國立清華大學 112 年 《生物與生化》

核心觀念

本題考查「生物學種概念」（biological species concept, BSC）。

依照 Ernst Mayr 的定義，物種是由一群實際上或潛在地能夠彼此交配，並產生具有繁殖能力後代的族群所組成；同時，該族群與其他族群之間存在生殖隔離（reproductive isolation）。

判定一個物種時，核心資訊包括：

• 是否能夠彼此交配。
• 交配後是否能產生可存活且具有繁殖能力的後代。
• 與其他族群之間是否存在生殖隔離。

因此，這個物種概念的關鍵在於「有性生殖與生殖相容性」。

解題方法

看到題幹中的 biological species concept，直接聯想到：

以生殖能力與生殖隔離來界定物種。

選項中只有 Sexual reproduction（有性生殖） 直接涉及個體間能否交配，以及後代是否具有繁殖能力，因此選擇 B。

此概念並不是依照外觀相似度、生活環境、DNA 序列或演化親緣關係來直接定義物種。

選項分析

(A) Genome sequence（基因組序列）

錯誤。

基因組序列可用於比較不同族群的遺傳差異，也可應用於 phylogenetic species concept（親緣種概念）或 molecular taxonomy（分子分類學）。然而，生物學種概念的判定重點不是基因序列是否相同，而是不同個體能否彼此交配並產生可繁殖後代。

同一物種內的個體，其基因組序列也不會完全相同；反之，基因差異較大的個體仍可能可以正常交配並繁殖。因此，Genome sequence 不是本題所要求的核心資訊。

(B) Sexual reproduction（有性生殖）

正確。

生物學種概念建立在有性生殖的族群上，必須評估個體之間的交配能力及其後代的繁殖能力。

例如，馬與驢可以交配並產生騾，但騾通常不具繁殖能力，因此馬與驢被視為不同物種。這反映出「可產生具有繁殖能力的後代」是重要判準。

物種間的生殖隔離可分為：

• 合子前隔離（prezygotic isolation）：阻止交配或受精，例如行為隔離、時間隔離、機械隔離。
• 合子後隔離（postzygotic isolation）：雖能形成合子，卻造成後代死亡、不育或繁殖力下降，例如騾的不育。

因此，B 正是 biological species concept 所要求的資訊。

(C) Phylogenic tree（親緣演化樹）

錯誤。

核心觀念

本題考「性擇（sexual selection）」與一般「自然選擇（natural selection）」的區別。

性擇是自然選擇的一部分，特別指個體因為在取得交配機會或提高受精成功率方面具有優勢，導致某些性狀被保留下來。主要機制包括：

1. 異性選擇（intersexual selection）：一性別選擇另一性別作為配偶，例如雄蛙鳴叫、鳥類求偶舞。
2. 同性競爭（intrasexual selection）：同一性別個體彼此競爭交配機會，例如雄性間爭鬥。
3. 交配後性擇（postcopulatory sexual selection）：交配後精子彼此競爭，稱為精子競爭（sperm competition）。

相對地，若某性狀主要提升個體的存活率，例如躲避捕食者、適應環境顏色，則通常歸類為自然選擇中的生存適應，而非性擇。

解題方法

逐一判斷各性狀的主要功能：

• 若功能是吸引配偶、取得交配機會或提高受精率，屬於性擇。
• 若功能是躲避天敵、增加存活率，屬於生存適應，通常不屬於性擇。

本題中，A～D均與繁殖成功有關；E的主要功能是保護色與偽裝，重點在避免被捕食，因此選E。

選項分析

(A) Frog singing（青蛙鳴叫）

雄蛙鳴叫通常具有吸引雌蛙、傳遞個體品質訊息的功能。雌蛙可能依據鳴叫的頻率、持續時間或音量選擇雄蛙，這屬於異性選擇。

鳴叫也可能增加雄蛙被捕食的風險，但只要其主要演化效果是提高求偶成功率，即可視為性擇形成的性狀。

因此，A屬於性擇，錯誤。

(B) Sperm competition（精子競爭）

當一隻雌性在同一繁殖期與多個雄性交配，不同雄性的精子便會競爭使卵受精。此種競爭會造成精子數量增加、精子游動能力提升，甚至促使雄性演化出較大的睪丸。

這是典型的交配後性擇。雖然競爭發生在交配之後，但其結果直接影響個體的生殖成功率。

因此，B屬於性擇，錯誤。

(C) Courtship dance（求偶舞）

核心觀念

本題考查視覺感光色素 rhodopsin（視紫質） 的分子分類與視覺訊息傳遞機轉。

Rhodopsin 位於視網膜 rod cell（桿細胞） 的膜盤上，由兩部分組成：

1. Opsin（視蛋白）：屬於具有七次跨膜結構的 G protein-coupled receptor, GPCR（G 蛋白偶聯受體）。
2. 11-cis-retinal（11-順視黃醛）：由維生素 A 衍生而來，透過 Schiff base 與 opsin 的 Lys 殘基結合。

因此，rhodopsin 的受體本質是 GPCR，正確答案為 (D)。

解題方法

判斷此題的關鍵是辨認 rhodopsin 在視覺訊息傳遞中的角色：

光子被 rhodopsin 吸收後，11-cis-retinal 會異構化成 all-trans-retinal（全反式視黃醛），使 rhodopsin 轉變為活化型態 metarhodopsin II（第二型變視紫質）。

接著依序啟動下列訊息傳遞路徑：

$$\text{Rhodopsin}^{*} \rightarrow \text{Transducin} \rightarrow \text{PDE} \rightarrow \downarrow [\mathrm{cGMP}] \rightarrow \text{關閉陽離子通道} \rightarrow \text{桿細胞超極化}$$

具體而言：

1. 活化的 rhodopsin 促使異源三聚體 G protein transducin（轉導蛋白） 的 $\alpha$ 次單元進行 GDP-GTP 交換。
2. $\mathrm{G_{\alpha t}}$-GTP 活化 cGMP phosphodiesterase（cGMP 磷酸二酯酶，PDE6）。
3. PDE6 將 cGMP 水解為 5′-GMP：

$$\mathrm{cGMP + H_2O \rightarrow 5'-GMP}$$

4. 細胞內 cGMP 濃度下降，使由 cGMP 門控的陽離子通道關閉。
5. $\mathrm{Na^+}$ 與 $\mathrm{Ca^{2+}}$ 內流減少，桿細胞膜電位產生超極化，進而降低 glutamate（麩胺酸）釋放。

這條路徑中，rhodopsin 是負責接收光刺激並啟動 G protein 的膜受體，並非通道或代謝酵素。

選項分析

(A) Ion channel（離子通道）

錯誤。

Rhodopsin 本身不是離子通道，不會形成讓 $\mathrm{Na^+}$、$\mathrm{K^+}$ 或 $\mathrm{Ca^{2+}}$ 通過的孔道。

在視覺轉導中，真正直接受到 cGMP 調控的是 cyclic nucleotide-gated channel, CNG channel（環核苷酸門控通道）。

核心觀念

Microglia（小膠質細胞）是中樞神經系統（central nervous system, CNS）內的常駐免疫細胞，功能上相當於腦與脊髓中的 macrophage（巨噬細胞）。其主要功能包括：

• 持續監測神經組織環境。
• 受到感染、損傷或神經退化刺激時，啟動免疫反應。
• 進行吞噬作用（phagocytosis），清除病原體、死亡細胞與細胞碎片。
• 分泌 cytokines（細胞激素），如 $\ce{TNF-\alpha}$、$\ce{IL-1\beta}$、$\ce{IL-6}$。
• 參與抗原呈現、發炎反應與突觸修剪（synaptic pruning）。

因此，Microglia 的核心身分是 CNS 的免疫防禦細胞，正確答案為 Immune responses。

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解題方法

本題屬於神經膠細胞功能辨識題。解題時先抓住 Microglia 的細胞分類：

$$\text{Microglia}=\text{CNS resident macrophage}$$

只要辨認出 Microglia 是中樞神經系統的常駐免疫細胞，即可直接判定其主要功能為 immune responses。

接著將其他選項與主要負責的細胞比較：

• 腦脊髓液循環：主要涉及 choroid plexus（脈絡叢）、ependymal cells（室管膜細胞）與纖毛運動。
• 神經元結構與代謝支持：主要由 astrocytes（星狀膠細胞）提供。
• 中樞神經髓鞘形成：由 oligodendrocytes（少突膠細胞）負責。

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選項分析

(A) Circulating cerebrospinal fluid

錯誤。Microglia 並不是負責腦脊髓液（cerebrospinal fluid, CSF）循環的細胞。

CSF 主要由 choroid plexus 產生，並在腦室系統與蛛網膜下腔中流動。室管膜細胞表面的纖毛有助於 CSF 的流動與分布。Microglia 位於 CNS 的神經組織實質中，負責免疫監測，不是 CSF 的循環細胞。

「Circulating」也容易造成混淆：血液中的 monocytes（單核球）可在發炎或損傷時進入 CNS，但這些細胞不等同於原本常駐的 Microglia。

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(B) Structural support for neurons

錯誤。神經元的結構、代謝與離子環境支持主要由 astrocytes 負責。

Astrocytes 可提供：

• 神經元的代謝支持。
• 維持細胞外 $\ce{K+}$ 濃度。
• 回收 neurotransmitters（神經傳遞物質），例如 glutamate（麩胺酸）。
• 參與 blood-brain barrier（血腦障壁）。
• 協助形成與維持神經組織的結構。

Microglia 確實會與神經元及突觸互動，也能分泌神經營養與調節性分子；在組織受傷時更會影響神經修復與突觸重塑。然而，這不是 Microglia 的主要分類功能，「structural support for neurons」在基礎神經生物學考題中主要指向 astrocytes，因此本選項不正確。

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(C) Axon myelination

核心觀念

「Fight or flight」指面對壓力、危險時，身體迅速進入「戰或逃」狀態，主要由**自律神經系統（autonomic nervous system, ANS）中的交感神經系統（sympathetic nervous system）**引起。

交感神經活化後，會產生下列典型反應：

• 心跳加快、心肌收縮力增加，提升心輸出量
• 支氣管擴張，增加肺部通氣
• 瞳孔放大，增強視覺警覺
• 骨骼肌血流增加
• 消化道活動與血流下降
• 肝醣分解增加，使血糖上升
• 腎上腺髓質分泌 epinephrine（腎上腺素）與 norepinephrine（正腎上腺素）

其神經機轉如下：

1. 壓力訊息經由大腦傳至 hypothalamus（下視丘）。
2. 下視丘活化交感神經路徑。
3. 交感神經節前神經元釋放 acetylcholine（$\ce{ACh}$），作用於神經節的 nicotinic receptor。
4. 多數交感神經節後神經元釋放 norepinephrine，作用於目標器官的 $\alpha$ 或 $\beta$ adrenergic receptor。
5. 腎上腺髓質也接受交感神經節前纖維刺激，釋放 epinephrine 與 norepinephrine 至血液中，放大全身反應。

因此，本題要找的是自律神經系統中專門負責「戰或逃」反應的分支。

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解題方法

先辨認題幹中的關鍵詞：

“fight or flight”

這是交感神經系統的經典功能。只要看到「緊急狀態、壓力、危險、戰或逃、心跳加快、支氣管擴張、瞳孔放大」等描述，優先判斷為 sympathetic system。

題目中的其他選項有些是較大的分類，有些是自律神經系統的其他分支，因此要選擇最精確的答案：

$$\text{Autonomic nervous system} = \text{Sympathetic} + \text{Parasympathetic} + \text{Enteric}$$

「Fight or flight」並非泛指整個 autonomic system，而是主要由其中的 sympathetic division 所誘發。因此答案為 (C) Sympathetic。

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選項分析

(A) Autonomic

Autonomic nervous system（自律神經系統）負責調節不需意識控制的生理功能，例如心跳、血壓、腸胃蠕動、瞳孔大小與腺體分泌。

交感神經、副交感神經與腸神經都屬於自律神經系統。由於「fight or flight」確實屬於自律神經調節範圍，這個選項具有部分正確性；但它是較廣泛的總稱，未指出真正主要負責此反應的分支，因此不是本題最佳答案。

(B) Somatic

核心觀念

本題考查「哺乳刺激引發排乳反射」的神經內分泌機轉。

乳頭受到新生兒吸吮後，感覺神經將訊號傳至下視丘，促使下視丘的室旁核（paraventricular nucleus, PVN）與視上核（supraoptic nucleus, SON）神經元釋放催產素（oxytocin）。催產素經下視丘—垂體軸運送至神經垂體（posterior pituitary），再進入血液循環，作用於乳腺周圍的肌上皮細胞（myoepithelial cells），使其收縮，將乳汁推入乳管並排出乳房。

因此，題幹所說的「triggers release of milk」，指的是乳汁排出，也稱為排乳（milk ejection）或噴乳反射（milk let-down reflex）。

解題方法

判斷關鍵在於區分兩個常被混淆的生理作用：

• 催乳素（prolactin）：促進乳腺合成乳汁。
• 催產素（oxytocin）：促進乳汁由乳腺排出。

題目使用「release of milk from the mammary glands」，明確指乳汁排出，而不是乳汁合成。因此應選擇催產素。

機轉可整理如下：

$$\text{新生兒吸吮乳頭} \rightarrow \text{感覺神經訊號傳入下視丘} \rightarrow \text{神經垂體釋放 oxytocin}$$

催產素與乳腺肌上皮細胞膜上的催產素受體結合後，主要活化 $G_q$ 蛋白，進一步啟動磷脂酶 C（phospholipase C, PLC）：

$$\text{Oxytocin receptor} \rightarrow G_q \rightarrow \text{PLC} \rightarrow \text{PIP}_2 \rightarrow \text{IP}_3+\text{DAG}$$

其中，IP₃促使內質網釋放 $\ce{Ca^{2+}}$，使細胞內鈣離子濃度上升，活化肌凝蛋白收縮機制，造成肌上皮細胞收縮，推動乳汁排出。

選項分析

(A) Oxytocin（催產素）—正確

催產素由下視丘合成，沿著下視丘神經元軸突運送至神經垂體儲存與釋放。乳頭受到吸吮刺激時，催產素進入血液，作用於乳腺肌上皮細胞，引起細胞收縮，促使乳汁排出。

因此，催產素是本題所描述的荷爾蒙。

(B) Vasopressin（加壓素、抗利尿激素）—錯誤

加壓素又稱抗利尿激素（antidiuretic hormone, ADH），同樣由下視丘合成，並由神經垂體釋放。其主要作用包括：

核心觀念

本題考查腦下垂體（pituitary gland, 垂體）所分泌或釋放的荷爾蒙，以及下視丘—腦下垂體—周邊腺體軸的基本生理。

腦下垂體分為：

• 前葉（anterior pituitary, adenohypophysis）：合成並分泌多種荷爾蒙，包括 FSH、prolactin、ACTH。
• 後葉（posterior pituitary, neurohypophysis）：本身主要負責儲存與釋放由下視丘合成的 ADH 與 oxytocin。

甲狀腺素（thyroid hormone），主要包括 $\ce{T3}$（triiodothyronine）與 $\ce{T4}$（thyroxine），則由**甲狀腺（thyroid gland）**濾泡細胞合成與分泌，並非由腦下垂體釋放。

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解題方法

逐一判斷各荷爾蒙的來源：

1. 若為前葉荷爾蒙，通常由腦下垂體前葉分泌。
2. 若為 ADH，雖由下視丘合成，但經軸突運送至腦下垂體後葉儲存並釋放，因此考試分類上視為由後葉釋放。
3. 若為 thyroid hormone，則直接由甲狀腺釋放，不是腦下垂體荷爾蒙。

因此，唯一不由腦下垂體釋放的是 Thyroid hormone。

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選項分析

(A) Antidiuretic hormone（抗利尿激素，ADH）

ADH 又稱 vasopressin（血管加壓素），由下視丘的 supraoptic nucleus（視上核）及 paraventricular nucleus（室旁核）神經元合成，沿下視丘—腦下垂體神經束運送至後葉，最後由腦下垂體後葉釋放入血液。

ADH 主要作用於腎臟集合管，使 aquaporin-2 水通道嵌入管腔膜，提高水的再吸收，降低尿量。因此依生理學的「釋放部位」分類，ADH 屬於腦下垂體後葉釋放的荷爾蒙。本選項錯誤。

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

FSH 由腦下垂體前葉的 gonadotrophs（促性腺細胞）分泌，受下視丘 gonadotropin-releasing hormone（GnRH，促性腺激素釋放激素）脈衝式刺激。

在女性，FSH 促進卵巢濾泡生長及 granulosa cells（顆粒細胞）增生；在男性，FSH 作用於 Sertoli cells（支持細胞），協助精子生成。因此 FSH 是腦下垂體前葉荷爾蒙。本選項錯誤。

(C) Prolactin（泌乳素，PRL）

Prolactin 由腦下垂體前葉的 lactotrophs（泌乳細胞）分泌，主要促進乳腺發育及乳汁生成。

核心觀念

腎臟（kidney）的主要功能是維持內環境恆定（homeostasis），包括：

• 調節水分與離子平衡
• 維持酸鹼平衡
• 調節血壓與血容量
• 執行內分泌功能
• 排除含氮廢物與藥物代謝物

體溫調節（thermal balance）的主要器官則是皮膚、汗腺、骨骼肌與下視丘（hypothalamus），並非腎臟的主要功能。因此本題選出與腎臟主要功能不符者。

解題方法

逐一判斷各選項是否屬於腎臟的生理功能：

1. 腎臟是否能直接調節血液中的離子？
2. 腎臟是否參與血壓調控？
3. 腎臟是否參與酸鹼平衡？
4. 腎臟是否具有內分泌功能？
5. 腎臟是否是體溫恆定的主要調節器官？

前四項均可由腎臟的腎元功能或內分泌作用解釋；體溫調節則不屬於腎臟的主要職責。

選項分析

(A) Ion balance：正確功能

腎臟透過腎小球過濾（glomerular filtration）、腎小管再吸收（tubular reabsorption）及分泌（tubular secretion），調節體液中的離子濃度。

重要離子包括：

• $\ce{Na+}$：主要在近曲小管、亨利氏袢、遠曲小管與集合管調節
• $\ce{K+}$：主要在遠曲小管與集合管分泌
• $\ce{Ca^{2+}}$：受 parathyroid hormone（PTH，副甲狀腺素）調節
• $\ce{PO4^{3-}}$：受 PTH 調節其排泄
• $\ce{Mg^{2+}}$、$\ce{Cl-}$：經腎小管再吸收與排泄維持平衡

例如，醛固酮（aldosterone）作用於遠曲小管後段與集合管，增加 $\ce{Na+}$ 再吸收及 $\ce{K+}$ 分泌；抗利尿激素（ADH）則改變集合管對水的通透性。這些作用均屬於離子與體液平衡的調節。

因此 (A) 是腎臟的主要功能。

(B) Blood pressure control：正確功能

腎臟透過兩個主要機制控制血壓。

1. 調節鈉離子與水分

腎臟控制 $\ce{Na+}$ 排泄量，進而影響細胞外液容量與血容量：

$$\text{Na+ retention} \rightarrow \text{water retention} \rightarrow \text{blood volume increase} \rightarrow \text{blood pressure increase}$$

相反地，增加鈉與水的排泄會降低血容量及血壓。

2. 腎素—血管張力素—醛固酮系統

當腎臟感受到腎灌流下降、遠曲小管緻密斑（macula densa）感受到 $\ce{NaCl}$ 減少，或交感神經刺激 $\beta_1$ 受體時，近腎小球細胞（juxtaglomerular cells）會分泌腎素（renin）。

其關鍵路徑為：

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

Angiotensin II 會：

• 造成血管收縮
• 刺激醛固酮分泌
• 刺激 ADH 分泌
• 增加口渴感
• 促進腎臟保留鈉與水

因此腎臟是血壓長期調節的重要器官，(B) 正確。

(C) pH balance：正確功能

腎臟是維持長期酸鹼平衡的主要器官之一，主要機制包括：

1. 分泌氫離子

核心觀念

本題考查物種形成中的生殖隔離（reproductive isolation），尤其是：

1. 合子形成前障礙（prezygotic barrier）：阻止精卵結合或阻止合子形成。
2. 合子形成後障礙（postzygotic barrier）：雜交已經發生並形成後代，但後代在存活、發育或繁殖能力上受到限制。

常見分類如下：

生殖障礙	發生階段	典型表現
配子隔離（gametic isolation）	合子形成前	精子無法與卵細胞融合
雜種存活力降低（reduced hybrid viability）	合子形成後	雜種無法正常發育或存活率低
雜種不孕（reduced hybrid fertility）	合子形成後	雜種可存活，但無法產生正常、有活性的配子
雜種崩解（hybrid breakdown）	合子形成後、常見於後代世代	$F_1$ 可育，但 $F_2$ 或後代世代存活力、繁殖力下降

解題方法

題幹指出：

The offspring of horse and donkey is viable but sterile.

意思是馬與驢交配後，所產生的後代：

• viable：可以存活，表示受精已成功，胚胎也能發育成活體。
• sterile：不育，表示雜種個體雖可存活，卻無法正常繁殖。

馬與驢的雜交後代通常稱為騾（mule）；母馬與公驢所生者為騾，母驢與公馬所生者常稱為駃騠（hinny）。由於馬與驢的染色體數目不同：

• 馬：$2n=64$
• 驢：$2n=62$
• 雜種後代：通常為 $2n=63$

雜種在形成配子時，減數分裂需要同源染色體進行配對與分離。騾具有奇數條染色體，且馬、驢染色體之間存在結構與配對上的不完全相容，因此減數分裂難以正常進行，無法產生正常且具功能的配子，導致不育。

因此，本題的判斷順序是：

$$\text{能形成活的後代} \Rightarrow \text{不是合子形成前障礙}$$ $$\text{後代存活但不育} \Rightarrow \text{合子形成後的雜種不孕}$$

所以答案為：

$$\boxed{\text{Postzygotic barrier, reduced hybrid fertility}}$$

選項分析

(A) Prezygotic barrier, gametic isolation

錯誤。

Gametic isolation（配子隔離）屬於合子形成前障礙，意指精子與卵細胞即使接觸，也無法成功融合形成合子。

本題中馬與驢已成功產生可存活的後代，代表受精與合子形成均已完成，因此不屬於 gametic isolation，也不是 prezygotic barrier。

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(B) Prezygotic barrier, reduced hybrid fertility

錯誤。

Reduced hybrid fertility（雜種繁殖力降低）是指雜種已經形成並存活，但其繁殖能力降低或喪失，屬於合子形成後障礙。

核心觀念

磷循環（phosphorus cycle）是磷在岩石、土壤、水體、生物與沉積物之間的轉換。磷主要以磷酸鹽（$\ce{PO4^{3-}}$）形式存在，沒有像碳循環、氮循環那樣重要的氣相階段，因此其主要來源是岩石風化，主要移除方式則是沉積與掩埋。

土壤中的有機磷必須先經由微生物或植物所產生的水解酵素分解，釋放可利用的無機磷酸鹽，這個過程稱為礦化（mineralization）：

$$\text{有機磷化合物}+\ce{H2O} \xrightarrow{\text{phosphatase、nuclease、phytase}} \ce{PO4^{3-}}+\text{有機產物}$$

磷肥與畜禽糞肥使用過量時，磷容易經由地表逕流進入湖泊、河川與近岸海域，引起優養化（eutrophication）。

解題方法

本題問「NOT correct」，應逐項檢查：

1. 是否符合磷過量造成水體優養化的概念。
2. 是否符合陸域磷的主要來源。
3. 是否符合有機磷礦化的酵素機轉。
4. 是否符合人類活動對磷循環的干擾。
5. 是否符合糞肥施用與磷流失的環境條件。

其中需特別注意選項 E 的「poorly drained soils（排水不良土壤）」：糞肥雖然含磷，但施於排水不良土壤時，磷更容易累積於表土，並隨地表逕流流入水體，增加優養化風險，不能直接視為有助於磷循環或土壤肥力改善。

選項分析

(A) 正確

淡水與近岸海水中的磷酸鹽過量，會刺激藻類及藍綠藻大量繁殖，形成藻華（algal bloom）。藻類死亡後，分解者分解其有機物並消耗水中溶氧，導致低氧或缺氧，形成優養化。

因此，phosphate over-enrichment 可造成 massive algae blooms 及 eutrophication，敘述正確。

(B) 正確

陸域系統中，植物可利用的無機磷主要來自含磷岩石的風化。岩石中的磷礦物經物理風化與化學風化後，釋放磷酸鹽至土壤中，再被植物吸收。

植物吸收磷酸鹽後，磷可進入食物鏈；生物死亡或排泄後，磷再經分解與礦化返回土壤。因此，本選項符合陸域磷循環的基本來源。

核心觀念

本題考查氮循環（nitrogen cycle）中各類微生物所負責的轉化反應，尤其要分辨：

1. 氨化作用（ammonification）：有機含氮物分解成氨或銨離子。
2. 硝化作用（nitrification）：$\ce{NH3/NH4+}$ 經氧化形成 $\ce{NO2-}$，再形成 $\ce{NO3-}$。
3. 反硝化作用（denitrification）：反硝化細菌將 $\ce{NO3-}$ 或 $\ce{NO2-}$ 還原成氣態氮，主要產物為 $\ce{N2}$，並可伴隨產生 $\ce{N2O}$。
4. 固氮作用（nitrogen fixation）：將大氣中的 $\ce{N2}$ 還原成可利用的氨，主要由固氮微生物進行。

解題方法

先辨識各選項描述的是哪一個氮循環步驟，再檢查其微生物與反應是否配對正確。

本題最關鍵的判斷是：動物尿液中的含氮廢物屬於有機氮化合物，必須先經分解與氨化作用轉成 $\ce{NH3}$ 或 $\ce{NH4+}$；反硝化作用處理的主要是硝酸鹽，並非直接分解尿液中的含氮廢物。因此選項 A 將「氨化作用」誤寫成「反硝化作用」，為錯誤敘述。

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選項分析

(A) The nitrogenous wastes in animal urine are broken down by denitrifying bacteria.

錯誤，為本題答案。

動物尿液中的主要含氮廢物包括尿素（urea）、尿酸（uric acid）與其他有機含氮物。這些物質首先由分解者及具有相關水解酵素的微生物分解。

以尿素為例：

$$\ce{(NH2)2CO + H2O ->[urease] 2NH3 + CO2}$$

在水溶液中，氨可與水形成銨離子：

$$\ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-}$$

此過程屬於氨化作用（ammonification），核心是將有機氮轉成無機氮 $\ce{NH3/NH4+}$。

反硝化細菌執行的是反硝化作用，即在缺氧條件下利用硝酸鹽作為電子受體，將其還原為氣態氮：

$$\ce{NO3- -> NO2- -> NO -> N2O -> N2}$$

因此，反硝化細菌不是主要負責分解動物尿液含氮廢物的細菌。選項將「氨化作用」與「反硝化作用」混淆。

(B) Nitrous oxide $\ce{N2O}$, carbon dioxide and methane are greenhouse gases that contribute to global warming.

正確。

$\ce{N2O}$（nitrous oxide，氧化亞氮）、$\ce{CO2}$（carbon dioxide，二氧化碳）與 $\ce{CH4}$（methane，甲烷）均能吸收地球表面放出的紅外線，屬於溫室氣體。

其中 $\ce{N2O}$ 與氮循環密切相關，可由土壤中的硝化作用與反硝化作用產生。農業施肥增加土壤中可利用氮，會促進相關微生物反應，進而增加 $\ce{N2O}$ 排放。

(C) Nitrous oxide $\ce{N2O}$ has risen in the atmosphere as a result of agricultural fertilization, biomass burning, cattle and feedlots, and industrial sources.

正確。

大氣中的 $\ce{N2O}$ 來源包括：

核心觀念

本題考查紅藻（Rhodophyta）的特徵，包括：

• 光合色素種類與吸收光譜
• 紅藻的生殖方式
• 配子是否具有鞭毛
• 代表性多細胞紅藻及其利用

紅藻主要含有葉綠素 $a$、藻紅蛋白（phycoerythrin）及藻藍蛋白（phycocyanin）。其中藻紅蛋白能有效吸收穿透海水較深處的藍綠光，並將能量傳遞給葉綠素 $a$ 進行光合作用。

解題方法

判斷各選項是否符合紅藻的典型生物學特徵。此題的關鍵在於區分：

1. 「紅藻具有哪些光合色素」
2. 「特定色素吸收哪些波長的光」

藻紅蛋白的主要吸收範圍並非紅光與藍光；紅藻的紅色主要來自藻紅蛋白反射出的紅色光。因此，將「吸收紅光與藍光」直接歸因於藻紅蛋白，即為錯誤敘述。

選項分析

(A) They are abundant in the warm coastal waters of tropical oceans.

正確。

紅藻主要分布於海洋，尤其常見於溫暖的熱帶及亞熱帶沿岸水域。部分紅藻含有較多藻紅蛋白，能吸收水中較容易穿透的藍綠光，因此可分布在其他藻類較難有效行光合作用的水層。

「abundant in the warm coastal waters」符合紅藻常見的生態分布，故本項正確。

(B) They contain phycoerythrin as their photosynthetic pigment to absorb red and blue light.

錯誤，為本題答案。

紅藻確實含有藻紅蛋白，但藻紅蛋白的主要功能是吸收綠光及藍綠光，並將光能傳遞至葉綠素 $a$。藻紅蛋白所吸收的光譜大致位於綠光區域，而非題目所述的「紅光與藍光」。

紅藻本身的葉綠素 $a$ 可吸收藍光與紅光，但不能把這種吸收特性直接歸因於藻紅蛋白。故本項敘述不正確。

核心觀念

本題考查「昆蟲媒介傳染病（insect-borne disease）」的判定。昆蟲媒介傳染病是指病原體主要經由昆蟲叮咬、吸血或接觸而在人與人、動物與人之間傳播。常見昆蟲媒介包括蚊、蠅、跳蚤與蝨。

判斷本題的關鍵，是辨認各疾病的主要傳播途徑與媒介：

• Polio（小兒麻痺症）：主要經糞口途徑傳播。
• Japanese encephalitis（日本腦炎）：由蚊子媒介。
• Dengue（登革熱）：由埃及斑蚊等媒介。
• Zika virus fever（茲卡病毒感染症）：主要由斑蚊媒介。
• Sleeping sickness（睡眠病）：由舌蠅媒介。

解題方法

先逐一判斷疾病是否必須依賴昆蟲媒介傳播。若疾病的主要感染途徑是飲食、飲水污染造成的糞口傳染，而非昆蟲叮咬，便屬於本題所問的「NOT insect borne」。

在五個選項中，只有 Polio 的主要傳播方式不是昆蟲媒介，而是病人排出的病毒污染食物或飲水後，經口進入人體。因此選擇 A。

選項分析

(A) Polio：正確答案

Polio 由 **poliovirus（小兒麻痺病毒）**引起，屬於 Enterovirus（腸病毒），為無套膜、正股單股 RNA 病毒。

主要傳播途徑為：

$$糞便污染 \rightarrow 食物或飲水 \rightarrow 經口感染$$

病毒首先在咽部及腸道淋巴組織增殖，之後進入血液；少數病例可侵犯中樞神經系統，破壞脊髓前角的運動神經元，造成急性弛緩性麻痺。

Polio 不需要蚊、蠅等昆蟲作為傳播媒介，因此不是 insect-borne disease。本選項正確。

(B) Japanese encephalitis：錯誤選項

Japanese encephalitis（日本腦炎）由 **Japanese encephalitis virus, JEV（日本腦炎病毒）**引起，屬於 Flavivirus（黃病毒屬），為具套膜的正股單股 RNA 病毒。

其主要媒介為 Culex mosquito（家蚊屬，尤其三斑家蚊等）。病毒在蚊子吸食受感染動物的血液後進入蚊體，經蚊體內增殖，再於叮咬時傳給人類。

豬與水鳥可作為重要的增殖宿主或自然宿主；人類通常不是有效的病毒增殖宿主。因此日本腦炎屬於蚊媒傳染病，為 insect-borne disease。

(C) Dengue：錯誤選項

核心觀念

本題考查植物細胞的特殊構造，以及植物細胞與動物細胞在細胞間連結、細胞分裂和細胞壁構造上的差異。

植物細胞常見的重要構造包括：

• Plasmodesmata（胞間連絲）：植物細胞之間的細胞質通道。
• Middle lamella（中膠層）：位於相鄰植物細胞初生細胞壁之間，主要含果膠。
• Phragmoplast（成膜體）：植物細胞胞質分裂時，協助形成細胞板的微管結構。
• Tonoplast（液胞膜）：包圍液胞的膜。
• Gap junction（間隙連接）：動物細胞常見的細胞間通道，由 connexin（連接蛋白）組成；植物細胞不具有此構造。

因此，本題答案為 Gap junction。

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解題方法

判斷此題可將選項分成兩類：

1. 植物細胞特有或典型的構造。
2. 動物細胞常見的細胞連結構造。

植物細胞具有細胞壁、液胞與胞間連絲，且植物細胞進行胞質分裂時會形成成膜體與細胞板。相對地，gap junction 是動物細胞之間的直接通訊通道，植物細胞使用的是功能相近但結構不同的 plasmodesmata。

故不屬於植物細胞的構造是：

$\boxed{\text{(D) Gap junction}}$

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選項分析

(A) Plasmodesmata（胞間連絲）—正確

Plasmodesmata 是穿越植物細胞壁、連接相鄰植物細胞細胞質的微小通道。其構造通常包括：

• 外圍由植物細胞膜包覆；
• 中央具有由內質網延伸形成的 desmotubule（胞間連絲管）；
• 使相鄰細胞的細胞質彼此相通。

物質可透過胞間連絲在植物細胞間移動，包括水分、離子、小分子代謝物，部分訊息分子與蛋白質也能通過。這種細胞間運輸路徑稱為 symplastic pathway（共質體途徑）。

因此，plasmodesmata 是植物細胞的重要構造，選項正確。

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(B) Middle lamella（中膠層）—正確

Middle lamella 位於相鄰植物細胞的初生細胞壁之間，主要成分是 pectin（果膠）。果膠具有黏著作用，使鄰近植物細胞彼此結合。

植物細胞壁的相對位置可概念化為：

$$\text{細胞膜} \rightarrow \text{初生細胞壁} \rightarrow \text{中膠層} \leftarrow \text{初生細胞壁} \rightarrow \text{細胞膜}$$

中膠層不是細胞膜，也不是動物細胞的細胞外基質；它是植物細胞壁系統的一部分。因此，middle lamella 可見於植物細胞，選項正確。

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(C) Phragmoplast（成膜體）—正確

Phragmoplast 是植物細胞進行胞質分裂時形成的微管與相關蛋白結構，主要位於兩個子細胞核之間。

植物細胞的胞質分裂過程如下：

核心觀念

本題考查 COVID-19（SARS-CoV-2）的病毒基因體特性、抗病毒藥物作用標的、抗原變異，以及 mRNA 疫苗的作用原理與保存條件。

重點包括：

• Antigenic drift（抗原漂移）：病毒基因複製時累積點突變，使抗原逐漸產生變化。
• Antigenic shift（抗原移位）：通常發生於具有分節段基因體的病毒，當兩種不同病毒感染同一細胞時，基因體片段重新分配，形成具有全新抗原組合的病毒。
• SARS-CoV-2 為正股單股、非分節段 RNA 病毒，其基因體不具備容易進行基因片段重新分配的分節段結構。
• Remdesivir（瑞德西韋）作用於病毒的 RNA-dependent RNA polymerase, RdRp（RNA 依賴性 RNA 聚合酶）。
• COVID-19 mRNA 疫苗提供製造 SARS-CoV-2 spike protein（棘蛋白）的 mRNA，使人體細胞產生抗原並誘發免疫反應。

解題方法

題幹問的是 NOT correct，因此要找出錯誤敘述。

判斷順序如下：

1. 先確認 SARS-CoV-2 的基因體是否分節段。
2. 再區分 antigenic drift 與 antigenic shift 的機制。
3. 檢查藥物與疫苗的作用原理。
4. 最後判斷疫苗保存條件是否符合考題所指的早期 Pfizer-BioNTech mRNA 疫苗。

SARS-CoV-2 的基因體是單一條、非分節段的 RNA，因此不符合典型 antigenic shift 所需的「不同病毒基因片段重新分配」機制。故官方答案為 C。

選項分析

(A) The RNA-dependent RNA polymerase is a primary target for anti-COVID-19 virus drug remdesivir.

正確。

SARS-CoV-2 感染細胞後，需利用自身的 RdRp 複製 RNA 基因體。其主要複製流程可簡化為：

$$\text{viral (+)ssRNA} \longrightarrow \text{negative-strand RNA intermediate} \longrightarrow \text{new positive-strand viral RNA}$$

其中 RdRp 複合體包含主要聚合酶 nsp12，並與 nsp7、nsp8 等輔助蛋白共同作用。

Remdesivir 是 adenosine nucleotide analog（腺苷核苷酸類似物），在細胞內代謝成具有活性的 triphosphate 形式，能被病毒 RdRp 誤認並掺入新生 RNA。掺入後會造成病毒 RNA 合成受阻，形成 delayed chain termination（延遲性鏈終止）等抑制效果。

因此，RdRp 確實是 Remdesivir 的主要作用標的。

(B) Antigenic drift is a kind of genetic variation that can result in a new strain of COVID-19 virus particles.

正確。

Antigenic drift 是病毒基因複製過程中逐漸累積的突變，主要原因包括：

• RNA 複製時的錯誤；
• 病毒族群在宿主與宿主之間傳播時的自然選汰；
• 突變若有利於病毒免疫逃脫或傳播，可能在族群中增加。

這些突變可能改變 spike protein 等病毒表面抗原，形成新的病毒變異株或 strain。

SARS-CoV-2 雖具有部分 RNA proofreading（校對）能力，例如 nsp14 exonuclease，但仍會累積足以造成抗原與生物特性變化的突變。因此本選項敘述正確。

(C) Coronaviruses are prone to undergo antigenic shift by combining two different viruses to make a novel strain.

核心觀念

本題考查革蘭氏陰性菌外膜的結構、脂多醣（lipopolysaccharide, LPS）的組成與生物活性。

LPS 主要由三部分組成：

1. Lipid A（脂質 A）：嵌入外膜，含有多條脂肪酸鏈及磷酸基，是 LPS 的內毒素活性核心。
2. Core oligosaccharide（核心寡醣）：連接 Lipid A 與 O antigen。
3. O antigen（O 抗原）：位於最外側，由重複醣單元組成，影響血清型與免疫辨識。

革蘭氏陰性菌外膜中的 LPS 含有多個磷酸基，因此整體帶有強烈的負電荷。外膜穩定性主要仰賴 $\ce{Mg^{2+}}$、$\ce{Ca^{2+}}$ 等二價陽離子橋接鄰近 LPS 分子的負電荷。

本題要求找出「不正確」的敘述，因此判斷重點是：LPS 的位置、分泌方式、生物活性來源，以及電荷與膜穩定性的關係。

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解題方法

逐項檢查四個核心特徵：

• 是否位於革蘭氏陰性菌外膜？
• 是否可透過外膜囊泡釋放？
• 是否能誘發動物或植物的防禦反應？
• 其內毒素活性是否主要來自 Lipid A？
• LPS 對細胞膜造成的是正電荷還是負電荷？

前四項均符合 LPS 的生物學特性；最後一項將 LPS 的電荷方向寫反，因此為錯誤敘述。

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選項分析

(A) They are found in the outer membrane of Gram-negative bacteria.

正確。

LPS 是革蘭氏陰性菌外膜的特徵性成分。其結構排列具有不對稱性：

• 內層主要為 phospholipids（磷脂）
• 外層主要為 LPS

其中 Lipid A 的脂肪酸部分嵌入外膜，醣類部分朝向細胞外。革蘭氏陽性菌沒有典型的外膜，因此不具有這種外膜 LPS 結構。

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(B) They are secreted as part of the normal physiological activity of membrane vesicle trafficking.

正確。

革蘭氏陰性菌可由外膜向外出芽形成 outer membrane vesicles, OMVs（外膜囊泡）。這些囊泡內含外膜成分，因此也可攜帶 LPS、外膜蛋白及周質空間中的分子。

OMV 的形成可視為細菌正常生理活動的一部分，具有下列功能：

• 釋放 LPS 與其他細菌分子
• 傳遞毒力因子
• 參與細菌間或細菌與宿主間的訊息交流
• 誘發宿主免疫反應

此處的 membrane vesicle trafficking 是指細菌外膜囊泡的形成與釋放，不應誤解為真核細胞高基氏體或內質網的囊泡運輸。

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(C) They can induce defense responses in animals and plants.

正確。

LPS 是重要的 pathogen-associated molecular pattern, PAMP（病原體相關分子模式），可被宿主的 pattern-recognition receptors, PRRs（模式辨識受體）辨識。

在動物中，LPS 的 Lipid A 可與 LBP（LPS-binding protein） 結合，接著轉交給 CD14，再由 MD-2/TLR4 複合體辨識。TLR4 活化後可透過：

核心觀念

本題考查液泡型 $\ce{H+}$-ATPase（Vacuolar-type $\ce{H+}$-ATPase，V-ATPase）的結構、分布、功能與調控方式。

V-ATPase 是一種利用 ATP 水解能量，將質子（$\ce{H+}$）跨膜運輸的初級主動運輸幫浦。其基本結構可分為：

• $V_1$ domain：位於細胞質側，負責催化 ATP 水解。
• $V_0$ domain：嵌入膜內，負責將 $\ce{H+}$ 跨膜轉運。

其反應可概念化表示為：

$$\ce{ATP + H2O -> ADP + Pi}$$

ATP 水解所釋放的能量，促使 $\ce{H+}$ 經由 $V_0$ domain 移動，建立膜兩側的質子電化學梯度，也就是 proton motive force（質子驅動力，PMF）。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是區分：

1. V-ATPase 本身屬於「初級主動運輸」。
2. V-ATPase 所建立的 $\ce{H+}$ 梯度，通常提供能量給「次級主動運輸」。
3. 初級運輸蛋白直接利用 ATP；次級運輸蛋白則利用既有的離子電化學梯度。

因此，若選項宣稱 V-ATPase 產生的 PMF 是「primary transporters」的驅動力，即混淆了 primary transport 與 secondary transport，便是不正確的敘述。

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選項分析

(A) They are ATP-dependent proton pumps.

正確。

V-ATPase 直接利用 ATP 水解產生的能量，將 $\ce{H+}$ 跨膜運輸，因此屬於 ATP-dependent proton pump（依賴 ATP 的質子幫浦），也是初級主動運輸蛋白。

其運輸方向依細胞位置而異：

• 在內膜系統中，通常將 $\ce{H+}$ 打入胞器腔內，使腔內酸化。
• 在細胞膜上，則可將 $\ce{H+}$ 排出細胞，造成細胞外酸化。

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(B) They are present in intracellular membranes in all eukaryotes and at the plasma membrane of certain specialized cells.

正確。

V-ATPase 廣泛存在於真核生物的胞器膜，例如：

• endosome（內體）
• lysosome（溶小體）
• secretory vesicle（分泌囊泡）
• Golgi apparatus（高基氏體）

這些膜上的 V-ATPase 可將 $\ce{H+}$ 運入胞器腔內，調節腔內酸鹼值，並協助蛋白質分選、受體回收、溶小體酵素作用及囊泡成熟。

部分高度特化的細胞，也會將 V-ATPase 放置於 plasma membrane（細胞膜），例如：

• osteoclast（破骨細胞）：將 $\ce{H+}$ 分泌至骨表面，酸化骨吸收腔，促進骨礦物質溶解。
• 腎臟 intercalated cells（插入細胞）：分泌 $\ce{H+}$，參與酸鹼平衡與尿液酸化。

因此，選項對 V-ATPase 的分布描述正確。

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(C) They are involved in acidification of endosomes.

正確。

V-ATPase 位於 endosomal membrane（內體膜）上，將 $\ce{H+}$ 運入內體腔內，使內體腔內的 pH 降低。

內體酸化具有重要功能，包括：

核心觀念

維生素（vitamins）是人體所需的有機微量營養素，通常無法在體內充分合成，必須由食物取得。依溶解性可分為：

• 脂溶性維生素（fat-soluble vitamins）：A、D、E、K，可儲存於肝臟與脂肪組織。
• 水溶性維生素（water-soluble vitamins）：B 群與 C，通常不易大量儲存，過量部分多由尿液排出。

部分維生素或其衍生物會形成輔酶（coenzymes），參與電子轉移、醯基轉移及一碳單位轉移等酵素反應。

本題的關鍵在於辨認各種維生素的主要天然食物來源，尤其是維生素 B12 的來源。

解題方法

逐項核對：

1. 分類是否符合維生素的基本分類。
2. 是否符合維生素作為輔酶或輔酶前驅物的功能。
3. 維生素 B1、B12、E 的天然食物來源是否正確。

其中，維生素 B12 是最具鑑別度的選項。天然維生素 B12 主要來自動物性食品，蔬菜本身通常不是可靠來源。因此，聲稱胡蘿蔔與青花菜天然含有維生素 B12 的敘述不正確。

選項分析

(A) They are generally classified into fat soluble or water soluble.

此敘述正確。

維生素一般依溶解性分成脂溶性與水溶性：

• 脂溶性：維生素 A、D、E、K。
• 水溶性：維生素 B 群與維生素 C。

脂溶性維生素可累積於體內，攝取過量時較容易造成毒性；水溶性維生素通常不易長期儲存，但維生素 B12 是重要例外，人體可在肝臟儲存相當量。

(B) Some of them are required as coenzymes to facilitate enzymatic catalysis.

此敘述正確。

部分維生素會直接成為輔酶，或先轉換成具活性的輔酶形式，例如：

• 維生素 B1 → thiamine pyrophosphate, TPP
  參與丙酮酸去氫酶與 $\alpha$-酮戊二酸去氫酶反應，協助醛酮基轉移與脫羧。
• 維生素 B2 → FAD、FMN
  參與氧化還原反應。
• 維生素 B3 → NAD$^+$、NADP$^+$
  參與電子與氫的轉移。
• 維生素 B5 → coenzyme A
  參與醯基轉移。
• 維生素 B6 → pyridoxal phosphate, PLP
  參與胺基酸轉胺、脫羧等反應。
• 維生素 B7 → biotin
  參與羧化反應。
• 維生素 B9 → tetrahydrofolate, THF
  參與一碳單位轉移。
• 維生素 B12 → methylcobalamin、5′-deoxyadenosylcobalamin
  參與甲基轉移與甲基丙二醯輔酶 A 重排反應。

因此，「部分維生素作為輔酶以促進酵素催化」是維生素的重要功能。

(C) Vitamin B1 is found naturally in meats, fish, and whole grains.

此敘述正確。

維生素 B1（thiamine，硫胺素）天然存在於：

• 豬肉等肉類；
• 魚類；
• 全穀類；
• 豆類、堅果及酵母等。

核心觀念

本題考查 Toll-like receptors（TLRs，類鐸受體）對病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns, PAMPs）的辨識。

TLRs 是先天免疫系統的模式辨識受體（pattern-recognition receptors, PRRs），可辨識病原體上高度保守、宿主細胞通常沒有的分子，進而啟動發炎反應與抗感染基因表現。

典型訊息傳遞流程為：

$$\text{PAMP 與 TLR 結合} \rightarrow \text{TLR 二聚化} \rightarrow \text{MyD88 或 TRIF} \rightarrow \text{IRAK、TRAF6、TAK1} \rightarrow \text{NF-}\kappa\text{B、AP-1 或 IRF} \rightarrow \text{發炎細胞激素與第一型干擾素}$$

本題的判斷重點是：選項中的分子是否屬於 TLR 可辨識的典型微生物保守結構。

解題方法

逐一對照常見 TLR 與其配體：

TLR	主要辨識物
TLR2／TLR1、TLR2／TLR6	細菌脂蛋白、部分 peptidoglycan
TLR4	Gram-negative bacteria 的 lipopolysaccharide（LPS）
TLR5	Flagellin
TLR9	Unmethylated CpG DNA

若某分子只是一般醣類、不是典型病原體專一性結構，也沒有對應的 TLR 辨識機制，即為本題答案。

選項分析

(A) Peptidoglycan（肽聚糖）—錯誤選項

Peptidoglycan 是細菌細胞壁的重要成分，由：

• $N$-acetylglucosamine（NAG）
• $N$-acetylmuramic acid（NAM）
• 短肽交聯結構

所組成。

其保守結構可被 TLR2 辨識，通常涉及 TLR2 與 TLR1 或 TLR6 的協同作用，啟動 MyD88 依賴性訊息傳遞，活化 NF-$\kappa$B 與 AP-1，促進 TNF、IL-1、IL-6 等發炎介質生成。

補充而言，peptidoglycan 的片段也可由細胞內 NOD1、NOD2 辨識：

• NOD1 主要辨識含 meso-DAP 的片段
• NOD2 主要辨識 muramyl dipeptide（MDP）

但在本題的典型配對中，peptidoglycan 仍屬於可被 TLR 系統辨識的細菌成分，因此不是答案。

(B) Flagellin（鞭毛蛋白）—錯誤選項

Flagellin 是細菌鞭毛的主要結構蛋白，能被細胞膜上的 TLR5 辨識。

TLR5 辨識 flagellin 的保守區域後，透過 MyD88 啟動下游訊息傳遞：

核心觀念

本題考查胎兒循環、出生後心房壓力變化，以及 Patent Foramen Ovale（PFO，卵圓孔未閉）的定義與臨床特徵。

胎兒時期肺部尚未進行有效氣體交換，肺血管阻力高；胎盤則是主要的氣體與物質交換器官。胎兒血液由下腔靜脈回到右心房後，部分經由卵圓孔由右心房流向左心房，避開尚未充分工作的肺部。

卵圓孔主要由：

• Septum primum（第一房間隔）：形成可活動的瓣膜
• Septum secundum（第二房間隔）：留下開口

所構成。出生後若右心房壓力下降、左心房壓力上升，第一房間隔瓣膜會被壓向第二房間隔，使卵圓孔產生功能性閉合；之後兩者通常會逐漸融合。若未完全融合，即形成 PFO。

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解題方法

逐項檢查每個敘述是否符合以下三個核心事實：

1. 胎兒期右心房壓力高於左心房，血液經卵圓孔由右向左流。
2. 出生時胎盤循環中斷、肺循環建立，導致左心房壓力上升、右心房壓力下降。
3. PFO 是先天性心房間隔瓣膜未完全融合的解剖構造，不是由一般可修正與不可修正危險因子造成的疾病。

依官方答案，錯誤敘述為 D。

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選項分析

(A) 正確

胎兒時期肺血管阻力高，右心室將血液打入肺循環的阻力較大，因此右心房壓力通常高於左心房：

$$P_{\mathrm{RA}} > P_{\mathrm{LA}}$$

壓力梯度使血液由右心房經卵圓孔流入左心房，再進入左心室與主動脈。這種由右向左的血流方向可使卵圓孔保持開放。

因此，選項所述「高壓右側流向低壓左側，使卵圓孔維持開放」正確。

(B) 正確

出生時臍帶夾閉會使胎盤低阻力循環突然被移除，導致全身血管阻力上升；同時新生兒開始呼吸，肺泡擴張使肺血管阻力下降，肺血流增加。

出生前後的主要變化如下：

• 胎盤夾閉：全身血管阻力上升
• 肺部開始換氣：肺血管阻力下降
• 肺靜脈回流增加：左心房壓力上升
• 胎盤循環中斷、右心回流改變：右心房壓力下降

因此壓力關係反轉為：

$$P_{\mathrm{LA}} > P_{\mathrm{RA}}$$

左心房較高的壓力會將第一房間隔瓣膜推向第二房間隔，使卵圓孔發生功能性閉合。選項中的 “snap closed” 可理解為出生後迅速發生的生理性關閉；解剖上的永久融合則需較長時間。

因此本項正確。

(C) 正確

核心觀念

本題考查 CRISPR-Cas9 的來源、作用機轉、重要組成，以及其在基因治療上的安全性。

CRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，規則成簇間隔短回文重複序列）是細菌與古菌的適應性免疫系統。細菌遭受噬菌體感染後，會將部分病毒 DNA 片段儲存於 CRISPR locus，轉錄形成 guide RNA；guide RNA 再引導 Cas nuclease 辨識具有互補序列的外來 DNA，進行切割。

CRISPR-Cas9 系統的主要組成包括：

• crRNA：提供與目標 DNA 互補的辨識序列。
• tracrRNA：協助 crRNA 與 Cas9 結合。
• sgRNA（single-guide RNA）：實驗室常將 crRNA 與 tracrRNA 融合而成。
• Cas9 nuclease：RNA-guided DNA endonuclease，依 guide RNA 指引切開雙股 DNA。
• PAM（protospacer adjacent motif）：目標序列旁必須存在的短 DNA 基序。Streptococcus pyogenes 的 SpCas9 通常辨識 $5'-\mathrm{NGG}-3'$ PAM。

Cas9 切開 DNA 後，細胞會啟動 DNA 修復：

1. NHEJ（non-homologous end joining，非同源末端接合）：容易產生插入、缺失，常用於基因剔除。
2. HDR（homology-directed repair，同源導向修復）：若提供供體模板，可進行較精確的基因置換或插入。

解題方法

題目問的是 Not true，也就是找出錯誤敘述。判斷順序可分為三層：

1. CRISPR 是否為細菌的天然防禦系統。
2. Cas9 是否能依 RNA 指引切割病毒 DNA。
3. 20 個鹼基的目標辨識、Cas9 的來源，以及臨床安全性是否已經確立。

前四項描述的是 CRISPR-Cas9 的基本生物學特徵；第 E 項宣稱此系統「現在已被認定為安全的疾病治療方法」，涉及臨床風險與醫療應用，敘述過度絕對，因此為錯誤選項。

選項分析

(A) CRISPR is a natural immune system occurring in bacteria to prevent attack by virus.

此敘述正確。

CRISPR 原本就是細菌與古菌抵抗噬菌體及其他外來遺傳物質的天然適應性免疫系統。細菌會將入侵者的一小段 DNA 作為 spacer 儲存於 CRISPR 陣列中；再次感染時，該區域轉錄出的 RNA 可協助 Cas 蛋白辨識相同或互補的外來核酸。

因此，CRISPR 並非最初為人工設計，而是源自微生物的天然防禦機制。

(B) Bacterial Cas9 cuts off the viral DNA sequence and destroys the virus.

此敘述在題目層次下正確。

Cas9 是由 guide RNA 引導的 DNA 核酸酶。當 guide RNA 與病毒 DNA 的目標序列互補，且鄰近存在適當 PAM 時，Cas9 會在目標位置造成 DNA 雙股斷裂。病毒 DNA 被切割後，病毒基因組完整性遭到破壞，因而抑制病毒複製，達到防禦效果。

嚴格而言，Cas9 直接切割的是病毒 DNA，並非將整個病毒顆粒物理性「切除」。但「切割病毒 DNA 並破壞病毒感染能力」是對其天然免疫作用的合理概括，故本選項不屬於本題錯誤答案。

(C) Streptococcus pyogenes produces Cas nuclease.

此敘述正確。

核心觀念

本題考查心電圖（electrocardiogram, ECG）各波段所代表的心臟電生理事件，尤其是心室的：

• 去極化（depolarization）：心肌細胞膜電位由負轉正，促使心室收縮。
• 再極化（repolarization）：心肌細胞膜電位恢復，準備進入下一次興奮。

各主要波形與心臟電活動的對應如下：

心電圖成分	代表的電生理事件
P wave	心房去極化
QRS complex	心室去極化
T wave	心室再極化
ST segment	心室去極化完成後至再極化波明顯出現前的階段

心室動作電位中，QRS complex 大致對應心室去極化；QRS 結束後，心室已處於動作電位平台期，隨後進入再極化的早期階段。此時心電圖上通常表現為 ST segment，也就是 QRS complex 與 T wave 之間的區段。

因此，依本題官方答案，心室再極化的「開始」對應 QRS complex 至 T wave 之間的區間。

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解題方法

判斷此題可依序掌握兩個重點：

1. 先找出代表心室活動的波形
   QRS complex 與 T wave 都屬於心室相關訊號；P wave 則主要代表心房去極化。

2. 區分「心室再極化開始」與「心室再極化主要表現」

• 心室再極化的早期階段，位於 QRS complex 結束後、T wave 明顯形成前，即 ST segment。
• T wave 則代表心室再極化在心電圖上最明顯、最主要的表現。

題目問的是「beginning of ventricle repolarization」，不是「ventricle repolarization」整體最主要的波形，因此選擇 QRS complex 與 T wave 之間的區段。

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選項分析

(A) P wave：錯誤

P wave 代表心房去極化，即竇房結（sinoatrial node, SA node）產生的興奮傳遍心房，使心房收縮。

P wave 並不代表心室再極化。心房再極化通常發生在 QRS complex 期間，且訊號被較強的心室去極化電位掩蓋，因此在一般 ECG 上不易單獨辨認。

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(B) Interval between P wave and QRS complex：錯誤

P wave 與 QRS complex 之間的區域屬於 PR segment；若從 P wave 開始計算至 QRS complex 開始，則稱為 PR interval。

PR interval 主要反映：

• 心房去極化
• 興奮通過房室結（atrioventricular node, AV node）的延遲

核心觀念

本題考查動物細胞主要胞器（cell organelles）的功能配對，重點在於辨認各胞器的主要任務：

• Centrosome（中心體）：微管組織與細胞分裂。
• Golgi apparatus（高基氏體）：蛋白質與脂質的修飾、分類、包裝及分泌運輸。
• Peroxisome（過氧化物酶體）：脂質代謝，尤其是長鏈及極長鏈脂肪酸的 β-氧化。
• Endoplasmic reticulum，ER（內質網）：蛋白質、脂質合成及細胞內鈣離子等特定代謝功能。
• Lysosome（溶小體）：細胞內物質的分解、消化與廢物處理。

題目要求找出「胞器與功能配對不正確」者，因此應逐一檢查每個選項所描述的功能是否為該胞器的主要功能。

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解題方法

判斷胞器功能時，先抓住各胞器最具代表性的關鍵字：

• 中心體：microtubule、cell division
• 高基氏體：secretion、transport、modification
• 過氧化物酶體：fatty acid oxidation、$\ce{H2O2}$、catalase
• 內質網：protein synthesis、lipid synthesis、Ca$^{2+}$ storage
• 溶小體：digestion、degradation、waste removal

其中最容易混淆的是內質網。內質網確實參與多種細胞代謝，但「負責細胞的代謝活動」範圍過度廣泛，並非內質網的正確專一功能描述。細胞整體代謝活動還涉及粒線體、細胞質、過氧化物酶體等構造，因此此配對不正確。

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選項分析

(A) Centrosomes — organizing the microtubule and cell division

正確。

Centrosome（中心體）是動物細胞主要的 microtubule-organizing center，簡稱 MTOC（微管組織中心）。其核心結構通常包含一對互相垂直排列的 centrioles（中心粒）及周圍的 pericentriolar material（中心粒周圍物質）。

中心體的重要功能包括：

1. 組織微管

中心體中的 $\gamma$-tubulin ring complex 可作為微管成核位置，使 $\alpha$-tubulin 與 $\beta$-tubulin 組成的微管由此延伸。

2. 參與細胞分裂

細胞進入有絲分裂前，中心體進行 duplication（複製），形成兩個中心體，分別移向細胞兩極，建立 mitotic spindle（有絲分裂紡錘體）。紡錘體微管再與染色體的 kinetochore（動粒）連結，以協助染色體正確分離。

因此，中心體與「微管組織及細胞分裂」的配對正確。

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(B) Golgi apparatus — secretion and intracellular transport

正確。

Golgi apparatus（高基氏體）接收來自 endoplasmic reticulum 的囊泡，並對其中的蛋白質與脂質進行：

• 醣基化（glycosylation）
• 磷酸化（phosphorylation）
• 蛋白質切割與成熟
• 分類與包裝

高基氏體具有 cis face（順面）與 trans face（反面）：

• cis face 接收來自內質網的運輸囊泡。
• trans face 將加工後的物質分送至細胞膜、溶小體或細胞外。

分泌蛋白經由：

$$\text{ER} \rightarrow \text{transport vesicle} \rightarrow \text{Golgi apparatus} \rightarrow \text{secretory vesicle} \rightarrow \text{plasma membrane}$$

最後可透過 exocytosis（胞吐作用）分泌至細胞外。因此，高基氏體與分泌及細胞內運輸密切相關，配對正確。

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(C) Peroxisome — the metabolism of lipids and catabolism of long-chain fatty acids

正確。

Peroxisome（過氧化物酶體）含有多種氧化酵素，主要參與脂質代謝，特別是長鏈及極長鏈脂肪酸的分解。

在動物細胞中，very-long-chain fatty acids，VLCFAs（極長鏈脂肪酸）以及部分 long-chain fatty acids（長鏈脂肪酸），會優先進入過氧化物酶體進行 β-oxidation。其基本反應重複經過下列四步：

1. 氧化

acyl-CoA oxidase（脂醯-CoA 氧化酶）將脂醯-CoA 氧化成 trans-Δ$^2$-enoyl-CoA，並產生 $\ce{H2O2}$：

$\text{Acyl-CoA} + \ce{O2} \rightarrow \text{trans-}\Delta^2\text{-enoyl-CoA} + \ce{H2O2}$

2. 水合

核心觀念

本題考查「相同基因型在不同環境下呈現不同表型」的現象，也就是表型可塑性（phenotypic plasticity）。

繡球花（Hydrangea）的花色主要與花瓣中的**花青素（anthocyanin）**及其與金屬離子的作用有關。土壤環境會影響鋁離子（$\ce{Al^{3+}}$）的溶解度與植物吸收，進而改變花青素的顏色表現。

一般而言：

• 酸性土壤：$\ce{Al^{3+}}$ 較容易溶解並被根部吸收，進入花瓣後可與花青素形成錯合物，常呈現藍色或藍紫色。
• 鹼性土壤：鋁較容易形成難溶性化合物，植物吸收的鋁減少，花朵常呈現粉紅色或紅色。
• 土壤中的鋁含量與土壤酸鹼值（pH）共同影響花色。

因此，即使植株具有相同基因型，因栽培環境不同，仍可產生不同花色。

解題方法

題幹已明確指出「同一基因型」卻開出不同顏色的花，表示差異不是來自等位基因不同，而是來自環境因素造成基因表現與生理化學狀態的差異。

判斷流程如下：

1. 相同基因型排除不同遺傳組成造成的花色差異。
2. 花色是表型，表型會受基因型與環境共同影響。
3. 繡球花花色的經典環境因素包括土壤 pH 與鋁離子含量。
4. 因此選擇環境因素造成的花色變化。

花青素的基本呈色可受分子結構、液胞 pH、金屬離子錯合及共色作用影響。繡球花的重要關鍵不在於發生新的遺傳突變，而在於土壤環境影響 $\ce{Al^{3+}}$ 的有效性與花青素錯合狀態。

選項分析

(A) Environmental factors such as aluminum content and soil pH

正確。鋁含量與土壤 pH 會影響鋁離子的溶解、吸收及其在花瓣中的作用，進而改變花青素的呈色。這是相同基因型植株產生不同花色的典型例子，符合表型可塑性。

(B) The alleles being codominant

錯誤。共顯性（codominance）是指同一基因座上的兩個不同等位基因，在異合子個體中皆能明顯表現，例如人類 ABO 血型中的 $\ce{I^A}$ 與 $\ce{I^B}$。

本題已說明繡球花具有相同基因型，並非不同等位基因組合造成花色差異，因此不能用共顯性解釋。

核心觀念

本題考查血液運輸二氧化碳（$\ce{CO2}$）的主要形式。組織細胞產生的$\ce{CO2}$進入血液後，主要有三種運輸方式：

1. 以碳酸氫根離子（bicarbonate，$\ce{HCO3^-}$）形式存在：約占總量的 $70\%$。
2. 與血紅素（hemoglobin）形成氨基甲酸血紅素（carbaminohemoglobin）：約占 $20\%$～$23\%$。
3. 直接溶解於血漿：約占 $7\%$～$10\%$。

因此，血液中大多數的二氧化碳是以$\ce{HCO3^-}$形式運輸，正確答案為（A）。

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解題方法

判斷關鍵在於比較$\ce{CO2}$的三種運輸形式所占比例，而不是只判斷某個選項是否「能夠」運輸二氧化碳。

在組織中，細胞呼吸產生的$\ce{CO2}$擴散進入紅血球。紅血球內的碳酸酐酶（carbonic anhydrase）催化下列可逆反應：

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

生成的$\ce{H+}$主要由去氧血紅素（deoxyhemoglobin）緩衝；$\ce{HCO3^-}$則離開紅血球進入血漿，同時由氯離子（$\ce{Cl^-}$）進入紅血球以維持電中性，此過程稱為氯離子轉移（chloride shift）。

在肺部，反應方向相反：

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

生成的$\ce{CO2}$擴散進入肺泡並呼出。因此，$\ce{HCO3^-}$是二氧化碳在血液中最主要的運輸形式。

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選項分析

（A）is carried in the form of bicarbonate $\ce{HCO3^-}$

正確。約七成的$\ce{CO2}$經由碳酸酐酶轉換成$\ce{HCO3^-}$，以碳酸氫根形式存在於血漿中運輸。這是血液運輸二氧化碳的主要方式。

（B）is attached to glucose

錯誤。二氧化碳不會以「附著於葡萄糖」的形式成為主要運輸方式。葡萄糖在血液中主要以游離分子形式運輸，並非二氧化碳的攜帶者。

核心觀念

本題考查細胞間訊息傳遞（cell signaling）的分類，以及 T 細胞活化後 IL-2（interleukin-2）的作用方式。

T 細胞活化需要樹突細胞（dendritic cell, DC）提供兩項主要訊號：

1. 抗原辨識訊號：DC 表面的 peptide–MHC 複合體與 T 細胞受體（T-cell receptor, TCR）結合。
2. 共刺激訊號：DC 表面的 B7（CD80/CD86）與 T 細胞表面的 CD28 結合。

這些接觸依賴的訊號形成免疫突觸（immunological synapse），屬於 T 細胞活化階段的重要機制。

活化後，T 細胞合成並分泌 IL-2。IL-2 可與同一個 T 細胞表面的 IL-2 receptor（特別是高親和力受體中的 CD25）結合，經由 JAK–STAT 等訊息傳遞路徑，促進 T 細胞增殖與分化。因此，本題所描述的 IL-2 作用屬於自分泌（autocrine）訊號傳遞。

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解題方法

判斷訊息傳遞類型時，重點不是只看「細胞是否接觸」，而是看：

• 訊號分子由哪個細胞分泌？
• 受體位於哪個細胞？
• 作用距離及作用對象為何？

本題中：

$$\text{T 細胞分泌 IL-2} \longrightarrow \text{IL-2 作用於同一個 T 細胞}$$

訊號由細胞分泌後再作用回自身，因此判定為：

$$\boxed{\text{Autocrine signaling}}$$

免疫突觸是 T 細胞活化時 DC 與 T 細胞之間的接觸結構；題目真正詢問的是「活化 T 細胞分泌 IL-2 促進 T 細胞增殖與分化」的訊號傳遞方式。

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選項分析

(A) Synaptic signaling

Synaptic signaling 通常用於描述神經元在突觸處釋放神經傳導物質，作用於另一個神經細胞或效應細胞。雖然本題出現 immunological synapse，但「免疫突觸」是細胞接觸與訊號整合的平台，不代表 IL-2 的分類就是 synaptic signaling。

IL-2 是由活化 T 細胞分泌，並作用於 T 細胞自身，故本選項錯誤。

(B) Autocrine signaling

Autocrine signaling 指細胞分泌訊號分子後，訊號分子作用於分泌該訊號的同一細胞。

活化 T 細胞分泌 IL-2，而 IL-2 促進自身的增殖與分化，符合自分泌訊號傳遞的定義。

本選項正確。

(C) Endocrine signaling

核心觀念

本題考查腫瘤抑制蛋白 p53（tumor protein p53）突變後的功能改變，尤其是：

1. 失去正常功能（loss of function, LOF）
2. 獲得致癌性新功能（gain of function, GOF）
3. 突變 p53 如何幫助癌細胞適應壓力、存活並促進腫瘤進展。

正常 p53 是 DNA damage response 的核心轉錄因子。DNA 損傷後，ATM／ATR 活化，進一步活化 Chk1／Chk2，使 p53 穩定化並累積。p53 會誘導：

• CDKN1A（p21）：抑制 Cyclin-CDK 複合體，造成 G1 arrest
• GADD45：參與 DNA 修復
• BAX、PUMA、NOXA：誘導粒線體途徑 apoptosis
• 其他與細胞老化、代謝調控相關的基因

因此，p53 單一胺基酸突變若使其功能受損，可能造成正常的細胞週期停滯、DNA 修復與 apoptosis 反應失效；部分突變 p53 更會產生 GOF，使癌細胞獲得適應壓力與促進腫瘤的能力。

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解題方法

本題應先判斷各敘述是在描述：

• 正常 p53 的抑癌功能，或
• 突變 p53 的促癌功能。

凡是「DNA 損傷後停止細胞週期、誘導 p21」屬於正常 p53 的典型作用；凡是「提高癌細胞抗壓性、重塑腫瘤微環境、促進腫瘤進展」則符合突變 p53 的 LOF／GOF 效應。

依校方釋疑公告及題目官方答案，突變 p53 可透過改變轉錄調控網絡與細胞訊息傳遞，促進癌細胞適應壓力、建立促癌性腫瘤微環境並提高存活率，因此選 A、B、C。

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選項分析

(A) Mutant p53 promotes adaptive responses to cancer-related stress conditions to support tumor progression.

正確。

癌細胞常面臨多種壓力，包括：

• 缺氧（hypoxia）
• 營養不足
• 氧化壓力（oxidative stress）
• DNA 損傷
• 化療或放射線造成的基因毒性壓力

正常 p53 在這些條件下通常會啟動細胞週期停滯、DNA 修復、細胞老化或 apoptosis，以阻止受損細胞繼續增殖。

突變 p53 則可能失去這些抑癌功能，並透過 GOF 改變下游基因的轉錄表現，使癌細胞啟動有利於存活的適應性反應。例如增強抗氧化、代謝調整、DNA 損傷耐受與存活訊息傳遞，使腫瘤細胞能在不利環境中持續生長。

因此，突變 p53 能促進癌症相關壓力下的適應反應，支持腫瘤進展，故正確。

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(B) Mutant p53 facilitates the establishment of a pro-oncogenic tumor microenvironment.

正確。

突變 p53 不只影響癌細胞本身，也能透過改變分泌因子、細胞激素與細胞間訊息傳遞，重塑 tumor microenvironment（腫瘤微環境）。

其可能作用包括：

• 促進癌細胞分泌生長因子與發炎性細胞激素
• 影響癌相關纖維母細胞（cancer-associated fibroblasts, CAFs）
• 改變腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophages, TAMs）的功能
• 促進血管新生（angiogenesis）
• 增加免疫抑制，使免疫細胞較難清除腫瘤
• 促進細胞外基質重塑與癌細胞侵襲

換言之，突變 p53 可透過改變轉錄網絡及旁分泌訊息，讓腫瘤周圍形成有利於增殖、侵襲與免疫逃脫的環境，故正確。

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(C) Mutant p53 enhances cancer cell survival under oxidative and genotoxic stress conditions.

正確。

氧化壓力會增加活性氧（reactive oxygen species, ROS），而基因毒性壓力則可能造成 DNA single-strand breaks、double-strand breaks 或複製叉停滯。

正常 p53 受到 DNA 損傷後，會：

$$\text{DNA damage} \rightarrow \text{ATM/ATR} \rightarrow \text{Chk1/Chk2} \rightarrow \text{p53 stabilization} \rightarrow \text{p21、BAX、PUMA、NOXA}$$

核心觀念

本題考查胺基酸側鏈的紫外線吸收特性。能在 $250\text{–}280\ \mathrm{nm}$ 產生明顯吸收的主要是具有芳香環的胺基酸：

• Phenylalanine（Phe，苯丙胺酸）：苯環產生較弱吸收，約在 $257\ \mathrm{nm}$。
• Tyrosine（Tyr，酪胺酸）：酚環產生吸收，最大吸收約在 $274\text{–}276\ \mathrm{nm}$。
• Tryptophan（Trp，色胺酸）：吲哚環產生最明顯的吸收，最大吸收約在 $280\ \mathrm{nm}$。

因此，符合題目條件的是 Tyr、Trp、Phe。

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解題方法

判斷胺基酸是否吸收 $250\text{–}280\ \mathrm{nm}$ 紫外線時，先觀察側鏈是否含有能進行 $\pi \rightarrow \pi^*$ 電子躍遷的芳香環。

題目所列胺基酸如下：

胺基酸	側鏈主要結構	$250\text{–}280\ \mathrm{nm}$ 的吸收
His	Imidazole（咪唑環）	非主要吸收者
Tyr	Phenol（酚環）	是
Trp	Indole（吲哚環）	是
Pro	Pyrrolidine（吡咯啶環）	否
Phe	Benzyl／phenyl（苯環）	是

所以正確組合為：

$$(2)(3)(5)$$

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選項分析

(A) (1)(2)

錯誤。Tyr 確實能在此波長範圍吸收紫外線，但 His 的咪唑環並不是蛋白質紫外吸收中 $250\text{–}280\ \mathrm{nm}$ 的主要來源，因此組合不完整且包含錯誤成員。

(B) (2)(3)(5)

正確。

核心觀念

本題考查 pyruvate kinase（丙酮酸激酶，PK）的變構調控，以及各變構效應物對酵素動力學參數的影響。

在糖解作用最後一步，pyruvate kinase 催化：

$$\text{phosphoenolpyruvate（PEP）}+\text{ADP} \rightarrow \text{pyruvate（丙酮酸）}+\text{ATP}$$

此反應將 PEP 的高能磷酸基轉移給 ADP，屬於糖解作用中的 底物階層磷酸化（substrate-level phosphorylation）。

重要動力學參數如下：

• $K_M$：反映酵素對底物的表觀親和力；$K_M$ 越低，通常表示在相同底物濃度下越容易形成有效酵素—底物複合體。
• $k_{\mathrm{cat}}$：單位時間內每個酵素分子完成催化反應的周轉數。
• $k_{\mathrm{cat}}/K_M$：催化效率（catalytic efficiency）。$k_{\mathrm{cat}}$ 增加或 $K_M$ 降低，通常都會使催化效率上升。

Pyruvate kinase 可在低活性構形與高活性構形之間轉換：

• T state（tense state）：低活性、對 PEP 親和力較低。
• R state（relaxed state）：高活性、對 PEP 親和力較高。

解題方法

解題時先判斷各效應物是 pyruvate kinase 的活化劑或抑制劑，再對照其對 $K_M$ 或 $k_{\mathrm{cat}}$ 的影響。

整體規則可整理如下：

效應物	對 pyruvate kinase 的典型作用
Fructose 1,6-bisphosphate（F-1,6-BP）	活化，促進 R state
ATP	抑制，反映細胞能量充足
Phenylalanine（苯丙胺酸）	抑制，促進低活性構形
Acetyl-CoA（乙醯輔酶 A）	抑制，表示其他能源供應充足
AMP	傳統考題通常視為促進糖解作用的正向訊號，並非降低 PK 活性

因此，能描述「活化並降低 $K_M$」的選項為 D。

選項分析

(A) Phenylalanine does not change the conformation of pyruvate kinase.

錯誤。

Phenylalanine 是 pyruvate kinase 的變構抑制劑，可與酵素的變構調控位置結合，促進酵素由高活性的 R state 轉為低活性的 T state。

構形改變會使酵素對 PEP 的親和力下降，並降低整體催化能力。因此，phenylalanine 並非「不改變構形」，而是會改變 pyruvate kinase 的構形平衡。

(B) AMP decreases the catalytic efficiency of pyruvate kinase.

錯誤。

AMP 通常代表細胞能量不足，會促進糖解作用以增加 ATP 生成。在本題採用的傳統代謝調控架構中，AMP 對 pyruvate kinase 屬於正向調控，並非降低其催化效率的抑制因子。

「降低催化效率」通常需表現為 $k_{\mathrm{cat}}$ 降低、$K_M$ 升高，或兩者兼具；AMP 並非此類典型抑制性效應物。

(C) ATP increases the catalytic efficiency.

錯誤。

核心觀念

本題考查醣胺聚醣（glycosaminoglycans, GAGs）的功能，以及其在血液凝固與抗凝血作用中的角色。

GAGs 是由重複雙醣單位組成的長鏈多醣，通常帶有大量負電荷。不同 GAG 具有不同的硫酸化程度、組成與組織分布，因此生理功能不同。

其中，Heparin（肝素）是最典型的天然抗凝血劑。其主要機轉是與 Antithrombin III（抗凝血酶 III，ATIII） 結合，造成 ATIII 構形改變，顯著加速 ATIII 抑制凝血酶（thrombin，factor IIa）與第 Xa 因子（factor Xa）的速度。

主要反應可表示為：

$$\text{Heparin}+\text{Antithrombin III} \rightarrow \text{活化的 ATIII}$$

活化的 ATIII 會抑制：

$$\text{Thrombin（IIa）} \quad \text{及} \quad \text{Factor Xa}$$

因此可降低 fibrinogen（纖維蛋白原）轉變為 fibrin（纖維蛋白）的反應：

$$\text{Fibrinogen} \xrightarrow{\text{Thrombin}} \text{Fibrin}$$

最終抑制血栓形成。

解題方法

判斷天然抗凝血 GAG 時，直接尋找具有下列特徵的選項：

1. 高度硫酸化，帶有大量負電荷。
2. 能與 Antithrombin III 結合。
3. 可抑制 thrombin、factor Xa 等凝血因子。
4. 臨床上可作為抗凝血藥物使用。

符合上述條件的是 Heparin，因此選 (B)。

本題不需要依據 GAG 的組織分布逐一推導，掌握「肝素—抗凝血酶 III—凝血酶／第 Xa 因子」這條機轉即可快速作答。

選項分析

(A) Dermatan sulfate（硫酸皮膚素）

Dermatan sulfate 主要存在於皮膚、血管、心臟瓣膜等結締組織，參與細胞外基質結構與組織彈性。

它確實具有一定的抗凝血活性，主要可透過 Heparin cofactor II（肝素輔因子 II，HCII） 加速 thrombin 的抑制。因此，Dermatan sulfate 並非完全沒有抗凝血作用。

但在基礎生化與一般考試分類中，最具代表性的天然抗凝血 GAG 是 Heparin，而非 Dermatan sulfate。因此本選項不是本題標準答案。

(B) Heparin（肝素）

Heparin 是高度硫酸化的 GAG，帶有大量負電荷，主要儲存在肥大細胞（mast cells）的顆粒中。

其核心抗凝血機轉如下：

1. Heparin 與 Antithrombin III 結合。
2. 促使 ATIII 發生構形改變。
3. 加速 ATIII 抑制 thrombin 與 factor Xa。
4. 減少 fibrinogen 轉化為 fibrin。
5. 抑制血栓形成。

核心觀念

本題考查跨膜運輸的三個判斷要素：

1. 物質是否逆濃度梯度運輸。
2. 運輸是否直接使用 ATP。
3. 是否利用另一種離子順電化學梯度移動所釋放的能量。

代謝物 X 具有「大且帶極性」的特性，不能直接穿過脂雙層；且 X 在細胞外基質（extracellular matrix, ECM）濃度高、細胞內濃度低，代表細胞將 X 從低濃度區運送至高濃度區：

$$[\mathrm{X}]_{\mathrm{inside}}<[\mathrm{X}]_{\mathrm{ECM}}$$

因此，X 向細胞外運輸是逆濃度梯度，屬於主動運輸。

解題方法

先判斷 X 的運輸方向與能量需求：

• 運輸方向：細胞內 $\rightarrow$ ECM。
• 濃度變化：低濃度 $\rightarrow$ 高濃度。
• 結論：X 無法靠單純擴散，必須由某種能量來源驅動。

題目指定官方答案 D，其機轉為：

• X 被運送出細胞，屬於逆濃度梯度。
• 同一運輸蛋白將 $\ce{H+}$ 運入細胞。
• $\ce{H+}$ 順其電化學梯度進入細胞，所釋放的能量用來驅動 X 向外運輸。

這是以質子電化學梯度（proton electrochemical gradient）提供能量的次級主動運輸（secondary active transport）。若 X 與 $\ce{H+}$ 反向運輸，則屬於 antiport（反向共運輸／交換運輸）。

整體自由能可表示為：

$$\Delta G_{\mathrm{total}} = \Delta G_{\mathrm{X,out}} + \Delta G_{\mathrm{H^+,in}}$$

其中：

• $\Delta G_{\mathrm{X,out}}>0$：X 逆濃度梯度向外，反應不利。
• $\Delta G_{\mathrm{H^+,in}}<0$：$\ce{H+}$ 順電化學梯度向內，反應有利。

當質子向內移動所釋放的能量足以抵銷 X 向外運輸所需的能量時：

$$\Delta G_{\mathrm{total}}<0$$

運輸即可進行。

這裡的質子梯度通常由 primary proton pump（主要質子幫浦）建立，例如呼吸鏈中的質子幫浦利用電子傳遞與氧化反應將 $\ce{H+}$ 泵至膜外，形成膜兩側的質子濃度差與膜電位。X 的運輸蛋白本身並不直接水解 ATP，而是利用既有的質子梯度。

選項分析

(A) Passive transport

錯誤。

被動運輸不需要 ATP 或其他能量，物質只能順濃度梯度或電化學梯度移動。題目指出 X 在 ECM 中高度富集、細胞內濃度低，若要從細胞內運至 ECM，就是由低濃度移向高濃度：

$$\text{inside low} \rightarrow \text{ECM high}$$

此方向違反濃度梯度，不能由單純被動運輸完成。此外，X 大且帶極性，也不能直接穿越脂雙層。

(B) Facilitated transport driven by ATP hydrolysis

錯誤。

Facilitated transport（促進性運輸）本質上是被動運輸，雖然需要膜蛋白，例如 channel 或 carrier，但不直接消耗 ATP，且運輸方向仍是順濃度梯度。

核心觀念

本題考查真核細胞中 **ubiquitin–proteasome system（泛素－蛋白酶體系統）**的標記與降解機制。典型流程如下：

$$\text{E1 活化 ubiquitin} \rightarrow \text{E2 接受 ubiquitin} \rightarrow \text{E3 識別受質並促進轉移} \rightarrow \text{形成 polyubiquitin chain} \rightarrow \text{26S proteasome 降解}$$

泛素（ubiquitin）通常經由其 C 端 Gly76 的羧基，與受質蛋白 lysine（離胺酸）側鏈 $\varepsilon$-amino group 形成 isopeptide bond（異肽鍵）。常見的 K48-linked polyubiquitin chain 可作為蛋白酶體辨識訊號。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是區分：

1. ubiquitin 在 E1、E2、受質蛋白之間的實際連接方式。
2. E3 ligase 的功能是「選擇受質」還是「活化 ubiquitin」。
3. N-degron pathway 中 tRNA 的特殊角色。

其中最容易出錯的地方，是將 E2 上的催化性 cysteine（半胱胺酸）誤認為 lysine。實際上，ubiquitin 從 E1 轉移到 E2 時，會先與 E2 的 catalytic cysteine 形成 thioester bond（硫酯鍵），不是接到 lysine。

因此，官方答案為 (C)。

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選項分析

(A) Ubiquitin is attached to the target protein via an isopeptide bond.

正確。

泛素 C 端 Gly76 的羧基，通常與受質蛋白 lysine 側鏈的 $\varepsilon$-amino group 形成異肽鍵：

$$\text{Ub-Gly76-COOH} + \text{Protein-Lys-NH}_2 \rightarrow \text{Ub-Gly76-CO-NH-Lys-Protein}$$

此鍵結不同於一般由胺基酸 α-amino group 形成的主鏈胜肽鍵，因此稱為 isopeptide bond。

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(B) E1 enzyme is attached to ubiquitin by consuming ATP.

正確。

E1（ubiquitin-activating enzyme，泛素活化酵素）使用 ATP 活化 ubiquitin。主要步驟為：

1. ubiquitin C 端羧基先與 ATP 反應，形成 ubiquitin-adenylate。
2. ATP 水解產生 AMP 與 pyrophosphate（焦磷酸）。
3. E1 的 catalytic cysteine 攻擊 ubiquitin，形成 E1–ubiquitin thioester intermediate。

可概略表示為：

$$\text{Ub-COOH}+\text{ATP} \rightarrow \text{Ub-AMP}+\text{PP}_i$$

接著：

$$\text{E1-Cys-SH}+\text{Ub-AMP} \rightarrow \text{E1-Cys-S-Ub}+\text{AMP}$$

因此，E1 確實需要消耗 ATP，並暫時以硫酯鍵與 ubiquitin 連接。

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(C) Ubiquitin is transferred from E1 to a lysine residue on E2.

錯誤，為本題答案。

ubiquitin 從 E1 轉移至 E2（ubiquitin-conjugating enzyme，泛素接合酵素）時，接受 ubiquitin 的不是 lysine，而是 E2 的 catalytic cysteine。

其反應為：

$$\text{E1-Cys-S-Ub} + \text{E2-Cys-SH} \rightarrow \text{E1-Cys-SH} + \text{E2-Cys-S-Ub}$$

核心觀念

本題考查 $\alpha$-helix（α 螺旋）的兩項特徵：

1. α 螺旋的週期性
   α 螺旋每轉約含 $3.6$ 個胺基酸，因此相隔 $3\sim4$ 個殘基的側鏈大致位於同一面。若疏水性胺基酸集中在一面、帶電或親水性胺基酸集中在另一面，即形成 amphipathic helix（兩親性螺旋）。

2. 基本性殘基的分布
   Lys（K，離胺酸）與 Arg（R，精胺酸）帶正電，若在螺旋表面形成同一側的正電區域，即可稱為具有「basic residues on one side」的兩親性螺旋。這類結構常見於與帶負電的膜磷酸基、核酸或酸性蛋白表面作用的區域。

α 螺旋本身主要由主鏈羰基與相隔四個殘基的主鏈 $\ce{N-H}$ 形成氫鍵：

$$\ce{C=O_i \cdots H-N_{i+4}}$$

因此，判斷本題時重點不在單一胺基酸，而在於觀察整段序列中疏水性殘基與 K、R 的空間分布。

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解題方法

逐一檢查各序列：

• 是否具有足夠的疏水性殘基，能形成疏水面？
• 是否有多個 K、R 集中形成正電面？
• 酸性殘基 D、E 是否過多，造成負電性而非基本性表面？
• 是否含有 Pro（P）等容易破壞 α 螺旋的殘基？

選項 A 同時具備大量 K、R，以及 W、M、V、I、L 等疏水性殘基。依 α 螺旋每 $3\sim4$ 個殘基重複一次的幾何週期，這些殘基可在螺旋表面形成「正電面—疏水面」的分區，因此最符合題目所描述的 amphipathic helix。

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選項分析

(A) KRWMVKVAKRILKRWMHP —— 正確

序列中含有多個基本性殘基：

• Lys（K）：第 $1、6、9、13$ 位
• Arg（R）：第 $2、10、14$ 位

同時含有許多疏水性殘基：

• Trp（W）、Met（M）、Val（V）、Ala（A）、Ile（I）、Leu（L）

因此，這段序列具有明顯的兩親性：一側富含 K、R，形成正電區域；另一側富含 W、M、V、I、L 等疏水性側鏈，形成疏水區域。由於相隔 $3\sim4$ 個殘基的側鏈大致位於同一面，這些殘基在 α 螺旋中可呈現規律性的面向分布。

末端的 Pro（P）是 α 螺旋破壞因子，但它位於序列末端；題目已預設序列可以形成 α 螺旋，故可視為末端局部不納入主要螺旋區域。整體而言，A 是最符合「基本性殘基集中於一側」的序列。

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(B) ADV GSLVAAVVQNREAP —— 錯誤

核心觀念

本題考查抗生素或蛋白質合成抑制劑的作用標的。蛋白質合成主要發生於核糖體，流程可分為：

1. 起始（initiation）：核糖體與 mRNA、tRNA 組合。
2. 延長（elongation）：胺基酸以 aminoacyl-tRNA 形式進入核糖體，形成胜肽鍵，核糖體沿 mRNA 移動。
3. 終止（termination）：遇到終止密碼子後釋放新生多肽。

會抑制蛋白質合成的藥物，通常作用於：

• 30S 或 40S 小次單元
• 50S 或 60S 大次單元
• tRNA 模擬物
• 核糖體 rRNA
• 延長因子或核糖體移位作用

本題要找的是「不作用於蛋白質合成，而是作用於其他生物合成途徑」的選項。

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解題方法

逐一判斷各物質的主要作用標的：

• 若作用於核糖體、tRNA、rRNA 或蛋白質合成延長步驟，則屬於 protein synthesis inhibitor。
• 若作用於細胞壁、DNA 複製、RNA 合成或細胞膜，則不屬於蛋白質合成抑制劑。

Vancomycin 的主要作用是結合細菌細胞壁前驅物末端的 $\ce{D-Ala-D-Ala}$，阻止 peptidoglycan（肽聚醣）合成，因此不直接抑制核糖體蛋白質合成，選 (D)。

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選項分析

(A) Streptomycin（鏈黴素）

Streptomycin 屬於 aminoglycoside（胺基醣苷類），主要作用於細菌核糖體 30S 小次單元，造成：

• 干擾起始複合體形成；
• 使 mRNA 與 tRNA 的密碼子配對發生錯誤；
• 產生錯誤摺疊或無功能的蛋白質。

因此 Streptomycin 是蛋白質合成抑制劑。本選項錯誤。

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(B) Puromycin（嘌呤黴素）

Puromycin 是 aminoacyl-tRNA 的結構類似物，可進入核糖體的 A site。它會與新生多肽形成共價鍵，但因為 Puromycin 沒有完整 tRNA 結構，無法繼續參與延長反應，導致：

1. 新生多肽轉移至 Puromycin；
2. 新生多肽過早從核糖體釋放；
3. 蛋白質合成提前終止。

因此 Puromycin 是典型的 translation inhibitor。本選項錯誤。

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(C) Ricin（蓖麻毒素）

Ricin 是由蓖麻種子產生的植物毒素，嚴格而言不是一般臨床分類上的抗生素，但它確實會抑制真核細胞的蛋白質合成。

Ricin 的 A chain 具有 **N-glycosidase（N-醣苷酶）**活性，會特異性移除 28S rRNA 上的腺嘌呤，使 60S 大次單元的 **sarcin-ricin loop（SRL，sarcin–ricin 環）**遭到去嘌呤化。

核心觀念

本題考查酵素抑制作用對 Michaelis constant（$K_m$）與最大反應速率（$V_{\max}$）的影響。

在 Michaelis–Menten 動力學中：

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

其中：

• $K_m$ 可視為達到半數最大反應速率時所需的底物濃度。
• $K_m$ 越小，表示酵素在動力學上對底物具有越高的「表觀親和力」。
• 「表觀親和力」是由反應速率推估的操作性概念，不完全等同於單純的分子結合常數。

解題方法

逐一判斷各類抑制劑對 $K_m$ 的影響即可。

Uncompetitive inhibitor（不競爭性抑制劑）只與酵素—底物複合體（$ES$）結合：

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

抑制劑與 $ES$ 結合形成：

$$ES+I \rightleftharpoons ESI$$

由於抑制劑必須先有底物與酵素結合，才可形成 $ESI$，因此會穩定 $ES$ 複合體，使酵素更傾向維持底物結合狀態。其動力學參數變化為：

$$V_{\max,\mathrm{app}}=\frac{V_{\max}}{\alpha'}$$ $$K_{m,\mathrm{app}}=\frac{K_m}{\alpha'}$$

其中 $\alpha'>1$。因此：

• $V_{\max}$ 降低；
• $K_m$ 也降低；
• $K_{m,\mathrm{app}}$ 變小，代表表觀親和力增加。

所以正確答案為 (C) Uncompetitive inhibitor。

在 Lineweaver–Burk plot 中，不競爭性抑制的特徵是斜率不變，但 $y$ 截距增加：

$$\frac{1}{v} = \frac{K_m}{V_{\max}}\frac{1}{[S]} + \frac{1}{V_{\max}}$$

因為 $K_m$ 與 $V_{\max}$ 以相同比例下降，$\frac{K_m}{V_{\max}}$ 維持不變；同時 $\frac{1}{V_{\max}}$ 增加。

選項分析

(A) Competitive inhibitor：錯誤

Competitive inhibitor（競爭性抑制劑）與底物競爭游離酵素 $E$ 的活性部位：

$$E+I \rightleftharpoons EI$$

其特徵為：

$$V_{\max,\mathrm{app}}=V_{\max}$$ $$K_{m,\mathrm{app}}=\alpha K_m$$

因此表觀 $K_m$ 增加，表示需要更高的底物濃度才能達到相同反應速率，表觀親和力下降，而非增加。

高濃度底物可克服競爭性抑制，因此 $V_{\max}$ 不變。

(B) Pure noncompetitive inhibitor：錯誤

Pure noncompetitive inhibitor（純非競爭性抑制劑）可同時與游離酵素 $E$ 及酵素—底物複合體 $ES$ 結合，且對兩者的結合親和力相同：

核心觀念

本題考查：

1. 由鹼基結構判斷核酸為 DNA 或 RNA。
2. 依核苷酸鏈的 $5'$ 端至 $3'$ 端判讀序列。
3. DNA 含 thymine（胸腺嘧啶，T）；RNA 含 uracil（尿嘧啶，U）。

圖中由上至下可辨識出四個鹼基：

$$\mathrm{A-T-G-A}$$

圖中最上端連接磷酸基團，為 $5'$ 端；最下端為 $3'$ 端，因此應由上至下讀取。

解題方法

第一步，判斷 DNA 或 RNA：

第二個鹼基的嘧啶環上具有甲基（$\ce{-CH3}$），這是 thymine 的特徵。RNA 使用 uracil，uracil 沒有此甲基，因此圖示為 DNA。

第二步，判讀方向：

核酸序列通常以 $5' \rightarrow 3'$ 方向表示。圖中由上方的 $5'$ 端往下方的 $3'$ 端讀取，依序為：

$$5'\text{-A-T-G-A-}3'$$

因此正確選項為 DNA，$5'\mathrm{ATGA}3'$。

選項分析

• (A) DNA, $5'\mathrm{ATGA}3'$：正確。
  圖中含 thymine，故為 DNA；由 $5'$ 端至 $3'$ 端讀取的鹼基順序為 A、T、G、A。

核心觀念

本題考查不同 phospholipase（磷脂酶）切割磷脂的位置，以及切割後產生的脂質產物。

甘油磷脂的基本結構為：

• $sn$-1、$sn$-2：脂肪酸
• $sn$-3：磷酸與極性頭部

主要磷脂酶作用如下：

酵素	切割位置	主要產物
Phospholipase A1（PLA1）	$sn$-1 脂肪酸酯鍵	$sn$-2$-acyl lysophospholipid + 脂肪酸
Phospholipase A2（PLA2）	$sn$-2 脂肪酸酯鍵	$sn$-1$-acyl lysophospholipid + 脂肪酸
Phospholipase C（PLC）	甘油與磷酸之間	Diacylglycerol（DAG）+ 磷酸化頭部
Phospholipase D（PLD）	磷酸與極性頭部之間	Phosphatidic acid（PA）+ 極性頭部
Sphingomyelinase	Sphingomyelin 的磷酸二酯鍵	Ceramide + phosphocholine

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解題方法

逐一判斷每個「酵素—切割產物」配對是否符合其切割位置。

其中最重要的辨識方式是：

1. A1、A2 都切脂肪酸鏈，產生 lysophospholipid。
2. C 切甘油與磷酸之間，會保留兩條脂肪酸形成 DAG。
3. D 切磷酸與頭部基團之間，產生 PA。
4. Sphingomyelinase 作用於 sphingomyelin，產生 ceramide。

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選項分析

(1) Phospholipase A1, diacylglycerol：錯誤

PLA1 切除甘油磷脂 $sn$-1 位的脂肪酸，反應可表示為：

$$\text{Phospholipid} \xrightarrow{\mathrm{PLA1}} \text{lysophospholipid}+\text{free fatty acid}$$

切割後只剩一條脂肪酸，因此形成 lysophospholipid，不會形成保留兩條脂肪酸的 diacylglycerol（DAG）。

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(2) Phospholipase A2, lysophosphatidic acid：正確

PLA2 切除 $sn$-2 位脂肪酸。當受質為 phosphatidic acid（PA）時，產物為 lysophosphatidic acid（LPA）與游離脂肪酸：

$$\text{Phosphatidic acid} \xrightarrow{\mathrm{PLA2}} \text{lysophosphatidic acid}+\text{fatty acid}$$

因此本配對在本題採用的受質條件下正確。

補充：PLA2 若作用於 phosphatidylcholine，常見產物是 lysophosphatidylcholine 與 arachidonic acid；產物名稱取決於受質的極性頭部。

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核心觀念

本題考查小型 GTPase 與異源三聚體 G protein 的調控機轉，重點包括：

1. GTPase 在 GTP 與 GDP 之間循環。
2. GEF、GAP、RGS 三類調控蛋白的功能。
3. GPCR 活化 G protein 時，GDP 與 GTP 的交換順序。
4. 酵素動力學中的 $k_{\mathrm{cat}}$ 與 $K_M$。

GTPase 催化下列反應：

$$\ce{GTP + H2O -> GDP + P_i}$$

其中，GTP-bound 狀態通常是活化狀態，GDP-bound 狀態通常是失活狀態。

GTPase 本身的 GTP 水解速率通常很慢，因此需要輔助調控蛋白：

• GEF（guanine nucleotide exchange factor）：促進 GDP 脫離，使游離 GTP 結合。
• GAP（GTPase-activating protein）：促進 GTP 水解，使 GTPase 回到 GDP-bound 狀態。
• RGS（regulator of G protein signaling）：主要作為異源三聚體 G protein 中 $\mathrm{G\alpha}$ 的 GAP，促進 $\mathrm{G\alpha}$ 水解 GTP。

在酵素動力學中：

• $k_{\mathrm{cat}}$ 代表酵素在飽和受質下的最大催化周轉速率。
• $K_M$ 是達到最大速率一半時的受質濃度，常用來反映表觀受質親和力。
• GAP 的典型作用是提高 GTP 水解的催化速率，因此主要表現在增加 $k_{\mathrm{cat}}$。

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解題方法

可依照三個問題判斷：

1. GEF 促進的是 GDP 還是 GTP 的脫離？
2. GAP、RGS 是增加還是降低 GTP 水解速率？
3. GPCR 活化 G protein 時，受體偏好結合 GDP-bound 還是 GTP-bound 狀態？

GTPase 循環可簡化表示如下：

$$\text{GTPase-GDP} \xrightarrow{\text{GEF}} \text{GTPase-GTP} \xrightarrow{\text{GAP 或 RGS}} \text{GTPase-GDP}$$

因此，GEF 負責「核苷酸交換」，GAP 或 RGS 負責「加速 GTP 水解」。其中 RGS 促進的是 $\mathrm{G\alpha}$ 的 GTP 水解，並藉由穩定水解反應的過渡態來增強催化作用。

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選項分析

(A) Guanine nucleotide exchange factor (GEF) proteins promote GTP dissociation from GTPases.

錯誤。

GEF 的主要作用是促進 GDP dissociation，而不是促進 GTP 脫離。

以 Ras 為例，Ras-GDP 與 GEF 結合後，GEF 促使 Ras 的構形改變，使 GDP 從 Ras 的核苷酸結合口袋脫離。由於細胞質中的 GTP 濃度通常高於 GDP，游離 Ras 隨後結合 GTP，形成活化的 Ras-GTP。

正確流程為：

$$\text{Ras-GDP} \xrightarrow{\text{GEF}} \text{Ras-GDP 暫時釋放} \rightarrow \text{Ras-GTP}$$

GEF 並非以促進 GTP 脫離作為主要功能；GTP 脫離通常不是 GEF 活化 GTPase 的關鍵步驟。

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(B) Ras GTPase activating proteins (GAP) reduce the $k_{\mathrm{cat}}$ of Ras.

錯誤。

Ras GAP 的作用是加速 Ras-GTP 的 GTP 水解，因此會提高 Ras 進行 GTP 水解的催化速率，亦即提高表觀的 $k_{\mathrm{cat}}$，不是降低 $k_{\mathrm{cat}}$。

Ras GAP 的重要機轉是提供或定位一個關鍵的 arginine finger（精胺酸指），進入 Ras 的催化位置，協助穩定帶負電的水解過渡態，促進：

$$\ce{Ras-GTP + H2O -> Ras-GDP + P_i}$$

所以選項所述「reduce the $k_{\mathrm{cat}}$」與 GAP 的定義相反。

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