國立清華大學 111 年 《生物與生化》

核心觀念

本題考查褐藻（brown algae，分類上多指褐藻綱 Phaeophyceae）的基本特徵，包括：

• 細胞與生活史的複雜程度
• 多細胞及棲地分布
• 光合作用色素
• 食用價值
• 細胞壁的特殊多醣成分

褐藻是真核藻類，具有含色素的質體，可進行光合作用。其特徵性色素為褐色的類胡蘿蔔素，尤其是 fucoxanthin（岩藻黃素），使藻體呈現黃褐色或深褐色。

解題方法

判斷本題的關鍵在於掌握褐藻的整體生物學特徵：

1. 褐藻通常為大型、多細胞藻類，構造及生活史相對複雜。
2. 絕大多數褐藻生活於海洋。
3. 褐藻具有 chlorophyll（葉綠素）及 carotenoids（類胡蘿蔔素）等光合作用色素。
4. 細胞壁含有 algin，又稱 alginate，具有形成凝膠的特性。
5. 部分褐藻可供人類食用，例如 kombu（昆布）。

因此，描述「褐藻是最小且最不複雜的藻類」與褐藻的實際特徵相反，應選 A。

選項分析

(A) They are the smallest and least complex algae.

錯誤。褐藻並非最小、最簡單的藻類，反而通常是藻類中體型較大、構造較複雜的一群。

例如 giant kelp（巨藻，Macrocystis pyrifera）可形成長達數十公尺的藻體，具有類似根、莖、葉的構造，分別稱為：

• holdfast：固著器，功能類似根，但不是真正的根
• stipe：柄部，功能類似莖
• blade：葉片狀構造，功能類似葉

這些構造並非真正的根、莖、葉，因為褐藻沒有維管束植物所具有的真正器官與維管組織，但其形態分化顯示褐藻的構造並不簡單。

(B) They are multicellular and mostly marine.

正確。褐藻主要為多細胞生物，且絕大多數生活在海洋環境，特別常見於寒冷至溫帶海域的沿岸岩礁。

褐藻可形成廣大的 kelp forest（海帶森林），為魚類、無脊椎動物及其他海洋生物提供棲息地與食物來源。

(C) They contain chlorophylls and carotenoids in their plastids for photosynthesis.

核心觀念

本題考查真菌（fungi）的基本生物學特徵，包括：

• 真菌的分類與代表性型態
• 營養方式與光合作用
• 細胞膜固醇成分
• 菌根（mycorrhiza）的共生關係
• 真菌細胞壁的化學組成

判斷關鍵在於辨認各選項是否符合真菌界的典型特徵。

解題方法

逐項比對真菌的基本特徵：

1. 是否屬於真核生物。
2. 是否能進行光合作用。
3. 細胞膜是否含有 ergosterol。
4. 菌根共生的植物對象是否只有豆科。
5. 細胞壁主要成分是否為 chitin。

其中，題目問的是「NOT correct」，因此要找出唯一錯誤的敘述。

選項分析

(A) 正確

真菌屬於真核生物（eukaryotic organisms），細胞具有細胞核及膜性胞器。

真菌包含多種型態，例如：

• 酵母（yeasts）：通常為單細胞真菌，例如 Saccharomyces cerevisiae。
• 黴菌（molds）：由菌絲（hyphae）形成菌絲體（mycelium）。
• 蕈類或大型真菌（mushrooms）：可形成肉眼可見的子實體（fruiting body）。

因此，選項所述正確。

(B) 正確

真菌缺乏葉綠體，也沒有進行光合作用所需的完整光合系統，因此不能自行利用光能合成有機物。

真菌屬於異營生物（heterotrophs），主要透過：

1. 分泌胞外消化酵素，將大型有機物分解。
2. 將分解後的小分子以吸收方式取得營養。

真菌可依營養來源分為分解者、寄生者及共生者，但都不以光合作用製造有機物。

(C) 正確

真菌細胞膜含有特徵性的固醇（steroid）——ergosterol（麥角固醇），其功能類似動物細胞膜中的 cholesterol（膽固醇），可協助維持膜的流動性與穩定性。

Ergosterol 也是抗真菌藥物的重要作用標的：

• Azole 類藥物抑制 ergosterol 生合成途徑中的酵素 lanosterol 14$\alpha$-demethylase（CYP51），使 ergosterol 生成減少。
• Allylamine 類藥物抑制較前端的 squalene epoxidase。

核心觀念

本題考查：

1. Staphylococcus aureus（金黃色葡萄球菌）的定殖與致病性。
2. MRSA（methicillin-resistant Staphylococcus aureus，抗甲氧西林金黃色葡萄球菌）的抗藥機轉。
3. mecA 基因與細菌細胞壁合成的關係。
4. 抗生素抗藥性判斷中「所有（all）」等絕對性敘述的辨識。

MRSA 的主要抗藥機轉是取得外來的 mecA 基因。該基因編碼 PBP2a（penicillin-binding protein 2a，青黴素結合蛋白 2a），使細菌即使在 β-lactam 類抗生素存在時，仍能進行細胞壁肽聚糖的交聯反應。

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解題方法

本題問的是「NOT correct」，因此要找出錯誤敘述。

判斷順序如下：

1. 先確認 S. aureus 是否為人體常見菌叢，以及是否能造成感染。
2. 再確認 MRSA 感染的典型臨床表現。
3. 最後辨認 MRSA 的抗藥機轉與抗藥範圍。
4. 對含有「all」的選項特別注意，因為 MRSA 的抗藥性並不代表對所有其他抗生素類別均具有抗藥性。

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選項分析

(A) Staphylococcus aureus is a type of bacteria found on healthy people’s skin.

此敘述正確。

Staphylococcus aureus 常定殖於健康人的皮膚與鼻腔，屬於常見的條件致病菌。健康帶菌者通常不一定出現症狀，但當皮膚屏障受損、免疫力下降或細菌進入深部組織時，即可能造成感染。

因此，S. aureus 可存在於健康人的皮膚上。

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(B) Staphylococcus aureus causes lung infection and other infection.

此敘述正確。

S. aureus 可造成多種感染，包括：

• 皮膚與軟組織感染
• 傷口感染
• 肺炎
• 菌血症與敗血症
• 心內膜炎
• 骨髓炎
• 食物中毒

其中 MRSA 也可引起醫療照護相關感染與社區型感染。肺部感染可表現為金黃色葡萄球菌肺炎，嚴重時可伴隨肺膿瘍或敗血症。

因此，此選項所述「造成肺部感染及其他感染」符合事實。

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(C) People with MRSA skin infections often can get swelling, warmth, redness, and pain in infected skin.

此敘述正確。

MRSA 皮膚感染常出現局部發炎反應，包括：

• 腫脹（swelling）
• 溫熱（warmth）
• 發紅（redness）
• 疼痛（pain）

這些表現源自先天免疫反應。細菌感染會促使局部釋放發炎介質，造成血管擴張、微血管通透性增加，以及免疫細胞聚集，因而形成紅、腫、熱、痛。

MRSA 皮膚感染也可能形成膿瘍（abscess），內含大量嗜中性球、細菌與壞死組織。

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(D) MRSA strains are resistant to all aminoglycosides including kanamycin and gentamicin.

此敘述錯誤，為本題答案。

核心觀念

本題考查景天酸代謝（Crassulacean acid metabolism, CAM）的晝夜分工、二氧化碳固定方式，以及其與乾旱適應的關係。

CAM 植物的特徵是：

• 夜間氣孔開啟，吸收 $\ce{CO2}$。
• $\ce{CO2}$ 先由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase, PEP carboxylase）固定，形成草醯乙酸（oxaloacetate, OAA）。
• OAA 再經蘋果酸脫氫酶（malate dehydrogenase）還原成蘋果酸（malate），並以蘋果酸或蘋果酸形式儲存於葉肉細胞（mesophyll cells）的液泡中。
• 白天氣孔關閉以減少蒸散，液泡中的蘋果酸移出並脫羧，釋放 $\ce{CO2}$。
• 釋放的 $\ce{CO2}$ 再由核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶／加氧酶（RuBisCO）進入 Calvin cycle，進行糖類合成。

簡化反應如下：

夜間：

$$\ce{PEP + CO2 ->[PEP\ carboxylase] OAA -> malate}$$

白天：

$$\ce{malate -> CO2 + pyruvate}$$

接著：

$$\ce{CO2 + RuBP ->[RuBisCO] 3-PGA -> Calvin\ cycle}$$

CAM 的主要優勢不是提高單位時間的碳固定速率，而是將氣孔開啟時間移至夜間，降低高溫環境下的水分散失。

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解題方法

判斷 CAM 選項時，依序檢查三個重點：

1. 氣孔何時開啟與關閉。
2. $\ce{CO2}$ 先被哪一種酵素固定，以及以何種形式儲存。
3. 蘋果酸儲存於哪一類細胞，以及白天如何被利用。

本題唯一將 CAM 的細胞位置描述錯誤的是選項 (C)。CAM 植物的有機酸主要儲存在葉肉細胞液泡，而不是典型地儲存在維管束鞘細胞液泡中。

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選項分析

(A) The benefit of CAM to the plant is the ability to leave most leaf stomata closed during the day.

正確。

CAM 植物在白天通常關閉大部分葉片氣孔，因為白天溫度較高、蒸氣壓差較大，氣孔開啟會造成大量蒸散。CAM 將氣體交換主要安排在夜間，因此能大幅提高水分利用效率。

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(B) During the night, CAM plants allow $\ce{CO2}$ to enter and be fixed as organic acids.

正確。

夜間氣孔開啟，外界 $\ce{CO2}$ 進入葉肉細胞。$\ce{CO2}$ 首先由 PEP carboxylase 固定：

核心觀念

本題考查植物的光受器（photoreceptor）與其感受的波長。不同光受器具有不同的吸收光譜：

• Phytochrome（植物色素蛋白／光敏色素）：主要感受紅光（red light）與遠紅光（far-red light）。
• Phototropin（向光素）：主要感受藍光。
• Cryptochrome（隱花色素）：主要感受藍光與紫外線 A（UV-A）。
• ZEITLUPE（ZTL）：屬於藍光受器，參與晝夜節律。
• UVR8：主要感受紫外線 B（UV-B）。

題幹明確指出「主要吸收紅光與遠紅光」，並調節種子萌發與遮蔭逃避，因此對應 Phytochrome。

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解題方法

判斷植物光受器題目的最快方法，是先將「光波長」與「生理功能」配對：

光受器	主要感受光線	代表功能
Phytochrome	紅光、遠紅光	種子萌發、去黃化、遮蔭逃避
Phototropin	藍光	向光性、氣孔開閉、葉綠體移動
Cryptochrome	藍光、UV-A	晝夜節律、莖伸長調控、開花
ZEITLUPE	藍光	晝夜節律與開花時間
UVR8	UV-B	UV-B 防禦反應

題幹同時提供兩個關鍵線索：

1. 紅光與遠紅光
2. 種子萌發與遮蔭逃避

這兩項皆是 phytochrome 的典型功能，因此答案為 A。

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Phytochrome 的作用機轉

Phytochrome 是含有 bilin chromophore（膽色素發色團）的光敏色素蛋白，其發色團主要為 phytochromobilin（植物光敏色素膽色素）。植物中，heme 經由 heme oxygenase 與 ferredoxin-dependent bilin reductase 等酵素轉換形成 phytochromobilin，再與 apoprotein 結合形成具光感受功能的 phytochrome。

Phytochrome 有兩種可相互轉換的型態：

• Pr：主要吸收紅光，吸收峰約為 $660\ \text{nm}$
• Pfr：主要吸收遠紅光，吸收峰約為 $730\ \text{nm}$

光轉換關係可表示為：

$$\text{Pr} \xrightarrow{\text{紅光}} \text{Pfr}$$ $$\text{Pfr} \xrightarrow{\text{遠紅光}} \text{Pr}$$

一般而言，Pfr 是較具生理活性的型態。Pfr 可移入細胞核，與轉錄調控相關的 PIFs（phytochrome-interacting factors） 作用，促使 PIF 磷酸化，接著經由 ubiquitin-proteasome system 降解，改變下游基因的轉錄。

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與種子萌發的關係

在許多植物中，紅光使 Pr 轉換為活化的 Pfr，Pfr 進入細胞核後抑制 PIF 類轉錄因子的作用，促進種子萌發相關基因表現。

此過程也會影響植物荷爾蒙平衡：

• 促進 gibberellin（GA，吉貝素）相關的萌發反應
• 降低 abscisic acid（ABA，脫落酸）所造成的休眠與萌發抑制

因此，紅光可透過 phytochrome 促進某些植物的種子萌發；遠紅光則可使 Pfr 回復為 Pr，降低其促進萌發的訊號。

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核心觀念

本題考查胚胎發育早期的三胚層（germ layers）與其主要衍生物：

• 外胚層（ectoderm）：形成神經系統、表皮及其附屬構造。
• 中胚層（mesoderm）：形成肌肉、骨骼、結締組織、血液、心血管系統、腎臟與生殖系統等。
• 內胚層（endoderm）：形成消化管與呼吸道的上皮，以及肝臟、胰臟等消化腺體的實質上皮。

因此，本題判斷關鍵是辨認各器官的主要胚層來源。

解題方法

看到「ectoderm eventually gives rise to」時，直接將各選項與三胚層的典型衍生物對照：

$$\text{ectoderm} \rightarrow \text{nervous system}$$

神經外胚層（neuroectoderm）在神經誘導（neural induction）作用下形成神經板（neural plate），之後捲曲形成神經管（neural tube）。神經管進一步發育為中樞神經系統，包括腦與脊髓；神經脊（neural crest）則形成多種周邊神經系統構造。

所以正確答案為 Nervous system。

選項分析

(A) Nervous system：正確

神經系統主要源自外胚層，尤其是由神經外胚層形成：

$$\text{ectoderm} \xrightarrow{\text{neural induction}} \text{neural plate} \rightarrow \text{neural tube} \rightarrow \text{brain and spinal cord}$$

神經管形成中樞神經系統；神經脊細胞則可形成周邊神經節、Schwann cells（許旺細胞）、腎上腺髓質細胞等。因此「神經系統」是外胚層最具代表性的衍生物。

(B) Muscle：錯誤

肌肉主要源自中胚層，特別是軸旁中胚層（paraxial mesoderm）形成的體節（somite）。體節中的肌節（myotome）進一步形成骨骼肌。

• 骨骼肌：主要源自軸旁中胚層
• 心肌與平滑肌：主要源自側板中胚層（lateral plate mesoderm）

因此肌肉的主要胚層來源是中胚層，而非外胚層。

核心觀念

本題考查昆蟲（insects）的基本形態與生理特徵，尤其是：

• 呼吸構造：氣管系統（tracheal system）
• 排泄構造：馬氏管（Malpighian tubules）
• 循環方式：開放式循環系統（open circulatory system）
• 體表構造：外骨骼（exoskeleton）
• 節肢動物不同類群的呼吸器官辨識

昆蟲屬於節肢動物門（Arthropoda）中的昆蟲綱（Insecta）。其典型特徵包括幾丁質外骨骼、開放式循環系統、氣管系統，以及由馬氏管執行排泄與滲透調節。

解題方法

逐一比對各選項與昆蟲的典型構造：

1. 判斷是否為昆蟲特有或典型的呼吸、排泄、循環及體表構造。
2. 辨認該構造主要出現於哪一類節肢動物。
3. 找出不屬於昆蟲的構造。

昆蟲的氣體交換主要依靠氣管系統，空氣由氣門（spiracles）進入氣管（tracheae），再經氣管小管（tracheoles）直接送至組織細胞，因此不主要依賴血淋巴運送氧氣。

選項分析

(A) Book lung

錯誤。Book lung（書肺）是蜘蛛、蠍子等蛛形綱（Arachnida）動物的呼吸器官，通常位於腹部，由許多平行排列、如書頁般的薄片組成，藉此增加氣體交換表面積。

昆蟲並沒有書肺，昆蟲的主要呼吸構造是氣管系統。因此，Book lung 不是昆蟲的特徵。

(B) Malpighian tubules

正確。Malpighian tubules（馬氏管）是昆蟲的重要排泄構造，通常自中腸與後腸交界處向外延伸，浸在血淋巴中。

核心觀念

本題考查家族譜（pedigree）判讀，需比較下列遺傳模式：

• Autosomal dominant（常染色體顯性）
• Sex-linked dominant（性聯顯性，通常指 X-linked dominant）
• Autosomal recessive（常染色體隱性）
• Sex-linked recessive（性聯隱性）

判斷重點包括：

1. 患病是否連續出現在每一代。
2. 男女患病比例是否相近。
3. 患病父親是否將性狀傳給所有女兒、但不傳給兒子。
4. 患病雙親或正常雙親能否產生患病子代。
5. 是否需要額外假設某位正常個體為帶因者。

解題方法

圖中第一個家庭的特徵為：

• 患病男性與正常女性婚配。
• 子代中女兒患病、兒子正常。

這種「患病父親將性狀傳給女兒，但不傳給兒子」的模式，最符合 X-linked dominant：

$$X^A Y \times X^aX^a$$

父親將 $X^A$ 傳給所有女兒，因此女兒皆患病；父親將 $Y$ 傳給所有兒子，因此兒子皆正常。

圖中第二個家庭為患病女性與正常男性婚配，子代男女皆有患病與正常者。若患病女性為異型合子：

$$X^A X^a \times X^aY$$

則每一名子代有約 $1/2$ 機率患病，男女皆可能患病，與圖形相符。因此 Sex-linked dominant 是最符合圖譜的模式。

校方釋疑指出，Autosomal dominant 與 Autosomal recessive 在較低機率下也能產生相同譜系，因此本題官方答案接受 A、B、C。

選項分析

(A) Autosomal dominant：正確

常染色體顯性模式下，可令第一代患病父親為異型合子：

$$Aa \times aa$$

子代每人有 $1/2$ 機率患病。圖中出現患病女兒與正常兒子，雖然不能呈現「父傳女、不傳子」的必然規則，但仍可由機率事件形成，因此此選項可成立。

不過，相較於 X-linked dominant，常染色體顯性無法解釋性狀特別集中於女兒、且患病父親的兒子皆正常這項典型特徵，因此符合程度較低。

(B) Sex-linked dominant：正確，且最符合

X-linked dominant 可由下列交配解釋：

$$X^A Y \times X^aX^a$$

所有女兒得到父親的 $X^A$ 而患病；所有兒子得到父親的 $Y$ 而正常。這正是圖中第一個家庭的典型表現。

患病女性與正常男性婚配時，若患病女性為異型合子：

$$X^A X^a \times X^aY$$

男女子代均有 $1/2$ 機率患病，亦與第二個家庭相符。

(C) Autosomal recessive：正確，但需較低機率及帶因者假設

核心觀念

本題考查 Labrador Retriever 毛色的雙基因座遺傳與隱性上位作用（recessive epistasis）。

• $B$ locus：
• $B\_$：黑色
• $bb$：巧克力色
• $E$ locus：
• $E\_$：允許色素分布
• $ee$：黃色，且會遮蔽 $B$ locus 的表現

因此表型判定為：

基因型	毛色
$B\_E\_$	黑色
$bbE\_$	巧克力色
$\_\_ee$	黃色

重點是：只要具有 $ee$，不論 $B$ locus 是 $BB$、$Bb$ 或 $bb$，表型皆為黃色。

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解題方法

親本為：

$$\text{黑色雌犬 } BbEe \times \text{黃色雄犬 } Bbee$$

雌犬 $BbEe$ 可形成四種配子：

$$BE,\ Be,\ bE,\ be$$

各占：

$$\frac14$$

雄犬 $Bbee$ 可形成兩種配子：

$$Be,\ be$$

各占：

$$\frac12$$

將雌犬與雄犬配子組合：

	$Be$（$\frac12$）	$be$（$\frac12$）
$BE$（$\frac14$）	$BBEe$：黑色，$\frac18$	$BbEe$：黑色，$\frac18$
$Be$（$\frac14$）	$BBee$：黃色，$\frac18$	$Bbee$：黃色，$\frac18$
$bE$（$\frac14$）	$BbEe$：黑色，$\frac18$	$bbEe$：巧克力色，$\frac18$
$be$（$\frac14$）	$Bbee$：黃色，$\frac18$	$bbee$：黃色，$\frac18$

所以各基因型機率如下：

• $BBee$：$\frac14 \times \frac12=\frac18$
• $Bbee$：$\frac14 \times \frac12=\frac18$
• $bbEe$：$\frac14 \times \frac12=\frac18$
• $BbEe$：有兩種組合，各為 $\frac18$，合計 $\frac14$

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選項分析

(A) Black, $BBee$: $\frac18$

$BBee$ 的基因型機率確實為：

$$P(BBee)=P(Be\text{ from female})\times P(Be\text{ from male}) =\frac14\times\frac12=\frac18$$

但依標準 Labrador 毛色遺傳規則，$ee$ 會遮蔽 $B$ locus，因此 $BBee$ 應為黃色，不是黑色。

核心觀念

本題考查「同卵雙胞胎（identical twins）」的遺傳相似性，以及免疫系統中「由基因直接決定」與「由體細胞重組產生」的差異。

同卵雙胞胎源自同一個受精卵，因此具有幾乎相同的核基因組，包含相同的主要組織相容性複合體（major histocompatibility complex, MHC）基因座與等位基因。然而，免疫受體的多樣性並不完全由出生時固定的基因序列決定，還涉及發育過程中的體細胞基因重組、突變與環境刺激。

本題關鍵比較如下：

• MHC 分子：主要由遺傳所得的 MHC 等位基因決定。
• T 細胞抗原受體（T-cell receptor, TCR）：透過 $\mathrm{V(D)J}$ gene rearrangement 產生多樣性。
• 抗體（antibody）：由 B 細胞進行 $\mathrm{V(D)J}$ 重組，並受體細胞突變與抗原刺激影響。
• 病毒易感性：由多基因、免疫狀態、年齡、感染史與環境共同決定。
• 表觀遺傳修飾（epigenetic modifications）：會受到飲食、壓力、疾病、年齡與生活環境影響而逐漸分化。

解題方法

判斷各選項是否「應在同卵雙胞胎之間一致」，可依序詢問：

1. 此特徵是否主要由遺傳所得的固定基因序列決定？
2. 此特徵是否需要個體發育過程中的隨機重組？
3. 此特徵是否容易受到環境與後天經驗影響？

MHC 基因位於第 6 號染色體的 major histocompatibility complex 區域。人類 MHC 分子稱為 human leukocyte antigen（HLA），其等位基因組合主要由父母遺傳而來。同卵雙胞胎具有相同的基因組，因此其 MHC 分子的基因型與基本組成應一致。

相對地，TCR 與抗體的多樣性需經過淋巴球發育時的 $\mathrm{V(D)J}$ 重組：

• TCR $\alpha$ 鏈主要進行 $\mathrm{VJ}$ 重組，$\beta$ 鏈進行 $\mathrm{VDJ}$ 重組。
• 免疫球蛋白重鏈進行 $\mathrm{VDJ}$ 重組，輕鏈進行 $\mathrm{VJ}$ 重組。

這些重組是每一個淋巴球獨立發生的，因此同卵雙胞胎不會因基因組相同而產生完全相同的 TCR 或抗體 repertoire（受體全集）。

選項分析

(A) The set of T cell antigen receptors produced.

錯誤。

TCR 的形成依賴 T 細胞發育期間的 $\mathrm{V(D)J}$ gene rearrangement。重組過程具有高度隨機性，並會產生不同的抗原受體組合與互補決定區（complementarity-determining region, CDR），尤其是接合處的核苷酸增減會大幅增加多樣性。

因此，即使同卵雙胞胎具有相同的 TCR 基因片段，其各自產生的 T 細胞受體全集仍不必一致。

(B) The set of major histocompatibility (MHC) molecules produced.

正確。

MHC 分子的基本種類由 MHC 基因座所決定。人類 MHC 稱為 HLA，主要包括：

• MHC class I：HLA-A、HLA-B、HLA-C
• MHC class II：HLA-DP、HLA-DQ、HLA-DR

核心觀念

本題考查 Down syndrome（唐氏症）的染色體數目異常、非分離（nondisjunction）發生時期、母親年齡效應、核型分析，以及唐氏症與 Alzheimer disease（阿茲海默症，AD）之間的關係。

1. 唐氏症的染色體異常

最常見的 Down syndrome 是第 21 號染色體三體症（trisomy 21），典型核型為：

$$47,\ XX,\ +21$$

或

$$47,\ XY,\ +21$$

正常人體體細胞通常具有 46 條染色體；多 1 條第 21 號染色體後，典型患者的體細胞具有 47 條染色體。

唐氏症的染色體異常主要有三種形式：

• 完整型三體症：所有體細胞皆有 3 條第 21 號染色體。
• 嵌合型（mosaicism）：部分細胞為 46 條，部分細胞為 47 條。
• 羅伯遜易位型（Robertsonian translocation）：額外的第 21 號染色體物質附著於另一條染色體上，染色體總數未必為 47 條。

2. 非分離發生於減數分裂

非分離是指染色體在減數分裂時未正常分離，形成染色體數目異常的配子。

減數分裂第一次分裂（meiosis I）時：

• 同源染色體應分離。
• 若發生非分離，兩條第 21 號同源染色體進入同一個子細胞，造成配子可能帶有兩條第 21 號染色體。

減數分裂第二次分裂（meiosis II）時：

• 姐妹染色分體應分離。
• 若發生非分離，姐妹染色分體未分開，也會產生帶有兩條第 21 號染色體的配子。

因此，meiosis I 與 meiosis II 都能造成三體症 21。流行病學上，母源性非分離多發生於 meiosis I，但不能據此說 meiosis II 不會造成 Down syndrome。

3. 母親年齡效應

母親年齡增加時，卵母細胞累積較長時間的減數分裂停滯，紡錘體、著絲點與染色體分離機制較容易發生錯誤，因此 Down syndrome 的發生率隨母親年齡增加而上升。

4. 唐氏症與 Alzheimer disease

第 21 號染色體上具有 APP（amyloid precursor protein，類澱粉前驅蛋白）基因。Down syndrome 患者多出一份第 21 號染色體，因此 APP 基因劑量增加，容易造成：

• β-amyloid（β-類澱粉蛋白）生成增加；
• β-amyloid 沉積與類澱粉斑形成；
• tau 蛋白異常磷酸化與神經纖維糾結；
• 神經退化及失智症風險上升。

但「具有 Alzheimer disease 的神經病理學變化」與「臨床上出現 Alzheimer disease 失智症狀」並非同一件事。

解題方法

本題官方答案為 CE，表示 C、E 均為不正確的敘述。

判斷重點如下：

1. 看 C 是否錯誤限定非分離只能發生於 meiosis I。
2. 看 E 是否混淆 Alzheimer disease 的病理證據與臨床症狀。
3. 其餘選項分別與標準的三體症 21、母親年齡效應及核型分析相符。

選項分析

(A) Down syndrome is usually the result of an extra chromosome 21, which means that each body cell has 47 chromosomes.

正確。

Down syndrome 最常見的原因是完整型 trisomy 21，即多出一條第 21 號染色體。因此典型患者的體細胞核型為 47 條染色體，其中 3 條為第 21 號染色體。

本選項使用了 “usually”，符合臨床事實。雖然嵌合型與羅伯遜易位型患者不一定每個細胞都有 47 條染色體，但完整型三體症是最常見類型，因此本選項在一般考試定義下正確。

(B) The frequency of Down syndrome increases with the mother's age.

正確。

核心觀念

演化（evolution）在族群遺傳學中的定義，是族群中某一基因座的等位基因頻率（allele frequency）隨世代改變。能造成等位基因頻率改變的主要機制包括：

• Genetic drift（遺傳漂變）
• Natural selection（自然選擇）
• Gene flow（基因流動）
• Mutation（突變）
• Non-random mating 本身通常主要改變基因型頻率，不直接改變等位基因頻率。

本題詢問「哪一項不是會隨時間改變等位基因頻率、造成演化改變的機制」，因此應判斷各選項是否能直接改變族群的等位基因比例。

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解題方法

判斷關鍵在於區分：

1. 等位基因頻率是否改變
2. 僅基因型頻率是否改變

以一個基因座為例，若族群中有等位基因 $A$ 與 $a$，則：

$$p=f(A), \qquad q=f(a), \qquad p+q=1$$

若交配方式只改變 $AA$、$Aa$、$aa$ 三種基因型的比例，但沒有使 $A$ 或 $a$ 的總數改變，則 $p$ 與 $q$ 不變，不算造成演化。

Random mating（隨機交配）正是此類情況。在符合 Hardy–Weinberg equilibrium（哈代－溫伯格平衡）的條件下，隨機交配可使基因型頻率呈現：

$$f(AA)=p^2,\qquad f(Aa)=2pq,\qquad f(aa)=q^2$$

但等位基因頻率仍維持 $p$ 與 $q$，因此隨機交配本身不造成等位基因頻率改變。

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選項分析

(A) Random mating（隨機交配）

正確答案。

隨機交配是指個體交配時，不受基因型或表型偏好影響。它主要決定後代的基因型組合方式，不會單獨增加或減少某一等位基因在族群中的總數。

例如，若親代等位基因頻率為 $p$ 與 $q$，隨機交配後的基因型頻率為：

$$p^2:2pq:q^2$$

然而，下一代的等位基因頻率仍為：

$$f(A)=p,\qquad f(a)=q$$

因此，Random mating 不會直接造成 allele frequencies over time 的改變，也就不屬於造成演化的機制。

需注意，**非隨機交配（non-random mating）**可改變基因型頻率，例如近親交配增加純合子比例，但非隨機交配本身通常也不必然改變等位基因頻率。清華此題採用基礎族群遺傳學的標準分類，將 Random mating 視為不造成演化的因素。

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(B) Genetic drift（遺傳漂變）

錯誤選項。

遺傳漂變是等位基因頻率因隨機抽樣效應而改變，特別容易發生在小族群中。

核心觀念

本題考查 DNA 損傷類型與其主要修復系統的配對。

Xeroderma pigmentosum（XP，色素性乾皮症）患者具有：

• 對紫外線高度敏感
• 日曬部位容易出現皮膚癌
• 細胞無法有效修復紫外線造成的 DNA 損傷

紫外線，尤其是 UV-B，會使相鄰嘧啶鹼基形成共價鍵，產生：

1. Cyclobutane pyrimidine dimer，CPD：環丁烷嘧啶二聚體
2. 6-4 photoproduct，6-4 光產物

這些損傷會造成 DNA 雙股螺旋局部變形，阻礙 DNA polymerase（DNA 聚合酶）複製。因此，主要由 **Nucleotide excision repair, NER（核苷酸切除修復）**處理。

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解題方法

判斷本題可採用「損傷類型對應修復系統」的方法：

1. XP 的核心症狀是日曬敏感與皮膚癌。
2. 日曬主要造成 UV-induced pyrimidine dimers（紫外線誘發的嘧啶二聚體）。
3. 嘧啶二聚體屬於會造成 DNA 螺旋結構扭曲的大型損傷。
4. 這類損傷由 NER 辨識、切除並重新合成。

NER 的基本步驟如下：

1. 損傷辨識：由 XPC 等蛋白辨識受損 DNA；轉錄偶聯修復則由 stalled RNA polymerase II 引發。
2. DNA 解旋：TFIIH 複合體中的 XPB、XPD 具有 helicase（解旋酶）功能，使受損區域暴露。
3. 雙側切割：XPF–ERCC1 與 XPG 在損傷兩側切開 DNA。
4. 移除受損片段：含有損傷的短段核苷酸被移除。
5. 缺口填補：由 DNA polymerase 依照未受損股作為模板進行 DNA synthesis（DNA 合成）。
6. 封口：DNA ligase（DNA 連接酶）封閉缺口。

XP 的致病基因可涉及上述 NER 相關蛋白，例如 XPA、XPC、XPB、XPD、XPF、XPG。NER 失效後，紫外線造成的 DNA 損傷持續累積，增加突變與皮膚惡性腫瘤風險。

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選項分析

(A) Nucleotide excision repair, NER

正確。

NER 專門修復會造成 DNA 雙股螺旋明顯扭曲的大型損傷，包括：

• UV-induced pyrimidine dimers
• 6-4 photoproducts
• 某些 bulky chemical adducts（大型化學加合物）

XP 的典型缺陷就是 NER 相關蛋白異常，導致紫外線造成的嘧啶二聚體無法有效移除。因此本題答案為 A。

(B) Mismatch excision repair, MMR

錯誤。

Mismatch repair（MMR，不配對修復）主要修復 DNA 複製時產生的鹼基錯配，例如：

• $\ce{G-T}$
• $\ce{A-C}$

MMR 會辨識新生股上的錯配，切除包含錯誤的 DNA 片段，再由 DNA polymerase 補合成、DNA ligase 封口。

核心觀念

本題考查 2021 年諾貝爾生理學或醫學獎相關的「機械感受（mechanosensation）」與感覺受器。

Piezo1 與 Piezo2 是由細胞膜張力或機械變形所啟動的機械敏感性陽離子通道（mechanically activated cation channels）。當外界刺激造成細胞膜受到壓力、拉伸或形變時，通道開啟，使 $\ce{Na+}$、$\ce{Ca^{2+}}$ 等陽離子流入細胞，造成膜去極化，進一步產生感覺神經訊號。

其中：

• Piezo2：主要參與輕觸、壓力、振動及本體覺（proprioception）。
• Piezo1：廣泛存在於多種細胞，參與細胞感受壓力、血流剪力與組織張力等機械刺激。

因此，Piezo1 與 Piezo2 最具代表性的功能是感受觸覺與其他機械刺激。

解題方法

題幹直接將 piezo1、piezo2 與 2021 年諾貝爾獎連結。此獎項的核心主題是「溫度與觸覺受器的發現」，其中 Piezo1、Piezo2 所代表的是機械刺激感受。

判斷步驟如下：

1. Piezo 蛋白屬於機械敏感性離子通道。
2. 機械刺激包括壓力、拉伸、振動與皮膚變形。
3. 皮膚感受壓力與形變所形成的感覺即為觸覺。
4. 因此選擇 Touch。

此題不需進行計算，也不需推導完整訊息傳遞途徑；關鍵在於辨認 Piezo 通道的感受刺激類型。

機轉整理

外界觸碰皮膚時，機械力造成感覺神經末梢或細胞膜變形，使 Piezo2 通道開啟：

$$\text{機械刺激} \rightarrow \text{Piezo2 開啟} \rightarrow \ce{Na+},\ce{Ca^{2+}} \text{ 內流} \rightarrow \text{膜去極化} \rightarrow \text{動作電位} \rightarrow \text{觸覺訊號傳入中樞神經系統}$$

Piezo1 也能感受機械力，但在周邊組織的壓力感受、血管內皮細胞對血流剪力的反應，以及細胞張力調節等功能中特別重要。考試上若問「觸覺的主要 Piezo 通道」，通常優先聯想到 Piezo2；若題目問 Piezo1 與 Piezo2 的整體功能，則答案為機械感受，代表性表現即為觸覺。

選項分析

(A) Olfaction（嗅覺）—錯誤

嗅覺主要由嗅覺受器神經元上的嗅覺受器（olfactory receptor）負責。嗅覺受器屬於 G 蛋白偶聯受體（GPCR），其典型訊息傳遞如下：

$$\text{氣味分子} \rightarrow \text{olfactory receptor} \rightarrow G_{\mathrm{olf}} \rightarrow \text{adenylyl cyclase III} \rightarrow \uparrow \text{cAMP} \rightarrow \text{CNG channel 開啟} \rightarrow \ce{Na+},\ce{Ca^{2+}} \text{ 內流}$$

隨後 $\ce{Ca^{2+}}$ 會活化 $\ce{Cl^-}$ 通道，使氯離子外流並加強去極化。此系統的核心是 GPCR、$G_{\mathrm{olf}}$、adenylyl cyclase III 與 cyclic nucleotide-gated cha

核心觀念

本題考查神經肌肉接合處（neuromuscular junction, NMJ）的突觸傳遞，以及骨骼肌細胞膜上的乙醯膽鹼受體（acetylcholine receptor, ACh receptor）類型。

運動神經元動作電位抵達突觸前末梢後，依序發生：

1. 突觸前膜的電壓閘控鈣離子通道（voltage-gated $\ce{Ca^{2+}}$ channel）開啟。
2. $\ce{Ca^{2+}}$ 內流，促使突觸小泡釋放乙醯膽鹼（acetylcholine, ACh）。
3. ACh 擴散至突觸後膜的運動終板（motor end plate）。
4. ACh 結合肌肉細胞膜上的菸鹼型乙醯膽鹼受體（nicotinic acetylcholine receptor, nAChR）。
5. nAChR 開啟陽離子通道，使主要的 $\ce{Na^{+}}$ 內流，產生終板電位（end-plate potential, EPP）。
6. 肌膜上的電壓閘控鈉離子通道被活化，形成肌肉動作電位，進一步引發肌肉收縮。

因此，NMJ 的突觸後受體屬於離子型受體（ionotropic receptor），本身就是由配體開啟的離子通道。

解題方法

先判斷題目所問的位置：題目問的是「肌肉上接收突觸前神經元訊號的受體」，也就是突觸後膜受體，而不是突觸前神經元的離子通道。

再判斷神經肌肉接合處所使用的神經傳遞物質：

• 神經傳遞物質：ACh
• 受體類型：nAChR
• 受體性質：ligand-gated ion channel

所以正確組合是「乙醯膽鹼的配體閘控通道」，即選項 B。

選項分析

(A) Voltage-gated channel

錯誤。電壓閘控通道是由膜電位變化控制開關的通道，不是由神經傳遞物質直接結合開啟。

在 NMJ 中，電壓閘控通道確實參與訊號傳遞，例如：

• 突觸前末梢的 voltage-gated $\ce{Ca^{2+}}$ channel：負責動作電位抵達後的 $\ce{Ca^{2+}}$ 內流。
• 肌膜上的 voltage-gated $\ce{Na^{+}}$ channel：負責在終板電位達到閾值後產生肌肉動作電位。

但直接接收 ACh 訊號的肌肉突觸後受體不是 voltage-gated channel，而是 ligand-gated channel。

(B) Ligand-gated channel for acetylcholine

正確。骨骼肌運動終板上的 nAChR 是由 ACh 結合後開啟的配體閘控陽離子通道。

成人骨骼肌 nAChR 通常由五個次單元組成，常見組成為：

$$\alpha_2\beta\delta\varepsilon$$

ACh 必須結合兩個 $\alpha$ 次單元上的結合位置，促使受體構形改變並開啟通道。通道開啟後，$\ce{Na^{+}}$ 主要流入，並伴隨部分 $\ce{K^{+}}$ 外流，造成終板去極化。

此去極化若達到閾值，便會活化鄰近肌膜的電壓閘控 $\ce{Na^{+}}$ channel，產生肌肉動作電位。因此本選項完全符合 NMJ 的突觸後訊號機轉。

(C) Ligand-gated channel for epinephrine

核心觀念

本題考查 oligodendrocytes（少突膠細胞）的位置、包覆對象與神經傳導功能。

少突膠細胞是中樞神經系統（central nervous system, CNS）的膠細胞，主要功能是以細胞突起包覆神經元的軸突（axon），形成髓鞘（myelin sheath）。髓鞘具有電氣絕緣作用，使動作電位能在髓鞘間的郎飛結（node of Ranvier）之間進行跳躍式傳導（saltatory conduction），因而提高神經衝動傳導速度。

對照如下：

膠細胞	所在系統	主要髓鞘化對象
Oligodendrocyte（少突膠細胞）	CNS	軸突
Schwann cell（許旺細胞）	PNS	軸突

少突膠細胞的一個細胞可伸出多個突起，同時包覆多條軸突的不同區段；許旺細胞通常一個細胞只包覆一個軸突區段。

解題方法

逐項檢查三個關鍵判斷：

1. 少突膠細胞位於 CNS 還是 PNS？
2. 髓鞘包覆軸突還是樹突？
3. 髓鞘使神經傳導速度增加還是降低？

只要掌握「少突中樞、許旺周邊；髓鞘包軸突；跳躍傳導加速」，即可判定 A～D 皆不正確，因此選 E。

選項分析

(A) One type of glia cell in the peripheral nervous system

錯誤。

Oligodendrocytes 是中樞神經系統的膠細胞，分布於腦與脊髓。周邊神經系統中負責形成髓鞘的是 Schwann cells（許旺細胞）。

此外，周邊神經系統的主要膠細胞還包括 satellite cells（衛星細胞），但少突膠細胞不屬於周邊神經系統膠細胞。

(B) Wrapping dendrites to form myelin sheaths

錯誤。

少突膠細胞包覆的是神經元的軸突，不是樹突（dendrites）。

髓鞘包覆軸突後，能使軸突膜上的電流傳遞效率提高。髓鞘化區段的膜電容降低、膜電阻增加，局部電流可傳得更遠，動作電位主要在郎飛結處再生，因此形成跳躍式傳導。

核心觀念

本題考查神經退化性疾病的主要病理機轉，尤其是 Parkinson’s disease（帕金森氏病）與其他神經肌肉疾病、癲癇及自主神經異常的區分。

Parkinson’s disease 的主要病理變化，是中腦 substantia nigra pars compacta（黑質緻密部）的 dopaminergic neurons（多巴胺能神經元）逐漸退化死亡，使其投射至 striatum（紋狀體）的 dopamine（多巴胺）顯著減少。

正常情況下，basal ganglia（基底核）透過 direct pathway（直接途徑）與 indirect pathway（間接途徑）調節自主運動：

• Dopamine 作用於 $D_1$ receptor，可促進 direct pathway，增強運動。
• Dopamine 作用於 $D_2$ receptor，可抑制 indirect pathway，減少對運動的抑制。
• 因此，黑質多巴胺減少會同時降低直接途徑活性、增強間接途徑的運動抑制，造成動作遲緩、肌肉僵硬與靜止性顫抖。

此病理可簡化表示為：

$$\text{Substantia nigra pars compacta dopaminergic neuron loss} \rightarrow \downarrow \text{dopamine in striatum} \rightarrow \text{basal ganglia motor circuit dysfunction}$$

典型臨床表現包括：

• Bradykinesia（動作遲緩）
• Rigidity（肌肉僵硬）
• Resting tremor（靜止性顫抖）
• Postural instability（姿勢不穩）

部分患者也會出現嗅覺減退、便祕、睡眠障礙與認知變化，但本題問的是主要病因，因此應鎖定多巴胺能神經元的流失。

解題方法

本題採「疾病—主要病理位置—神經傳導物質」的配對法。

看到 Parkinson’s disease，立即聯想到：

$$\text{黑質緻密部多巴胺能神經元退化} \rightarrow \text{紋狀體多巴胺不足} \rightarrow \text{運動障礙}$$

再將其與各選項所描述的疾病機轉比對，即可判定正確答案為 A。

選項分析

(A) The loss of dopamine-producing nerve cells.

正確。Parkinson’s disease 主要是 substantia nigra pars compacta 的 dopamine-producing nerve cells（產生多巴胺的神經細胞）退化死亡，造成 nigrostriatal pathway（黑質—紋狀體路徑）中的多巴胺不足。

此多巴胺缺乏會使基底核對自主運動的調控失常，產生動作遲緩、僵硬與顫抖等症狀。因此符合官方答案。

更精確地說，並非所有腦內產生多巴胺的神經元都同時大量消失，而是以黑質緻密部的多巴胺能神經元退化最具代表性。選項 A 雖然概括，但在本題五個選項中正確描述了 Parkinson’s disease 的主要病理基礎。

(B) The degeneration of the upper motor and lower motor neurons.

錯誤。上運動神經元與下運動神經元同時退化，主要聯想到 amyotrophic lateral sclerosis（ALS，肌萎縮性側索硬化症）。

核心觀念

本題考的是晝夜節律（circadian rhythm）的中央生理時鐘位置。

哺乳類的主要生理時鐘位於視交叉上核（suprachiasmatic nucleus, SCN），SCN 是下視丘（hypothalamus）前部的一群神經元，位置在視神經交叉（optic chiasm）上方，因此稱為「視交叉上核」。

SCN 負責整合光線訊息並協調全身的晝夜節律，包括：

• 睡眠—覺醒週期
• 體溫變化
• 皮質醇分泌
• 褪黑激素（melatonin）分泌
• 飲食與代謝節律

光線由視網膜上的含黑視蛋白（melanopsin）的視網膜神經節細胞偵測，經由**視網膜—下視丘徑（retinohypothalamic tract）**傳至 SCN，再由 SCN 調節松果體（pineal gland）的褪黑激素分泌。

解題方法

判斷本題的關鍵是辨認：

SCN 是位於下視丘的晝夜節律主時鐘。

因此直接選擇 Hypothalamus（下視丘）。

SCN 也可藉由週期性基因表現維持約 24 小時的節律，例如 CLOCK、BMAL1、PER、CRY 等基因與蛋白質形成負回饋調控迴路，但本題主要考的是 SCN 的解剖位置，而非分子時鐘機制。

選項分析

(A) Hippocampus（海馬迴）錯誤

海馬迴主要參與：

• 學習與記憶
• 空間定位
• 情境記憶形成

海馬迴不是協調全身晝夜節律的主要中樞。雖然睡眠與記憶形成彼此相關，仍不能據此將 SCN 歸於海馬迴。

(B) Hypothalamus（下視丘）正確

SCN 位於下視丘前部，鄰近視神經交叉上方，是哺乳類晝夜節律的主要生理時鐘。

核心觀念

本題考查卵巢週期（ovarian cycle）各階段的主要荷爾蒙變化，尤其是黃體期（luteal phase）中黃體（corpus luteum）所分泌的荷爾蒙。

排卵後，原本排出卵子的濾泡細胞在黃體生成素（luteinizing hormone, LH）作用下黃體化，形成黃體。黃體主要分泌：

• 黃體素（progesterone）
• 部分雌激素（estrogens）
• 抑制素 A（inhibin A）

其中，黃體期最具代表性、升高最明顯的荷爾蒙是黃體素。黃體素使子宮內膜維持分泌期，為受精卵著床準備環境。

解題方法

判斷本題的關鍵是先定位黃體期的主要內分泌來源：

$$排卵 \rightarrow 黃體形成 \rightarrow 黃體素大量分泌$$

完整的卵巢週期可簡化如下：

1. 濾泡期（follicular phase）：濾泡生長，雌激素逐漸上升。
2. 排卵（ovulation）：高濃度雌激素造成正回饋，引發 LH surge。
3. 黃體期（luteal phase）：黃體形成，黃體素大量分泌。

黃體素在黃體期中期達到高峰，因此選擇 Progesterone。

若未受孕，黃體退化，黃體素與雌激素濃度下降，子宮內膜剝落形成月經；若受孕，胚胎分泌的人類絨毛膜促性腺激素（human chorionic gonadotropin, hCG）維持黃體，使黃體素持續分泌。

選項分析

(A) Androgens（雄性素）錯誤

雄性素主要由卵巢的卵泡膜細胞（theca interna cells）及腎上腺皮質產生。卵泡膜細胞在 LH 刺激下，利用膽固醇合成雄性素，例如：

$$\text{Cholesterol} \rightarrow \text{Pregnenolone} \rightarrow \text{Androgens}$$

重要的雄性素包括 dehydroepiandrosterone（DHEA）、androstenedione 及 testosterone。

在濾泡內，雄性素可被顆粒細胞（granulosa cells）透過芳香化酶（aromatase, CYP19A1）轉換為雌激素：

$$\text{Androstenedione} \xrightarrow{\text{aromatase}} \text{Estrone}$$ $$\text{Testosterone} \xrightarrow{\text{aromatase}} \text{Estradiol}$$

雄性素不是黃體期的主要上升荷爾蒙，因此不選此項。

(B) Follicle-stimulating hormone, FSH（濾泡刺激素）錯誤

FSH 由腦下垂體前葉分泌，主要作用於顆粒細胞，促進：

• 濾泡生長
• 顆粒細胞增生
• 芳香化酶活性增加
• 雄性素轉換為雌激素

核心觀念

本題考查「脫水時維持血容量與體液滲透壓的生理調節」，主要涉及：

1. 下視丘（hypothalamus）—抗利尿激素（ADH）—腎臟水分再吸收
2. 腎素—血管張力素—醛固酮系統（RAAS）
3. 醛固酮對腎小管離子運輸的影響
4. 低血壓時的壓力感受器反射（baroreceptor reflex）
5. 心房利鈉胜肽（ANP）的作用

脫水通常造成：

• 血漿滲透壓上升
• 循環血容量下降
• 血壓下降

身體會透過增加 ADH、啟動 RAAS、增加交感神經活性，以保存水分、增加血容量並維持血壓。

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解題方法

逐一檢查每個選項中的「分泌來源、作用對象、作用方向」是否符合脫水時的生理反應：

• 水分保存：主要靠 ADH 增加 collecting duct 的水通透性
• 鈉與血容量維持：主要靠 RAAS 與 aldosterone
• 血壓維持：靠交感神經增加心率、心肌收縮力與血管收縮
• 促進排鈉排水的因子：如 ANP，不符合脫水狀態

只要選項中有一項關鍵作用方向錯誤，即不能選為正確反應。

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選項分析

(A) The hypothalamus produces atrial natriuretic peptide to induce aquaporin.

錯誤。

ANP（atrial natriuretic peptide，心房利鈉胜肽）主要由心房肌細胞（atrial myocytes）在心房擴張、血容量增加時分泌，不是由下視丘產生。

ANP 的主要作用包括：

• 增加腎臟鈉排泄與水分排泄
• 抑制 renin 分泌
• 抑制 aldosterone 分泌
• 抑制 ADH 作用
• 促進血管舒張

因此，ANP 是在血容量過多時協助降低血容量的激素，與脫水時的反應方向相反。

脫水時真正重要的是 ADH。下視丘的 osmoreceptor 感受血漿滲透壓上升後，促使下視丘合成 ADH，並經由後葉釋放。ADH 與腎臟 collecting duct 主細胞的 V2 receptor 結合，經由：

$$V_2 \text{ receptor} \rightarrow G_s \rightarrow \text{adenylyl cyclase} \rightarrow \text{cAMP} \rightarrow \text{PKA} \rightarrow \text{Aquaporin-2 insertion}$$

增加 aquaporin-2（AQP2）插入頂端膜，使水分再吸收增加。

所以本選項同時錯在激素來源與激素種類。

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(B) Juxtaglomerular apparatus releases the enzyme renin to degrade angiotensin II.

錯誤。

Juxtaglomerular apparatus（腎小球旁器）中的 juxtaglomerular cells 會在下列情況增加 renin 分泌：

• 入球小動脈灌流壓下降
• macula densa 感受遠曲小管 $\ce{NaCl}$ 減少
• 交感神經經由 $\beta_1$ receptor 刺激

Renin 並不是用來分解 angiotensin II，而是啟動 RAAS 的第一個關鍵酵素。其作用為將肝臟產生的 angiotensinogen 切割成 angiotensin I：

$$\text{Angiotensinogen} \xrightarrow{\text{renin}} \text{Angiotensin I}$$

接著，angiotensin-converting enzyme（ACE）將 angiotensin I 轉換成具有主要生理活性的 angiotensin II：

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

Angiotensin II 的作用包括：

• 血管收縮，提高血壓
• 刺激 adrenal cortex 分泌 aldosterone
• 刺激口渴中樞
• 促進 ADH 分泌
• 增加近曲小管 $\ce{Na+}$ 再吸收

核心觀念

本題考查海水中硬骨魚類（bony fish）的滲透調節（osmoregulation）。

海水硬骨魚的體液滲透濃度低於海水，屬於「低滲性」（hypo-osmotic）動物，因此面臨兩個主要問題：

1. 水分會經由鰓、皮膚等表面以滲透作用流失。
2. 海水中的鹽類會持續進入體內，造成離子累積。

其主要調節策略為：

• 主動飲用海水以補充流失的水分。
• 在消化道吸收水分。
• 由鰓上的氯離子細胞（chloride cells，又稱 ionocytes）主動排出過量的 $\ce{Na+}$、$\ce{Cl-}$ 等離子。
• 腎臟只排出少量尿液，以減少水分流失。

因此，飲用海水是海水硬骨魚的重要滲透調節策略。

解題方法

判斷本題的關鍵，是先辨認題目所指的生物：

• bony fish：硬骨魚類，例如鮪魚、鱈魚。
• sea water：生活在海水中。

海水硬骨魚的體液相對海水為低滲，因此水分傾向由體內流向外界。若只依靠腎臟補水，會因排尿而進一步失水，所以牠們會飲用海水，再將水分吸收。

吸收海水後，鹽分主要由鰓上的離子細胞主動排出；腎臟則產生少量尿液，排除部分二價離子與含氮廢物。

所以符合題意的選項是：

$$\boxed{\text{Drinking sea water}}$$

選項分析

(A) Drinking sea water

正確。

海水硬骨魚因滲透作用而持續失水，飲用海水可補充水分。海水進入消化道後，水分被腸道吸收，過量的鹽類則由鰓上的離子細胞主動排出。

這是海水硬骨魚典型的滲透調節策略，因此官方答案為 A。

(B) High concentrations of urea and trimethylamine oxide (TMAO) in body fluids

錯誤。

體液中含有高濃度尿素（urea）與三甲胺氧化物（trimethylamine oxide, TMAO），是軟骨魚類（cartilaginous fish），如鯊魚與魟魚的典型調節方式。

核心觀念

本題考查腎元（nephron）中亨利氏環（loop of Henle）各段的通透性與主要運輸功能。

下降支（descending limb）尤其是薄段（thin descending limb）的主要特徵是：

• 對水具有高度通透性，主要與水通道蛋白 Aquaporin-1（AQP1）有關。
• 對 $\ce{Na+}$、$\ce{Cl-}$ 等溶質的通透性相對低。
• 腎髓質間質因逆流倍增機制（countercurrent multiplication）形成高滲透壓環境，使管腔內的水經滲透作用移出，進入腎髓質間質與周邊微血管。

因此，下降支的主要功能是「水的再吸收」，使管液逐漸濃縮。

解題方法

判斷腎元各段功能時，可先抓住兩個核心問題：

1. 該段對水是否通透？
2. 該段主要運輸的是水還是離子？

亨利氏環的基本分工如下：

部位	水通透性	主要功能
下降支	高	水再吸收
上升支	低，近乎不透水	$\ce{Na+}$、$\ce{K+}$、$\ce{Cl-}$ 再吸收
遠曲小管與集合管	受激素調控	進一步調整離子與水的再吸收

下降支周圍的腎髓質間質具有較高滲透壓，水會由管腔經滲透作用移出：

$$\text{管液} \rightarrow \text{腎髓質間質}$$

水進入間質後，再由直小血管（vasa recta）帶走。此過程使下降支內的管液體積減少、滲透濃度升高，故選擇 (B) Reabsorption of water。

選項分析

(A) Filtration of ions：錯誤

離子過濾主要發生於腎小球（glomerulus）。血液通過腎小球過濾屏障時，水與小分子溶質進入鮑曼囊（Bowman’s capsule），形成原尿。

下降支不是負責血液過濾的構造，也不具有腎小球的過濾屏障，因此「離子過濾」不是其主要功能。

核心觀念

本題考的是細胞內多醣的儲存形式與組織分布。動物將過量葡萄糖轉換成 肝醣（glycogen），主要儲存在：

• 肝細胞（hepatocytes）：維持血糖濃度。
• 骨骼肌細胞（skeletal muscle cells）：供肌肉收縮時就地使用。

肝醣是由許多 $\alpha$-D-glucose 以 $\alpha(1\rightarrow4)$ 糖苷鍵連接，並以 $\alpha(1\rightarrow6)$ 糖苷鍵形成分枝的高度分枝多醣。

解題方法

題幹指出「主要儲存在肝臟與骨骼肌細胞」，直接對應到肝醣的生理功能：

$$\text{Glucose} \xrightarrow[\text{glycogen synthase}]{} \text{Glycogen}$$

肝臟中的肝醣可經由：

$$\text{Glycogen} \xrightarrow{\text{glycogen phosphorylase}} \text{Glucose-1-phosphate} \rightarrow \text{Glucose-6-phosphate}$$

肝細胞具有 glucose-6-phosphatase，能將 glucose-6-phosphate 轉為游離葡萄糖並釋放至血液，以維持血糖。

骨骼肌缺乏足量的 glucose-6-phosphatase，因此肌肝醣主要經由糖解作用供應自身能量：

核心觀念

本題考的是 抗體類別轉換（class switching／isotype switching）。

同一個 B 細胞 clone（克隆）在免疫反應後期，可能由最初製造的 IgM，轉而製造 IgG、IgA 或 IgE。這種變化具有兩個重要特徵：

1. 抗原特異性不變：仍然辨識同一抗原。
2. 抗體效應功能改變：不同抗體類別具有不同的 Fc region（可結晶片段區）與效應功能。

抗體重鏈基因可概略表示為：

$$V(D)J-C_\mu-C_\delta-C_\gamma-C_\varepsilon-C_\alpha$$

其中：

• $V(D)J$ 區域編碼 immunoglobulin variable region（免疫球蛋白可變區），負責辨識抗原。
• $C$ 區域編碼 constant region（恆定區），決定抗體類別及其效應功能。

抗體類別轉換時，B 細胞會保留原本的 $V(D)J$ 可變區，改變所連接的 heavy-chain constant region（重鏈恆定區）。因此，本題答案為 免疫球蛋白重鏈 $C$ 區 DNA 的重新排列。

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解題方法

判斷本題的關鍵是抓住題幹中的兩個條件：

• 「from one antibody class to another antibody class」：表示抗體類別改變。
• 「responds to the same antigen」：表示抗原結合特異性維持不變。

抗體的抗原結合特異性由 variable region 決定；抗體類別則由 heavy-chain constant region 決定。

因此：

$$\text{同一抗原特異性} \Rightarrow V(D)J \text{ 區域不變}$$ $$\text{抗體類別改變} \Rightarrow \text{重鏈 } C \text{ 區域改變}$$

在分子機制上，活化 B 細胞在 T 細胞協助下，透過 CD40–CD40L 訊號及細胞激素刺激，啟動 activation-induced cytidine deaminase（AID，活化誘導胞苷脫胺酶）。AID 作用於重鏈基因上游的 switch region（S 區，轉換區），引發 DNA 損傷與修復，切除中間的恆定區基因，使原本的 $C_\mu$ 改接到下游的 $C_\gamma$、$C_\alpha$ 或 $C_\varepsilon$。

例如：

$$V(D)J-C_\mu \longrightarrow V(D)J-C_\gamma$$

結果是：

$$\mathrm{IgM} \longrightarrow \mathrm{IgG}$$

抗原結合部位仍由相同的 $V(D)J$ 區域構成，所以抗原特異性不變；但 Fc region 改變，因而改變補體活化、吞噬細胞結合或跨黏膜運輸等效應功能。

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選項分析

(A) The rearrangement of V region genes in that clone of responsive B cells.

錯誤。

$V$ region genes（可變區基因）負責形成抗體的抗原結合部位。若重新排列可變區基因，抗體的抗原特異性可能改變，便不符合題幹所說的「responds to the same antigen」。

初始 B 細胞發育時確實會進行 $V(D)J$ recombination，產生抗體多樣性；但成熟 B 細胞進行抗體類別轉換時，原本的 $V(D)J$ 區域會被保留。

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(B) A switch in the kind of antigen-presenting cell involved in the immune response.

錯誤。

核心觀念

本題考查 ADA deficiency（腺苷脫胺酶缺乏症）之體外基因治療流程，以及自體造血幹細胞移植與異體移植的差異。

ADA 是 purine salvage pathway（嘌呤補救途徑）中的酵素，催化：

$$\text{Adenosine} \xrightarrow{\text{ADA}} \text{Inosine}$$

以及：

$$\text{Deoxyadenosine} \xrightarrow{\text{ADA}} \text{Deoxyinosine}$$

ADA 缺乏時，deoxyadenosine 及其代謝物 deoxyadenosine triphosphate（dATP）累積。過量 dATP 會抑制 ribonucleotide reductase（核糖核苷酸還原酶），阻礙 deoxyribonucleotide 生成，進而抑制 DNA 合成，對快速增殖的 T、B、NK 淋巴球造成嚴重毒性，導致 severe combined immunodeficiency（SCID，嚴重複合型免疫缺乏症）。

此疾病的基因治療通常採用 ex vivo autologous gene therapy（體外自體基因治療）：

1. 從病人取得造血幹細胞。
2. 分離富含 CD34 的造血幹／前驅細胞。
3. 以病毒載體導入正常 ADA 基因。
4. 在體外培養並確認基因表現。
5. 將修正後的細胞輸回原病人。

因為細胞來自同一位病人，屬於自體移植，不需要以 HLA 相容性作為治療前提。

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解題方法

判斷每個選項是否符合「自體造血幹細胞 ex vivo 基因治療」的標準流程即可。

關鍵判斷點是：

• 自體細胞：取自病人本身，治療後再輸回同一病人，因此不需尋找 HLA 相合的捐贈者。
• 造血幹細胞：ADA 缺陷主要影響免疫細胞，因此修正可產生淋巴球的造血幹細胞。
• CD34 陽性細胞：CD34 是造血幹／前驅細胞常用的表面標誌。
• 病毒載體：可將正常 ADA 基因導入細胞，使細胞恢復 ADA 表現。
• 體外培養與檢測：用來確認基因已導入且能表現功能性 ADA。
• 回輸病人：完成基因修正後，將細胞輸回原病人體內。

因此，不符合必要流程的是 HLA testing。

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選項分析

(A) Human leukocyte antigen (HLA) testing should be performed before gene therapy.

錯誤，為本題答案。

HLA 檢測主要用於評估異體移植時的組織相容性，例如造血幹細胞移植需要尋找 HLA 相合的捐贈者，以降低 graft-versus-host disease（移植物抗宿主疾病）及移植排斥的風險。

本題採用的是病人自己的造血幹細胞：

$$\text{病人細胞} \rightarrow \text{體外基因修正} \rightarrow \text{同一位病人}$$

這是 autologous gene therapy（自體基因治療），細胞與病人本身具有相同的遺傳背景，並不存在供者與受者之間的 HLA 不相容問題。因此，HLA testing 並不是此治療流程的必要步驟。

臨床上可能因其他醫療考量進行相關檢驗，但就本題所描述的基因治療流程而言，HLA 檢測不是必要條件。

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(B) Haematopoietic stem cells were collected from the patient's bone marrow.

正確。

造血幹細胞可由病人骨髓取得。這些細胞能自我更新，並分化形成各類血球，包括：

核心觀念

RNA vaccine（RNA 疫苗）的核心流程是：

1. 設計抗原的 target DNA sequence（目標 DNA 序列）。
2. 以 DNA 為模板，經由 in vitro transcription（體外轉錄）製造 mRNA。
3. 將部分 uridine 改為 N1-methylpseudouridine，以降低先天免疫辨識並提升翻譯效率。
4. 使用 Lipid Nanoparticle（脂質奈米粒子，LNP）包覆 mRNA，協助進入細胞。
5. mRNA 進入細胞質後，由 ribosome（核糖體）翻譯出抗原蛋白，引發免疫反應。

本題要找的是「不屬於 RNA vaccine 核心技術原則」的項目。判斷重點在於：該技術是否直接參與 mRNA 的設計、製造、修飾或遞送。

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解題方法

逐項檢查各選項在 RNA vaccine 製程中的位置：

• 是否參與 mRNA 的核苷修飾？
• 是否參與 mRNA 的合成？
• 是否參與抗原序列設計？
• 是否協助 mRNA 進入細胞？
• 是否只是其他疫苗常見的佐劑？

前四類均屬於 RNA vaccine 的核心技術；aluminum-containing adjuvants（含鋁佐劑）主要是傳統蛋白質、次單位或不活化疫苗常用的免疫增強成分，並非 mRNA 疫苗的核心平台。

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選項分析

(A) N1-Methylpseudouridine：正確，屬於 RNA vaccine 核心技術

N1-Methylpseudouridine 是經修飾的 uridine 類核苷，常用於 mRNA vaccine。

天然未修飾 mRNA 容易被先天免疫系統辨識，例如：

• Toll-like receptor 7（TLR7）
• Toll-like receptor 8（TLR8）
• RIG-I-like receptors

這些辨識會誘發 type I interferon（第一型干擾素）及其他發炎反應，造成：

• mRNA 穩定性下降
• 蛋白質翻譯效率降低
• 細胞產生較強的非特異性免疫反應

將 uridine 改為 N1-methylpseudouridine，可降低先天免疫感測，並改善 mRNA 在細胞內的翻譯表現。因此，這是 mRNA vaccine 設計的重要技術之一。

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(B) Aluminum-containing adjuvants：錯誤選項，為本題答案

Aluminum-containing adjuvants（含鋁佐劑），例如 aluminum hydroxide（氫氧化鋁）及 aluminum phosphate（磷酸鋁），主要用於增強傳統疫苗的免疫原性。

其作用包括：

• 在注射部位形成抗原滯留效果
• 促進局部發炎反應
• 招募 antigen-presenting cells（抗原呈現細胞）
• 增強抗原被免疫系統攝取與呈現

這類佐劑常見於：

• 蛋白質次單位疫苗
• 類毒素疫苗
• 部分不活化疫苗

mRNA vaccine 的主要遞送與免疫刺激平台是 LNP。LNP 不僅包覆並保護 mRNA，也可協助 mRNA 進入細胞，且本身具有一定的免疫刺激特性。因此，含鋁佐劑不是 mRNA vaccine 的核心技術原則。

本題官方答案為 B。

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(C) Lipid Nanoparticle（LNP）platform：正確，屬於 RNA vaccine 核心技術

裸露的 mRNA 具有下列問題：

• 容易被 RNase（RNA 酶）分解
• 帶有大量負電荷，不易穿過細胞膜
• 在體內穩定性不足
• 難以有效進入細胞質

LNP 可將 mRNA 包覆在脂質結構中，主要功能包括：

1. 保護 mRNA，避免遭到 RNase 分解。
2. 協助 mRNA 被細胞以 endocytosis（胞吞作用）攝入。

核心觀念

本題考查胸腺中 T 細胞成熟時 CD4、CD8 的表現變化，以及不同淋巴器官中淋巴球的 CD4/CD8 流式細胞儀染色分布。

以 FITC-anti-CD4 為橫軸、PE-anti-CD8 為縱軸時：

• 左下：CD4⁻CD8⁻，稱為 double-negative（DN）細胞
• 右上：CD4⁺CD8⁺，稱為 double-positive（DP）細胞
• 右下：CD4⁺CD8⁻，主要為 CD4 T 細胞
• 左上：CD4⁻CD8⁺，主要為 CD8 T 細胞

胸腺是 T 細胞成熟與選擇的場所，胸腺細胞會依序經歷：

$$\text{DN} \rightarrow \text{DP} \rightarrow \text{CD4 single-positive 或 CD8 single-positive}$$

因此，胸腺內可同時看到 DN、DP、CD4⁺CD8⁻ 與 CD4⁻CD8⁺ 等族群。

解題方法

直接檢查各器官是否具有該器官應有的 CD4/CD8 細胞分布：

1. 胸腺應同時有未成熟 DN 細胞、DP 細胞，以及成熟的 CD4、CD8 單陽性細胞。
2. 脾臟、淋巴結與扁桃腺主要含成熟淋巴球，應以 CD4 或 CD8 單陽性 T 細胞為主；此外還有大量 B 細胞，B 細胞通常為 CD4⁻CD8⁻。
3. 骨髓主要是造血與 B 細胞發育場所，不應呈現典型胸腺內 T 細胞成熟各階段的完整分布。

圖中選項 A 的胸腺分布包含：

• 左下的 DN 細胞
• 右上的 DP 細胞
• 左上的 CD8⁺CD4⁻ 細胞
• 右下的 CD4⁺CD8⁻ 細胞

這正符合胸腺中 T 細胞成熟的完整分布，因此選 A。

選項分析

(A) Thymus：正確

胸腺內的 T 細胞會由 CD4⁻CD8⁻ 的 DN 細胞，發育成 CD4⁺CD8⁺ 的 DP 細胞，經過 positive selection（正選擇）及 negative selection（負選擇）後，再分化為 CD4⁺CD8⁻ 或 CD4⁻CD8⁺ 的單陽性細胞。

因此圖中同時出現 DN、DP、CD4 單陽性與 CD8 單陽性族群，是典型的胸腺染色型態。

核心觀念

本題考查醣類的 **mutarotation（變旋作用）**與 Gibbs free energy：

$$\Delta G^\circ=-RT\ln K_{\mathrm{eq}}$$

Alpha-D-glucose 在水溶液中可經由開鏈型 glucose 互相轉換為 beta-D-glucose。題目給出平衡時有 $70\%$ 轉換為 beta-D-glucose，因此：

• beta-D-glucose：$70\%$
• alpha-D-glucose：$30\%$

對於反應

$$\alpha\text{-D-glucose}\rightleftharpoons\beta\text{-D-glucose}$$

平衡常數為：

$$K_{\mathrm{eq}}=\frac{[\beta\text{-D-glucose}]}{[\alpha\text{-D-glucose}]} =\frac{0.70}{0.30} =\frac{7}{3}$$

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解題方法

先計算平衡常數的自然對數：

$$\ln K_{\mathrm{eq}} =\ln\left(\frac{7}{3}\right) =\ln 7-\ln 3 =1.95-1.10 =0.85$$

代入 $R=8.314\ \mathrm{J\,mol^{-1}K^{-1}}$、$T=300\ \mathrm{K}$：

$$\Delta G^\circ =-RT\ln K_{\mathrm{eq}}$$ $$\Delta G^\circ =-(8.314)(300)(0.85)$$ $$\Delta G^\circ\approx-2120\ \mathrm{J/mol}$$

因此，對「alpha-D-glucose $\rightarrow$ beta-D-glucose」這個反應方向而言，熱力學上的標準自由能變化為：

$$\Delta G^\circ\approx-2120\ \mathrm{J/mol}$$

但本題官方選項全部列為正值，官方答案 A 所採用的是自由能差的正值大小，亦即：

$$|\Delta G^\circ|=2120\ \mathrm{J/mol}$$

因此依官方答案選：

$$\boxed{(A)\ 2120}$$

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正負號的爭議點

嚴格依據熱力學定義，若反應方向明確寫成：

$$\alpha\text{-D-glucose}\rightarrow\beta\text{-D-glucose}$$

則因為平衡時 beta-D-glucose 比例較高，$K_{\mathrm{eq}}>1$，所以：

$$\Delta G^\circ=-2120\ \mathrm{J/mol}$$

負號代表此方向較有利。

若計算相反方向：

核心觀念

本題考查細菌細胞壁的主要成分——**肽聚糖（peptidoglycan，murein）**之結構與交聯方式。

肽聚糖由兩部分組成：

1. 多醣骨架：由

• $N$-acetylglucosamine（NAG，$N$-乙醯葡萄糖胺）
• $N$-acetylmuramic acid（NAM，$N$-乙醯胞壁酸）

以 $\beta(1\text{-}4)$ 鍵交替連接。

2. 肽鏈側鏈：接在 NAM 上，典型肽鏈可表示為：

$$\text{L-Ala-D-Glu-meso-DAP-D-Ala}$$

其中末端 D-Ala 會在轉肽反應（transpeptidation）中被切除，並由另一條肽鏈的胺基與之形成交聯，使肽聚糖網狀結構更加穩固。

肽聚糖可維持細菌形狀，並抵抗低滲環境下因水分進入所造成的細胞破裂。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是依序檢查：

1. NAG、NAM 的多醣骨架是否正確；
2. 肽鏈究竟接在 NAG 或 NAM 上；
3. 肽聚糖交聯時涉及的胺基酸與化學基團。

其中最重要的辨識點是：

肽鏈不是接在 NAG 上，而是接在 NAM 的乳酸側鏈（lactyl group）上。

因此，只要看到「tetrapeptide 連接到 N-acetylglucosamine」，即可判定錯誤。

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選項分析

(A) 正確

肽聚糖是細菌細胞壁的主要結構成分，尤其對多數細菌而言，肽聚糖層提供重要的機械強度。

其功能包括：

• 維持細菌特定形狀；
• 抵抗低滲環境下的膨壓；
• 防止細胞因水分大量進入而發生裂解。

若肽聚糖受到 lysozyme（溶菌酶）分解，或受到 $\beta$-lactam 類抗生素抑制其交聯，細菌便可能因滲透壓而破裂。

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(B) 正確

肽聚糖的多醣鏈是 NAG 與 NAM 的交替共聚物，兩者之間以 $\beta(1\text{-}4)$ glycosidic linkage（醣苷鍵）連接：

$$\text{NAG-}\beta(1\text{-}4)\text{-NAM-}\beta(1\text{-}4)\text{-NAG-}\cdots$$

Lysozyme 正是切斷 NAG 與 NAM 之間的 $\beta(1\text{-}4)$ 鍵，因而破壞細菌細胞壁。

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(C) 正確

肽聚糖的多醣鏈彼此並非僅靠醣鏈排列，而是透過接在 NAM 上的肽鏈進行交聯。

典型的四肽鏈包含：

$$\text{L-Ala-D-Glu-meso-DAP-D-Ala}$$

在轉肽酵素（transpeptidase，又稱 penicillin-binding protein, PBP）作用下，一條肽鏈末端的 D-Ala 被移除，另一條肽鏈第三個胺基酸上的胺基與其形成肽鍵，將相鄰的肽聚糖鏈連接起來。

因此，選項所述「透過 tetrapeptides 交聯」符合肽聚糖的基本結構概念。

核心觀念

本題考查多醣的：

1. 葡萄糖之間的鍵結型態：$\alpha$ 或 $\beta$。
2. 分枝程度與非還原端數量。
3. $\alpha$-1,4-glucosidase 的受質專一性。
4. 在相同質量下，酵素可攻擊端點數量對初始反應速率的影響。

$\alpha$-1,4-glucosidase 主要水解葡萄糖聚合物中的 $\alpha$-1,4-glycosidic bond，反應可表示為：

$$\text{Polysaccharide} + \ce{H2O} \longrightarrow \text{shorter oligosaccharides} + \text{glucose}$$

此酵素主要從多醣的非還原端逐步切除葡萄糖。分枝越多，同一質量的多醣具有越多非還原端，酵素可同時作用的起始位置越多，初始水解速率通常越快。

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四種多醣的結構比較

多醣	主要鍵結	分枝程度	對 $\alpha$-1,4-glucosidase 的意義
Glycogen（肝醣）	$\alpha$-1,4；分枝處為 $\alpha$-1,6	最高	非還原端最多，最容易產生快速初始水解
Amylopectin（支鏈澱粉）	$\alpha$-1,4；分枝處為 $\alpha$-1,6	次高	非還原端多，但少於肝醣
Amylose（直鏈澱粉）	幾乎全為 $\alpha$-1,4	幾乎無分枝	每條分子主要只有一個非還原端
Cellulose（纖維素）	$\beta$-1,4	無分枝	不符合 $\alpha$-1,4-glucosidase 的鍵結專一性

肝醣約每 8–12 個葡萄糖殘基出現一次分枝；支鏈澱粉約每 24–30 個葡萄糖殘基出現一次分枝。因此，在相同質量下：

$$\text{Glycogen 的非還原端數量} > \text{Amylopectin 的非還原端數量} > \text{Amylose 的非還原端數量}$$

初始速率可用概念式表示為：

$$v_0 \propto \text{可被酵素接觸的有效非還原端數量}$$

所以排序為：

$$\boxed{ \text{Glycogen} > \text{Amylopectin} > \text{Amylose} > \text{Cellulose} }$$

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解題方法

第一步：先排除鍵結型態不合者

Cellulose 的葡萄糖以 $\beta$-1,4-glycosidic bond 連接，而題目指定的是 $\alpha$-1,4-glucosidase。

因此：

$$\text{Cellulose 不會被此酵素有效水解}$$

Cellulose 應排在最後。

第二步：比較可水解的三種 $\alpha$-葡聚糖

Glycogen、amylopectin 與 amylose 都含有 $\alpha$-1,4 鍵，因此都能成為此酵素的作用對象。

關鍵差異在於分枝：

• 分枝會增加非還原端。
• 非還原端越多，酵素同時進行水解的起始位置越多。
• 肝醣分枝最密集，因此速率最高。
• 支鏈澱粉分枝少於肝醣，因此次之。
• 直鏈澱粉幾乎沒有分枝，因此最慢。

第三步：得到完整排序

$$\boxed{ \text{Glycogen} > \text{Amylopectin} > \text{Amylose} > \text{Cellulose} }$$

核心觀念

本題考查 Michaelis–Menten enzyme kinetics（米氏酵素動力學）。

其基本方程式為：

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

其中：

• $v$：反應初速率
• $V_{\max}$：底物濃度足夠高時的最大反應速率
• $K_m$：反應速率達到 $\frac{1}{2}V_{\max}$ 時的底物濃度
• $[S]$：底物濃度，本題底物為 glucose（葡萄糖）

本題資料如下：

酵素	$K_m$	$V_{\max}$
Hexokinase I	$100\ \mu\mathrm{M}$	$30\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$
Hexokinase II	$10\ \mathrm{mM}$	$50\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$

計算時必須先統一濃度單位：

$$10\ \mathrm{mM}=10{,}000\ \mu\mathrm{M}$$

$K_m$ 越小，代表酵素對底物的表觀親和力越高；因此 Hexokinase I 對 glucose 的親和力高於 Hexokinase II。至於 $V_{\max}$，則是酵素在底物飽和時的最大反應速率。

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解題方法

逐一將題目給定的 glucose 濃度代入 Michaelis–Menten 方程式，並檢查敘述是否與計算結果相符。

另外要注意：

1. $v$ 必定小於或等於 $V_{\max}$。
2. 當 $[S]=K_m$ 時，$v=\frac{1}{2}V_{\max}$。
3. 當 $[S]\ll K_m$ 時，反應速率遠低於 $V_{\max}$。
4. $V_{\max}$ 只能在底物濃度趨近無限大時趨近，有限底物濃度下不會真正達到。

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選項分析

（A）錯誤

當 glucose 濃度為 $50\ \mu\mathrm{M}$ 時，Hexokinase I 的反應速率為：

$$v=\frac{30\times 50}{100+50}$$ $$v=\frac{1500}{150}=10\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$$

因此反應速率約為 $10\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$，不是選項所稱的 $20\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$。

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（B）錯誤

同樣使用 Hexokinase I 的參數：

$$v=\frac{30\times 50}{100+50} =10\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$$

因此也不是約 $25\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$。

本選項常見的錯誤在於忽略了分母中的 $K_m+[S]$，或誤以為 $[S]$ 接近 $K_m$ 時反應速率會接近 $V_{\max}$。實際上此處 $[S]=\frac{1}{2}K_m$，所以速率只有：

$$v=30\times\frac{50}{150}=10\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$$

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（C）錯誤

當 glucose 濃度為 $1.0\ \mathrm{mM}$ 時，先統一單位：

$$1.0\ \mathrm{mM}=1000\ \mu\mathrm{M}$$

Hexokinase II 的 $K_m=10\ \mathrm{mM}=10{,}000\ \mu\mathrm{M}$，因此：

$$v=\frac{50\times 1000}{10{,}000+1000}$$ $$v=\frac{50{,}000}{11{,}000} \approx 4.55\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$$

所以反應速率約為 $4.5\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$，並非 $30\ \mu\mathrm{M}/\mathrm{min}$。

由於 $1.0\ \mathrm{mM}$ 僅為 Hexokinase II $K_m$ 的十分之一，酵素尚未接近飽和，反應速率自然遠低於 $V_{\max}$。

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（D）錯誤

當 glucose 濃度為 $30\ \mathrm{mM}$ 時：

$$v=\frac{50\times 30}{10+30}$$

核心觀念

本題考「纖維蛋白質（fibrous proteins）」的結構與功能，重點包括：

• 纖維蛋白質通常具有長鏈、重複性的結構，主要負責支撐、保護與提供機械強度。
• $\alpha$-keratin（α-角蛋白）以右手性 $\alpha$-helix（α-螺旋）形成左手性 coiled-coil（捲曲螺旋）。
• Collagen（膠原蛋白）具有三股螺旋結構，富含 glycine（甘胺酸）。
• Silk fibroin（絲 fibroin）主要由反平行 $\beta$-sheets（β-摺板）構成。

解題方法

判斷纖維蛋白質的敘述是否正確時，可從兩個面向切入：

1. 結構：觀察其主要二級結構與多股鏈的排列方式。
2. 功能與胺基酸組成：確認其機械性質，以及特定胺基酸是否具有代表性。

本題中，Collagen 的關鍵辨識特徵是「高 glycine 含量」與「抗拉強度高」。因此只要看到「low glycine content」即可判定該敘述錯誤。

選項分析

(A) Fibrous proteins usually have good mechanical strength and play a structural role in living organisms.

正確。

纖維蛋白質通常由長鏈、多重複單元所組成，形成延伸性的纖維或網狀結構，具有良好的機械強度，主要功能是支撐與保護。

例子包括：

• Collagen：構成皮膚、肌腱、軟骨與骨骼的結構。
• $\alpha$-keratin：構成毛髮、指甲、皮膚表皮。
• Silk fibroin：形成蠶絲纖維。

因此，纖維蛋白質通常具有結構性功能。

(B) The central rod domain of $\alpha$-keratin is an $\alpha$-helix structure flanked by non-helical N- and C-terminal domains.

正確。

$\alpha$-keratin 的中央 rod domain（桿狀區域）主要由長段的 $\alpha$-helix 組成，兩端則為較短的非螺旋性 N-terminal domain 與 C-terminal domain。

其基本組織可表示為：

$$\text{N-terminal non-helical domain} - \text{central } \alpha\text{-helical rod domain} - \text{C-terminal non-helical domain}$$

中央 α-螺旋區域有利於形成 coiled-coil，進一步組成更粗大的角蛋白纖維。

(C) Pairs of right-handed $\alpha$-helices of $\alpha$-keratin wrap around each other to form a left-twisted coiled coil.

正確。

單一 $\alpha$-helix 為右手性螺旋。兩條右手性 α-螺旋彼此纏繞時，會形成左手性扭轉的 coiled-coil。

此結構可概括為：

核心觀念

本題考查 phenylalanine（苯丙胺酸）代謝、phenylalanine hydroxylase（苯丙胺酸羥化酶，PAH）缺乏症，以及 phenylketonuria（苯丙酮尿症，PKU）的生化特徵。

正常代謝中，PAH 催化 phenylalanine hydroxylation，將 phenylalanine 轉變為 tyrosine（酪胺酸）：

$$\ce{L-Phenylalanine + O2 + BH4 ->[PAH] L-Tyrosine + H2O + BH2}$$

其中：

• PAH 是催化反應的酵素。
• tetrahydrobiopterin（四氫生物蝶呤，$\ce{BH4}$）是必要輔因子。
• tyrosine 可作為蛋白質合成、兒茶酚胺、甲狀腺素與黑色素的前驅物。
• PAH 缺乏時，phenylalanine 無法有效轉換成 tyrosine，因而在體內累積。
• 過多的 phenylalanine 會經轉胺作用形成 phenylpyruvate（苯丙酮酸），並進一步形成其他 phenylketones，造成 phenylketonuria。

關鍵代謝反應為：

$$\ce{Phenylalanine + alpha-ketoglutarate <=>[aminotransferase] Phenylpyruvate + Glutamate}$$

因此，PAH 缺乏的核心結果是 phenylalanine 與 phenylpyruvate 增加、tyrosine 生成減少，不是 pyruvate 增加。

解題方法

判斷各選項時，先鎖定 PAH 所負責的反應：

$$\text{Phenylalanine} \xrightarrow{\text{PAH}} \text{Tyrosine}$$

接著依序檢查：

1. PAH 缺乏是否使 tyrosine 生成減少。
2. 堆積的 phenylalanine 是否轉為 phenylpyruvate。
3. 尿液中是否增加 phenylketones。
4. PKU 是否影響神經與智力發展。
5. 飲食限制 phenylalanine 是否能降低代謝物累積。

其中最容易混淆的是 phenylpyruvate 與 pyruvate。PAH 缺乏時增加的是 phenylpyruvate，不是一般代謝途徑中的 pyruvate。

選項分析

(A) The ability of cells to produce tyrosine is reduced.

正確。

PAH 負責將 phenylalanine 羥化為 tyrosine。PAH 缺乏後，此反應速率下降：

$$\ce{Phenylalanine -> Tyrosine}$$

因此細胞由 phenylalanine 製造 tyrosine 的能力降低。Tyrosine 在此情況下成為條件必需胺基酸，患者需要注意飲食中 tyrosine 的供應。

(B) It may result in the accumulation of pyruvate in the body.

錯誤，為本題答案。

PAH 缺乏造成的主要異常是 phenylalanine 無法轉換成 tyrosine，過量 phenylalanine 會經轉胺作用生成 phenylpyruvate：

核心觀念

本題考查抗有絲分裂藥物（antimitotic drugs）對微管（microtubule）動態的影響。

微管由 $\alpha$-tubulin 與 $\beta$-tubulin 組成，具有極性，分為正端（plus end）與負端（minus end）。微管在有絲分裂期間形成紡錘體（mitotic spindle），負責連接染色體的動粒（kinetochore），並協助染色體排列與分離。

微管具有「動態不穩定性」（dynamic instability）：

• 聚合（polymerization）：GTP-tubulin 加入微管末端。
• GTP 水解：$\beta$-tubulin 上的 GTP 水解為 GDP，使微管結構穩定性下降。
• 災變（catastrophe）：微管由生長轉為快速解聚。
• 救援（rescue）：微管由解聚轉為重新生長。

有絲分裂需要微管持續進行聚合與解聚，因此藥物即使是「促進聚合」，只要使微管過度穩定、失去正常動態，同樣能阻止細胞分裂。

解題方法

題幹的關鍵字是：

stimulates microtubule polymerization and stabilizes microtubules

也就是「刺激微管聚合，並使微管穩定」。

逐一辨認藥物作用：

• Taxol：促進微管聚合並穩定微管。
• Nocodazole：抑制微管聚合。
• Colchicine：與 tubulin 結合，抑制微管組裝。
• Vincristine、Vinblastine：與 tubulin 結合，抑制微管聚合並促進微管解聚。

因此符合題幹描述的是 Taxol。

選項分析

(A) Taxol：正確

Taxol 又稱 paclitaxel，主要與微管內部的 $\beta$-tubulin 結合，促進 tubulin 加入微管並穩定微管壁結構，降低微管解聚與災變的發生。

Taxol 的作用結果包括：

1. 促進微管聚合。
2. 抑制微管解聚。
3. 抑制微管正常的動態不穩定性。
4. 使有絲分裂紡錘體無法正常重組與運作。
5. 細胞停滯於有絲分裂期，最後引發細胞死亡。

因此 Taxol 完全符合「stimulates microtubule polymerization and stabilizes microtubules」。

(B) Nocodazole：錯誤

Nocodazole 與 tubulin 結合，抑制 tubulin 加入微管，主要造成微管聚合受阻與微管解聚。

其作用方向與 Taxol 相反：

• Nocodazole：抑制聚合、破壞微管。
• Taxol：促進聚合、穩定微管。