國立清華大學 113 年 《生物與生化》

核心觀念

本題考查「綠茶萃取物的主要生理活性成分與植物來源」：

• 兒茶素（Catechins）：綠茶最具代表性的多酚類，包含 EGCG、EGC、ECG、EC。
• L-theanine（茶胺酸）：茶葉特有的游離胺基酸。
• Caffeine（咖啡因）：茶葉中的甲基黃嘌呤類生物鹼。
• Quercetin（槲皮素）：廣泛存在於多種植物的黃酮醇類，茶葉中可含有少量。
• Lycopene（茄紅素）：脂溶性類胡蘿蔔素，主要存在於番茄、西瓜、紅色葡萄柚等紅色果實。

題目問的是「較不容易出現在綠茶萃取物中的成分」，判斷重點在於各物質的典型植物來源，而非其是否具有抗氧化作用。

解題方法

先辨認綠茶的主要成分：

$$\text{綠茶萃取物} \longrightarrow \text{Catechins}+\text{L-theanine}+\text{Caffeine}$$

綠茶萃取物以水溶性多酚、胺基酸及生物鹼為主，也可含有其他植物次級代謝物，例如 quercetin。

再比較各選項的主要來源：

• 若為茶葉的典型成分，通常容易出現在綠茶萃取物中。
• 若為廣泛存在於植物中的黃酮類，茶葉也可能含有。
• 若為特定紅色果實的脂溶性色素，則不屬於綠茶的代表性成分。

因此，主要存在於紅色果實、並非茶葉典型成分的 lycopene 最符合題意。

選項分析

(A) Catechins（兒茶素）

兒茶素是綠茶最重要的多酚類成分，尤其是 EGCG（epigallocatechin gallate，表沒食子兒茶素沒食子酸酯）。其他重要兒茶素包括：

• EGC：epigallocatechin
• EC：epicatechin
• ECG：epicatechin gallate

兒茶素具有多個酚羥基，能進行自由基清除及金屬離子螯合，是綠茶抗氧化與心血管保護研究的主要成分。因此，Catechins 明確容易存在於綠茶萃取物中，本選項錯誤。

(B) L-theanine（茶胺酸）

L-theanine 是茶葉中的非蛋白質胺基酸，化學上屬於 glutamic acid（麩胺酸）的 γ-醯胺衍生物。茶胺酸可通過血腦障壁，與放鬆、注意力及茶飲風味相關。

由於 L-theanine 是茶葉的特徵性成分，綠茶萃取物中容易檢出，本選項錯誤。

(C) Caffeine（咖啡因）

核心觀念

本題考查藍綠藻（cyanobacteria，藍菌）的基本分類、構造、代謝與生態功能：

• 分類上屬於原核生物，具有類似革蘭氏陰性菌的細胞包膜。
• 具有葉綠素 $a$、β-胡蘿蔔素及藻膽蛋白，可進行產氧型光合作用。
• 部分種類能進行固氮作用，將大氣中的氮氣轉換為可利用的含氮化合物。
• 能與植物、真菌及其他生物形成互利共生關係。

本題問的是「哪一項描述不正確」，依官方答案判定為 (B)。

解題方法

先掌握藍菌的三個代表性特徵：

1. 原核、革蘭氏陰性型細胞結構。
2. 具有光合作用色素，能進行產氧型光合作用。
3. 某些藍菌具有固氮能力，常在異形胞（heterocyst）中進行。

再逐一檢查各選項。若選項否定藍菌的重要典型功能，或與教科書對藍菌的基本描述不符，即為本題答案。

藍菌的光合作用主要位於細胞質中的類囊體膜（thylakoid membrane），而非真核生物的葉綠體，基本反應可表示為：

$$\ce{6CO2 + 6H2O ->[light] C6H12O6 + 6O2}$$

具固氮能力的種類則利用固氮酶（nitrogenase）將氮氣還原為氨：

$$\ce{N2 + 8H+ + 8e- + 16ATP -> 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi}$$

固氮酶對氧氣敏感，因此部分藍菌以異形胞降低氧氣干擾；異形胞內部降低產氧型光合作用，並提高固氮反應的適合性。

選項分析

(A) They are Gram-negative bacteria.

正確。

藍菌屬於原核生物，其細胞壁具有薄的肽聚糖層，外側通常具有外膜，整體構造與革蘭氏陰性菌相似，因此經革蘭氏染色通常呈現陰性反應。

藍菌雖然能進行光合作用，但在分類與細胞構造上仍屬細菌，而非具有葉綠體的真核藻類。

(B) Most species are not able to fix nitrogen.

依本題官方判定，此項為不正確，故為答案。

藍菌的重要生態功能之一是固氮。具固氮能力的藍菌具有固氮酶，可將 $\ce{N2}$ 還原成 $\ce{NH3}$，再進一步形成胺基酸等有機含氮物質。常見的固氮藍菌包括 Anabaena、Nostoc 等，部分種類具有異形胞作為固氮場所。

因此，考試命題將「固氮能力」視為藍菌的代表性特徵，認為本選項以「大多數不能固氮」描述藍菌，與其典型生物學功能不符。

核心觀念

本題考查豆科植物根瘤（root nodule）的形成、根瘤菌與植物的共生關係，以及生物固氮作用。

根瘤是植物根部因與固氮細菌（主要為 Rhizobium、Bradyrhizobium 等 rhizobia）共生而形成的特殊構造。細菌在根瘤細胞內分化成類細菌體（bacteroids），利用 nitrogenase（固氮酶）將大氣中的 $\ce{N2}$ 還原為植物可利用的氨：

$$\ce{N2 + 8H+ + 8e- + 16ATP -> 2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi}$$

生成的 $\ce{NH3}$ 在細胞生理條件下大部分轉變為 $\ce{NH4+}$，再被植物同化為 glutamine、glutamate 等含氮化合物。

解題方法

判斷根瘤相關敘述時，掌握三個關鍵：

1. 根瘤是固氮細菌與植物形成的共生構造。
2. nitrogenase 對氧氣非常敏感，因此根瘤內必須維持低氧環境。
3. 當土壤中的無機氮已足以供應植物需求時，植物會抑制根瘤形成及固氮作用，以節省碳源與能量。

逐一檢視後，只有選項（D）宣稱根瘤內氧氣濃度高，與 nitrogenase 的作用條件相反，因此為不正確的敘述。

選項分析

（A）They are typical structures harbouring different types of bacteria.

此敘述正確。

根瘤是典型的植物—細菌共生構造，內部可容納固氮細菌。不同植物物種會與特定或多種相容的 rhizobia 建立共生關係，例如：

• Rhizobium
• Bradyrhizobium
• Sinorhizobium

細菌進入根部細胞後，會分化成 bacteroids，存在於植物細胞內由植物膜包圍的 symbiosome 中。根瘤因而成為細菌進行固氮、植物取得含氮養分的重要場所。

此選項中的「different types of bacteria」可理解為不同植物可與不同類型的共生細菌形成根瘤，整體敘述符合根瘤的生物學特性。

（B）Root exudates play a central role in recruiting beneficial microbes to form root nodules.

此敘述正確。

植物根部會釋放 root exudates（根部分泌物），其中包括 flavonoids（類黃酮）等訊號分子。其作用流程如下：

1. 根部分泌 flavonoids。
2. flavonoids 被適合的 rhizobia 感知。
3. 細菌活化 NodD 等調控蛋白。
4. Nod genes 被誘導表現。
5. 細菌製造 Nod factors（結瘤因子）。
6. 植物根毛發生彎曲、細胞壁局部改變，形成 infection thread（感染絲）。
7. 細菌沿感染絲進入根部，促進根瘤原基形成。

因此，root exudates 不只是提供微生物養分，也具有化學訊號功能，能協助植物招募有益微生物並啟動根瘤形成。

（C）In root nodules, the bacteroids reduce $\ce{N2}$ to $\ce{NH3/NH4+}$ by nitrogenase.

此敘述正確。

根瘤內的 bacteroids 具有 nitrogenase，可催化生物固氮反應。其基本反應為：

核心觀念

本題考查 DNA 鹼基的互補配對與氫鍵數目。標準 Watson–Crick 配對如下：

• Guanine（G，鳥嘌呤）與 Cytosine（C，胞嘧啶）配對，形成 3 個氫鍵。
• Adenine（A，腺嘌呤）與 Thymine（T，胸腺嘧啶）配對，形成 2 個氫鍵。

圖中由左至右可見三條氫鍵：

1. 上方：羰基氧 $\ce{O}$ 與 $\ce{H-N}$ 間的氫鍵
2. 中間：$\ce{N-H}$ 與 $\ce{N}$ 間的氫鍵
3. 下方：$\ce{N-H}$ 與羰基氧 $\ce{O}$ 間的氫鍵

因此，圖示為 G 與 C 的三氫鍵配對。

解題方法

先數氫鍵數目，再判斷鹼基種類：

$$\text{三個氫鍵} \Rightarrow \text{G-C 配對}$$

接著依題目要求辨認「由左至右」的方向。圖中左側為具有羰基與胺基取代的嘌呤鹼基 Guanine，右側為 Cytosine，因此排列為：

$$\text{G and C}$$

故選擇 (A)。

選項分析

核心觀念

本題比較各種 DNA 操作或修復事件是否涉及「雙股 DNA 斷裂」（double-stranded break, DSB）及其修復機制。

主要相關概念如下：

• Homologous recombination, HR（同源重組）：利用同源 DNA 作為模板，精確修復 DSB。
• Non-homologous end joining, NHEJ（非同源末端接合）：直接處理 DSB 的 DNA 末端並重新接合。
• CRISPR-Cas9：野生型 Cas9 可在目標位置切斷 DNA 雙股，形成 DSB；細胞再透過 NHEJ 或 HR 修復。
• DNA topoisomerase I（DNA 拓撲異構酶 I）：通常只造成單股暫時性斷裂（single-strand break, SSB）。
• DNA topoisomerase II（DNA 拓撲異構酶 II）：同時切斷 DNA 雙股，形成暫時性 DSB，以改變 DNA 拓撲結構。

因此，判斷重點是：該事件是否需要處理 DNA 雙股斷裂，而不是單純是否會切斷 DNA。

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解題方法

逐一判斷各選項所造成的 DNA 損傷型態：

1. 若直接以 DSB 作為修復標的，屬於 DSB repair。
2. 若酵素會暫時切斷 DNA 雙股，該事件涉及 DSB 型態的 DNA 斷裂。
3. 若只切斷單股 DNA，則不屬於雙股斷裂修復。

依國立清華大學官方答案，本題應選 DNA topoisomerases I，因為 DNA topoisomerase I 主要造成單股斷裂，不涉及雙股 DNA 斷裂修復。

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選項分析

(A) Homologous recombination：錯誤選項

同源重組是修復 DSB 的重要機制。

典型流程包括：

1. DSB 末端經由核酸酶切除部分 $5'$ 端，形成 $3'$ 單股突出端。
2. $3'$ 單股 DNA 在 RAD51 協助下尋找同源序列。
3. 侵入同源雙股 DNA，形成 displacement loop（D-loop）。
4. 以同源 DNA 作為模板進行 DNA 合成。
5. 經由 Holliday junction 的形成與解析，完成 DNA 修復。

在真核細胞中，HR 特別活躍於 S phase 與 G2 phase，因為此時具有姊妹染色分體可作為精確模板。

因此，HR 明確參與 DSB repair，不能選。

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(B) Non-homologous end joining：錯誤選項

NHEJ 是另一條主要的 DSB 修復途徑。

其基本流程為：

1. Ku70/Ku80 辨識並結合 DNA 斷裂末端。
2. 招募 DNA-PKcs，形成 DNA-dependent protein kinase complex。
3. 若末端不相容，經由 Artemis 等核酸酶修整 DNA 末端。
4. 由 DNA polymerase μ 或 DNA polymerase λ 補入缺失核苷酸。
5. 由 XRCC4–DNA ligase IV–XLF 複合體完成末端接合。

NHEJ 不需要同源模板，但容易產生小型 insertion 或 deletion，因此屬於較不精確的 DSB repair。

因此，NHEJ 明確參與雙股斷裂修復，不能選。

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(C) CRISPR-Cas9 base editing：依官方命題意旨屬於錯誤選項，但具有重要爭議

CRISPR-Cas9 基因編輯系統的核心概念是由 guide RNA 將 Cas9 導向特定 DNA 序列。野生型 Cas9 的兩個核酸酶結構域為：

• HNH domain：切割與 guide RNA 配對的 DNA 股。
• RuvC domain：切割另一條 DNA 股。

兩者在接近的位置切割後，會形成 DSB，細胞可透過 NHEJ 或 HR 修復。

依本題的命題分類，CRISPR-Cas9 base editing 被歸入 Cas9 導向 DNA 斷裂後，利用細胞 DNA 修復系統完成鹼基改變的基因編輯事件，因此被視為與 DSB repair 有關，故本選項不是官方答案。

但從現代分子生物學的嚴格定義來看，canonical base editing 並不等同於傳統野生型 Cas9 造成的 DSB：

核心觀念

本題考查植物的**向光性（phototropism）**及其背後的藍光受體與生長素（auxin）分布。

莖部向光性的關鍵機轉如下：

1. 單側的**藍光（blue light）**由植物細胞膜上的藍光受體 phototropin 感受。
2. Phototropin 活化後，透過 **NPH3（非向光性）**等訊息傳遞蛋白，促使生長素產生側向重新分布。
3. 生長素由受光側移向背光側，使背光側的生長素濃度較高。
4. 對莖而言，生長素可促進細胞伸長；背光側伸長較快，因此莖彎向光源。

圖中左側受光，右側 R 為背光側，所以生長素濃度較高於 R 側，造成 R 側細胞伸長較多，莖向左側光源彎曲。

解題方法

先判斷兩個核心條件：

• 經典莖部向光性主要由藍光誘發，而非紅光。
• 生長素會聚集在背光側，使背光側伸長較快。

因此圖中：

• 左側為受光側 F；
• 右側 R 為背光側；
• 藍光照射下，生長素較集中於 R 側。

符合的選項為：

$$\text{藍光}+\text{R側生長素濃度較高}$$

選項分析

• (A) 錯誤。 左側不是紅光，而是引發莖部典型向光性的藍光。雖然 R 側生長素較高的敘述符合向光性，但光質判斷錯誤。

核心觀念

本題考查 Mycoplasma pneumoniae（肺炎黴漿菌）的基本微生物學特徵、傳播方式、感染部位、抗生素選擇，以及其在社區型肺炎中的臨床角色。

最關鍵的特徵是：

• Mycoplasma 沒有細胞壁（cell wall）。
• 細胞膜含有 sterols（固醇），以維持膜的穩定性。
• 缺乏細胞壁使其對作用於細胞壁合成的 $\beta$-lactam 類抗生素，例如 penicillin，具有先天性抗藥性。
• 主要感染呼吸道上皮，常造成 atypical pneumonia（非典型肺炎），也是 community-acquired pneumonia（社區型肺炎）的常見病原之一。

解題方法

判斷本題最有效的方法，是先抓住 Mycoplasma 的結構特徵，再連結到抗生素作用機轉：

1. Penicillin 的作用標的是細菌細胞壁。
2. M. pneumoniae 沒有細胞壁，因此不存在可供 penicillin 作用的 peptidoglycan 合成系統。
3. 所以它對 penicillin 並非「inherently sensitive（先天敏感）」，而是 intrinsically resistant（先天抗藥）。
4. 因此含有「對 penicillin 先天敏感」的選項即為錯誤敘述。

其餘選項所描述的傳播方式、感染部位、治療藥物與臨床表現，均符合肺炎黴漿菌的典型特徵。

選項分析

(A) It is predominantly transmitted by human-to-human contact.

正確。肺炎黴漿菌主要在人與人之間傳播，常經由呼吸道飛沫或近距離接觸感染。它在人與人密切接觸的環境中較容易傳播，例如家庭、學校、宿舍及軍營。

因此此項符合其流行病學特徵，不是本題答案。

(B) It primarily affects mucosal areas of the respiratory tract.

正確。肺炎黴漿菌主要感染呼吸道黏膜及呼吸道上皮細胞，常造成咽炎、氣管支氣管炎及肺炎。

其致病的重要步驟是利用黏附蛋白，尤其是 P1 adhesin，附著於呼吸道纖毛上皮細胞；之後可造成纖毛運動受損、黏液清除能力下降，並引發局部發炎反應。因此感染重點位於呼吸道黏膜，而非主要侵犯腸胃道或泌尿生殖道。

此項正確。

(C) It is inherently sensitive to penicillin.

錯誤，為本題答案。

Penicillin 屬於 $\beta$-lactam 類抗生素，主要抑制細菌細胞壁中 peptidoglycan 的交聯反應。其作用標的是 penicillin-binding proteins（PBPs），阻斷 transpeptidation，使細胞壁無法正常形成，最終導致細菌因滲透壓失衡而裂解。

然而，M. pneumoniae 完全沒有細胞壁，也沒有 peptidoglycan 層，因此：

核心觀念

本題考查 serotonin（血清素，5-hydroxytryptamine, 5-HT）的合成來源、作用與再攝取調控，並結合 Long COVID 的慢性發炎與神經精神症狀。

血清素的主要合成路徑如下：

$$\text{Tryptophan（色胺酸）} \xrightarrow[\mathrm{BH_4},\ O_2]{\text{tryptophan hydroxylase}} \text{5-HTP} \xrightarrow{\text{aromatic L-amino acid decarboxylase}} \text{Serotonin（5-HT）}$$

其中：

• Tryptophan hydroxylase, TPH（色胺酸羥化酶）：將色胺酸轉換成 5-hydroxytryptophan（5-HTP）。
• Aromatic L-amino acid decarboxylase, AADC（芳香族 L-胺基酸脫羧酶）：將 5-HTP 脫羧形成血清素。
• 血清素可由 SERT（serotonin transporter） 回收至突觸前神經元；SSRI（selective serotonin reuptake inhibitor） 可抑制此再攝取作用，增加突觸間血清素的有效濃度。

本題的關鍵在於辨認血清素的胺基酸前驅物是 tryptophan（色胺酸），不是 methionine（甲硫胺酸）。

解題方法

題幹指出 Long COVID 患者可能出現循環血清素下降，選項則分別考查：

1. 血清素的生理分類；
2. 血清素的主要生成部位；
3. 增加血清素作用的治療方式；
4. 血清素的生合成前驅物；
5. 血清素下降與憂鬱、認知障礙的關聯。

因此，應先鎖定血清素合成路徑，再逐項核對。只要選項將血清素的碳骨架或氮原子來源誤指向 methionine，即屬於錯誤敘述。

選項分析

(A) Serotonin is a neurotransmitter.

正確。

血清素是重要的 neurotransmitter（神經傳導物質），主要參與：

• 情緒與憂鬱相關調節；
• 睡眠與生理時鐘；
• 食慾；
• 疼痛感受；
• 腸胃蠕動；
• 學習與記憶。

在中樞神經系統中，血清素神經元主要集中於腦幹的 raphe nuclei（縫線核），其軸突投射至大腦多個區域。

(B) Serotonin is primarily produced in the GI tract.

正確。

人體大部分血清素約有 90% 以上在腸胃道產生，主要由腸道黏膜中的 enterochromaffin cells（腸嗜鉻細胞） 合成。

腸道血清素主要調節：

• 腸胃蠕動；
• 腸道分泌；
• 腸道感覺與噁心反應。

腦內血清素則在中樞神經系統內合成。需注意，周邊血清素與中樞血清素的分布並非完全相通，因為血清素本身不易通過 blood-brain barrier（血腦障壁）。

(C) Serotonin levels could be restored through treatment with serotonin precursors or selective serotonin reuptake inhibitors.

正確。

血清素前驅物可提供合成原料，例如：

• Tryptophan（色胺酸）；
• 5-HTP（5-hydroxytryptophan）。

5-HTP 可直接經由 AADC 轉換成血清素。

SSRI 的作用機轉則是抑制 SERT：

$$\text{抑制 SERT} \rightarrow \text{減少血清素再攝取} \rightarrow \text{增加突觸間血清素濃度}$$

核心觀念

本題考查麥麩不耐症（celiac disease）的病理機轉、麩質（gluten）蛋白質特性，以及治療原則。

Gluten 是小麥、大麥、黑麥等穀類種子胚乳中的儲藏性蛋白質混合物，主要包括：

• Gliadin（醇溶蛋白）：屬於 prolamin，富含 proline 與 glutamine。
• Glutenin（麩質蛋白）：主要屬於 glutelin。

其中 proline-rich 的特性使蛋白質不易被腸胃道蛋白酶完全分解，因此會留下富含 proline、glutamine 的胜肽。這些胜肽可被腸道中的 tissue transglutaminase, tTG（組織轉麩醯胺酶） 去醯胺化，使 glutamine 轉變為 glutamate，增加其與 HLA-DQ2 或 HLA-DQ8 的結合能力，進而活化 CD4⁺ T cells，引發腸黏膜發炎、絨毛萎縮與吸收不良。

目前 celiac disease 的標準治療是終身嚴格採行無麩質飲食（gluten-free diet），不是以口服酵素治療作為主要治療。

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解題方法

題幹問的是「NOT correct」，因此要找出唯一不符合 celiac disease 基本醫學知識的敘述。

判斷順序如下：

1. 確認 gluten 與 prolamin 的蛋白質分類。
2. 判斷腸胃道蛋白酶是否能完全分解 gluten。
3. 判斷腸道菌相與環境因素是否可能影響疾病盛行率。
4. 最後檢查目前的標準治療方式。

前四項符合基本生物學或病理生理學，只有 E 將「研究中的輔助治療」誤說成「主要治療」，因此答案為 E。

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選項分析

(A) Gluten is a mixture of water-insoluble prolamin protein.

此敘述在本題命題脈絡下視為正確。

Gluten 是穀類蛋白質的混合物，具有高度疏水性，基本上不溶於水。其主要成分包括 gliadin 與 glutenin；gliadin 屬於 prolamin，富含 proline 和 glutamine，與 celiac disease 的免疫原性密切相關。

嚴格的蛋白質分類而言，gluten 不完全等同於「prolamin 的混合物」，因為 glutenin 通常歸類為 glutelin，而非 prolamin。因此本選項的用語有簡化之處，但考試重點在於 gluten 為穀類中水不溶、富含 proline 的儲藏蛋白混合物，並非本題欲選的錯誤答案。

(B) Prolamins constitute the significant endosperm storage proteins in mature cereal grains.

正確。

Prolamins 是成熟穀類種子胚乳（endosperm）的重要儲藏蛋白。不同穀類具有不同名稱：

• 小麥：gliadin
• 大麥：hordein
• 黑麥：secalin
• 玉米：zein

這些蛋白質可在種子萌發時提供胺基酸來源。小麥中的 gliadin 等 prolamin 也是 gluten 及 celiac disease 相關抗原的重要來源。

(C) Upon gluten ingestion, proteases in the gastrointestinal tract degrade gluten proteins into peptides.

正確。

食入 gluten 後，胃蛋白酶（pepsin）以及胰蛋白酶（trypsin）、胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）和腸道胜肽酶會將其分解成較短的胜肽。

核心觀念

本題考查脂質（lipids）的分類、脂肪酸不飽和程度，以及膳食脂質對血脂的影響。

脂質依主要結構可分為：

• 三酸甘油酯（triacylglycerols, TAGs）：甘油與 3 個脂肪酸形成酯鍵，是食物與烹調油中最主要的脂質，也是重要能量來源。
• 磷脂（phospholipids）：含磷酸基，主要構成細胞膜。
• 固醇（sterols）：具有多環結構，例如 cholesterol（膽固醇）及植物固醇。

脂肪酸依碳鏈中雙鍵數目分為：

• 飽和脂肪酸（saturated fatty acids）：沒有碳碳雙鍵。
• 單元不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acids, MUFAs）：含 1 個雙鍵。
• 多元不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFAs）：含 2 個以上雙鍵。

脂肪酸的分類與來源，不能單獨用「植物」或「動物」作絕對判斷，必須看其脂肪酸組成與加工方式。

解題方法

本題問的是「NOT correct」，也就是找出錯誤敘述。

判斷重點如下：

1. 先確認各選項對脂質分類與食物來源的描述。
2. 再判斷「植物油一定比動物油好」是否為生物學上成立的絕對敘述。
3. 脂肪對 LDL 的影響，須以「以不飽和脂肪取代飽和脂肪」作為前提，不能脫離脂肪酸種類討論。
4. 植物油與動物油皆可能含有多種脂肪酸，因此不能只依來源判定優劣。

選項分析

(A) Plant-based cooking oils are better than animal-based cooking oils.

錯誤，為本題答案。

植物性烹調油不必然比動物性油脂好，因為油脂的營養影響主要取決於：

• 飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的比例
• 是否含有反式脂肪酸（trans fatty acids）
• 加工程度
• 烹調溫度與氧化程度
• 實際攝取量

許多植物油富含 MUFAs 或 PUFAs，例如橄欖油富含 oleic acid（油酸），大豆油及玉米油含有較多 linoleic acid（亞麻油酸）。這些油脂在取代富含飽和脂肪的食物時，通常有利於降低 LDL。

但「植物來源」本身不是判斷油脂好壞的充分條件。例如：

• 棕櫚油與椰子油雖屬植物油，卻含有較高比例的飽和脂肪酸。
• 動物性脂肪也不全然由飽和脂肪組成，魚油含有 EPA、DHA 等多元不飽和脂肪酸。
• 植物油若經部分氫化，可能產生反式脂肪酸，對心血管健康不利。

因此，正確觀念應是「選擇適當脂肪酸組成的油脂，並以不飽和脂肪取代飽和脂肪」，而非概括認定所有植物油都優於所有動物油。

(B) Unsaturated fats are known to lower our bodies’ “bad” low-density lipoprotein (LDL).

正確，但須有飲食替代的前提。

當不飽和脂肪取代飽和脂肪時，通常可降低血液中的 LDL cholesterol。

LDL 的主要功能是將 cholesterol 從肝臟運送至周邊組織。血液中 LDL 過高時，膽固醇較容易沉積於血管壁，增加動脈粥樣硬化風險。

飲食上的一般趨勢為：

• 飽和脂肪酸攝取增加，常使 LDL 上升。
• 以 MUFAs 或 PUFAs 取代飽和脂肪酸，通常使 LDL 下降。
• 反式脂肪酸則會升高 LDL，並降低 HDL，屬於較不利的脂質種類。

核心觀念

本題考查動物行為的遺傳與學習，重點是判斷鳥類歌聲主要來自：

• 遺傳（inherited）：由親代基因決定，與成長環境關係較小。
• 學習（learned）：幼鳥在發育期間模仿親代或其他成鳥的歌聲，屬於環境影響形成的行為。

許多鳥類具有特定的歌聲學習期（sensitive period）。幼鳥會聆聽成鳥歌聲，經由模仿、練習與回饋逐漸形成成年歌聲。因此，實驗必須將「基因來源」與「養育環境」分開觀察。

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解題方法

最有效的方法是採用 Cross-fostering（交叉寄養／交叉撫育實驗）。

實驗設計如下：

1. 將鳥蛋或幼鳥從原本的親代巢中移出。
2. 交由遺傳上無親緣關係的寄養親代撫養。
3. 比較成年後鳥歌聲與下列對象的相似度：

• 親生父母的歌聲；
• 寄養父母的歌聲。

判斷方式：

• 若幼鳥成年後的歌聲較像親生父母，表示歌聲具有較強的遺傳成分。
• 若歌聲較像寄養父母，表示歌聲主要透過養育環境與模仿學習而來。

這種方法能直接操弄「養育者」，同時保留幼鳥的遺傳來源，因此可區分基因因素與環境學習因素。這正是本題要找的方法。

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選項分析

(A) Mark and recapture（標記與再捕捉）

此方法是在動物身上加以標記，之後重新捕捉，以估算族群數量、存活率、活動範圍與遷移情形。

它主要用於族群生態學研究，無法直接區分歌聲是由基因遺傳而來，還是由親代教導而來，因此錯誤。

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(B) Cross-fostering（交叉寄養）

此方法將幼鳥交由非親生的寄養親代撫養，藉此分離：

• 遺傳來源：親生父母；
• 學習環境：寄養父母。

比較幼鳥成年後的歌聲與親生父母、寄養父母的相似性，即可判斷歌聲的遺傳與學習成分。

因此，本選項正確。

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(C) QTL mapping（數量性狀基因座定位）

核心觀念

本題考查動物神經系統的演化層級與 nerve net（神經網） 的構造特徵。

神經網是由神經元彼此連接形成的彌散性網絡，沒有明確的腦、脊髓或其他集中式神經中樞。受到刺激時，興奮可在網絡中向多個方向傳播，使動物產生較廣泛、整體性的反應。

典型例子是刺絲胞動物門（Cnidaria），例如水螅（Hydra）與水母（jellyfish）。神經網被視為動物界中最簡單的神經系統形式。

解題方法

先掌握神經系統的複雜度：

$$\text{神經網} \rightarrow \text{神經索／神經節} \rightarrow \text{集中式神經系統}$$

神經網缺乏明確的中樞，神經元分散排列，因此：

1. 是最簡單的神經系統形式。
2. 興奮可向多個方向擴散。
3. 不具脊椎動物式的髓鞘構造。
4. 並非海綿動物的特徵，因為海綿動物通常沒有真正的神經系統。

因此正確選項為 (B)。

選項分析

(A) Exclusive to Sponge.

錯誤。海綿動物（Porifera）沒有真正的神經組織與神經元，主要依靠細胞間的化學訊號、離子變化及水流調控來協調活動。

神經網主要見於刺絲胞動物，例如水螅與水母。海綿動物的構造比神經網更原始，不能稱為具有神經網。

(B) The simplest form of the nerve system.

正確。神經網是最簡單的神經系統形式。其特徵包括：

• 神經元分散分布於身體各處。
• 缺乏腦或集中式神經中樞。
• 神經元彼此形成網狀連接。
• 刺激所引發的興奮可擴散至鄰近區域。
• 反應通常是整體性或廣泛性的動作。

此種構造符合早期多細胞動物對環境刺激進行基本協調的需求。

核心觀念

Hardy–Weinberg principle（哈代–溫伯格定律）描述在特定理想條件下，族群的等位基因頻率與基因型頻率會世代間維持穩定。

以雙等位基因座為例，若等位基因為 $A$ 與 $a$：

• $A$ 的頻率為 $p$
• $a$ 的頻率為 $q$
• $p+q=1$

在 Hardy–Weinberg equilibrium（哈代–溫伯格平衡）下，基因型頻率為：

$$p^2+2pq+q^2=1$$

其中：

• $AA$：$p^2$
• $Aa$：$2pq$
• $aa$：$q^2$

要維持此平衡，族群通常必須符合以下條件：

1. 族群非常大，避免 genetic drift（遺傳漂變）
2. 隨機交配（random mating）
3. 無突變（no mutation）
4. 無自然選擇（no selection）
5. 無基因流動或遷移（no gene flow）
6. 配子對族群基因庫的貢獻沒有系統性差異

解題方法

本題問的是「哪一項不是 Hardy–Weinberg principle 的假設」。

直接逐一對照五項核心條件即可。Hardy–Weinberg principle 要求族群內個體進行隨機交配；因此「非隨機交配」明顯違反假設，答案為：

$$\boxed{\text{(C) Non-random mating}}$$

非隨機交配常使實際基因型頻率偏離 $p^2:2pq:q^2$ 的預測比例，尤其常見的結果是 homozygote（同型合子）比例增加、heterozygote（異型合子）比例減少。

選項分析

(A) Large sample size

正確，屬於 Hardy–Weinberg equilibrium 的必要近似條件。

理想模型通常假設族群極大，考題常以 large population size 或 large sample size 表示。族群越大，隨機事件造成的 allele frequency（等位基因頻率）波動越小，可降低 genetic drift 的影響。

若族群太小，抽樣誤差可能使某些等位基因在世代間頻率改變，即使沒有選擇、突變或遷移，也可能不符合 Hardy–Weinberg 平衡。

因此，(A) 是假設之一，不是答案。

(B) No mutation

正確，屬於 Hardy–Weinberg equilibrium 的假設。

Mutation（突變）會將一種等位基因轉變成另一種等位基因，例如：

$$A \longrightarrow a$$

若突變持續發生，$A$ 與 $a$ 的 allele frequency 便可能在世代間改變，無法維持固定的 $p$ 與 $q$。

因此必須假設沒有突變，(B) 不符合題目所問的「NOT」。

(C) Non-random mating

錯誤，這是本題答案。

核心觀念

本題考查胚胎發育中 neural crest（神經嵴）細胞的分化潛能與衍生組織。

神經嵴位於神經板與表皮外胚層交界，神經管閉合後，神經嵴細胞脫離原位並遷移至全身各處，形成多種組織，因此常被稱為具有高度多能性的細胞族群。

常見的神經嵴衍生物包括：

• 周邊神經系統：dorsal root ganglia、autonomic ganglia、Schwann cells
• 腎上腺髓質細胞
• 黑色素細胞（melanocytes）
• 頭顱顏面部的軟骨、骨與結締組織
• 牙本質母細胞（odontoblasts）
• 部分心臟流出道與大血管的平滑肌、結締組織
• 軟腦膜中的 pia mater 與 arachnoid mater

相對地，brain（腦）主要由神經管的神經上皮發育而來，而非由神經嵴形成。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是區分兩種容易混淆的胚胎來源：

1. 神經管（neural tube）

• 形成中樞神經系統，即 brain 與 spinal cord。
• 神經管內的神經上皮細胞分化為神經元與膠細胞。

2. 神經嵴（neural crest）

• 位於神經管背側邊界。
• 神經嵴細胞離開神經管後遷移，形成周邊神經、黑色素細胞、腎上腺髓質、顱顏軟骨與結締組織等。

因此，只要看到 Brain，即可判斷它是神經管的衍生物，不是神經嵴的主要衍生物。

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選項分析

(A) Brain：正確答案

腦由 neural tube（神經管）發育而來。

神經管前端膨大形成三個原始腦泡：

• Prosencephalon（前腦）
• Mesencephalon（中腦）
• Rhombencephalon（後腦）

之後再進一步形成大腦、間腦、中腦、小腦、腦橋與延腦等結構。這些組織均源自神經管的神經上皮，而非 neural crest。

因此，brain 是本題中不屬於神經嵴衍生物的組織。

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(B) Adrenal medulla：錯誤選項

腎上腺髓質（adrenal medulla）由神經嵴細胞衍生。

神經嵴細胞遷移至腎上腺，分化為 chromaffin cells（嗜鉻細胞）。嗜鉻細胞本質上相當於受交感神經支配的修飾型交感神經元，受到 preganglionic sympathetic fibers 刺激時，會分泌 epinephrine（腎上腺素）與 norepinephrine（正腎上腺素）至血液中。

腎上腺皮質則主要源自中胚層，因此腎上腺的皮質與髓質具有不同胚胎來源。

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(C) Epidermal pigment cells：錯誤選項

表皮色素細胞，即 melanocytes（黑色素細胞），由神經嵴細胞衍生。

神經嵴細胞遷移至皮膚後，分化為 melanocytes。黑色素細胞利用 tyrosinase（酪胺酸酶）將 tyrosine（酪胺酸）轉換為黑色素，主要路徑可概括為：

核心觀念

本題考察女性生殖週期中「黃體期（luteal phase）」的內分泌調控，重點包括：

1. 排卵後卵泡如何形成黃體（corpus luteum）。
2. 黃體期主要分泌的荷爾蒙。
3. 下視丘—腦下垂體—卵巢軸（hypothalamic-pituitary-ovarian axis）的調節。
4. LH、FSH、GnRH、estrogen 與 progesterone 的來源及作用。

排卵後，原本的卵泡殘留結構在 LH（luteinizing hormone，黃體生成素）作用下發生黃體化（luteinization），形成黃體。黃體中的顆粒黃體細胞（granulosa lutein cells）與膜黃體細胞（theca lutein cells）主要分泌 progesterone（黃體素），同時也分泌部分 estrogen 與 inhibin A。

LH 與黃體細胞上的 LH receptor 結合，啟動 $G_s$ 蛋白及 adenylate cyclase，使細胞內 $cAMP$ 上升，進一步活化 PKA，促進膽固醇轉化為 progesterone：

$$\text{Cholesterol} \xrightarrow{\text{StAR, CYP11A1}} \text{Pregnenolone} \xrightarrow{\text{3}\beta\text{-HSD}} \text{Progesterone}$$

因此，LH 會促進黃體形成並維持其分泌功能。

解題方法

判斷本題的關鍵是先鎖定黃體期的三個特色：

• 排卵已經發生，黃體正在形成或維持。
• LH 促進卵泡黃體化及黃體功能。
• Progesterone 分泌上升，使子宮內膜進入分泌期，為胚胎著床準備。

再逐一比對各選項的荷爾蒙來源與作用：

• 腦下垂體主要分泌 FSH 與 LH。
• 卵巢的卵泡與黃體分泌 estrogen、progesterone。
• GnRH 作用於腦下垂體，促進 FSH 與 LH 分泌。
• 排卵主要由 LH surge（LH 高峰）觸發，而非 FSH 高峰。

符合「LH 促進黃體形成」的選項為 B。

選項分析

(A) Estrogen is secreted by the pituitary gland.

錯誤。

Estrogen 主要由卵巢分泌，不是由腦下垂體分泌。卵泡期主要由卵巢顆粒細胞分泌 estrogen；黃體期則由黃體分泌部分 estrogen。

在卵巢的兩細胞—兩促性腺素模型（two-cell, two-gonadotropin model）中：

1. LH 作用於膜細胞（theca cells），促進膽固醇經由 CYP11A1 形成 pregnenolone，再經由 CYP17 產生 androgen。
2. FSH 作用於顆粒細胞（granulosa cells），促進 aromatase 將 androgen 轉化為 estrogen。

可簡化表示為：

$$\text{Androgen} \xrightarrow{\text{Aromatase}} \text{Estrogen}$$

腦下垂體的主要相關分泌物是 FSH 與 LH，而非 estrogen。

(B) LH triggers the development of the corpus luteum.

正確。

排卵後，破裂的卵泡在 LH 作用下發生黃體化，形成黃體。LH 不僅參與排卵，也促進黃體的形成與功能維持。

LH 與黃體細胞上的受體結合後，經由：

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

促進 StAR（steroidogenic acute regulatory protein）將膽固醇輸送至粒線體，並促進 steroidogenesis（類固醇生成），增加 progesterone 的合成。

黃體分泌的 progesterone 會：

核心觀念

本題考查物種形成（speciation）中的生殖隔離（reproductive isolation），以及「合子形成前」與「合子形成後」的分類。

生殖隔離可分為兩大類：

1. 合子前隔離（prezygotic isolation）
   發生在精卵融合、形成合子（zygote）以前，使不同物種的配子無法成功結合。

2. 合子後隔離（postzygotic isolation）
   已經形成雜合子或雜交後代，但其存活率、育性或後續繁殖成功率降低。

合子後隔離的主要類型包括：

• Hybrid inviability（雜種無存活力）：雜合子無法正常發育，或出生後很快死亡。
• Hybrid sterility（雜種不育）：雜合個體可以存活，但無法產生正常、有功能的配子，例如騾通常不育。
• Hybrid breakdown（雜種崩解）：第一代雜種可能存活且具生殖能力，但第二代或回交後代的存活率、育性或適應度顯著下降。

本題所問的 postzygotic isolation，正是指受精已發生後才表現出的生殖障礙。

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解題方法

判斷各選項發生的時間點：

• 若障礙發生在求偶、交配、精卵融合以前，屬於 prezygotic isolation。
• 若精卵已融合、合子已形成，之後才出現發育、育性或後代適應度問題，屬於 postzygotic isolation。

逐一檢視可知，只有 hybrid breakdown 發生在雜交成功、後代已形成之後，因此選擇 A。

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選項分析

(A) Hybrid breakdown（雜種崩解）—正確

Hybrid breakdown 是典型的合子後隔離。

不同物種交配後，第一代雜種可能能夠存活並繁殖；然而當第一代雜種彼此交配產生第二代，或與親代回交時，後代可能出現：

• 發育不良
• 存活率降低
• 生殖能力下降
• 整體適應度降低

此現象通常與不同物種基因組在後代重新組合後，產生不良的基因互動有關。第一代雜種的基因組組合尚能維持一定功能，但在第二代發生基因分離與重組後，可能暴露出不相容的等位基因組合，導致後代適應度降低。

因此，Hybrid breakdown 發生於合子形成與雜種發育之後，屬於 postzygotic isolation。

核心觀念

本題考查脫水（dehydration）時維持血壓的體液調節與神經內分泌機制。

血壓可概略表示為：

$$\text{Mean arterial pressure (MAP)} \approx \text{Cardiac output (CO)} \times \text{Systemic vascular resistance (SVR)}$$

脫水會使體液量、血漿量與靜脈回流下降，進而降低心室充盈與血壓。身體會啟動下視丘—腦下垂體後葉的抗利尿激素系統，增加血管加壓素（vasopressin，又稱 antidiuretic hormone, ADH）釋放。

ADH 的主要作用包括：

1. 腎臟 V2 receptor（V2 受體）作用
   ADH 與集合管主細胞（collecting duct principal cell）的 V2 receptor 結合，活化 $G_s$ 蛋白，使 adenylate cyclase（腺苷酸環化酶）增加，進而提高 intracellular cAMP、活化 protein kinase A（PKA），促使 aquaporin-2（AQP2）水通道插入頂端膜。

$\text{ADH} \rightarrow \text{V2 receptor} \rightarrow G_s \rightarrow \text{adenylate cyclase} \rightarrow \text{cAMP} \rightarrow \text{PKA} \rightarrow \text{AQP2}$

結果是集合管對水的通透性增加，水分回收增加，尿量減少，血容量上升，有助於恢復血壓。

2. 血管 V1 receptor（V1 受體）作用
   在較高濃度下，ADH 可作用於血管平滑肌的 V1 receptor，經由 $G_q$ 蛋白活化 phospholipase C（磷脂酶 C），增加 $\ce{IP3}$ 與細胞內 $\ce{Ca^{2+}}$，造成血管收縮，使 systemic vascular resistance 上升，協助維持血壓。

因此，增加 vasopressin release 同時具備「保留水分」與「增加血管阻力」的效果。

解題方法

判斷脫水時的生理變化方向：

• 血容量：下降
• 血壓：下降傾向
• 血漿滲透壓：上升
• ADH 分泌：增加
• Renin（腎素）分泌：增加
• 腎臟水分再吸收：增加
• 尿量：減少
• 腎血流與 GFR：通常下降

在選項中，只有「增加 vasopressin release」能直接造成水分保留，並可透過血管收縮幫助維持血壓，因此選 E。

選項分析

(A) Increase glomerular filtration rate (GFR)

錯誤。脫水使有效循環血容量下降，腎灌流量與腎小球毛細血管壓力通常降低，因此 GFR 傾向下降，而非上升。

此外，脫水時交感神經活性增加、腎素—血管張力素—醛固酮系統（renin–angiotensin–aldosterone system, RAAS）啟動，也會使腎血管收縮，進一步

核心觀念

本題比較腎絲球過濾率（glomerular filtration rate, GFR）與腎清除率（renal clearance）的定義與生理意義。

腎臟處理血漿中某物質的流程包括：

1. 腎絲球過濾（glomerular filtration）
2. 腎小管再吸收（tubular reabsorption）
3. 腎小管分泌（tubular secretion）
4. 最終隨尿液排出（excretion）

GFR 指的是「單位時間內，所有腎絲球合計由血漿濾入腎小囊的液體體積」，常用單位為 $\mathrm{mL/min}$。成人約為 $125\ \mathrm{mL/min}$，但會受年齡、性別、體表面積及腎臟疾病影響。

腎清除率則是「單位時間內，腎臟能從血漿中完全清除某一物質的血漿體積」，對特定物質 $X$ 的清除率為：

$$C_X=\frac{U_X \times V}{P_X}$$

其中：

• $C_X$：物質 $X$ 的腎清除率
• $U_X$：尿液中物質 $X$ 的濃度
• $V$：尿液流率
• $P_X$：血漿中物質 $X$ 的濃度

清除率反映的是該物質經過「過濾、再吸收與分泌」後的淨排出結果。

物質的排泄速率可表示為：

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

因此，GFR 主要代表腎絲球的過濾功能；腎清除率則反映某一特定物質經腎臟處理後的整體淨清除程度。

解題方法

本題的關鍵是判斷兩個名詞所涵蓋的生理範圍：

• 看到 GFR，聯想到「腎絲球過濾液的形成速率」。
• 看到 renal clearance，聯想到「某物質從血漿被腎臟移除的有效血漿體積」，其結果會受到過濾、再吸收及分泌共同影響。

可用幾種典型物質理解：

• Inulin（菊糖）：可自由過濾，不被再吸收，也不被分泌，因此
  $C_{\text{inulin}}=GFR$
  可用來測量 GFR。
• Creatinine（肌酸酐）：主要由過濾排出，另有少量腎小管分泌，因此其清除率通常略高估 GFR。
• Glucose（葡萄糖）：正常情況下先被過濾，之後幾乎完全被近曲小管再吸收，因此正常時清除率接近 $0$。
• PAH（對氨基馬尿酸）：被過濾且由腎小管分泌，大部分進入腎臟的 PAH 會被移除，因此可估算有效腎血漿流量。

這些例子顯示，腎清除率不只涉及腎絲球過濾，也反映腎小管的再吸收與分泌作用。因此選項 C 正確。

選項分析

(A) GFR measures substances completely removed by the kidneys, while renal clearance considers filtration, reabsorption, and secretion.

錯誤。

「完全移除某物質」是清除率概念，不是 GFR 的定義。GFR 測量的是單位時間內由腎絲球濾入腎小囊的液體體積，並不表示某物質最後是否完全排出。

後半句指出腎清除率會考慮過濾、再吸收與分泌，基本上是正確的；但前半句錯誤，使整個選項不正確。

**(B) GFR reflects the total volume of plasma cleared by the kidneys, while renal clearance evaluates o

核心觀念

Vomeronasal organ（犁鼻器，Jacobson’s organ）是位於鼻腔前下方、鼻中隔前端附近的特殊感覺器官，主要功能是接收與辨識 pheromones（費洛蒙）等化學訊號，參與生殖、社會行為與領域辨識。

犁鼻器的感覺細胞主要表現：

• Vomeronasal receptor 1（V1R）
• Vomeronasal receptor 2（V2R）
• G protein（G 蛋白）
• TRPC2（transient receptor potential canonical 2）離子通道

典型訊息傳遞可概括為：

$$\text{pheromone} \rightarrow \text{V1R/V2R} \rightarrow \text{G protein} \rightarrow \text{PLC} \rightarrow \text{細胞內訊息變化} \rightarrow \text{TRPC2 開啟} \rightarrow \text{感覺神經訊號}$$

本題的判斷重點是辨認「犁鼻器的主要專一功能」，而不是一般嗅覺受器的位置或數量。

解題方法

逐項檢查各敘述是否符合犁鼻器的三項基本特徵：

1. 位置：位於鼻腔前端、鼻中隔附近，不在鼻腔最上方。
2. 受器：主要表現 vomeronasal receptors，不是大量典型 olfactory receptors。
3. 功能：專門參與 pheromone detection。

符合犁鼻器經典定義的是「專一偵測費洛蒙」，因此選擇 D。

選項分析

(A) Located at the top of the nasal cavity in humans.

錯誤。

一般嗅覺上皮（olfactory epithelium）主要位於鼻腔頂部，包括上鼻甲與鼻中隔上部，這是典型嗅覺受器所在位置。

犁鼻器則位於鼻腔前端的鼻中隔腹側、接近鼻孔的位置，並非鼻腔頂部。因此本選項混淆了犁鼻器與一般嗅覺上皮。

(B) Expresses a large number of olfactory receptors.

錯誤。

一般嗅覺受器屬於 olfactory receptor family，主要負責辨識廣泛的氣味分子；

核心觀念

本題考查肌梭（muscle spindle）、Ia 傳入纖維（group Ia afferent）與肌肉伸展反射（stretch reflex）的功能分工。

肌梭位於骨骼肌內，由梭內肌纖維（intrafusal muscle fibers）組成，主要偵測：

• 肌肉長度（muscle length）
• 肌肉長度的變化速率（rate of change of muscle length）

肌梭中央部的感覺末梢受到伸展時，產生動作電位，經由粗大的有髓 Ia sensory axon 傳入脊髓。Ia 傳入纖維在脊髓內可直接興奮同一肌肉的 $\alpha$ motor neuron，促使梭外肌纖維（extrafusal muscle fibers）收縮，形成單突觸伸展反射。

因此，Ia axon 的主要角色是「傳遞感覺回饋」，不是直接支配肌纖維收縮。

解題方法

判斷本題的關鍵，是先分辨三種神經纖維：

神經纖維	來源或支配對象	主要功能
Ia afferent	肌梭初級感覺末梢	傳遞肌肉長度與伸展速率資訊至脊髓
$\alpha$ motor neuron	梭外肌纖維	造成主要肌肉收縮
$\gamma$ motor neuron	梭內肌纖維	調節肌梭敏感度
Ib afferent	腱器官（Golgi tendon organ）	傳遞肌肉張力資訊

題幹詢問「Ia axon 的主要功能」，所以應選擇描述其感覺傳入功能的選項，即 C。

在伸展反射中，路徑可概括為：

$$\text{肌肉伸展} \rightarrow \text{肌梭受刺激} \rightarrow \text{Ia afferent} \rightarrow \text{脊髓} \rightarrow \alpha\text{ motor neuron} \rightarrow \text{梭外肌收縮}$$

Ia axon 位於這條路徑的「感覺訊息傳入脊髓」階段。

選項分析

(A) 錯誤

Innervates extrafusal muscle fibers, causing muscle contraction in response to signals from the spinal cord.

支配梭外肌纖維、直接造成骨骼肌收縮的是 $\alpha$ motor neuron，而不是 Ia axon。

Ia axon 是感覺神經纖維，將肌梭偵測到的肌肉伸展資訊傳入脊髓。它可在脊髓內興奮 $\alpha$ motor neuron，間接促成梭外肌收縮，但本身不直接支配梭外肌纖維。

(B) 錯誤

Innervates intrafusal muscle fibers within muscle spindles, regulating their sensitivity to stretch and maintaining the spindle's function during muscle contraction.

核心觀念

Spina bifida（脊柱裂）是先天性神經管缺陷（neural tube defect）的一種，主要發生於胚胎發育早期。胚胎的神經管由外胚層形成，正常情況下神經管閉合後，周圍的中胚層形成椎體與椎弓，使脊柱完整包覆脊髓。

若神經管尾端閉合異常，並伴隨椎弓未完全融合，便會形成脊柱裂。依缺損程度可分為：

• Spina bifida occulta（隱性脊柱裂）：椎弓閉合不全，但脊髓與脊膜未明顯突出。
• Meningocele（脊膜膨出）：脊膜經由椎骨缺損處向外突出。
• Myelomeningocele（脊髓脊膜膨出）：脊髓與脊膜一同突出，神經症狀通常較嚴重。

脊髓及其神經根受到影響時，可能出現下肢無力、步行異常、感覺障礙及膀胱或腸道控制問題。孕期葉酸不足、遺傳因素及環境因素皆可能增加神經管缺陷的發生率，但本題詢問的是脊柱裂的直接病理特徵。

解題方法

本題可由疾病名稱與症狀直接切入：

1. Spina bifida 的字面意義為「裂開的脊柱」。
2. 其病理核心是胚胎發育時神經管與脊柱結構閉合不完全。
3. 題幹所述的步行異常、腿部無力與膀胱控制障礙，皆符合脊髓或脊髓神經受損。
4. 因此應選擇描述「脊柱閉合不完整」的選項。

選項分析

(A) An incomplete closure of the spinal column.

正確。脊柱裂的主要結構異常是椎弓在胚胎發育時未完全融合，使脊柱後方形成缺損；嚴重時脊髓與脊膜會經由缺損處突出。由於脊髓及神經根可能受到牽扯或損傷，會產生下肢運動障礙與膀胱控制問題。

本選項雖以 spinal column（脊柱）閉合不完全描述，未進一步寫出神經管閉合異常，但符合本題所考的主要病理定義，因此依官方答案選 A。

(B) An abnormal opening in the abdominal wall.

錯誤。腹壁異常開口主要涉及腹壁發育缺陷，例如：

核心觀念

本題考查兩個基因座（loci）之間的遺傳圖距（genetic map distance）。

遺傳圖距以兩基因座間發生的交換事件（crossover event）頻率表示：

$$\text{遺傳圖距（cM）} = \frac{\text{總交換事件數}}{\text{觀察單位數}} \times 100$$

其中：

• $1$ centimorgan（cM）代表平均每 $100$ 個減數分裂產物中有 $1$ 次交換事件。
• 發生兩次或三次交換時，必須分別計算為 $2$ 次或 $3$ 次交換，不能只計算「是否曾發生交換」。

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解題方法

題目給出的資料為：

交換次數	數量	對總交換事件的貢獻
無交換	65	$0 \times 65=0$
一次交換	23	$1 \times 23=23$
兩次交換	10	$2 \times 10=20$
三次交換	2	$3 \times 2=6$

因此，總交換事件數為：

$$0+23+20+6=49$$

觀察總數為 $100$，所以遺傳圖距為：

$$\text{遺傳圖距} = \frac{49}{100}\times 100 = 49\ \text{cM}$$

因此選擇：

$$\boxed{\text{(D) 49 centimorgans}}$$

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為什麼不能只算有交換的比例？

有交換的觀察單位共有：

$$23+10+2=35$$

這個 $35\%$ 只表示「至少發生過一次交換」的比例，未納入其中 $10$ 個單位各發生兩次交換，以及 $2$ 個單位各發生三次交換。

本題要估計的是交換事件的總頻率，因此必須使用加權計算：

$$\frac{1(23)+2(10)+3(2)}{100}\times 100 = 49\ \text{cM}$$

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選項分析

核心觀念

本題考查細胞器基因（organelle genes）的親代來源，以及其與遺傳疾病和表型的關係。

粒線體與葉綠體具有自己的 DNA，分別稱為：

• 粒線體 DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）
• 葉綠體 DNA（chloroplast DNA, cpDNA）

多數真核生物中，細胞器基因呈現單親遺傳（uniparental inheritance），最常見的是母系遺傳（maternal inheritance）。其原因包括：

1. 卵細胞體積大，含有大量粒線體或葉綠體。
2. 精子通常只提供細胞核，粒線體多位於尾部，受精後會被排除、降解或失活。
3. 細胞器在受精與胚胎發育過程中，依其來源進行複製與分配。

若同一細胞中同時存在正常與突變的細胞器 DNA，稱為異質性（heteroplasmy）。隨細胞分裂，正常與突變型細胞器的分配比例不同，便可能造成組織間或個體間表型差異，此現象稱為複製分離（replicative segregation）。

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解題方法

判斷本題可分成三步：

1. 先掌握不同生物類群的典型粒線體、葉綠體遺傳來源。
2. 再辨認疾病或表型是否符合該遺傳模式。
3. 注意選項中的絕對用語，例如「均等」「不能」「父系為常態」，這些通常與實際遺傳規律相反。

各類群的基本規則如下：

生物類群	粒線體或葉綠體遺傳的常見型態
動物	粒線體多為母系遺傳
植物	葉綠體多為母系遺傳；粒線體也常為母系，但不同植物可有差異
真菌	可呈母系、父系、雙親遺傳，依物種而異

因此，若某選項正確描述真菌的物種差異，而其他選項把母系遺傳誤寫成父系、均等遺傳，便可判定答案為 A。

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選項分析

(A) In some species of fungi, mitochondrial DNA can be inherited either maternally, paternally, or biparentally, depending on the species.

正確。

真菌的粒線體遺傳模式具有相當大的物種差異：

• 有些物種以母系遺傳為主。
• 有些物種可呈父系遺傳。
• 有些物種在交配後，雙方親本的粒線體都能留存在後代，形成雙親遺傳（biparental inheritance）。

例如酵母菌（Saccharomyces cerevisiae）交配時，兩個親本的粒線體可在合子中共同存在，屬於雙親來源的典型例子。部分真菌則會在交配後偏向保留某一親本的粒線體，形成母系或父系遺傳。

因此，A 正確指出真菌粒線體 DNA 的遺傳方式會因物種而不同。

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(B) Mutations in mitochondrial DNA in humans can lead to diseases such as Leber's hereditary optic neuropathy, which is inherited paternally.

錯誤。

Leber's hereditary optic neuropathy（Leber 遺傳性視神經病變，LHON）確實是由粒線體 DNA 突變所造成，常涉及粒線體電子傳遞鏈（electron transport chain）複合體 I 的基因，例如：

• MT-ND1
• MT-ND4
• MT-ND6

複合體 I 參與下列電子傳遞反應：

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

電子經由複合體 I 傳遞給 ubiquinone（輔酶 Q），並伴隨質子跨膜運輸，建立質子電化學梯度，供 ATP synthase 合成 ATP。若 mtDNA 突變使複合體 I 功能下降，視神經節細胞因能量需求高而容易受損，導致視力障礙。

核心觀念

本題考查 CD4⁺ regulatory T cells（Treg，調節型 T 細胞） 的免疫抑制機轉、表面分子、細胞毒殺能力，以及在周邊組織中的穩定性與可塑性。

Treg 的典型特徵包括：

• 表現轉錄因子 FOXP3。
• 高度表現 CD25（IL-2 receptor α chain），消耗局部 IL-2，使效應 T 細胞增殖受限。
• 表現高量 CTLA-4（CD152），與抗原呈現細胞上的 B7-1（CD80）及 B7-2（CD86） 結合，降低共刺激作用。
• 透過細胞激素、細胞接觸、代謝競爭及細胞毒殺等方式抑制免疫反應。
• 在發炎環境下可能出現功能改變或表型可塑性。

T 細胞活化通常需要三個訊號：

1. TCR 辨識抗原胜肽－MHC。
2. CD28 與 APC 上 B7 分子結合，提供共刺激。
3. 細胞激素造成分化與功能決定。

本題的關鍵在於辨認：Treg 抑制 B7 共刺激的主要分子是 CTLA-4，不是 CD28。

解題方法

逐一檢查各選項是否符合 Treg 的已知機轉：

• 涉及一般性免疫抑制功能者，通常正確。
• 涉及 B7 競爭與共刺激抑制者，必須分辨是 CD28 還是 CTLA-4。
• 涉及周邊環境、發炎與 Treg 可塑性者，須注意 Treg 並非完全固定不變的細胞族群。

因此，本題應找出把 Treg 的抑制分子誤寫成 CD28 的選項。

選項分析

(A) Treg cells are primarily known for their role in immune suppression through cytokine secretion and cell-cell interactions.

正確。

Treg 的核心功能就是維持免疫耐受、抑制過度免疫反應。其抑制方式包括：

• 分泌抑制性細胞激素，如 IL-10、TGF-β、IL-35。
• 透過 CTLA-4 與 APC 上的 CD80/CD86 作用，降低 APC 的共刺激能力。
• 透過高量 CD25 消耗 IL-2，限制效應 T 細胞增殖。
• 在特定情況下利用 perforin、granzyme 造成目標細胞死亡。

因此，A 對 Treg 主要功能的描述正確。

(B) Treg cells express high levels of CD28, which competes with CD28 on effector cells for binding to B7 molecules on antigen-presenting cells, thereby inhibiting T cell activation.

錯誤，為本題答案。

Treg 確實具有 CD28，但 Treg 抑制 APC 共刺激作用的代表性分子是 CTLA-4，不是 CD28。

CD28 的主要功能是：

$$\text{CD28}_{\text{T cell}}+\text{B7}_{\text{APC}} \longrightarrow \text{共刺激訊號}$$

此訊號可促進 T 細胞產生 IL-2、增殖及存活，因此 CD28 本身屬於 共刺激受體，不是主要的抑制受體。

Treg 高度表現 CTLA-4，CTLA-4 對 CD80/CD86 的親和力高於 CD28，並可將 B7 分子從 APC 表面移除，此作用稱為 trans-endocytosis（反式內吞）。結果是 APC 可提供給效應 T 細胞的 B7 減少，使 CD28 共刺激不足，抑制效應 T 細胞活化。

正確的概念應為：

$$\text{CTLA-4}_{\text{Treg}}+\text{B7}_{\text{APC}} \longrightarrow \text{降低 CD28 共刺激}$$

因此，B 將 CTLA-4 的作用錯誤歸給 CD28，且將 CD28 描述成主要抑制分子，故不正確。

核心觀念

本題考查血紅素（hemoglobin, Hb）與肌紅蛋白（myoglobin, Mb）的氧氣結合特性，以及氣體交換時的 Bohr effect 與 Haldane effect。

判斷重點如下：

• Bohr effect：組織中 $\ce{CO2}$ 增加、$\ce{H+}$ 濃度上升或溫度升高，會使 Hb 對 $\ce{O2}$ 的親和力下降，促進組織獲得氧氣。
• Haldane effect：去氧血紅素比氧合血紅素更能攜帶 $\ce{CO2}$ 與 $\ce{H+}$；肺部氧合時，Hb 釋放 $\ce{CO2}$。
• HbF 與 HbA：HbF 對 $\ce{O2}$ 的親和力較高，有利於胎盤中由母體血液取得氧氣。
• Mb 與 Hb：Mb 對 $\ce{O2}$ 的親和力高於 Hb，主要負責肌肉內的氧氣儲存與促進氧氣擴散。

血紅素與氧氣的結合可表示為：

$$\ce{Hb + O2 <=> HbO2}$$

Hb 的氧解離曲線呈 S 型（sigmoidal curve），源於四個次單元之間的協同性（cooperativity）；Mb 的氧解離曲線則呈 雙曲線型（hyperbolic curve），因為 Mb 只有一個氧氣結合位點。

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解題方法

題目問的是「NOT correct」，因此逐一檢查每個選項是否符合上述生理機轉。

最直接的切入點是辨認：

1. 是否正確描述 Bohr effect 或 Haldane effect。
2. 是否正確比較 HbF、HbA、Hb 與 Mb 的氧氣親和力。
3. 是否符合運動時肌肉組織的氧氣釋放機制。

其中最關鍵的比較為：

$$\text{Mb 對 } \ce{O2} \text{ 的親和力} > \text{Hb 對 } \ce{O2} \text{ 的親和力}$$

因此，凡是宣稱 Mb 對氧氣的親和力低於 Hb 的敘述，即為錯誤。

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選項分析

(A) 正確

高濃度 $\ce{CO2}$ 會降低 Hb 對氧氣的親和力，這種現象稱為 Bohr effect（波耳效應）。

組織細胞進行細胞呼吸時產生 $\ce{CO2}$：

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

其中催化反應的酵素為 carbonic anhydrase（碳酸酐酶）。產生的 $\ce{H+}$ 會與 Hb 結合，使 Hb 穩定於去氧型構形（T state），降低其對 $\ce{O2}$ 的親和力，促進氧氣在組織釋放。

此外，$\ce{CO2}$ 也可直接與 Hb 的胺基形成 carbaminohemoglobin（氨基甲醯血紅素），進一步穩定去氧型 Hb。

因此，組織中 $\ce{CO2}$ 豐富時，Hb 更容易釋放 $\ce{O2}$，本選項正確。

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(B) 正確

胎兒血紅素 HbF 由兩條 $\alpha$ 鏈與兩條 $\gamma$ 鏈組成：

$$\ce{\alpha2\gamma2}$$

成人血紅素 HbA 則由兩條 $\alpha$ 鏈與兩條 $\beta$ 鏈組成：

$$\ce{\alpha2\beta2}$$

HbF 對 2,3-BPG（2,3-bisphosphoglycerate） 的結合能力較弱。2,3-BPG 會降低 Hb 對氧氣的親和力，因此 HbF 因較少受到 2,3-BPG 影響，具有較高的氧氣親和力。

結果是胎兒 HbF 的氧解離曲線相對向左移：

$$P_{50,\mathrm{HbF}} < P_{50,\mathrm{HbA}}$$

核心觀念

本題考查器官移植排斥反應的免疫學基礎，以及「同卵雙胞胎並非在所有細胞層面都絕對相同」的概念。

同卵雙胞胎源自同一個受精卵，因此通常具有相同的核基因組與高度相同的主要組織相容性複合體（major histocompatibility complex, MHC；人類稱為 human leukocyte antigen, HLA）。因此，兩者間的器官移植通常屬於同基因移植（syngeneic transplantation），排斥反應顯著低於不同個體間的異基因移植（allogeneic transplantation）。

然而，受精卵形成後，細胞在有絲分裂過程中仍可能發生體細胞突變（somatic mutation）。若突變發生於胚胎發育早期，便可能造成兩名雙胞胎具有不同的細胞群或鑲嵌現象（mosaicism），進而產生不同的抗原。這些差異可成為次要組織相容性抗原（minor histocompatibility antigens），被受贈者的 T 細胞辨識，誘發移植排斥。

排斥反應的核心流程可概括為：

$$\text{移植物抗原} \rightarrow \text{抗原呈現} \rightarrow \text{T 細胞活化} \rightarrow \text{細胞毒性反應與發炎} \rightarrow \text{移植物受損}$$

其中，CD8⁺ T 細胞可直接殺傷表現異常抗原的移植物細胞；CD4⁺ T 細胞則可分泌細胞激素，活化巨噬細胞、B 細胞及其他免疫細胞，加強排斥反應。

解題方法

判斷本題的關鍵，是先排除「同卵雙胞胎具有完全不同 MHC」這種不符合基本遺傳背景的敘述，再尋找能解釋兩者仍存在細微抗原差異的機制。

解題步驟如下：

1. 同卵雙胞胎具有相同受精卵來源，因此 MHC／HLA 通常高度相同。
2. 若仍發生排斥，原因應是受精後產生的遺傳差異，而非先天具有完全不同的 MHC。
3. 受精後發生的體細胞突變，可能造成少數細胞表現不同蛋白質。
4. 這些蛋白質片段經抗原呈現後，可被 T 細胞視為非己抗原。
5. 因此，最符合題意的是 （B）。

選項分析

（A）Differences in blood type between the twins

血型抗原位於紅血球表面，例如 ABO 系統中的 A、B 抗原。血型不合確實可能造成輸血反應或移植早期的抗體介導損傷，因此血型相容性是移植前評估項目之一。

但是，同卵雙胞胎通常具有相同的 ABO 與 Rh 血型。若兩者出現血型差異，必須涉及罕見的體細胞突變、嵌合體或其他特殊情況；單純以血型差異作為一般性解釋，不如（B）所述的體細胞突變精確。因此本選項不是最佳答案。

（B）Minor genetic mutations that occurred post-zygotically

受精卵形成後仍會持續進行 DNA 複製與細胞分裂。若在此階段發生體細胞突變，兩名雙胞胎的部分細胞便可能累積不同的基因變異，形成細微的遺傳差異。

核心觀念

本題考查「後天性免疫缺乏」（acquired immunodeficiency）的成因，以及「免疫缺乏」與「伺機性感染」（opportunistic infection）的因果關係。

免疫缺乏可分為：

• 先天性免疫缺乏（primary immunodeficiency）：通常源自遺傳缺陷。
• 後天性免疫缺乏（secondary/acquired immunodeficiency）：出生後因感染、營養不良、毒物、藥物、癌症等因素造成免疫功能下降。

其中最重要的判斷原則是：

免疫缺乏會增加伺機性感染的發生率；伺機性感染通常是免疫缺乏的結果，而不是主要原因。

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解題方法

逐一判斷各選項是否描述「造成後天性免疫缺乏的因素」。

若選項將「免疫功能下降」描述為原因，且能合理造成免疫細胞數量減少、功能受損或免疫反應失常，通常屬於正確敘述。

若選項把免疫缺乏的典型後果誤寫成免疫缺乏的主要原因，即屬於錯誤選項。

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選項分析

(A) 正確

HIV（human immunodeficiency virus，人類免疫缺乏病毒）感染會逐步破壞 $\ce{CD4+}$ T 細胞，造成後天性免疫缺乏。

HIV 的主要感染流程如下：

1. 病毒外套膜蛋白 gp120 與 $\ce{CD4}$ 分子結合。
2. 再與輔助受體 CCR5 或 CXCR4 結合。
3. gp41 促進病毒膜與細胞膜融合。
4. 病毒 RNA 經由 reverse transcriptase（反轉錄酶） 形成 DNA。
5. 病毒 DNA 在 integrase（整合酶） 作用下整合進宿主染色體。
6. 宿主細胞製造病毒 RNA 與蛋白質，組裝後釋出新病毒。

HIV 造成 $\ce{CD4+}$ T 細胞減少的原因包括病毒造成的細胞死亡、免疫細胞對感染細胞的清除，以及慢性免疫活化導致的細胞耗損。

$\ce{CD4+}$ T 細胞負責協助 B 細胞產生抗體、活化巨噬細胞及協調細胞媒介免疫。其數量下降後，患者容易發生伺機性感染與腫瘤，因此本選項正確。

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(B) 正確

營養不良，尤其是蛋白質—熱量營養不良，會同時影響免疫細胞的生成與功能。

主要機轉包括：

• 胸腺萎縮，使 T 細胞成熟與分化受損。
• 骨髓造血能力下降，使淋巴球及其他免疫細胞數量減少。
• 抗體生成能力下降。
• 補體蛋白與急性期蛋白合成不足。
• 嗜中性球的吞噬、移動與殺菌能力降低。
• 皮膚及黏膜屏障受損，增加病原體入侵機會。

維生素 A、C、D、E、鋅及鐵等微量營養素缺乏，也會影響上皮屏障、吞噬作用、淋巴球增殖與細胞激素調控。因此營養不良確實可導致後天性免疫缺乏，本選項正確。

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(C) 錯誤，為本題答案

伺機性感染是免疫缺乏的重要結果，不是造成後天性免疫缺乏的主要原因。

核心觀念

本題考查錐蟲（Trypanosomes）如何藉由抗原變異（antigenic variation）逃避免疫清除。

以造成非洲人類錐蟲病的 Trypanosoma brucei 為例，寄生蟲表面主要覆蓋一層高度密集的變異表面醣蛋白（variant surface glycoprotein, VSG）。宿主免疫系統會產生針對目前 VSG 的抗體，使大部分錐蟲被清除；少數錐蟲則透過基因重組與表現位點切換，改換另一種 VSG，因而逃過原有抗體，再度增殖。

此過程可反覆進行，形成週期性的寄生蟲量上升與下降。

解題方法

判斷本題的關鍵是辨認：

1. 錐蟲是否需要媒介昆蟲傳播。
2. VSG 是否與抗原變異及免疫逃脫有關。
3. VSG 基因重排的真正作用，是「改變表面抗原」，不是使寄生蟲進入休眠。
4. 錐蟲與人類的關係是否為互利共生。

選項中只有 B 正確描述 VSG 抗原變異的核心機制。

選項分析

(A) 錯誤

Trypanosomes have a simple life cycle that involves only one host and does not require a vector for transmission.

錐蟲的生活史並不簡單，通常涉及：

• 脊椎動物宿主，如人類或其他哺乳類。
• 采采蠅（tsetse fly, Glossina），作為傳播媒介與另一宿主。

采采蠅吸食感染宿主的血液後，錐蟲會在其腸道、前腸及唾液腺等部位經歷不同形態與增殖階段，之後再隨蠅叮咬進入下一個哺乳類宿主。因此，非洲錐蟲通常需要媒介昆蟲完成傳播。

(B) 正確

The primary mechanism of immune evasion in Trypanosomes is the constant change of their surface glycoproteins (VSGs) through gene rearrangement, allowing them to avoid detection by the host's immune system.

錐蟲的主要免疫逃脫機制是VSG 抗原變異。

其基本流程如下：

1. 宿主對目前表現的 VSG 產生特異性抗體。
2. 抗體結合並清除大部分錐蟲。
3. 少數錐蟲透過 VSG 基因的：

• 基因轉換（gene conversion）
• 重組（recombination）
• 不同 VSG 表現位點之間的切換（expression-site switching）

改變其表面 VSG。
4. 新 VSG 與原本抗體不匹配，使錐蟲重新增殖。

錐蟲基因體中具有大量 VSG 變異基因庫，且通常只有一個主要 VSG 表現位點在特定時間被活化。藉由切換所表現的 VSG，寄生蟲便能持續躲避免疫系統。

核心觀念

本題考查粒線體（mitochondria）的基本構造、功能，以及粒線體動態（mitochondrial dynamics）與細胞老化的關係。

粒線體具有雙層膜與自己的粒線體 DNA（mtDNA），可進行氧化磷酸化、參與細胞凋亡（apoptosis）、調節細胞內鈣離子濃度，並透過融合（fusion）與分裂（fission）維持功能與品質控制。

粒線體動態的基本平衡如下：

• Fusion（融合）：使粒線體互相連接，可混合內容物、稀釋受損成分。
• Fission（分裂）：將粒線體分開，有助於粒線體移動、分配，也可配合 mitophagy（粒線體自噬）移除受損粒線體。
• 健康細胞需維持 fusion 與 fission 的動態平衡。

解題方法

題幹問的是「NOT correct」，因此應逐一判斷各敘述是否符合粒線體的已知功能與生理機制。

其中 A～D 均為粒線體的正確敘述；E 將「粒線體融合增加」直接與老化及細胞衰老連結，並非一般考試所採用的典型關係，因此選 E。

選項分析

(A) 正確

粒線體含有自己的 DNA，稱為 mitochondrial DNA（mtDNA）。mtDNA 通常為：

• 環狀 DNA（circular DNA）
• 缺乏典型真核染色體的組蛋白包裝
• 位於粒線體基質
• 具有類似細菌 DNA 的特徵

粒線體 DNA 的存在，加上粒線體具有雙層膜、自己的核糖體，以及部分蛋白質可在粒線體內合成，支持 endosymbiotic theory（內共生理論）：粒線體源自被早期真核細胞吞入、後來形成互利共生關係的好氧細菌。

因此 A 正確。

(B) 正確

粒線體是 intrinsic pathway of apoptosis（細胞凋亡內在途徑）的核心胞器。

當細胞受到 DNA 損傷、氧化壓力或生長因子缺乏等刺激時，粒線體外膜通透性增加，稱為 mitochondrial outer membrane permeabilization（MOMP）。此時 cytochrome c（細胞色素 c）由粒線體膜間腔釋放到細胞質。

其關鍵反應如下：

$$\text{Cytochrome c} + \text{Apaf-1} + \text{ATP/dATP} \rightarrow \text{Apoptosome}$$

Apoptosome（凋亡小體）接著活化 initiator caspase-9，進一步活化 executioner caspases（執行者半胱胺酸蛋白酶），主要包括 caspase-3 與 caspase-7，造成 DNA 片段化、細胞骨架分解與細胞凋亡。

粒線體也可釋放 Smac/DIABLO 等促凋亡因子，抑制 IAPs（inhibitor of apoptosis proteins），增強 caspase 活性。

因此 B 正確。

(C) 正確

粒線體參與細胞內 calcium homeostasis（鈣離子恆定）的調節。細胞質中的 $\ce{Ca^{2+}}$ 可經由 mitochondrial calcium uniporter（MCU，粒線體鈣單向轉運蛋白）進入粒線體基質。

核心觀念

本題考查 **X-linked Severe Combined Immunodeficiency（X-SCID，X 染色體聯鎖嚴重複合型免疫缺乏症）**的遺傳方式、致病基因與免疫學機轉。

X-SCID 最常見的致病原因，是位於 X 染色體上的 IL2RG gene 發生突變。IL2RG 編碼多種細胞激素受體共用的 common gamma chain（$\gamma_c$，共同 γ 鏈），參與下列受體的訊息傳遞：

• Interleukin-2 receptor（IL-2 receptor）
• IL-4 receptor
• IL-7 receptor
• IL-9 receptor
• IL-15 receptor
• IL-21 receptor

其中，IL-7 對 T lymphocyte 發育十分重要；IL-15 對 NK cell 發育及存活十分重要。因此 IL2RG 突變會造成嚴重的 T 細胞與 NK 細胞缺陷，並使 B 細胞雖可存在，卻因缺乏 T 細胞協助而無法正常產生有效的體液免疫。

典型免疫表型為：

$$T^-B^+NK^-$$

也就是 T lymphocytes 缺乏、B lymphocytes 數量通常存在但功能不良、NK cells 缺乏。

解題方法

判斷本題可依序掌握三個關鍵：

1. X-linked 代表致病基因位於 X 染色體。
2. SCID 代表適應性免疫嚴重受損，尤其涉及 T 細胞，並連帶影響 B 細胞功能。
3. X-SCID 的經典基因為 IL2RG，編碼 cytokine receptor common gamma chain。

符合「X 染色體上的基因突變」及「T、B 淋巴球功能嚴重受損」的選項，即為正確答案。

選項分析

(A) 錯誤

X-SCID 不是 autosomal dominant disorder（常染色體顯性疾病），而是 X-linked recessive disorder（X 染色體隱性疾病）。

此外，X-SCID 並非免疫系統完全正常，患者具有嚴重免疫缺乏，容易反覆感染細菌、病毒、真菌及寄生蟲，也不是以自體免疫疾病風險增加為主要特徵。

(B) 錯誤

X-SCID 的本質是 免疫反應不足，不是 overactive immune response（免疫反應過度活化）。

由於 T lymphocyte 發育及功能嚴重受損，患者無法有效進行：

• 細胞媒介免疫
• B 細胞活化
• 抗體類別轉換
• 對病原體的免疫記憶建立

核心觀念

本題考的是糖解作用（glycolysis）與磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, PPP）的共同分流中間物。

葡萄糖進入細胞後，首先由己糖激酶（hexokinase）或肝細胞中的葡萄糖激酶（glucokinase）磷酸化，形成葡萄糖-6-磷酸（glucose 6-phosphate, G6P）：

$$\text{Glucose} \xrightarrow{\text{hexokinase/glucokinase}} \text{Glucose 6-phosphate}$$

G6P 位於兩條代謝途徑的交會點：

1. 進入糖解作用
   G6P 經由磷酸葡萄糖異構酶（phosphoglucose isomerase）轉變為果糖-6-磷酸（fructose 6-phosphate, F6P），繼續進行糖解作用。

$$\text{Glucose 6-phosphate} \xrightarrow{\text{phosphoglucose isomerase}} \text{Fructose 6-phosphate}$$

2. 進入磷酸戊糖途徑
   G6P 由葡萄糖-6-磷酸去氫酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PD）催化，進入 PPP 的氧化階段，產生 NADPH。

$$\text{Glucose 6-phosphate} \xrightarrow{\text{G6PD}} \text{6-phosphoglucono-}\delta\text{-lactone}$$

因此，G6P 是糖解作用與磷酸戊糖途徑最典型、最直接的共同分流點。

解題方法

判斷「兩條代謝途徑的交會物」時，應尋找同時滿足下列條件的中間物：

• 可由其中一條途徑的入口酵素直接利用；
• 可由另一條途徑的入口酵素直接利用；
• 位於兩條途徑的早期分流位置。

糖解作用的入口是 G6P 經磷酸葡萄糖異構酶轉成 F6P；PPP 的入口則是 G6P 經 G6PD 進行氧化。因此直接選擇 G6P。

選項分析

(A) Glucose 6-phosphate：正確

G6P 同時是糖解作用與 PPP 的起始分流中間物。

• 在糖解作用中：

$$\text{G6P} \xrightarrow{\text{phosphoglucose isomerase}} \text{F6P}$$

• 在 PPP 中：

$$\text{G6P} \xrightarrow{\text{glucose-6-phosphate dehydrogenase}} \text{6-phosphoglucono-}\delta\text{-lactone}$$

PPP 氧化階段接著經過 6-磷酸葡萄糖酸（6-phosphogluconate），再形成核酮糖-5-磷酸（ribulose 5-phosphate），並產生 NADPH。

$$\text{G6P} \rightarrow \text{6-phosphoglucono-}\delta\text{-lactone} \rightarrow \text{6-phosphogluconate} \rightarrow \text{Ribulose 5-phosphate}$$

所以 G6P 是本題所指的代謝交會點。

(B) Glyceraldehyde 3-phosphate：錯誤

核心觀念

本題考核「DNA 分解代謝產物」與「尿液生物標記（biomarker）」的對應關係。

DNA 周轉（DNA turnover）包含 DNA 的合成、修復與降解。當 DNA 被降解時，含 thymine（胸腺嘧啶）的核苷酸與核苷會進一步分解，形成具有代表性的終產物 $\beta$-aminoisobutyrate（$\beta$-胺基異丁酸，BAIB），並由尿液排出。因此，尿中 BAIB 可用來監測 DNA 分解與周轉程度。

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解題方法

掌握「DNA 特有鹼基 thymine 的分解產物」即可作答。

DNA 中的 pyrimidine（嘧啶）鹼基主要包括：

• Cytosine（胞嘧啶）
• Thymine（胸腺嘧啶）

其中 thymine 的分解途徑可概略表示為：

$$\text{Thymine} \rightarrow \text{Dihydrothymine} \rightarrow \beta\text{-ureidoisobutyrate} \rightarrow \beta\text{-aminoisobutyrate}$$

關鍵酵素包括：

1. Dihydropyrimidine dehydrogenase（雙氫嘧啶脫氫酶）
   將 thymine 還原為 dihydrothymine。

2. Dihydropyrimidinase（雙氫嘧啶酶）
   將 dihydrothymine 開環形成 $\beta$-ureidoisobutyrate。

3. $\beta$-ureidopropionase（$\beta$-尿嘧啶胺基丙酸酶）
   將 $\beta$-ureidoisobutyrate 分解為 $\beta$-aminoisobutyrate。

因此，尿中 $\beta$-aminoisobutyrate 的增加，可反映 thymine 分解增加，進而作為 DNA turnover 的指標。

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選項分析

(A) beta-aminoisobutyrate：正確

$\beta$-aminoisobutyrate 是 thymine 分解的主要產物之一。DNA 降解後，thymine 經由上述嘧啶分解途徑形成 BAIB，最後經尿液排出。

因此，尿中 BAIB 可作為 DNA turnover 的 biomarker。

(B) ammonium ion：錯誤

Ammonium ion（銨離子，$\ce{NH4+}$）主要來自胺基酸分解、麩醯胺（glutamine）代謝及腎臟酸鹼平衡調節。

腎臟中 glutaminase 可催化：

$$\text{Glutamine} \rightarrow \text{Glutamate}+\ce{NH4+}$$

尿中銨離子主要反映：

• 酸排泄量
• 腎臟氨生成
• 全身氮代謝狀態

它不是 thymine 或 DNA 分解的特異性產物，因此不能用來特別監測 DNA turnover。

(C) beta-alanine：錯誤

$\beta$-alanine（$\beta$-胺基丙酸）主要是 uracil（尿嘧啶）與 cytosine 分解所產生的產物。其相關途徑可概略表示為：

核心觀念

本題考查磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, PPP）的氧化階段，以及每 1 分子葡萄糖-6-磷酸（glucose-6-phosphate, G6P）可產生的 NADPH 數量。

PPP 分為：

1. 氧化階段（oxidative phase）：產生 NADPH 與 $\ce{CO2}$。
2. 非氧化階段（nonoxidative phase）：進行五碳糖、六碳糖與三碳糖之間的碳骨架重組，不產生 NADPH。

每個 G6P 經過一次完整的 PPP 氧化階段，會進行兩次脫氫反應，而每次脫氫反應各產生 1 分子 NADPH。

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解題方法

PPP 氧化階段的關鍵反應如下：

第一個產生 NADPH 的反應

由 glucose-6-phosphate dehydrogenase（葡萄糖-6-磷酸脫氫酶，G6PD）催化：

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

此步驟產生：

$$1\ \text{NADPH}$$

第二個產生 NADPH 的反應

經 lactonase 水解形成 6-phosphogluconate 後，由 6-phosphogluconate dehydrogenase（6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶）催化：

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

此步驟再產生：

$$1\ \text{NADPH}$$

因此，每 1 分子葡萄糖進入 PPP 並完成其氧化階段時：

$$1+1=2\ \text{NADPH}$$

所以官方答案為：

$$\boxed{2}$$

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選項分析

核心觀念

本題考查：

1. 尿素循環與嘧啶核苷酸合成中兩種 carbamoyl-phosphate synthase 的細胞定位。
2. 粒線體各區室的代表性蛋白質與酵素。
3. 容易混淆的 CPS1 與 CPS2。

兩者雖然都能合成 carbamoyl phosphate（氨甲醯磷酸），但定位與代謝功能不同：

酵素	全名	位置	主要功能
CPS1	carbamoyl-phosphate synthase 1	粒線體基質	尿素循環
CPS2	carbamoyl-phosphate synthase 2	細胞質	嘧啶合成

因此，不位於粒線體者為 CPS2。

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解題方法

逐一判斷各選項是否為粒線體相關蛋白質：

• 尿素循環的第一步發生於粒線體基質，由 CPS1 催化。
• 嘧啶合成的第一步由 CPS2 催化，發生於細胞質。
• VDAC 位於粒線體外膜。
• Carnitine transporter 參與脂肪酸進入粒線體的運輸。
• DNA polymerase gamma 位於粒線體，負責粒線體 DNA 複製。

因此可直接鎖定位於細胞質的 CPS2。

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選項分析

(A) carbamoyl-phosphate synthase 1（CPS1，氨甲醯磷酸合成酶 1）

CPS1 位於粒線體基質，是尿素循環的第一個酵素，催化：

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

其反應需要兩個 ATP，並受到 N-acetylglutamate（N-乙醯麩胺酸）活化。

在尿素循環中，CPS1 產生的 carbamoyl phosphate 接著由 ornithine transcarbamylase（鳥胺酸轉胺甲醯酶，OTC）利用：

$$\ce{Carbamoyl\ phosphate + ornithine -> citrulline + Pi}$$

此反應也發生於粒線體基質。因此 CPS1 位於粒線體，選項正確，不能選為答案。

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(B) voltage-dependent anion channel（VDAC，電壓依賴性陰離子通道）

VDAC 位於粒線體外膜，是粒線體外膜的重要通道蛋白，允許 ATP、ADP、磷酸根及其他小分子代謝物通過外膜。

VDAC 本身是通道蛋白，不是酵素；題目將所有選項概稱為 enzymes，措辭並不嚴謹。然而，若判斷其是否位於粒線體，VDAC 明確位於粒線體外膜，因此選項所述的定位是正確的。

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(C) carnitine transporter（肉鹼運輸蛋白）

脂肪酸進入粒線體進行 $\beta$-oxidation（β-氧化）時，長鏈脂醯基必須透過 carnitine shuttle（肉鹼穿梭系統）運輸。

關鍵步驟如下：

1. CPT I（carnitine palmitoyltransferase I，肉鹼棕櫚醯轉移酶 I）位於粒線體外膜，將 fatty acyl-CoA 轉換為 fatty acyl-carnitine。

核心觀念

本題考查四氫生物蝶呤（tetrahydrobiopterin, BH₄）的生合成來源。BH₄ 是重要的還原性輔酶，參與：

• Phenylalanine hydroxylase（苯丙胺酸羥化酶）
• Tyrosine hydroxylase（酪胺酸羥化酶）
• Tryptophan hydroxylase（色胺酸羥化酶）
• Nitric oxide synthase（NO 合成酶）

BH₄ 的**de novo synthesis（從頭合成）**以鳥嘌呤核苷三磷酸 GTP 為起始原料，因此正確答案為 （C）GTP。

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解題方法：掌握 BH₄ 的合成路徑

BH₄ 的主要從頭合成途徑如下：

$$\text{GTP} \xrightarrow{\text{GTP cyclohydrolase I}} \text{Dihydroneopterin triphosphate}$$

接著經過：

$$\text{Dihydroneopterin triphosphate} \xrightarrow{\text{6-pyruvoyltetrahydropterin synthase}} \text{6-Pyruvoyltetrahydropterin triphosphate}$$

最後由：

$$\text{6-Pyruvoyltetrahydropterin triphosphate} \xrightarrow{\text{Sepiapterin reductase}} \text{BH}_4$$

完整重點為：

1. GTP cyclohydrolase I（GTP 環水解酶 I）：催化 GTP 進入蝶呤骨架合成。
2. 6-pyruvoyltetrahydropterin synthase（6-丙酮醯四氫蝶呤合成酶）：形成中間產物。
3. Sepiapterin reductase（裂合蝶呤還原酶）：進行還原反應，產生 BH₄。

因此，本題關鍵在於辨認第一個反應：

核心觀念

本題考查粒線體電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC）各複合體（complex）的抑制劑，以及 NADH、FADH₂ 電子進入電子傳遞鏈的位置。

電子傳遞鏈主要順序如下：

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

其中：

• Complex I（NADH dehydrogenase）：接受 NADH 的電子。
• Complex II（succinate dehydrogenase）：接受 FADH₂ 的電子，並將電子傳給 Coenzyme Q。
• Complex III（cytochrome $bc_1$ complex）：利用 Q cycle 將電子由 Coenzyme Q 傳給 cytochrome $c$，同時將質子轉移至膜間腔。
• Complex IV（cytochrome c oxidase）：將電子傳給 $\ce{O2}$，生成 $\ce{H2O}$。
• Complex V（ATP synthase）：利用質子梯度合成 ATP。

各複合體的典型抑制劑如下：

複合體	代表性抑制劑
Complex I	Rotenone
Complex II	Malonate
Complex III	Antimycin A、myxothiazol、stigmatellin
Complex IV	Cyanide、carbon monoxide、azide
Complex V	Oligomycin

解題方法

本題應先將每個選項與其主要作用的電子傳遞鏈複合體配對，再判斷是否能抑制 Complex III。

依標準生物化學機轉：

• cyanide 抑制 Complex IV；
• oligomycin 抑制 Complex V；
• malonate 抑制 Complex II；
• rotenone 抑制 Complex I。

因此，若嚴格依照標準電子傳遞鏈知識，四個選項均不是 Complex III 的典型抑制劑，正確機制上應選 (E) none of the above。

不過，本題官方公布答案為 (C)，且校方釋疑明確指出：

Malonate 為 complex 2 的抑制劑；NADH 與 FADH₂ 若在 mitochondrial 內產生，基本上……

依題目指定，考試作答必須以官方答案 (C) 為準。官方命題意旨應是將 malonate 與粒線體電子傳遞鏈中的特定 complex 連結，或題目中的「complex III」存在題幹／答案誤植。

選項分析

(A) cyanide

錯誤。Cyanide（氰化物）主要抑制 Complex IV，cytochrome c oxidase。

Complex IV 的核心反應為：

$$\ce{4 cyt c_{red} + O2 + 8H+_{matrix} \rightarrow 4 cyt c_{ox} + 2H2O + 4H+_{intermembrane}}$$

Cyanide 會與 Complex IV 中的 heme $a_3$ 及 copper center 結合，阻止電子傳給 $\ce{O2}$，使電子傳遞鏈末端停止。它不是 Complex III 的典型抑制劑。

(B) oligomycin

錯誤。Oligomycin（寡黴素）抑制 Complex V，也就是 ATP synthase，特別是其膜內的 $\ce{F0}$ proton channel。

核心觀念

本題考查 1 mole acetyl-CoA（乙醯輔酶 A）完全氧化時，經由：

1. 檸檬酸循環（TCA cycle／Krebs cycle）
2. 電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC）
3. 氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）

所產生的 ATP 當量。

1 分子 acetyl-CoA 進入粒線體基質後，與 oxaloacetate（草醯乙酸）縮合形成 citrate（檸檬酸），完成一輪 TCA cycle。

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解題方法

每 1 mole acetyl-CoA 完成一輪 TCA cycle，產生：

產物	數量	傳統 ATP 換算
NADH	3	每 1 NADH 產生 3 ATP
FADH₂	1	每 1 FADH₂ 產生 2 ATP
GTP	1	等同 1 ATP

其中各產物來源如下：

• Isocitrate dehydrogenase（異檸檬酸去氫酶）：產生 1 NADH
• $\alpha$-Ketoglutarate dehydrogenase complex（$\alpha$-酮戊二酸去氫酶複合體）：產生 1 NADH
• Succinate dehydrogenase（琥珀酸去氫酶）：產生 1 FADH₂
• Malate dehydrogenase（蘋果酸去氫酶）：產生 1 NADH
• Succinyl-CoA synthetase（琥珀醯-CoA 合成酶）：產生 1 GTP

依本題官方採用的傳統換算：

$$3\text{ NADH}\times 3 + 1\text{ FADH}_2\times 2 + 1\text{ GTP}\times 1 =9+2+1=12$$

因此產生相當於 12 個 ATP 的高能磷酸鍵。

校方釋疑指出，題目中的 acetyl-CoA 氧化發生於粒線體內，不需經過 shuttle system。需要 shuttle system 的是細胞質中形成的 NADH，例如糖解作用產生的 NADH；其 ATP 當量會因穿梭方式而不同。acetyl-CoA 本身已位於粒線體內，因此直接採用粒線體內 NADH 與 FADH₂ 的傳統換算值：

• NADH：3 ATP
• FADH₂：2 ATP

核心觀念

本題考查「精胺酸（Arginine）合成」與「尿素循環（urea cycle，又稱 ornithine cycle）」的關聯。

尿素循環的主要功能是將有毒的氨轉換成尿素排出體外，但其中一段反應也直接涉及精胺酸的生成與分解：

$$\text{Citrulline} \rightarrow \text{Argininosuccinate} \rightarrow \text{Arginine} \rightarrow \text{Ornithine}$$

因此，精胺酸的生合成與尿素循環共用重要的代謝途徑，官方答案為 Arginine。

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解題方法

看到題目詢問「與尿素循環共用相同途徑的胺基酸生合成」，應立即聯想到尿素循環中的關鍵中間物與產物：

1. Ornithine（鳥胺酸）
2. Citrulline（瓜胺酸）
3. Argininosuccinate（精胺基琥珀酸）
4. Arginine（精胺酸）

尿素循環反應如下：

第一步：形成瓜胺酸

粒線體內，Ornithine 與 Carbamoyl phosphate 反應：

$$\text{Ornithine}+\text{Carbamoyl phosphate} \xrightarrow{\text{ornithine transcarbamylase, OTC}} \text{Citrulline}$$

第二步：形成精胺基琥珀酸

Citrulline 進入細胞質，與 Aspartate 結合：

$$\text{Citrulline}+\text{Aspartate}+\text{ATP} \xrightarrow{\text{argininosuccinate synthetase, ASS}} \text{Argininosuccinate}$$

第三步：形成精胺酸

$$\text{Argininosuccinate} \xrightarrow{\text{argininosuccinate lyase, ASL}} \text{Arginine}+\text{Fumarate}$$

第四步：精胺酸分解並再生鳥胺酸

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

可見精胺酸正是尿素循環中的核心中間物。以哺乳類而言，精胺酸可由尿素循環相關反應合成；在微生物與植物中，精胺酸具有獨立的上游生合成路徑，但仍與尿素循環共用 Citrulline、Argininosuccinate、Arginine 等步驟。

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選項分析

(A) Arginine（精胺酸）—正確

精胺酸直接出現在尿素循環中：

核心觀念

本題考查嘌呤（purine）分解代謝中，能依序催化兩個受質反應的酵素。

嘌呤分解的重要路徑如下：

$$\text{Hypoxanthine（次黃嘌呤）} \xrightarrow{\text{xanthine oxidase}} \text{Xanthine（黃嘌呤）} \xrightarrow{\text{xanthine oxidase}} \text{Uric acid（尿酸）}$$

Xanthine oxidase（黃嘌呤氧化酶，XO）可作用於兩種受質：

1. Hypoxanthine → Xanthine
2. Xanthine → Uric acid

因此具有「two-substrate catalytic properties」，也就是能催化兩個連續步驟中的兩種受質反應。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是辨認各選項在嘌呤代謝中的作用對象，並找出能連續作用於兩個不同受質的酵素。

Xanthine oxidase 的反應如下：

$$\ce{Hypoxanthine + O2 + H2O -> Xanthine + H2O2}$$ $$\ce{Xanthine + O2 + H2O -> Uric\ acid + H2O2}$$

XO 含有 molybdenum cofactor（鉬輔因子）、鐵硫中心（Fe-S centers）及 FAD。電子由受質上的嘌呤環轉移至鉬輔因子，再經鐵硫中心與 FAD 傳遞給 $\ce{O2}$，形成 $\ce{H2O2}$。

由於同一個 XO 可先催化 hypoxanthine，再催化其產物 xanthine，故選擇 xanthine oxidase。

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選項分析

(A) uricase

Uricase（尿酸酶，又稱 urate oxidase）主要催化尿酸進一步氧化為 allantoin（尿囊素）：

$$\ce{Uric\ acid + O2 + H2O -> Allantoin + H2O2}$$

它的主要受質是 uric acid，並非同時負責 hypoxanthine 與 xanthine 的連續氧化，因此不是本題答案。

補充：人類缺乏功能性 uricase，因此尿酸是人類嘌呤分解的終產物之一。

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(B) deoxyribonuclease

Deoxyribonuclease（去氧核糖核酸酶，DNase）水解 DNA 的磷酸二酯鍵，使 DNA 分解成較短的 oligonucleotides 或 nucleotides：

$$\ce{DNA + H2O -> Oligonucleotides}$$

其受質是 DNA，不涉及 hypoxanthine、xanthine 或尿酸的嘌呤分解路徑，因此錯誤。

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(C) xanthine oxidoreductase

Xanthine oxidoreductase（黃嘌呤氧化還原酶，XOR）是較廣義的酵素名稱，包括兩種可互相轉換的形式：

• Xanthine dehydrogenase（黃嘌呤脫氫酶，XDH）
• Xanthine oxidase（黃嘌呤氧化酶，XO）

核心觀念

Glutathione（穀胱甘肽，GSH）是由 $\gamma$-glutamate（$\gamma$-麩胺酸）、cysteine（半胱胺酸）與 glycine（甘胺酸）組成的三胜肽。其主要反應性來自 cysteine 上的 sulfhydryl group（硫氫基，$\ce{-SH}$）。

GSH 的重要功能包括：

1. 作為細胞內主要的還原劑，維持 redox balance（氧化還原平衡）。
2. 清除 hydrogen peroxide（過氧化氫）與 lipid peroxide（脂質過氧化物）。
3. 經由 glutathione S-transferase（GST，穀胱甘肽-S-轉移酶）與親電子性藥物或毒物結合，促進解毒與排除。
4. 保護 erythrocytes（紅血球）的 hemoglobin（血紅素）與細胞膜，避免氧化損傷。

本題要求找出「Glutathione 無法執行」的功能，因此應辨認哪一項與 GSH 的生理作用相反。

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解題方法

判斷各選項是否符合 GSH 的三大功能：

• 抗氧化：清除過氧化物。
• 解毒：與藥物、毒物或內生性親電子化合物結合。
• 維持還原環境：透過 GSH/GSSG 系統維持細胞氧化還原狀態。

GSH 的典型抗氧化反應由 glutathione peroxidase（GPx，穀胱甘肽過氧化酶）催化：

$$\ce{2GSH + H2O2 ->[GPx] GSSG + 2H2O}$$

對脂質過氧化物也可進行類似反應：

$$\ce{2GSH + ROOH ->[GPx] GSSG + ROH + H2O}$$

氧化形成的 glutathione disulfide（GSSG，氧化型穀胱甘肽）再由 glutathione reductase（GR，穀胱甘肽還原酶）利用 NADPH 還原：

$$\ce{GSSG + NADPH + H+ ->[GR] 2GSH + NADP+}$$

因此，GSH 會降低氧化壓力並維持細胞膜穩定性，不會降低紅血球細胞膜的穩定性。

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選項分析

(A) trapping peroxides

正確。GSH 可藉由 GPx 清除 $\ce{H2O2}$ 與有機過氧化物 $\ce{ROOH}$，將其轉換成水或相對無害的醇類。此反應可避免活性氧化物攻擊膜脂肪酸、蛋白質與 DNA。

因此，GSH 確實能夠「捕捉」或清除 peroxides（過氧化物）。

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(B) increasing the solubility of drug

正確。許多藥物或外來毒物具有親電子性，會在 GST 催化下與 GSH 的 cysteine 硫原子結合，形成 glutathione conjugate（穀胱甘肽共軛物）：

$$\ce{GSH + Electrophilic\ drug ->[GST] Drug-SG\ conjugate}$$

核心觀念

本題考查凝膠過濾層析（gel filtration chromatography，又稱 size-exclusion chromatography, SEC）提升分離解析度（resolution）的條件。

凝膠過濾層析依分子大小分離：

• 大分子無法進入凝膠微孔，主要經由顆粒間隙流出，故較早洗脫。
• 小分子可進入凝膠微孔，實際移動路徑較長，故較晚洗脫。
• 分子在固定相與流動相之間的分布，可用分配係數表示：

$$K_{\mathrm{av}}=\frac{V_e-V_o}{V_t-V_o}$$

其中：

• $V_e$：樣品洗脫體積（elution volume）
• $V_o$：空隙體積（void volume）
• $V_t$：總床體積（total bed volume）

解析度常以相鄰兩個峰的分離程度表示，概念上與理論板數 $N$、管柱長度及峰寬有關：

$$R_s \propto \sqrt{N}$$

在其他條件相近時，增加管柱長度可增加理論板數，使蛋白質或其他分子經歷更多次有效分離，降低峰的重疊程度。

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解題方法

判斷提升 gel filtration chromatography 解析度的條件，可從兩個方向切入：

1. 增加分離路徑與理論板數。
2. 讓分子有足夠時間接近分配平衡，減少因流速過快造成的峰展寬。

因此：

• 長管柱可提供較長的分離距離，增加理論板數。
• 慢流速可使分子有較充分時間進出凝膠微孔，接近分配平衡，改善分離效果。

故「使用長管柱且採用慢流速」最能提升解析度，選擇 (A)。

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選項分析

(A) using a long column with a slow flow rate

正確。

長管柱使樣品通過較長的分離路徑，增加理論板數 $N$，並有助於將洗脫體積相近的分子拉開。

核心觀念

本題考查「磷酸化胺基酸的替代突變（phosphomimetic mutation）」。

蛋白質中的 serine（Ser，絲胺酸）可接受 protein kinase（蛋白質激酶）催化，利用 ATP 將磷酸基團轉移至 Ser 的羥基：

$$\text{Ser-OH}+\text{ATP} \longrightarrow \text{Ser-O-PO}_3^{2-}+\text{ADP}$$

磷酸化後的 phosphoserine（磷酸絲胺酸）具有顯著的負電荷，會改變蛋白質的：

• 電荷分布
• 氫鍵作用
• 與其他蛋白質的結合
• 蛋白質構形與活性
• 細胞訊息傳遞功能

研究上常將 Ser 突變成帶負電荷的 glutamate（Glu，麩胺酸），藉此模擬磷酸化所造成的負電性，稱為 phosphomimetic substitution。

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解題方法

判斷替代胺基酸時，優先比較磷酸化 Ser 與各選項的「電荷特性」。

在生理 pH 下：

• phosphoserine 的磷酸基團帶負電荷，通常可視為具有約 $-2$ 的負電性。
• Glu 的側鏈羧基會解離為 $\ce{-COO^-}$，帶 $-1$ 電荷。

雖然 Glu 的化學結構與磷酸化 Ser 並不完全相同，且電荷數也不完全等效，但 Glu 能提供最接近的負電性，因此是常見的 phosphomimetic amino acid（磷酸化模擬胺基酸）。

因此：

$$\boxed{\text{phosphoserine} \longrightarrow \text{Glu}}$$

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選項分析

(A) Thr

Thr（threonine，蘇胺酸）具有羥基，與 Ser 的結構相近，也能被 protein kinase 磷酸化。然而 Thr 本身未磷酸化時是中性胺基酸，不會模擬 phosphoserine 所增加的負電荷。

因此 Thr 適合用來保留羥基或作為 Ser 的保守性替換，卻不適合作為磷酸化狀態的模擬物。此選項錯誤。

(B) Tyr