高雄醫學大學 111 年 《普通生物及生化概論》

核心觀念

根尖由根冠（root cap）、根尖分生組織（apical meristem）、伸長區（zone of elongation）及成熟區／根毛區（zone of maturation／root-hair zone）依序組成。

由根尖最前端向上，正確排列為：

$$\text{根冠} \rightarrow \text{根尖分生組織} \rightarrow \text{伸長區} \rightarrow \text{成熟區／根毛區}$$

各區功能如下：

• 根冠（root cap）：位於根尖最前端，保護分生組織，使根能穿入土壤；部分細胞會脫落，並分泌黏液以減少摩擦。
• 根尖分生組織（apical meristem）：細胞進行快速有絲分裂，產生新的根部細胞。根尖內常含有分裂活性較低的靜止中心（quiescent center）。
• 伸長區（zone of elongation）：新生細胞主要進行伸長，使根部向土壤深處延伸。
• 成熟區／根毛區（zone of maturation／root-hair zone）：細胞分化並形成根毛，增加根部表面積，以吸收水分與無機鹽。

解題方法

本題要求「從根尖開始」排列，因此先找出最靠近根尖的構造，再依細胞發育階段排列：

$$\text{保護根尖} \rightarrow \text{細胞分裂} \rightarrow \text{細胞伸長} \rightarrow \text{細胞分化}$$

對應到構造就是：

$$\text{root cap} \rightarrow \text{apical meristem} \rightarrow \text{zone of elongation} \rightarrow \text{zone of maturation/root hairs}$$

因此選擇 （C）。

選項分析

（A）錯誤

選項將 apical meristem 排在 root cap 之前。從根尖最前端開始，首先遇到的是根冠；根尖分生組織位於根冠後方，因此順序顛倒。

（B）錯誤

核心觀念

本題考查植物的向地性（gravitropism），尤其是根部感受重力、重力訊號傳遞，以及生長素（auxin）重新分布後造成彎曲的機制。

根部水平放置後，主要流程如下：

1. 根冠柱狀細胞（columella cells）中的澱粉體（amyloplast）受重力影響而沉降。
2. 這些含有大量澱粉的澱粉體又稱為平衡石（statolith），可感受重力方向。
3. 平衡石沉降會引發根細胞內離子流動與訊息傳遞，包含 $\ce{Ca^{2+}}$ 的重新分布。
4. 重力訊號進一步影響生長素運輸蛋白，例如 PIN（PIN-FORMED）與 AUX1/LAX，使生長素集中於根的下側。
5. 根部下側的高濃度生長素會抑制細胞伸長，上側細胞伸長較快，因此根向下彎曲。

解題方法

判斷本題可依序檢查三個關鍵：

• 平衡石的化學組成；
• 重力感受後的細胞訊號；
• 根部兩側生長素濃度與細胞伸長的關係。

其中，根的向地性不是由藍光或肥料所主導，而是由重力造成平衡石沉降，再透過離子訊號與生長素重新分布完成。因此符合此機制的選項為 B。

選項分析

(A) Statolith is composed of lipid.

錯誤。

Statolith 並非由脂質組成，而是位於根冠柱狀細胞中的澱粉體（amyloplast）。澱粉體含有澱粉粒（starch grains），密度比細胞質高，受到重力時會沉降到細胞較下方的位置。

因此，平衡石的主要特徵是「含澱粉、具較高密度的細胞器」，不是脂質。

(B) Statolith triggers the redistribution of calcium in root cells.

正確。

當根水平放置時，平衡石會在根冠柱狀細胞內沉降。沉降所造成的機械刺激會啟動細胞內的重力訊號傳遞，包含 $\ce{Ca^{2+}}$ 濃度與流動方向的改變。

$\ce{Ca^{2+}}$ 可作為第二訊息者（second messenger），參與調節：

• 細胞膜離子通道；
• 生長素運輸蛋白的定位；
• 細胞內訊號傳遞；
• 根兩側生長素濃度的差異。

因此，平衡石沉降會引發根細胞內 $\ce{Ca^{2+}}$ 的重新分布，B 為正確敘述。

(C) High concentration of auxin in the lower side of root cell increases the cell elongation.

錯誤。

核心觀念

本題考查 red tide（赤潮） 的成因與危害，以及不同藻類類群所產生的毒素。

赤潮是水域中藻類大量繁殖所形成的藻華（algal bloom），常使海水呈現紅色、褐色等異常顏色。造成赤潮的主要生物之一是 dinoflagellates（甲藻）。其中部分甲藻會產生強效神經毒素，毒素可經由貝類等濾食性動物累積，再造成人類或其他動物中毒。

典型例子包括：

• Alexandrium：可產生 saxitoxin（麻痺性貝毒的重要成分），阻斷電壓閘控鈉離子通道，引起神經傳導障礙。
• Karenia：可產生 brevetoxin，影響神經細胞膜上的電壓閘控鈉離子通道，造成神經毒性貝毒。
• 部分甲藻大量繁殖也會消耗水中溶氧，導致魚類死亡。

因此，赤潮的危險性主要來自特定藻類所產生的毒素，以及藻華造成的生態失衡。

解題方法

判斷本題可採用「藻類類群—毒素類型—危害機轉」的配對方式：

1. 先辨識赤潮的重要致因生物：以甲藻最具代表性。
2. 再判斷其危害：部分甲藻可產生強效神經毒素。
3. 比對各選項的藻類名稱與毒素、症狀是否相符。

選項 A 同時符合「甲藻」與「神經毒素」兩個關鍵條件，因此為正確答案。

選項分析

(A) 正確

the dinoflagellates that cause them produce a strong neurotoxin

造成赤潮的部分甲藻會產生強效神經毒素，因此赤潮可能透過食物鏈造成中毒。

以 saxitoxin 為例，其主要機轉是結合神經細胞膜上的電壓閘控鈉離子通道，抑制鈉離子內流，使動作電位無法正常產生與傳導：

$$\text{saxitoxin} \longrightarrow \text{阻斷 voltage-gated } \ce{Na+}\text{ channel}$$

神經與骨骼肌的興奮性下降，可造成麻木、吞嚥困難、肌肉無力，嚴重時導致呼吸肌麻痺。這類毒素可在貝類體內累積，人類食用受污染的貝類後發生 paralytic shellfish poisoning（麻痺性貝毒中毒）。

因此，A 符合赤潮的主要危害機轉。

(B) 錯誤

the euglenoids that cause them produce a toxin that causes severe flulike symptoms

Euglenoids（眼蟲類） 並不是赤潮危害的典型致因類群，且本選項所述的「產生造成嚴重流感樣症狀的毒素」並非赤潮的標準生物學描述。

核心觀念

本題考查動物為適應極端環境而進入的休眠狀態，以及 hibernation（冬眠）、estivation／aestivation（夏眠）、thermoregulation（體溫調節）、**acclimatization（馴化）**與 **adaptation（適應）**的區別。

當環境長期處於高溫、乾旱、缺水狀態時，部分動物會進入一種代謝率、活動量與生理功能降低的休眠狀態，以減少能量消耗與水分散失。此狀態稱為 estivation（夏眠），也可稱 aestivation。

夏眠期間常見的生理變化包括：

• 降低代謝率與耗氧量
• 減少活動與覓食
• 降低水分流失
• 心跳與呼吸速率下降
• 暫時抑制生長、繁殖等高耗能活動

解題方法

題幹的關鍵字是：

• high temperature：高溫
• water scarcity：水分缺乏
• torpor：遲鈍、低代謝的休眠狀態
• long period：長時間

高溫與缺水通常出現在夏季或乾旱季節，因此對應的休眠型態是 estivation（夏眠）。

相對地，若題幹描述的是低溫、冬季與食物缺乏，則應判斷為 hibernation（冬眠）。

選項分析

(A) hibernation：冬眠

錯誤。

Hibernation 是動物為了度過寒冷季節及食物不足，所進入的長時間低代謝狀態，典型環境特徵為：

• 低溫
• 冬季
• 食物來源減少
• 代謝率、體溫、心跳與呼吸下降

例如蝙蝠、土撥鼠及部分哺乳類會在冬季冬眠。

本題描述的是「高溫與缺水」，屬於夏眠的環境條件，不是冬眠。

(B) estivation：夏眠

正確。

Estivation 是動物為了度過炎熱、乾燥或缺水季節所進入的休眠或低代謝狀態，主要目的在於：

1. 降低代謝活動，減少能量需求。
2. 減少水分散失。
3. 避免高溫對細胞與酵素造成傷害。
4. 等待環境溫度下降或水分恢復。

例如肺魚在乾旱時可埋入泥土中，進入夏眠狀態；部分蝸牛、兩棲類與爬蟲類也會在高溫乾燥季節降低活動量。

因此本題答案為 estivation。

(C) thermoregulation：體溫調節

核心觀念

本題考查人類細胞有絲分裂（mitosis）各階段的主要事件，尤其是「姊妹染色分體（sister chromatids）何時開始分離」。

姊妹染色分體在 DNA 複製後彼此相同，並由黏連蛋白複合體（cohesin complex）維持連結。進入後期（anaphase）前，染色體仍以兩條姊妹染色分體的形式存在，並共同排列於赤道板。

有絲分裂開始分離的關鍵機轉如下：

1. 紡錘體檢查點確認所有動粒（kinetochore）皆正確連接紡錘絲。
2. APC/C-Cdc20（anaphase-promoting complex/cyclosome）被活化。
3. APC/C-Cdc20 促使 securin 降解。
4. securin 降解後，separase（分離酶）被活化。
5. separase 切割 cohesin 中的 kleisin 蛋白，主要為 Scc1／Rad21。
6. 姊妹染色分體失去連結，分別被紡錘絲拉向細胞兩極。

因此，姊妹染色分體「開始分離」的階段是後期（anaphase）。

解題方法

先抓住題幹中的關鍵字：

begins the separation of sister chromatids

判斷重點不是染色體是否已經排列、染色質是否凝縮，也不是核膜是否消失，而是姊妹染色分體是否真正開始彼此分開。

各階段的事件順序可整理為：

$$\text{染色體凝縮} \rightarrow \text{核膜分解與紡錘絲附著} \rightarrow \text{染色體排列於赤道板} \rightarrow \text{姊妹染色分體分離}$$

最後一步發生於 anaphase，因此選擇（E）。

選項分析

(A) Interphase（間期）錯誤

間期不是有絲分裂本身的階段，而是細胞進行生長、DNA 複製與分裂前準備的時期，包含：

• $G_1$ 期：細胞生長與蛋白質合成
• $S$ 期：DNA 複製
• $G_2$ 期：分裂前準備

在 $S$ 期，DNA 複製會形成兩條姊妹染色分體，但兩者仍由 cohesin 維持連結，並未開始分離。因此間期是「產生姊妹染色分體」的時期，不是「分離姊妹染色分體」的時期。

(B) Prophase（前期）錯誤

前期的主要事件包括：

核心觀念

本題考查細胞胞器的主要功能，關鍵字是 “Breakdown”（分解、分解代謝）。在各選項中，最符合「分解物質、進行氧化分解與解毒」功能的是 peroxisomes（過氧化小體）。

過氧化小體內含多種氧化酵素，可進行：

• 長鏈脂肪酸的 $\beta$-oxidation（β-氧化）
• 有毒物質的氧化與解毒
• 過氧化氫 $\ce{H2O2}$ 的分解

其中過氧化氫可由 catalase（過氧化氫酶）催化：

$$2\ce{H2O2} \rightarrow 2\ce{H2O}+\ce{O2}$$

因此，官方答案為 (C) Peroxisomes。

解題方法

先辨認每個選項屬於何種細胞結構，再將其「主要功能」與 breakdown 比對：

1. Rough endoplasmic reticulum：蛋白質合成與初步加工。
2. Smooth endoplasmic reticulum：脂質合成、解毒與鈣離子儲存。
3. Peroxisomes：物質的氧化分解、脂肪酸分解與解毒。
4. Mitochondria：細胞呼吸與 ATP 生成。
5. Extracellular matrix：細胞外支持與訊息傳遞，不是胞器。

題幹以單一功能關鍵字 “Breakdown” 進行配對，最直接的功能描述是過氧化小體的氧化分解作用。

選項分析

(A) Rough endoplasmic reticulum（粗糙內質網）—錯誤

粗糙內質網表面附著 ribosomes（核糖體），主要負責合成：

• 分泌蛋白
• 膜蛋白
• 溶酶體蛋白

新合成的多胜肽鏈會進入內質網腔，進行摺疊、二硫鍵形成與初步醣基化，之後送往 Golgi apparatus（高基氏體）進一步加工。

因此，粗糙內質網的核心功能是 protein synthesis and processing（蛋白質合成與加工），不是一般意義上的物質分解。

(B) Smooth endoplasmic reticulum（平滑內質網）—錯誤

平滑內質網沒有核糖體，主要功能包括：

• 脂質與磷脂合成
• 類固醇荷爾蒙合成
• 肝細胞中的藥物與毒物解毒
• 肌肉細胞中的 $\ce{Ca^{2+}}$ 儲存與釋放

其中解毒作用容易讓人誤選，但平滑內質網的解毒主要依靠 cytochrome P450（細胞色素 P450）等酵素進行化學修飾，例如羥化反應，使疏水性藥物較容易被排出。這並不是題目所指的典型「breakdown」胞器功能。

(C) Peroxisomes（過氧化小體）—正確

過氧化小體含有 oxidases（氧化酶）與 catalase（過氧化氫酶），可將多種物質氧化分解。

在脂肪酸分解方面，脂肪酸經過一連串 $\beta$-oxidation 反應，每一回合主要包括：

核心觀念

本題考的是群聚生態學中的「資源分割」（resource partitioning），也涉及種間競爭與生態棲位（ecological niche）的概念。

當兩個物種生活在相近地區，且利用相似資源時，若牠們分別利用不同的食物、空間、時間或微棲地，就能降低彼此直接競爭，此種現象稱為資源分割。

本題中兩種蜥蜴：

• 生活在 close proximity，表示分布區域重疊，屬於共域（sympatric）。
• 都以昆蟲與節肢動物為食，表示具有潛在的食物競爭。
• 偏好 distinctly different niches，表示牠們實際利用不同的生態棲位，將資源分開使用。

因此，題幹描述的是兩物種透過棲位差異來分配資源，以減少競爭。

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解題方法

判斷本題可抓住兩個關鍵：

1. 物種是否生活在同一地理區域？
2. 題目強調的是「競爭本身」，還是「利用不同棲位來降低競爭」？

兩種蜥蜴生活距離接近，且食物類型相似，代表存在種間競爭的可能性。但題目真正強調的是牠們偏好不同的棲位，因此核心現象不是單純競爭，而是資源分割。

資源分割可發生在不同面向，例如：

• 空間分割：一種在樹上覓食，另一種在地面覓食。
• 時間分割：一種白天活動，另一種夜間活動。
• 食物分割：一種捕食大型昆蟲，另一種捕食小型節肢動物。
• 微棲地分割：一種偏好潮濕環境，另一種偏好乾燥環境。

本題未指出具體是哪一種資源分割方式，但「偏好明顯不同的棲位」已足以判定答案。

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選項分析

(A) resource partitioning（資源分割）—正確

資源分割是指共存物種利用不同資源或不同生態棲位，使資源使用重疊程度降低，進而減少種間競爭。

題幹指出兩種蜥蜴生活在接近地區，且都捕食昆蟲與節肢動物，但偏好不同的棲位，完全符合資源分割的定義。

(B) competitive exclusion（競爭排除）—錯誤

競爭排除原理指出，若兩個物種長期利用完全相同且有限的資源，具有相同的生態棲位，則競爭能力較弱者最終會被排除，無法穩定共存。

本題的兩種蜥蜴能生活在相近地區，且具有不同棲位，表示牠們是透過棲位差異降低競爭，而非一方將另一方排除。

(C) allopatric competition（異域競爭）—錯誤

核心觀念

本題考查真菌分類群的英文俗名與生殖構造。

**Basidiomycetes（擔子菌綱）**又稱 club fungi（棒狀菌、棍棒菌），其代表性生殖構造為 basidium（擔子）。擔子通常呈棒狀，減數分裂後在擔子外側形成 basidiospores（擔孢子）。

典型擔子菌包括：

• 蘑菇（mushrooms）
• 木耳（wood ears）
• 靈芝（bracket fungi）
• 鏽菌（rusts）
• 黑穗病菌（smuts）

其中許多擔子菌會形成大型子實體，稱為 basidiocarp（擔子果）。

解題方法

看到題幹中的俗名 club fungus，直接聯想到「棒狀擔子」：

$$\text{club fungus} \longrightarrow \text{club-shaped basidium} \longrightarrow \text{Basidiomycetes}$$

擔子菌的有性生殖構造是擔子。擔子內進行核融合與減數分裂，之後在擔子外形成通常為四個的擔孢子。因此，具有棒狀擔子是判斷本題的關鍵。

選項分析

(A) Ascomycetes

Ascomycetes（子囊菌綱）又稱 sac fungi（囊菌）。其有性生殖構造為 ascus（子囊），子囊呈囊狀，孢子稱為 ascospores（子囊孢子），形成於子囊內部。

代表生物包括酵母菌、麴菌、青黴菌、盤菌與許多地衣共生真菌。由於其特徵是囊狀子囊，而非棒狀擔子，所以錯誤。

(B) Basidiomycetes

核心觀念

本題考「二名法（binomial nomenclature）」及生物學名的書寫規則。物種的科學名稱由兩部分組成：

$$\text{Genus（屬名）}+\text{specific epithet（種加詞）}$$

其中：

• 屬名（genus name）：第一個字，字首須大寫。
• 種加詞（specific epithet）：第二個字，通常須小寫。
• 兩者合稱為完整的雙名學名（binomial scientific name），通常以斜體表示。

例如人類的學名為 Homo sapiens：

• Homo：屬名，字首大寫。
• sapiens：種加詞，小寫。

嚴格而言，第二部分是 specific epithet，而非單獨的 species name；完整物種名稱是兩者合併形成的 Homo sapiens。

解題方法

直接辨認二名法的固定格式：

$$\boxed{\text{大寫屬名}+\text{小寫種加詞}}$$

再逐一比對選項。符合「capitalized genus name and a specific epithet」者，即為正確答案。

選項分析

(A) a minimum of three descriptive adjectives

錯誤。物種學名並非由至少三個描述性形容詞組成。二名法只需要兩個部分：屬名與種加詞。種加詞有時源自形容詞，但不代表整個學名由形容詞構成，也沒有「至少三個」的規定。

(B) the capitalized family name and genus name

錯誤。科學名稱的基本二名法不是「科名（family name）＋屬名」，而是「屬名＋種加詞」。此外，科名通常以特定字尾表示，例如動物的科名常以 -idae 結尾；它不是物種學名的第一部分。

核心觀念

本題考查腎臟對各種離子與水分的調節方式，尤其是「腎小管分泌（tubular secretion）」的代表性物質。

腎元處理物質的方式包括：

1. 過濾（filtration）：血液中的小分子由腎小球進入腎小囊。
2. 再吸收（reabsorption）：腎小管管腔中的物質返回血液。
3. 分泌（secretion）：物質由腎小管周圍毛細血管或腎小管細胞移入腎小管管腔。
4. 排泄（excretion）：物質最後隨尿液排出。

在遠曲小管後段與集合管，腎臟會藉由分泌 $\ce{K+}$ 調節血液中的鉀離子濃度，因此本題答案為 $\ce{K+}$。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是辨認哪一種物質主要透過「分泌至遠曲小管與集合管」來調控血中濃度。

腎元中，$\ce{K+}$ 的處理大致如下：

• 腎小球先過濾 $\ce{K+}$。
• 近曲小管與亨利氏袢粗上行支大量再吸收 $\ce{K+}$。
• 遠曲小管後段與集合管依身體需求進行可變程度的 $\ce{K+}$ 分泌。
• 最終藉尿液排出多餘的 $\ce{K+}$。

在集合管的**主細胞（principal cell）**中，$\ce{Na+}$ 經由上皮鈉離子通道 ENaC（epithelial sodium channel） 進入細胞，再由基底外側的 Na⁺/K⁺-ATPase 將 $\ce{Na+}$ 打入血液、將 $\ce{K+}$ 帶入細胞。之後，細胞內的 $\ce{K+}$ 透過管腔側的 ROMK（renal outer medullary potassium channel） 或 BK channel（big potassium channel） 分泌至腎小管腔。

其整體方向可表示為：

$$\text{血液} \rightarrow \text{主細胞} \rightarrow \text{腎小管管腔} \rightarrow \text{尿液}$$

此過程受**醛固酮（aldosterone）**促進。醛固酮會增加：

• ENaC 的表現與活性
• Na⁺/K⁺-ATPase 的活性
• $\ce{K+}$ 管腔側分泌通道的活性

因此，醛固酮增加時，通常會促進 $\ce{Na+}$ 再吸收並增加 $\ce{K+}$ 分泌。

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選項分析

(A) $\ce{Na+}$：錯誤

$\ce{Na+}$ 是腎臟調節細胞外液體積、血壓與滲透壓的重要離子，但其在遠曲小管與集合管的主要調節方式是再吸收，不是分泌。

在主細胞中：

$$\ce{Na+}_{\text{管腔}} \xrightarrow{\text{ENaC}} \text{主細胞} \xrightarrow{\text{Na+/K+-ATPase}} \ce{Na+}_{\text{血液}}$$

也就是說，$\ce{Na+}$ 從腎小管管腔返回血液。當 $\ce{Na+}$ 再吸收增加時，管腔內負電性增加，反而有利於陽離子 $\ce{K+}$ 分泌至管腔。

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(B) $\ce{K+}$：正確

$\ce{K+}$ 是遠曲小管後段與集合管中最具代表性的分泌離子。

在主細胞中，Na⁺/K⁺-ATPase 先將 $\ce{K+}$ 運入細胞，使細胞內 $\ce{K+}$ 濃度升高；接著 $\ce{K+}$ 透過 ROMK 或 BK channel 進入腎小管管腔，形成鉀離子分泌。

此機制可調節血鉀濃度：

• 血鉀升高：促進 $\ce{K+}$ 分泌與排泄。
• 醛固酮升高：促進 $\ce{K+}$ 分泌。
• 腎功能受損或醛固酮不足：$\ce{K+}$ 分泌減少，容易造成高血鉀。

核心觀念

本題考查人類基因組中不同 DNA 區域所占比例，以及「外顯子（exon）」與「內含子（intron）」的定義。

一個典型真核生物基因可分為：

• 外顯子（exon）：轉錄後仍保留在成熟 mRNA 中的區段，其中部分外顯子包含蛋白質編碼區。
• 內含子（intron）：先被轉錄成前驅 mRNA，之後在 RNA 剪接（RNA splicing）時被移除。
• 調控序列（regulatory sequences）：如啟動子（promoter）、增強子（enhancer）等，控制基因表現。
• 重複 DNA（repetitive DNA）：包含轉位子相關序列，以及與轉位無關的重複序列。
• 唯一非編碼 DNA（unique noncoding DNA）：不屬於重複序列，且不直接編碼蛋白質的 DNA。

人類基因組中，真正直接用於蛋白質編碼的 DNA 僅占很小比例，約為總基因組的 $1\%\sim 2\%$。其中蛋白質編碼區主要位於外顯子，因此在各選項所列的 DNA 類別中，外顯子所占比例最小。

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解題方法

解題關鍵是比較各類 DNA 在人類基因組中的相對比例，而非判斷某一類 DNA 是否存在。

依據人類基因組計畫（Human Genome Project, HGP）所建立的概念：

1. 重複 DNA 約占人類基因組將近一半，主要包含轉位子及其相關序列。
2. 非編碼 DNA 占大多數，包含內含子、調控序列、基因間區域及其他非編碼序列。
3. 蛋白質編碼區 僅占約 $1.5\%$，是人類基因組中極小的一部分。
4. 因此，包含蛋白質編碼區的外顯子，是各選項中所占比例最小的類別。

基因表現過程可概括為：

$$\text{DNA} \xrightarrow{\text{transcription}} \text{pre-mRNA} \xrightarrow{\text{RNA splicing}} \text{mature mRNA} \xrightarrow{\text{translation}} \text{protein}$$

內含子在 RNA 剪接時被移除，外顯子則保留並接合。真正決定蛋白質胺基酸序列的區段，是外顯子中的蛋白質編碼區（protein-coding region）。

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選項分析

(A) Repetitive DNA that includes transposable elements and related sequences

錯誤。

轉位子（transposable elements）及其相關序列在人體基因組中數量非常多，例如：

• LINEs（long interspersed nuclear elements）
• SINEs（short interspersed nuclear elements）
• LTR retrotransposons
• DNA transposons

核心觀念

本題考查地球不同緯度接受太陽輻射量的差異，核心是：

1. 太陽輻射抵達地表的入射角不同。
2. 太陽能量在地表的分布面積不同。
3. 太陽光穿越大氣層的路徑長度不同。

在赤道附近，太陽光較接近垂直入射，能量集中在較小的地表面積上；在極地，太陽光以較低的入射角斜射，能量分散到較大的地表面積，因此單位面積接收的能量較少。

此外，斜射的太陽光需穿越較長的大氣路徑，大氣中的雲層、氣體與懸浮微粒會吸收、散射部分輻射，使抵達地表的能量進一步減少。

若以單位面積接受的太陽輻射表示，可用概念式表示為：

$$I_{\text{surface}} \propto I_0 \cos \theta$$

其中 $I_0$ 為入射太陽輻射強度，$\theta$ 為相對於地表法線的入射角。當太陽光越斜射時，$\theta$ 越大，$\cos\theta$ 越小，單位面積接收的能量越少。

解題方法

判斷全球緯度溫度差異時，先比較太陽輻射的「入射角」：

• 赤道：太陽高度角通常較高，光線較接近垂直入射，能量集中。
• 極地：太陽高度角低，光線斜射，能量分散，且穿越較厚的大氣層。

因此，選項中同時指出「較低入射角」與「穿越更多大氣層」者，就是最完整的主要原因。

選項分析

(A) the polar atmosphere is thinner and contains less greenhouse gases than the rest of the atmosphere

錯誤。極地較冷的主要原因不是因為極地大氣層較薄、溫室氣體較少。溫室氣體如 $\ce{CO2}$、$\ce{CH4}$ 在全球大氣中會混合分布，不能簡化為極地大氣含量明顯較少。

而且，極地冷暖差異的首要來源是太陽輻射入射角與能量分布，不是溫室效應差異。極地的冰雪高反照率會反射大量太陽光，這是加強極地寒冷的重要因素，但也不是本選項所述的「大氣較薄且溫室氣體較少」。

(B) the poles are always pointing away from the sun

核心觀念

本題考查 temperate phage（溫和噬菌體） 的生活史。溫和噬菌體感染細菌後，具有兩種主要發展途徑：

1. Lytic pathway（溶菌途徑）
   噬菌體大量複製，組裝出許多子代噬菌體，最後裂解（lysis）宿主細胞並釋放子代。

2. Lysogenic pathway（溶原途徑）
   噬菌體 DNA 以 prophage（前噬菌體） 形式存在於細菌內，通常整合至細菌染色體，隨宿主細胞分裂而複製。

在特定環境壓力下，例如 DNA 損傷，prophage 可被誘導（induction），離開細菌染色體並轉入 lytic pathway，最終造成宿主細胞裂解。

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解題方法

判斷溫和噬菌體的關鍵是：

溫和噬菌體不是「只進行溶原作用」，而是「能在溶原與溶菌兩種途徑間轉換」。

因此，凡是描述其可進行 lytic pathway、可形成 prophage、可攜帶致病基因的敘述，通常符合溫和噬菌體特性。

題目詢問 FALSE，應找出把溫和噬菌體特性說得過度絕對的選項。選項 E 使用 never（絕不），與溫和噬菌體可被誘導進入溶菌途徑的特性矛盾，因此為錯誤敘述。

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選項分析

(A) Bacteriophages can undergo lytic pathway in their life cycle.

正確。

溫和噬菌體雖可進入 lysogenic pathway，但也能進入 lytic pathway。進入溶菌途徑後，噬菌體 DNA 會進行複製，並表現外殼蛋白、裂解相關蛋白等基因，完成子代噬菌體組裝，最後破壞宿主細胞。

以 $\lambda$ phage 為例，當 prophage 受到 DNA 損傷等訊號誘導時，$\lambda$ repressor（$\lambda$ 阻遏蛋白）失活，溶菌相關基因得以表現，噬菌體便由 lysogenic state 轉入 lytic cycle。

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(B) Phage DNA is incorporated into the bacterial chromosomes.

正確，符合一般溫和噬菌體的典型特徵。

在 lysogenic pathway 中，噬菌體 DNA 可透過整合酶（integrase）插入細菌染色體，成為 prophage。此後 prophage 會隨著細菌染色體一起複製，並在細菌分裂時傳給子代細胞。

以 $\lambda$ phage 為例，其 DNA 可整合至大腸桿菌（Escherichia coli）染色體特定位點，形成穩定的 lysogen。

嚴格而言，不同溫和噬菌體的基因體維持方式不完全相同，有些可作為染色體外的 plasmid-like element 存在；但在基礎生物學考試的典型定義中，溫和噬菌體 DNA 整合進細菌染色體是重要特徵，因此本選項判定為正確。

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(C) Certain prophage gene expression causes host bacteria pathogenic.

正確。

核心觀念

本題考查「內共生學說」（endosymbiotic theory）。此學說認為，部分真核細胞胞器原先是被較大型祖先細胞吞入的自由生活原核生物，經長期共生後演化成細胞內胞器。

在人類細胞中，符合此學說的胞器是粒線體（mitochondria）。粒線體源自古代被吞入的好氧細菌，後來負責進行有氧呼吸與 ATP 生成。

內共生學說的重要證據包括：

• 粒線體具有雙層膜，外膜來自吞噬者細胞，內膜保留原核生物細胞膜的特徵。
• 含有自己的環狀 DNA，形式類似細菌染色體。
• 具有類似細菌的 $70S$ 核糖體。
• 能以接近細菌二分裂的方式增殖。
• 部分粒線體蛋白質可由粒線體自身基因表現，但大部分蛋白質基因已轉移至細胞核。

解題方法

先限定題目範圍：「在人體細胞中，哪些胞器曾經是小型原核生物？」

再以內共生學說的判斷特徵辨識選項：

1. 是否具有自己的遺傳物質？
2. 是否具有類似細菌的核糖體？
3. 是否能以類似二分裂的方式增殖？
4. 是否具有支持原核生物起源的雙層膜構造？

在人類細胞的選項中，只有粒線體符合這些特徵，因此選擇 (B) Mitochondria。

選項分析

(A) Nucleus（細胞核）—錯誤

細胞核是由核膜包圍的真核細胞遺傳物質儲存場所，含有線性染色體及 $80S$ 核糖體相關的真核細胞系統。主流學說認為，細胞核與內膜系統是在真核細胞演化過程中，由細胞膜內陷及膜系統分化形成，並非由被吞入的獨立原核生物演化而來。

此外，細胞核具有雙層核膜，但「雙層膜」本身不能單獨證明內共生起源；粒線體還必須搭配環狀 DNA、$70S$ 核糖體及類似細菌的分裂方式等證據。

(B) Mitochondria（粒線體）—正確

粒線體被認為源自古代好氧細菌。早期真核祖先細胞吞入具有有氧呼吸能力的原核生物，兩者形成互利共生關係：

• 原核生物提供高效率的有氧呼吸與能量產生能力。
• 宿主細胞提供穩定的生存環境與營養來源。

經過演化後，該原核生物失去獨立生活能力，成為粒線體。粒線體目前仍保有細菌式的環狀 DNA、$70S$ 核糖體與二分裂增殖特徵，因此本選項正確。

粒線體的主要功能是進行有氧呼吸，包括：

核心觀念

本題考查「外分泌腺（exocrine gland）」的定義，以及消化系統各器官的分泌功能。

外分泌腺具有下列特徵：

1. 具有分泌細胞，製造酵素、黏液、酸液或其他分泌物。
2. 分泌物經由導管（duct）或管腔排出。
3. 分泌物通常進入消化道管腔或體外，不是直接進入血液。

消化系統中，唾液腺、胃腺、肝臟及小腸腺體都能透過管道或管腔將分泌物送入消化道；膽囊則主要負責儲存、濃縮及排出肝臟製造的膽汁，本身不是製造膽汁的外分泌腺。

解題方法

判斷各選項是否屬於外分泌結構，可依序詢問：

• 該器官是否具有製造消化液或分泌物的腺體？
• 分泌物是否經由導管或管腔排入消化道？
• 該器官是「分泌者」，還是僅負責「儲存與運送」？

肝臟製造膽汁，膽汁經由膽小管（bile canaliculi）、肝內膽管及肝外膽管排入十二指腸；膽囊只儲存與濃縮膽汁。因此在本題的分類下，膽囊不屬於外分泌腺。

選項分析

(A) Salivary glands（唾液腺）—錯誤

唾液腺是典型的外分泌腺，包括：

• 腮腺（parotid gland）
• 下頷下腺（submandibular gland）
• 舌下腺（sublingual gland）

其分泌物為唾液，含有唾液澱粉酶（salivary amylase）、黏液及電解質，經由唾液腺導管排入口腔。因此唾液腺符合外分泌腺定義。

(B) Stomach（胃）—錯誤

胃黏膜內含有大量胃腺（gastric glands），屬於外分泌腺。胃腺中的主要細胞包括：

• 壁細胞（parietal cells）：分泌鹽酸 $\ce{HCl}$ 及內在因子（intrinsic factor）
• 主細胞（chief cells）：分泌胃蛋白酶原（pepsinogen）
• 黏液細胞（mucous cells）：分泌黏液
• G 細胞（G cells）：分泌胃泌素（gastrin）

胃腺分泌物直接進入胃腔，屬於外分泌作用。胃泌素雖然是荷爾蒙，但胃內同時存在外分泌腺，因此本選項不是答案。

核心觀念

本題考查配體（ligand）與結合蛋白之間的親和力，核心指標是解離常數（dissociation constant, $K_d$）。

對可逆結合反應：

$$\mathrm{P+L \rightleftharpoons PL}$$

其解離常數為：

$$K_d=\frac{[\mathrm{P}][\mathrm{L}]}{[\mathrm{PL}]}$$

$K_d$ 越小，表示複合體越不容易解離，代表結合親和力（affinity）越強。因此，本題要找的是「結合最緊密」的一對。

生物分子間的典型親和力大致可作如下比較：

$$\text{一般蛋白質–配體} \;>\; \text{抗體–抗原、蛋白質–DNA} \;>\; \text{biotin–avidin}$$

其中「$>$」表示典型情況下的 $K_d$ 較大，而非親和力較強。

解題方法

逐一比較各類分子交互作用的典型 $K_d$：

• 酵素與受質通常為微莫耳至毫莫耳等級。
• 受體與配體常見為奈莫耳至微莫耳等級。
• 抗體與抗原可達奈莫耳至皮莫耳等級。
• 序列專一性蛋白質與 DNA 的結合通常為奈莫耳等級。
• Biotin（生物素）與 avidin（抗生物素蛋白）的結合極其強，$K_d$ 約為 $10^{-14}$ 至 $10^{-15}\ \mathrm{M}$。

因此，biotin–avidin 具有最低的解離常數，選擇 (E)。

選項分析

(A) Enzyme and substrate

酵素與受質的結合必須兼顧兩件事：

1. 使受質正確定位於活性位（active site）。
2. 在反應過程中穩定過渡態（transition state）。

酵素不能把受質永久牢牢固定，否則產物釋放會受到阻礙。因此，酵素–受質交互作用通常具有中等親和力，典型 $K_d$ 約在微莫耳至毫莫耳範圍。

此外，酵素的催化效率不能單由 $K_d$ 判斷，還須考慮 $k_{\mathrm{cat}}$ 與 $K_m$。題目問的是解離常數，不能把「催化效率高」直接等同於「$K_d$ 最低」。

故 (A) 錯誤。

(B) Typical receptor and ligand interaction

受體（receptor）與配體（ligand）通常透過非共價作用結合，包括：

• 氫鍵
• 靜電作用
• 疏水作用
• 范德華力

典型受體–配體結合常見於奈莫耳至微莫耳範圍，某些高親和力受體可達皮莫耳等級，但題目使用的是 typical receptor，不能以特殊的超高親和力案例取代一般情況。

故其典型 $K_d$ 仍遠大於 biotin–avidin 的 $10^{-14}$ 至 $10^{-15}\ \mathrm{M}$。

故 (B) 錯誤。

(C) Antibody and antigen

核心觀念

本題比較兩種由單醣聚合形成的結構多醣：

• 纖維素（cellulose）：由 $\beta$-D-glucose（$\beta$-D-葡萄糖）以 $\beta(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵連接。
• 幾丁質（chitin）：由 N-acetyl-D-glucosamine（N-乙醯葡萄糖胺，GlcNAc）以 $\beta(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵連接。

兩者的主要差異在於單體的 C-2 位置：

• 纖維素的單體為 glucose，C-2 上具有 $\ce{-OH}$。
• 幾丁質的單體為 N-acetylglucosamine，C-2 上的 $\ce{-OH}$ 被含氮的 N-acetylamino group 取代，具有 $\ce{-NHCOCH3}$。

因此，幾丁質比纖維素多了 N-acetyl moiety（N-乙醯基）。

解題方法

判斷此題可分兩步：

1. 先確認兩種多醣的單體。
2. 再比較其糖苷鍵型態與取代基。

其結構可概括表示為：

$$\text{Cellulose} = [\beta\text{-D-glucose}]_n$$ $$\text{Chitin} = [\beta\text{-D-N-acetylglucosamine}]_n$$

兩者都使用 $\beta(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵，真正不同的是幾丁質單體含有 N-acetyl moiety。因此正確選項為 (A)。

選項分析

(A) N-acetyl moiety：正確

幾丁質的單體是 N-acetylglucosamine，而纖維素的單體是 glucose。

N-acetylglucosamine 可視為 glucosamine 的 N-乙醯化形式，其 C-2 位置具有：

$$\ce{-NHCOCH3}$$

纖維素中的 glucose 則在相同位置具有：

$$\ce{-OH}$$

所以兩者的結構差異包含 N-acetyl moiety，符合題意。

(B) $\alpha1\rightarrow4$ and $\beta1\rightarrow4$ linkages：錯誤

纖維素與幾丁質的糖苷鍵都是 $\beta(1\rightarrow4)$：

• 纖維素：$\beta(1\rightarrow4)$ glucose linkage
• 幾丁質：$\beta(1\rightarrow4)$ N-acetylglucosamine linkage

兩者並不存在「一個為 $\alpha(1\rightarrow4)$、另一個為 $\beta(1\rightarrow4)$」的差異。

核心觀念

本題考查脂肪酸的從頭合成（de novo fatty acid synthesis）及脂肪酸延長（elongation）。

在動物細胞中，脂肪酸合成酶複合體（fatty acid synthase, FAS）以 acetyl-CoA 作為起始單位、以 malonyl-CoA 作為延長單位，反覆進行：

1. 缩合（condensation）
2. 還原（reduction）
3. 脫水（dehydration）
4. 再還原（reduction）

最主要的終產物是 $16$ 碳、無雙鍵的 palmitate（棕櫚酸，$\ce{C16:0}$）。Palmitate 隨後可經由 elongation 形成更長鏈脂肪酸，也可經由 desaturation 形成不飽和脂肪酸。

其中 malonyl-CoA 的形成由 acetyl-CoA carboxylase（ACC，乙醯輔酶 A 羧化酶）催化：

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

因此，若題目問「長鏈脂肪酸的主要前驅物」，標準生化教材答案為 palmitate。

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解題方法

判斷本題可抓住脂肪酸合成的主要順序：

$$\text{Acetyl-CoA} \longrightarrow \text{Malonyl-CoA} \longrightarrow \text{Palmitate} \longrightarrow \text{更長鏈或不飽和脂肪酸}$$

FAS 每一輪利用一個 malonyl-CoA 延長脂肪酸碳鏈 $2$ 個碳，最後產生 palmitate：

$$\ce{Acetyl-CoA + 7 Malonyl-CoA + 14 NADPH + 14 H+ -> Palmitate + 7 CO2 + 8 CoA + 14 NADP+ + 6 H2O}$$

Palmitate 是動物從頭合成脂肪酸後的主要基本產物，之後可透過脂肪酸延長酶系統形成：

• stearate（硬脂酸，$\ce{C18:0}$）
• 更長鏈脂肪酸
• 經去飽和作用形成 oleate（油酸，$\ce{C18:1\Delta9}$）等脂肪酸

所以本題選擇 palmitate。

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選項分析

(A) Linoleate（亞油酸，$\ce{C18:2}$）錯誤

Linoleate 是 $18$ 碳、含兩個雙鍵的多元不飽和脂肪酸，寫作 $\ce{C18:2}$。它本身已是較成熟的長鏈不飽和脂肪酸，不是動物從頭合成長鏈脂肪酸時的基本起始產物。

在人體內，linoleate 屬於必需脂肪酸，主要由飲食取得，人體缺乏在 $\Delta 12$ 位置引入雙鍵的能力。因此不能作為本題所指的標準主要前驅物。

(B) $\alpha$-Linolenate（α-亞麻酸，$\ce{C18:3}$）錯誤

$\alpha$-Linolenate 是 $18$ 碳、含三個雙鍵的多元不飽和脂肪酸，寫作 $\ce{C18:3}$，也是必需脂肪酸。

它可在體內經 elongation 與 desaturation 生成其他多元不飽和脂肪酸，但這屬於既有脂肪酸的後續修飾，不是從頭脂肪酸合成途徑產生長鏈脂肪酸的標準前驅物。

核心觀念

本題考查胺基酸側鏈的酸鹼性，以及側鏈解離常數 $pK_a$ 的比較。

$pK_a$ 定義為：

$$pK_a=-\log K_a$$

其中 $K_a$ 是酸解離常數。對可解離的胺基酸側鏈而言：

• $pK_a$ 越高，表示越不容易失去質子 $\ce{H+}$。
• 在質子化型態下，$pK_a$ 越高通常代表該側鏈的鹼性越強。
• 當 $\mathrm{pH}=pK_a$ 時，質子化型與去質子化型比例約為 $1:1$。

本題比較的是各胺基酸側鏈官能基的 $pK_a$，不是 $\alpha$-羧基或 $\alpha$-胺基的 $pK_a$。

解題方法

直接比較各側鏈的典型 $pK_a$：

胺基酸	側鏈官能基	側鏈典型 $pK_a$
Arginine（精胺酸）	Guanidinium（胍鎓基）	約 $12.5$
Lysine（離胺酸）	$\epsilon$-amino group（$\epsilon$-胺基）	約 $10.5$
Tyrosine（酪胺酸）	Phenolic hydroxyl（酚羥基）	約 $10.1$
Cysteine（半胱胺酸）	Thiol（硫醇基）	約 $8.3$
Histidine（組胺酸）	Imidazole（咪唑環）	約 $6.0$

最高者為 Arginine 的胍鎓基，$pK_a$ 約為 $12.5$，因此選擇 (A)。

Arginine 側鏈末端的胍基具有三個氮原子，質子化後形成 guanidinium ion。其正電荷可藉由共振分散於多個氮原子之間，使質子化型態特別穩定，因此不易失去質子，具有最高的側鏈 $pK_a$。

其酸鹼平衡可概念化表示為：

$$\ce{R-C(=NH2+)(NH2)-NH2 <=> R-C(=NH)(NH2)-NH2 + H+}$$

在生理性 pH 約 $7.4$ 下，因為 $\mathrm{pH}<pK_a$，Arginine 側鏈幾乎維持質子化並帶有正電荷。

選項分析

(A) Arginine：正確

Arginine 側鏈為 guanidinium（胍鎓基），典型 $pK_a$ 約 $12.5$，高於其餘選項。

胍鎓基的正電荷能透過共振分散，質子化型態穩定，使其成為常見胺基酸側鏈中鹼性最強者之一。因此，Arginine 在生理性 pH 下主要呈現帶正電的狀態。

(B) Cysteine：錯誤

Cysteine 側鏈含有 thiol（硫醇基，$\ce{-SH}$），其典型 $pK_a$ 約 $8.3$：

$$\ce{R-SH <=> R-S^- + H+}$$

核心觀念

本題考查真核細胞週期（cell cycle）各階段的主要事件：

$$G_1 \rightarrow S \rightarrow G_2 \rightarrow M$$

• G₀期（G₀ phase）：細胞暫時退出增殖週期，處於靜止或分化狀態；部分細胞可重新進入 $G_1$ 期。
• G₁期（G₁ phase）：細胞生長，進行大量 RNA 與蛋白質合成，但尚未進行基因組 DNA 複製。
• S期（S phase）：進行 DNA 複製，使每條染色體形成兩條姐妹染色單體。
• G₂期（G₂ phase）：DNA 複製已完成，細胞持續生長、合成有絲分裂所需蛋白質，並進行 DNA 複製後的檢查與修復。
• M期（M phase）：進行有絲分裂（mitosis）及細胞質分裂（cytokinesis）。

以 DNA 含量表示：

$$G_1: 2C \xrightarrow[\text{DNA replication}]{S} 4C$$

進入 $G_2$ 與 M 期時，DNA 含量維持 $4C$，直到細胞分裂完成後，兩個子細胞各恢復為 $2C$。

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解題方法

逐一比對各選項與細胞週期的標準定義，重點判斷 DNA 複製發生在哪一個階段。

DNA 複製只在 S期進行。進入 G₂期後，整個基因組的 DNA 複製已經完成，因此 G₂期雖然仍會進行 RNA 與蛋白質合成，但不再進行正常的全基因組 DNA 合成。

因此，將「DNA synthesis」列為 G₂期的持續事件，與細胞週期的標準分期不符，故官方答案為 D。

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選項分析

(A) G₀: reentry point

此敘述在一般考試分類下視為正確。

G₀期是細胞暫時離開活躍細胞週期的狀態。某些細胞在受到生長因子或適當刺激後，可由 G₀期重新進入 G₁期，接著進行 DNA 複製與細胞分裂。例如肝細胞在組織受損後，仍可重新進入細胞週期。

但並非所有 G₀期細胞都能重新進入週期；神經元、心肌細胞等高度分化細胞常處於近似永久性的 G₀狀態。題目採用的是「G₀期可作為重新進入細胞週期的入口」這項概念，因此 A 不作為錯誤答案。

(B) G₁ phase: RNA and protein synthesis. No DNA synthesis.

此敘述正確。

G₁期是細胞生長與準備 DNA 複製的階段，會進行：

• RNA 轉錄；
• 核糖體與其他細胞構造的增生；
• 各種蛋白質合成；
• DNA 複製相關酵素與調控蛋白的製造。

G₁期尚未開始全基因組 DNA 複製，因此「No DNA synthesis」符合標準細胞週期定義。

核心觀念

本題考查「代謝前驅物（precursor）與產物（product）」的對應關係，需辨認各生合成途徑的碳骨架與含氮原料來源。

判斷重點如下：

• 脂肪酸主要由 acetyl-CoA 提供碳源。
• Cholesterol 屬於 isoprenoid（異戊烯類）衍生物，由 isopentenyl diphosphate（IPP）逐步合成。
• Purine（嘌呤）合成需要 glutamine 提供醯胺氮。
• Pyrimidine（嘧啶）環主要由 carbamoyl phosphate 與 aspartate 合成，不以 arginine 作為前驅物。
• Triacylglycerol（TAG，三酸甘油酯）的 glycerol 骨架可由 dihydroxyacetone phosphate（DHAP）轉換而來。

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解題方法

逐一檢查每組「前驅物／產物」是否存在於已知的生合成途徑中：

1. 確認前驅物是否能提供產物的碳骨架、氮原子或其他必要結構。
2. 找出該物質進入途徑的關鍵反應與中間物。
3. 判斷是直接前驅物，或是經數個代謝步驟後成為產物。

嘧啶合成的關鍵路徑為：

$$\text{glutamine}+\ce{CO2}+\ce{2 ATP} \rightarrow \text{carbamoyl phosphate} \rightarrow \text{carbamoyl aspartate} \rightarrow \text{dihydroorotate} \rightarrow \text{orotate} \rightarrow \text{OMP} \rightarrow \text{UMP}$$

其中沒有 arginine 參與作為嘧啶的前驅物，因此 D 為錯誤配對。

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選項分析

(A) acetyl-CoA／fatty acid：正確

脂肪酸合成以 acetyl-CoA 作為起始碳源。粒線體內的 acetyl-CoA 通常先轉成 citrate 輸送至細胞質，再由 ATP-citrate lyase 重新產生 cytosolic acetyl-CoA。

接著由 acetyl-CoA carboxylase（ACC）催化：

$$\ce{Acetyl-CoA + CO2 + ATP -> Malonyl-CoA + ADP + Pi}$$

malonyl-CoA 是脂肪酸延長時的二碳供體。脂肪酸合成酶（fatty acid synthase, FAS）利用 acetyl-CoA 作為起始單位、malonyl-CoA 作為延長單位，經縮合、還原、脫水與再次還原，形成 palmitate 等脂肪酸。

因此 acetyl-CoA 是 fatty acid 的前驅物，此配對正確。

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(B) isopentenyl diphosphate／cholesterol：正確

IPP 是異戊烯類生合成的基本五碳單位。IPP 可與其異構物 dimethylallyl diphosphate（DMAPP）縮合：

$$\text{IPP}+\text{DMAPP} \rightarrow \text{geranyl diphosphate, GPP}$$

之後再加入 IPP 形成 farnesyl diphosphate（FPP）：

$$\text{GPP}+\text{IPP} \rightarrow \text{FPP}$$

兩個 FPP 經 squalene synthase 形成 squalene，接著經氧化、環化形成 lanosterol，最後經多步驟修飾生成 cholesterol：

$$\text{IPP} \rightarrow \text{GPP} \rightarrow \text{FPP} \rightarrow \text{squalene} \rightarrow \text{lanosterol} \rightarrow \text{cholesterol}$$

因此 IPP 是 cholesterol 的上游前驅物，此配對正確。

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(C) glutamine／purines：正確

Purine 的合成由 ribose-5-phosphate 形成 PRPP 開始，接著逐步建立嘌呤環。glutamine 主要以醯胺氮形式提供嘌呤環中的氮原子。

第一個關鍵反應由 glutamine-PRPP amidotransferase 催化：

$$\text{PRPP}+\text{glutamine} \rightarrow \text{5-phosphoribosylamine}$$

此反應中，glutamine 的醯胺氮被轉移至 PRPP 骨架。另一個重要步驟是由 FGAM synthetase 催化，glutamine 再提供嘌呤環所需的氮：

核心觀念

本題考查 methionine synthase（甲硫胺酸合成酶，又稱 5-methyltetrahydrofolate--homocysteine methyltransferase） 的輔酶與甲基轉移機轉。

反應如下：

$$\ce{5-CH3-THF + homocysteine ->[methionine\ synthase] methionine + THF}$$

其中：

• **Methylcobalamin（甲基鈷胺素）**是維生素 $\ce{B12}$ 的活性型態，負責暫時攜帶甲基。
• **5-methyltetrahydrofolate（5-甲基四氫葉酸）**提供甲基，反應後轉變為 tetrahydrofolate（THF）。
• Homocysteine（同半胱胺酸）接受甲基後形成 methionine（甲硫胺酸）。

解題方法

判斷本題的關鍵是掌握 methionine synthase 的「維生素 $\ce{B12}$ 依賴性」。

其催化機轉可分成兩階段：

1. 5-methyl-THF 將甲基轉移給酵素上的 cobalamin，形成 methylcobalamin。
2. Methylcobalamin 再將甲基轉移給 homocysteine，生成 methionine。

因此，methylcobalamin 是反應中直接負責甲基攜帶與轉移的關鍵輔酶，故選項 (A) 為最直接的答案。

校方釋疑公告指出：

Methylcobalamin 和 tetrahydrofolic acid 均扮演 Methionine synthase 的 coenzyme，因此選項 A、C 均可。

因此，依命題單位說明，選項 (A) 與 (C) 均具有合理性；但本題官方公布答案以 (A) 為準。

選項分析

(A) methylcobalamin：正確

Methylcobalamin 是 methionine synthase 所需的 $\ce{B12}$ 型態，作為甲基轉移的中間載體：

$$\ce{methylcobalamin + homocysteine -> methionine + cobalamin}$$

沒有 cobalamin，methionine synthase 無法完成 homocysteine 的甲基化反應。這是本題官方答案。

(B) pyridoxal phosphate：錯誤

Pyridoxal phosphate（磷酸吡哆醛，PLP）是維生素 $\ce{B6}$ 的活性型態，主要參與胺基酸代謝中的轉胺、脫羧與硫基轉移反應。

例如 transsulfuration pathway 中：

• Cystathionine $\beta$-synthase
• Cystathionine $\gamma$-lyase

均需要 PLP，但 methionine synthase 並不以 PLP 作為主要輔酶。

核心觀念

本題考查粒線體（mitochondrion）電子傳遞鏈各成分的定位。

粒線體具有兩層膜：

• 外膜（outer membrane）
• 內膜（inner membrane）
• 兩膜之間為膜間腔（intermembrane space, IMS）
• 內膜內側為基質（matrix）

電子傳遞鏈主要位於粒線體內膜上，電子流向為：

$$\text{NADH} \rightarrow \text{Complex I} \rightarrow \text{Coenzyme Q} \rightarrow \text{Complex III} \rightarrow \text{Cytochrome c} \rightarrow \text{Complex IV} \rightarrow \ce{O2}$$

其中：

• Complex I、II、III、IV：屬於內膜上的膜蛋白複合體。
• Coenzyme Q（ubiquinone, 泛醌）：脂溶性電子載體，位於內膜脂雙層中。
• Cytochrome c（細胞色素 c）：水溶性電子載體，位於膜間腔，附著於內膜外側表面。

因此，位於粒線體膜間腔中的選項是 Cytochrome c。

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解題方法

先將選項分成三類：

1. 內膜上的蛋白質複合體：Complex II、III、IV
2. 內膜脂雙層中的可移動電子載體：Coenzyme Q
3. 膜間腔中的水溶性電子載體：Cytochrome c

電子傳遞鏈中，Complex III 將電子傳給 Cytochrome c；Cytochrome c 再將電子傳給 Complex IV。由於 Cytochrome c 必須在膜間腔中移動，才能在 Complex III 與 Complex IV 之間傳遞電子，所以其位置為粒線體膜間腔。

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選項分析

(A) complex II

Complex II 即 succinate dehydrogenase（琥珀酸去氫酶），同時參與檸檬酸循環與電子傳遞鏈：

$$\text{Succinate} \rightarrow \text{Fumarate}$$

在此反應中，電子經由 FADH$_2$ 傳給內部的 iron-sulfur centers，最後傳至 Coenzyme Q。Complex II 是嵌入粒線體內膜的膜蛋白複合體，並非位於膜間腔中，因此錯誤。

(B) coenzyme Q

Coenzyme Q 又稱 ubiquinone（泛醌），是脂溶性電子載體，溶解於粒線體內膜的脂質層中。

它接收：

• Complex I 傳來的電子
• Complex II 傳來的電子

接著將電子傳給 Complex III：

$$\text{Complex I/II} \rightarrow \text{Coenzyme Q} \rightarrow \text{Complex III}$$

核心觀念

本題考的是多醣的結構特徵，尤其是是否含有 硫酸基（sulfate group，$\ce{-OSO3^-}$）。

多醣依結構與功能可分為：

• Glycosaminoglycans, GAGs（葡萄糖胺聚醣）：常含硫酸基與羧酸基，具有高度負電性。
• 結構性多醣：如 chitin、peptidoglycan，主要由胺基糖及其衍生物組成，通常不含硫酸基。

本題中，heparin 是高度硫酸化的 GAG，因此含有硫酸基。

解題方法

判斷各選項的主要單醣組成與官能基：

1. 是否屬於 GAG。
2. 結構中是否具有硫酸基。
3. 不要把「含氮」或「帶負電」誤認為「含硫酸基」。

帶負電的來源可能不同：

• 硫酸基：$\ce{-OSO3^-}$
• 羧酸基：$\ce{-COO^-}$

只有前者代表含有 sulfate groups。

選項分析

(A) heparin（肝素）—正確

Heparin 是由重複性的胺基糖與醣醛酸所組成的 GAG，主要單元包括：

• glucosamine（葡萄糖胺）
• iduronic acid（艾杜糖醛酸）或 glucuronic acid（葡萄糖醛酸）

其結構含有大量硫酸化位置，包括：

• glucosamine 上的 N-sulfate（$\ce{-NH-SO3^-}$）
• hydroxyl group 上的 O-sulfate（$\ce{-O-SO3^-}$）

因此 heparin 帶有極高密度的負電荷，也是天然多醣中硫酸化程度很高者。其抗凝血作用主要來自與 antithrombin（抗凝血酶） 結合，促進 antithrombin 抑制 thrombin（凝血酶）及 factor Xa；這種結合與 heparin 上的硫酸基所形成的負電性及特定結構有關。

所以本題官方答案為 A。

(B) hyaluronic acid（玻尿酸、透明質酸）—錯誤

Hyaluronic acid 也是 GAG，由下列二醣單元重複組成：

• $N$-acetylglucosamine, GlcNAc（$N$-乙醯葡萄糖胺）
• glucuronic acid, GlcA（葡萄糖醛酸）

其重複單元可概念化表示為：

$$[\mathrm{GlcA}\text{-}\mathrm{GlcNAc}]_n$$

Hyaluronic acid 含有 glucuronic acid 的 羧酸基，因此可帶負電並吸附大量水分；但其天然結構不含硫酸基。這是本題最常見的陷阱：帶負電不等於含有 sulfate group。

核心觀念

本題考查人類含氮物質的分解代謝，尤其是核苷酸中 purine（嘌呤） 的分解終產物。

Purine 核苷酸主要包括：

• Adenine（腺嘌呤）
• Guanine（鳥嘌呤）

其分解後，嘌呤環逐步轉變為 hypoxanthine（次黃嘌呤）、xanthine（黃嘌呤），最後形成 uric acid（尿酸）。

關鍵反應如下：

$$\text{Hypoxanthine} \xrightarrow{\text{xanthine oxidase}} \text{Xanthine} \xrightarrow{\text{xanthine oxidase}} \text{Uric acid}$$

其中：

• Guanine 先經 guanine deaminase（鳥嘌呤脫胺酶） 轉為 xanthine。
• Adenine 經由 AMP 分解及脫胺反應，主要進入 hypoxanthine，再轉為 xanthine。
• Xanthine 在 xanthine oxidase（黃嘌呤氧化酶） 作用下形成 uric acid。

人類缺乏將尿酸進一步分解為 allantoin（尿囊素）的有效 uricase（尿酸酶），因此 uric acid 是人類 purine metabolism 的主要終產物，經腎臟排出。

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解題方法

看到題幹問：

uric acid is an end product in the metabolism of ________

應先判斷 uric acid 屬於哪一類物質的分解產物。

快速分類如下：

• Purines $\rightarrow$ uric acid
• Pyrimidines $\rightarrow$ $\beta$-alanine 或 $\beta$-aminoisobutyrate 等小分子
• Amino acids $\rightarrow$ urea、$\ce{CO2}$、水及各種碳骨架產物
• Phospholipids $\rightarrow$ glycerol、脂肪酸、磷酸及含氮頭部
• Cholesterol $\rightarrow$ bile acids、steroid hormones 等

因此，尿酸直接對應到 purine 的分解代謝，選擇 (C)。

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選項分析

(A) Amino acids（胺基酸）—錯誤

胺基酸分解時，胺基會先經由轉胺作用或氧化脫胺作用移除，產生 $\ce{NH4+}$。在哺乳動物中，氨主要透過 urea cycle（尿素循環） 轉換為 urea（尿素）：

$$\ce{NH4+ + CO2 -> urea}$$

胺基酸的碳骨架則依種類進入：

• TCA cycle（三羧酸循環）
• 糖質新生
• 酮體生成
• 脂肪酸合成

胺基酸分解的含氮終產物主要是 urea，而不是 uric acid。尿酸雖然也含氮，但其來源是 purine ring 的分解。

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(B) Phospholipids（磷脂質）—錯誤

磷脂質主要由 glycerol（甘油）、fatty acids（脂肪酸）、phosphate（磷酸）及含氮或其他極性頭部組成。

磷脂質經 phospholipase（磷脂酶） 分解，例如：

• Phospholipase A$_1$、A$_2$：切除脂肪酸
• Phospholipase C：產生 diacylglycerol（DAG）及磷酸化頭部
• Phospholipase D：切除含氮或其他極性頭部

其分解產物可能進入脂肪酸氧化、甘油代謝或膜脂質再合成，不會以 uric acid 作為典型終產物。

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核心觀念

本題考查兩類小分子非編碼 RNA 的生成與基因沉默機制：

• miRNA（microRNA，微小 RNA）：由細胞自身的 miRNA gene 轉錄產生，主要透過與標的 mRNA 部分互補，造成翻譯抑制、mRNA 去腺苷化與降解。
• siRNA（small interfering RNA，小干擾 RNA）：通常由較長的雙股 RNA 經切割產生，與標的 mRNA 高度互補，主要引導 RNA-induced silencing complex, RISC（RNA 誘導沉默複合體） 切割並降解 mRNA。

兩者皆需經由 Dicer 處理成熟；但 Drosha 是 miRNA 初步加工的關鍵酵素，不參與典型 siRNA 的加工。

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解題方法

本題最有效的切入點是比較 miRNA 與 siRNA 的加工路徑：

1. miRNA gene 通常由 RNA polymerase II（RNA 聚合酶 II） 轉錄成具有髮夾結構的 pri-miRNA。
2. pri-miRNA 在細胞核中由 Drosha 與 DGCR8 組成的 Microprocessor 複合體切割，形成 pre-miRNA。
3. pre-miRNA 輸出至細胞質後，由 Dicer 切割成成熟 miRNA。
4. siRNA 則通常由長雙股 RNA 直接在細胞質中經 Dicer 處理，不經過 Drosha。
5. 成熟 miRNA 或 siRNA 載入 RISC，藉由 Argonaute（Ago）蛋白 尋找標的 mRNA，造成翻譯抑制或 mRNA 降解。

因此，含有「Drosha 同時參與 miRNA 和 siRNA 加工」的敘述錯誤，答案為 (E)。

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選項分析

(A) miRNAs can block the translation of mRNA.

正確。

miRNA 與標的 mRNA 的互補程度通常不完全，因此常透過與 mRNA 的 3′ untranslated region, 3′ UTR（3′ 非轉譯區） 結合，抑制核糖體進行翻譯。此外，miRNA 也可促進 mRNA 去腺苷化、去帽與降解。

典型作用包括：

$$\text{miRNA-RISC}+\text{mRNA} \longrightarrow \text{translation repression}$$

所以 miRNA 能阻礙 mRNA 的翻譯。

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(B) miRNAs is a non-coding RNA.

正確，雖然英文文法應為 miRNAs are non-coding RNAs。

miRNA 不會被翻譯成蛋白質，而是直接以 RNA 分子的形式調控基因表現，因此屬於 non-coding RNA（非編碼 RNA）。

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(C) miRNAs and siRNAs promote mRNA degradation.

正確。

miRNA 與 siRNA 載入 RISC 後，都能促進標的 mRNA 的失活與降解。

• siRNA 通常與標的 mRNA 高度互補，Ago2 可直接切割 mRNA。

核心觀念

本題考查每 1 分子葡萄糖進行一次糖解作用（glycolysis）後的產物與能量收支。

糖解作用發生於細胞質，將 1 分子葡萄糖分解成 2 分子丙酮酸（pyruvate），並經由底物層級磷酸化產生 ATP，同時將 $\ce{NAD+}$ 還原成 $\ce{NADH}$。

糖解作用的總反應可表示為：

$$\ce{Glucose + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi -> 2 Pyruvate + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O}$$

因此，淨產物為：

• 2 分子 pyruvate
• 2 分子 ATP
• 2 分子 NADH

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解題方法與代謝途徑

糖解作用可分為能量投資期與能量獲利期。

一、能量投資期

每 1 分子葡萄糖先消耗 2 分子 ATP：

1. Hexokinase 或 glucokinase：
   glucose $\rightarrow$ glucose-6-phosphate

2. Phosphoglucose isomerase：
   glucose-6-phosphate $\rightarrow$ fructose-6-phosphate

3. Phosphofructokinase-1（PFK-1）：
   fructose-6-phosphate $\rightarrow$ fructose-1,6-bisphosphate

接著由 aldolase 將 fructose-1,6-bisphosphate 分解成：

• glyceraldehyde-3-phosphate（G3P）
• dihydroxyacetone phosphate（DHAP）

DHAP 經 triose phosphate isomerase 轉為 G3P，因此最後會有 2 分子 G3P 進入能量獲利期。

二、能量獲利期

每 1 分子 G3P 可產生：

1. Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase：
   G3P 氧化，$\ce{NAD+}$ 還原成 1 分子 $\ce{NADH}$

2. Phosphoglycerate kinase：
   產生 1 分子 ATP

3. Pyruvate kinase：
   phosphoenolpyruvate（PEP）轉為 pyruvate，產生 1 分子 ATP

由於共有 2 分子 G3P，故可得到：

• $\ce{NADH}$：$1 \times 2=2$ 分子
• ATP：$2 \times 2=4$ 分子

扣除前段消耗的 2 分子 ATP：

$$4-2=2\text{ 分子 ATP}$$

所以糖解作用的淨產物為 2 分子 pyruvate、2 分子 ATP 與 2 分子 $\ce{NADH}$。

核心觀念

本題主要考查：

1. 蛋白質胺基酸殘基數與分子量的估算。
2. 真核細胞糖蛋白的醣基化對分子量的影響。
3. SARS-CoV-2 Spike protein（棘蛋白，S protein）的結構與功能。
4. 「由題幹資訊可直接推得」與「生物學上正確但題幹未提供」的區別。

蛋白質分子量可用平均每個胺基酸殘基約 $110\ \mathrm{Da}$ 估算：

$$\text{蛋白質分子量} \approx \text{胺基酸殘基數}\times110\ \mathrm{Da}$$

SARS-CoV-2 的 S protein 含有 1273 個胺基酸殘基，因此其未醣基化的多肽鏈分子量約為：

$$1273\times110 = 140030\ \mathrm{Da} \approx 140\ \mathrm{kDa}$$

題幹所述的 $180$–$200\ \mathrm{kDa}$，高於單純多肽鏈的估算值，主要是因為 S protein 是 glycoprotein（醣蛋白），含有醣鏈修飾。

解題方法

本題的關鍵切入點是比較：

• S protein 的胺基酸數目所對應的「多肽鏈分子量」；
• 真核細胞中醣基化後的「成熟醣蛋白分子量」。

E. coli（大腸桿菌）屬於原核生物，缺乏真核細胞典型的蛋白質分泌與醣基化系統，尤其不能正常進行 SARS-CoV-2 S protein 所需的複雜 N-linked glycosylation。因此，若僅依題意表達 S protein 的多肽鏈，分子量應接近未醣基化的 $140\ \mathrm{kDa}$，而不是題幹中真核細胞來源的 $180$–$200\ \mathrm{kDa}$。

因此官方答案為 B。

選項分析

(A) SARS-CoV-2 has a genome of 29,881 bp in length.

錯誤。

題幹只提供 S protein 含有 1273 個胺基酸，最多只能估算其開放閱讀框所需的核苷酸數：

$$1273\times3=3819\ \text{個核苷酸}$$

若再加上終止密碼子，約為 $3822$ 個核苷酸。這只代表 S protein 的結構基因區域，不能代表整個病毒基因組長度。

病毒全基因組還包含其他結構蛋白與非結構蛋白的編碼區，以及非編碼區。因此，S protein 的胺基酸數目不足以推得 SARS-CoV-2 全基因組長度。

(B) The expressed S protein from E. coli would have a molecular weight around 140 kDa.

正確。

S protein 含有 1273 個胺基酸，以每個胺基酸殘基平均 $110\ \mathrm{Da}$ 計算：

$$1273\times110\ \mathrm{Da} \approx 140\ \mathrm{kDa}$$

題幹所述的 $180$–$200\ \mathrm{kDa}$ 是醣基化後的成熟 S glycoprotein 分子量。E. coli 缺乏真核細胞的醣基化能力，無法添加完整的病毒 S protein 醣鏈，因此由 E. coli 表達的蛋白質主要接近未醣基化多肽鏈，分子量約為 $140\ \mathrm{kDa}$。

需補充的是，完整 S protein 是大型膜蛋白，在 E. coli 中的表達、膜定位、摺疊與純化都具有實驗技術上的困難；但依本題的估算前提，分子量判斷仍為約 $140\ \mathrm{kDa}$。

(C) S protein is a dimer.

錯誤。

S protein 在病毒表面主要以 homotrimer（三聚體）形式存在，而不是 dimer（二聚體）。每個單體可分為：

核心觀念

本題考查「遺傳性代謝疾病中，因特定酵素缺陷而在阻斷點上游累積的代謝物」。判斷時要將疾病、缺陷酵素、代謝阻斷位置與累積分子相互配對。

代謝途徑的一般判斷原則為：

$$\text{上游受質} \xrightarrow{\text{缺陷酵素}} \text{下游產物}$$

若酵素活性不足，上游受質通常累積，下游產物則減少。

解題方法

逐一確認每個選項所列分子是否為該疾病的主要累積物：

1. 找出疾病涉及的代謝途徑。
2. 確認缺陷酵素。
3. 判斷阻斷點上游的分子。
4. 比對選項中的「累積分子—疾病」配對。

其中最容易混淆的是 Phenylketonuria（苯酮尿症，PKU）：其主要累積的是 phenylalanine（苯丙胺酸）及其異常代謝產物，而不是 tyrosine（酪胺酸）。

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選項分析

(A) Homogentisate — Alkaptonuria：正確

Alkaptonuria（尿黑酸症）是由 homogentisate 1,2-dioxygenase（尿黑酸-1,2-雙加氧酶，HGD）缺陷所致。

正常酪胺酸分解途徑如下：

$$\text{Tyrosine} \rightarrow \text{p-Hydroxyphenylpyruvate} \rightarrow \text{Homogentisate} \xrightarrow{\text{HGD}} \text{Maleylacetoacetate}$$

HGD 缺陷時，homogentisate 無法進一步分解，因此在體內及尿液中累積。尿液接觸空氣後會因氧化而變黑，長期亦可造成關節軟骨沉積與 ochronosis（褐黃病）。

因此，homogentisate 與 alkaptonuria 的配對正確。

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(B) Tyrosine — Phenylketonuria：不正確，為本題答案

Phenylketonuria（苯酮尿症，PKU）最典型的原因是 phenylalanine hydroxylase（苯丙胺酸羥化酶，PAH）缺陷，或其輔酶 tetrahydrobiopterin（四氫生物蝶呤，$\ce{BH4}$）代謝異常。

正常反應為：

$$\text{Phenylalanine} \xrightarrow[\ce{BH4}]{\text{Phenylalanine hydroxylase}} \text{Tyrosine}$$

PAH 缺陷時：

• phenylalanine 無法有效轉換為 tyrosine，因此 phenylalanine 累積；
• phenylalanine 轉化為 phenylpyruvate、phenyllactate、phenylacetate 等 phenylketones（苯酮）；
• tyrosine 的生成量下降，並非主要累積物。

因此，若題目問「累積的分子」，正確應為：

$$\text{Phenylalanine／phenylketones} \rightarrow \text{Phenylketonuria}$$

而「Tyrosine — Phenylketonuria」並不符合典型代謝阻斷機轉，所以依官方公布答案，本題選 B。

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(C) Homocysteine — Homocystinuria：正確

Homocystinuria（同半胱胺酸尿症）常見原因是 cystathionine $\beta$-synthase（胱硫醚 $\beta$-合成酶，CBS）缺陷。

正常轉硫途徑為：

$$\text{Homocysteine} \xrightarrow[\text{Vitamin B}_6]{\text{CBS}} \text{Cystathionine} \rightarrow \text{Cysteine}$$

核心觀念

本題考查 Escherichia coli（大腸桿菌）DNA 複製時，DNA polymerase（DNA 聚合酶）的功能分工、延伸方向、校對活性與 processivity（連續合成能力）。

大腸桿菌主要 DNA 複製酵素為 DNA polymerase III，而 DNA polymerase I 主要負責移除 RNA primer、填補缺口。因此，選項 C 將兩者功能混淆，是本題錯誤敘述。

DNA 複製具有下列基本原則：

1. DNA polymerase 只能沿 $5' \rightarrow 3'$ 方向合成新股。
2. 新核苷酸必須接到既有核酸鏈的自由 $3'$-OH。
3. DNA polymerase 不能從零開始合成，必須依賴 primer。
4. DNA polymerase III 具有 $3' \rightarrow 5'$ exonuclease（外切核酸酶）校對活性。
5. DNA polymerase III 是高度 processive 的複製酵素，可在 DNA template 上連續加入大量核苷酸。

延伸反應可表示為：

$$\text{DNA}_{n}\text{-}3'\text{-OH}+\text{dNTP} \rightarrow \text{DNA}_{n+1}+\text{PP}_{i}$$

其中，既有 DNA 鏈的 $3'$-OH 攻擊 incoming dNTP（進入的去氧核苷三磷酸）之 $\alpha$-phosphate，形成新的 phosphodiester bond（磷酸二酯鍵），並釋放 pyrophosphate（焦磷酸，$\text{PP}_{i}$）。

解題方法

題幹問「下列關於大腸桿菌 DNA 複製的敘述，何者正確，除了……」，因此應逐項判斷：

• leading strand 與 lagging strand 是否都需要 primer；
• DNA 延伸是否接在 $3'$-OH；
• 主要複製酵素是 DNA polymerase I 還是 III；
• 複製酵素是否具備 $3' \rightarrow 5'$ exonuclease；
• 是否具有 processivity。

其中最具鑑別度的是選項 C。大腸桿菌的主要複製酵素是 DNA polymerase III，不是 DNA polymerase I。

選項分析

(A) Both leading strand and lagging strand require primer.

正確。

DNA polymerase 無法自行產生第一個磷酸二酯鍵，必須先有 primer 提供自由的 $3'$-OH。

• Leading strand（前導股）只需一個 primer，即可持續合成。
• Lagging strand（後隨股）因以 Okazaki fragments（岡崎片段）間歇合成，每個片段都需要一個新的 RNA primer。

因此，兩條新生 DNA 股都需要 primer。

(B) DNA polymerase adds a new nucleotide to the free 3′-OH of the existing nucleic acid.

正確。

DNA polymerase 將新核苷酸接到既有核酸鏈的自由 $3'$-OH，因此新股的合成方向為：

$$5' \rightarrow 3'$$

此敘述也說明 DNA polymerase 並非將核苷酸接到 $5'$ 端，而是接到既有鏈的 $3'$-OH。

核心觀念

本題考查生物學種概念（biological species concept）與物種形成（speciation）中的生殖隔離（reproductive isolation）。

生殖隔離可分為：

1. 合子形成前隔離（prezygotic reproductive barrier）
   發生在精卵融合、形成合子（zygote）之前，使兩族群無法交配、無法完成受精，或精卵無法融合。

2. 合子形成後隔離（postzygotic reproductive barrier）
   已經完成受精並形成雜合子（hybrid zygote）後，雜交後代的存活率、發育能力或生殖能力降低。

常見的合子形成前隔離包括：

• 棲地隔離（habitat isolation）
• 時間隔離（temporal isolation）
• 行為隔離（behavioral isolation）
• 機械隔離（mechanical isolation）
• 配子隔離（gametic isolation）

常見的合子形成後隔離包括：

• 雜種不活（hybrid inviability）
• 雜種不育（hybrid sterility）
• 雜種崩解（hybrid breakdown）

解題方法

判斷關鍵在於：該隔離機制發生於「受精前」還是「受精後」。

若兩族群在交配前便因生活環境、繁殖時間、求偶行為或生殖構造不同而無法完成受精，屬於 prezygotic barrier。

若已經形成雜合子，且後代在後續世代出現生存力或繁殖力下降，則屬於 postzygotic barrier。

「Hybrid breakdown」明確涉及雜合後代及其後續世代的適存度降低，因此不是合子形成前隔離。

選項分析

(A) Habitat isolation：棲地隔離

不同族群生活在不同棲地，即使地理範圍有部分重疊，也可能因活動環境不同而沒有交配機會。例如一族群生活於水域，另一族群生活於陸域，雙方難以相遇並交配。

這種隔離發生在交配前，因此是 prezygotic reproductive barrier。本選項不是答案。

核心觀念

本題考查病毒依「核酸種類」與「病毒結構」分類的基本概念。

造成 COVID-19 的病毒為 SARS-CoV-2（嚴重急性呼吸道症候群冠狀病毒 2 型），分類上屬於：

• 正股單股 RNA 病毒（positive-sense single-stranded RNA virus，$+$ssRNA virus）
• 冠狀病毒科（Coronaviridae）
• 具包膜病毒（enveloped virus）
• 基因組為單股 RNA，主要依靠病毒自身的 **RNA-dependent RNA polymerase, RdRp（RNA 依賴性 RNA 聚合酶）**進行 RNA 複製

因此，本題的判斷關鍵是先辨認 SARS-CoV-2 的基因組為 single-strand RNA。

解題方法

看到題幹中的 COVID-19，先聯想到其病原體為 SARS-CoV-2。接著依病毒核酸分類判斷：

$$\text{SARS-CoV-2} \longrightarrow \text{coronavirus} \longrightarrow \text{single-stranded RNA virus}$$

SARS-CoV-2 的 RNA 為正股 RNA，可直接作為 mRNA，進入宿主細胞後先翻譯出病毒複製相關蛋白，包括 RdRp。RdRp 再以 RNA 為模板合成新的病毒 RNA。

其基本複製關係可表示為：

$$(+) \text{RNA} \xrightarrow{\text{翻譯}} \text{病毒蛋白與 RdRp}$$ $$(+) \text{RNA} \xrightarrow{\text{RdRp}} (-) \text{RNA 中間物} \xrightarrow{\text{RdRp}} \text{新的 } (+)\text{RNA}$$

本題不需要進一步判斷正股或負股，只要確認其為單股 RNA 病毒即可選出 B。

選項分析

(A) double-strand DNA virus

核心觀念

本題考查 cladistics（支序分類學）與 outgroup（外群）的定義。

• Ingroup（內群）：研究對象所形成的分類群。本題的研究主題是「cats」，選項中的 domestic cats、leopards、lions、tigers 都屬於貓科 Felidae，可作為內群成員。
• Outgroup（外群）：不屬於內群，但與內群具有共同祖先的生物。外群用來提供系統發生樹的根部，並協助判定性狀的祖徵（ancestral character）與衍徵（derived character）。
• 理想外群必須「在研究分類群之外」，且與內群具有一定親緣關係，使比較的性狀具有同源性。

本題研究的是貓科動物，因此最佳外群應是貓科以外、但與貓科仍有共同演化歷史的近親動物。

解題方法

先判斷各選項的分類位置：

• Domestic cat（家貓，Felis catus）：貓科 Felidae
• Leopard（豹，Panthera pardus）：貓科 Felidae
• Lion（獅，Panthera leo）：貓科 Felidae
• Tiger（虎，Panthera tigris）：貓科 Felidae
• Wolf（狼，Canis lupus）：犬科 Canidae

前四者都屬於研究中的貓科內群，不能作為外群。狼屬於犬科，與貓科同屬 Carnivora（食肉目），但不屬於 Felidae，因此符合外群的條件。

在選項中，狼是唯一位於貓科之外、又與貓科具有共同演化來源的生物，所以官方答案為 E。

選項分析

核心觀念

CRISPR（clustered regularly interspaced short palindromic repeats，規則成簇間隔短回文重複序列）原本是細菌與古菌的適應性免疫系統。基因工程常利用 CRISPR-associated protein，尤其是 Cas9，進行定點基因編輯。

以最典型的 CRISPR-Cas9 為例：

1. 研究者設計與目標 DNA 序列互補的 guide RNA（導引 RNA），通常為 single-guide RNA，sgRNA。
2. sgRNA 將 Cas9 核酸酶帶到目標 DNA。
3. Cas9 必須辨認鄰近的 PAM（protospacer adjacent motif；Cas9 常見 PAM 為 $5'-\mathrm{NGG}-3'$）。
4. Cas9 的 HNH 與 RuvC 核酸酶結構域分別切割 DNA 的兩股，形成 double-strand break（雙股 DNA 斷裂）。
5. 細胞透過 non-homologous end joining（NHEJ；非同源末端接合）修復時，常產生插入或缺失（indel），使目標基因 reading frame 改變，進而造成 gene knockout（基因剔除）。

因此，本題的關鍵是分辨：

• CRISPR-Cas9 的導引分子是 guide RNA，不是 guide DNA。
• Cas9 主要切割目標 DNA，不是直接破壞 RNA。
• CRISPR 系統具有後天取得的免疫記憶。
• CRISPR 可被應用於基因剔除。

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解題方法

逐項檢查選項對 CRISPR-Cas9「導引分子、作用標的、來源與應用」的描述：

• 導引分子是否為 RNA？
• 核酸酶切割的是 DNA 還是 RNA？
• 細菌的 CRISPR 免疫記憶是否由感染後取得？
• 此技術是否能造成目標基因失活？

只有描述 CRISPR 可用於 knockout target gene 的選項完整正確，因此選 D。

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選項分析

(A) CRISPR is directed to its target gene by a guide DNA molecule.

錯誤。

CRISPR-Cas9 系統是由 guide RNA 導引至目標 DNA，而不是 guide DNA。天然系統中的主要導引成分為：

• crRNA（CRISPR RNA）：含有與目標核酸互補的 spacer 序列。
• tracrRNA（trans-activating crRNA）：協助 crRNA 與 Cas9 結合。

實驗室通常將兩者融合成 sgRNA。sgRNA 透過鹼基互補配對辨認目標 DNA，Cas9 再執行切割。

因此，將 guide RNA 說成 guide DNA，是本選項的關鍵錯誤。

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(B) CRISPR contains nuclease to destroy target RNA.

錯誤。

此敘述混淆了 CRISPR 重複序列、Cas 蛋白與不同 CRISPR 系統的作用標的。

在典型 CRISPR-Cas9 基因編輯中：

• Cas9 是核酸酶。
• Cas9 主要切割目標 DNA。
• 造成 DNA 雙股斷裂。
• 後續由 NHEJ 或 homology-directed repair（HDR；同源導向修復）處理。

Cas9 並不是以「破壞目標 RNA」為主要功能。某些 CRISPR 系統確實能靶向 RNA，例如 Cas13 主要具有 RNA-targeting 活性，但這不是本題通常所指的 CRISPR-Cas9 基因剔除機制。

此外，嚴格來說，CRISPR 是細菌基因組中的重複序列與 spacer 序列區域；核酸酶主要由鄰近的 cas gene 編碼。

核心觀念

本題考查植物光合作用的光反應與 Calvin cycle（卡爾文循環）中，各成分的功能配對。

光合作用可分為：

1. 光反應（light reactions）：位於葉綠體類囊體膜，進行電子傳遞、質子梯度建立、ATP 合成及 NADPH 生成。
2. Calvin cycle：位於葉綠體基質，利用 ATP 與 NADPH 將 $\ce{CO2}$ 還原成醣類。

光反應又可分為：

• 非循環電子流（linear electron flow）：電子由水經 Photosystem II、Photosystem I 傳至 $\ce{NADP+}$，產生 $\ce{O2}$、ATP 與 NADPH。
• 循環電子流（cyclic electron flow）：只涉及 Photosystem I，電子回到自身的電子傳遞系統，主要增加 ATP 產量，不產生 NADPH，也不分解水。

解題方法

逐一比對每個名詞與功能：

• 若描述的是水分解、$\ce{O2}$ 生成或 NADPH 形成，屬於非循環電子流。
• 若描述的是電子回到 Photosystem I、增加 ATP 生成，屬於循環電子流。
• 若描述的是 $\ce{CO2}$ 被固定到 RuBP，屬於 Calvin cycle 的碳固定步驟。
• 若描述的是吸收光能或避免光傷害，則與葉綠素及類胡蘿蔔素有關。

因此，關鍵在於判斷選項 (C) 是否將循環電子流與非循環電子流混淆。

選項分析

(A) Chlorophyll a: Component of P700 reaction center

正確。

P700 是 Photosystem I（光系統 I）的反應中心特殊葉綠素分子對，主要由 chlorophyll a（葉綠素 a）構成。當 chlorophyll a 吸收光能後，電子被激發並傳遞給初級電子受體，啟動 Photosystem I 的電子傳遞。

因此，chlorophyll a 是 P700 reaction center 的重要組成成分，功能配對正確。

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(B) ATP synthase: Chemiosmotic phosphorylation

正確。

光反應中的電子傳遞會將 $\ce{H+}$ 累積於類囊體腔，形成跨類囊體膜的質子電化學梯度。$\ce{H+}$ 順著濃度梯度經由 ATP synthase 回到葉綠體基質，所釋放的能量驅動：

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

此過程稱為 chemiosmotic phosphorylation（化學滲透磷酸化）。

因此，ATP synthase 與化學滲透磷酸化的配對正確。

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(C) Cyclic electron transport: Electron flow from water to NADPH

錯誤，為本題答案。

Cyclic electron transport（循環電子傳遞）主要發生於 Photosystem I。電子由受光激發的 P700 傳出後，經由 ferredoxin（鐵氧還蛋白）及其他電子傳遞成分，最後回到 Photosystem I 的 P700。其主要作用是建立額外的 $\ce{H+}$ 梯度，以增加 ATP 生成。

循環電子流的特徵為：

核心觀念

本題考查植物體內兩種長距離運輸系統的比較：

• 木質部（xylem）：運輸水分與無機鹽，主要由蒸散作用所造成的負壓驅動。
• 韌皮部（phloem）：運輸蔗糖、胺基酸等有機養分，依靠壓力流假說（pressure-flow hypothesis）進行運輸。

兩者最重要的差異是：

組織	運輸內容物	成熟時細胞狀態	主要壓力狀態
木質部	水與無機鹽	導管細胞多為死亡細胞	負壓、張力（tension）
韌皮部	糖類等有機物	篩管成員為活細胞	正壓、壓力（pressure）

因此，官方答案 A 正確。

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解題方法

判斷本題的關鍵是先辨認：

1. 木質部水柱受到蒸散拉力，形成負壓。
2. 韌皮部在源端裝載蔗糖後，水分由木質部進入篩管，造成膨壓上升，形成正壓。
3. 韌皮部的汁液由高壓處流向低壓處，亦即由 source（來源處）流向 sink（需求或儲存處）。

木質部的水分運輸可用凝聚－張力學說（cohesion-tension theory）說明：

$$\text{葉片蒸散} \rightarrow \text{葉片水勢降低} \rightarrow \text{木質部水柱受拉} \rightarrow \text{產生負壓}$$

韌皮部則依壓力流假說：

$$\text{蔗糖裝載} \rightarrow \text{水勢降低} \rightarrow \text{水進入篩管} \rightarrow \text{膨壓升高} \rightarrow \text{汁液流動}$$

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選項分析

(A) The contents of the phloem are under pressure, and the contents of the xylem are under tension.

正確。

韌皮部汁液通常處於正膨壓（positive turgor pressure）狀態。以葉片為例，蔗糖由 source cell 裝載進入篩管，造成篩管內溶質濃度升高、水勢降低。水分由鄰近木質部進入篩管，使篩管膨壓上升。

在 source 與 sink 之間形成壓力梯度：

$$\Delta \Psi_p = \Psi_{p,\text{source}}-\Psi_{p,\text{sink}} > 0$$

因此韌皮部汁液由高壓的 source 流向低壓的 sink。

木質部則因葉片蒸散作用而處於負壓狀態。水分子之間具有凝聚力（cohesion），可形成連續水柱；葉片蒸散會將水柱向上拉，使木質部水柱承受張力（tension）。

所以：

$$\boxed{\text{phloem：pressure；xylem：tension}}$$

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(B) Sieve tube members are dead cells.

錯誤。

篩管成員（sieve tube members）在成熟時仍是活細胞，但細胞核會退化或消失，細胞質也大幅減少。它們依靠旁側的伴細胞（companion cells）維持代謝與運輸功能。

篩管成員的特徵包括：

• 為活細胞；
• 成熟時通常無細胞核；
• 具有篩板（sieve plate），篩板上有篩孔；
• 與伴細胞透過胞間連絲（plasmodesmata）緊密聯繫。

木質部的導管成員（vessel elements）與管胞（tracheids）才是在成熟時失去原生質體、成為死亡的導水細胞。

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核心觀念

本題考查有絲分裂前期的 DNA 含量變化，以及「染色體數目」與「DNA 含量」的區別。

細胞進入有絲分裂前，必須先經過間期的 S phase（DNA synthesis phase，DNA 合成期），使每條染色體複製成由兩條姊妹染色分體組成的結構。

DNA 含量可用 $C$ 表示：

• G1 期：$2C$
• S 期結束至 G2 期、前期及中期：$4C$
• 有絲分裂後期染色分體分離，但細胞尚未完成分裂時，整個細胞仍含有 $4C$ DNA
• 細胞質分裂完成後，每個子細胞恢復為 $2C$

解題方法

題幹給出正常植物體細胞含有 $5\ \text{pg}$ DNA，依一般考試慣例，將此數值視為 DNA 複製前的體細胞 DNA 含量，即 G1 期的 $2C$。

進入有絲分裂前，細胞先完成 S phase，DNA 複製一次：

$$5\ \text{pg}\times 2=10\ \text{pg}$$

有絲分裂前期發生在 DNA 複製完成之後，因此細胞在前期末仍保有兩倍於複製前的 DNA 量：

$$\boxed{10\ \text{pg}}$$

故正確答案為 (C)。

選項分析

• (A) 2.5 picograms：錯誤。
  $2.5\ \text{pg}$ 代表 DNA 含量減半，通常與細胞分裂完成後的單一子細胞概念有關；有絲分裂前期尚未發生細胞分裂，不會使 DNA 減半。

• (B) 5 picograms：錯誤。
  $5\ \text{pg}$ 是 DNA 複製前的含量。

核心觀念

本題考查血流速度與血壓梯度的關係，核心依據是液體在管道中的流動原理。

在半徑固定、血液黏度與血管長度不變的平滑血管中，血流量 $Q$ 遵循 Poiseuille’s law：

$$Q=\frac{\pi r^4\Delta P}{8\eta L}$$

其中：

• $r$：血管半徑
• $\Delta P$：血管兩端的壓力差
• $\eta$：血液黏度
• $L$：血管長度

血流速度 $v$ 等於血流量除以血管截面積 $A$：

$$v=\frac{Q}{A}$$

由於在同一條血管中 $A$、$r$、$\eta$ 與 $L$ 視為固定，因此：

$$v\propto \Delta P$$

也就是壓力差越大，血液流動速度越快；壓力差越小，血液流動速度越慢。

解題方法

題目問的是血壓與血流速度的關係。對於同一條平滑、管徑固定的血管：

1. 血液由高壓處流向低壓處。
2. 壓力差是推動血液前進的主要力量。
3. 壓力差降低時，推動血液流動的力量減少。
4. 在其他條件不變下，血流量 $Q$ 降低。
5. 血管截面積不變，因此血流速度 $v=Q/A$ 也降低。

所以，血壓較低時，血流速度較低，選擇 (B)。

嚴格而言，真正直接決定血流的不是單一位置的絕對血壓，而是血管兩端的壓力差 $\Delta P$。本題將「blood pressure」作為壓力梯度的概念使用，依官方答案判定為 B。

選項分析

(A) When blood pressure is low, velocity is high.

錯誤。若血管半徑、黏度及長度固定，壓力差降低會使血流量降低，進而使血流速度降低，不會升高。

(B) When blood pressure is low, velocity is low.

正確。在固定血管條件下：