供目標 DNA 的互補序列。
2. tracrRNA 與 crRNA 配對，形成 Cas9 所需的導引 RNA 結構。
3. Cas9 在 RNA 導引下辨識目標 DNA，並通常要求鄰近存在 PAM（protospacer adjacent motif）。
4. Cas9 的核酸酶結構域切割 DNA 雙股，細胞再透過 NHEJ 或 HDR 進行修復，造成基因敲除或精準改造。
5. 實驗室常使用 sgRNA，將 crRNA 與 tracrRNA 融合為單一分子。

miRNA 並不參與上述 Cas9 導引與切割機制，因此不是 Class 2 CRISPR-Cas9 基因編輯工具的必要組成。

選項分析

(A) crRNA：正確，屬於 CRISPR-Cas9 系統的重要 RNA 成分。

crRNA 含有可與目標 DNA 配對的 spacer sequence，負責提供靶向特異性。Cas9 依據 crRNA 的序列定位至特定 DNA 位點，因此 crRNA 是基因編輯系統中的導引成分。

(B) Cas9 endonuclease：正確，為主要的 DNA 切割酵素。

Cas9 是 Class 2 CRISPR-Cas 系統的單一效應蛋白，具有核酸內切酶活性。其主要功能包括：

• 依據 crRNA 或 sgRNA 尋找互補的目標 DNA。
• 檢查目標附近是否存在 PAM。
• 切割 DNA 雙股，形成 double-strand break（雙股斷裂）。

Cas9 的兩個主要切割區域為：

核心觀念

本題考查邏輯斯成長模型（logistic growth model）中，族群數量 $N$ 接近環境容納量 $K$ 時的變化。

公式為：

$$\frac{dN}{dt}=rN\left(\frac{K-N}{K}\right)$$

其中：

• $N$：目前族群數量
• $r$：內在增長率（intrinsic rate of increase）
• $K$：環境容納量（carrying capacity）
• $\frac{dN}{dt}$：單位時間內族群數量的變化量，也就是族群增長速率

邏輯斯成長模型表示：族群數量少時，資源充足，族群快速增加；當 $N$ 接近 $K$ 時，受到食物、空間、天敵與疾病等密度制約因素影響，增長速率逐漸降低。

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解題方法

題幹指出 $N$ 數值逐漸接近 $K$，因此觀察公式中的因子：

$$\frac{K-N}{K}$$

當 $N$ 接近 $K$ 時：

$$K-N\to 0$$

因此：

$$\frac{K-N}{K}\to 0$$

在 $r$ 與 $N$ 為有限值的前提下：

$$\frac{dN}{dt} =rN\left(\frac{K-N}{K}\right) \to 0$$

也就是族群仍可能存在，但族群數量的淨增加量逐漸接近零。當 $N=K$ 時，更可直接代入：

$$\frac{dN}{dt} =rK\left(\frac{K-K}{K}\right)=0$$

所以正確選項為 (D) $\frac{dN}{dt}$ approaches 0。

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選項分析

(A) $\frac{dN}{dt}$ increases rapidly

錯誤。當 $N$ 接近 $K$ 時，$\frac{K-N}{K}$ 逐漸變小，因此 $\frac{dN}{dt}$ 不會快速增加，反而會降低。

族群數量在 $N$ 約為 $K/2$ 時，增長速率達到最大；接近 $K$ 時，增長速率下降至零。

核心觀念

本題考查動物細胞外基質（extracellular matrix, ECM）的主要成分，以及植物細胞壁成分的辨識。

動物 ECM 主要由下列物質組成：

• Fibronectin（纖維連接蛋白）：黏附性糖蛋白，連接細胞表面 integrin 與 collagen 等 ECM 成分。
• Collagen（膠原蛋白）：提供抗拉強度，是動物 ECM 最重要的纖維性蛋白。
• Laminin（層黏連蛋白）：基底膜的重要糖蛋白，協助細胞黏附並組織基底膜結構。
• Proteoglycan（蛋白聚醣）：由核心蛋白與 glycosaminoglycan, GAG（醣胺聚醣）組成，可填充 ECM 並調節水分、離子與訊息分子。
• Pectin（果膠）：植物細胞壁，尤其是中膠層（middle lamella）的主要多醣，不是動物 ECM 的典型成分。

因此，本題要計算的是五項中「不是動物 ECM 成分」的數量。

解題方法

逐項判斷其是否屬於動物 ECM：

項目	是否存在於動物 ECM	主要功能或所在位置
I. Fibronectins	是	細胞黏附與 ECM 組織
II. Collagens	是	提供抗拉強度
III. Laminins	是	基底膜結構與細胞黏附
IV. Proteoglycans	是	填充基質、保水與訊息調節
V. Pectin	否	植物細胞壁與中膠層

只有 V. Pectin 不屬於動物 ECM，因此：

$$\text{NOT found 的數量}=1$$

選項分析

I. Fibronectins

Fibronectin（纖維連接蛋白）是動物 ECM 中的重要多功能糖蛋白。它可與細胞表面的 integrin、collagen 及其他 ECM 分子結合，協助細胞黏附、移動與組織修復。

因此 I 是動物 ECM 的成分，不能計入「NOT found」。

II. Collagens

Collagen（膠原蛋白）是動物 ECM 最具代表性的蛋白質，形成具有高度抗拉強度的纖維，廣泛存在於皮膚、肌腱、軟骨、骨骼與結締組織中。

因此 II 是動物 ECM 的成分，不能計入「NOT found」。

核心觀念

本題考查人體生理調節中「拮抗作用（antagonistic function）」的判定。所謂拮抗作用，是指兩個神經、肌肉或激素對同一生理變項產生方向相反的調節效果，使系統維持動態平衡。

四組關係涉及：

1. 交感神經與副交感神經：自律神經的拮抗調節
2. 肱二頭肌與肱三頭肌：骨骼肌的拮抗運動
3. 胰島素與升糖素：血糖恆定的拮抗調節
4. 甲狀腺與副甲狀腺：必須進一步確認題目所指的分泌物，才可判定

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解題方法

逐項判斷兩者是否作用於相同生理功能，且作用方向相反。前三項可直接依照典型生理學定義判定；第四項則須分析甲狀腺不同細胞所分泌的激素。

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I. sympathetic and parasympathetic nerves

交感神經（sympathetic nerves）與副交感神經（parasympathetic nerves）通常對同一器官產生相反作用，屬於典型拮抗關係。

以心臟為例：

• 交感神經釋放 norepinephrine（正腎上腺素），作用於 $\beta_1$-adrenergic receptor，使心跳速率與心肌收縮力增加。
• 副交感神經由迷走神經釋放 acetylcholine（乙醯膽鹼），作用於心臟的 muscarinic receptor，主要使心跳速率降低。

因此，兩者對心臟活動具有拮抗作用。本項計入。

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II. biceps and triceps muscles

肱二頭肌（biceps brachii）與肱三頭肌（triceps brachii）跨越肘關節，分別負責相反方向的運動：

• 肱二頭肌收縮：使前臂屈曲（flexion）。
• 肱三頭肌收縮：使前臂伸展（extension）。

骨骼肌通常只能主動收縮，無法主動推動關節反方向運動，因此需要成對的拮抗肌完成相反動作。兩者屬於拮抗肌（antagonistic muscles）。本項計入。

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III. insulin and glucagon

胰島素（insulin）與升糖素（glucagon）皆由胰臟分泌，但對血糖濃度的作用相反。

胰島素由胰島 $\beta$ 細胞分泌，會降低血糖，主要機轉包括：

• 促進肝臟與肌肉進行 glycogenesis（肝醣生成）。
• 促進脂肪生成。
• 促進細胞攝取葡萄糖，尤其是肌肉與脂肪細胞中的 GLUT4 移動至細胞膜。
• 抑制 glycogenolysis（肝醣分解）與 gluconeogenesis（糖質新生）。

升糖素由胰島 $\alpha$ 細胞分泌，會升高血糖，主要作用於肝細胞，透過 glucagon receptor、adenylyl cyclase、cAMP、protein kinase A（PKA）訊息路徑：

• 促進 glycogenolysis。
• 促進 gluconeogenesis。
• 抑制 glycogenesis。

因此，胰島素與升糖素共同維持血糖恆定，且作用方向相反，屬於拮抗激素。本項計入。

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IV. thyroid and parathyroid

本項是本題產生爭議的關鍵。

核心觀念

本題考查人體生理學中心臟電傳導系統（Cardiac Conduction System）與心電圖（Electrocardiogram, ECG/EKG）各波段之對應生理意義。

1. 正常心臟電傳導路徑：
   竇房結（SA node，起搏點）$\rightarrow$ 心房肌去極化 $\rightarrow$ 房室結（AV node）$\rightarrow$ 房室束（Bundle of His）$\rightarrow$ 左右束支（Bundle branches）$\rightarrow$ 浦肯野氏纖維（Purkinje fibers）$\rightarrow$ 心室肌去極化。
2. 房室結延遲（AV Nodal Delay）的生理意義：
   電訊號傳遞至房室結時，由於細胞直徑較小、細胞間隙連接（gap junctions）數量較少，傳導速度會顯著減慢（約延遲 $0.1\text{ s}$）。其主要生理目的在於確保心房有充裕時間完成收縮，將血液充分排入心室，隨後心室才開始收縮。
3. 心電圖主要波形與區段定義：

• P 波（P wave）：代表心房去極化（Atrial depolarization）。
• PR 區段（PR segment）/ PR 間期（PR interval）：PR 間期是從 P 波開始到 QRS 複合波開始；PR 區段則是 P 波結束到 QRS 複合波開始。電訊號在房室結的傳導延遲即發生於此區段（P 波之後、心室去極化之前）。
• QRS 複合波（QRS complex）：代表心室去極化（Ventricular depolarization）（同時遮蓋心房再極化）。
• ST 區段（ST segment）：心室肌全部處於去極化狀態（平台期）。
• T 波（T wave）：代表心室再極化（Ventricular repolarization）。

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解題方法

題目詢問：「哪一個部分代表房室結活化（電傳導）的延遲（delay of the activation of the atrioventricular node）？」

• 心房去極化（形成 P 波）後，電訊號傳入房室結（AV node）產生生理性延遲。
• 延遲期間因為電訊號非常微弱且傳導緩慢，體表電極無法測得大幅度的電位差，因此在心電圖上表現為一段等電位線（isoelectric line），位置恰介於心房去極化結束至心室去極化開始之間，即

核心觀念

1. 演化的基本定義（Evolution）：
   在群體遺傳學（Population Genetics）中，演化被定義為「族群基因庫中等位基因頻率（Allele frequency）隨世代發生改變的現象」。
2. 哈溫平衡（Hardy-Weinberg Equilibrium, HWE）的五大前提假設：
   若一個族群處於哈溫平衡狀態，族群的等位基因頻率將代代維持不變（即不發生演化）。維持哈溫平衡的條件包括：

• 極大的族群（No genetic drift / Extremely large population size）
• 隨機交配（Random mating）
• 無突變（No mutation）
• 無基因流動／遷徙（No gene flow）
• 無天擇（No natural selection）
  因此，「隨機交配（Random mating）」是維持基因庫頻率不變（不發生演化）的條件之一，而非促使演化發生的判準（criterion）。

3. 達爾文天擇說之四項基本要素（Darwin's Postulates for Natural Selection）：

• 個體間存在表型變異（Phenotypic variation exists）。
• 變異具有可遺傳性（Traits are heritable）。
• 繁殖過剩（Overproduction of offspring）：產生的後代數量超過環境承載量，引發生存競爭（Struggle for existence）。
• 差異繁殖成功率／天擇（Differential reproductive success / Natural selection）：具備適應性狀的個體有較高的存活與繁衍機會。

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解題方法

本題切入點為分辨「促進／驅動演化的條件」與「維持哈溫平衡（阻止演化）的條件」：

• 題目詢問何者「不是（NOT）」天擇或演化發生的判準。
• 選項 (A)、(B)、(D)、(E) 均為達爾文天擇機轉引發演化的必要條件（四項核心要素）。
• 選項 (C)「隨機交配（Random mating）」若發生，會使對偶基因隨機重組，維持哈溫平衡下的基因型與等位基因頻率穩定，並不會促使等位基因頻率改變（不會導致演化）。

核心觀念
本題測驗群集生態學（Community Ecology）中「種間交互作用」（Interspecific Interactions）的符號定義與適應度（Fitness）影響。在生物學中，交互作用對物種個體生存或生殖成功率（適應度）的效應通常以三個符號表示：

• 「$+$」代表該物種的適應度增加（Beneficial）。
• 「$-$」代表該物種的適應度降低（Harmful / Detrimental）。
• 「$0$」代表該物種無顯著影響（Neutral）。

題目詢問「哪一種交互作用會使雙方物種的適應度皆下降」，即在尋找效應符號為 $(-/-)$ 的種間交互作用。

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解題方法
根據 Campbell Biology 群集生態學章節的標準分類表，比對常見種間交互作用對雙方物種適應度的效應：

1. 競爭（Competition）：兩物種爭奪有限資源（如食物、空間、陽光），即使勝出的一方也必須消耗額外的能量與時間成本，因此對雙方皆有害，定義為 $(-/-)$。
2. 掠食／寄生／植食（Predation / Parasitism / Herbivory）：屬於單方獲利、單方受害的剝削性交互作用（Exploitation），定義為 $(+/-)$。
3. 互利共生（Mutualism）：雙方皆獲得利益，定義為 $(+/+)$。
4. 片利共生（Commensalism）：一方獲利、另一方不受影響，定義為 $(+/0)$。

題目明確要求「decrease the fitness of both species」，對應符號即為 $(-/-)$，因此直接鎖定「Competition（競爭）」。

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選項分析

• (A) Parasitism（寄生）：錯誤。
  寄生屬於剝削性關係（Exploitative interaction），寄生者（Parasite）從宿主（Host）體內或體表吸取養分而獲利（$+$），宿主則因組織受損、疾病或營養流失導致適應度下降（$-$），效應為 $(+/-)$。

核心觀念

本題考查真核生物中的「原生生物」（protists）之定義、分類特徵與歷史背景。

原生生物通常指不屬於動物界、植物界、真菌界的真核生物，主要包括原生動物、藻類及部分類真菌生物。其共同特徵是：

• 具有真核細胞，細胞內有細胞核。
• 具有膜性胞器，例如粒線體、內質網與高基氏體。
• 多數為單細胞，也有群體型或多細胞型態。
• 原生生物並非單一演化支系，而是傳統分類下的集合。

依校方釋疑所引用的 Campbell et al.《Biology—A Global Approach》第 10 版第 649–652 頁，protists 並不等同於多細胞生物；本題官方答案將重點放在原生生物與早期顯微觀察史的關聯。

解題方法

判斷本題可分成兩步：

1. 先排除把原生生物定義成「多細胞生物」或「缺乏特定胞器」的選項。
2. 再比較剩餘選項中，哪一項符合原生生物的歷史描述。

原生生物是最早透過顯微鏡被人類觀察到的生物類群之一。Antoni van Leeuwenhoek（安東尼・范・雷文霍克）在 17 世紀利用自製顯微鏡觀察池水、雨水、牙垢等樣本，記錄了許多微小生物，包括原生動物等微生物。因此依本題命題與官方答案，選擇 B。

選項分析

(A) larger prokaryotes：錯誤

Protists 不是「較大型的原核生物」。

原核生物包括細菌與古菌，細胞內沒有由核膜包圍的細胞核，也沒有典型的膜性胞器。原生生物則屬於真核生物，具有細胞核及粒線體、高基氏體等膜性胞器。

「體積較大」不是區分原核生物與真核生物的正式分類依據。原生生物與原核生物的根本差異在於細胞結構與演化分類，而非單純大小。

(B) the organisms first found by Antoni van Leeuwenhoek：正確

此選項符合本題官方答案。

Antoni van Leeuwenhoek 是早期顯微鏡觀察的重要先驅。他觀察到池水中會活動的微小生物，並將這些生物描述為「animalcules」（小動物）。其中包含原生動物等原生生物。

嚴格的生物分類史上，「protist」一詞是在較晚時期才由 Ernst Haeckel（恩斯特・海克爾）提出，因此 Leeuwenhoek 並不是以現代「Protists」分類名稱進行描述。然而依本題命題意旨，B 是指他最早觀察到原生生物類微小真核生物，故為官方指定答案。

(C) multicellular groups of eukaryotes：錯誤

原生生物不能定義為「多細胞真核生物」。

多數原生生物是單細胞真核生物，例如：

核心觀念

本題考查生物多樣性（biodiversity）的三個標準層次：

1. 遺傳多樣性（genetic diversity）：同一物種內，不同個體或族群之間的基因差異，例如不同品種的水稻、不同族群的遺傳變異。
2. 物種多樣性（species diversity）：一個地區內物種的種類數量，以及各物種相對豐度的差異。
3. 生態系多樣性（ecosystem diversity）：不同生態系類型、棲地、群集與其生態作用的多樣性，例如森林、草原、湖泊、珊瑚礁等。

因此，生物多樣性通常由「基因層次、物種層次、生態系層次」三個層次構成。

解題方法

判斷選項時，先找出是否包含生物多樣性的三個標準層次：

• Genetic diversity
• Species diversity
• Ecosystem diversity

完整符合者即為正確答案。選項中只有 (B) 同時包含這三者，因此選 B。

選項分析

(A) Phenotypic diversity, species diversity, ecosystems diversity

錯誤。Phenotypic diversity（表型多樣性）是指個體在外觀、生理或行為等表現上的差異。表型差異可能源自遺傳變異，也可能受到環境影響，因此不是生物多樣性分類中與 genetic diversity 並列的標準層次。

Species diversity 與 ecosystem diversity 本身正確，但第一項以 phenotypic diversity 取代 genetic diversity，故整體錯誤。

(B) Genetic diversity, species diversity, ecosystems diversity

正確。此選項完整列出公認的三個生物多樣性層次：

$$\text{Biodiversity} = \text{genetic diversity} + \text{species diversity} + \text{ecosystem diversity}$$

其中 ecosystems diversity 更常寫作 ecosystem diversity，意思是生態系多樣性。

核心觀念

本題考查胚胎發育基因的功能分類，關鍵在於辨認「整個身體部位的身分（identity）」由哪一類基因決定。

**Homeotic genes（同源異型基因）**負責決定身體各區段應發育成哪一種結構。這類基因發生突變時，會造成一個完整身體部位被另一個部位取代，此現象稱為 homeosis（同源異型轉換）。

例如果蠅的 Antennapedia 基因突變，會使原本應形成觸角的頭部區域形成足；bithorax 複合體基因異常，則可能使胸部體節產生錯誤的翅或平衡棒結構。

在脊椎動物中，功能相近的基因主要是 Hox genes（Hox 基因）。Hox 基因沿著身體前後軸以特定表現順序作用，藉此賦予不同體節不同的發育身分。

解題方法

先抓題幹中的關鍵字：

transformations in the identity of entire body parts

這句不是在問細胞分裂、體節數目，或胚胎軸線如何建立，而是在問「完整身體部位的身分轉換」。

因此應直接對應到：

• 決定身體部位身分：homeotic genes
• 決定體節如何分割：segmentation genes
• 建立胚胎早期極性與軸線：egg-polarity genes
• 透過訊號影響鄰近細胞命運：inducers

題幹所描述的現象正是 homeotic mutation 所造成的 homeosis，因此選擇 (C)。

選項分析

(A) segmentation genes

**Segmentation genes（體節分節基因）**負責將胚胎沿身體軸線分成規則的體節或區段，控制的是：

• 體節的數目
• 體節的邊界
• 體節形成的規則
• 不同體節的排列模式

果蠅胚胎中，segmentation genes 包括 gap genes、pair-rule genes 與 segment-polarity genes。這些基因異常時，常見結果是體節缺失、重複或邊界異常。

它們主要影響「分成幾段、如何排列」，不是直接指定某一整個體節應發育成頭、胸或腹部。因此不是本題答案。

(B) inducers

**Inducers（誘導因子）**通常是由一群細胞釋放的訊號分子，作用於鄰近細胞，改變其基因表現與發育命運。常見訊號路徑包括：

• Hedgehog
• Wnt
• BMP
• FGF
• Notch

誘導作用的核心是：

1. 一群細胞產生訊號分子。
2. 鄰近細胞上的受體接收訊號。
3. 啟動細胞內訊息傳遞。
4. 改變轉錄因子與下游基因的表現。
5. 使細胞朝特定命運分化。

核心觀念

本題考查細胞器的膜結構分類。依包膜數目，可分為：

• 無膜細胞器：ribosome（核糖體）
• 單層膜細胞器：peroxisome（過氧化體）、lysosome（溶體）、Golgi apparatus（高基氏體）、endoplasmic reticulum（內質網）
• 雙層膜細胞器：nucleus（細胞核）、mitochondrion（粒線體）、chloroplast（葉綠體）

題目中的 “contains single membrane” 是指「具有單層膜包圍的細胞器」。

解題方法

逐一判斷各選項是否具有膜，以及膜的層數：

1. 無膜者直接排除。
2. 具有外膜與內膜者屬於雙層膜，排除。
3. 只由一層膜包圍者，即為本題答案。

符合「單層膜細胞器」定義的是 peroxisome。

選項分析

(A) ribosome（核糖體）錯誤

核糖體由 ribosomal RNA（核糖體 RNA）與 ribosomal proteins（核糖體蛋白質）組成，負責進行蛋白質合成，沒有磷脂膜包圍，因此屬於無膜細胞器。

(B) chloroplast（葉綠體）錯誤

葉綠體具有：

• 外膜
• 內膜
• 由類囊體膜形成的 thylakoid（類囊體）系統

外膜與內膜構成葉綠體的雙層包膜，因此葉綠體屬於雙層膜細胞器。類囊體膜則是葉綠體內部額外的膜系統，不能將葉綠體歸類為單層膜細胞器。

(C) mitochondrion（粒線體）錯誤

粒線體具有外膜與內膜：

• 外膜包圍整個粒線體
• 內膜向內摺疊形成 cristae（嵴）
• 電子傳遞鏈與 ATP synthase（ATP 合成酶）位於內膜

因此粒線體是典型的雙層膜細胞器。其內膜上的電子傳遞鏈建立質子梯度，推動下列反應合成 ATP：

$$\ce{ADP + Pi -> ATP}$$

這些代謝功能與其雙層膜結構密切相關。

核心觀念

本題考查細胞膜運輸方式，以及低密度脂蛋白（low-density lipoprotein, LDL）進入細胞的特定機轉。

LDL 是直徑較大的脂蛋白顆粒，無法直接穿過細胞膜的疏水性脂雙層。細胞表面的 LDL receptor（低密度脂蛋白受體）會專一性辨認 LDL 外層的載脂蛋白 ApoB-100，接著透過包被小窩（clathrin-coated pit）將 LDL 吞入細胞，這種方式稱為 受體媒介胞吞作用（receptor-mediated endocytosis）。

解題方法

判斷本題可從兩個關鍵特徵切入：

1. LDL 是大型脂蛋白顆粒，不是可直接穿膜的小分子。
2. LDL 的細胞攝取具有受體專一性，需要 LDL receptor 辨認 ApoB-100。

其主要流程如下：

• LDL 的 ApoB-100 與細胞膜上的 LDL receptor 結合。
• LDL receptor 聚集於 clathrin-coated pit。
• 膜向內凹陷形成囊泡，並由 dynamin 協助切割，使囊泡脫離細胞膜。
• 囊泡與 early endosome（早期內體）融合。
• 內體內部酸化使 LDL 與受體分離。
• LDL receptor 回收到細胞膜再利用。
• LDL 被送往 lysosome（溶小體）分解，釋放膽固醇供細胞使用。

因此，題目所描述的 LDL uptake 是典型的受體媒介胞吞作用。

選項分析

(A) pinocytosis：錯誤

Pinocytosis（胞飲作用）是細胞以囊泡形式攝取細胞外液及其中溶解物質的方式，通常較偏向非專一性攝取。

LDL 的攝取雖然同樣涉及膜內陷與囊泡形成，但其關鍵在於 LDL 必須先與 LDL receptor 專一性結合，因此應使用更精確的分類 receptor-mediated endocytosis。本選項描述過於廣泛，不能作為本題最佳答案。

(B) facilitated transport：錯誤

核心觀念

本題考查電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC）各複合體的功能，以及氰化氫 $\ce{HCN}$ 對粒線體呼吸作用的抑制位置。

粒線體內膜上的主要呼吸鏈複合體如下：

• Complex I：NADH dehydrogenase，接受 NADH 電子。
• Complex II：succinate dehydrogenase，接受 FADH$_2$ 電子。
• Complex III：cytochrome $bc_1$ complex，將電子傳給 cytochrome c。
• Complex IV：cytochrome c oxidase，將電子傳給 $\ce{O2}$，生成 $\ce{H2O}$。
• Complex V：ATP synthase，利用質子梯度合成 ATP。

氰化物的主要毒性作用，是抑制 Complex IV（cytochrome c oxidase，細胞色素 $c$ 氧化酶）。

解題方法

電子傳遞鏈的末端反應為：

$$\ce{4 Cyt c(Fe^{2+}) + O2 + 8H+ -> 4 Cyt c(Fe^{3+}) + 2H2O + 4H+}$$

其中 Complex IV 內含 heme $a$、heme $a_3$ 及銅中心 $\ce{Cu_A}$、$\ce{Cu_B}$，負責將電子由 cytochrome c 傳遞給 $\ce{O2}$。

$\ce{CN^-}$ 會與 Complex IV 的 heme $a_3$–$\ce{Cu_B}$ 活性中心結合，使氧無法接受電子而被還原。因此：

1. 電子無法順利傳至 $\ce{O2}$。
2. 電子傳遞鏈在末端中斷。
3. 質子幫浦作用停止，無法建立正常的 $\ce{H+}$ 電化學梯度。
4. ATP synthase 缺乏質子動力，氧化磷酸化下降。
5. 細胞即使有氧氣，也無法有效利用氧氣產生能量，形成「組織性缺氧」。

因此，依照生物化學原理，正確的複合體應為 Complex IV。

選項分析

(A) Complex I

Complex I 為 NADH dehydrogenase，接受 NADH 的電子，並將電子傳給 ubiquinone（輔酶 Q）。

其典型抑制劑包括 rotenone（魚藤酮）與 amytal。$\ce{HCN}$ 的經典主要作用位置不是 Complex I，因此本選項錯誤。

(B) Complex II

Complex II 為 succinate dehydrogenase，同時參與檸檬酸循環與電子傳遞鏈，催化：

$$\ce{Succinate + FAD -> Fumarate + FADH2}$$

核心觀念

本題考查 DNA 超螺旋（supercoiled DNA）的拓撲結構，以及哪一類酵素能直接改變 DNA 的連結數（linking number, $Lk$）。

對於共價閉合的雙股 DNA（covalently closed circular DNA），其拓撲關係可表示為：

$$Lk = Tw + Wr$$

其中：

• $Lk$（linking number，連結數）：兩條 DNA 股彼此纏繞、相互連結的次數。
• $Tw$（twist，扭轉數）：DNA 雙股彼此繞行的程度。
• $Wr$（writhe，盤繞數）：DNA 雙股軸線在三維空間中的超螺旋盤繞程度。

在沒有 DNA 斷裂的情況下，$Lk$ 不會改變。若要改變 $Lk$，酵素必須先暫時切開一股或兩股 DNA，解除部分拓撲限制，再重新接回 DNA。

解題方法

判斷關鍵在於：哪一個選項能夠「切開 DNA，再重新接合 DNA」，因此直接改變 $Lk$？

Topoisomerase（拓撲異構酶）具有以下基本機轉：

1. 暫時切開 DNA 的一股或兩股。
2. 讓 DNA 鏈段旋轉、通過或解除超螺旋。
3. 重新連接被切開的 DNA。

因此，Topoisomerase 能直接改變 DNA 的 $Lk$，進而改變 DNA 的超螺旋程度。

主要分類如下：

• Type I topoisomerase：暫時切開單股 DNA，通常每次改變 $Lk$ 為 $1$。
• Type II topoisomerase：暫時切開雙股 DNA，使另一段雙股 DNA 通過切口，通常每次改變 $Lk$ 為 $2$。DNA gyrase 即屬於 Type II topoisomerase，能將負超螺旋引入 DNA。

所以本題正確選項為 (D) Topoisomerase。

選項分析

(A) DNA polymerase

DNA polymerase（DNA 聚合酶）負責以既有 DNA 股為模板，利用 deoxyribonucleotide triphosphates 合成新的 DNA 股，催化 DNA 延長反應。

它的主要功能是：

• 進行 DNA 複製；
• 催化 $5'$ 至 $3'$ 方向的 DNA 合成；
• 部分 DNA polymerase 具有校對或核酸外切酶活性。

DNA polymerase 本身不負責以「切開—旋轉或通過—重新接合」的方式改變 DNA 的 $Lk$。DNA 複製時，前方確實會產生拓撲壓力與正超螺旋，但此問題主要由 topoisomerase 處理。因此本選項錯誤。

(B) Histone acetylase

核心觀念

本題考查真核細胞中「脂肪酸從頭合成（de novo fatty acid biosynthesis）」的主要細胞位置。

在動物細胞中，脂肪酸從頭合成主要發生於細胞質（cytosol），其產物主要是棕櫚酸（palmitate，$16:0$）。反應需要：

• 原料：乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）
• 二氧化碳固定反應：形成丙二醯輔酶 A（malonyl-CoA）
• 還原力：NADPH
• 主要酵素：乙醯輔酶 A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase, ACC）與脂肪酸合成酶（fatty acid synthase, FAS）

關鍵反應如下：

$$\ce{Acetyl-CoA + HCO3^- + ATP ->[ACC] Malonyl-CoA + ADP + Pi}$$

之後，FAS 以一分子 acetyl-CoA 作為起始單位，並反覆加入 malonyl-CoA。每一輪延長包括縮合、還原、脫水、再還原，所需還原力來自 NADPH，最後主要生成 palmitate。

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解題方法

判斷細胞位置時，先辨認題目問的是「主要的脂肪酸合成」而非脂肪酸的分解、修飾或運輸。

動物細胞的脂肪酸合成途徑位於 cytosol。由於 acetyl-CoA 主要在粒線體內產生，無法直接穿越粒線體內膜，因此先與 oxaloacetate 結合形成 citrate，再經由 citrate shuttle 運送至細胞質。

在細胞質中：

1. citrate 經 ATP-citrate lyase（ATP 檸檬酸裂解酶）重新產生 acetyl-CoA。
2. ACC 將 acetyl-CoA 羧化成 malonyl-CoA。
3. FAS 利用 acetyl-CoA、malonyl-CoA 與 NADPH 延長脂肪酸碳鏈。
4. 生成的 palmitate 可再於 endoplasmic reticulum 進行延長與去飽和作用。

因此，題目所問的「main place for fatty acid biosynthesis」應選擇 cytosol。

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選項分析

(A) Mitochondria：錯誤

粒線體是脂肪酸分解的重要場所。長鏈脂肪酸經由 carnitine shuttle 進入粒線體後，進行 $\beta$-oxidation，依序產生 acetyl-CoA、NADH 與 FADH₂。

脂肪酸 $\beta$-oxidation 的主要步驟包括：

1. Acyl-CoA dehydrogenase：形成 trans-Δ²-enoyl-CoA
2. Enoyl-CoA hydratase：形成 $\beta$-hydroxyacyl-CoA
3. $\beta$-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase：形成 $\beta$-ketoacyl-CoA
4. Thiolase：釋放 acetyl-CoA

核心觀念

本題測驗核苷酸從頭合成途徑（de novo purine biosynthesis）中，嘌呤環（Purine ring）原子骨架的前驅分子來源，以及代謝途徑中所必需的輔酶形式。

在生化反應中，嘌呤環（IMP，次黃嘌呤核苷酸）的各個原子由以下前驅物組裝而成：

1. Glycine（甘胺酸）：提供 C-4、C-5、N-7 整體骨架。
2. Glutamine（麩醯胺酸）（非 Glutamate 麩胺酸）：提供 N-3 與 N-9（醯胺基團，Amide nitrogen）。
3. Aspartate（天冬胺酸）：提供 N-1（胺基）。
4. $\ce{CO2}$（或 $\ce{HCO3-}$，重碳酸根）：提供 C-6。
5. 一碳單位載體（葉酸衍生物）：

• $N^{10}$-Formyl tetrahydrofolate（$N^{10}$-Formyl-$\ce{THF}$）：在真核生物體內主要提供 C-2 與 C-8。
• $N^5,N^{10}$-Methenyl tetrahydrofolate（$N^5,N^{10}$-Methenyl-$\ce{THF}$）：在部分原核生物、低等生物或葉酸代謝支路中，可作為活化甲醯基的前驅物或直接參與轉甲醯反應（如提供 C-8 的甲醯基，或經環水解酵素轉化為 $N^{10}$-Formyl-$\ce{THF}$）。

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解題方法

1. 鎖定原料來源（Source of Purine Ring Atoms）：

• 審視題目所問為「何者非嘌呤生合成所必需（NOT required）」。
• 嘌呤環形成過程中，直接提供氮原子的胺基酸是 Glutamine（提供 N-3、N-9）與 Aspartate（提供 N-1），以及直接融入環中的完整 Glycine（提供 C-4、C-5、N-7）。
• Glutamate（麩胺酸） 本身並非直接合成嘌呤環的供體分子（供氮者是含有醯胺基的 Glutamine）。

2. 確認葉酸衍生物角色：

• 一碳轉移需要活化的四氫葉酸衍生物。在嘌呤環合成中，碳源 C-2 與 C-8 來自甲醯基（Formyl group）。
• 在標準生化教材（如 Lehninger Principles of Biochemistry）中，$N^5,N^{10}$-Methenyl-$\ce{THF}$ 與 $N^{10}$-Formyl-$\ce{THF}$ 彼此可經酵素（如 methenyltetrahydrofolate cyclohydrolase 與 dehydrogenase）快速互轉，均為生合成途徑直接或間接必需的一碳前驅物。

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選項分析

• (A) $\ce{CO2}$：錯誤（為必需成分）。
  在 IMP 合成路徑中，第 6 步反應由 AIR 羧化酶（AIR carboxylase，在高等真核生物中為 PAICS 複合酵素之 CAIR synthetase 活性）催化，直接利用 $\ce{CO2}$（或 $\ce{HCO3-}$）接上 5-aminoimidazole ribonucleotide（AIR）的 C-4 位置，形成 CAIR，提供嘌呤環的 C-6 原子。

• (B) Glutamate：正確（非必需成分，故為本題答案）。
  嘌呤生合成中，提供 N-3 與 N-9 氮原子的供體是 Glutamine（麩醯胺酸），經由 Glutamine-PRPP amidotransferase 及 FGAM synthetase 轉移其側鏈上的「醯胺基（Amide group）」，反應後釋放出的副產物才是 Glutamate。因此，直接參與嘌呤從頭合成的原料是 Glutamine，而非 Glutamate。

核心觀念

本題考查胰島素受體（Insulin Receptor, IR）的結構特徵及其下游訊息傳遞途徑（Signal Transduction Pathway）。

1. 胰島素受體結構：屬於受體酪胺酸激酶（Receptor Tyrosine Kinase, RTK）家族，在膜上本就以共價雙硫鍵連結的四聚體（$\alpha_2\beta_2$ 異源四聚體）形式存在。

• $\alpha$-次單元（$\alpha$-subunit）：位於細胞膜外側（extracellular domain），負責專一性結合胰島素（insulin）。
• $\beta$-次單元（$\beta$-subunit）：跨膜蛋白質，具有跨膜區段以及位於細胞質側（cytoplasmic domain）的酪胺酸激酶（tyrosine kinase）活性區。

2. 受體活化機轉：胰島素結合至膜外的 $\alpha$-次單元後，引發構形改變，促使細胞質側的兩個 $\beta$-次單元互相磷酸化彼此特定酪胺酸殘基，即自我磷酸化（autophosphorylation），進而活化受體的激酶活性。
3. 下游結合與傳遞：活化且磷酸化的受體會招募並磷酸化細胞質內的受質蛋白（如胰島素受體受質-1，Insulin Receptor Substrate-1, IRS-1），開啟下游的 PI3K-Akt 及 MAPK 途徑。

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解題方法

從受體次單元功能分工與活化初始步驟直接切入：

1. 確認胰島素的結合位置：胰島素是大分子胜肽激素，無法穿透細胞膜，必定結合於細胞膜外側的 $\alpha$-次單元。
2. 判斷結合後的第一個生化反應：RTK 受體受配體（ligand）活化後的標誌性初始事件為胞內激酶區域的自體交叉磷酸化（trans-autophosphorylation）。
3. 比對選項敘述，可直接選出正確選項。

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選項分析

• (A) 錯誤：胰島素的結合位置發生在細胞膜外側的 $\alpha$-次單元（$\alpha$-subunit），而非具有跨膜與激酶活性的 $\beta$-次單元。

核心觀念

本題測驗生物化學中「脂質的分類與生合成來源（Lipid Classification and Biosynthesis）」。
核心考點為**異戊二烯前驅物衍生脂質（Isoprenoids / Terpenoids）與脂肪酸衍生脂質（Fatty acid derivatives）**的結構與代謝來源差異：

1. 異戊二烯單元（Isoprene units, $\ce{C5}$）：活化型態為焦磷酸異戊烯酯（Isopentenyl pyrophosphate, IPP）與焦磷酸二甲基丙烯酯（Dimethylallyl pyrophosphate, DMAPP）。在人體中，Acetyl-CoA 經由甲羥戊酸途徑（Mevalonate pathway）生成 IPP，接著縮合為香葉基焦磷酸（Geranyl pyrophosphate, GPP, $\ce{C10}$）、法尼基焦磷酸（Farnesyl pyrophosphate, FPP, $\ce{C15}$），再由兩分子 FPP 縮合為角鯊烯（Squalene, $\ce{C30}$），最終環化修飾形成固醇類（Sterols/Steroids），例如膽固醇（Cholesterol）。
2. 脂肪酸途徑衍生脂質：由 Acetyl-CoA 與 Malonyl-CoA 經脂肪酸合成酶（Fatty Acid Synthase, FAS）系統催化延長，形成飽和或不飽和脂肪酸（如軟脂酸、花生四烯酸），或由其進一步轉化為類二十烷酸（Eicosanoids）或鞘脂（Sphingolipids）。

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解題方法

解題切入點在於判斷各選項化合物之生合成起源碳骨架：

• 題目要求找出由「$\ce{C5}$ isoprenoid precursors（異戊二烯前驅物）」合成的脂質。
• 直接聯想異戊二烯衍生物的大類：萜類（Terpenes）、固醇類（Sterols）、類胡蘿蔔素（Carotenoids）、類泛醌（Ubiquinone 的側鏈）、脂溶性維生素（A、D、E、K）。
• 檢視選項：
• 膽固醇（Cholesterol）屬於類固醇（Steroid），其 $\ce{C27}$ 碳骨架是由角鯊烯（$\ce{C30}$ triterpene）環化衍生而來，直接源於異戊二烯前驅物（IPP 與 DMAPP）。
• 其餘選項皆由直鏈脂肪酸途徑合成衍生。

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選項分析

• (A) 錯誤。棕櫚酸（Palmitate, 16:0）：
  為十六碳飽和脂肪酸，由 1 分子 Acetyl-CoA 作為起始物，依序加上 7 分子 Malonyl-CoA，經細胞質中的**脂肪酸合成酶系統（Fatty Acid Synthase, FAS）**進行反覆的縮合、還原、脫水、還原反應而得，非由異戊二烯前驅物合成。

• (B) 正確。膽固醇（Cholesterol, $\ce{C27H46O}$）：
  為動物細胞膜關鍵固醇及固醇類荷爾蒙的前驅物。生合成關鍵路徑為：
  $\ce{3 \ Acetyl-CoA -> HMG-CoA ->[HMG-CoA \ reductase] Mevalonate -> IPP \ (C5) + DMAPP \ (C5)}$

核心觀念

本題考查磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, PPP）的主要生物功能。PPP 又稱己糖磷酸旁路（hexose monophosphate shunt），主要在細胞質中進行，具有兩項核心產物：

1. NADPH：提供還原力，用於脂肪酸、膽固醇等生合成，以及維持抗氧化系統。
2. Ribose-5-phosphate（核糖-5-磷酸）：作為核苷酸合成的五碳糖原料。

因此，本題官方答案為供應 ribose 與 NADPH。

解題方法

判斷 PPP 的功能時，先區分其兩個階段：

一、氧化階段（oxidative phase）

由 glucose-6-phosphate（葡萄糖-6-磷酸）開始，經過下列關鍵反應：

• glucose-6-phosphate dehydrogenase（G6PD，葡萄糖-6-磷酸去氫酶）
• 6-phosphogluconolactonase
• 6-phosphogluconate dehydrogenase（6-磷酸葡萄糖酸去氫酶）

此階段產生 NADPH 與 ribulose-5-phosphate，並釋放二氧化碳。整體可概括為：

$$\ce{Glucose-6-phosphate + 2 NADP+ + H2O -> Ribulose-5-phosphate + CO2 + 2 NADPH + 2 H+}$$

其中 NADP+ 被還原成 NADPH，這是 PPP 與糖解作用的重要差異。

二、非氧化階段（non-oxidative phase）

ribulose-5-phosphate 可轉換成：

• ribose-5-phosphate：用於核苷酸合成
• xylulose-5-phosphate

接著由 transketolase（轉酮醇酶）與 transaldolase（轉醛醇酶）重新排列碳骨架，生成 fructose-6-phosphate 與 glyceraldehyde-3-phosphate，這些物質可回到糖解作用。

因此，PPP 的主要功能可直接整理為：

$$\text{PPP} \longrightarrow \text{NADPH}+\text{Ribose-5-phosphate}$$

選項分析

(A) act as a source of ADP biosynthesis

錯誤。PPP 產生的 ribose-5-phosphate 確實可作為核苷酸合成的原料，進一步參與 AMP、ADP 等核苷酸形成；

核心觀念

本題考查丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase）所催化的反應，以及其在三羧酸循環（TCA cycle）與糖質新生（gluconeogenesis）中的位置。

丙酮酸羧化酶是生物素（biotin）依賴性酵素，位於粒線體基質，將丙酮酸（pyruvate）羧化成草醯乙酸（oxaloacetate, OAA）。其反應為：

$$\ce{Pyruvate + HCO3^- + ATP -> Oxaloacetate + ADP + Pi}$$

此反應需要 ATP 提供能量，並將一個羧基加入三碳的丙酮酸，使其形成四碳的草醯乙酸。

解題方法

直接抓住酵素名稱中的關鍵字「carboxylase」：

• carboxylase 表示「加入羧基」。
• 丙酮酸（pyruvate）是三碳化合物。
• 加入一個羧基後，生成四碳化合物草醯乙酸（oxaloacetate）。

因此：

$$\ce{Pyruvate -> Oxaloacetate}$$

丙酮酸羧化酶是糖質新生的起始繞道路徑之一。丙酮酸先在粒線體中轉變為草醯乙酸，接著由磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase, PEPCK）將草醯乙酸轉換成磷酸烯醇丙酮酸（phosphoenolpyruvate, PEP）：

$$\ce{Oxaloacetate + GTP -> Phosphoenolpyruvate + GDP + CO2}$$

所以 PEP 是後續酵素 PEPCK 的產物，不是丙酮酸羧化酶的直接產物。

選項分析

(A) Acetyl-CoA

錯誤。丙酮酸轉變成乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）是由丙酮酸去氫酶複合體（pyruvate dehydrogenase complex, PDC）催化，反應如下：

$$\ce{Pyruvate + CoA-SH + NAD+ -> Acetyl-CoA + CO2 + NADH}$$

這是氧化脫羧反應，並非羧化反應。

(B) Citrate

核心觀念

本題考查檸檬酸循環（citric acid cycle，又稱 Krebs cycle）中，哪一個反應會直接形成「高能磷酸化合物」（high-energy phosphate compound）。

高能磷酸化合物通常指具有高磷酸基轉移潛能的分子，例如：

• ATP
• GTP
• 磷酸烯醇丙酮酸（phosphoenolpyruvate, PEP）
• 1,3-二磷酸甘油酸（1,3-bisphosphoglycerate）

檸檬酸循環中唯一直接形成高能磷酸核苷的步驟，是由 **succinyl-CoA synthetase（琥珀醯輔酶 A 合成酶）**催化的受質階層磷酸化（substrate-level phosphorylation）。

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解題方法

先掌握檸檬酸循環各步驟的主要產物：

1. Citrate synthase：形成 citrate
2. Aconitase：citrate 轉為 isocitrate
3. Isocitrate dehydrogenase：形成 $\ce{CO2}$ 與 NADH
4. $\alpha$-Ketoglutarate dehydrogenase：形成 $\ce{CO2}$ 與 NADH
5. Succinyl-CoA synthetase：形成 GTP 或 ATP
6. Succinate dehydrogenase：形成 FADH$_2$
7. Fumarase：形成 malate
8. Malate dehydrogenase：形成 NADH

其中只有第 5 步直接產生含高能磷酸鍵的 GTP 或 ATP，因此選 Succinyl-CoA synthetase。

其反應可表示為：

$$\ce{Succinyl-CoA + Pi + GDP <=> Succinate + CoA-SH + GTP}$$

在某些組織或物種中，反應使用 ADP，產物則為 ATP：

$$\ce{Succinyl-CoA + Pi + ADP <=> Succinate + CoA-SH + ATP}$$

此反應屬於受質階層磷酸化，因為高能磷酸基直接由反應中間物轉移至 GDP 或 ADP，而非經由電子傳遞鏈與氧化磷酸化產生。

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反應機轉

Succinyl-CoA synthetase 的反應可分成幾個關鍵階段：

1. 無機磷酸（$\ce{Pi}$）攻擊 succinyl-CoA 的高能硫酯鍵，形成 succinyl phosphate。
2. 磷酸基轉移至酵素上的組胺酸（histidine）殘基，形成酵素磷酸化中間物。
3. 酵素上的高能磷酸基轉移至 GDP 或 ADP。
4. 形成 GTP 或 ATP，並產生 succinate 與 CoA-SH。

可簡化表示為：

$$\ce{Succinyl-CoA -> Succinyl\ phosphate -> Enzyme-His-P -> GTP\ or\ ATP}$$

因此，本步驟不只產生 succinate，也直接保存一部分能量於 GTP 或 ATP 的高能磷酸鍵中。

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選項分析

(A) Succinate dehydrogenase

錯誤。

Succinate dehydrogenase 催化：

核心觀念

本題考的是「葡萄糖－丙胺酸循環」（glucose–alanine cycle），以及胺基酸碳骨架進入糖質新生作用（gluconeogenesis）的分類。

肌肉進行糖解作用時，葡萄糖先轉變為丙酮酸（pyruvate）。丙酮酸可接受麩胺酸（glutamate）的胺基，形成丙胺酸（alanine）；丙胺酸再經血液運送至肝臟，供肝臟進行糖質新生作用。

關鍵轉胺反應由丙胺酸轉胺酶（alanine aminotransferase, ALT；又稱 glutamate–pyruvate transaminase, GPT）催化：

$$\text{Pyruvate}+\text{Glutamate} \rightleftharpoons \text{Alanine}+\alpha\text{-Ketoglutarate}$$

在肌肉中，丙酮酸來自葡萄糖，接受胺基後生成丙胺酸。丙胺酸進入肝臟後，反向經 ALT 轉回丙酮酸：

$$\text{Alanine}+\alpha\text{-Ketoglutarate} \rightleftharpoons \text{Pyruvate}+\text{Glutamate}$$

肝臟中的丙酮酸再經糖質新生作用轉化為葡萄糖，供肌肉使用；丙胺酸所攜帶的胺基則轉移至麩胺酸，進一步以尿素循環（urea cycle）處理成尿素。

解題方法

題幹提供三個直接線索：

1. 胺基酸在肌肉中生成。
2. 它是由葡萄糖代謝產生的丙酮酸經轉胺作用形成。
3. 生成後進入血液並被肝臟攝取。

只要掌握丙酮酸的轉胺產物即可判斷：

$$\text{Pyruvate}+\text{Glutamate} \longrightarrow \text{Alanine}+\alpha\text{-Ketoglutarate}$$

因此，符合題幹的胺基酸是丙胺酸（alanine，Ala），選項為 (C)。

這條運輸機制具有兩項生理意義：

• 將肌肉中的胺基以丙胺酸形式運送至肝臟，降低游離氨造成的毒性。
• 將肌肉產生的丙酮酸碳骨架送至肝臟，作為糖質新生作用的原料。

選項分析

(A) Gly：甘胺酸（glycine）

甘胺酸不是由丙酮酸直接轉胺形成。甘胺酸可與絲胺酸（serine）相互轉換，主要反應涉及四氫葉酸（tetrahydrofolate, THF）的一碳單位轉移：

$$\text{Serine} \rightleftharpoons \text{Glycine}+\text{N}^{5},\text{N}^{10}\text{-Methylene-THF}$$

甘胺酸的碳骨架最終可進入糖質新生相關途徑，因此屬於生糖性胺基酸（glucogenic amino acid），但它不是題幹所描述的「由丙酮酸轉胺形成、在肌肉與肝臟間運送」的關鍵胺基酸，故錯誤。

(B) Val：纈胺酸（valine）

核心觀念

本題考查脂肪酸新生合成（de novo fatty acid synthesis）中，每一輪延長反應所使用的二碳單位。

脂肪酸合成酶複合體（fatty acid synthase, FAS）以 乙醯-CoA（acetyl-CoA）作為起始單位，但每次鏈長增加的二碳單位，來自 丙二醯-CoA（malonyl-CoA）。

丙二醯-CoA由乙醯-CoA經由乙醯-CoA羧化酶（acetyl-CoA carboxylase, ACC）催化形成：

$$\ce{Acetyl-CoA + HCO3^- + ATP -> Malonyl-CoA + ADP + Pi}$$

此反應需要生物素（biotin）作為輔酶。

解題方法

判斷本題的關鍵是區分：

• 起始單位：acetyl-CoA
• 每輪延長單位：malonyl-CoA

在脂肪酸合成酶中，malonyl-CoA先將丙二醯基轉移至ACP（acyl carrier protein，醯基載體蛋白）上，形成malonyl-ACP。接著發生脫羧縮合反應：

$$\ce{Acyl-CoA + Malonyl-ACP ->[KS] \beta-Ketoacyl-ACP + CO2}$$

其中，丙二醯基先脫去羧基，釋放 $\ce{CO2}$，產生的能量促進碳鏈延長。每一輪循環使脂肪酸碳鏈增加 2個碳原子。

之後依序經過以下反應：

1. 縮合（condensation）：β-ketoacyl-ACP synthase, KS
2. 還原（reduction）：β-ketoacyl-ACP reductase, KR
3. 脫水（dehydration）：β-hydroxyacyl-ACP dehydratase, DH
4. 再還原（reduction）：enoyl-ACP reductase, ER

因此，題目問「每一次逐步添加所使用的單位」，答案是 malonyl-CoA。

選項分析

(A) Acetyl-CoA

錯誤。Acetyl-CoA是脂肪酸合成的起始單位，可先轉移至FAS的KS位置，作為最初的二碳碳鏈。

核心觀念

本題考查不同生物分子作為「儲存生物能量」時的能量密度（energy density）。

脂肪酸的碳鏈含有大量 $\ce{C-H}$ 鍵，處於高度還原狀態。進行 $\beta$-氧化（beta-oxidation）時，脂肪酸逐步分解為 acetyl-CoA（乙醯輔酶 A），並產生大量 NADH 與 FADH₂；這些還原當量再進入電子傳遞鏈（electron transport chain），經氧化磷酸化產生 ATP。

一般營養學估算：

$$\text{脂肪：約 }9\ \text{kcal/g}$$ $$\text{醣類與蛋白質：約 }4\ \text{kcal/g}$$

因此，脂肪酸代表的能量形式具有最高能量密度。

解題方法

判斷「最濃縮的儲存能量」時，優先比較分子中碳原子的還原程度與每克可產生的能量：

1. 碳氫鍵比例高、氧含量低的分子，通常較為還原。
2. 越還原的分子，在分解氧化時可釋放越多電子。
3. 產生的 NADH、FADH₂ 越多，經電子傳遞鏈製造的 ATP 越多。
4. 脂肪酸符合上述特徵，因此選擇 Fatty acid。

脂肪酸氧化的關鍵路徑如下：

$$\text{Fatty\ acid} \mathrel{\xrightarrow[\text{acyl-CoA synthetase}]{\text{活化}}} \text{Fatty\ acyl-CoA} \mathrel{\xrightarrow{\beta\text{-oxidation}}} \text{Acetyl-CoA}$$

$\beta$-氧化每一回合包含四個主要反應：

• acyl-CoA dehydrogenase（醯基輔酶 A 去氫酶）：產生 FADH₂。
• enoyl-CoA hydratase（烯醯輔酶 A 水合酶）：加水。
• $\beta$-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase（$\beta$-羥基醯基輔酶 A 去氫酶）：產生 NADH。
• thiolase（硫解酶）：釋放 acetyl-CoA，並使脂肪酸碳鏈縮短兩個碳。

接著 acetyl-CoA 進入 citric acid cycle（檸檬酸循環），產生更多 NADH 與 FADH₂，再經 oxidative phosphorylation（氧化磷酸化）合成 ATP。

選項分析

(A) Protein（蛋白質）錯誤

蛋白質主要功能是構成細胞結構、催化反應、運輸物質及調節訊息。蛋白質雖可被分解供能，但必須先經蛋白酶分解為胺基酸，再移除胺基形成 $\ce{NH3}$，最後將碳骨架轉換為 pyruvate、acetyl-CoA 或 cit

核心觀念

本題考查「蛋白質胺基酸殘基的轉譯後修飾（post-translational modification, PTM）」。

某些蛋白質中的胺基酸殘基可在蛋白質合成後，由專一性酵素催化羥基化（hydroxylation），也就是在側鏈上加入 $\ce{-OH}$。醫學與生化考試最典型的蛋白質羥基化殘基是：

• Proline（脯胺酸）$\rightarrow$ Hydroxyproline（羥脯胺酸）
• Lysine（離胺酸）$\rightarrow$ Hydroxylysine（羥離胺酸）

其中以膠原蛋白（collagen）的 Proline 羥基化最具代表性。

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解題方法

判斷這類題目時，應區分：

1. 該胺基酸是否在蛋白質中形成「殘基」後可接受羥基化。
2. 相關酵素是作用於「游離胺基酸」，還是作用於「蛋白質中的胺基酸殘基」。
3. 題目問的是 hydroxylation，而不是 phosphorylation、oxidation 或 deamidation。

本題官方答案指定為 Proline。其最重要的依據是膠原蛋白成熟過程中的脯胺酸羥基化。

膠原蛋白中的部分 Proline 殘基，尤其是位於 $\ce{Y}$ 位置的 Proline，會被 prolyl hydroxylase（脯胺酸羥化酶）催化，形成 4-hydroxyproline。反應需要：

• $\ce{O2}$
• $\ce{Fe^{2+}}$
• $\ce{2-oxoglutarate}$（$\alpha$-ketoglutarate，$\alpha$-酮戊二酸）
• Ascorbate（維生素 C）

反應可概念化表示為：

$$\text{Proline residue}+\ce{O2}+\text{2-oxoglutarate} \longrightarrow \text{4-Hydroxyproline residue}+\ce{CO2}+\text{succinate}$$

維生素 C 可協助維持酵素活性中心的鐵為 $\ce{Fe^{2+}}$。維生素 C 缺乏時，膠原蛋白羥基化不足，會造成膠原蛋白穩定性下降，形成壞血病（scurvy）的相關症狀。

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選項分析

(A) Serine（絲胺酸）錯誤

Serine 的側鏈本身已經含有 $\ce{-OH}$：

$$\ce{-CH2OH}$$

因此，看到 Serine 含有羥基，不能直接判定它是本題所問的「被羥基化殘基」。本題中的 hydroxylation 是指在蛋白質合成後，將新的羥基加入胺基酸殘基，而不是單純指該胺基酸原本具有羥基。

Serine 在蛋白質中最典型的轉譯後修飾是 phosphorylation（磷酸化），由 serine/threonine protein kinase（絲胺酸／蘇胺酸蛋白激酶）催化，而非本題所考的典型蛋白質羥基化。

(B) Tyrosine（酪胺酸）錯誤

Tyrosine 的側鏈也原本含有 phenolic hydroxyl group（酚羥基）：

$$\ce{-CH2-C6H4-OH}$$

因此，Tyrosine 具有羥基不等於 Tyrosine 殘基會進行本題所指的羥基化。

核心觀念

本題測驗「微量營養素的吸收機轉」以及「維生素與無機礦物質之間的協同吸收作用」，特別著重於膳食鐵（dietary iron）的型態與小腸上皮吸收機轉。

1. 膳食鐵的分類：

• 血基質鐵（Heme iron）：主要來自肉類肌紅蛋白（myoglobin）與血紅素（hemoglobin），生物利用率高，直接透過小腸刷狀緣（brush border）的血基質載體蛋白質 1（Heme carrier protein 1, HCP1）被完整吸收。
• 非血基質鐵／無機鐵（Non-heme iron / Inorganic iron）：主要來自植物性食物或強化食品，大部分以三價鐵離子（$\ce{Fe^3+}$，ferric iron）的形式存在。$\ce{Fe^3+}$ 在中性或弱鹼性的小腸環境中極易沉澱形成難溶的氫氧化鐵（$\ce{Fe(OH)3}$），難以被吸收。

2. 無機鐵的吸收機轉：

• 十二指腸上皮細胞僅能有效吸收二價亞鐵離子（$\ce{Fe^2+}$，ferrous iron）。
• 食物中的 $\ce{Fe^3+}$ 必須先被還原成 $\ce{Fe^2+}$，才能藉由刷狀緣的二價金屬離子轉運蛋白 1（Divalent metal transporter 1, DMT1）轉運進入腸上皮細胞。
• 維生素 C（Vitamin C，抗壞血酸 ascorbic acid）具有強還原力，可將 $\ce{Fe^3+}$ 還原為 $\ce{Fe^2+}$，並在酸性至中性環境下與鐵形成可溶性的抗壞血酸鐵螯合物（iron-ascorbate chelate），大幅促進無機鐵的溶解度與吸收率。

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解題方法

1. 審題關鍵字：

• 題目詢問「何種化合物可促進餐食中**無機鐵（inorganic iron）**的吸收」。

2. 機轉切入：

• 食物中的無機鐵多為不易吸收的 $\ce{Fe^3+}$。
• 要促進其吸收，需要具備「還原性（將 $\ce{Fe^3+}$ 還原為 $\ce{Fe^2+}$）」或「螯合性（形成可溶性複合物防止沉澱）」的分子。
• 維生素 C（抗壞血酸）是生理上與營養學中最典型、效果最顯著的無機鐵吸收促進劑。因此本題直接鎖定 Vitamin C。

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選項分析

• (A) Vitamin C（正確）：
• 維生素 C（Ascorbic acid）能透過強還原力將難溶的 $\ce{Fe^3+}$ 還原成易溶且能被 DMT1 運送的 $\ce{Fe^2+}$：
  $\ce{2Fe^3+ + C6H8O6 -> 2Fe^2+ + C6H6O6 + 2H+}$

核心觀念

本題測驗生物化學中蛋白質的等電點（Isoelectric point, pI）與溶液環境酸鹼值（pH）對蛋白質淨電荷（Net charge）之影響。

1. 等電點（pI）的定義：
   分子（蛋白質或胺基酸）所帶的正電荷總數等於負電荷總數，即**淨電荷為零（Net charge = 0）**時的溶液環境 $\text{pH}$ 值。
2. 質子解離與電荷變化原理：
   蛋白質表面含有許多可解離的酸鹼官能基（如 $\ce{-COOH}$、$\ce{-NH3+}$ 以及天門冬胺酸、麩胺酸、離胺酸、精胺酸、組胺酸等側鏈）：

• 當環境 $\text{pH} = \text{pI}$ 時：正負電荷抵消，淨電荷為 $0$（呈電中性）。
• 當環境 $\text{pH} > \text{pI}$ 時：環境中 $\ce{[H+]}$ 濃度較低（偏鹼），促使蛋白質表面可解離官能基釋出質子（去質子化，Deprotonation），例如 $\ce{-COOH -> -COO- + H+}$、$\ce{-NH3+ -> -NH2 + H+}$，使得負電荷數目多於正電荷數目，蛋白質整體帶負電（Net negative charge）。
• 當環境 $\text{pH} < \text{pI}$ 時：環境中 $\ce{[H+]}$ 濃度較高（偏酸），促使蛋白質表面官能基結合質子（質子化，Protonation），使得正電荷數目多於負電荷數目，蛋白質整體帶正電（Net positive charge）。

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解題方法

1. 判斷環境 $\text{pH}$ 與蛋白質 $\text{pI}$ 的相對大小：
   題目給定蛋白質等電點 $\text{pI} = 5.8$，緩衝溶液 $\text{pH} = 7.5$。

$$\text{pH} (7.5) > \text{pI} (5.8)$$

2. 決定蛋白質淨電荷：

核心觀念
本題測驗種子植物（Seed plants）中「裸子植物（Gymnosperms）」與「被子植物（Angiosperms）」在生殖器官與構造上的共通性與演化演進（主要對應 Campbell Biology 植物多樣性與種子植物演化章節）。

1. 種子植物的演化創新：種子植物演化出的關鍵特徵包括種子（seed）、極度退化的配子體（reduced gametophytes）、異孢現象（heterospory）、胚珠（ovule）以及花粉粒（pollen grains）。
2. 裸子植物與被子植物的核心差異：

• 裸子植物（Gymnosperms，字源來自希臘文 gymnos「裸露的」與 sperma「種子」）：具胚珠，受精後發育成種子；但不具心皮（carpel）與子房（ovary），胚珠裸露著生於大孢子葉（megasporophylls）或毬果鱗片（cone scales）表面，不具真正的花（flower）與果實（fruit）。
• 被子植物（Angiosperms，顯花植物）：胚珠被包裹在**心皮（carpel）基部的子房（ovary）**內，受精後子房發育為果實，具有花柱、柱頭與雄蕊（含花藥）等花特化構造。

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解題方法
題目詢問「何種構造為裸子植物與被子植物所共有（common to both gymnosperms and angiosperms）」。
切入點為區分「種子植物共有特徵」與「被子植物專有（開花植物特有）構造」：

• 裸子植物與被子植物皆屬於種子植物，兩者必定都具有能發育成種子的基本構造——胚珠（ovule）。
• 其餘選項如花柱、柱頭、心皮、子房、花藥，皆為被子植物「花（flower）」的組成部分，裸子植物均不具備。

核心觀念

本題考查五種主要植物激素（plant hormones）與其典型生理功能的配對：

• Auxin（生長素）：促進細胞伸長，亦參與向光性、向地性與頂芽優勢。
• Cytokinins（細胞分裂素）：促進細胞分裂、芽形成，並延緩葉片老化。
• Gibberellins, GA（吉貝素）：促進莖伸長、打破種子休眠並促進種子萌發。
• Abscisic acid, ABA（脫落酸）：促進種子休眠、抑制萌發，並參與乾旱逆境反應。
• Ethylene（乙烯）：氣體型植物激素，可抑制幼苗莖的細胞伸長，並促進橫向膨大、頂鉤形成與果實成熟。

題目要求找出「激素與功能配對錯誤」者。

解題方法

逐一比對各激素的教科書典型功能，特別注意：

1. 細胞分裂素主要與「細胞分裂、芽形成、延緩老化」有關。
2. 程式性細胞死亡（programmed cell death, PCD）與細胞分裂素的典型功能相反。
3. 種子萌發與休眠是吉貝素和 ABA 的經典對 antagonistic 關係：

• GA 促進萌發。
• ABA 維持休眠並抑制萌發。

因此，配對錯誤的是 cytokinins — initiate programmed cell death。

選項分析

(A) auxin — promotes stem growth through cell elongation

正確。

生長素可促進莖部細胞伸長，主要機制是 acid growth hypothesis（酸生長假說）：

1. 生長素促使細胞膜上的 $\ce{H+}$-ATPase 活化。
2. $\ce{H+}$ 被泵入細胞壁，使細胞壁外部酸化。
3. 酸性環境活化 expansins（膨脹素），使纖維素微纖維與半纖維素之間的細胞壁結構鬆弛。
4. 細胞吸水後，膨壓增加，細胞沿縱向伸長。

因此，auxin 促進莖生長的主要直接方式確實是促進細胞伸長。

(B) cytokinins — initiate programmed cell death

錯誤，為本題答案。

細胞分裂素的典型功能包括：

• 促進細胞分裂；
• 促進側芽或芽的形成；
• 與生長素共同調控器官形成；
• 延緩葉片老化（senescence），維持葉綠素與蛋白質；
• 促進營養物質向細胞分裂素含量較高的部位運輸。

程式性細胞死亡通常是植物發育與逆境反應中的受調控細胞死亡，例如：

• 木質部導管分子的形成；
• 葉片老化；
• 超敏反應；
• 根冠細胞的週期性死亡。

細胞分裂素一般具有延緩老化、維持細胞存活的效果，因此不是教科書中「啟動程式性細胞死亡」的主要植物激素。故此配對不正確。

(C) gibberellins — stimulate seed germination

正確。

吉貝素可打破種子休眠並促進種子萌發。以禾本科種子為例：

1. 種子吸水後，胚產生 GA。
2. GA 由胚移動至糊粉層（aleurone layer）。

核心觀念

本題考查呼吸生理與心臟生理中「單次活動所移動的液體或氣體體積」之對應關係。

• 潮氣量（tidal volume, TV）：平靜呼吸時，每次吸入或呼出的空氣量。成人安靜狀態下約為 $500\ \text{mL/次呼吸}$。
• 每搏輸出量（stroke volume, SV）：心室每次收縮所射出的血液量，通常指左心室每搏射入主動脈的血量。

兩者皆代表「每一次週期性活動所造成的體積移動量」：

• 呼吸系統：每次呼吸移動的空氣量 $\rightarrow$ tidal volume
• 心血管系統：每次心搏移動的血液量 $\rightarrow$ stroke volume

因此，tidal volume 在心臟生理中的對應量是 stroke volume。

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解題方法

先抓住題幹中的關鍵字：

• tidal volume：每次呼吸的體積
• cardiac physiology：心臟每次搏動相關的測量值

「每次呼吸」對應「每次心搏」，所以要尋找心臟每搏所輸出的血液體積，即 stroke volume。

相關公式可用來驗證：

呼吸系統的每分鐘通氣量為：

$$\text{Minute ventilation}=\text{Tidal volume}\times\text{Respiratory rate}$$

心臟的心輸出量為：

$$\text{Cardiac output}=\text{Stroke volume}\times\text{Heart rate}$$

兩式的結構相同：

• tidal volume 對應 stroke volume
• respiratory rate 對應 heart rate
• minute ventilation 對應 cardiac output

故正確答案為每搏輸出量。

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選項分析

(A) cardiac output（心輸出量）錯誤

心輸出量是心臟每分鐘輸出的血液量，定義為：

$$\text{Cardiac output}=\text{Stroke volume}\times\text{Heart rate}$$

核心觀念

本題考查哺乳期乳汁生成（milk production）與乳汁排出（milk ejection）的主要荷爾蒙：

• Prolactin（泌乳素）：主要刺激乳腺腺泡細胞合成乳汁。
• Oxytocin（催產素）：使乳腺周圍的肌上皮細胞收縮，促進乳汁排出，形成哺乳時的「噴乳反射」。

因此，母親要同時完成「製造乳汁」與「哺乳排乳」，關鍵組合為 prolactin and oxytocin。

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解題方法

看到題幹中的兩個動作即可快速拆解：

1. Produce milk（產生乳汁）
   對應 prolactin。

2. Nurse her baby（哺乳、使乳汁流出）
   對應 oxytocin。

嬰兒吸吮乳頭時，乳頭的機械感受器受到刺激，神經訊號傳至下視丘：

• 下視丘降低對泌乳素的抑制，使腦下垂體前葉分泌 prolactin。
• 下視丘也促使腦下垂體後葉釋放 oxytocin。

其作用如下：

$$\text{嬰兒吸吮} \rightarrow \text{下視丘} \rightarrow \begin{cases} \text{腦下垂體前葉釋放 prolactin}\\ \text{腦下垂體後葉釋放 oxytocin} \end{cases}$$

Prolactin 的泌乳作用

Prolactin 作用於乳腺腺泡細胞，促進乳汁成分合成，包括乳糖、乳蛋白與乳脂。其細胞內訊息傳遞主要涉及 prolactin receptor、JAK2 與 STAT5，最終促進泌乳相關基因的表現。

此外，下視丘平時會釋放 dopamine（多巴胺），抑制腦下垂體前葉分泌 prolactin；哺乳刺激會降低此抑制作用，使 prolactin 分泌增加。

Oxytocin 的排乳作用

Oxytocin 作用於乳腺腺泡周圍的肌上皮細胞，使其收縮，將腺泡內的乳汁推入乳管與乳頭，讓嬰兒能夠吸到乳汁。這就是 milk let-down reflex（噴乳反射或排乳反射）。

需注意：prolactin 主要負責「製造」，oxytocin 主要負責「排出」；兩者共同構成完整的哺乳生理反應。

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選項分析

(A) prolactin and calcitonin

Prolactin 確實能刺激乳汁生成，因此前半項正確。

核心觀念

糖尿病（diabetes mellitus）共同特徵是血糖濃度升高，但第 1 型與第 2 型的病因不同：

• 第 1 型糖尿病（type 1 diabetes mellitus）：主要是自體免疫反應破壞胰臟的胰島 $\beta$ 細胞，使胰島素分泌嚴重不足。
• 第 2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus）：主要是周邊組織產生胰島素阻抗（insulin resistance），後期合併胰島 $\beta$ 細胞功能逐漸衰退；並非典型的自體免疫疾病。

胰島素由胰臟的 $\beta$ 細胞分泌，主要作用是促進骨骼肌與脂肪細胞攝取葡萄糖，並抑制肝臟糖原分解與糖質新生。胰島素不足或作用不良，均會造成血糖升高。

解題方法

本題要求找出「不正確」的敘述。判斷重點如下：

1. 先辨認第 1 型糖尿病的病因：胰島 $\beta$ 細胞遭破壞，導致胰島素缺乏。
2. 再辨認第 2 型糖尿病的病因：胰島素阻抗為核心，並逐漸出現胰島素分泌不足。
3. 檢查生活型態、治療方式與盛行比例是否符合兩型糖尿病的基本特徵。

只有將第 2 型糖尿病描述成「免疫系統破壞 $\beta$ 細胞」的選項，混淆了兩型糖尿病的病因。

選項分析

(A) Type 1 diabetes is also called insulin-dependent diabetes.

正確。第 1 型糖尿病因胰島 $\beta$ 細胞大量受破壞，內生性胰島素分泌不足，患者通常必須依賴外源性胰島素維持血糖，因此傳統上稱為胰島素依賴型糖尿病（insulin-dependent diabetes mellitus, IDDM）。

現代醫學較常使用「第 1 型糖尿病」一詞，但本選項所述的傳統名稱在考試定義下是正確的。

(B) Type 2 diabetes is an autoimmune disorder in which the immune system destroys the beta cells of the pancreas.

錯誤，為本題答案。

「免疫系統破壞胰臟 $\beta$ 細胞」是第 1 型糖尿病的典型機轉。第 1 型糖尿病中，具有自體免疫反應的 T 細胞會攻擊胰島 $\beta$ 細胞，使胰島素分泌逐漸減少。

第 2 型糖尿病的主要機轉則是：

核心觀念

本題考查 **Hamilton’s rule（漢彌爾頓法則）**與 kin selection（親屬選擇）。

漢彌爾頓法則指出，當個體採取某種利他行為時，只要該行為對親屬的繁殖利益，乘上雙方的遺傳相關性，高於行為者自身承擔的繁殖代價，利他相關基因便可能受到自然選擇而增加：

$$Br>C$$

題目以等價形式表示為：

$$C<Br$$

其中：

• $C$：行為者因利他行為承擔的繁殖成本
• $B$：受益者因該利他行為增加的繁殖利益
• $r$：行為者與受益者之間的 genetic relatedness（遺傳相關性）

因此，$r$ 是「受益者與行為者的遺傳相關性」。

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解題方法

直接對照 Hamilton’s rule 的標準定義即可。

利他行為雖然會降低行為者本身的繁殖成功，但若受益者是近親，雙方共享較高比例的基因。受益者繁殖成功增加所帶來的基因傳遞利益，可用 $r$ 加權表示：

$$\text{間接適存度利益}=Br$$

當加權後的間接利益大於行為者付出的成本時：

$$Br>C$$

利他行為便有機會受到親屬選擇支持，相關基因因而增加。這裡的 $r$ 並不是某個族群中利他基因的比例，而是兩個個體之間的遺傳關聯程度。

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選項分析

(A) genetic relatedness of the recipient to the actor

正確。$r$ 代表受益者與行為者之間的遺傳相關性，通常可理解為兩者共享相同祖先來源基因的比例或機率。

常見例子如下：

• 親子之間：$r=\frac{1}{2}$
• 全同胞之間：平均 $r=\frac{1}{2}$
• 半同胞之間：平均 $r=\frac{1}{4}$
• 堂表親之間：平均 $r=\frac{1}{8}$

受益者與行為者越近親，$r$ 通常越高，$Br$ 所代表的間接利益也越大。因此本題答案為 A。

(B) frequency of the altruistic allele

錯誤。這是 利他等位基因在族群中的頻率，表示該基因有多少比例存在於族群中，不是行為者與受益者之間的遺傳相關性。

Hamilton’s rule 的 $r$ 衡量的是「個體之間的親緣關係」，不是「等位基因在族群中的普遍程度」。等位基因頻率會隨選擇、突變、遺傳漂變等因素改變，但它不等同於 $r$。

核心觀念

本題考查海綿動物（Phylum Porifera）各類細胞的功能，以及具有鞭毛（flagellum）的細胞類型。

海綿動物沒有真正的組織與器官，身體由多種細胞共同協調完成攝食、消化、支持與水流循環。其中，領細胞（choanocyte，亦稱 collar cell）具有一條鞭毛，並在鞭毛基部周圍形成微絨毛構成的領狀構造。

解題方法

判斷關鍵是找出「能產生水流、協助濾食」的海綿細胞。

領細胞的鞭毛擺動會造成水流，使水由海綿體表的小孔進入，經過中央腔或水管系統，再由出水孔排出。水流同時帶入氧氣與食物顆粒；食物顆粒會被領部的微絨毛捕捉，接著以吞噬作用攝入細胞內。

因此，具有鞭毛的細胞是 choanocyte。

選項分析

(A) Amoebocyte（變形細胞）

錯誤。變形細胞位於海綿的中膠層（mesohyl），可利用偽足（pseudopodia）在中膠層中移動。其主要功能包括：

• 運送營養物質；
• 參與食物消化與細胞間物質傳遞；
• 分化形成其他細胞；
• 形成骨針或海綿絲等支持物質。

變形細胞的移動主要依靠細胞形狀改變與偽足，不是本題所指的鞭毛。

(B) Choanocyte（領細胞）

正確。領細胞具有一條鞭毛，鞭毛擺動所產生的水流是海綿濾食與氣體交換的基礎。

其構造與功能可整理如下：

• 鞭毛：擺動並推動水流；
• 微絨毛形成的領：捕捉水中的細菌與有機顆粒；
• 吞噬作用：將食物攝入細胞內；
• 消化作用：主要在細胞內進行。

核心觀念

本題考查 Hardy–Weinberg equilibrium（哈溫平衡）與隱性遺傳疾病的基因型頻率。

設：

• 正常顯性等位基因為 $B$，頻率為 $p$
• 隱性致癌等位基因為 $b$，頻率為 $q$

在完全隱性遺傳下，只有基因型 $bb$ 的個體會罹患癌症；基因型 $Bb$ 雖然攜帶 $b$ allele，但不會表現疾病。

Hardy–Weinberg 公式為：

$$p+q=1$$ $$p^2+2pq+q^2=1$$

其中：

• $p^2$：$BB$
• $2pq$：$Bb$
• $q^2$：$bb$

題目要求的是「攜帶 $b$ allele，但不會罹癌」的個體，因此要找的是雜合子 $Bb$，其比例為 $2pq$。

解題方法

題目指出每 900 人中有 16 人罹癌。由於癌症由完全隱性 allele $b$ 造成，罹癌者必為 $bb$：

$$q^2=\frac{16}{900}$$

因此：

$$q=\frac{4}{30}$$

正常 allele $B$ 的頻率為：

$$p=1-q=1-\frac{4}{30}=\frac{26}{30}$$

攜帶 $b$ allele 但不罹癌者為雜合子 $Bb$，其比例為：

$$2pq=2\left(\frac{26}{30}\right)\left(\frac{4}{30}\right)$$ $$2pq=\frac{208}{900}$$

所以答案為：

$$\boxed{\frac{208}{900}}$$

選項分析

• (A) $4/900$：錯誤。
  $4/900$ 並不是雜合子 $Bb$ 的基因型頻率。由題目已知 $q^2=16/900$，開平方後得到的是 allele frequency $q=4/30$，不是 $4/900$。

核心觀念

本題測驗地衣（lichen）共生體（symbiosis）的組成生物成員，以及生命科學近年對地衣共生結構的重大突破性新發現：

1. 傳統地衣二元共生觀念：傳統生物學認為地衣是由單一真菌（mycobiont，通常為子囊菌綱 Ascomycete，少數為擔子菌綱 Basidiomycete）與光合自營生物（photobiont，綠藻 green alga 或藍綠菌 cyanobacteria）構成的互利共生體（mutualism）。
2. 現代科學重大突破（三元／多元共生）：2016 年發表於《Science》的重量級研究（Spribille 等人）發現，許多常見的大型地衣（如 Bryoria 屬巨地衣）外皮層（cortex）中，普遍存在第三種共生夥伴——單細胞擔子菌酵母菌（Basidiomycete yeast，隸屬於 Cyphobasidiales 目）。該酵母菌負責合成地衣酸（如外皮層的毒素 vulpinic acid）以提供防禦或維持地衣結構，打破了維持 140 年的「一真菌加一藻類」二元共生假說，此新知迅速收錄於《Campbell Biology》等主流大學生物學教科書中，成為後醫考題的熱門新考點。

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解題方法

1. 辨識關鍵角色：

• 光合夥伴（Photobiont）：綠藻（Green alga）或藍綠菌（Cyanobacteria），負責提供光合產物（醣類或固定氮源）。
• 主要真菌夥伴（Mycobiont）：絕大多數地衣由子囊菌（Ascomycete，佔 98% 以上）構成菌絲骨架與主要假根／髓層結構。
• 新發現的結構／代謝真菌夥伴：擔子菌酵母菌（Basidiomycete yeast），嵌入於地衣外皮層中，參與多醣生成與防禦性次級代謝物合成。

2. 整合新舊觀點與選項比對：
   題目詢問地衣共生關係中所涉及的生物類別（"What kind(s) of organism(s) is/are involved in the symbiosis?"）。若僅按舊教科書觀念，考生容易單純選擇「子囊菌＋藻類／藍綠菌」（即 A 與 B）；

核心觀念

本題測驗神經傳導物質（Neurotransmitters）的化學結構分類與生化來源。依據普生權威教材 Campbell Biology 及醫學生理學教材，神經傳導物質主要可歸納為以下五大類：

1. 乙醯膽鹼（Acetylcholine）：自成一類的膽鹼酯類。
2. 胺基酸類（Amino acids）：如甘胺酸（Glycine）、麩胺酸（Glutamate）、$\gamma$-胺基丁酸（GABA）。
3. 生物源胺類（Biogenic amines）：由胺基酸去羧基等修飾衍生而來，包括兒茶酚胺類（Catecholamines：Dopamine、Norepinephrine、Epinephrine）與吲哚胺類（如 Serotonin）。
4. 神經胜肽類（Neuropeptides）：由多個胺基酸以肽鍵（peptide bond）相連而成的短胜肽鏈，由細胞體（soma）核糖體轉譯合成分泌，如內啡肽（Endorphins）、P物質（Substance P）。
5. 氣體類（Gases）：如一氧化氮（$\ce{NO}$）、一氧化碳（$\ce{CO}$）。

題目要求計算所列物質中屬於「神經胜肽（Neuropeptide）」的數量。

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解題方法

檢視題幹所列之六種神經傳導物質，逐一檢視其化學本質與合成方式：

1. 是否由核糖體轉譯合成之前驅蛋白經酵素切割而來？（若是，則為短胜肽結構的神經胜肽 Neuropeptide）。
2. 是否屬於小分子傳導物質（Small-molecule neurotransmitters），如生物源胺類、單一胺基酸衍生物或膽鹼類？

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選項逐項分析

• I. Acetylcholine（乙醯膽鹼）：非神經胜肽
  由膽鹼（Choline）與乙醯輔酶A（$\ce{Acetyl-CoA}$）經由膽鹼乙醯轉移酶（Choline acetyltransferase, ChAT）催化合成，屬於四級銨化合物（膽鹼酯類），非胜肽分子。

• II. Gamma-aminobutyric acid (GABA，$\gamma$-胺基丁酸)：非神經胜肽
  在中樞神經系統中，主要由麩胺酸（Glutamate）經麩胺酸去羧酶（Glutamic acid decarboxylase, GAD）催化去除羧基所合成，為非蛋白質胺基酸，屬「胺基酸類」神經傳導物質。

• III. Norepinephrine（正腎上腺素／去甲基腎上腺素）：非神經胜肽
  屬於「兒茶酚胺（Catecholamine）」類（亦歸在生物源胺類 Biogenic amines）。其生化合成路徑為：