國立中山大學 112 年 《普通生物及生化概論》

核心觀念

本題考查神經元（neuron）的細胞學特徵，以及粗糙內質網（rough endoplasmic reticulum, rER）與多核糖體（polysomes）的聚集構造。

神經元細胞體及樹突內含有大量 rER 與多核糖體，兩者聚集形成嗜鹼性、可被傳統染色法顯現的構造，稱為 Nissl bodies（尼氏小體、尼氏物質），又稱 chromatophilic substance（嗜染質）。

其嗜鹼性主要來自 rER 與核糖體內大量 RNA，尤其是核糖體 RNA（rRNA）。RNA 的磷酸基帶負電，容易與 cresyl violet（甲酚紫）、toluidine blue（甲苯胺藍）等鹼性染料結合，因此在顯微鏡下呈現深染的顆粒或塊狀外觀。

Nissl bodies 的主要功能是進行蛋白質合成，所合成的蛋白質包括：

• 神經傳導物質合成所需的酵素
• 離子通道與受體
• 細胞骨架相關蛋白
• 細胞修復與維持所需的蛋白質

Nissl bodies 分布於神經元的細胞體與樹突，但通常不出現在軸突及軸丘（axon hillock），這也是辨認其分布位置的重要特徵。

解題方法

題幹的關鍵字是：

aggregates of rough endoplasmic reticulum (rER) and polysomes
cytological hallmark of neurons
revealed by conventional staining

將這些線索逐一對應：

1. 「rER 與 polysomes 的聚集」代表大量蛋白質合成構造。
2. 「神經元的細胞學標誌」指神經元細胞體內特殊、明顯的嗜鹼性構造。
3. 「可由傳統染色顯現」對應 Nissl stain（尼氏染色）所觀察到的尼氏小體。

因此，正確答案為 Nissl bodies。

選項分析

(A) Wallerian stumps

錯誤。Wallerian degeneration（瓦勒氏變性）是軸突或周邊神經纖維受損後，損傷處遠端的軸突與髓鞘發生退化。所謂 Wallerian stumps 可理解為軸突受損後留下的遠端殘段，與神經元細胞體內 rER、polysomes 的聚集無關。

神經元受損時，細胞體可能出現 chromatolysis（染色質溶解）：

• Nissl bodies 分散或減少
• 細胞體腫大
• 細胞核偏向周邊

這反而說明 Wallerian degeneration 與 Nissl bodies 是不同概念。

(B) Cajal masses

核心觀念

神經系統中，神經元（neurons）的細胞本體（cell bodies）聚集成群時，依所在部位有不同名稱：

• 中樞神經系統（central nervous system, CNS）：腦與脊髓中的神經元細胞本體群稱為 nuclei（神經核）。
• 周邊神經系統（peripheral nervous system, PNS）：位於腦與脊髓以外的神經元細胞本體群稱為 ganglia（神經節）。

題幹明確指出 central nervous system，因此應選 nuclei。

解題方法

採用「位置＋組成」的判斷法：

1. 先確認題目描述的構造由什麼組成：
   題目是 neuronal cell bodies，即「神經元細胞本體的集合」。
2. 再確認構造位於何處：
   題目指定在 central nervous system，即腦或脊髓內。
3. 對照術語：
   CNS 內的神經元細胞本體集合稱為 nuclei；PNS 內則稱為 ganglia。

因此：

$$\text{CNS neuronal cell bodies}=\text{nuclei}$$

選項分析

(A) Ganglia（神經節）—錯誤

Ganglia 是位於 周邊神經系統（PNS） 的神經元細胞本體集合，例如：

• dorsal root ganglion（背根神經節）
• autonomic ganglia（自律神經節）

雖然 ganglia 同樣是神經元細胞本體的聚集處，但其關鍵限制是位於 CNS 之外，因此不符合題幹。

(B) Neuroglia（神經膠細胞）—錯誤

Neuroglia 又稱 glial cells（膠細胞），是支持與維持神經元功能的細胞，並非神經元細胞本體的集合。

CNS 中的重要膠細胞包括：

• astrocytes（星狀膠細胞）
• oligodendrocytes（少突膠細胞）
• microglia（小膠細胞）
• ependymal cells（室管膜細胞）

PNS 中則包括 Schwann cells（許旺細胞）與 satellite cells（衛星細胞）。

核心觀念

本題考查上皮細胞間連接（cell junctions）與其連接的細胞骨架種類。

上皮細胞常見的細胞連接可依主要連接的細胞骨架分為：

• Adherens junctions（黏著連接）：連接 actin microfilaments（肌動蛋白微絲）
• Desmosomes（橋粒）：連接 intermediate filaments（中間絲）
• Occluding junctions／Tight junctions（閉鎖連接／緊密連接）：封閉細胞間隙，維持上皮屏障
• Gap junctions（間隙連接）：讓小分子與離子直接通過
• Focal contacts／Focal adhesions（焦點黏著）：連接細胞與細胞外基質，主要連接 actin

題幹指出的是：

connect the intermediate filament system of two adjacent epithelial cells

也就是「連接兩個相鄰上皮細胞的中間絲系統」，符合 Desmosomes（橋粒） 的定義。

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解題方法

解題關鍵是先辨認題幹中的兩個條件：

1. 作用對象是 兩個相鄰的上皮細胞
2. 連接的細胞骨架是 intermediate filaments（中間絲）

在上皮細胞中，中間絲主要由 keratin（角蛋白） 組成，負責承受拉力與機械性壓力。橋粒位於相鄰細胞的細胞膜上，利用細胞黏著蛋白將兩個細胞連接起來，再透過細胞質側的斑塊蛋白連接 keratin intermediate filaments。

橋粒的基本結構如下：

$$\text{Keratin intermediate filament} \rightarrow \text{Desmoplakin} \rightarrow \text{Desmosomal plaque} \rightarrow \text{Desmoglein／Desmocollin} \rightarrow \text{相鄰細胞}$$

其中：

• **Desmoglein（橋粒膠蛋白）**與 Desmocollin（橋粒鈣黏著蛋白）：屬於 desmosomal cadherins，位於細胞膜，負責細胞間黏著。
• **Plakoglobin（橋粒球蛋白）**與 Plakophilin（橋粒斑蛋白）：位於細胞質側的連接斑塊。
• Desmoplakin（橋粒斑蛋白）：將斑塊結構連接至 keratin intermediate filaments。

因此，橋粒可將機械張力分散到相鄰細胞及整個上皮組織，使皮膚、心肌等組織具有較強的抗拉扯能力。

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選項分析

(A) Adherent junctions

錯誤。

Adherens junctions 又稱 黏著連接，主要透過 classical cadherins（典型鈣黏著蛋白），例如 E-cadherin（上皮鈣黏著蛋白），連接相鄰細胞。

其細胞質側通常經由：

$$\text{E-cadherin} \rightarrow \text{Catenins} \rightarrow \text{Actin filaments}$$

其中包括 $\alpha$-catenin、$\beta$-catenin、p120-catenin。因此，adherens junctions 連接的是 actin cytoskeleton（肌動蛋白細胞骨架），不是 intermediate filament system。

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(B) Desmosomes

正確。

Desmosomes（橋粒）是連接兩個相鄰上皮細胞中間絲系統的細胞間連接。

其主要功能包括：

• 連接相鄰上皮細胞的 keratin intermediate filaments
• 增加組織抵抗拉力與剪力的能力
• 維持上皮組織的完整性

核心觀念

本題考查神經軸突中 action potential（動作電位）的雙向傳導、全或無律，以及不應期（refractory period）造成的碰撞消滅（collision annihilation）。

動作電位具有下列特性：

1. 動作電位沿軸突以再生方式傳導，振幅不會因傳導距離增加而逐漸衰減。
2. 動作電位的前方會使鄰近膜區的 voltage-gated Na⁺ channels（電壓閘門鈉離子通道）開啟，產生新的動作電位。
3. 動作電位通過後，該膜區的 Na⁺ channels 進入失活狀態，同時 K⁺ conductance（鉀離子通透性）升高，膜區處於絕對或相對不應期。
4. 因此，兩個相向傳導的動作電位相遇時，彼此前方所到達的膜區已受到另一個動作電位影響，正處於不應期，無法再次產生動作電位，兩者便在碰撞處消失。

解題方法

題目設定在一條很長的軸突兩端同時引發動作電位。依照軸突膜的局部興奮性，兩個動作電位會分別沿軸突向對方傳導：

$$\text{左端刺激} \longrightarrow \longleftarrow \text{右端刺激}$$

當兩個動作電位在軸突中段相遇時：

• 左側動作電位的去極化前緣抵達右側動作電位剛通過的膜區；
• 右側動作電位的去極化前緣也抵達左側動作電位剛通過的膜區；
• 兩側膜區的 Na⁺ channels 皆處於失活或尚未完全恢復狀態；
• 這些膜區無法重新達到閾值，因此無法讓動作電位繼續穿越碰撞點。

所以兩個動作電位不會穿過彼此，而是在中間相遇後消失，符合選項 (E)。

這裡的「cancel each other」不是指兩個電壓波形以一般物理波的方式相加後互相抵銷，而是指因不應期與膜通道狀態，使兩個動作電位無法在碰撞後繼續再生，稱為 collision block 或 collision annihilation。

選項分析

(A) Both action potentials will continue their transmissions to their respective distal ends.

錯誤。兩個動作電位雖然各自會沿軸突傳導，但相向傳導後會在中間碰撞。碰撞處的膜區處於不應期，無法再次產生動作電位，因此兩者無法通過碰撞點抵達對側末端。

核心觀念

Diapedesis（白血球穿出、白血球滲出）是指白血球由血管腔穿越血管內皮細胞之間的接合處，進入周圍組織的過程，是急性發炎反應中白血球由血液移往感染或受損部位的重要步驟。

典型發炎時，白血球離開血管的順序為：

$$\text{Margination} \rightarrow \text{Rolling} \rightarrow \text{Firm adhesion} \rightarrow \text{Diapedesis} \rightarrow \text{Chemotaxis}$$

各步驟涉及的主要分子如下：

• Margination（邊集）：血流變慢後，白血球接近血管壁。
• Rolling（滾動）：主要由 endothelial selectins（內皮選擇素），如 E-selectin、P-selectin，與白血球上的醣類配體作用。
• Firm adhesion（牢固黏附）：白血球上的 integrins（整合素），如 LFA-1、Mac-1，與內皮細胞的 ICAM-1、VCAM-1 結合。
• Diapedesis（穿出）：白血球穿越內皮細胞接合處，主要涉及 PECAM-1/CD31。
• Chemotaxis（趨化）：白血球沿著趨化物濃度梯度移動，例如 C5a、LTB4、IL-8/CXCL8 及細菌產物。

本題考的是上述流程發生的典型血管部位。

解題方法

判斷關鍵在於血管壁的構造與血流阻力：

• 發炎時白血球需要先在血管壁滾動與黏附。
• Postcapillary venules（毛細血管後微靜脈） 的內皮細胞特別適合表現黏附分子。
• 此處血流速度較慢、靜水壓較低，白血球容易停留、黏附並穿越內皮。
• 因此，白血球由血管腔進入組織的典型位置是毛細血管後微靜脈。

故本題選 (D) Postcapillary venules。

選項分析

(A) Vasa vasorum（血管滋養管）—錯誤

Vasa vasorum 是供應大型血管外膜及外層中膜的微小血管，主要功能是供應血管壁本身的氧氣與養分。

它不是發炎時白血球進行典型 diapedesis 的主要考點部位。雖然其本身屬於微血管系統，具備發生局部免疫細胞移動的條件，但本題所問的標準解剖位置是毛細血管後微靜脈，而非 vasa vasorum。

核心觀念

氧氣（$\ce{O2}$）是小型、非極性的分子，能直接溶解於細胞膜的磷脂雙層疏水核心，因此可沿著濃度梯度，由高濃度處移向低濃度處，不需消耗 ATP，也不需膜蛋白協助。

這種運輸稱為簡單擴散（simple diffusion），屬於**被動運輸（passive transport）**的一種。

細胞膜運輸方式的主要分類如下：

• 被動運輸（passive transport）：順濃度梯度或電化學梯度運輸，不消耗細胞代謝能量。
• 主動運輸（active transport）：逆濃度梯度或電化學梯度運輸，需消耗能量，常由 ATP 驅動的膜蛋白完成。
• 胞吞作用（endocytosis）：細胞膜內陷形成囊泡，將細胞外物質帶入細胞。
• 胞飲作用（pinocytosis）：胞吞作用的一種，主要攝入細胞外液及其中溶質。
• 受體媒介胞吞作用（receptor-mediated endocytosis）：特定分子先與膜上受體結合，再由囊泡攝入細胞。

解題方法

判斷膜運輸方式時，依序檢查三件事：

1. 物質的性質：是否小型、非極性、可溶於脂質？
2. 是否沿濃度梯度移動？
3. 是否需要 ATP、膜蛋白或囊泡？

氧氣是小型非極性分子，可穿過磷脂雙層；其運輸通常是由氧氣分壓較高的一側擴散至分壓較低的一側。此過程不需要 ATP，也不需要囊泡或特定受體。

因此，氧氣是以簡單擴散通過細胞膜，而簡單擴散歸類於被動運輸，故選 (D)。

選項分析

(A) Osmosis（滲透作用）—錯誤

滲透作用是水分子通過選擇性通透膜，通常由低溶質濃度處移向高溶質濃度處的被動移動。其核心對象是水，不是氧氣。

氧氣雖然也是被動移動，但不屬於滲透作用，而是非極性分子的簡單擴散。

(B) Active transport（主動運輸）—錯誤

核心觀念

本題考察動物細胞膜的流動性（membrane fluidity）及膽固醇（cholesterol）的調節作用。

細胞膜主要由磷脂雙層（phospholipid bilayer）構成，其流動性受到以下因素影響：

• 溫度：低溫會使磷脂分子運動減慢、排列更緊密，膜流動性下降。
• 脂肪酸尾部：不飽和脂肪酸具有彎曲結構，可減少磷脂緊密堆積，維持流動性。
• 膽固醇：嵌入磷脂雙層中，具有「流動性緩衝劑」（fluidity buffer）的作用。

在低溫環境下，膽固醇位於磷脂分子之間，可阻止磷脂緊密排列與結晶化，因此能維持動物細胞膜的流動性。

解題方法

題幹關鍵字是：

maintenance of membrane fluidity
cold environments

判斷步驟如下：

1. 題目詢問的是「維持膜流動性」的物質。
2. 環境為低溫，低溫的主要問題是膜脂質排列過度緊密。
3. 在動物細胞膜中，膽固醇可插入磷脂分子之間，限制磷脂過度聚集。
4. 因此可避免細胞膜在低溫下變得過於僵硬，正確答案為 Cholesterol。

膽固醇的作用具有溫度依賴性：

• 低溫時：阻止磷脂緊密排列，避免膜固化。
• 高溫時：限制磷脂分子過度運動，避免膜過度流動。

因此，膽固醇並非單純使膜變得更流動，而是協助膜維持適當的流動性。

選項分析

(A) PIP2

PIP2 是 phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate（磷脂醯肌醇 4,5-二磷酸），屬於膜上的磷脂，主要參與細胞訊息傳遞。

當受體活化 phospholipase C（PLC）時，PLC 會水解 PIP2，產生兩個重要的第二訊息者：

$$\text{PIP2} \xrightarrow{\text{PLC}} \text{DAG}+\text{IP3}$$

DAG（diacylglycerol，二酸甘油酯）留在細胞膜上並活化 protein kinase C；IP3（inositol trisphosphate，肌醇三磷酸）則促進內質網釋放 $\ce{Ca^{2+}}$。

PIP2 的主要功能是訊息傳遞，不是調節低溫下膜流動性的主要物質，因此錯誤。

核心觀念

本題考查脊椎動物胚胎發育中三胚層（germ layers）的衍生物：

• 外胚層（ectoderm）：表皮、神經系統、神經嵴衍生物。
• 中胚層（mesoderm）：結締組織、肌肉、骨骼、真皮、心血管系統、淋巴系統、腎臟、生殖系統及腎上腺皮質等。
• 內胚層（endoderm）：消化管與呼吸道上皮、甲狀腺濾泡上皮、胸腺上皮等。

本題要求找出「不是中胚層衍生物」的構造。

解題方法

逐一判斷各選項主要組織的胚層來源：

1. 骨骼、血液循環與淋巴系統、真皮、腎上腺皮質，皆屬於中胚層典型衍生物。
2. 胸腺的上皮性基質主要來自咽囊內胚層，因此胸腺被歸為內胚層衍生物。
3. 因此唯一符合題意的選項為 (E) Thymus。

選項分析

(A) Skeletal systems（骨骼系統）

骨骼系統主要源自中胚層，尤其包括：

• **軸旁中胚層（paraxial mesoderm）**形成體節（somite），其中的硬節（sclerotome）可形成脊椎與肋骨。
• **側板中胚層（lateral plate mesoderm）**形成四肢骨骼及部分胸骨等構造。
• 頭顱部分骨骼則有神經嵴細胞（neural crest cells）的貢獻，但不影響脊椎動物骨骼系統整體主要歸類為中胚層衍生物。

因此 (A) 為中胚層衍生物，選項錯誤。

(B) Circulation and lymphatic systems（循環與淋巴系統）

心血管系統及淋巴系統皆源自中胚層：

• 心臟主要由側板中胚層的臟側層（splanchnic mesoderm）發育而來。
• 血管內皮細胞及血球源自血管內皮－血液祖細胞（hemangioblast）相關的中胚層細胞。
• 淋巴管由靜脈系統相關的內皮細胞發育而來，屬於中胚層來源。

因此 (B) 為中胚層衍生物，選項錯誤。

(C) Dermis of skin（皮膚真皮）

真皮主要由中胚層形成：

• 軀幹真皮多來自體節的皮肌節（dermatome）。
• 四肢與腹側軀幹的真皮主要來自側板中胚層。
• 頭部部分真皮可由神經嵴細胞形成。

核心觀念

本題考查「泛素—蛋白酶體系統」（ubiquitin–proteasome system, UPS）對細胞質中蛋白質的分解作用。

細胞會先將泛素（ubiquitin）以共價方式連接到待分解蛋白質上，形成多聚泛素鏈（polyubiquitin chain）。典型流程如下：

1. E1 泛素活化酵素（ubiquitin-activating enzyme）利用 ATP 活化泛素。
2. E2 泛素接合酵素（ubiquitin-conjugating enzyme）接收被活化的泛素。
3. E3 泛素連接酶（ubiquitin ligase）辨認特定受質蛋白，並促進泛素接到受質上。
4. 多個泛素連接形成多聚泛素鏈，尤其是以 Lys48（K48） 為主的鏈，通常代表蛋白質應送往蛋白酶體分解。
5. 泛素化蛋白質被 26S proteasome（26S 蛋白酶體） 辨認，經去泛素化、ATP 依賴性解折疊後，送入 20S 核心進行蛋白質水解。

因此，細胞質中被泛素標記、需要快速且選擇性分解的蛋白質，其主要目的地是 proteasome（蛋白酶體）。

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解題方法

直接抓住題幹中的兩個關鍵字：

• ubiquitinated proteins：被泛素化的蛋白質
• in cytosol：位於細胞質中的蛋白質

在細胞質中，泛素化最典型的功能是將蛋白質標記為蛋白酶體的分解受質。其反應可概念化表示為：

$$\text{Protein} + n\text{Ubiquitin} \xrightarrow[\text{E2}]{\text{E1, E3}} \text{Polyubiquitinated protein}$$

接著：

$$\text{Polyubiquitinated protein} \xrightarrow{\text{26S proteasome}} \text{Peptides}$$

蛋白酶體會將蛋白質切割成短胜肽，之後再由細胞內其他胜肽酶分解成胺基酸。泛素本身則會先被去除並回收使用。

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選項分析

(A) Lysosome（溶小體）—錯誤

溶小體主要負責分解：

• 細胞吞入的胞外物質
• 由內吞作用形成的囊泡內容物
• 細胞膜蛋白與胞外區域蛋白
• 透過自噬作用送入的細胞器與大型細胞質成分

溶小體內含酸性水解酶，例如 protease、lipase、nuclease 與 glycosidase。單一、可溶性的細胞質蛋白若被典型 K48 多聚泛素鏈標記，主要不會直接送入溶小體，而是送往 26S 蛋白酶體。

(B) Autophagosome（自噬體）—錯誤

自噬體是由雙層膜包裹細胞質物質或受損細胞器所形成的囊泡，之後會與溶小體融合，形成 autolysosome（自噬溶小體），再由溶小體酵素進行分解。

泛素化蛋白質確實可在某些情況下透過選擇性自噬被清除，例如：

• 蛋白質聚集體
• 大型蛋白質複合體
• 無法被蛋白酶體處理的異常蛋白
• 受損細胞器

核心觀念

本題考查性染色體不分離（nondisjunction）所形成的非整倍體（aneuploidy），以及不同性染色體組合對人類胚胎發育的影響。

在人類中：

• 正常女性：$46,XX$
• 正常男性：$46,XY$
• $X$ 染色體含有許多胚胎發育及細胞生存所需的必需基因。
• $Y$ 染色體主要含有男性性別決定與精子生成相關基因，不能取代 $X$ 染色體的大部分功能。
• 「$O$」表示該性染色體缺失，而非一條實際存在的染色體。

因此，$OY$ 代表只有一條 $Y$ 染色體、完全沒有 $X$ 染色體，即核型為 $45,Y$。

解題方法

判斷性染色體組合是否致死，可先檢查兩件事：

1. 是否至少有一條 $X$ 染色體？
2. 是否存在兩條以上性染色體所造成的劑量效應，但仍可透過 $X$ 染色體失活（X-inactivation）降低影響？

人類胚胎通常必須至少具有一條 $X$ 染色體，才能提供基本的細胞生存與正常發育所需基因。$Y$ 染色體不能取代 $X$ 染色體的功能，因此沒有 $X$ 染色體的 $OY$ 無法存活。

相較之下，$XXX$、$XXY$ 與 $XO$ 均至少含有一條 $X$ 染色體，雖然會造成不同程度的發育或生殖異常，但通常不屬於胚胎期必然致死的核型。

選項分析

(A) XXX

$XXX$ 為三染色體體（trisomy X），核型為 $47,XXX$，又稱三 X 症候群（Triple X syndrome）。

此個體具有三條 $X$ 染色體，但除了其中一條保持活化外，多餘的 $X$ 染色體通常會透過 $X$ 染色體失活形成 Barr body，以降低基因劑量失衡。因此，$XXX$ 女性通常可以存活，部分個體可能有身材較高、學習障礙或生殖功能異常，但不是本題所指的致死核型。

所以本項錯誤。

(B) OY

$OY$ 表示沒有 $X$ 染色體，只有一條 $Y$ 染色體，核型為 $45,Y$。

核心觀念

本題考查早期脊椎動物的分類與共同特徵，核心區分是：

• 無頜類（jawless vertebrates、Agnatha）：缺乏真正的上下頜。
• 有頜類（jawed vertebrates、Gnathostomata）：具有由咽弓演化而來的上下頜。

Hagfish（盲鰻）與 lamprey（七鰓鰻）都屬於現生無頜脊椎動物；extinct conodonts（已滅絕的牙形石動物）則是早期脊椎動物，具有類似牙齒的口器構造，但沒有真正的上下頜。因此三者的共同特徵是無頜狀態。

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解題方法

判斷本題應先抓住題幹中的三類動物：

1. Hagfishes：盲鰻，現生無頜脊椎動物。
2. Lampreys：七鰓鰻，現生無頜脊椎動物。
3. Extinct conodonts：牙形石動物，已滅絕的早期脊椎動物。

接著逐項尋找三者共有的形態特徵。最具代表性的共同特徵是：

$$\text{缺乏真正的上下頜} \Rightarrow \text{jawless condition}$$

因此選擇 (B)。

需注意 conodont 的口部具有許多硬化、牙齒樣的構造，但「有牙齒樣結構」不等於「具有上下頜」。這正是本題的辨識重點。

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選項分析

(A) Lungs（肺）—錯誤

三者並不共同具有肺。

• Hagfish 主要以鰓進行氣體交換。
• Lamprey 的成體與幼體主要也依靠鰓呼吸。
• Conodonts 的化石資料顯示其為水生動物，沒有證據支持其具有肺。

肺是部分肉鰭魚類及四足類的呼吸構造，不能作為三者的共同特徵。

(B) The jawless condition（無頜狀態）—正確

Hagfish 與 lamprey 都沒有真正的上下頜，屬於無頜脊椎動物。

Conodonts 雖具有可硬化的牙形石構造（conodont elements），能協助捕食或處理食物，但這些構造不是由上下頜支撐的真正牙齒。其口器仍屬於無頜型態。

因此三者共有：

核心觀念

PCR（polymerase chain reaction，聚合酶連鎖反應）是利用耐熱型 DNA polymerase（DNA 聚合酶），在體外反覆進行：

1. 變性（denaturation）：雙股 DNA 分離。
2. 引子黏合（annealing）：DNA primers（DNA 引子）與模板互補配對。
3. 延伸（extension）：DNA polymerase 以 dNTPs（deoxyribonucleoside triphosphates，去氧核苷三磷酸）為原料，從引子的 $3'$ 端合成新的 DNA 鏈。

因此，一個完整的 PCR 至少需要：

• DNA template：提供待擴增的模板序列
• DNA primers：決定擴增區域並提供可延伸的 $3'$-OH
• dNTPs：提供合成 DNA 的原料
• DNA polymerase：催化 DNA 鏈延伸

反應中通常還需要適當的 buffer、$\ce{Mg^{2+}}$ 等條件，但本題各選項均未列出，判斷重點在於所列項目是否為 PCR 的核心必要成分。

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解題方法

逐項判斷羅馬數字：

• I：DNA template，必要
• II：DNA primers，必要
• III：RNA polymerase，非 PCR 必要成分
• IV：dNTPs，必要
• V：DNA polymerase，必要
• VI：RNA primers，非 PCR 必要成分

所以必要組合為：

$$\mathrm{I+II+IV+V}$$

對應選項 (B)。

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選項分析

(A) I, II, III, IV：錯誤

I、II、IV 正確，但 III 為 RNA polymerase（RNA 聚合酶）。

PCR 的產物是 DNA，延伸反應由 DNA polymerase 催化，使用的原料是 dNTPs。RNA polymerase 負責以 DNA 為模板合成 RNA，屬於 transcription（轉錄）所需的酵素，不是 PCR 的必要成分。

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(B) I, II, IV, V：正確

核心觀念

本題考查中樞神經系統中主要抑制性神經傳導物質（inhibitory neurotransmitter）的種類與作用機轉。

在成熟人類腦部，$\gamma$-aminobutyric acid（GABA，$\gamma$-胺基丁酸）是最主要的抑制性神經傳導物質。GABA 由興奮性神經傳導物質 glutamate（麩胺酸）經由 glutamate decarboxylase（GAD，麩胺酸脫羧酶）催化形成：

$$\ce{Glutamate ->[GAD,\ PLP] GABA + CO2}$$

其中 PLP（pyridoxal phosphate，磷酸吡哆醛）是維生素 $\ce{B6}$ 的活性輔酶形式。

解題方法

判斷本題的關鍵是辨認「human brain 的 major inhibitory neurotransmitter」。在基礎生理學與普通生物學中：

• 腦部主要抑制性神經傳導物質：GABA
• 腦部主要興奮性神經傳導物質：glutamate
• 脊髓與腦幹常見的重要抑制性神經傳導物質：glycine（甘胺酸）

GABA 作用於兩大類受體：

1. GABA-A receptor

GABA-A 是配體門控型氯離子通道。GABA 結合後，通常使 $\ce{Cl^-}$ 通道開啟，增加氯離子通透性，使神經元膜電位更難達到動作電位閾值，產生抑制作用。

2. GABA-B receptor

GABA-B 是 G protein-coupled receptor，主要與 $\ce{G_i/o}$ 蛋白偶聯，可抑制電壓依賴性 $\ce{Ca^{2+}}$ 通道、促進 $\ce{K^+}$ 通道開啟，使神經元過極化並降低神經傳遞物質釋放。

因此，本題直接選擇 GABA。

選項分析

(A) Acetylcholine（乙醯膽鹼）錯誤

Acetylcholine 可作為神經傳導物質，也參與：

• 神經肌肉接點的訊息傳遞
• 自律神經系統作用
• 腦部的注意力、學習與記憶調節

其作用可能具有興奮性或抑制性，取決於受體種類：

• Nicotinic acetylcholine receptor：配體門控型陽離子通道，通常造成去極化與興奮。
• Muscarinic acetylcholine receptor：G protein-coupled receptor，可產生興奮或抑制作用。

因此，acetylcholine 不是人類腦部主要的抑制性神經傳導物質。

(B) Epinephrine（腎上腺素）錯誤

Epinephrine 又稱 adrenaline（腎上腺素），主要是腎上腺髓質分泌的荷爾蒙，也可在神經系統中作為兒茶酚胺類訊號分子，但並非人類腦部主要的抑制性神經傳導物質。

核心觀念

本題比較 真菌（fungi） 與 節肢動物（arthropods） 的共同特徵，重點包括：

1. 真菌的細胞壁組成。
2. 節肢動物外骨骼（exoskeleton）的組成。
3. 真菌與節肢動物的營養方式。
4. 真菌與節肢動物的生活史及細胞構造。

其中，幾丁質（chitin） 是真菌細胞壁與節肢動物外骨骼的重要共同成分。

解題方法

先分別列出兩類生物的基本特徵：

特徵	真菌	節肢動物
營養方式	異營，主要以分泌消化酵素後吸收養分	異營，攝食後在消化道內消化
外部保護構造	具含幾丁質的細胞壁	具含幾丁質的外骨骼
細胞壁	有	無，因屬動物
細胞型態	多為菌絲，可有隔膜或無隔膜	多細胞、具組織與器官
主要生活史階段	多數真菌以單倍體階段為主	二倍體階段為主

逐項尋找「兩者都成立」的敘述，可知兩者共同具有含 幾丁質（chitin） 的保護性構造，因此選 D。

選項分析

(A) Both groups are commonly coenocytic.

錯誤。

Coenocytic 指細胞質連續、含有許多細胞核，但細胞之間缺乏隔膜，常翻譯為「多核共細胞」或「無隔膜」。

部分真菌，例如某些接合菌類（zygomycetes），菌絲可能是 coenocytic；但真菌並非全部、也不是所有真菌都以此型態為主。

節肢動物則是典型的多細胞動物，細胞之間具有細胞膜，並形成不同組織，不屬於普遍的 coenocytic 生物。因此不能說兩個類群都 commonly coenocytic。

(B) The haploid state is dominant in both groups.

錯誤。

許多真菌的生活史以單倍體（haploid）菌絲為主要階段，這是與植物及動物生活史的重要差異。

節肢動物屬於動物，其主要生活階段為二倍體（diploid）。減數分裂產生的單倍體配子，例如精子與卵，通常只存在於生殖階段，並非其主要生活型態。

因此，單倍體階段可作為許多真菌的主要階段，卻不是節肢動物的主要階段。

核心觀念

本題考查「短期記憶（short-term memory）」在腦部的資訊處理位置，以及海馬迴（hippocampus）在記憶形成與鞏固中的角色。

海馬迴位於大腦顳葉內側，屬於邊緣系統（limbic system），主要參與：

• 新資訊的編碼（encoding）
• 短期記憶轉換為長期記憶的鞏固（consolidation）
• 空間記憶與情境記憶的形成

短期記憶的神經基礎，常涉及海馬迴神經元之間突觸強度的暫時性改變，典型機轉為長期增益作用（long-term potentiation, LTP）：

1. 麩胺酸（glutamate）釋放至突觸後膜。
2. 麩胺酸先活化 $\ce{AMPA}$ 受體，使 $\ce{Na+}$ 進入神經元，造成去極化。
3. 去極化解除 $\ce{NMDA}$ 受體通道中的 $\ce{Mg^{2+}}$ 阻塞。
4. $\ce{Ca^{2+}}$ 經 $\ce{NMDA}$ 受體進入突觸後神經元。
5. $\ce{Ca^{2+}}$ 活化 protein kinase，例如 $\ce{CaMKII}$。
6. 增加或活化突觸膜上的 $\ce{AMPA}$ 受體，使突觸傳遞效率短時間內增強。

此類突觸可塑性是海馬迴進行記憶資訊處理的重要基礎。若進一步形成長期記憶，則會涉及基因轉錄、蛋白質合成及突觸結構重塑。

解題方法

判斷本題可採「功能定位法」：

• 記憶形成與新資訊處理，優先聯想到海馬迴。
• 維持生命基本功能，聯想到腦幹與延腦。
• 內分泌及恆定性調節，聯想到下視丘。
• 頭部感覺與運動訊息傳遞，聯想到腦神經。

因此，與短期記憶資訊處理最直接相關的部位是海馬迴，選擇 (D)。

選項分析

(A) Brainstem（腦幹）錯誤

腦幹包括中腦（midbrain）、橋腦（pons）及延腦（medulla oblongata），主要負責：

• 維持呼吸、心跳與血壓等基本生命功能
• 傳導大腦與脊髓之間的神經訊息
• 調節睡眠、覺醒及部分反射活動

腦幹並非短期記憶資訊處理的主要部位，因此不是最佳答案。

(B) Medulla（延腦）錯誤

延腦是腦幹的一部分，主要控制呼吸、心血管活動、吞嚥、咳嗽、打噴嚏及嘔吐等重要反射。

核心觀念

本題考查第二信使 cyclic adenosine monophosphate（環腺苷單磷酸，cAMP）的合成與分解酵素。

在細胞訊息傳遞中，cAMP通常由細胞膜上的 G protein-coupled receptor（GPCR，G蛋白偶聯受體）啟動，經由異三聚體 G protein（異源三聚體 G蛋白）中的 $G_s$ 活化 adenylate cyclase（腺苷酸環化酶）而生成。

cAMP的主要反應如下：

$$\mathrm{ATP \xrightarrow[\mathrm{Mg^{2+}}]{adenylate\ cyclase} cAMP + PP_i}$$

其中 ATP 的磷酸基團形成環狀磷酸二酯鍵，產生 cAMP。

cAMP的終止與分解則由 phosphodiesterases，簡稱 PDEs（磷酸二酯酶）催化：

$$\mathrm{cAMP + H_2O \xrightarrow{phosphodiesterase} 5'-AMP}$$

因此，cAMP的生成酵素是 adenylate cyclase，降解酵素是 phosphodiesterases。

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解題方法

直接依照反應方向判斷：

1. 找「合成 cAMP」的酵素：
   ATP 經由 adenylate cyclase 轉變為 cAMP。

2. 找「降解 cAMP」的酵素：
   cAMP被 phosphodiesterase 水解成 5'-AMP，使訊息傳遞結束或減弱。

反應順序為：

$$\mathrm{ATP \xrightarrow{adenylate\ cyclase} cAMP \xrightarrow{phosphodiesterase} 5'-AMP}$$

所以正確配對是：

$$\boxed{\text{Adenylate cyclase；phosphodiesterases}}$$

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選項分析

(A) Adenylate cyclase; phosphodiesterases

正確。

Adenylate cyclase負責利用 ATP 合成 cAMP；phosphodiesterases則水解 cAMP中的環狀磷酸二酯鍵，生成 5'-AMP。

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(B) Phosphodiesterases; adenylate cyclase

錯誤。

此選項將兩者功能完全顛倒：

• phosphodiesterases負責分解 cAMP，不負責合成 cAMP。
• adenylate cyclase負責合成 cAMP，不負責降解 cAMP。

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(C) Adenylate cyclase; phosphoesterases

前半部正確，後半部錯誤。

Adenylate cyclase確實負責合成 cAMP，但 cAMP的主要降解酵素是 phosphodiesterase，而非題目所列的 phosphoesterase。

兩者所切斷的鍵結類型不同：

核心觀念

本題考查糖解作用後，丙酮酸進入粒線體所進行的「丙酮酸去氫化酶複合體反應」（pyruvate dehydrogenase complex, PDC），此反應將三碳的丙酮酸轉變為二碳的乙醯輔酶 A（acetyl-CoA），並產生二氧化碳與還原型電子載體 NADH。

總反應式為：

$$\ce{Pyruvate + CoA-SH + NAD+ ->[Pyruvate\ dehydrogenase\ complex] Acetyl-CoA + CO2 + NADH + H+}$$

因此：

• $(1)=\ce{NAD+}$
• $(2)=\text{pyruvate dehydrogenase}$
• $(3)=\ce{NADH}$

故選擇 （D）。

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解題方法

可由反應的三個特徵判斷：

1. 丙酮酸脫羧

丙酮酸為三碳分子，反應後生成二碳的 acetyl-CoA，因此必須移除一個碳，形成 $\ce{CO2}$。這是脫羧反應。

2. 形成 acetyl-CoA

丙酮酸剩餘的二碳乙醯基會與 $\ce{CoA-SH}$ 結合，形成高能硫酯 acetyl-CoA。

3. 發生氧化還原反應

丙酮酸在轉變為 acetyl-CoA 的過程中被氧化，電子由 $\ce{NAD+}$ 接受，形成還原型 $\ce{NADH}$：

$\ce{NAD+ + 2e- + H+ -> NADH}$

綜合三點即可得到：

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

催化此反應的是 pyruvate dehydrogenase complex，而不是單純的 pyruvate decarboxylase。

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反應機轉與代謝位置

此反應位於糖解作用與檸檬酸循環（citric acid cycle）之間，是丙酮酸進入檸檬酸循環前的連接步驟：

$$\text{Glucose} \rightarrow \text{Pyruvate} \rightarrow \text{Acetyl-CoA} \rightarrow \text{Citric acid cycle}$$

PDC 由三個主要酵素組成：

• E1：pyruvate dehydrogenase
  使用 thiamine pyrophosphate, TPP，催化丙酮酸脫羧。
• E2：dihydrolipoamide acetyltransferase
  將乙醯基轉移至 $\ce{CoA-SH}$，形成 acetyl-CoA。
• E3：dihydrolipoamide dehydrogenase
  重新氧化 lipoamide，電子依序經由 FAD 傳給 $\ce{NAD+}$，生成 $\ce{NADH}$。

因此，題目選項中的「pyruvate dehydrogenase」代表整體反應所屬的 pyruvate dehydrogenase complex，符合官方答案設定。

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選項分析

核心觀念

本題考查每一輪三羧酸循環（Tricarboxylic Acid Cycle, TCA cycle；又稱 Krebs cycle）以一分子 acetyl-CoA 進入循環時的產物。

一輪 TCA cycle 的總產物為：

$$2\ \text{molecules of } \ce{CO2} + 3\ \text{molecules of NADH} + 1\ \text{molecule of FADH2} + 1\ \text{molecule of GTP}$$

其中 GTP 可經由 nucleoside diphosphate kinase 轉換為 ATP，因此常被稱為一分子 ATP equivalent，但嚴格而言，TCA cycle 直接生成的是 GTP，不是 ATP。

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解題方法

以一分子 acetyl-CoA 為單位，依序檢查各步驟：

1. Acetyl-CoA 與 oxaloacetate 結合

由 citrate synthase 催化：

$\ce{Acetyl-CoA + Oxaloacetate -> Citrate}$

2. 第一次氧化脫羧

citrate 經 aconitase 轉為 isocitrate，再由 isocitrate dehydrogenase 催化：

$\ce{Isocitrate -> alpha-Ketoglutarate + CO2 + NADH}$

產生 $1$ 分子 $\ce{CO2}$ 與 $1$ 分子 NADH。

3. 第二次氧化脫羧

由 $\alpha$-ketoglutarate dehydrogenase complex 催化：

$\ce{alpha-Ketoglutarate -> Succinyl-CoA + CO2 + NADH}$

再產生 $1$ 分子 $\ce{CO2}$ 與 $1$ 分子 NADH。

4. 基質層級磷酸化

succinyl-CoA 由 succinyl-CoA synthetase（又稱 succinate thiokinase）轉為 succinate：

$\ce{Succinyl-CoA -> Succinate + GTP}$

此步驟直接生成 $1$ 分子 GTP，而非 ATP。

5. 第三次氧化還原反應

succinate 由 succinate dehydrogenase 催化轉為 fumarate：

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

產生 $1$ 分子 $\ce{FADH2}$。

6. 再生 oxaloacetate

fumarate 經 fumarase 轉為 malate，再由 malate dehydrogenase 催化：

$\ce{Malate -> Oxaloacetate + NADH}$

產生第 $3$ 分子 NADH。

因此，一輪 TCA cycle 的關鍵產物為：

• $\ce{CO2}$：$2$ 分子
• NADH：$3$ 分子
• $\ce{FADH2}$：$1$ 分子
• GTP：$1$ 分子

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選項分析

(1) Two molecules of carbon dioxide

正確。

核心觀念

本題考查細胞膜的選擇性通透性，以及分子能否直接穿越磷脂雙層（phospholipid bilayer）。

細胞膜內部主要由疏水性的脂肪酸尾部構成，因此：

• 小型、非極性分子可直接以簡單擴散（simple diffusion）穿越。
• 帶電離子及大型極性分子無法自由穿越疏水性膜內部，必須依賴膜蛋白。
• 離子若要跨膜，通常需要離子通道（ion channel）、載體蛋白（carrier protein）或主動運輸幫浦（pump）。

判斷分子跨膜能力時，主要看其大小、極性與是否帶電。

解題方法

逐一檢查各分子是否能直接通過磷脂雙層：

1. 若為小型且非極性分子，通常可自由擴散。
2. 若帶有完整電荷，會受到水合層（hydration shell）包覆，且不利於進入膜內疏水區，因此不能自由穿膜。
3. 只有在使用通道、載體或幫浦時，離子才可跨越細胞膜。

$\ce{CO2}$ 為小型、非極性分子，能直接溶入膜的疏水核心並沿濃度梯度擴散。$\ce{Na+}$ 與 $\ce{K+}$ 則是帶正電的陽離子，不能自由穿越磷脂雙層。

選項分析

(A) Carbon dioxide

正確。$\ce{CO2}$ 分子小，整體不帶電，屬於可穿膜的小型非極性氣體。它可由高濃度處向低濃度處，經簡單擴散穿越細胞膜，不需消耗 ATP，也不需膜蛋白協助。

在生理情況下，$\ce{CO2}$ 也可參與下列反應：

$$\ce{CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3^-}$$

其中碳酸酐酶（carbonic anhydrase）可加速此反應。不過，本題考查的是未帶電的 $\ce{CO2}$ 分子穿越膜的能力；$\ce{HCO3^-}$ 與 $\ce{H+}$ 帶電，則不能像 $\ce{CO2}$ 一樣自由通過磷脂雙層。

(B) $\ce{Na+}$

錯誤。$\ce{Na+}$ 是帶一個正電荷的鈉離子，屬於親水性粒子，周圍具有水合層。它無法直接穿越磷脂雙層的疏水核心。

$\ce{Na+}$ 必須透過特定膜蛋白跨膜，例如：

核心觀念

本題考查糖解作用（glycolysis）中限速與承諾步驟的變構酵素 PFK-1（phosphofructokinase-1，磷酸果糖激酶-1），以及其受能量狀態與荷爾蒙調控的機制。

PFK-1 催化糖解作用第三步：

$$\ce{Fructose-6-phosphate + ATP -> Fructose-1,6-bisphosphate + ADP}$$

此反應由 PFK-1 催化，具有下列特色：

• 是糖解作用的 committed step（承諾步驟）。
• 受到細胞能量狀態調控。
• 主要活化物：AMP、ADP、fructose-2,6-bisphosphate（$\ce{F-2,6-BP}$）。
• 主要抑制物：ATP、citrate（檸檬酸）；肌肉中低 pH 也會抑制 PFK-1。
• 胰島素與升糖素主要透過調控 PFK-2/FBPase-2，改變 $\ce{F-2,6-BP}$ 濃度，間接調節 PFK-1。

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解題方法

先掌握 PFK-1 的基本調控方向：

1. 細胞 ATP 充足時，表示能量充分，PFK-1 活性下降，糖解作用減慢。
2. AMP、ADP 增加時，表示能量不足，PFK-1 活性上升，促進糖解作用產生 ATP。
3. $\ce{F-2,6-BP}$ 是 PFK-1 的強力活化物。
4. 肝細胞中：

• 胰島素增加 $\ce{F-2,6-BP}$，活化 PFK-1。
• 升糖素降低 $\ce{F-2,6-BP}$，抑制 PFK-1。

因此，直接符合肝臟荷爾蒙調控模式的是 (E)。

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選項分析

(A) It is inhibited by ADP and stimulated by AMP.

錯誤。

ADP 與 AMP 都代表細胞能量不足，會促進 PFK-1 活性，使糖解作用加速。其方向應為：

$$\text{ADP、AMP 上升} \Rightarrow \text{PFK-1 活化}$$

其中 AMP 通常是較強的變構活化物。因此題目將 ADP 的作用寫成抑制，方向錯誤。

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(B) It is inhibited by high pH.

錯誤。

在肌肉細胞中，糖解作用旺盛時會產生乳酸與氫離子，使 pH 降低。低 pH 會抑制 PFK-1，避免糖解作用過度進行及酸中毒。

因此調控方向為：

$$\text{低 pH} \Rightarrow \text{抑制 PFK-1}$$

相對而言，高 pH 並不是 PFK-1 的典型抑制條件，所以本選項錯誤。

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(C) It is stimulated by citrate.

錯誤。

Citrate 是檸檬酸循環（citric acid cycle）的中間物。當 citrate 濃度高時，通常表示粒線體具有充足的代謝原料與能量，細胞不需要持續加速糖解作用。

Citrate 會抑制 PFK-1，並增強 ATP 對 PFK-1 的抑制作用：

核心觀念

本題考查胺基酸側鏈（R-group）的電荷狀態，以及帶相反電荷側鏈之間形成的電荷—電荷作用（charge-charge interaction）。

在生理 pH 附近：

• 酸性胺基酸：Aspartic acid（天門冬胺酸，Asp）與 Glutamic acid（麩胺酸，Glu）的羧基側鏈通常失去質子，帶負電。
• 鹼性胺基酸：Lysine（離胺酸，Lys）與 Arginine（精胺酸，Arg）通常帶正電。
• Histidine（組胺酸，His）的咪唑側鏈可帶電，但其是否質子化與 pH 有關。
• Serine（絲胺酸，Ser）、Glutamine（麩醯胺酸，Gln）與 Methionine（甲硫胺酸，Met）的側鏈在一般生理條件下不帶淨電荷。

相反電荷之間可形成吸引性的靜電作用，常稱為鹽橋（salt bridge）：

$$\ce{R-COO^- \cdots ^+H3N-R}$$

因此，判斷本題的關鍵是找出「一個帶正電、另一個帶負電」的側鏈組合。

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解題方法

逐一判斷各胺基酸側鏈是否帶電，再確認兩者是否具有相反電荷：

胺基酸	側鏈主要官能基	一般電荷
Serine	$\ce{-CH2OH}$	0
Glutamic acid	$\ce{-CH2CH2COO^-}$	$-1$
Glutamine	$\ce{-CONH2}$	0
Lysine	$\ce{-(CH2)4NH3^+}$	$+1$
Methionine	硫醚（thioether）	0
Histidine	咪唑（imidazole）	0 或 $+1$，依 pH 而定
Arginine	胍基（guanidinium）	$+1$
Aspartic acid	$\ce{-CH2COO^-}$	$-1$

只有 Aspartic acid 與 Lysine 同時具備穩定且相反的電荷，能形成吸引性的電荷—電荷作用。

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選項分析

(A) Serine and glutamic acid

Serine 的側鏈為 $\ce{-CH2OH}$。羥基雖具有極性，但在一般生理 pH 下不帶淨電荷。

Glutamic acid 的羧基側鏈通常解離為 $\ce{-COO^-}$，帶負電。因此此組合為：

$$0 \quad \text{與} \quad -1$$

缺少帶正電的側鏈，不能形成典型的電荷—電荷吸引作用。羥基與羧酸根之間可形成氫鍵，但那是氫鍵，不是本題所問的 charge-charge interaction。

錯誤。

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(B) Glutamine and lysine

Glutamine 的側鏈為醯胺基 $\ce{-CONH2}$，整體不帶電，屬於極性但不帶電的側鏈。

Lysine 的 $\varepsilon$-胺基通常為 $\ce{-NH3^+}$，帶正電。因此此組合為：

核心觀念

本題考查不同代謝途徑所產生的還原力種類。必須區分：

• NADH：主要供應電子傳遞鏈與 ATP 合成。
• NADPH：主要用於還原性生合成與抗氧化作用，例如脂肪酸合成、膽固醇合成，以及維持 $\ce{GSH}$（還原型穀胱甘肽）。

在選項所列的代謝途徑中，NADPH 的主要來源是磷酸戊糖途徑（Pentose Phosphate Pathway, PPP），尤其是其氧化階段。

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解題方法

判斷各代謝途徑的主要功能與典型產物：

代謝途徑	主要功能	主要還原力或能量產物
Glycolysis（糖解作用）	$\ce{Glucose}$ 分解成丙酮酸	NADH、ATP
Pentose Phosphate Pathway（磷酸戊糖途徑）	產生 NADPH 與核糖-5-磷酸	NADPH
TCA cycle（三羧酸循環）	氧化乙醯輔酶 A	NADH、$\ce{FADH2}$、GTP
Urea cycle（尿素循環）	排除含氮廢物	消耗 ATP
Gluconeogenesis（糖質新生）	合成葡萄糖	消耗 ATP、GTP，並需 NADH

因此，直接依照「NADPH 的主要生成途徑」判斷即可選出 Pentose Phosphate Pathway。

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磷酸戊糖途徑如何產生 NADPH

磷酸戊糖途徑分為氧化階段與非氧化階段。NADPH 產生於氧化階段，關鍵反應如下。

第一步由 **Glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PD（葡萄糖-6-磷酸去氫酶）**催化：

$$\ce{Glucose-6-phosphate + NADP+ -> 6-phosphoglucono-\delta-lactone + NADPH + H+}$$

第二步由 **6-phosphogluconate dehydrogenase（6-磷酸葡萄糖酸去氫酶）**催化，產生第二分子的 NADPH：

$$\ce{6-Phosphogluconate + NADP+ -> Ribulose-5-phosphate + CO2 + NADPH}$$

因此，每 1 分子 $\ce{Glucose-6-phosphate}$ 經過磷酸戊糖途徑氧化階段，可生成：

$$\boxed{2\ \text{NADPH} + 1\ \ce{CO2} + 1\ \text{Ribulose-5-phosphate}}$$

其中，G6PD 是此途徑的速率限制步驟，也是紅血球維持抗氧化能力的重要酵素。紅血球缺乏粒線體，無法藉由粒線體代謝取得足夠的還原力，因此高度依賴磷酸戊糖途徑產生 NADPH，以維持 $\ce{GSH}$ 還原狀態並清除過氧化物。

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選項分析

(A) Glycolysis（糖解作用）錯誤

糖解作用將葡萄糖經由下列主要中間物轉換成丙酮酸：

$$\ce{Glucose -> Glucose-6-phosphate -> Fructose-6-phosphate -> Fructose-1,6-bisphosphate -> Glyceraldehyde-3-phosphate -> Pyruvate}$$

在甘油醛-3-磷酸氧化步驟中，由 **Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, GAPDH（甘油醛-3-磷酸去氫酶）**催化：

$$\ce{Glyceraldehyde-3-phosphate + NAD+ + Pi -> 1,3-Bisphosphoglycerate + NADH + H+}$$

此反應產生的是 NADH，不是 NADPH。因此糖解作用不是本題所問的主要 NADPH 來源。

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(B) Pentose Phosphate Pathway（磷酸戊糖途徑）正確

核心觀念

本題考查胺基酸的等電點（isoelectric point, $pI$）。等電點是指胺基酸分子整體淨電荷為 $0$ 時的 pH。

Tyrosine（酪胺酸）具有三個可解離基團：

• 羧基：$\ce{-COOH}$，$pK_1=2.2$
• $\alpha$-胺基：$\ce{-NH3+}$，$pK_2=9.11$
• 側鏈酚羥基：$\ce{-OH}$，$pK_a=10.07$

解題方法

先依 pH 升高的順序判斷各基團的解離與分子電荷：

1. 在強酸環境中，羧基為 $\ce{-COOH}$，胺基為 $\ce{-NH3+}$，側鏈酚羥基未解離，淨電荷為 $+1$。
2. pH 超過 $pK_1=2.2$ 後，羧基解離為 $\ce{-COO-}$：

$\ce{H3N+ - Tyr - COOH -> H3N+ - Tyr - COO- + H+}$

此時正、負電荷互相抵消，淨電荷為 $0$。
3. pH 超過 $pK_2=9.11$ 後，$\alpha$-胺基解離為 $\ce{-NH2}$：

$\ce{H3N+ - Tyr - COO- -> H2N - Tyr - COO- + H+}$

此時淨電荷變為 $-1$。
4. pH 超過側鏈 $pK_a=10.07$ 後，酚羥基也解離為酚鹽：

$\ce{Tyr-OH -> Tyr-O- + H+}$

此時淨電荷變為 $-2$。

因此，淨電荷為 $0$ 的主要型態位於羧基解離與 $\alpha$-胺基解離之間，等電點應取包圍此中性型態的兩個 $pK_a$ 平均值：

$$pI=\frac{pK_1+pK_2}{2}$$

代入數值：

$$pI=\frac{2.2+9.11}{2} =\frac{11.31}{2} =5.655\approx 5.66$$

所以正確答案為 (A) 5.66。

為什麼側鏈 $pK_a$ 不使用？

雖然 tyrosine 的側鏈酚羥基也能解離，但其 $pK_a=10.07$。在側鏈開始解離前，$\alpha$-胺基已於 $pH=9.11$ 解離，分子已由淨電荷 $0$ 變成 $-1$。

核心觀念

本題考查痛風（gout）的直接致病因素，以及嘌呤（purine）分解代謝的終產物。

人體內嘌呤核苷酸分解後，會形成尿酸（uric acid）。主要路徑如下：

$$\text{AMP} \rightarrow \text{Adenosine} \rightarrow \text{Inosine} \rightarrow \text{Hypoxanthine} \rightarrow \text{Xanthine} \rightarrow \text{Uric acid}$$

其中最後兩步由黃嘌呤氧化還原酶（xanthine oxidoreductase；常稱 xanthine oxidase）催化：

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

人類缺乏尿酸氧化酶（uricase），因此尿酸是嘌呤分解的主要終產物。當血液中尿酸濃度過高，即高尿酸血症（hyperuricemia），尿酸可形成單鈉尿酸鹽晶體（monosodium urate crystals），沉積於關節，引發劇烈發炎與疼痛，形成痛風。

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解題方法

題幹問的是「造成痛風的血液與組織中升高物質」。判斷重點是：

1. 痛風屬於關節中的晶體沉積性疾病。
2. 沉積物為單鈉尿酸鹽晶體。
3. 因此直接相關的代謝物是尿酸（uric acid），而不是其上游中間產物。

故選擇尿酸，即 (D)。

尿酸在生理酸鹼環境下主要以尿酸鹽（urate）形式存在；臨床上所稱的高尿酸血症，實際上指血中 urate 濃度升高。

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選項分析

(A) Heme（血基質）

Heme 是由 porphyrin ring 與二價鐵組成的輔基，存在於血紅素（hemoglobin）、肌紅蛋白（myoglobin）及多種細胞色素中。Heme 分解主要產生膽綠素（biliverdin）、膽紅素（bilirubin）及鐵，與嘌呤分解及痛風的尿酸晶體沉積無關，因此錯誤。

(B) Xanthine（黃嘌呤）

Xanthine 是嘌呤分解代謝的中間產物。它可由 hypoxanthine 經 xanthine oxidase 氧化形成，之後再被氧化為 uric acid：

核心觀念

本題考查胺基酸碳骨架分解後，是否能用於葡萄糖新生作用（gluconeogenesis）。

• 生糖性胺基酸（glucogenic amino acids）：分解產物為丙酮酸（pyruvate）或三羧酸循環（TCA cycle）中間物，例如 $\alpha$-ketoglutarate、succinyl-CoA、fumarate、oxaloacetate，可經由草醯乙酸進入葡萄糖新生作用。
• 生酮性胺基酸（ketogenic amino acids）：分解產物為 acetyl-CoA 或 acetoacetate，只能形成酮體或脂肪酸，無法產生葡萄糖的淨生成量。

Leucine（白胺酸）與 lysine（離胺酸）是僅具生酮性的胺基酸。

關鍵原因是 acetyl-CoA 雖可進入 TCA cycle，但其碳原子在循環中以 $\ce{CO2}$ 形式釋出，無法造成 oxaloacetate 的淨增加；且 pyruvate dehydrogenase 所催化的反應不可逆，因此 acetyl-CoA 不能逆向轉回 pyruvate 以進行葡萄糖新生作用。

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解題方法

判斷每個胺基酸的碳骨架分解產物：

1. 若產生 pyruvate 或 TCA cycle 中間物，屬於 glucogenic。
2. 若產生 acetyl-CoA 或 acetoacetate，屬於 ketogenic。
3. 若只具生酮性，便是不屬於 glucogenic amino acid 的選項。

本題各選項中，Leu 的主要分解產物為 acetyl-CoA 與 acetoacetate，不能提供葡萄糖新生作用所需的淨碳骨架，因此選 $\textbf{(E) Leu}$。

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選項分析

(A) Ala：錯誤選項

Alanine（丙胺酸）經由 alanine aminotransferase，ALT；丙胺酸轉胺酶）進行轉胺反應：

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

產生的 pyruvate 可經由：

$$\text{Pyruvate} \rightarrow \text{Oxaloacetate} \rightarrow \text{Phosphoenolpyruvate} \rightarrow \text{Glucose}$$

其中 pyruvate 先由 pyruvate carboxylase 轉為 oxaloacetate，再由 phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK）轉為 phosphoenolpyruvate，進入葡萄糖新生作用。

因此 Ala 為典型的 glucogenic amino acid。

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(B) Arg：錯誤選項

Arginine（精胺酸）主要經由尿素循環相關反應分解。Arginine 先由 arginase 水解為 ornithine 與 urea：

$$\text{Arginine} \xrightarrow{\text{arginase}} \text{Ornithine} + \text{Urea}$$

Ornithine 可轉為 glutamate-5-semialdehyde，再形成 glutamate，最後經由 glutamate dehydrogenase 或 transaminase 產生 $\alpha$-ketoglutarate：

$$\text{Glutamate} \rightarrow \alpha\text{-Ketoglutarate}$$

核心觀念

本題考查「糖解作用（glycolysis）各步驟所需的酵素」。糖解作用是在細胞質中將 1 分子葡萄糖分解為 2 分子丙酮酸（pyruvate）的代謝途徑，共 10 個反應步驟。

主要反應如下：

$$\text{Glucose} \rightarrow \text{Glucose-6-phosphate} \rightarrow \text{Fructose-6-phosphate} \rightarrow \text{Fructose-1,6-bisphosphate}$$

接著分裂為三碳糖，最後生成丙酮酸：

$$\text{Glyceraldehyde-3-phosphate} \rightarrow \text{Pyruvate}$$

糖解作用的重要酵素包括：

• Hexokinase（己糖激酶）
• Phosphofructokinase-1, PFK-1（磷酸果糖激酶-1）
• Triosephosphate isomerase（磷酸丙糖異構酶）
• Pyruvate kinase（丙酮酸激酶）

Cyclin-dependent kinase（細胞週期蛋白依賴性激酶，CDK）則參與細胞週期調控，不是糖解作用的酵素。

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解題方法

判斷每個選項是否直接參與糖解作用即可。可依照糖解作用的順序定位酵素：

1. 葡萄糖進入糖解作用：Hexokinase
2. 果糖-6-磷酸轉為果糖-1,6-二磷酸：Phosphofructokinase
3. 三碳糖之間的轉換：Triosephosphate isomerase
4. 磷酸烯醇丙酮酸轉為丙酮酸：Pyruvate kinase

若選項的功能是細胞週期、DNA 複製、蛋白質磷酸化等細胞調控作用，而非糖解作用中的反應，即可排除。

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選項分析

(A) Hexokinase（己糖激酶）

正確參與糖解作用。

Hexokinase 催化糖解作用第一步，使葡萄糖磷酸化為葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate）：

$$\text{Glucose}+\ce{ATP} \rightarrow \text{Glucose-6-phosphate}+\ce{ADP}$$

此反應消耗 ATP，並將葡萄糖留在細胞內。Hexokinase 是糖解作用所需的酵素，因此不是本題答案。

(B) Phosphofructokinase（磷酸果糖激酶）

正確參與糖解作用。此處通常指 PFK-1。

PFK-1 催化糖解作用的第三步，將果糖-6-磷酸轉化為果糖-1,6-二磷酸：

$$\text{Fructose-6-phosphate}+\ce{ATP} \rightarrow \text{Fructose-1,6-bisphosphate}+\ce{ADP}$$

核心觀念

本題考查「蛋白質翻譯後修飾」（post-translational modification, PTM）的定義與常見類型。

蛋白質由核糖體完成翻譯後，胺基酸側鏈或蛋白質本身可接受各種化學修飾，以改變其：

• 活性
• 穩定性
• 亞細胞定位
• 蛋白質交互作用
• 降解速率

常見的蛋白質翻譯後修飾包括磷酸化、乙醯化、甲基化、泛素化、糖基化、蛋白質切割與二硫鍵形成。

相較之下，alternative splicing（選擇性剪接）發生在 mRNA 層次，是 RNA processing 的一部分，不是蛋白質本身的化學修飾。

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解題方法

判斷每個選項是否屬於 PTM，可依序確認：

1. 修飾對象是否為已翻譯出的蛋白質？
2. 是否涉及蛋白質胺基酸側鏈或蛋白質結構的化學改變？
3. 若作用對象是 DNA、RNA 或前驅 mRNA，則不屬於蛋白質翻譯後修飾。

本題中，Methylation、Phosphorylation、Disulfide bond 與 Acetylation 都會直接改變蛋白質；Alternative splicing 則是在蛋白質形成前處理 mRNA，因此選 (C)。

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選項分析

(A) Methylation（甲基化）

甲基化是蛋白質常見的翻譯後修飾，通常發生在 lysine（離胺酸）或 arginine（精胺酸）的側鏈上。

反應通常由 protein methyltransferase（蛋白質甲基轉移酶）催化，並以 S-adenosylmethionine, SAM（$S$-腺苷甲硫胺酸）作為甲基供體：

$$\text{Protein} + \text{SAM} \rightarrow \text{Methylated protein} + \text{SAH}$$

例如 histone（組蛋白）的 lysine methylation 可影響染色質結構與基因表現。由於甲基直接加到蛋白質胺基酸側鏈上，屬於 PTM。

因此 (A) 正確屬於蛋白質翻譯後修飾，不是本題答案。

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(B) Phosphorylation（磷酸化）

磷酸化是細胞訊息傳遞中極重要的蛋白質翻譯後修飾，常發生在 serine（絲胺酸）、threonine（蘇胺酸）或 tyrosine（酪胺酸）的羥基上。

由 protein kinase（蛋白激酶）催化，通常以 ATP 作為磷酸基供體：

$$\text{Protein-OH} + \text{ATP} \rightarrow \text{Protein-O-PO}_3^{2-} + \text{ADP}$$

protein phosphatase（蛋白磷酸酶）則可移除磷酸基，使磷酸化具有可逆性。磷酸化會改變蛋白質的構形、活性或與其他蛋白質的結合能力。

因此 (B) 正確屬於蛋白質翻譯後修飾，不是本題答案。

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(C) Alternative splicing（選擇性剪接）

選擇性剪接發生於真核生物的 pre-mRNA（前驅 mRNA）加工階段。

真核基因轉錄後形成的 pre-mRNA 通常含有：

• exon（外顯子）：可保留於成熟 mRNA
• intron（內含子）：通常需被移除

spliceosome（剪接體）負責辨識剪接位點並移除 intron。透過選擇不同的 exon 組合，同一個基因可產生多種成熟 mRNA，進而翻譯出不同的蛋白質異構物。

其作用流程可概括為：

核心觀念

本題考查磷脂質（phospholipid）的分類與主要極性頭部（polar head group）。

在一般生化與普通生物學命題中，Lecithin（卵磷脂）通常指 phosphatidylcholine（磷脂醯膽鹼），其基本組成為：

• Glycerol（甘油）骨架
• 兩條 fatty acid（脂肪酸）
• Phosphoric acid（磷酸）
• Choline（膽鹼）

典型 phosphatidylcholine 的結構可概括為：

$$\text{Glycerol}+\text{2 fatty acids}+\text{phosphate}+\text{choline}$$

其中，甘油的兩個羥基與脂肪酸形成酯鍵，第三個羥基與磷酸形成磷酸酯；磷酸再與 choline 形成另一個磷酸酯鍵。

因此，phosphatidylcholine 同時具有：

• 疏水性的脂肪酸尾部
• 親水性的 phosphate-choline 頭部

這種「兩親性」使其成為細胞膜脂雙層的重要成分。

解題方法

判斷此題的關鍵，是先將 lecithin 對應至其主要化學名稱：

$$\text{Lecithin}=\text{Phosphatidylcholine}$$

再辨認 phosphatidylcholine 的極性頭部為 choline。因此，在各選項中尋找含有 choline 的組合，即可選出 D。

雖然選項將 fatty acid 寫成單數，但完整結構應為兩條脂肪酸；本題依官方公布答案及一般考試慣例，將「fatty acid」視為脂肪酸部分的概括表示。

選項分析

(A) Glycerol + fatty acid + phosphoric acid + serine

錯誤。

Serine（絲胺酸）作為磷脂頭部時，形成的是：

$$\text{Phosphatidylserine（磷脂醯絲胺酸）}$$

Phosphatidylserine 也是細胞膜磷脂，但不稱為 lecithin。其特徵性頭部是 serine，而非 choline。

(B) Glycerol + fatty acid + phosphoric acid + ethanolamine

錯誤。

Ethanolamine（乙醇胺）作為極性頭部時，形成：

$$\text{Phosphatidylethanolamine（磷脂醯乙醇胺）}$$

Phosphatidylethanolamine 是細胞膜常見磷脂，尤其在細胞膜內層含量重要，但 lecithin 的頭部不是 ethanolamine。

(C) Glycerol + fatty acid + phosphoric acid + betaine

錯誤。

核心觀念

本題考查蛋白質與 DNA 結合時的主要作用力，以及胺基酸側鏈電荷對蛋白質—DNA 交互作用的影響。

DNA 的骨架由磷酸二酯鍵連接而成，磷酸基在生理 pH 下帶負電。因此，能與 DNA 骨架產生強烈靜電吸引的胺基酸，通常是帶正電的胺基酸，主要包括：

• Lysine，賴胺酸，側鏈帶正電
• Arginine，精胺酸，側鏈帶正電
• Histidine，組胺酸，在部分生理條件下可帶正電

這些胺基酸可透過靜電作用與 DNA 的磷酸基結合，也能利用氫鍵與 DNA 鹼基或磷酸骨架形成穩定交互作用。

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解題方法

判斷蛋白質與 DNA 結合的胺基酸種類時，先觀察 DNA 的主要化學特性：

$$\text{DNA 磷酸骨架} \longrightarrow \text{帶負電}$$

依據異性電荷相吸原理：

$$\text{帶正電的胺基酸側鏈} + \text{帶負電的 DNA 磷酸基} \longrightarrow \text{靜電吸引}$$

因此，蛋白質與 DNA 作用的胺基酸殘基通常富含正電荷，特別是 Lysine 與 Arginine。故本題應選擇：

$$\boxed{\text{(A) Positively charged}}$$

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選項分析

(A) Positively charged：正確

帶正電的胺基酸殘基可與 DNA 磷酸骨架的負電荷產生靜電吸引，這是蛋白質與 DNA 結合的重要穩定力量。

其中：

• Lysine 的 $\ce{-NH3+}$ 側鏈可與磷酸基作用。
• Arginine 的胍基帶正電，且可形成多個氫鍵，常見於 DNA-binding proteins。
• Histidine 的咪唑基在特定 pH 下可帶正電，也能參與 DNA 結合。

許多 DNA-binding proteins 的 DNA-binding domains 會富含 Lysine 與 Arginine，例如 histone proteins（組蛋白）即具有大量正電荷，可中和 DNA 的負電性。

(B) Negatively charged：錯誤

帶負電的胺基酸，例如 Aspartate（天門冬胺酸）與 Glutamate（麩胺酸），與 DNA 負電性的磷酸骨架會產生靜電排斥：

$$\text{負電胺基酸側鏈} \longleftrightarrow \text{負電 DNA 磷酸骨架}$$

核心觀念

膽鹽（bile salts）是由膽固醇（cholesterol）轉變而來的兩親性分子，具有：

• 疏水性的類固醇核心與烴鏈
• 親水性的羥基（$\ce{-OH}$）、羧基（$\ce{-COOH}$），以及與 glycine 或 taurine 的共軛基團
• 在生理 pH 下帶電，因此能溶於膽汁與腸液
• 清潔劑（detergent）般的界面活性，可乳化脂質並形成微膠粒（mixed micelles）

膽鹽的主要功能是增加脂質與水相的接觸面積，協助 triacylglycerol（TAG）被 pancreatic lipase 水解後，讓脂肪酸、2-monoacylglycerol、膽固醇及脂溶性維生素被吸收。

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解題方法

判斷本題的關鍵在於辨認 bile salts 的化學本質：

1. 起始物為膽固醇（cholesterol）。
2. 膽固醇先經肝臟中的羥化與氧化反應，形成膽酸（bile acids），例如 cholic acid 與 chenodeoxycholic acid。
3. 膽酸再與 glycine 或 taurine 共軛，形成 glycocholate、taurocholate 等膽鹽。
4. 其分子同時具有親水區與疏水區，能降低脂質與水之間的界面張力，因而具有 detergent properties。

因此，最精確的描述是「具有清潔劑性質的兩親性膽固醇類似物」。

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膽鹽的形成與作用

膽固醇本身幾乎不溶於水，且缺乏足夠的親水性，不能有效在腸道中分散脂質。肝臟會將膽固醇轉換成膽酸，主要步驟包括：

• cholesterol 7$\alpha$-hydroxylase 催化膽固醇的 7$\alpha$-羥化，這是經典膽酸合成途徑的重要速率限制步驟。
• 後續經多步羥化、氧化與側鏈修飾，形成 cholic acid 或 chenodeoxycholic acid。
• 膽酸與 glycine 或 taurine 形成醯胺鍵，產生共軛膽鹽。

例如：

$$\text{Cholic acid}+\text{Glycine} \longrightarrow \text{Glycocholic acid}$$ $$\text{Cholic acid}+\text{Taurine} \longrightarrow \text{Taurocholic acid}$$

在腸道中，膽鹽的疏水面可與脂質結合，親水面則朝向水相，使脂質分散成較小的顆粒，並進一步形成 mixed micelles。這能將 pancreatic lipase 產生的脂質消化產物運送至小腸上皮細胞表面。

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選項分析

(A) Charged phospholipid

錯誤。膽鹽不是磷脂。磷脂具有 glycerol 或 sphingosine 骨架，並含有磷酸基團；膽鹽則是由膽固醇轉變而來的 bile acid，再經 glycine 或 taurine 共軛形成。

核心觀念

本題考查老化紅血球（aged red blood cells, senescent RBCs）的清除與回收場所。

正常紅血球平均壽命約 $120$ 天。隨年齡增加，紅血球膜彈性下降、變形能力減弱，膜蛋白與表面醣鏈發生改變，因此難以通過脾臟狹窄的微循環。脾臟紅髓（splenic red pulp）中的巨噬細胞會辨識並吞噬這些老化紅血球，進行血球分解與物質回收。

其中，紅髓由脾索（splenic cords, cords of Billroth）與脾竇（splenic sinusoids）構成。考試選項中以 splenic sinusoids 最能代表老化紅血球被篩檢、捕捉與清除的脾臟微循環區域，因此官方答案為 B。

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解題方法

判斷本題可抓住兩個關鍵：

1. 老化紅血球主要由網狀內皮系統（reticuloendothelial system, RES）清除。
2. 健康成人最重要的紅血球清除器官是脾臟，尤其是脾臟紅髓。

紅血球通過脾臟時，必須穿越脾索與脾竇之間的特殊通道。老化或僵硬的紅血球無法順利通過脾竇內皮細胞之間的狹窄間隙，會滯留於脾索，接著被脾臟巨噬細胞吞噬。因此，題目詢問「captured and recycled」時，應聯想到脾臟的紅髓循環與脾竇區域。

紅血球被巨噬細胞吞噬後，主要成分的處理如下：

1. 血紅素分解

血紅素（hemoglobin）先分為 globin 與 heme：

• Globin 被分解為胺基酸，供身體再利用。
• Heme 經由 heme oxygenase 分解，產生 biliverdin、鐵離子與一氧化碳：

$$\text{Heme} \xrightarrow{\text{heme oxygenase}} \text{Biliverdin}+\ce{Fe^{2+}}+\ce{CO}$$

• Biliverdin 再由 biliverdin reductase 還原成 bilirubin：

$$\text{Biliverdin} \xrightarrow{\text{biliverdin reductase}} \text{Bilirubin}$$

未結合膽紅素會與 albumin 結合運送至肝臟，之後經肝臟處理並排入膽汁。

2. 鐵的回收

heme 分解所釋出的鐵可：

• 儲存在巨噬細胞內的 ferritin 或 hemosiderin；
• 經 ferroportin 輸出至血液；
• 與 transferrin 結合，運送至骨髓供新紅血球合成血紅素使用。

因此，脾臟不只是破壞老化紅血球，也會回收其中的鐵與其他可利用成分。

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選項分析

(A) Periarteriolar lymphoid sheath, PALS

核心觀念

本題考查呼吸系統各段氣道的上皮組織特徵。大型傳導氣道（large-diameter conducting airway）主要包括：

• 氣管（trachea）
• 主支氣管與較大的支氣管（bronchi）

其管腔內壁典型由「纖毛假複層柱狀上皮」構成，即 ciliated pseudostratified columnar epithelium，又稱呼吸上皮（respiratory epithelium）。

此上皮的主要細胞包括：

• 纖毛柱狀細胞（ciliated columnar cells）：利用纖毛向咽部推送黏液。
• 杯狀細胞（goblet cells）：分泌黏液，捕捉灰塵與病原體。
• 基底細胞（basal cells）：位於基底膜附近，具有再生與修復功能。

黏液與纖毛共同形成黏液纖毛清除作用（mucociliary clearance），將吸入的異物向咽部移動，再藉由吞嚥或咳嗽排除。

解題方法

判斷氣道上皮時，先確認題幹中的位置：

1. 「large-diameter conducting airway」指大型傳導氣道，重點是氣管與大支氣管。
2. 這些部位需要：

• 保持管腔濕潤；
• 捕捉吸入異物；
• 藉由纖毛將黏液向上運送。

3. 因此其典型組織必須具備柱狀細胞、纖毛與杯狀細胞。
4. 符合者即為 ciliated pseudostratified columnar epithelium。

「假複層」的意思是細胞核位於不同高度，使組織外觀像多層；但實際上所有細胞都接觸基底膜，因此仍屬單層上皮。

選項分析

(A) Ciliated stratified cuboidal epithelium

錯誤。此選項為「具纖毛的複層立方上皮」。大型傳導氣道的典型上皮是纖毛假複層柱狀上皮，而非複層立方上皮。

複層立方上皮主要見於某些較大的腺體導管，並非氣管與大支氣管的標準管腔內襯。雖然呼吸道不同部位的上皮高度會隨管徑變小而改變，但不能因此將大型氣道判定為複層立方上皮。

(B) Simple columnar epithelium

錯誤。單層柱狀上皮只有一層細胞，細胞核通常排列在相對整齊的高度。大型傳導氣道需要典型的呼吸上皮，包含高低錯落的細胞核、纖毛柱狀細胞與杯狀細胞，因此不是單純的單層柱狀上皮。

核心觀念

本題考查呼吸道由支氣管進入細支氣管（bronchiole）時，管壁組成的變化。

細支氣管的判定重點是：

• 管壁仍有上皮、平滑肌與彈性纖維。
• 管壁內不再具有軟骨（cartilage）。
• 細支氣管周圍具有豐富的血管，供應其本身及鄰近肺組織。
• 細支氣管也缺乏支氣管常見的黏液腺。

其中，軟骨原本提供支氣管壁支撐，使氣道不易塌陷；進入細支氣管後，管徑變小，管壁改由平滑肌與彈性纖維維持形狀及調節管徑，因此軟骨消失。

解題方法

先掌握呼吸道壁的組織學順序：

$$\text{氣管、支氣管} \longrightarrow \text{細支氣管} \longrightarrow \text{肺泡管、肺泡}$$

由支氣管進入細支氣管時，最具代表性的變化是：

$$\text{軟骨消失，黏液腺消失；平滑肌與彈性纖維仍存在}$$

因此，題目問「細支氣管管壁缺少何者」，直接尋找細支氣管與支氣管的主要差異即可。標準答案為軟骨，選 (B)。

選項分析

(A) Epithelium（上皮）—錯誤

細支氣管仍具有上皮，且上皮會隨管徑縮小而逐漸變薄。

較大的細支氣管可見假複層纖毛柱狀上皮；更小的細支氣管則主要為單層柱狀至單層立方上皮。末端細支氣管（terminal bronchiole）常見單層立方上皮，含有纖毛細胞與 club cells（克拉拉細胞）。

因此，細支氣管不會失去上皮。

(B) Cartilage（軟骨）—正確

細支氣管管壁沒有軟骨。

氣管與支氣管的管壁具有透明軟骨，可提供支撐；進入細支氣管後，軟骨片逐漸消失。此時氣道的開放與管徑調節主要依靠：

• 環狀或螺旋狀排列的平滑肌
• 彈性纖維
• 周圍肺組織的牽引力

因此，軟骨是本題所問的缺少構造。

核心觀念

本題考查腎臟形成尿液的四個基本生理過程及其先後關係：

1. Filtration（腎小球過濾）：血液經腎小球毛細血管，將水分與小分子溶質過濾至鮑氏囊，形成腎小球濾液。
2. Reabsorption（腎小管再吸收）：濾液中的有用物質與部分水分，由腎小管上皮細胞重新送回血液，例如葡萄糖、胺基酸、$\ce{Na+}$、$\ce{Cl-}$及水。
3. Secretion（腎小管分泌）：血液中的特定物質被腎小管細胞主動或被動運送至腎小管腔，例如$\ce{H+}$、$\ce{K+}$、$\ce{NH4+}$、肌酸酐及部分藥物。
4. Excretion（尿液排出）：最終未被再吸收、且已分泌至腎小管腔中的物質，經集合管、腎盂、輸尿管、膀胱及尿道排出體外。

尿液中某物質的排出速率可用下式表示：

$$\text{排出速率} = \text{過濾速率} - \text{再吸收速率} + \text{分泌速率}$$

因此，過濾、再吸收與分泌是尿液形成的腎元內部處理過程，排出則是最後離開身體的步驟。

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解題方法

依照物質通過腎元的方向判斷：

• 首先，物質必須先由血液進入腎小囊，經過腎小球過濾。
• 進入腎小管後，部分物質可被再吸收回血液。
• 同一階段也可有部分物質由血液被分泌至腎小管腔，成為管腔液的一部分。
• 最後，未被取回血液的物質隨尿液排出體外。

依照本題所要求的概括性順序：

$$\text{Filtration} \rightarrow \text{Reabsorption} \rightarrow \text{Secretion} \rightarrow \text{Excretion}$$

所以選擇 D。

須注意的是，在實際腎元中，再吸收與分泌可沿著近曲小管、亨利氏袢、遠曲小管及集合管等部位進行，兩者不是完全分隔的單一瞬間事件。本題採用教科書式的整體流程排列，官方答案以 D 為準。

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選項分析

(A) Filtration $\rightarrow$ secretion $\rightarrow$ reabsorption $\rightarrow$ excretion：錯誤

腎小球過濾後，腎小管中的物質確實會經歷分泌與再吸收；但以一般尿液形成的概括流程而言，應先強調濾液中有用物質的再吸收，再加上由血液進入腎小管的分泌，最後排出。

此選項將再吸收與分泌的標準排列顛倒，因此不符合本題官方採用的順序。

核心觀念

本題考「排卵前的 LH surge（黃體生成素高峰）」及其引發的排卵機轉。

在月經週期中，成熟的 Graafian follicle（格拉夫氏濾泡）分泌大量 Estradiol（雌二醇）。當 Estradiol 維持高濃度一段時間後，對下視丘與腦下垂體產生正回饋，使 GnRH 分泌增加，進而造成腦下垂體前葉突然大量釋放 LH：

$$\text{高濃度 Estradiol} \rightarrow \text{正回饋} \rightarrow \text{GnRH 增加} \rightarrow \text{LH surge} \rightarrow \text{排卵}$$

LH surge 是排卵前最具代表性的內分泌事件，會引起：

• 濾泡細胞內的訊息傳遞改變；
• 蛋白水解酵素活性上升；
• Prostaglandins（前列腺素）生成增加；
• 濾泡壁與卵巢表面局部組織降解、變薄；
• 卵母細胞完成減數分裂第一階段，形成 secondary oocyte（二級卵母細胞）；
• 最終使成熟濾泡破裂，釋放卵母細胞。

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解題方法

題幹的關鍵字是：

• “a few hours before ovulation”
• “sudden surge”
• “eventual ovulation”

在女性生殖週期中，排卵前突然出現的荷爾蒙高峰，標準答案就是 LH surge。LH 作用於卵巢濾泡，啟動排卵相關的酵素與組織變化，造成 Graafian follicle 破裂。

LH 與其受體結合後，主要經由 G protein–adenylyl cyclase–cAMP–PKA 路徑傳遞訊息：

$$\text{LH} \rightarrow \text{LH receptor} \rightarrow G_s \rightarrow \text{Adenylyl cyclase} \rightarrow \text{cAMP} \rightarrow \text{PKA}$$

接著誘導與排卵相關的分子反應，包括：

• Plasminogen activator（纖溶酶原活化酵素）
• Plasmin（纖溶酶）
• Matrix metalloproteinases, MMPs（基質金屬蛋白酶）
• Collagenase（膠原蛋白酶）
• Prostaglandins（前列腺素）

這些作用會削弱濾泡壁及其周圍結締組織，使濾泡在 ovarian surface（卵巢表面）形成破裂點，完成排卵。

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選項分析

(A) FSH

FSH（follicle-stimulating hormone，濾泡刺激素）主要作用於 granulosa cells（顆粒細胞），促進：

• 濾泡生長與成熟；
• Aromatase（芳香化酵素）表現；
• Androgen 轉換為 Estradiol；
• Inhibin 分泌。

FSH 在週期前期對濾泡發育相當重要，也可在排卵前出現幅度較小的 FSH surge，但造成排卵的主要荷爾蒙高峰是 LH，而不是 FSH。因此本選項錯誤。

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(B) Inhibin

Inhibin（抑制素）主要由 granulosa cells 分泌，對腦下垂體前葉產生負回饋，抑制 FSH 分泌：

$$\text{Inhibin} \rightarrow \text{抑制 FSH}$$

Inhibin 的主要功能是限制 FSH，協助選出優勢濾泡，並非造成濾泡破裂與排卵的主要訊號。因此本選項錯誤。

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(C) Estradiol

核心觀念

本題考查心臟衰竭（heart failure）造成的血流動力學變化，以及「前向衰竭」（forward failure）與「後向衰竭」（backward failure）的臨床表現。

左心室衰竭時，左心室無法有效將血液打入主動脈，會造成：

1. 心輸出量下降（reduced cardiac output）
2. 腎臟灌流量下降，啟動交感神經與腎素—血管張力素—醛固酮系統（RAAS）
3. 腎臟保留 $\ce{Na+}$ 與水分，使血容量增加
4. 血液回堵於肺循環，造成肺毛細血管靜水壓上升與肺水腫（pulmonary edema）
5. 液體滯留嚴重時可形成周邊水腫，包括下肢水腫

因此，依官方答案，本題選 （E）All of the above。

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解題方法

可將左心衰竭的影響分成「前向血流不足」與「血液回堵」兩條路徑：

$$\text{左心室收縮力下降} \rightarrow \text{心輸出量下降} \rightarrow \text{腎灌流下降} \rightarrow \text{RAAS 活化}$$

RAAS 的主要步驟為：

$$\text{腎素（renin）}$$

將肝臟產生的血管張力素原（angiotensinogen）切割成血管張力素 I（angiotensin I）：

$$\text{angiotensinogen} \xrightarrow{\text{renin}} \text{angiotensin I}$$

接著，血管張力素轉換酶（angiotensin-converting enzyme, ACE）將其轉換成血管張力素 II（angiotensin II）：

$$\text{angiotensin I} \xrightarrow{\text{ACE}} \text{angiotensin II}$$

血管張力素 II 會造成血管收縮，並刺激腎上腺皮質分泌醛固酮（aldosterone）。醛固酮作用於腎元遠曲小管與集合管，增加 $\ce{Na+}$ 再吸收，水分也隨之保留。

$$\text{心輸出量下降} \rightarrow \text{腎血流下降} \rightarrow \text{腎素增加} \rightarrow \text{angiotensin II 增加} \rightarrow \text{醛固酮增加} \rightarrow \text{水鈉滯留} \rightarrow \text{尿量下降與水腫}$$

同時，左心室泵血能力下降會使血液滯留在左心房與肺靜脈，造成肺循環壓力升高：

$$\text{左心室功能下降} \rightarrow \text{左心房壓力上升} \rightarrow \text{肺靜脈壓上升} \rightarrow \text{肺毛細血管靜水壓上升} \rightarrow \text{肺水腫}$$

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選項分析

（A）Reduced cardiac output

正確。心輸出量定義為：