國立中山大學 114 年 《普通生物及生化概論》

核心觀念

本題考查昆蟲的呼吸系統與循環系統如何彼此配合。

昆蟲採用氣管系統（tracheal system）呼吸。外界空氣經由氣門（spiracle）進入氣管（trachea），再分支成較細的氣管枝（tracheoles），直接延伸至組織細胞附近，使氧氣以擴散方式到達細胞；細胞產生的二氧化碳則沿相反方向排出。

昆蟲的循環系統屬於開放式循環系統（open circulatory system）。血淋巴（hemolymph）不在由動脈、靜脈與微血管構成的封閉管網中循環，而是流入血腔（hemocoel），直接浸潤器官。因此，昆蟲沒有脊椎動物所具有的典型毛細血管床（capillary beds）。

昆蟲氣管系統直接將氧氣送至組織，已經繞過血淋巴運輸氧氣的步驟，所以氣管不需要與毛細血管床相連。

解題方法

判斷本題的關鍵是先確認「毛細血管床」存在於何種循環系統。

封閉式循環系統中，血液依序流經：

$$\text{動脈} \rightarrow \text{小動脈} \rightarrow \text{毛細血管} \rightarrow \text{小靜脈} \rightarrow \text{靜脈}$$

毛細血管負責在血液與組織間進行氧氣、二氧化碳、養分與代謝廢物的交換。

昆蟲則採用：

$$\text{氣門} \rightarrow \text{氣管} \rightarrow \text{氣管枝} \rightarrow \text{組織細胞}$$

氧氣主要不經由血淋巴運送，而是直接由氣管枝送至細胞。因此，昆蟲氣管不需與毛細血管床形成連接。造成「沒有毛細血管床」的根本原因，就是昆蟲具有開放式循環系統。

所以正確答案為 (D)。

選項分析

(A) Insect capillaries are found only around the gut.

錯誤。昆蟲並不存在如脊椎動物般的典型毛細血管網，不能說昆蟲毛細血管只分布在腸道周圍。

昆蟲的血淋巴主要負責運送養分、荷爾蒙、免疫相關物質與代謝廢物，但通常不負責將氧氣輸送至全身組織。腸道周圍可能有血淋巴流動與器官間物質交換，但這不等同於真正的毛細血管床，也不是氣管不與毛細血管相連的原因。

核心觀念

本題考查神經元動作電位（action potential）期間的**絕對不應期（absolute refractory period）**及其分子機制。

電壓閘控鈉離子通道（voltage-gated $\ce{Na+}$ channel）具有兩個重要閘門：

1. Activation gate（活化閘門）：去極化時快速開啟，使 $\ce{Na+}$ 大量內流。
2. Inactivation gate（失活閘門）：通道開啟後迅速關閉，使通道進入失活狀態。

絕對不應期的定義是：無論刺激強度多大，都無法再次引發另一個動作電位。其直接原因是大部分電壓閘控 $\ce{Na+}$ 通道處於失活狀態，尚未恢復為可再次開啟的靜止狀態。

解題方法

判斷本題的關鍵，是辨認「絕對不應期」與「相對不應期」的差異：

• 絕對不應期：電壓閘控 $\ce{Na+}$ 通道失活，無法再次開啟。
• 相對不應期：部分 $\ce{Na+}$ 通道已恢復，但仍有較多 $\ce{K+}$ 通道開啟，膜電位可能處於過度極化狀態，因此必須較強刺激才能達到閾值。

動作電位的主要通道狀態如下：

$$\text{靜止狀態} \rightarrow \text{去極化：}\ce{Na+}\text{通道開啟} \rightarrow \text{失活：}\ce{Na+}\text{通道關閉} \rightarrow \text{再極化：}\ce{K+}\text{外流}$$

在絕對不應期，$\ce{Na+}$ 通道位於失活狀態，必須先經過再極化，使失活閘門重新開啟、通道恢復為可激活狀態，才能產生下一個動作電位。因此正確答案為 (B)。

選項分析

(A) The $\ce{K+}$ channels remain open, preventing the membrane from reaching the threshold potential.

錯誤。

動作電位後期確實有一段時間 $\ce{K+}$ 通道持續開啟，使 $\ce{K+}$ 外流並造成再極化，甚至過度極化。這主要是相對不應期的重要原因。

然而，絕對不應期的根本原因是電壓閘控 $\ce{Na+}$ 通道處於失活狀態，而不是單純因為 $\ce{K+}$ 通道開啟。即使刺激很強，失活的 $\ce{Na+}$ 通道仍無法立即重新開啟。

(B) The $\ce{Na+}$ channels are inactivated, preventing further depolarization despite strong stimuli.

正確。

電壓閘控 $\ce{Na+}$ 通道在快速開啟後，會因失活閘門關閉而進入失活狀態。此時通道不能再次開啟，$\ce{Na+}$ 無法再次大量內流，因此不能重新引發快速去極化。

核心觀念

本題考查神經元突觸整合（synaptic integration），尤其是興奮性突觸後電位（excitatory postsynaptic potential, EPSP）與抑制性突觸後電位（inhibitory postsynaptic potential, IPSP）的加總效果。

• EPSP 通常使突觸後膜去極化（depolarization），使膜電位接近動作電位閾值。
• IPSP 通常使膜電位超極化（hyperpolarization），或增加膜對 $\ce{Cl-}$、$\ce{K+}$ 的通透性，產生分流抑制（shunting inhibition）。
• 神經元是否產生動作電位，取決於軸丘與初始段的膜電位是否達到閾值：

$$V_m \geq V_{\text{threshold}}$$

當 EPSP 與 IPSP 同時出現時，兩者的影響會在時間與空間上整合。若抑制作用抵銷部分興奮作用，使總去極化幅度不足，膜電位便無法達到閾值。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是比較 EPSP 與 IPSP 對突觸後膜電位的總體影響：

$$\Delta V_{\text{net}} = \Delta V_{\text{EPSP}} + \Delta V_{\text{IPSP}}$$

由於 IPSP 具有抑制性，其電位變化方向會抵銷 EPSP 的去極化效果。因此，即使存在 EPSP，只要抵銷後的淨去極化不足以使膜電位達到閾值，就不會產生動作電位。

更完整地說，IPSP 的作用不一定只是單純造成超極化，也可能透過開啟 $\ce{Cl-}$ 或 $\ce{K+}$ 通道，增加膜電導，使 EPSP 所造成的電流被分流。無論是超極化或分流抑制，結果都是降低達到閾值的機率。

因此，最符合題意的是「EPSP 與 IPSP 的總和造成不足以達到閾值的淨膜電位變化」。

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選項分析

(A) The IPSP causes a transient inactivation of voltage-gated $\ce{Na+}$ channels, making depolarization impossible.

錯誤。

IPSP 的主要機轉是開啟抑制性配體門控通道，例如：

• 開啟 $\ce{Cl-}$ 通道，使膜電位接近氯離子的平衡電位；
• 開啟 $\ce{K+}$ 通道，使 $\ce{K+}$ 外流並造成超極化；
• 增加膜電導，產生分流抑制。

IPSP 不會使電壓門控 $\ce{Na+}$ 通道「暫時失活」到完全無法去極化。電壓門控 $\ce{Na+}$ 通道的失活主要發生在去極化期間，屬於動作電位本身的通道週期。IPSP 的抑制效果是降低膜電位，或分散 EPSP 電流，而非使去極化變得絕對不可能。

(B) The inhibitory synapse stabilizes the membrane potential at a level too positive to allow $\ce{Na+}$ channel activation.

錯誤。

核心觀念

本題考查「心肌與骨骼肌的興奮—收縮耦聯」及「強直收縮（tetanic contraction）」的差異。

強直收縮必須具備兩個條件：

1. 動作電位與不應期很短，使肌肉尚未完全舒張前便能接受下一次刺激。
2. 後續刺激引起細胞內 $\ce{Ca^{2+}}$ 再度升高，使單次收縮發生時間上的加成（summation）。

骨骼肌的動作電位短，絕對不應期約數毫秒；一次收縮通常持續時間較長，因此在肌肉尚未完全舒張前，仍可接受連續刺激，形成強直收縮。

心肌的動作電位具有明顯的高原期（plateau phase），使動作電位及絕對不應期大幅延長。不應期幾乎涵蓋整個收縮期，後續刺激到來時，心肌尚未恢復興奮性，因此不能產生收縮加成，也就不能形成強直收縮。

解題方法

判斷關鍵在於尋找「能延長心肌不應期，使刺激無法在收縮期間重複引發收縮」的機制。

心肌動作電位主要階段如下：

• 第 0 期：快速去極化
  由快速電壓門控 $\ce{Na+}$ 通道開啟造成。
• 第 1 期：初期再極化
  快速 $\ce{K+}$ 外流。
• 第 2 期：高原期
  L-type $\ce{Ca^{2+}}$ channels（L 型鈣離子通道）持續開啟，使 $\ce{Ca^{2+}}$ 內流；同時部分 $\ce{K+}$ 外流，兩者形成相對平衡。
• 第 3 期：再極化
  $\ce{Ca^{2+}}$ 通道關閉，$\ce{K+}$ 外流增加。
• 第 4 期：靜止膜電位
  回到約 $-90\ \text{mV}$。

第 2 期的 $\ce{Ca^{2+}}$ 內流不僅參與收縮，也延長了動作電位與絕對不應期。由於心肌的不應期與機械性收縮高度重疊，心肌無法在一次收縮尚未結束時再次接受有效刺激，因此不會發生 tetanus。

選項分析

(A) Cardiac muscle lacks functional T-tubules, preventing rapid excitation-contraction coupling.

錯誤。

心肌並非缺乏功能性 T 小管（T-tubules）。心室肌細胞具有 T 小管，可將細胞膜去極化訊號傳入細胞內部，促進興奮—收縮耦聯。

心肌與骨骼肌的差異在於 T 小管的排列及鈣離子釋放機制，而非心肌完全沒有 T 小管。心肌的 T 小管通常較少、直徑較大，且與單一終池形成 dyad（二聯體）；骨骼肌則常形成 triad（三聯體）。

(B) Cardiac muscle action potentials involve L-type $\ce{Ca^{2+}}$ channels, prolonging depolarization and refractory periods.

正確。

心肌動作電位第 2 期的 L 型 $\ce{Ca^{2+}}$ 通道開啟，造成持續性的慢速 $\ce{Ca^{2+}}$ 內流，形成高原期。此高原期會：

• 延長心肌動作電位；
• 延長絕對不應期；
• 使不應期涵蓋大部分收縮期；
• 防止下一次動作電位在前一次收縮尚未結束時產生。

因此，心肌無法接受高頻率刺激而產生收縮加成，遂避免強直收縮。

此外，心肌的 $\ce{Ca^{2+}}$ 內流會誘發肌漿網釋放更多 $\ce{Ca^{2+}}$，此機制稱為 calcium-induced calcium release（CICR，鈣誘發鈣釋放）：

$$\text{L-type } \ce{Ca^{2+}} \text{ channel} \rightarrow \ce{Ca^{2+}} \text{ 進入細胞} \rightarrow \text{RyR2 開啟} \rightarrow \ce{Ca^{2+}} \text{ 自肌漿網釋放}$$

這些 $\ce{Ca^{2+}}$ 與 troponin C 結合，促使 tropomyosin 移開，讓 actin 與 myosin 形成交叉橋並產生收縮。

核心觀念

本題考查人體雙循環（double circulation）中，紅血球由右心室（right ventricle, RV）回到右心房（right atrium, RA）所經過的微血管床（capillary bed）數量。

人體循環可分為：

1. 肺循環（pulmonary circulation）：右心室至左心房
2. 體循環（systemic circulation）：左心室至右心房

「微血管床」是指由小動脈分支形成微血管，再匯入小靜脈的一組微血管網。血液通過一個完整的循環區域時，至少會通過一個微血管床。

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解題方法

從右心室出發，依血液流向排列：

$$\text{右心室} \rightarrow \text{肺動脈} \rightarrow \boxed{\text{肺微血管床}} \rightarrow \text{肺靜脈} \rightarrow \text{左心房} \rightarrow \text{左心室} \rightarrow \text{主動脈} \rightarrow \boxed{\text{體微血管床}} \rightarrow \text{體靜脈} \rightarrow \text{右心房}$$

因此，紅血球必須依序通過：

1. 肺微血管床（pulmonary capillary bed）：在肺泡周圍進行氣體交換，使血液由缺氧血轉為含氧血。
2. 體微血管床（systemic capillary bed）：在身體組織進行氧氣、二氧化碳、養分及代謝廢物的交換。

總數為：

$$1+1=2$$

所以官方答案為 (B) two。

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選項分析

(A) one：錯誤

核心觀念

本題考查男性下視丘—腦下垂體—睪丸軸（hypothalamic–pituitary–gonadal axis, HPG axis）中，黃體生成素（luteinizing hormone, LH）的作用。

主要調控路徑如下：

$$\text{Hypothalamus} \xrightarrow{\text{GnRH}} \text{Anterior pituitary} \xrightarrow{\text{LH}} \text{Leydig cells} \xrightarrow{} \text{Testosterone}$$

在男性：

• LH 作用於睪丸間質細胞（Leydig cells），刺激 testosterone（睪固酮）合成。
• FSH 作用於支持細胞（Sertoli cells），促進精子發生、產生 androgen-binding protein（ABP），並分泌 inhibin B。
• Testosterone 與 inhibin B 對下視丘及腦下垂體形成主要的負回饋。

LH 與 Leydig cell 表面的 LH receptor 結合後，主要透過 G protein—adenylyl cyclase—cAMP—protein kinase A 路徑，增加膽固醇運輸及類固醇生成。

關鍵步驟包括：

$$\text{Cholesterol} \xrightarrow{\text{CYP11A1}} \text{Pregnenolone} \xrightarrow{\text{CYP17A1、3}\beta\text{-HSD 等}} \text{Androstenedione} \xrightarrow{\text{17}\beta\text{-HSD}} \text{Testosterone}$$

因此，LH 缺乏時，最直接受影響的是 Leydig cells 的 testosterone 生成。

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解題方法

判斷本題可先建立「激素—細胞—產物」對應關係：

激素	主要作用細胞	主要功能
LH	Leydig cells	合成 testosterone
FSH	Sertoli cells	支持精子發生、分泌 inhibin B

題幹指出男性無法產生 LH，直接沿著 LH 的作用路徑判斷：

$$\text{LH 缺乏} \Rightarrow \text{Leydig cell 受刺激減少} \Rightarrow \text{Testosterone 生成下降}$$

所以正確選項為 Leydig cells 無法正常產生 testosterone，即 (B)。

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選項分析

(A) His anterior pituitary is unable to produce FSH.

錯誤。

LH 與 FSH 都由腦下垂體前葉分泌，且共同受到下視丘 GnRH 的調控；但「無法產生 LH」不代表腦下垂體前葉也無法產生 FSH。

FSH 的分泌仍可受到 GnRH 刺激，並作用於 Sertoli cells。若 LH 缺乏，主要影響 Leydig cell 與 testosterone，而不是直接使腦下垂體前葉失去製造 FSH 的能力。

此外，FSH 的主要負回饋因子為 Sertoli cells 分泌的 inhibin B，不是 LH。

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(B) His Leydig cells are unable to produce testosterone.

正確。

LH 是刺激 Leydig cells 合成 testosterone 的主要激素。LH 與 Leydig cell 上的 LH receptor 結合後，活化 cAMP/PKA 訊息傳遞，促進：

核心觀念

本題考查三種含氮排泄物（nitrogenous waste）的毒性、水溶性與排泄所需水量：

含氮排泄物	主要特性	排泄優勢
Ammonia（氨）	毒性高、水溶性高	可迅速溶於水排出，但需大量水
Urea（尿素）	毒性低於氨、水溶性高	可降低毒性，適合以中等水量排出
Uric acid（尿酸）	毒性低、水溶性低	可形成糊狀或沉澱，僅需少量水排出

蛋白質與胺基酸分解會產生氨。氨可直接排出，但毒性高；陸生脊椎動物通常先將氨轉換成毒性較低的尿素。

在哺乳類的尿素循環（urea cycle）中，氨先形成 carbamoyl phosphate（氨甲醯磷酸），再依序經過 ornithine、citrulline、argininosuccinate 與 arginine，最後由 arginase（精胺酸酶）催化：

$$\text{Arginine} + \ce{H2O} \overset{\text{arginase}}{\longrightarrow} \text{Ornithine} + \text{Urea}$$

本題判斷的重點位於「各種含氮排泄物的水溶性與排泄代價」，不是比較其生成反應的能量成本。

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解題方法

逐一檢查每個排泄物的基本性質：

1. 毒性越低，越適合在體內暫時運輸或儲存。
2. 水溶性越高，越容易隨尿液或水排出。
3. 水溶性越低，越容易形成沉澱，排泄時所需水量較少。
4. 「需要少量水」通常對應低水溶性的尿酸；「需要大量水」通常對應高水溶性的氨。

因此，若選項宣稱尿素「非常不溶於水」，即與尿素的實際性質相反，該選項即為不正確配對。

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選項分析

(A) Urea has lower toxicity relative to ammonia.

正確。

尿素的毒性低於氨。氨在水中主要以 $\ce{NH3}$ 與 $\ce{NH4+}$ 形式存在，濃度升高會干擾細胞酸鹼平衡、神經功能與粒線體代謝。

生物將氨轉換成尿素，可降低游離氨的毒性。尿素雖然仍需排出，但相較於氨更適合在血液中運輸，因此此項的性質與排泄利益配對正確。

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核心觀念

本題考查 apoptosis（細胞凋亡）在細胞訊息傳遞中的功能與啟動機轉。

細胞凋亡是一種由細胞內部基因程式控制的「程式性細胞死亡」（programmed cell death）。它不是隨機破壞，而是由多條訊息傳遞路徑共同整合，透過 caspase（半胱天冬酶）級聯反應，有秩序地移除不需要、受損或具有潛在危險的細胞。

主要路徑包括：

1. 內在路徑（intrinsic pathway）

細胞受到 DNA damage、氧化壓力或生長因子缺乏等刺激後，促凋亡蛋白 BAX、BAK 促使粒線體外膜通透化（MOMP），使 cytochrome c（細胞色素 c）釋放至細胞質。cytochrome c 與 Apaf-1 組成 apoptosome，活化 initiator caspase-9，接著活化 executioner caspase-3、-6、-7。

$\text{Cytochrome c}+\text{Apaf-1}\rightarrow\text{apoptosome}\rightarrow\text{caspase-9}\rightarrow\text{caspase-3,-6,-7}$

2. 外在路徑（extrinsic pathway）

細胞表面的 death receptor（死亡受體），如 Fas（CD95）或 TNF receptor，接受外部配體後，透過 adaptor protein 組成 DISC（death-inducing signaling complex），活化 initiator caspase-8 或 caspase-10，再活化 executioner caspases。

$\text{Death receptor}\rightarrow\text{DISC}\rightarrow\text{caspase-8/-10}\rightarrow\text{caspase-3,-6,-7}$

兩條路徑最後都會活化 executioner caspases，使細胞骨架、核蛋白與 DNA 修復相關蛋白被切割，形成細胞皺縮、染色質濃縮、DNA fragmentation 及 apoptotic bodies（凋亡小體），並由鄰近細胞或吞噬細胞清除。

解題方法

題幹問的是 apoptosis 在「cell signaling」中的角色，判斷重點有三個：

• 是否為受調控、具程式性的過程；
• 是否整合內在與外在訊息；
• 是否以有系統的方式移除細胞。

符合這三項描述的是 整合多條訊息傳遞路徑，系統性地移除細胞，因此選擇 B。

選項分析

(A) It randomly destroys cells when there is excess growth.

錯誤。Apoptosis 並非隨機破壞細胞，而是高度調控的程式性細胞死亡。細胞過度增生時，apoptosis 確實能協助維持組織恆定，但其啟動與執行具有特定訊號、蛋白質及 caspase 級聯反應，不是隨機發生。

核心觀念

血腦障壁（blood-brain barrier, BBB）主要由腦微血管內皮細胞（brain microvascular endothelial cells）構成，並結合：

• 內皮細胞間的緊密連結（tight junctions）
• 基底膜（basement membrane）
• 周細胞（pericytes）
• 星狀膠細胞（astrocytes）的終足（end-feet）
• 選擇性轉運蛋白與代謝酵素

BBB 的主要功能是維持中樞神經系統（central nervous system, CNS）內環境穩定，使離子、營養物、神經傳導物質及毒性物質的進出受到嚴格調控。

其中，BBB 可限制許多血液中免疫細胞及免疫分子進入腦實質，降低過度發炎與免疫反應對神經元的傷害。因此，本題官方答案為 (C)。

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解題方法

判斷各選項時，掌握 BBB 的三項基本特徵：

1. BBB 不是完全封閉，而是「選擇性通透」。
2. 小型脂溶性分子通常較容易穿過 BBB。
3. 大型、帶電或親水性分子，以及許多免疫細胞，通常需要特殊轉運機制，甚至受到限制。

題目問的是 BBB 在維持 CNS homeostasis（中樞神經系統恆定）中的主要功能。最符合上述特徵者，是限制循環血液中的許多免疫細胞進入腦部，以控制神經發炎與免疫刺激。

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選項分析

(A) It prevents the diffusion of small lipophilic molecules, ensuring strict metabolic control within the brain.

錯誤。

小型脂溶性分子（small lipophilic molecules）通常可直接穿過細胞膜的脂質雙層，因此也較容易通過 BBB，例如：

• 氧氣（$\ce{O2}$）
• 二氧化碳（$\ce{CO2}$）
• 部分麻醉劑
• 類固醇激素

BBB 主要限制的是大型分子、親水性分子、帶電物質及細胞的自由通過，而不是阻止所有小型脂溶性分子。腦部的代謝控制主要依靠選擇性轉運、代謝酵素及血流調節，而非完全阻止脂溶性分子擴散。

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(B) It allows selective passive diffusion of hydrophilic neurotransmitters, facilitating rapid neuronal signaling.

錯誤。

親水性神經傳導物質（hydrophilic neurotransmitters）通常具有極性或帶電，無法自由穿過內皮細胞的脂質雙層。BBB 的緊密連結也大幅減少細胞間隙通路（paracellular pathway）。

例如，$\ce{GABA}$、glutamate（麩胺酸）及 dopamine（多巴胺）等神經傳導物質，並非透過 BBB 進行選擇性被動擴散。神經元之間的快速訊號傳遞，是由突觸釋放神經傳導物質及其受體作用完成，而不是依賴血液中的神經傳導物質穿越 BBB。

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核心觀念

本題考查「細胞內受體（intracellular receptor）」與「細胞膜受體（cell-surface receptor）」的差異，以及受體二聚化（dimerization）在荷爾蒙訊息傳遞中的作用。

細胞內受體通常接受脂溶性荷爾蒙，例如 steroid hormones。其典型機轉為：

1. 荷爾蒙穿過細胞膜。
2. 與細胞質或細胞核內的受體結合。
3. 受體發生構形改變並二聚化。
4. 荷爾蒙－受體複合體進入細胞核，或直接在細胞核內作用。
5. 結合 DNA 上的荷爾蒙反應元件（hormone response element, HRE），例如 glucocorticoid response element（GRE）。
6. 招募共活化因子（coactivators）及 RNA polymerase II，調控目標基因轉錄。

因此，若突變使細胞內受體無法在荷爾蒙結合後二聚化，最直接受損的是「荷爾蒙誘導的基因轉錄」。

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解題方法

先判斷每個選項所涉及的荷爾蒙，其受體位於細胞內或細胞膜上：

• 細胞內受體：cortisol 等 steroid hormones。
• 細胞膜受體：insulin、epinephrine、PTH、GH。

題幹特別指出是「intracellular receptors」，因此應鎖定使用細胞內受體的荷爾蒙反應。五個選項中，只有 cortisol 透過細胞內 glucocorticoid receptor（GR）直接調控基因轉錄，故選擇 (C)。

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選項分析

(A) Insulin-mediated glucose uptake in muscle cells

錯誤。Insulin 的受體是細胞膜上的 insulin receptor，屬於 receptor tyrosine kinase（RTK）。

Insulin 結合後，受體的 $\beta$ 次單元酪胺酸殘基發生自體磷酸化，接著依序活化：

$$\text{Insulin receptor} \rightarrow \text{IRS-1/2} \rightarrow \text{PI3K} \rightarrow \text{PIP}_3 \rightarrow \text{PDK1/Akt}$$

Akt 會磷酸化 AS160（TBC1D4），促使 GLUT4-containing vesicles 移動至細胞膜，使肌肉細胞增加葡萄糖攝取。

此路徑的關鍵是膜上 RTK、IRS、PI3K、Akt 與 GLUT4，不是細胞內受體二聚化。Insulin receptor 本身為預先形成的 $\alpha_2\beta_2$ 複合體，並非題幹所指的「荷爾蒙結合後，細胞內受體二聚化」。

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(B) Epinephrine-induced glycogen breakdown in hepatocytes

錯誤。Epinephrine 的主要受體是細胞膜上的 G protein-coupled receptor（GPCR），不是細胞內受體。

其主要訊息傳遞路徑包括：

$$\beta_2\text{-adrenergic receptor} \rightarrow G_s \rightarrow \text{adenylyl cyclase} \rightarrow \text{cAMP} \rightarrow \text{PKA}$$

PKA 會活化 phosphorylase kinase，進而活化 glycogen phosphorylase，使肝醣分解為 glucose-1-phosphate：

$$\text{Glycogen} \xrightarrow{\text{glycogen phosphorylase}} \text{Glucose-1-phosphate}$$

Epinephrine 也可經由 $\alpha_1$-adrenergic receptor、$G_q$、PLC、IP$_3$ 及 $\ce{Ca^{2+}}$ 路徑，增加 phosphorylase kinase 活性。

整條路徑位於細胞膜受體與細胞質訊息傳遞層級，不需要 intracellular receptor 二聚化。

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(C) Cortisol-induced transcriptional activation in target tissues

正確。Cortisol 是脂溶性 steroid hormone，可直接穿過細胞膜，與細胞質中的 glucocorticoid receptor（GR）結合。

未結合 cortisol 時，GR 通常與 heat-shock proteins，例如 HSP90，形成複合體。Cortisol 結合後，受體構形改變、釋放部分伴護蛋白，並形成 GR 二聚體。之後：

核心觀念

本題考查酵素抑制作用中「競爭性抑制」的定義與動力學特徵。

競爭性抑制劑（competitive inhibitor）通常具有與正常受質（substrate）相似的結構，可與受質競爭酵素的活性部位（active site）。抑制劑與酵素形成可逆性的酵素—抑制劑複合體：

$$E+I \rightleftharpoons EI$$

正常反應則為：

$$E+S \rightleftharpoons ES \rightarrow E+P$$

其中：

• $E$：酵素（enzyme）
• $S$：受質（substrate）
• $I$：抑制劑（inhibitor）
• $P$：產物（product）

競爭性抑制劑與受質爭奪同一個活性部位，因此當受質濃度增加時，可降低抑制劑的競爭效果。

解題方法

題幹出現四個關鍵描述：

1. reversible inhibitors：可逆性抑制劑
2. resemble the typical substrate molecule：類似典型受質分子
3. compete for the binding of the active site：競爭活性部位的結合
4. inhibit the enzyme’s action：抑制酵素作用

這四項正是競爭性抑制劑的標準定義，因此答案為 competitive inhibitors。

在 Michaelis–Menten 動力學中，競爭性抑制的速率式可表示為：

$$v=\frac{V_{\max}[S]}{\alpha K_m+[S]}$$

其中：

$$\alpha=1+\frac{[I]}{K_i}$$

競爭性抑制的特徵為：

• $V_{\max}$ 不變
• 表觀 $K_m$ 增加
• 增加受質濃度可部分克服抑制作用
• Lineweaver–Burk plot 的各直線在 $y$ 軸截距相同

原因是高濃度受質能與抑制劑競爭活性部位，使酵素仍有機會形成 $ES$ 複合體。

選項分析

(A) Non-competitive inhibitors

核心觀念

本題考查不同細胞死亡型態的定義與分子機轉。題幹關鍵字為：

• iron dependence（依賴鐵）
• accumulation of lipid peroxides（脂質過氧化物累積）

同時符合這兩項特徵的細胞死亡型態是 ferroptosis（鐵死亡）。

Ferroptosis 是一種受調控的細胞死亡形式，其核心機轉包括：

1. 細胞內可反應鐵，尤其是 $\ce{Fe^{2+}}$，增加氧化壓力。
2. 多元不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFAs）被接到膜磷脂上，形成容易被氧化的 PUFA-containing phospholipids。
3. 脂質過氧化反應持續進行，累積 lipid hydroperoxides。
4. 抗氧化系統失效，尤其是 GSH–GPX4 系統受抑制。

正常情況下，glutathione peroxidase 4（GPX4）利用還原型穀胱甘肽（GSH）將脂質過氧化物還原：

$$\ce{Lipid-OOH + 2GSH ->[GPX4] Lipid-OH + GSSG + H2O}$$

當 GSH 耗竭、GPX4 活性降低，或 PUFA 脂質氧化過度時，脂質過氧化物便會累積，最終破壞細胞膜並造成 ferroptosis。

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解題方法

本題不需要計算，採用「題幹關鍵特徵對應細胞死亡類型」即可判斷。

判斷順序如下：

1. 看到 iron dependence，優先聯想到 ferroptosis。
2. 看到 lipid peroxides accumulation，進一步確認其核心為脂質過氧化。
3. 其他細胞死亡型態雖可能伴隨氧化壓力或膜破裂，但並非以「鐵依賴性脂質過氧化」作為定義。

Ferroptosis 中，鐵可透過 Fenton chemistry 促進自由基形成：

$$\ce{Fe^{2+} + H2O2 -> Fe^{3+} + OH^- + ^.OH}$$

產生的 hydroxyl radical（羥基自由基）可啟動膜脂肪酸的連鎖氧化反應。相關調控分子包括：

• ACSL4（acyl-CoA synthetase long-chain family member 4）：促進 PUFA 活化。
• LPCAT3（lysophosphatidylcholine acyltransferase 3）：促進 PUFA 裝載至磷脂。
• GPX4：清除脂質過氧化物，是 ferroptosis 的主要抑制因子。
• System $\mathrm{x_c^-}$：輸入 cystine 以合成 GSH；其受抑制會使 GSH 下降並促進 ferroptosis。

因此，題幹所描述的定義直接指向 D. Ferroptosis。

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選項分析

(A) Anoikis

Anoikis（失巢凋亡）是細胞因失去與細胞外基質的正常附著而誘發的細胞死亡，屬於一種特殊情境下的 apoptosis。

細胞脫離基質後，integrin-mediated signaling、FAK（focal adhesion kinase）及存活訊號下降，並可啟動 mitochondrial apoptotic pathway，例如：

$$\text{Cytochrome }c \rightarrow \text{Apaf-1 apoptosome} \rightarrow \text{caspase-9} \rightarrow \text{caspase-3/7}$$

Anoikis 的主要特徵是「失去附著」，不是鐵依賴性與脂質過氧化物累積，因此錯誤。

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(B) Apoptosis

Apoptosis（細胞凋亡）是高度調控、通常不引起明顯發炎反應的細胞死亡型態。其典型特徵包括：

• 細胞皺縮
• 染色質濃縮
• DNA fragmentation
• apoptotic body 形成
• 細胞膜通常維持完整，之後被吞噬

主要路徑包括：

核心觀念

本題考查「適合以擴散進行物質交換的上皮組織」所具備的構造特徵。

擴散速率與下列因素有關：

$$\text{擴散速率} \propto \frac{A \times \Delta C}{d}$$

其中：

• $A$：交換表面積（surface area）
• $\Delta C$：物質在膜兩側的濃度差
• $d$：擴散距離或屏障厚度

因此，若組織專門進行氣體交換，應具備：

1. 上皮薄：降低擴散距離 $d$。
2. 表面積大：增加可供氣體通過的範圍 $A$。
3. 較大的表面積／體積比：提升整體交換效率。

肺泡的主要上皮為單層鱗狀上皮（simple squamous epithelium），其細胞扁平且薄，肺部則具有大量肺泡以提供廣大的交換表面積，適合氧氣與二氧化碳進行擴散。

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解題方法

將選項拆成兩個判斷條件：

• 厚或薄：擴散距離應越短越好，因此選「薄」。
• 表面積大或小：交換範圍應越大越好，因此選「大」。

符合條件的組合為：

$$\text{薄}+\text{較大的表面積}$$

所以正確答案為 (A)。

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選項分析

(A) thin with a relatively large surface area

正確。薄的上皮可縮短氧氣與二氧化碳的擴散距離；較大的表面積可增加氣體交換範圍。肺泡上皮正具有這些特徵。

(B) thick with a relatively large surface area

核心觀念

Cell signaling（細胞訊息傳遞）通常依序分為三個主要階段：

1. Reception（接收）：訊號分子（signaling molecule，又稱 ligand，配體）與特定受體（receptor）結合。
2. Transduction（轉導）：受體活化後，透過蛋白質交互作用、磷酸化級聯反應或第二訊息分子（second messenger）將訊號傳遞至細胞內。
3. Response（反應）：細胞產生特定反應，例如基因表現改變、酵素活性改變、細胞骨架重組或細胞分裂。

本題依照普通生物學常用的「三階段模型」判斷，正式列出的階段為 reception、transduction 與 response；termination（終止）不列為三個主要階段之一。

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解題方法

逐一比對選項與細胞訊息傳遞的三階段定義：

$$\text{Reception} \rightarrow \text{Transduction} \rightarrow \text{Response}$$

題目問的是「NOT a stage」，因此找出不在上述三階段中的選項即可。

• reception：屬於第一階段。
• transduction：屬於第二階段。
• response：屬於第三階段。
• termination：雖然是訊息傳遞的重要調控過程，但不屬於此三階段模型中的正式階段。

因此選擇 (C) termination。

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選項分析

(A) reception（接收）— 正確

Reception 是細胞訊息傳遞的第一階段。細胞外的訊號分子必須先與受體結合，細胞才能辨識該訊號。

受體可位於：

• 細胞膜上，例如 G protein-coupled receptor（GPCR，G 蛋白偶聯受體）與 receptor tyrosine kinase（RTK，受體型酪胺酸激酶）。
• 細胞質或細胞核內，例如 steroid hormone receptor（類固醇激素受體）。

例如，epinephrine（腎上腺素）與細胞膜上的 $\beta$-adrenergic receptor（$\beta$-腎上腺素受體）結合，即屬於 reception。

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(B) transduction（轉導）— 正確

Transduction 是將受體接收到的訊號轉換並傳入細胞內的階段，常涉及訊號傳遞級聯反應。

以 GPCR 為例，基本路徑可表示為：

$$\text{Ligand} \rightarrow \text{GPCR} \rightarrow \text{G protein} \rightarrow \text{adenylyl cyclase} \rightarrow \text{cAMP} \rightarrow \text{protein kinase A}$$

其中：

• adenylyl cyclase（腺苷酸環化酶）催化 ATP 形成 cAMP。
• cAMP（環磷酸腺苷）是第二訊息分子。
• protein kinase A（蛋白激酶 A，PKA）被活化後，可磷酸化下游蛋白質。

此一連串訊號轉換與放大均屬於 transduction。

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(C) termination（終止）— 錯誤選項，為本題答案

核心觀念

本題考查「第二訊息者（second messenger）」的定義與典型訊息傳遞機轉。

細胞外的第一訊息者（first messenger），如荷爾蒙或神經傳遞物，與細胞膜受體結合後，會啟動細胞內訊息傳遞。由受體活化所產生、負責在細胞內放大並傳遞訊號的小分子或離子，稱為第二訊息者。

常見第二訊息者包括：

• $cAMP$
• $cGMP$
• $\ce{Ca^{2+}}$
• inositol trisphosphate（$IP_3$）
• diacylglycerol（DAG）
• nitric oxide（NO）

解題方法

逐一判斷各選項是否屬於「受體活化後，在細胞內快速產生或釋放，並直接調控下游訊息傳遞」的分子。

典型路徑如下：

1. $cAMP$ 路徑
   G protein-coupled receptor（G 蛋白偶聯受體）活化 $G_s$，刺激 adenylyl cyclase（腺苷酸環化酶）：

$\ce{ATP ->[adenylyl\ cyclase] cAMP + PP_i}$

$cAMP$ 再活化 protein kinase A（PKA）。

2. $IP_3$ 路徑
   受體活化 phospholipase C（PLC），PLC 水解膜上的 phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate（$PIP_2$）：

$\ce{PIP2 ->[PLC] IP3 + DAG}$

$IP_3$ 擴散至內質網，促使內質網釋放 $\ce{Ca^{2+}}$；DAG 則留在細胞膜上，與 $\ce{Ca^{2+}}$ 共同活化 protein kinase C（PKC）。

3. NO 路徑
   nitric oxide synthase（NOS）由 L-arginine 合成 NO。NO 可擴散進入鄰近細胞，活化 soluble guanylyl cyclase（可溶性鳥苷酸環化酶），增加 $cGMP$。

上述 $cAMP$、$IP_3$、NO 與 $\ce{Ca^{2+}}$ 都符合第二訊息者的典型特徵。acetyl-CoA 則是代謝中間物與乙醯基供體，不屬於經典第二訊息者。

選項分析

(A) acetyl-CoA——正確答案

acetyl-CoA（乙醯輔酶 A）是重要的代謝中間物，參與多條代謝途徑，包括：

• 丙酮酸進入粒線體後，由 pyruvate dehydrogenase complex（丙酮酸去氫酶複合體）轉化為 acetyl-CoA
• 進入 citric acid cycle（檸檬酸循環）
• 脂肪酸合成
• 膽固醇合成
• 蛋白質與組蛋白的乙醯化反應

其主要功能是攜帶乙醯基，並非典型由膜受體刺激後產生的細胞內訊號分子。acetyl-CoA 也不是經典的可擴散第二訊息者，因此不列為 second messenger。

需注意的是，acetyl-CoA 的細胞內濃度可影響代謝調控與組蛋白乙醯化，具有代謝感測及表觀遺傳調節作用；但此種「代謝調節分子」概念，不能取代教科書中 second messenger 的經典定義。依本題與官方答案的分類，A 為唯一不屬於第二訊息者。

(B) inositol trisphosphate（$IP_3$）——錯誤選項

核心觀念

尿素（urea）中的兩個氮原子來源不同：

1. 一個氮來自游離氨（$\ce{NH3}$），先形成 carbamoyl phosphate（氨甲醯磷酸）。
2. 另一個氮直接來自 aspartate（天門冬胺酸）。

尿素循環（urea cycle）的總反應可概念化表示為：

$$\ce{NH3 + HCO3^- + aspartate + 3 ATP -> urea + fumarate + 2 ADP + AMP + 2 Pi}$$

因此，本題關鍵在於辨認「直接提供尿素第二個氮原子的中間物」。

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解題方法

沿著尿素循環追蹤兩個氮原子的來源：

1. 在粒線體中，$\ce{NH3}$ 經 carbamoyl phosphate synthetase I（CPS I，氨甲醯磷酸合成酶 I）催化，形成 carbamoyl phosphate。
2. Carbamoyl phosphate 將其 carbamoyl group 轉移給 ornithine（鳥胺酸），形成 citrulline（瓜胺酸）。
3. Citrulline 與 aspartate 在 cytosol 中經 argininosuccinate synthetase（精胺基琥珀酸合成酶）作用，形成 argininosuccinate（精胺基琥珀酸）。
4. Argininosuccinate 經 argininosuccinate lyase（精胺基琥珀酸裂解酶）分解為 arginine（精胺酸）與 fumarate（延胡索酸）。
5. Arginine 經 arginase（精胺酸酶）水解產生 urea 與 ornithine。

其中，aspartate 的胺基在 argininosuccinate formation 這一步被帶入尿素循環，最後成為尿素的第二個氮原子。因此正確答案為 (D) aspartate。

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關鍵反應與氮原子來源

尿素循環中的關鍵步驟如下：

$$\ce{NH3 + HCO3^- + 2 ATP -> carbamoyl\ phosphate}$$

酵素為 carbamoyl phosphate synthetase I。這一步引入尿素的第一個氮。

接著：

$$\ce{ornithine + carbamoyl\ phosphate -> citrulline}$$

酵素為 ornithine transcarbamylase（鳥胺酸轉氨甲醯酶）。

之後：

$$\ce{citrulline + aspartate + ATP -> argininosuccinate}$$

酵素為 argininosuccinate synthetase。Aspartate 提供的胺基氮在此步驟進入循環，並於最後形成尿素。

最後：

$$\ce{arginine + H2O -> ornithine + urea}$$

酵素為 arginase。尿素中的兩個氮分別來自：

• $\ce{NH3}$：經 carbamoyl phosphate 引入
• aspartate：提供第二個氮

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選項分析

核心觀念

本題考查粒線體電子傳遞鏈（mitochondrial respiratory chain）各複合體是否能將質子（$\ce{H+}$）由粒線體基質（matrix）泵至膜間腔（intermembrane space），以建立跨內膜的質子電化學梯度（proton-motive force）。

電子傳遞鏈位於粒線體內膜，主要電子流向如下：

$$\ce{NADH -> Complex I -> CoQ -> Complex III -> cytochrome c -> Complex IV -> O2}$$

琥珀酸則經由 Complex II 將電子送入電子傳遞鏈：

$$\ce{Succinate -> FADH2 -> Complex II -> CoQ}$$

其中，能直接泵出質子的複合體為：

• Complex I：泵出 $\ce{H+}$
• Complex III：經由 Q cycle 建立質子梯度
• Complex IV：泵出 $\ce{H+}$，並利用基質中的 $\ce{H+}$ 將 $\ce{O2}$ 還原成水

解題方法

判斷各選項是否「contribute to the proton gradient」時，應區分兩種角色：

1. 是否直接將 $\ce{H+}$ 從基質泵入膜間腔。
2. 是否只是傳遞電子，沒有跨膜泵質子功能。

Complex II 僅負責將琥珀酸氧化產生的電子傳給輔酶 Q（coenzyme Q, ubiquinone），本身沒有質子泵功能。因此，Complex II 不直接貢獻跨內膜的質子梯度。

每氧化一分子 NADH，通常由 Complex I、III、IV 合計泵出約 10 個 $\ce{H+}$；每氧化一分子 FADH₂，因電子從 Complex II 進入，繞過 Complex I，通常約泵出 6 個 $\ce{H+}$。

選項分析

(A) Complex I

Complex I 又稱 NADH dehydrogenase（NADH 脫氫酶複合體），接受 NADH 的電子，將 $\ce{NAD+}$ 生成，並把電子傳給 CoQ：

$$\ce{NADH + H+ + CoQ -> NAD+ + QH2}$$

電子傳遞所釋放的能量會驅動 Complex I 將基質中的 $\ce{H+}$ 泵至膜間腔，約每 2 個電子泵出 4 個 $\ce{H+}$。

因此，Complex I 會建立質子梯度。本選項錯誤。

(B) Complex II

Complex II 又稱 succinate dehydrogenase（琥珀酸脫氫酶），同時也是檸檬酸循環的一部分。它催化：

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

核心觀念

本題考查嘌呤（purine）分解代謝中，鳥嘌呤（guanine）的去胺反應。

Guanine deaminase（鳥嘌呤去胺酶）催化 guanine 的水解去胺，將胺基移除並形成 xanthine（黃嘌呤）：

$$\text{Guanine}+\ce{H2O} \longrightarrow \text{Xanthine}+\ce{NH3}$$

在嘌呤分解代謝中，guanine 先經由 guanine deaminase 轉變為 xanthine，接著由 xanthine oxidase（黃嘌呤氧化酶）氧化成 uric acid（尿酸）：

$$\text{Guanine} \xrightarrow{\text{guanine deaminase}} \text{Xanthine} \xrightarrow{\text{xanthine oxidase}} \text{Uric acid}$$

因此，本題的關鍵是辨認「guanine deaminase」所催化的直接反應。

解題方法

看到酵素名稱中的 deaminase（去胺酶），應先判斷其作用是移除含氮鹼基上的胺基。Guanine 去除胺基後，會形成結構相對應的 oxopurine 產物 xanthine。

代謝路徑可整理如下：

$$\text{Guanine} \overset{\text{guanine deaminase}}{\longrightarrow} \text{Xanthine} \overset{\text{xanthine oxidase}}{\longrightarrow} \text{Uric acid}$$

所以 guanine deaminase 的功能是將 guanine 轉換為 xanthine。

選項分析

(A) conversion of guanine to xanthine

正確。Guanine deaminase 催化 guanine 去胺，產生 xanthine 與氨：

$$\text{Guanine}+\ce{H2O} \rightarrow \text{Xanthine}+\ce{NH3}$$

這是嘌呤分解代謝中 guanine 被轉化為 xanthine 的步驟。

(B) conversion of inosine to guanine

錯誤。Inosine（肌苷）是次黃嘌呤（hypoxanthine）與 ribose 組成的 nucleoside。Inosine 分解時可先由 purine nucleoside phosphorylase（嘌呤核苷磷酸化酶）產生 hypoxanthine，並非轉化為 guanine。

此外，guanine deaminase 的受質是 guanine，不是 inosine；其反應是去胺，而非核苷轉換或鳥嘌呤合成。

(C) conversion of xanthine to uric acid

錯誤。Xanthine 轉換為 uric acid 是 xanthine oxidase 催化的氧化反應：

核心觀念

本題考查酮體生成（ketogenesis）的荷爾蒙調控、肝臟酮體利用能力，以及脂肪酸氧化與酮體生成的關係。

酮體主要包括：

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

在飢餓、低醣或糖尿病等胰島素不足狀態下，脂肪組織釋放大量游離脂肪酸（free fatty acids, FFA）。FFA 進入肝臟後進行 β-氧化，產生大量乙醯輔酶 A（acetyl-CoA），再進入酮體生成途徑。

肝臟粒線體中的主要反應如下：

$$2\ \ce{Acetyl-CoA} \xrightarrow{\text{thiolase}} \ce{Acetoacetyl-CoA}$$ $$\ce{Acetoacetyl-CoA + Acetyl-CoA + H2O} \xrightarrow{\text{HMG-CoA synthase}} \ce{HMG-CoA}$$ $$\ce{HMG-CoA} \xrightarrow{\text{HMG-CoA lyase}} \ce{Acetoacetate + Acetyl-CoA}$$

乙醯乙酸可再轉變為 β-羥基丁酸。酮體離開肝臟後，供腦、心肌與骨骼肌作為能量來源。

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解題方法

逐一判斷三個敘述：

1. 胰島素是促進脂肪合成與抑制脂肪分解的荷爾蒙，因此通常抑制酮體生成。
2. 肝臟缺乏利用酮體所需的關鍵酵素，因此能製造酮體但不能利用酮體。
3. 升糖素促進脂肪酸氧化，使肝臟產生更多乙醯輔酶 A，因而促進酮體生成。

因此，正確敘述為 II、III，答案為（B）。

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選項分析

I. High levels of insulin stimulate ketogenesis by increasing acetyl-CoA availability.

錯誤。

高濃度胰島素整體上會抑制酮體生成，主要機制包括：

• 抑制脂肪細胞的 hormone-sensitive lipase（荷爾蒙敏感性脂解酶），降低三酸甘油酯分解。
• 減少游離脂肪酸釋放至血液。
• 促進肝臟脂肪酸合成與酯化。
• 增加 malonyl-CoA；malonyl-CoA 會抑制 carnitine palmitoyltransferase I（CPT-I），降低脂肪酸進入粒線體進行 β-氧化。

CPT-I 受到抑制後，肝臟 β-氧化減弱，乙醯輔酶 A 供應下降，酮體生成自然減少。

雖然胰島素促進醣解，可能增加丙酮酸進入粒線體並形成乙醯輔酶 A，但這並不代表會促進酮體生成；在胰島素作用下，乙醯輔酶 A 通常進入檸檬酸循環或用於脂肪合成，且脂肪酸氧化及脂解均受到抑制。因此本敘述的主要判斷錯誤在於把胰島素誤認為酮體生成的促進因子。

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II. The liver lacks $\beta$-ketoacyl-CoA transferase, preventing ketone body utilization.

正確。

此酵素通常稱為：

核心觀念

本題考查粒線體氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）中，ATP synthase（ATP 合成酶，Complex V）及其抑制劑 oligomycin（寡黴素）的作用位置。

電子傳遞鏈位於粒線體內膜，電子依序經過：

$$\ce{NADH -> Complex I -> CoQ -> Complex III -> cytochrome c -> Complex IV -> O2}$$

其中 Complex I、III、IV 將質子 $\ce{H+}$ 從基質（matrix）泵送至膜間腔（intermembrane space），建立質子電化學梯度（proton-motive force）。之後，$\ce{H+}$ 經由 ATP synthase 的 $\ce{F_O}$ 質子通道回到基質，驅動 $\ce{F_1}$ 部分催化：

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

Oligomycin 會結合 ATP synthase 的 $\ce{F_O}$ 部分，直接阻塞 $\ce{H+}$ 通過內膜的通道，使質子回流受阻，因而抑制 ATP 合成。

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解題方法

判斷這類題目時，先辨認藥物作用於氧化磷酸化的哪一個位置：

1. Complex I、III、IV：屬於電子傳遞鏈成分。
2. ATP synthase：負責利用質子梯度合成 ATP。
3. Uncoupler（解偶聯劑）：消除質子梯度，使電子傳遞與 ATP 合成脫鉤。
4. Cytochrome c：位於 Complex III 與 Complex IV 之間，負責傳遞電子。

Oligomycin 的關鍵字是「阻塞 ATP synthase 的質子通道」，不是抑制電子傳遞鏈中的某一個 Complex，也不是解偶聯。因此正確選項為 B。

Oligomycin 作用後的連鎖結果為：

$$\text{阻塞 } \ce{H+} \text{ 回流} \rightarrow \text{ATP synthase 無法正常運轉} \rightarrow \text{ATP 生成下降}$$

由於質子持續被泵出但無法有效回流，膜間腔與基質之間的質子梯度升高，進一步使電子傳遞鏈缺乏足夠的質子回流驅動力，電子傳遞速率也會受到次級抑制。

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選項分析

(A) inhibition of Complex I：錯誤

Complex I 又稱 NADH dehydrogenase（NADH 脫氫酶），負責接收 NADH 的電子，將電子傳給 ubiquinone（泛醌，CoQ），並泵送 $\ce{H+}$。

其主要反應可概念化表示為：

$$\ce{NADH + H+ + CoQ -> NAD+ + CoQH2}$$

抑制 Complex I 的代表性抑制劑包括 rotenone（魚藤酮）。Oligomycin 並不直接作用於 Complex I，而是作用於 ATP synthase 的 $\ce{F_O}$ 質子通道。

(B) blocking of ATP synthase proton channel：正確

ATP synthase 包含：

核心觀念

本題考查膽固醇生合成（cholesterol biosynthesis）的多層次調控，尤其是關鍵限速酵素 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase（HMG-CoA reductase，HMG-CoA 還原酶） 的調節。

膽固醇合成路徑的關鍵步驟為：

1. 乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）經由 HMG-CoA synthase 形成 HMG-CoA。
2. HMG-CoA 經由 HMG-CoA reductase，利用 NADPH 還原成 mevalonate（甲羥戊酸）。
3. Mevalonate 後續形成 isoprenoid intermediates、squalene（角鯊烯）、lanosterol（羊毛固醇），最後生成 cholesterol（膽固醇）。

其中，HMG-CoA reductase 催化的反應通常視為膽固醇生合成的主要限速步驟：

$$\ce{HMG-CoA + 2 NADPH + 2 H+ -> Mevalonate + CoA-SH + 2 NADP+}$$

因此，細胞若要在短時間內快速調整膽固醇合成速率，最有效的方式就是調節 HMG-CoA reductase 的活性與穩定性。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是區分膽固醇生合成的：

• 短期調控（short-term regulation）：數秒至數分鐘內改變既有酵素活性，主要透過磷酸化／去磷酸化、變構調節及酵素降解。
• 長期調控（long-term regulation）：數小時至數天內改變酵素的合成量，主要透過基因轉錄調控。

接著逐一檢查各選項是否符合膽固醇生合成的已知調控機制。短期調控的核心是 HMG-CoA reductase，因此正確答案為 C。

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選項分析

(A) involves transcriptional regulation but not covalent regulation

錯誤。

膽固醇生合成確實涉及 轉錄調控（transcriptional regulation）。當細胞內膽固醇濃度降低時，SREBP-2（sterol regulatory element-binding protein 2） 被活化，進入細胞核後增加 HMG-CoA reductase 及 LDL receptor 等基因的轉錄，使膽固醇合成與攝取增加。

但膽固醇生合成同樣涉及 共價調控（covalent regulation），尤其是 HMG-CoA reductase 的磷酸化狀態：

• AMP-activated protein kinase（AMPK） 磷酸化 HMG-CoA reductase，使其活性降低。
• 胰島素促進去磷酸化，使 HMG-CoA reductase 活化。
• 因此，HMG-CoA reductase 可藉由磷酸化／去磷酸化進行快速調控。

選項說「有轉錄調控但沒有共價調控」，否定了已知的磷酸化調控，故錯誤。

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(B) is sensitive to insulin but not glucagon

錯誤。

膽固醇生合成對胰島素與升糖素（glucagon）都敏感。

胰島素通常代表進食後、能量與碳源充足的狀態，會促進膽固醇合成，主要機制包括：

核心觀念

本題考查酵素的 allosteric regulation（變構調節），核心包括：

1. 變構酵素的協同性動力學
2. T-state 與 R-state 的底物親和力
3. 代謝途徑中的 feedback inhibition（回饋抑制）

變構酵素通常由多個次單元組成，底物或調節分子結合於活性部位以外的 allosteric site（變構位點），引起蛋白質構形改變，進而影響酵素活性。

變構酵素常用兩種構形狀態表示：

• T-state（tense state，緊張態）：活性較低，對底物親和力較低
• R-state（relaxed state，鬆弛態）：活性較高，對底物親和力較高

因此，通常有：

$$\text{T-state：低親和力、低活性}$$ $$\text{R-state：高親和力、高活性}$$

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解題方法

逐一判斷 I、II、III 三個敘述，再對照各選項所包含的敘述組合。

變構酵素與一般遵循 Michaelis-Menten kinetics 的酵素不同。一般酵素的速度—底物濃度曲線通常呈雙曲線；具有協同性的變構酵素則常呈 S 形曲線。因此，I 可判定為正確。

T-state 是低親和力構形，R-state 是高親和力構形。題目將兩者的親和力關係顛倒，因此 II 錯誤。

在代謝途徑中，終產物常抑制該途徑的第一個 committed step（承諾步驟），使細胞避免繼續投入能量與原料。此調節經常透過變構作用完成，因此 III 正確。

所以正確敘述為：

$$\text{I、III 正確；II 錯誤}$$

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敘述 I：正確

Allosteric enzymes often exhibit sigmoidal (cooperative) kinetics rather than hyperbolic Michaelis-Menten kinetics.

變構酵素常具有多個結合位點，底物與其中一個次單元結合後，會影響其他次單元的構形與底物親和力。這種現象稱為 cooperativity（協同性）。

若底物結合會提高其他結合位點的親和力，稱為 positive cooperativity（正協同性）。此時，底物濃度與反應速率的關係常呈 S 形：

$$v \text{ 對 } [S] \text{ 呈 sigmoidal curve}$$

相較之下，遵循 Michaelis-Menten 模型的酵素通常呈雙曲線：

$$v=\frac{V_{\max}[S]}{K_m+[S]}$$

因此，變構酵素常不完全遵循單一次單元、單一結合位點的 Michaelis-Menten 行為，而呈現協同性的 S 形動力學。I 正確。

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敘述 II：錯誤

The R-state of an allosteric enzyme has a lower affinity for the substrate than the T-state.

核心觀念

本題考查糖解作用（glycolysis）產物丙酮酸（pyruvate）的主要代謝去向，以及不同生物進行發酵（fermentation）時的產物差異。

葡萄糖經糖解作用後形成丙酮酸：

$$\ce{Glucose ->[glycolysis] 2 Pyruvate}$$

在人類細胞中，丙酮酸可經由下列兩條重要途徑代謝：

1. 轉換為乙醯輔酶 A（acetyl-CoA）
2. 還原為乳酸（lactate）

因此，依本題選項，正確答案為 acetyl-CoA and lactate。

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解題方法

判斷丙酮酸的去向時，先區分細胞所處的代謝條件：

• 有足夠氧氣，且粒線體可正常運作：丙酮酸進入粒線體，形成乙醯輔酶 A。
• 氧氣不足，或細胞需要快速再生 $\ce{NAD+}$：丙酮酸被還原成乳酸。

再將人類與微生物的發酵途徑區分：

• 人類進行乳酸發酵（lactic acid fermentation），產物為乳酸。
• 酵母菌及部分微生物可進行酒精發酵（alcoholic fermentation），產生乙醇；人類細胞不以此途徑代謝丙酮酸。

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丙酮酸轉換為乙醯輔酶 A

在有氧條件下，丙酮酸進入粒線體基質，由丙酮酸去氫酶複合體（pyruvate dehydrogenase complex, PDH complex）催化氧化脫羧，形成乙醯輔酶 A：

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

此反應包含三個重點：

• 丙酮酸失去一個羧基，釋放 $\ce{CO2}$。
• 剩餘的二碳片段被氧化。
• 二碳乙醯基接到輔酶 A（CoA）上，形成乙醯輔酶 A。

乙醯輔酶 A接著進入檸檬酸循環（citric acid cycle, TCA cycle），進一步產生還原型電子載體 $\ce{NADH}$ 與 $\ce{FADH2}$。

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丙酮酸轉換為乳酸

在人類骨骼肌劇烈運動時，氧氣供應及粒線體氧化能力可能無法立即滿足 ATP 需求。此時，丙酮酸由乳酸去氫酶（lactate dehydrogenase, LDH）催化，接受 $\ce{NADH}$ 提供的氫，還原為乳酸：

$$\ce{Pyruvate + NADH + H+ <=> Lactate + NAD+}$$

核心觀念

本題考查糖質新生（gluconeogenesis）與肝醣分解（glycogenolysis）最後一步的酵素定位。

在肝臟與腎臟中，兩條途徑都會產生 glucose-6-phosphate（G6P）。若要形成可釋放至血液中的自由葡萄糖，必須進行下列反應：

$$\text{Glucose-6-phosphate}+\ce{H2O} \xrightarrow{\text{glucose-6-phosphatase}} \text{Glucose}+\ce{P_i}$$

Glucose-6-phosphatase（葡萄糖-6-磷酸酶）是位於內質網（endoplasmic reticulum, ER）膜上的膜蛋白酵素複合體，其催化部位朝向內質網腔（ER lumen）。

因此，本題正確答案為內質網。

解題方法

判斷細胞器定位時，先將題目中的酵素放回代謝路徑：

1. 糖質新生與肝醣分解均可產生 G6P。
2. G6P 必須被去磷酸化，才能生成自由葡萄糖。
3. 催化此反應的酵素是 glucose-6-phosphatase。
4. 此酵素位於內質網膜，並與 G6P transporter 等蛋白共同完成反應。

在完整機制中，G6P 先由細胞質進入內質網腔，再由 glucose-6-phosphatase 水解；生成的 glucose 與無機磷酸根 $\ce{P_i}$ 再經相關運輸系統離開內質網。

此步驟是維持血糖的重要關卡。肌肉缺乏足量的 glucose-6-phosphatase，因此肌肉產生的 G6P 通常進入 glycolysis（糖解作用）或合成肝醣，而不能有效地將葡萄糖釋放至血液。

選項分析

(A) cytosol（細胞質）—錯誤

G6P 的許多代謝反應確實發生在細胞質，例如：

• glycolysis：G6P 經 phosphoglucose isomerase 轉為 fructose-6-phosphate。
• glycogen synthesis：G6P 可轉為 glucose-1-phosphate，再形成 UDP-glucose。
• 糖質新生的部分反應也發生於細胞質。

但是，G6P 去磷酸化生成自由葡萄糖的最後一步不是由細胞質酵素完成，而是由位於內質網膜上的 glucose-6-phosphatase 完成。因此不能選 cytosol。

核心觀念

本題考查含氮鹼基（nitrogenous bases）中 purine（嘌呤）與 pyrimidine（嘧啶）的結構分類。

• Purine（嘌呤）：由兩個相連的環組成，為雙環結構。
• Pyrimidine（嘧啶）：僅由一個環組成，為單環結構。

核酸中的主要含氮鹼基如下：

分類	含氮鹼基
Purines（嘌呤）	Adenine（腺嘌呤，A）、Guanine（鳥嘌呤，G）
Pyrimidines（嘧啶）	Cytosine（胞嘧啶，C）、Thymine（胸腺嘧啶，T）、Uracil（尿嘧啶，U）

Purine 的雙環由一個六元環與一個五元環稠合而成；pyrimidine 則是單一六元環。

解題方法

判斷 purine 與 pyrimidine 的最直接方法，是先辨認其基本骨架：

1. 看到 purine，聯想到 adenine 與 guanine，兩者都是雙環。
2. 看到 pyrimidine，聯想到 cytosine、thymine 與 uracil，三者都是單環。
3. 再檢查其他敘述是否把 DNA、RNA 的分布關係混淆。

因此，最具區別性的特徵是「環的數目」：

$$\text{Purine} = \text{雙環}, \qquad \text{Pyrimidine} = \text{單環}$$

故選擇 (A)。

選項分析

(A) Purines are double ring structures while pyrimidines have a single ring.

正確。

Purines 是雙環結構，由一個六元含氮環與一個五元含氮環融合而成；pyrimidines 是單一六元含氮環。因此，雙環與單環是兩者最具代表性的結構差異。

(B) Purines have nitrogens in the rings while pyrimidines do not.

錯誤。

Pyrimidines 的環中也含有氮原子。以 pyrimidine 骨架為例，其六元環中含有兩個氮原子；cytosine、thymine、uracil 都屬於含氮鹼基。

正確觀念是：

• Purines：環中含氮，且為雙環。
• Pyrimidines：環中也含氮，但為單環。

因此不能以「是否含有環內氮原子」區分兩者。

(C) Pyrimidines have nitrogens in the rings while purines do not.

錯誤。

核心觀念

Phospholipases（磷脂酶）是水解 phospholipid（磷脂）的酵素，主要切斷磷脂中的酯鍵或磷酸二酯鍵，使水分子參與反應，產生較小的脂質分子與含磷酸基團的產物。

典型磷脂 phosphatidylcholine（磷脂醯膽鹼）的結構包含：

• glycerol（甘油）骨架
• 兩條 fatty acid（脂肪酸）鏈
• phosphate（磷酸基）
• polar head group（極性頭部），如 choline（膽鹼）

不同 phospholipase 的切割位置不同：

• Phospholipase A₁（PLA₁）：水解 sn-1 位脂肪酸的酯鍵。
• Phospholipase A₂（PLA₂）：水解 sn-2 位脂肪酸的酯鍵，釋放 arachidonic acid（花生四烯酸）。
• Phospholipase C（PLC）：切斷 glycerol 與 phosphate 之間的鍵，常生成 diacylglycerol（DAG）與含磷酸的頭部基團。
• Phospholipase D（PLD）：切斷 phosphate 與極性頭部之間的鍵，常生成 phosphatidic acid（磷脂酸）與極性頭部。

因此，本題考的是「酵素名稱所代表的反應類型」：磷脂酶以水解反應分解磷脂。

解題方法

看到字尾 -phospholipase，先掌握其基本功能：

$$\text{phospholipid}+\ce{H2O} \longrightarrow \text{hydrolysis products}$$

水解反應的本質是利用水分子切斷共價鍵。磷脂酶並不是替脂質加上磷酸基，也不是還原雙鍵，更不是進行脂肪酸的 β-oxidation（β-氧化）。

所以最符合磷脂酶作用方式的選項是 hydrolyzing them（水解它們）。

選項分析

(A) adding a phosphate group to them

錯誤。將磷酸基加到分子上的反應稱為 phosphorylation（磷酸化），通常由 kinase（激酶）催化，反應可概念性表示為：

$$\text{substrate}+\ce{ATP} \longrightarrow \text{phosphorylated substrate}+\ce{ADP}$$

Phospholipase 的功能是切斷磷脂中的鍵，不是將新的 phosphate group 加到脂質上。

(B) reducing the double bonds to single bonds

核心觀念

本題考查限制酶（restriction enzyme／restriction endonuclease）切割 DNA 後所形成的「黏性末端」（cohesive end，又稱 sticky end）。

某些限制酶會在 DNA 兩股的不同位置進行切割，形成交錯式雙股切割（staggered double-strand cut）。切割後，DNA 末端會留下數個未配對的單股核苷酸，稱為單股突出端（single-stranded overhang）。

這些突出端具有互補鹼基序列，能透過鹼基互補配對而彼此暫時黏合，因此稱為「黏性」末端。

例如限制酶 EcoRI 的辨識序列為：

$$5'-\mathrm{GAATTC}-3'$$ $$3'-\mathrm{CTTAAG}-5'$$

EcoRI 的切割方式為：

$$5'-\mathrm{G|AATTC}-3'$$ $$3'-\mathrm{CTTAA|G}-5'$$

切割後形成具有 $5'$ 端突出序列的黏性末端。兩個末端若具有互補序列，便能先互相退火（annealing），再由 DNA ligase（DNA 連接酶）催化磷酸二酯鍵形成，使 DNA 骨架完整連接。

解題方法

判斷 cohesive ends 的關鍵，是掌握其定義：

黏性末端是由限制酶進行交錯式切割後，留下具有數個單股核苷酸的突出端。

因此，選項中若出現：

• staggered cut
• single-stranded protruding ends
• overhang

即直接符合黏性末端的定義。

選項分析

(A) cut both DNA strands at the same base pair

錯誤。若限制酶在兩股 DNA 的同一對鹼基位置切割，會產生平端（blunt end），而不是具有單股突出端的黏性末端。

平端沒有外露的互補單股序列，雖然仍可在適當條件下連接，但通常比黏性末端的連接效率低。

(B) cut in regions of high GC content, leaving ends that can form more hydrogen bonds than ends of high AT content

錯誤。限制酶的切割位置是由其特定的 DNA 辨識序列決定，不是依據該區域是否具有高 GC 含量。

核心觀念

蛋白質的結構可分為四個層次：

• 一級結構（primary structure）：胺基酸排列順序，由胺基酸之間的**胜肽鍵（peptide bond）**連接。
• 二級結構（secondary structure）：主要由主鏈之間的**氫鍵（hydrogen bonds）**形成，例如 $\alpha$-helix 與 $\beta$-sheet。
• 三級結構（tertiary structure）：由疏水作用、氫鍵、離子作用、凡得瓦力及二硫鍵等共同穩定。
• 四級結構（quaternary structure）：多條多胜肽鏈之間，透過上述非共價作用力彼此結合。

本題所稱的「weak interactions」主要是指穩定蛋白質三維結構的弱非共價作用力（weak noncovalent interactions）。這些作用力單獨存在時較弱，但大量累積後能穩定蛋白質構形。

解題方法

逐一判斷各選項是否屬於蛋白質中的弱作用力：

1. 氫鍵：非共價作用力。
2. 疏水作用：非共價作用力。
3. 離子作用：本質上屬於帶電基團間的靜電作用。
4. 胜肽鍵：連接胺基酸的共價鍵。
5. 凡得瓦力：非共價作用力。

因此，唯一不屬於 weak interactions 的是胜肽鍵。

選項分析

(A) hydrogen bonds，氫鍵：錯誤選項

氫鍵是弱非共價作用力，常形成於蛋白質主鏈中羰基 $\ce{C=O}$ 的氧與另一處 $\ce{N-H}$ 的氫之間。

在 $\alpha$-helix 與 $\beta$-sheet 中，氫鍵對二級結構的形成尤其重要。氫鍵單獨的鍵能不如共價鍵，但大量氫鍵共同作用時，可有效穩定蛋白質構形。

因此，氫鍵屬於 weak interactions。

(B) hydrophobic interactions，疏水作用：錯誤選項

疏水作用是非極性胺基酸側鏈在水溶液中傾向聚集、埋藏於蛋白質內部的作用。

非極性側鏈若暴露於水中，會使周圍水分子形成較有規則的排列；當非極性基團彼此聚集並埋入蛋白質核心時，可減少其與水接觸，使水分子恢復較自由的狀態。這種由水分子排列與熵效應所驅動的作用，是蛋白質摺疊的重要因素。

疏水作用不是共價鍵，因此屬於 weak interactions。

(C) ionic bonds，離子鍵：錯誤選項

在蛋白質中，帶正電與帶負電的胺基酸側鏈可彼此吸引，形成離子作用，常稱為：

核心觀念

本題考查離子通過膜通道時的「驅動力（driving force）」與膜電位差（electrical potential difference）。

離子是否會通過膜通道，取決於其所受到的電化學梯度（electrochemical gradient），包括：

1. 濃度梯度（chemical gradient）
2. 電位梯度（electrical gradient）

離子的電化學勢差可概念性表示為：

$$\Delta \mu = RT\ln\left(\frac{C_2}{C_1}\right)+zF\Delta\psi$$

其中：

• $R$：氣體常數
• $T$：絕對溫度
• $C_1、C_2$：膜兩側離子濃度
• $z$：離子電荷數
• $F$：Faraday 常數
• $\Delta\psi$：膜兩側的電位差

本題選項中沒有提供濃度差，因此依題目與官方答案的命題意旨，所問的是電位所造成的電驅動力。電位差越大，帶電離子受到的電力驅動通常越強。

解題方法

判斷「離子通過膜通道的力」時，先辨認其來源：

• 離子帶電，因此會受到膜兩側電位差所產生的電場影響。
• 正離子會受到吸引而往負電位側移動。
• 負離子則會往正電位側移動。
• 這種由膜電位差造成的推動力，就是 electrical driving force。

因此，本題最直接的判斷依據是膜兩側的電位差，答案為 (B)。

需注意，實際離子通量還受到濃度梯度、通道開放狀態、通道選擇性與膜的通透性影響；但在本題的選項中，只有膜兩側電位差直接描述電力驅動來源。

選項分析

(A) the charge on the membrane

核心觀念

本題考查脂肪酸進入分解代謝前的「活化作用（activation of fatty acids）」。

游離脂肪酸不能直接進入 β-氧化，必須先由酵素 acyl-CoA synthetase（脂醯輔酶 A 合成酶），又稱 thiokinase（硫激酶），催化形成脂醯輔酶 A（fatty acyl-CoA）。

總反應為：

$$\ce{Fatty\ acid + CoA-SH + ATP -> Fatty\ acyl-CoA + AMP + PPi}$$

其中：

• $\ce{CoA-SH}$：反應物，被接到脂肪酸上形成硫酯鍵。
• ATP：被分解成 AMP 與焦磷酸 $\ce{PPi}$，相當於消耗兩個高能磷酸鍵。
• $\ce{PPi}$：焦磷酸，是脂肪酸活化反應的產物。
• fatty acyl-CoA：後續 β-氧化的起始物。

生成的 $\ce{PPi}$ 會再被 inorganic pyrophosphatase（無機焦磷酸酶） 水解：

$$\ce{PPi + H2O -> 2Pi}$$

此反應有助於將整個脂肪酸活化反應向生成脂醯輔酶 A 的方向推進。

解題方法

直接寫出脂肪酸活化的總反應：

$$\ce{Fatty\ acid + CoA-SH + ATP -> Fatty\ acyl-CoA + AMP + PPi}$$

再逐一比對選項：

• $\ce{CoA-SH}$ 是反應物，不是產物。
• ADP 不是此反應的直接產物，因為 ATP 會裂解成 AMP 與 $\ce{PPi}$。
• $\ce{PPi}$ 是直接產物。

因此正確選項為 (C) pyrophosphate。

反應機轉與代謝位置

脂肪酸活化可分成兩個主要階段：

第一階段：形成脂肪酸腺苷酸

脂肪酸的羧基先與 ATP 反應，形成 fatty acyl-AMP（脂醯腺苷酸），並釋放 $\ce{PPi}$：

$$\ce{Fatty\ acid + ATP -> Fatty\ acyl-AMP + PPi}$$

第二階段：CoA-SH 取代 AMP

$\ce{CoA-SH}$ 的硫氫基攻擊脂醯腺苷酸，形成脂醯輔酶 A，並釋放 AMP：

$$\ce{Fatty\ acyl-AMP + CoA-SH -> Fatty\ acyl-CoA + AMP}$$

合併兩階段即得：

核心觀念

本題考查「痛覺的產生位置」以及神經系統中感覺、反射與運動路徑的功能分工。

手部皮膚中的痛覺受器（nociceptor，傷害感受器）受到高溫刺激後，將刺激轉換成神經訊號。高溫可活化周邊神經末梢上的離子通道，例如 TRPV1（transient receptor potential vanilloid 1），使陽離子流入、造成膜去極化，進而產生動作電位。

訊號的主要方向如下：

$$\text{高溫刺激} \rightarrow \text{痛覺受器} \rightarrow \text{感覺神經元} \rightarrow \text{脊髓} \rightarrow \text{上行神經路徑} \rightarrow \text{丘腦與大腦皮質}$$

真正的「痛」不是手部組織本身產生的主觀感受，而是中樞神經系統，尤其是大腦，對感覺訊號進行整合與詮釋後形成的知覺。

同時，脊髓也可先透過反射弧啟動快速縮手反應，使手在大腦完成痛覺辨識前先離開熱源。因此，「縮手」與「感覺到痛」是相關但不同的神經事件。

解題方法

判斷本題可分成兩步：

1. 找出負責將高溫訊號傳入中樞的神經元。
2. 區分「反射動作」與「痛覺知覺」。

感覺神經元（sensory neuron，傳入神經元）負責將周邊受器產生的訊號傳往脊髓與腦部。進入脊髓後，部分訊號經由中間神經元（interneuron）參與反射弧，另一部分則經由上行路徑傳至腦部，最後由大腦皮質等區域整合為疼痛知覺。

因此，最符合題意的是：

Sensory neurons and interneurons carry the heat sensation to the brain where it is interpreted as painful.

答案為 (B)。

選項分析

(A) A reflex arc allows the quick response between the hand and the brain; no interpretation occurs.

錯誤。

反射弧的主要功能是讓身體快速產生反應，典型路徑為：

$$\text{受器} \rightarrow \text{感覺神經元} \rightarrow \text{脊髓中間神經元} \rightarrow \text{運動神經元} \rightarrow \text{肌肉}$$

縮手反射通常不需要大腦先完成痛覺判斷，因此能快速發生。然而，反射弧並不是「手與腦之間的快速反應」，而是以脊髓為重要整合中心的迴路；且「no interpretation occurs」只適用於反射動作本身，不能否定後續由大腦完成的痛覺詮釋。

核心觀念

本題考查口服補液鹽（oral rehydration solution, ORS）的腸道吸收機制，核心是小腸上皮細胞頂端膜的「鈉–葡萄糖共同運輸」（sodium–glucose cotransport）。

小腸腔內的 $\ce{Na+}$ 與 glucose 可由共同運輸蛋白 SGLT1（sodium-glucose linked transporter 1） 一起進入腸上皮細胞：

$$\ce{Na+ + glucose ->[SGLT1] 腸上皮細胞}$$

細胞基底外側膜的 Na⁺/K⁺-ATPase（鈉鉀幫浦） 消耗 ATP，將 $\ce{Na+}$ 泵出細胞、將 $\ce{K+}$ 泵入細胞，維持細胞內低 $\ce{Na+}$ 濃度：

$$\ce{3Na+_{in} + 2K+_{out} + ATP -> 3Na+_{out} + 2K+_{in} + ADP + Pi}$$

此 $\ce{Na+}$ 濃度梯度提供 SGLT1 運輸所需的驅動力。葡萄糖進入細胞後，主要經由基底外側膜的 GLUT2（glucose transporter 2） 進入血液。溶質吸收增加腸壁兩側的滲透壓差，使水分隨滲透作用由腸腔進入體內，因此同時補充 sodium 與 glucose 能有效促進鹽分與水分吸收。

解題方法

判斷本題的關鍵，是找出「葡萄糖與鈉如何共同促進水分吸收」。

1. ORS 同時含有 $\ce{Na+}$ 與 glucose。
2. SGLT1 位於小腸上皮細胞頂端膜，將兩者共同運入細胞。
3. $\ce{Na+}$ 與 glucose 被吸收後，腸腔內溶質進入體內，水分依滲透作用一併吸收。
4. 因此，葡萄糖的功能不是單純提供能量，而是藉由共同運輸促進 $\ce{Na+}$ 與水的吸收。

所以最符合題意的是 (C)。

選項分析

(A) Glucose without sodium is broken down too quickly in the mouth by saliva.

錯誤。葡萄糖不會在口腔中被唾液快速分解。葡萄糖已是單醣，不能再被澱粉酶（salivary amylase）分解成更小的糖。唾液澱粉酶主要作用於澱粉等多醣，而非葡萄糖。

葡萄糖單獨存在時仍可被腸道吸收，但缺少 $\ce{Na+}$ 時，無法充分利用 SGLT1 所提供的鈉–葡萄糖共同運輸機制，因此補水效果不佳。

(B) Water alone rushes through the digestive tract too quickly to be absorbed by the body tissues.

核心觀念

本題考查脂肪與醣類在消化、吸收及運輸途徑上的差異。

脂肪的消化與吸收

1. 乳化（emulsification）
   膽汁中的膽鹽（bile salts）將大型脂肪滴分散成較小脂肪滴，增加脂肪與水相接觸的表面積。乳化屬於物理作用，不是酵素水解。

2. 酵素消化
   主要脂肪為三酸甘油酯（triacylglycerol, TAG），在小腸中由胰脂肪酶（pancreatic lipase）分解，主要產物為：

$\text{Triacylglycerol} \rightarrow \text{2-monoacylglycerol}+\text{free fatty acids}$

胰脂肪酶需要膽鹽與 colipase（共脂酶）協助作用。

3. 微膠粒形成
   脂肪酸、2-單酸甘油酯、膽鹽及其他脂質形成混合微膠粒（mixed micelles），將疏水性脂質運送至小腸上皮細胞表面。

4. 進入小腸上皮細胞後重新合成
   長鏈脂肪酸與 2-單酸甘油酯進入腸細胞後，重新酯化形成三酸甘油酯，接著與膽固醇、磷脂及 apolipoprotein B-48 組成乳糜微粒（chylomicron）。

5. 經淋巴運輸
   乳糜微粒先進入腸絨毛內的乳糜管（lacteal），再經淋巴系統，最後進入血液循環。

醣類的消化與吸收

1. 酵素分解
   澱粉先由唾液澱粉酶（salivary amylase）及胰澱粉酶（pancreatic amylase）分解為較短的寡醣與麥芽糖等產物。

2. 小腸刷狀緣酵素作用
   麥芽糖酶（maltase）、蔗糖酶（sucrase）、乳糖酶（lactase）等雙醣酶，將雙醣分解為單醣，例如：

$\text{Maltose} \rightarrow 2\text{ glucose}$

3. 進入門脈血液
   葡萄糖、半乳糖及果糖由小腸上皮細胞吸收後，進入腸絨毛微血管，再經肝門靜脈送往肝臟。

因此，本題最關鍵的比較是：

• 脂肪：多數經乳糜微粒進入淋巴系統。
• 醣類：以單醣形式直接進入腸壁微血管及肝門靜脈。

解題方法

先判斷各選項是否符合三個基本事實：

1. 脂肪消化需要膽鹽乳化，也需要脂肪酶等消化酵素。
2. 脂肪與醣類的主要吸收部位都是小腸。
3. 長鏈脂肪酸形成乳糜微粒後進入淋巴；單醣則進入血液。

符合上述生理機轉的敘述為「Most absorbed fat enters the lymphatic system, whereas carbohydrates directly enter the blood」，因此選 D。

選項分析

(A) 錯誤

「脂肪的處理不需要任何消化酵素，但醣類需要。」

脂肪消化需要多種酵素，包含：

核心觀念

本題考查「出血（hemorrhage）造成血容量下降時，心血管系統如何維持血壓」的代償機轉。

出血首先造成：

$$\text{血容量下降} \rightarrow \text{靜脈回流下降} \rightarrow \text{心室舒張末期容積下降} \rightarrow \text{搏出量下降}$$

心輸出量的關係為：

$$\text{Cardiac output}（CO）=\text{心率}（HR）\times\text{搏出量}（SV）$$

平均動脈壓則可近似表示為：

$$\text{MAP}\approx \text{CO}\times\text{總周邊阻力}（TPR）$$

因此，出血初期雖然 $CO$ 因靜脈回流與搏出量下降而降低，但身體會透過交感神經活化提高心率、心肌收縮力及血管收縮，使 $TPR$ 上升，以暫時維持平均動脈壓。

解題方法

判斷本題的關鍵，是依照出血後的生理事件順序分析：

1. 出血使循環血量下降。
2. 靜脈回流減少，造成心室充盈量與搏出量下降。
3. 動脈血壓下降。
4. 頸動脈竇與主動脈弓的壓力感受器（baroreceptor）受刺激程度降低，傳入中樞的訊號減少。
5. 延髓心血管中樞增加交感神經活性，並降低副交感神經影響。
6. 產生心跳加快、心肌收縮力增加及周邊血管收縮，以維持血壓與重要器官灌流。

因此，描述「血壓下降後，壓力感受器反射增加交感神經活性，造成血管收縮與心率上升」的選項正確。

選項分析

(A) 錯誤

The increase in cardiac output due to hemorrhage results in enhanced venous return, which compensates for the blood loss.

出血不會直接使心輸出量增加，反而會因循環血量下降，使靜脈回流減少、心室前負荷下降，進而使搏出量與心輸出量下降。

出血後的心率可能因交感神經活化而上升，但這不代表心輸出量必然增加，因為搏出量通常已明顯下降：

$$CO=HR\times SV$$

即使 $HR$ 上升，若 $SV$ 的下降幅度較大，整體 $CO$ 仍會下降。因此，A 將出血後的代償性心跳加快誤寫成心輸出量增加，且錯置了靜脈回流與心輸出量的因果關係。

(B) 正確

Hemorrhage causes a drop in blood pressure, and the baroreceptor reflex increases sympathetic activity, leading to vasoconstriction and increased heart rate to preserve blood pressure.

出血造成血容量下降，使靜脈回流、心室充盈量、搏出量及心輸出量下降，導致血壓降低。

血壓下降後，頸動脈竇與主動脈弓的壓力感受器放電頻率下降。延髓心血管中樞因此提高交感神經活性，並降低副交感神經活性，產生以下反應：

• 心率上升：增加心輸出量。
• 心肌收縮力增強：提高搏出量。
• 小動脈收縮：增加總周邊阻力。
• 靜脈收縮：增加靜脈回流，改善前負荷。

這些反應可暫時維持平均動脈壓，並優先維持腦部與心臟的血流灌注，所以B正確。

出血較持久時，腎臟灌流下降還會啟動腎素—血管張力素—醛固酮系統（renin–angiotensin–aldosterone system, RAAS）：