中國醫藥大學 115 年 《生物學》

核心觀念

本題考查肝臟在升糖素（Glucagon）作用下，如何透過異位調控（allosteric regulation）切換「糖解作用（glycolysis）」與「糖質新生（gluconeogenesis）」。

肝臟血糖低時，升糖素濃度升高，會啟動：

$$\text{Glucagon} \rightarrow \text{Gs protein} \rightarrow \text{adenylyl cyclase} \rightarrow \uparrow \text{cAMP} \rightarrow \text{PKA}$$

PKA 會磷酸化肝臟中的雙功能酵素（bifunctional enzyme）：

• 磷酸果糖激酶-2（PFK-2, phosphofructokinase-2）
• 果糖-2,6-雙磷酸酶（FBPase-2, fructose-2,6-bisphosphatase）

在肝臟中，PKA 磷酸化此雙功能酵素後，會使 FBPase-2 活性增加、PFK-2 活性降低，因此：

$$\downarrow \text{Fructose-2,6-bisphosphate}$$

果糖-2,6-雙磷酸（F-2,6-BP）是重要的異位調控分子：

• 活化 PFK-1，促進糖解作用
• 抑制 FBPase-1，抑制糖質新生

因此，F-2,6-BP 濃度下降會造成：

$$\downarrow \text{PFK-1 activity} \rightarrow \downarrow \text{glycolysis}$$

以及：

$$\downarrow \text{FBPase-1 inhibition} \rightarrow \uparrow \text{gluconeogenesis}$$

解題方法

題幹給出兩個關鍵結果：

1. 抑制糖解作用
2. 活化糖質新生

能同時造成這兩種效果的調控分子，就是果糖-2,6-雙磷酸。升糖素透過 cAMP、PKA 訊息傳遞，使其濃度降低。

需特別區分：

• 果糖-2,6-雙磷酸不是糖解作用的直接反應中間物，而是調節 PFK-1 與 FBPase-1 的訊號型代謝調控分子。
• 它降低時，糖解作用受到抑制，糖質新生則被解除抑制。

選項分析

(A) 檸檬酸（Citrate）

檸檬酸是檸檬酸循環（citric acid cycle）的中間物，並可作為糖解作用狀態的回饋訊號。

在能量充足時，檸檬酸可異位抑制 PFK-1，降低：

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

此反應由 PFK-1 催化，是糖解作用的主要限速步驟之一。

不過，升糖素造成糖解作用下降的關鍵調控，不是透過降低檸檬酸，而是透過降低 F-2,6-BP。檸檬酸通常在能量與碳源充足時增加，並非本題所問的主要「濃度減少」分子，因此錯誤。

核心觀念

本題考查肝臟與肌肉在「維持血糖」功能上的差異，以及葡萄糖代謝中各酵素的作用位置。

肝臟能將葡萄糖釋放至血液，關鍵在於肝細胞具有葡萄糖-6-磷酸酶（glucose-6-phosphatase, G6Pase）。此酵素位於肝臟內質網膜系統，可催化：

$$\text{Glucose-6-phosphate}+\ce{H2O} \rightarrow \text{Glucose}+\ce{Pi}$$

葡萄糖-6-磷酸（G6P）去除磷酸基後，形成不帶電的葡萄糖，便能經由葡萄糖轉運蛋白離開肝細胞，進入血液。

肝臟產生 G6P 的來源包括：

1. 肝醣分解（glycogenolysis）
   肝醣經肝醣磷酸化酶（glycogen phosphorylase）分解，主要產生葡萄糖-1-磷酸，再由磷酸葡萄糖變位酶（phosphoglucomutase）轉換為 G6P。

2. 糖質新生（gluconeogenesis）
   乳酸、甘油與胺基酸等前驅物經代謝形成 G6P。

G6P 最後經葡萄糖-6-磷酸酶轉為自由葡萄糖，因此肝臟可在禁食時釋放葡萄糖以維持血糖。

骨骼肌缺乏葡萄糖-6-磷酸酶，肌肉中的 G6P 只能進入糖解作用或合成肌肉肝醣，無法轉為自由葡萄糖輸出至血液。肌肉肝醣主要供應自身收縮所需的能量。

解題方法

判斷本題的切入點是：

哪一個酵素能將葡萄糖-6-磷酸轉成自由葡萄糖，並使肝臟具備輸出葡萄糖的能力？

在肝醣分解與糖質新生的共同終點，皆會形成葡萄糖-6-磷酸：

$$\text{Glycogenolysis 或 gluconeogenesis} \rightarrow \text{G6P} \overset{\text{G6Pase}}{\longrightarrow} \text{Glucose}$$

因此，缺乏 G6Pase 的肌肉無法完成最後一步，也就不能有效地將自身肝醣轉成血糖。

選項分析

(A) 己糖激酶（Hexokinase）

己糖激酶催化糖解作用的第一步：

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

此反應會將葡萄糖磷酸化，使葡萄糖留在細胞內，方向與肝臟釋放葡萄糖相反。

己糖激酶廣泛存在於多種組織，包括骨骼肌。肝臟主要具有高 $K_m$、高容量的葡萄糖激酶（glucokinase，己糖激酶 IV），而非以一般己糖激酶為主要形式。

核心觀念

本題考查植物光合作用的光反應中，電子傳遞鏈的電子流向與最終電子受體。

在一般所稱的「光反應」中，主要指發生於葉綠體類囊體膜上的非循環電子流（noncyclic electron flow）：

$$\ce{H2O -> PSII -> plastoquinone -> cytochrome\ b6f -> plastocyanin -> PSI -> ferredoxin -> NADP+}$$

電子最後被 $\ce{NADP+}$ 接受，並在 ferredoxin–NADP reductase（鐵氧化還原蛋白－$\ce{NADP+}$ 還原酶）催化下形成 $\ce{NADPH}$：

$$\ce{NADP+ + 2e- + H+ -> NADPH}$$

因此，電子傳遞鏈的最終電子受體是 $\ce{NADP+}$。

解題方法

判斷「最終電子受體」時，應沿著光反應的電子傳遞方向追蹤：

1. 光系統 II（Photosystem II, PSII）吸收光能，使反應中心葉綠素 $\ce{P680}$ 激發並放出電子。
2. PSII 失去的電子由水分解補回：

$$\ce{2H2O -> 4H+ + 4e- + O2}$$

3. 電子經由質體醌（plastoquinone）、細胞色素 $b_6f$ 複合體（cytochrome $b_6f$ complex）及質體藍素（plastocyanin）傳至光系統 I（Photosystem I, PSI）。
4. PSI 中的 $\ce{P700}$ 再次吸收光能，使電子獲得更高能量。
5. 電子經 ferredoxin 傳給 $\ce{NADP+}$，生成具有還原力的 $\ce{NADPH}$。

所以，位於電子傳遞鏈末端、直接接受電子的分子為 $\ce{NADP+}$。

選項分析

(A) 氧 $\ce{O2}$

錯誤。

$\ce{O2}$ 是水的光解產物，不是電子傳遞鏈的最終電子受體。PSII 的放氧複合體（oxygen-evolving complex, OEC）氧化水，產生：

$$\ce{H2O -> O2 + H+ + e-}$$

因此，水提供光反應所需的電子，而 $\ce{O2}$ 則作為副產物釋放。$\ce{O2}$ 並未在電子傳遞鏈末端接受電子。

(B) 水 $\ce{H2O}$

錯誤。

水是光反應的初始電子供體（electron donor），不是最終電子受體。水在 PSII 旁的放氧複合體中被氧化，補充 $\ce{P680+}$ 所失去的電子，並產生氧氣、質子與電子。

可記為：

核心觀念

糖質新生（Gluconeogenesis）是由非醣類前驅物合成葡萄糖的代謝途徑。由丙酮酸（Pyruvate）開始時，必須繞過糖解作用中不可逆的丙酮酸激酶（Pyruvate kinase）反應。

糖質新生的起始反應發生於粒線體：

$$\ce{Pyruvate + HCO3^- + ATP ->[Pyruvate\ carboxylase] Oxaloacetate + ADP + Pi}$$

因此，丙酮酸進入粒線體後，首先被丙酮酸羧化酶（Pyruvate carboxylase）轉化為草醯乙酸（Oxaloacetate, OAA）。

然而，草醯乙酸本身不易直接穿過粒線體內膜，因此通常先在粒線體內被粒線體蘋果酸脫氫酶（Mitochondrial malate dehydrogenase）還原為蘋果酸（Malate）：

$$\ce{Oxaloacetate + NADH + H+ <=>[Malate\ dehydrogenase] Malate + NAD+}$$

蘋果酸輸出至細胞質後，再由細胞質蘋果酸脫氫酶氧化回草醯乙酸：

$$\ce{Malate + NAD+ <=>[Cytosolic\ malate\ dehydrogenase] Oxaloacetate + NADH + H+}$$

細胞質中的草醯乙酸接著轉化為磷酸烯醇丙酮酸（Phosphoenolpyruvate, PEP）：

$$\ce{Oxaloacetate + GTP ->[PEP\ carboxykinase] PEP + GDP + CO2}$$

所以本題所問的「丙酮酸先在粒線體中轉化成哪種分子，再轉為蘋果酸輸出」，答案是草醯乙酸。

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解題方法

判斷本題可依照「丙酮酸進入糖質新生後的第一個繞道反應」切入：

1. 糖解作用的丙酮酸激酶反應不可逆，不能直接以逆反應完成。
2. 丙酮酸必須先由丙酮酸羧化酶轉為草醯乙酸。
3. 草醯乙酸因無法有效穿越粒線體內膜，先轉為蘋果酸。
4. 蘋果酸輸出至細胞質，再轉回草醯乙酸，繼續糖質新生。

關鍵順序為：

$$\text{丙酮酸} \rightarrow \text{草醯乙酸} \rightarrow \text{蘋果酸} \rightarrow \text{細胞質草醯乙酸} \rightarrow \text{PEP}$$

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選項分析

(A) 乙醯輔酶 A（Acetyl-CoA）錯誤

丙酮酸可由丙酮酸脫氫酶複合體（Pyruvate dehydrogenase complex, PDC）轉化為乙醯輔酶 A：

核心觀念

本題考查真核細胞蛋白質的分泌途徑，以及 N-linked glycosylation（N-連結型醣基化） 的初步發生位置。

N-linked glycosylation 是指寡醣鏈連接到蛋白質中天門冬醯胺（Asparagine, Asn）的胺基上，典型接受序列為：

$$\mathrm{Asn-X-Ser/Thr}$$

其中 $X$ 不可為脯胺酸（Proline）。

分泌蛋白、膜蛋白與溶小體蛋白在核糖體合成時，會受到訊號胜肽（signal peptide）引導，進入粗糙內質網（rough endoplasmic reticulum, rER）。蛋白質進入內質網腔（ER lumen）的過程中，寡醣轉移酶（oligosaccharyl transferase, OST）會將預先組裝於脂質載體 dolichol pyrophosphate 上的寡醣鏈，轉移至新生蛋白質的 Asn 殘基。

因此，N-linked glycosylation 的初步醣基化發生在粗糙內質網。

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解題方法

判斷此題可依照蛋白質分泌途徑定位：

$$\text{核糖體合成} \rightarrow \text{粗糙內質網初步修飾} \rightarrow \text{高基氏體進一步加工} \rightarrow \text{細胞膜、溶體或細胞外}$$

題目問的是「初步醣基化」的場所，關鍵字是 初步。蛋白質進入 rER 後，N-linked glycosylation 即開始進行；之後運送至高基氏體，才進行寡醣鏈的修剪、重組與延伸等後續加工。

所以本題選擇粗糙內質網。

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關鍵機轉

1. 分泌蛋白或膜蛋白開始由核糖體合成。
2. 新生蛋白上的訊號胜肽被訊號辨識顆粒（signal recognition particle, SRP）辨識。
3. 核糖體暫時停頓，並與內質網膜上的 SRP receptor 結合。
4. 核糖體接到轉位子（translocon），蛋白質邊合成邊進入內質網腔或插入內質網膜。
5. 在內質網腔側，寡醣轉移酶將寡醣鏈接到 Asn-X-Ser/Thr 序列。
6. 內質網中的 glucosidase 與 mannosidase 進行初步修剪，協助蛋白質摺疊與品質管制。
7. 蛋白質經運輸囊泡送至高基氏體，接受進一步醣鏈加工。

本題所考的位置，正是第 5 步：寡醣轉移酶在粗糙內質網完成初步 N-linked glycosylation。

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選項分析

(A) 細胞質（Cytoplasm）—錯誤

核心觀念

本題考「群落演替（succession）」初期的先驅物種（pioneer species）與生活史策略。

演替初期的環境通常具有以下特徵：

• 資源與空間尚未被充分利用。
• 環境變動較大，競爭者較少。
• 物種需要迅速抵達、繁殖並占據新形成的空間。
• 幼體或子代的死亡率通常較高。

因此，先驅物種多具有接近 r-選擇（r-selection） 的生活史特徵，例如：

• 繁殖速度快。
• 產生較多子代。
• 個體通常較小。
• 成熟較早。
• 壽命較短。
• 對子代照顧較少。
• 擅長快速擴散與拓殖。

相對地，K-選擇（K-selection） 常見於環境較穩定、族群密度接近環境容納量 $K$ 的情況，重點是提高個體存活率與競爭能力。

解題方法

判斷先驅物種時，先抓住「演替初期需要快速占據空間」這個核心。

快速拓殖需要：

1. 高繁殖率；
2. 大量產生子代；
3. 快速成熟；
4. 個體具有較強的擴散能力；
5. 對單一子代投入較少資源。

這些特徵符合 r-選擇，而非 K-選擇。壽命短、體型較小、競爭力通常較弱，也較符合演替初期的先驅物種。

依中國醫藥大學校方釋疑，先驅物種雖具有高繁殖力，但其子代存活率通常較低，且多為小型、壽命較短；在演替初期，先驅物種主要依靠快速繁殖與快速占據空間取得優勢。因此本題官方答案定為 A、D。

選項分析

(A) 生活史策略為 r-選擇（r-selection），此類物種對後代照顧周全

依官方答案判定為正確。

先驅物種的生活史策略屬於 r-選擇，符合其高繁殖率與快速拓殖的特性。r-選擇物種通常大量產生子代，使族群能迅速增加並占據新環境。

不過，本選項後半句「對後代照顧周全」與典型生態學定義並不一致。r-選擇物種通常是：

• 子代數量多；
• 單一子代獲得的資源較少；
• 親代照顧程度較低；
• 子代存活率較低。

核心觀念

本題考的是高海拔環境造成的「低氧適應」（hypoxic acclimatization），以及腎臟分泌紅血球生成素（Erythropoietin, EPO）的機制。

高海拔地區的大氣壓降低，氧氣所占比例雖仍約為 21%，但氧分壓下降，使肺泡與動脈血的氧分壓降低，造成組織缺氧。身體的主要反應如下：

$$\text{高海拔} \rightarrow P_{O_2}\text{下降} \rightarrow \text{組織缺氧} \rightarrow \text{腎臟增加 EPO 分泌}$$

EPO 作用於骨髓的紅血球前驅細胞，促進紅血球生成，使紅血球數量、血紅素濃度與血液攜氧能力增加。

血液氧含量主要可用下式表示：

$$C_{aO_2}=1.34[\text{Hb}]S_{aO_2}+0.003P_{aO_2}$$

其中 $[\text{Hb}]$ 為血紅素濃度，$S_{aO_2}$ 為血紅素氧飽和度。高海拔適應後，紅血球與血紅素增加，可提升血液攜帶氧氣的能力，有利於肌肉進行有氧呼吸與 ATP 生成。

解題方法

判斷本題只要抓住兩個關鍵：

1. 高海拔的直接生理刺激是「缺氧」，不是單純低氣壓本身。
2. 缺氧時，最具代表性的長期血液適應是腎臟分泌 EPO，促進紅血球生成。

其細胞分子機制如下：

在正常氧氣濃度下，HIF-α（Hypoxia-inducible factor alpha，缺氧誘導因子 α）會被脯胺酸羥化酶（prolyl hydroxylase）修飾，接著被 VHL（von Hippel–Lindau protein）辨識並進行泛素化，最後送入蛋白酶體分解。

缺氧時，脯胺酸羥化酶活性降低，HIF-α 不易被分解，便與 HIF-β 結合，形成具有轉錄活性的 HIF 複合體，進入細胞核並作用於缺氧反應元件（Hypoxia-response element, HRE），促進 EPO 基因轉錄。

$$\text{缺氧} \rightarrow \text{脯胺酸羥化酶活性下降} \rightarrow \text{HIF-}\alpha\text{ 穩定} \rightarrow \text{EPO 基因轉錄增加}$$

EPO 分泌後與骨髓紅血球前驅細胞的 EPO receptor（EPOR）結合，活化 JAK2–STAT5 訊息傳遞路徑，促進紅血球前驅細胞存活、增殖與分化。

因此正確答案為 D。

選項分析

(A) 低氣壓刺激皮質酮（Cortisol）產生

錯誤。

Cortisol 是腎上腺皮質分泌的糖皮質激素，主要受到下視丘—腦下垂體—腎上腺軸（HPA axis）調控：

$$\text{CRH} \rightarrow \text{ACTH} \rightarrow \text{腎上腺皮質分泌 Cortisol}$$

核心觀念

本題考查「神經肌肉接合處（neuromuscular junction, NMJ）的神經傳導物質」及箭毒（Curare）造成骨骼肌麻痺的機轉。

在脊椎動物的骨骼肌神經肌肉接合處：

1. 運動神經元動作電位抵達軸突末梢。
2. 電壓依賴型鈣離子通道開啟，$\ce{Ca^{2+}}$ 進入突觸前末梢。
3. 突觸小泡釋放乙醯膽鹼（Acetylcholine, ACh）。
4. ACh 與肌膜終板上的菸鹼型乙醯膽鹼受體（nicotinic acetylcholine receptor, nAChR）結合。
5. nAChR 開啟配體門控離子通道，使 $\ce{Na+}$ 大量內流，產生終板電位。
6. 肌膜動作電位沿肌纖維傳導至橫小管，促使肌漿網透過 RyR（ryanodine receptor）釋放 $\ce{Ca^{2+}}$。
7. $\ce{Ca^{2+}}$ 與 troponin C 結合，移開 tropomyosin，啟動肌動蛋白（actin）與肌球蛋白（myosin）的交叉橋循環，使肌肉收縮。

箭毒中的代表性成分如 d-tubocurarine，會競爭性占據終板上的 nAChR，使 ACh 無法有效開啟離子通道。因此，終板電位不足以引發肌膜動作電位，後續的 $\ce{Ca^{2+}}$ 釋放與肌肉收縮也無法發生，導致弛緩性骨骼肌麻痺，嚴重時造成呼吸肌癱瘓與窒息。

解題方法

題幹提供三個關鍵線索：

• 箭毒是「神經毒素」。
• 主要症狀是「骨骼肌癱瘓」。
• 嚴重時會「窒息死亡」。

骨骼肌收縮的直接神經控制，發生在運動神經元與骨骼肌之間的神經肌肉接合處；該處使用的主要神經傳導物質是乙醯膽鹼。因此，箭毒所阻斷的是乙醯膽鹼在 nAChR 上的作用。

題目問的是「被阻斷的神經傳導物質」，不是問箭毒直接破壞的受體。完整關係為：

$$\text{乙醯膽鹼（ACh）} \longrightarrow \text{nAChR} \longrightarrow \text{終板電位} \longrightarrow \text{骨骼肌收縮}$$

箭毒阻斷其中的「ACh 與 nAChR 結合並開啟通道」這一步，所以答案為乙醯膽鹼。

選項分析

(A) 多巴胺（Dopamine）錯誤

多巴胺主要參與中樞神經系統的動作控制、獎賞、動機與內分泌調節。其重要路徑包括 nigrostriatal pathway（黑質—紋狀體路徑）及 mesolimbic pathway（中腦—邊緣系統路徑）。

核心觀念

本題考查阿斯匹靈（Aspirin）在花生四烯酸（Arachidonic acid）代謝途徑中的作用位置，以及其止痛、消炎機轉。

細胞膜磷脂受到刺激後，先經由磷脂酶 A2（Phospholipase A2, PLA2）釋放花生四烯酸，接著分成兩條主要代謝路徑：

$$\text{膜磷脂} \xrightarrow{\text{PLA2}} \text{花生四烯酸}$$

環氧化酵素（Cyclooxygenase, COX）路徑：

$$\text{花生四烯酸} \xrightarrow{\text{COX-1/COX-2}} \text{PGG}_2 \rightarrow \text{PGH}_2 \rightarrow \begin{cases} \text{PGE}_2 \text{（前列腺素）}\\ \text{PGI}_2 \text{（前列腺環素）}\\ \text{TXA}_2 \text{（血栓素）} \end{cases}$$

其中，$\text{PGE}_2$ 可使痛覺受器對刺激更加敏感，並參與發炎反應與發燒。阿斯匹靈抑制 COX，使前列腺素生成量下降，因此具有止痛、消炎及退燒作用。

解題方法

判斷本題的關鍵，是將「前列腺素（Prostaglandins）」直接連結到 COX 路徑。

阿斯匹靈會將乙醯基（Acetyl group）共價轉移至 COX 的活性部位，使酵素失去催化花生四烯酸的能力。此作用具有不可逆性，尤其會抑制血小板中的 COX-1，使血栓素 $\text{TXA}_2$ 合成下降，降低血小板凝集。

因此：

$$\text{Aspirin} \longrightarrow \text{抑制 COX} \longrightarrow \text{前列腺素合成下降} \longrightarrow \text{止痛、消炎、退燒}$$

題幹直接問「抑制哪種酵素，減少前列腺素的合成」，對應的酵素就是環氧化酵素（COX）。

選項分析

(A) 環氧化酵素（Cyclooxygenase）—正確

COX-1 與 COX-2 負責將花生四烯酸轉化為前列腺素合成路徑的中間產物 $\text{PGG}_2$ 與 $\text{PGH}_2$。

核心觀念

共同演化（Coevolution）是指兩個具有交互作用的物種，因彼此造成的自然選擇壓力，而產生相互影響的遺傳變化與適應。其核心條件包括：

1. 至少涉及兩個不同物種。
2. 一方的演化改變會改變另一方所承受的選擇壓力。
3. 另一方產生可遺傳的適應性變化。
4. 兩者之間形成「互相回饋」的演化關係。

可用下列概念表示：

$$\text{物種 A 的遺傳變化} \rightarrow \text{改變對物種 B 的選擇壓力} \rightarrow \text{物種 B 的遺傳變化} \rightarrow \text{再次改變對物種 A 的選擇壓力}$$

因此，單純「適應環境」不一定是共同演化；必須有明確的物種間交互作用，而且雙方的演化彼此相關。

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解題方法

逐一檢查各選項是否同時符合以下判斷標準：

• 是否有兩個不同物種互相作用？
• 一方是否對另一方形成選擇壓力？
• 雙方是否都出現由遺傳改變造成的適應？
• 是否具有雙向、連續的演化回饋？

符合程度最高者即為共同演化。

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選項分析

(A) 正確

病毒的基因改變使其能夠利用新的宿主，代表病毒族群發生遺傳變異，且此變異可能提高病毒感染或利用宿主的能力。

宿主則因病毒造成的選擇壓力，改變其受基因控制的棲所偏好，使自己較少進入病毒容易存在的環境，降低感染機會。若這種棲所偏好具有遺傳基礎，且相關個體具有較高存活率與繁殖成功率，便可經由自然選擇在族群中增加。

此關係可表示為：

$$\text{病毒基因改變} \rightarrow \text{病毒利用宿主能力增加} \rightarrow \text{宿主受到選擇壓力} \rightarrow \text{宿主棲所偏好改變}$$

病毒與宿主彼此影響，且雙方的變化都具有演化意義，符合共同演化的定義。因此依官方答案，本題選 A。

核心觀念

「奠基者效應」（Founder effect）是「遺傳漂變」（genetic drift）的一種形式，屬於族群中等位基因頻率因隨機抽樣而發生的改變。

當少數個體離開原族群，建立一個新的小族群時，新族群所攜帶的基因只代表原族群基因庫中的一小部分。由於創始個體數量少，抽樣誤差大，因此新族群的等位基因頻率可能與原族群明顯不同，甚至出現：

• 原本罕見的等位基因在新族群中比例升高
• 原本存在的等位基因在新族群中完全消失
• 新族群的遺傳多樣性低於原族群
• 近親婚配與隱性遺傳疾病的比例增加

其關鍵並非某種性狀較有利，而是少數創始個體的基因組合受到隨機抽樣影響。

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解題方法

判斷本題可先抓住「奠基者效應」的定義：

1. 少數個體從原族群分離。
2. 這些個體建立新的小族群。
3. 新族群的基因頻率受到創始個體基因組合影響。
4. 這種改變主要來自隨機抽樣，而非適應性優勢。

因此，奠基者效應是遺傳漂變的一種特殊情況，可表示為：

$$\text{奠基者效應} \subset \text{遺傳漂變}$$

族群越小，隨機抽樣造成的基因頻率變化越顯著。這也是遺傳漂變在小族群中影響特別強的原因。

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選項分析

(A) 自然選擇

錯誤。自然選擇是指不同遺傳性狀造成個體在生存與繁殖成功率上的差異，使有利性狀的等位基因逐代增加。

自然選擇的核心是：

$$\text{適應性差異} \rightarrow \text{繁殖成功率差異} \rightarrow \text{等位基因頻率改變}$$

奠基者效應則是少數個體被隨機帶到新地區，導致新族群的基因頻率與原族群不同，未必涉及生存優勢或繁殖優勢，因此不屬於自然選擇。

(B) 基因流動

核心觀念

本題考查 MPF（maturation-promoting factor，成熟促進因子） 的組成、活化時機與功能。

MPF 本質上是特定的 Cyclin–Cdk 複合體，在典型真核細胞週期中主要指：

$$\text{MPF}=\text{Cyclin B}+\text{Cdk1}$$

Cyclin B 在細胞週期的 S 期至 G2 期逐漸累積，並與 Cdk1 結合。當複合體受到適當調控而活化後，會推動細胞由 G2 期進入 M 期。

MPF 活化後會磷酸化多種標的蛋白，引發：

• 核纖層（nuclear lamina）磷酸化，使核膜解體
• 染色體凝縮相關蛋白活化，使染色質凝縮成染色體
• 微管與紡錘體相關蛋白調控，促進有絲分裂紡錘體形成

因此，題幹所描述的「核膜解體、染色體凝縮與紡錘體形成」，正是 MPF 活化並啟動有絲分裂的典型結果。

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解題方法

判斷本題可抓住兩個關鍵：

1. MPF 是什麼？
   MPF 是 Cyclin 與 Cdk 組成的蛋白質激酶複合體，不是單一蛋白。

2. MPF 在哪個細胞週期轉換點作用？
   MPF 主要負責推動：

$G_2 \longrightarrow M$

細胞週期蛋白 Cyclin B 的濃度會在分裂前逐漸累積，與 Cdk1 結合後形成尚未完全活化的複合體。Cdk1 的活化受到抑制性磷酸化與去磷酸化調控：

• Wee1 激酶（Wee1 kinase）可對 Cdk1 加上抑制性磷酸基
• Cdc25 磷酸酶（Cdc25 phosphatase）移除抑制性磷酸基
• Cdk1 活化後又可促進更多 Cdc25 活化，形成正回饋，讓 MPF 快速大量活化

活化的 MPF 使細胞進入 M 期；在後期，APC/C（anaphase-promoting complex/cyclosome）促進 Cyclin B 降解，使 Cdk1 活性下降，細胞退出有絲分裂並進入下一個 G1 期。

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選項分析

(A) MPF 由 Cyclin 與 CDK 組成，驅動細胞由 G1 期進入 S 期

前半句「由 Cyclin 與 Cdk 組成」是正確的，但後半句錯誤。

核心觀念

本題考查細胞受到高溫壓力（heat stress）時的「熱休克反應」（heat-shock response）與熱休克蛋白（heat-shock proteins, HSPs）功能。

哺乳動物細胞短暫暴露於 $42^\circ\mathrm{C}$，會使部分蛋白質的非共價作用力被破壞，造成蛋白質變性、錯誤折疊與聚集。細胞因此增加合成熱休克蛋白，其中最典型的功能是擔任分子伴侶（molecular chaperone），協助蛋白質維持或恢復正確的三維結構。

解題方法

判斷本題的關鍵是將「高溫」與「蛋白質折疊異常」直接連結：

$$\text{高溫壓力} \rightarrow \text{蛋白質變性或錯誤折疊} \rightarrow \text{熱休克反應} \rightarrow \text{HSPs 表現量上升}$$

熱休克反應的主要機轉如下：

1. 高溫造成細胞內錯誤折疊蛋白質增加，暴露出原本埋藏於蛋白質內部的疏水性區域。
2. 熱休克因子 1（heat shock factor 1, HSF1）活化，形成三聚體。
3. HSF1 結合熱休克反應元件（heat shock element, HSE）。
4. HSP 基因轉錄增加，產生較多 Hsp70、Hsp90 等分子伴侶。
5. HSPs 結合錯誤折疊蛋白質，避免其聚集，並協助其重新折疊；無法修復的蛋白質則可被送往泛素—蛋白酶體系統（ubiquitin-proteasome system）或自噬途徑分解。

以 Hsp70 為例，其作用涉及 ATP 水解：

$$\mathrm{Hsp70\!-\!ATP} \rightleftharpoons \mathrm{Hsp70\!-\!ADP}$$

Hsp70 在 ATP 結合狀態下與蛋白質的親和力較低；在 Hsp40（又稱 DnaJ homolog）等共伴侶蛋白協助下，Hsp70 水解 ATP 為 ADP，對暴露疏水區的錯誤折疊蛋白質產生較高親和力，進而協助其重新折疊。此題所描述的「特定蛋白質表現量急遽上升」，正符合熱休克蛋白大量誘導的現象。

選項分析

(A) 作為分子伴侶協助變性蛋白質重新折疊——正確

分子伴侶不一定直接成為成熟蛋白質的一部分，而是透過暫時性結合，協助新生蛋白質或受熱變性的蛋白質正確折疊。

Hsp70、Hsp90 及部分伴侶蛋白複合體可：

• 暫時結合錯誤折疊蛋白質；
• 遮蔽暴露的疏水區域，避免蛋白質彼此聚集；
• 利用 ATP 依賴性循環促進重新折疊；
• 協助受損蛋白質送往降解系統。

因此，(A) 為本題正確答案。

(B) 作為重組酶直接切割受損的 DNA 雙股，協助基因重組——錯誤

核心觀念

本題考查外泌體（Exosomes）的來源、組成與細胞間訊息傳遞功能。

外泌體是直徑約 $30\text{–}150\ \mathrm{nm}$ 的細胞外囊泡，形成於內體系統（endosomal system）：

1. 細胞膜內吞形成早期內體（early endosome）。
2. 早期內體成熟為晚期內體（late endosome）。
3. 內體膜向內出芽，形成含有多個腔內小囊泡（intraluminal vesicles, ILVs）的多囊內體（multivesicular body, MVB）。
4. MVB 與細胞膜融合後，ILVs 釋放至細胞外，即稱為外泌體。

此過程常涉及 ESCRT（endosomal sorting complex required for transport）系統，以及 Rab GTPases 等膜運輸調控蛋白。外泌體可攜帶蛋白質、脂質、mRNA、miRNA 等物質，被受體細胞攝取後，改變受體細胞的基因表現、訊息傳遞與生理功能。

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解題方法

判斷外泌體相關選項時，先抓住兩個核心特徵：

• 來源：由 MVB 經胞吐作用釋放。
• 功能：作為細胞間訊息傳遞的囊泡載體，運送生物分子。

再檢查各選項所描述的功能是否符合「囊泡運輸與細胞訊息傳遞」，並排除將外泌體與其他細胞構造混淆的敘述。

外泌體本身不是核糖體、蛋白質降解機器、粒線體，也不是直接執行細胞分裂的細胞週期機械。因此，符合定義與生理功能的選項為 B。

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選項分析

(A) 外泌體是由核糖體合成的蛋白質複合物，能在細胞質中降解錯誤折疊的蛋白質

錯誤。

外泌體不是由核糖體合成的蛋白質複合物，而是由脂質雙層包覆的細胞外囊泡，內含蛋白質、脂質及核酸等多種成分。

「在細胞質中降解錯誤折疊蛋白質」主要是蛋白酶體（proteasome）的功能。錯誤折疊或受損蛋白質通常先被泛素（ubiquitin）標記，再由 $26S$ 蛋白酶體分解為短肽。此機制屬於泛素—蛋白酶體系統（ubiquitin–proteasome system），與外泌體的胞吐及細胞間運輸無關。

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(B) 外泌體作為細胞間訊息傳遞的載體，運送蛋白質與核酸以調控受體細胞功能

正確。

外泌體源自 MVB，經 MVB 與細胞膜融合後釋放至細胞外。其內容物可包括：

• 蛋白質：受體、酵素、訊息傳遞蛋白等
• 脂質：參與膜結構與訊息調控
• 核酸：mRNA、miRNA 及其他非編碼 RNA

核心觀念

本題考查機械感受（mechanosensation）與機械敏感性離子通道（mechanosensitive ion channel）的功能。

Piezo1 是一種對細胞膜張力與形變敏感的跨膜蛋白。當細胞膜受到拉伸、壓迫或剪力時，Piezo1 通道開啟，使陽離子通過細胞膜，主要包括 $\ce{Na+}$、$\ce{Ca^{2+}}$ 等，造成膜電位改變。此過程將「機械刺激」轉換成「電性訊號」，稱為機械電轉換（mechanotransduction）。

基本機轉可表示為：

$$\text{機械力} \rightarrow \text{Piezo1 通道開啟} \rightarrow \text{陽離子流入} \rightarrow \text{膜去極化} \rightarrow \text{電訊號與細胞反應}$$

若作用於感覺神經元，膜去極化達到閾值後，可進一步引發動作電位，傳遞觸覺或本體感覺資訊。

解題方法

題幹直接提供三項關鍵線索：

1. Piezo1 是「對機械力敏感」的跨膜蛋白。
2. 細胞膜變形時，通道會開啟。
3. 開啟後會引發離子流動。

因此，Piezo1 的分類是「機械力感受性離子通道」，其主要功能是將物理刺激轉換成細胞可辨識的電性訊號。符合此描述的是 (B)。

本題不需要進行代謝途徑或酵素反應的推導，判斷重點在於辨認 Piezo1 的蛋白質類型與訊號轉換功能。

選項分析

(A) 參與 DNA 損傷修復並增加轉錄效率，以維持基因體穩定性

錯誤。

DNA 損傷修復主要涉及 DNA polymerase（DNA 聚合酶）、DNA ligase（DNA 連接酶）、nucleotide excision repair（核苷酸切除修復）相關蛋白，以及 ATM、ATR、p53 等 DNA 損傷反應因子。增加轉錄效率則與 transcription factors（轉錄因子）、RNA polymerase（RNA 聚合酶）及染色質調控有關。

這些作用發生於細胞核與基因體層次，不是 Piezo1 作為膜上機械敏感性離子通道的主要功能。

(B) 作為機械力感受的離子通道，將物理刺激轉換為電訊號

正確。

核心觀念

本題考查血鈣恆定（calcium homeostasis）及副甲狀腺素（parathyroid hormone, PTH）與維生素 D 的協同作用。

當血鈣濃度下降時，副甲狀腺主細胞經由鈣感受器（calcium-sensing receptor, CaSR）感受到刺激，分泌 PTH。PTH 會促進腎臟將維生素 D 的活化形式增加，活化維生素 D 即為：

$$\text{1,25-dihydroxyvitamin D}_3$$

又稱 calcitriol（骨化三醇）。

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解題方法

判斷本題的關鍵是找出「與 PTH 協同提高血鈣」的維生素。其作用路徑如下：

$$\text{Vitamin D}_3 \xrightarrow[\text{肝臟}]{25\text{-hydroxylase}} 25\text{-hydroxyvitamin D}_3 \xrightarrow[\text{腎臟}]{1\alpha\text{-hydroxylase}} 1,25\text{-dihydroxyvitamin D}_3$$

其中，PTH 會刺激腎臟近曲小管的 1α-hydroxylase（1α-羥化酶），使 $25\text{-hydroxyvitamin D}_3$ 轉變為具有生理活性的 calcitriol。

Calcitriol 進入小腸上皮細胞後，透過核內維生素 D 受體（vitamin D receptor, VDR）調控基因表現，增加：

• $\text{TRPV6}$：小腸細胞頂端膜的鈣離子通道
• Calbindin（鈣結合蛋白）：協助細胞內運送鈣離子
• $\text{PMCA1b}$：將鈣離子排出至血液

因此，小腸吸收鈣離子的能力增加，血鈣濃度上升。

PTH 本身也具有以下作用：

1. 增加腎小管對鈣離子的再吸收。
2. 降低腎小管對磷酸根的再吸收，使磷酸根排出增加，避免鈣磷沉積。
3. 促進骨細胞表現 RANKL（receptor activator of NF-κB ligand），間接活化破骨細胞，增加骨吸收並釋放鈣離子。
4. 刺激腎臟 $1\alpha$-hydroxylase，使維生素 D 轉為 calcitriol。

所以題幹所指的維生素是 維生素 D。

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核心觀念

本題考的是骨骼肌收縮的「肌絲滑動學說」與 $\ce{Ca^2+}$ 的調控作用。

骨骼肌肌節（sarcomere）主要由：

• 肌動蛋白（Actin）構成細肌絲（thin filament）
• 肌球蛋白（Myosin）構成粗肌絲（thick filament）
• 原肌球蛋白（Tropomyosin）
• 肌鈣蛋白（Troponin）

組成。靜止時，原肌球蛋白遮住肌動蛋白上的肌球蛋白結合位點，使兩者無法有效形成交叉橋。

當神經刺激使肌漿網（sarcoplasmic reticulum）釋放 $\ce{Ca^2+}$ 後，鈣離子會先與肌鈣蛋白的肌鈣蛋白 C（Troponin C, TnC）結合，引發肌鈣蛋白構形改變，使原肌球蛋白移位，暴露肌動蛋白上的肌球蛋白結合位點，進而啟動交叉橋循環。

解題方法

判斷本題的關鍵是確認 $\ce{Ca^2+}$ 在收縮過程中的「直接作用對象」。

機轉依序如下：

$$\ce{Ca^2+} \rightarrow \text{結合 Troponin C} \rightarrow \text{Troponin 構形改變} \rightarrow \text{Tropomyosin 移位} \rightarrow \text{暴露 Actin 結合位點} \rightarrow \text{Myosin 形成交叉橋}$$

肌球蛋白頭部接著進行交叉橋循環：

1. 肌球蛋白頭部與肌動蛋白結合。
2. 肌球蛋白頭部水解 ATP，形成 $\ce{ADP + Pi}$，進入高能狀態。
3. 釋放 $\ce{Pi}$ 後產生動力衝程（power stroke）。
4. 釋放 $\ce{ADP}$。
5. 新的 ATP 結合，使肌球蛋白與肌動蛋白分離。
6. ATP 再次水解，使肌球蛋白頭部重新蓄能。

因此，$\ce{Ca^2+}$ 的直接角色是「解除肌動蛋白結合位點的遮蔽」，不是直接產生肌絲滑動，也不是使肌絲本身縮短。

選項分析

(A) $\ce{Ca^2+}$ 與肌鈣蛋白結合，促使原肌球蛋白移位，暴露肌球蛋白結合位點

正確。

核心觀念

本題考查 $\ce{Na+/K+}$-ATPase 與 $\ce{Na+/Ca^2+}$ exchanger（NCX，鈉鈣交換器）之間的間接關聯。

1. $\ce{Na+/K+}$-ATPase 的作用

正常情況下，膜上的 $\ce{Na+/K+}$-ATPase 利用 ATP 水解所釋放的能量，將：

$$3\ce{Na+}_{\text{細胞內}} \rightarrow 3\ce{Na+}_{\text{細胞外}}$$

並將：

$$2\ce{K+}_{\text{細胞外}} \rightarrow 2\ce{K+}_{\text{細胞內}}$$

此運輸會維持：

• 細胞內低 $\ce{Na+}$、高 $\ce{K+}$
• 細胞膜內外的 $\ce{Na+}$ 濃度梯度
• 細胞膜電位與滲透壓平衡

當藥物抑制 $\ce{Na+/K+}$-ATPase 時，細胞內 $\ce{Na+}$ 無法有效主動排出，因此細胞內 $\ce{Na+}$ 濃度上升。細胞內鈉離子增加也會提高細胞內滲透壓，使水分進入細胞，造成細胞腫脹。

2. NCX 的正常運輸方向

心肌細胞中的 NCX 通常利用 $\ce{Na+}$ 順濃度梯度進入細胞的能量，排出細胞內 $\ce{Ca^2+}$。其典型化學計量為：

$$3\ce{Na+}_{\text{外}} + \ce{Ca^2+}_{\text{內}} \rightleftharpoons 3\ce{Na+}_{\text{內}} + \ce{Ca^2+}_{\text{外}}$$

在正常狀態下，細胞外 $\ce{Na+}$ 濃度高、細胞內 $\ce{Na+}$ 濃度低，$\ce{Na+}$ 具有進入細胞的強大驅動力。NCX 利用此驅動力排出 $\ce{Ca^2+}$，因此有助於降低細胞內鈣離子濃度。

抑制 $\ce{Na+/K+}$-ATPase 後：

$$\text{細胞內 }\ce{Na+}\uparrow \quad\Rightarrow\quad \ce{Na+}\text{ 濃度梯度下降}$$

NCX 可利用的鈉離子驅動力隨之減弱，排出 $\ce{Ca^2+}$ 的能力下降，使細胞內 $\ce{Ca^2+}$ 累積。當鈉離子梯度與膜電位條件改變到一定程度，NCX 甚至會發生反向運作，促使鈣離子進入細胞。

因此，本題的關鍵並非藥物直接開啟 $\ce{Ca^2+}$ 通道，而是：

$$\ce{Na+/K+}-\text{ATPase 抑制} \rightarrow \ce{Na+}_{\text{內}}\uparrow \rightarrow \ce{Na+}\text{ 梯度下降} \rightarrow \text{NCX 排鈣能力下降} \rightarrow \ce{Ca^2+}_{\text{內}}\uparrow$$

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解題方法

本題可採用「先找直接變化，再找受影響的次級運輸系統」的方法。

1. $\ce{Na+/K+}$-ATPase 被抑制，先判斷細胞內 $\ce{Na+}$ 必然上升。
2. 細胞內 $\ce{Na+}$ 上升代表膜內外 $\ce{Na+}$ 濃度梯度減弱。
3. 找出依賴 $\ce{Na+}$ 梯度排出 $\ce{Ca^2+}$ 的運輸蛋白，即 NCX。
4. $\ce{Na+}$ 梯度減弱後，NCX 排鈣能力下降，導致細胞內 $\ce{Ca^2+}$ 增加。

所以最符合題幹與校方釋疑公告的選項是 D。

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選項分析

(A) 錯誤

「細胞腫脹改變電中性，促使 $\ce{Ca^2+}$ 被動流入細胞，加強 $\ce{Na+/Ca^2+}$ 交換」

核心觀念

本題考查血紅素（hemoglobin, Hb）的氧結合特性、波耳效應（Bohr effect）及胎兒血紅素（fetal hemoglobin, HbF）的生理功能。

血紅素在肺部與氧分壓高的環境結合 $\ce{O2}$；在代謝旺盛、氧分壓較低且 $\ce{CO2}$ 與 $\ce{H+}$ 濃度較高的組織中，則降低對 $\ce{O2}$ 的親和力，使氧氣釋放給細胞。

波耳效應的重點是：

• $\ce{CO2}$ 增加、pH 下降：Hb 對 $\ce{O2}$ 的親和力下降，氧解離曲線右移。
• $\ce{CO2}$ 減少、pH 上升：Hb 對 $\ce{O2}$ 的親和力上升，氧解離曲線左移。

組織中的主要反應如下：

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

增加的 $\ce{H+}$ 可與血紅素結合，穩定去氧血紅素的 T state（tense state），使 Hb 較不易結合 $\ce{O2}$，因此促進氧氣釋放。

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解題方法

判斷本題可掌握三個方向：

1. 代謝旺盛組織會產生較多 $\ce{CO2}$。
2. $\ce{CO2}$ 增加會使 $\ce{H+}$ 增加、pH 下降。
3. pH 下降會降低 Hb 對 $\ce{O2}$ 的親和力，促進 $\ce{O2}$ 解離。

因此，符合「代謝旺盛組織促進氧氣釋放」完整因果鏈的選項，就是正確答案。

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選項分析

(A) 正確

組織代謝增加時，細胞呼吸作用產生較多 $\ce{CO2}$。$\ce{CO2}$ 在碳酸酐酶（carbonic anhydrase）催化下形成碳酸，進一步解離產生 $\ce{H+}$：

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

$\ce{H+}$ 增加使局部 pH 下降，降低血紅素對 $\ce{O2}$ 的親和力，造成氧解離曲線右移，促進血紅素釋放 $\ce{O2}$，供代謝旺盛的組織使用。

所以 (A) 完整描述波耳效應及其生理意義，為正確答案。

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核心觀念

本題考查高強度運動時的無氧糖解作用（anaerobic glycolysis）、乳酸生成與運動後乳酸清除的代謝機轉。

當骨骼肌需要快速產生 ATP，而氧氣供應及粒線體氧化能力不足時，葡萄糖經由糖解作用分解為丙酮酸（pyruvate）。糖解作用的淨反應為：

$$\ce{Glucose + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ -> 2 Pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+}$$

在氧氣不足時，電子傳遞鏈無法充分氧化 NADH，細胞內的 $\ce{NAD+}$ 會逐漸不足。此時乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase, LDH）催化丙酮酸還原為乳酸：

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

這個反應的主要意義，是再生 $\ce{NAD+}$，使糖解作用得以繼續進行，持續快速產生少量 ATP。

運動停止且氧氣供應恢復後，乳酸可在 LDH 作用下重新氧化為丙酮酸：

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

丙酮酸接著可經由丙酮酸脫氫酶複合體（pyruvate dehydrogenase complex, PDC）轉化為乙醯輔酶 A（acetyl-CoA），進入檸檬酸循環（citric acid cycle, TCA cycle），產生的 NADH 與 FADH$_2$ 再進入電子傳遞鏈（electron transport chain, ETC），透過氧化磷酸化產生大量 ATP。

因此，乳酸濃度在運動後下降，最符合「乳酸轉回丙酮酸並重新進入有氧代謝」的敘述。

解題方法

可依照「乳酸的直接前身」判斷：

1. 無氧糖解作用中，葡萄糖先形成丙酮酸。
2. 氧氣不足時，丙酮酸由 LDH 還原成乳酸。
3. 氧氣恢復後，乳酸由 LDH 氧化回丙酮酸。
4. 丙酮酸進入粒線體，經 PDC、TCA cycle 與 ETC 進行有氧代謝。

整條路徑的關鍵位置如下：

$$\text{葡萄糖} \rightarrow \text{丙酮酸} \rightleftharpoons \text{乳酸} \rightarrow \text{丙酮酸} \rightarrow \text{乙醯輔酶A} \rightarrow \text{TCA cycle} \rightarrow \text{ETC}$$

題目問的是「氧氣恢復後乳酸為何下降」，直接尋找乳酸的代謝去向即可。選項 C 正確描述了乳酸經由 LDH 轉回丙酮酸，並重新銜接有氧代謝途徑。

需要補充的是，運動後乳酸的清除不只發生在原本的骨骼肌，也可能被心肌、其他氧化型肌纖維利用，或運送至肝臟經由 Cori cycle 轉為葡萄糖。但在本題選項中，C 是最直接且最符合基本生化機轉的敘述。

選項分析

(A) 氧氣可直接將乳酸轉化為葡萄糖，增加 ATP 產生

錯誤。

氧氣不會直接把乳酸轉化為葡萄糖。乳酸的典型代謝方向是先經 LDH 轉化為丙酮酸：

核心觀念

本題考查氣體穿越肺泡－微血管氣體交換界面的膜運輸方式。

氧氣由肺泡擴散至血液，二氧化碳由血液擴散至肺泡，主要依據兩側的分壓差（partial pressure gradient）。氧氣與二氧化碳皆為體積小的分子，可直接溶於細胞膜的脂質雙層，穿越肺泡上皮細胞膜及微血管內皮細胞膜，不需要 ATP，也不需要膜蛋白協助。

其擴散方向可表示為：

$$\text{高分壓處} \longrightarrow \text{低分壓處}$$

肺泡氣體交換的速率可由 Fick 擴散定律概念描述：

$$\text{擴散速率} \propto \frac{A \times \Delta P \times D}{T}$$

其中：

• $A$：氣體交換表面積
• $\Delta P$：兩側分壓差
• $D$：氣體的擴散係數
• $T$：氣體交換膜厚度

肺泡具有極大的表面積、極薄的交換膜，且維持氧氣與二氧化碳的分壓差，因此能有效進行氣體交換。

解題方法

判斷膜運輸方式時，依序檢查三項：

1. 是否需要能量 ATP？
2. 是否需要膜蛋白？
3. 是否沿著濃度梯度或分壓梯度移動？

本題明確指出：

• 不涉及能量消耗；
• 氣體依分壓差移動；
• 沒有膜蛋白運輸。

小型、非極性的氧氣與二氧化碳能直接穿過脂質雙層，因此屬於簡單擴散（simple diffusion）。

選項分析

(A) 主動運輸（Active transport）錯誤

主動運輸需要膜蛋白，並且通常需要消耗 ATP，使物質逆濃度梯度移動。例如鈉鉀幫浦（$\ce{Na+}/\ce{K+}$-ATPase）利用 ATP 將 $\ce{Na+}$ 運出細胞、將 $\ce{K+}$ 運入細胞。

核心觀念

本題考查脂肪酸結構與細胞膜流動性的關係。

脂肪酸可依碳鏈是否含有雙鍵分為：

• 飽和脂肪酸（saturated fatty acid）：碳鏈中沒有碳碳雙鍵，碳氫鏈較筆直，脂肪酸分子容易緊密排列。
• 多元不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid, PUFA）：碳鏈中含有兩個以上碳碳雙鍵。天然脂肪酸的雙鍵多為 cis configuration（順式構型），會使碳鏈產生彎折。

細胞膜主要由磷脂雙層構成。脂肪酸尾部若含有較多順式雙鍵，碳鏈彎折增加，分子不易緊密排列，因此可降低脂肪酸尾部之間的作用力，使細胞膜保持較高的流動性。

解題方法

判斷本題可直接抓住「雙鍵對碳鏈形狀及膜流動性的影響」：

$$\text{雙鍵增加} \Rightarrow \text{碳鏈彎折增加} \Rightarrow \text{脂質排列較疏鬆} \Rightarrow \text{膜流動性增加}$$

相反地：

$$\text{飽和脂肪酸比例增加} \Rightarrow \text{碳鏈較筆直、排列緊密} \Rightarrow \text{膜流動性降低}$$

在營養學上，以多元不飽和脂肪酸取代部分飽和脂肪酸，通常有助於降低血液中的低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein cholesterol, LDL-C），因此一般被認為對心血管健康較有利。此處的「有益」是相對於飽和脂肪酸而言，並不表示所有多元不飽和脂肪酸攝取越多越好。

選項分析

(A) 碳氫鏈完全筆直，增加細胞膜的剛性，防止物質流動

錯誤。

碳氫鏈較筆直是飽和脂肪酸的特徵。多元不飽和脂肪酸含有多個雙鍵，尤其是順式雙鍵，會造成碳鏈彎折，使脂質分子不易緊密堆疊，通常會增加膜的流動性，而非增加剛性。

(B) 含有多個雙鍵造成碳鏈彎折，增加細胞膜的流動性

正確。

多元不飽和脂肪酸含有多個碳碳雙鍵。順式雙鍵會使碳鏈產生彎折，減少脂肪酸尾部的緊密排列，使磷脂雙層較為疏鬆，因而增加細胞膜的流動性。以飽和脂肪酸取代多元不飽和脂肪酸時，則容易使膜流動性下降。

核心觀念

本題考查真核生物的「末端複製難題（end-replication problem）」、端粒（telomere）的功能，以及端粒酶（telomerase）的組成與作用。

真核生物的線性染色體在 DNA 複製時，DNA polymerase 只能沿著既有的 $3'$-OH 端延伸，且必須使用 RNA primer（RNA 引子）。當複製接近染色體末端時，最後一個 RNA primer 被移除後，缺乏可供 DNA polymerase 延伸的上游 $3'$-OH，造成新生 DNA 的末端無法完全複製，染色體會逐代縮短。

端粒位於真核染色體末端，由高度重複的 DNA 非編碼序列組成，並與端粒相關蛋白共同形成保護結構。端粒酶則負責延長端粒，以抵消複製造成的末端縮短。

端粒酶主要由下列成分構成：

• TERT（telomerase reverse transcriptase，端粒酶反轉錄酶）：具有反轉錄酶活性。
• TERC 或 TR（telomerase RNA component，端粒酶 RNA 成分）：提供延長端粒時所需的 RNA 模板。

端粒酶利用內部 RNA 作為模板，在染色體的 $3'$ 端加上端粒重複序列，使後續互補股 DNA 得以完成複製。

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解題方法

判斷本題可分成兩個步驟：

1. 先確認端粒與端粒酶的基本功能。
2. 再檢查各選項是否符合「真核線性染色體」的背景。

端粒相關敘述通常應具備以下特徵：

• 端粒是重複性、非編碼 DNA。
• 端粒具有保護染色體末端及避免重要基因流失的功能。
• 端粒酶是反轉錄酶，使用自身 RNA 作為模板。
• 端粒酶在生殖細胞、胚胎細胞及部分幹細胞中活性較高。
• 多數體細胞端粒酶活性低，因此細胞分裂次數受到限制。
• 細菌通常為環狀染色體，沒有真核線性染色體所面臨的典型末端複製難題。

依此判斷，錯誤敘述為 (B)。

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選項分析

(A) 端粒由高度重複的非編碼序列構成，作為緩衝區以保護關鍵基因不被截短

正確。

端粒由高度重複的 DNA 序列組成。例如脊椎動物常見的端粒重複序列為：

$$\text{TTAGGG}$$

這些序列通常不直接編碼蛋白質，因此可作為染色體末端的「緩衝區」。當 DNA 複製造成端粒逐漸縮短時，優先損失的是端粒重複序列，而非內部重要基因。

此外，端粒末端通常形成富含 G 的 $3'$ 單股突出端，並可與端粒蛋白形成特殊結構，例如 T-loop（端粒環），以避免染色體末端被細胞誤認為 DNA 斷裂而啟動 DNA 損傷反應。

因此，(A) 符合端粒的結構與功能。

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(B) 端粒酶抑制劑可作為廣效抗生素，透過抑制病原細菌端粒複製來阻斷其增殖

錯誤，為本題答案。

端粒酶主要解決的是真核生物線性染色體的末端複製難題。多數細菌的染色體是環狀 DNA，沒有需要端粒保護的線性染色體末端，因此也不存在典型的真核端粒酶依賴性端粒複製機制。

核心觀念

本題考查「激素化學性質與細胞訊息傳遞機制」的關係。

類固醇激素（steroid hormones）多由膽固醇（cholesterol）衍生，具有高度脂溶性，因此可穿越細胞膜的磷脂雙層。進入細胞後，類固醇激素通常與細胞質或細胞核內的受體結合，形成激素－受體複合體，進一步調控基因轉錄。

其典型作用路徑如下：

$$\text{類固醇激素} \rightarrow \text{穿越細胞膜} \rightarrow \text{結合胞內受體} \rightarrow \text{激素－受體複合體} \rightarrow \text{結合 hormone response element, HRE} \rightarrow \text{調節轉錄} \rightarrow \text{蛋白質合成改變} \rightarrow \text{細胞反應}$$

由於此作用需要經過轉錄、RNA 加工、翻譯與蛋白質累積，反應起效較慢；但產生的蛋白質可持續作用，因此效應通常較持久。

解題方法

判斷本題可依序掌握兩個關鍵：

1. 類固醇激素為脂溶性分子，能穿越細胞膜。
2. 題幹明確指出其效應「較慢但持久」，這是基因表現調控所造成的典型特徵。

因此，正確選項必須同時包含「穿越細胞膜」、「胞內受體」與「調節基因表現」三項內容，符合者為 (C)。

在典型基因調控機制中，類固醇激素與受體結合後，受體構形改變並常形成二聚體，接著辨識DNA上的特定荷爾蒙反應元件（HRE）。受體會招募共活化因子（coactivators）或共抑制因子（corepressors），影響RNA polymerase II及相關轉錄機制，改變特定基因的mRNA生成量，最後改變細胞蛋白質組成與功能。

選項分析

(A) 錯誤

「為水溶性分子，可在血液中自由運輸而不需載體蛋白」描述的是部分胜肽激素或其他水溶性激素的特徵，並非類固醇激素。

類固醇激素具有脂溶性，在血液中通常不易直接溶於血漿，常需與載體蛋白結合運輸，例如：

• cortisol（皮質醇）與 corticosteroid-binding globulin, CBG 結合
• testosterone（睪固酮）與 sex hormone-binding globulin, SHBG 或白蛋白結合
• thyroid hormone（甲狀腺激素）與特定血漿蛋白結合

此外，「協助細胞進出」也不是類固醇激素典型的主要作用方式。類固醇激素的重點是進入細胞後調節基因表現。

(B) 錯誤

此選項描述的是典型的 G 蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptor, GPCR）與 cAMP 第二訊使途徑。

典型路徑為：

核心觀念

本題考查 mRNA 疫苗（messenger RNA vaccine，信使 RNA 疫苗）的成功關鍵，以及「核苷修飾（nucleoside modification）」對 mRNA 穩定性、蛋白質表現與先天免疫反應的影響。

mRNA 疫苗的基本流程為：

$$\text{mRNA 進入細胞} \rightarrow \text{細胞質內被核糖體翻譯} \rightarrow \text{產生病毒抗原} \rightarrow \text{抗原呈現與免疫活化} \rightarrow \text{誘發適應性免疫}$$

mRNA 本身不需要進入細胞核，也不會整合至宿主基因體。其主要問題包括：

1. 容易遭受細胞內核糖核酸酶（RNase）降解。
2. 未修飾的外來 mRNA 會被先天免疫受體辨識。
3. 先天免疫過度活化會造成發炎反應，並抑制 mRNA 的翻譯效率。

關鍵突破之一，是將部分尿苷（uridine）替換為修飾核苷，例如假尿苷（pseudouridine）或 $N^1$-甲基假尿苷（$N^1$-methylpseudouridine）。此類修飾能降低外來 mRNA 被先天免疫系統過度辨識的程度，同時提升 mRNA 的穩定性與蛋白質表現效率。

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解題方法

題幹已明確指出早期未修飾 mRNA 的兩個缺點：

• 體內容易被降解。
• 過度活化先天免疫，導致蛋白質表現效率不佳。

因此，正確選項必須同時能改善「mRNA 穩定性」及「先天免疫過度活化」兩項問題。

(C) 所述「透過核苷修飾提升 mRNA 穩定性，並降低先天免疫過度活化」，正好對應題幹所描述的技術需求，因此選擇 C。

mRNA 被細胞內受體辨識時，涉及多種先天免疫感受器，例如：

• Toll-like receptor 7、8（TLR7、TLR8）：主要辨識內體中的單股 RNA。
• RIG-I、MDA5：辨識細胞質中的異常 RNA 結構。
• 下游可活化 interferon regulatory factors（IRF）與 NF-$\kappa$B，促進第一型干擾素（type I interferon）及發炎細胞激素的產生。

核苷修飾可降低這些受體對 mRNA 的辨識，減少干擾素反應對翻譯作用的抑制，使核糖體能更有效率地合成病毒抗原。

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選項分析

(A) 將病毒 DNA 整合至宿主基因體，以長期表現抗原，增加抗體產生

錯誤。

mRNA 疫苗的特色是短暫、非整合性的抗原表現。mRNA 進入細胞質後直接由核糖體翻譯，不必先轉錄成 mRNA，也不會將病毒 DNA 插入宿主染色體。

將外源 DNA 整合至宿主基因體，是基因治療或某些病毒載體策略所涉及的概念，並非 mRNA 疫苗的作用機轉。此選項也與 mRNA 疫苗「暫時表現抗原」的特性相反。

核心觀念

本題考查兩基因控制同一代謝途徑所造成的「隱性上位作用」（recessive epistasis）。

可將花色形成簡化為：

$$\text{前驅物} \xrightarrow{\text{酵素 B}} \text{紫色色素}$$

其中：

• 基因 $A$ 負責製造前驅物；$A\_$ 表示至少有一個正常等位基因，可合成前驅物，$aa$ 表示無法合成前驅物。
• 基因 $B$ 負責將前驅物轉換成紫色色素；$B\_$ 表示轉換功能正常，$bb$ 表示無法完成轉換。

因此，基因 $A$ 位於代謝途徑的上游。只要為 $aa$，即使基因 $B$ 功能正常，也沒有前驅物可供酵素 B 作用，花朵必為白色。

表現型與基因型關係如下：

基因型	代謝狀況	花色
$aaB\_$	無法合成前驅物	白色
$aabb$	無法合成前驅物	白色
$A\_bb$	有前驅物，但無法轉換	黃色
$A\_B\_$	前驅物合成與轉換皆正常	紫色

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解題方法

兩株親代皆為 $AaBb$，進行：

$$AaBb \times AaBb$$

只需先判斷「白色」所需條件。題目指出，只要無法合成前驅物，花朵即呈白色，因此白色的條件是：

$$aa$$

基因 $B$ 的狀態不影響白色表現，所以不必要求特定的 $B$ 基因型。

由單基因雜交：

$$Aa \times Aa$$

子代基因型比例為：

$$AA:Aa:aa=1:2:1$$

因此：

$$P(aa)=\frac{1}{4}$$

也可以把白色基因型分開計算：

$$P(aaBB)+P(aaBb)+P(aabb)$$ $$=\frac{1}{16}+\frac{2}{16}+\frac{1}{16} =\frac{4}{16} =\frac{1}{4}$$

所以子代出現白色花的機率為：

$$\boxed{\frac{1}{4}}$$

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選項分析

(A) $\frac{1}{16}$：錯誤

核心觀念

本題考的是晝夜節律（circadian rhythm）的分子調控機制，核心為「負回饋調控迴路（negative feedback loop）」。

時鐘基因的基本流程可表示為：

$$\text{時鐘基因轉錄} \rightarrow \text{mRNA} \rightarrow \text{蛋白質合成} \rightarrow \text{蛋白質累積} \rightarrow \text{抑制自身基因轉錄}$$

當抑制性蛋白質逐漸被降解後，對轉錄的抑制作用減弱，基因轉錄重新活化，蛋白質再次合成並累積，因而形成週期性振盪。

在哺乳動物中，常見的分子組件包括：

• CLOCK（生理時鐘蛋白）與 BMAL1（腦與肌肉芳香烴受體核轉位樣蛋白）形成轉錄因子複合體。
• CLOCK–BMAL1 活化 Per 與 Cry 基因的轉錄。
• PER（period）與 CRY（cryptochrome）蛋白質累積後形成抑制性複合體，進入細胞核並抑制 CLOCK–BMAL1 的轉錄活性。
• PER、CRY 經由磷酸化、泛素化後，進入蛋白酶體（proteasome）降解。
• 抑制性蛋白質濃度降低後，CLOCK–BMAL1 再度活化 Per、Cry 基因轉錄。

因此，這套機制屬於「基因表現產物反過來抑制自身生成」的負回饋迴路。

解題方法

題幹已直接提供三個關鍵線索：

1. 基因表現具有約 24 小時的週期性。
2. 蛋白質產物濃度升高時，抑制自身基因轉錄。
3. 蛋白質降解後，轉錄活性再次上升。

判斷回饋類型時，重點在於比較「產物增加」對原本反應的影響：

• 產物增加，使基因轉錄下降：屬於負回饋。
• 產物增加，使基因轉錄更加活化：才屬於正回饋。

本題明確描述蛋白質濃度升高會抑制自身基因轉錄，故答案為 (B)。

可將此振盪機制簡化為：

$$\text{蛋白質濃度上升} \Rightarrow \text{轉錄受到抑制} \Rightarrow \text{蛋白質濃度下降} \Rightarrow \text{抑制解除} \Rightarrow \text{轉錄重新啟動}$$

選項分析

(A) 藉由 DNA 突變的逐步累積，造成蛋白質降解

核心觀念

本題考查兩種抗寄生蟲藥物的來源、化學性質與分子作用機制：

• 青蒿素（Artemisinin）：源自中藥青蒿，即黃花蒿（Artemisia annua），主要用於瘧原蟲（Plasmodium）感染。其結構含有特殊的內過氧化物橋（endoperoxide bridge），在寄生蟲體內與血紅素分解產生的亞鐵離子反應，形成活性自由基，破壞寄生蟲蛋白質與膜系統。
• 伊維菌素（Ivermectin）：屬於大環內酯類（macrocyclic lactone）抗寄生蟲藥，主要作用於線蟲與節肢動物的穀胺酸閘控氯離子通道（glutamate-gated chloride channels, GluCl）。

解題方法

先辨認各藥物的「來源與類別」，再對照其「標的與作用機制」：

1. 青蒿素是植物來源的小分子天然物，不是基因療法，也不是促進宿主 DNA 修復的藥物。
2. 伊維菌素是由微生物發酵產生的大環內酯類化合物，不是重組 DNA 技術製成的多胜肽，也不依靠抗體清除寄生蟲。
3. 伊維菌素會增強寄生蟲 GluCl 的開啟，使氯離子大量進入神經與肌肉細胞，造成膜電位過度負化（hyperpolarization），抑制神經肌肉傳導，最後導致麻痺。

因此，符合正確藥理機制的是 D。

選項分析

(A) 青蒿素源自中藥黃花蒿，促進 DNA 修復以維持基因穩定

前半句的藥物來源大致正確。青蒿素確實源自黃花蒿（Artemisia annua），但後半句錯誤。

青蒿素的主要作用不是促進 DNA 修復，而是利用其內過氧化物橋與寄生蟲體內的亞鐵離子反應，產生自由基，進而損傷寄生蟲的蛋白質、膜結構及其他細胞成分。其經典作用重點可表示為：

$$\text{Artemisinin}+\ce{Fe^{2+}} \rightarrow \text{活性自由基} \rightarrow \text{寄生蟲細胞損傷}$$

題目將「植物來源」與「DNA 修復」錯誤拼接，因此整個選項不正確。

(B) 伊維菌素為重組 DNA 技術製成的多胜肽，主要透過抗體產生以清除寄生蟲

此選項有兩處錯誤：

核心觀念

細胞進行有氧代謝時，電子傳遞鏈可能產生活性氧物質（reactive oxygen species, ROS），主要包括：

• 超氧陰離子 $\ce{O2^{.-}}$
• 過氧化氫 $\ce{H2O2}$
• 羥自由基 $\ce{^.OH}$

其中，$\ce{H2O2}$ 雖不屬於自由基，但具有氧化性，累積過多會造成脂質、蛋白質與 DNA 損傷。細胞因此利用多種抗氧化酵素清除 ROS。

本題的關鍵是辨認「將過氧化氫分解、生成水」的酵素，即過氧化氫酶（catalase）。

解題方法

先抓住題幹中的兩個關鍵字：

1. 作用物是過氧化氫 $\ce{H2O2}$
2. 產物包含水 $\ce{H2O}$

Catalase 主要存在於過氧化體（peroxisome），含有血基質（heme）輔基，可催化過氧化氫的歧化反應：

$$2\ce{H2O2} \xrightarrow{\text{catalase}} 2\ce{H2O}+\ce{O2}$$

此反應中，一部分 $\ce{H2O2}$ 被還原成 $\ce{H2O}$，另一部分則被氧化成 $\ce{O2}$，因此嚴格而言是「歧化反應（disproportionation）」而非單純的還原反應。題目雖以「還原為水」描述其功能，但依作用物與主要產物判斷，官方答案 D 正確。

選項分析

(A) 超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）

錯誤。SOD 的作用對象是超氧陰離子 $\ce{O2^{.-}}$，不是直接分解 $\ce{H2O2}$。其反應為：

$$2\ce{O2^{.-}}+2\ce{H+} \xrightarrow{\text{SOD}} \ce{H2O2}+\ce{O2}$$

SOD 會將毒性較高的超氧陰離子轉換成過氧化氫。生成的 $\ce{H2O2}$ 還需再由 catalase 或 glutathione peroxidase 清除。因此，SOD 位於 ROS 清除路徑的前一步，而非本題所問的直接處理 $\ce{H2O2}$ 的步驟。

(B) 細胞色素 c 氧化酶（cytochrome c oxidase）

核心觀念

本題考查 lac 操縱子（lac operon）的負調控與正調控協同作用，以及葡萄糖濃度對 cAMP–CRP 系統的影響。

lac 操縱子包含主要結構基因：

• lacZ：β-galactosidase（β-半乳糖苷酶），分解乳糖
• lacY：permease（通透酶），協助乳糖進入細胞
• lacA：transacetylase（轉乙醯酶）

其調控涉及兩個層次：

1. 抑制子解除：負調控

• lacI 基因產生 Lac repressor（Lac 抑制子）。
• 無乳糖時，抑制子結合 operator（操縱基因），阻礙 RNA polymerase（RNA 聚合酶）轉錄。
• 乳糖進入細胞後，一部分經 β-galactosidase 轉變為 異乳糖（allolactose）。
• 異乳糖與 Lac 抑制子結合，使抑制子構形改變並脫離 operator，解除阻抑。

2. cAMP–CRP 正調控

• 高葡萄糖時，adenylate cyclase（腺苷酸環化酶）活性受抑，細胞內 cAMP 濃度低。
• 葡萄糖耗盡時，adenylate cyclase 活性上升，以 ATP 合成 cAMP：

$$\mathrm{ATP \xrightarrow{adenylate\ cyclase} cAMP + PP_i}$$

• cAMP 與 CRP（cyclic AMP receptor protein，又稱 CAP）結合，形成 cAMP–CRP 複合體。
• 此複合體結合 lac promoter（啟動子）上游的 CAP binding site，協助 RNA polymerase 結合，使轉錄量大幅增加。

因此，lac 操縱子要達到高度表現，必須同時具備：

$$\text{乳糖存在} \Rightarrow \text{抑制子解除}$$ $$\text{葡萄糖缺乏} \Rightarrow \text{cAMP 上升} \Rightarrow \text{cAMP–CRP 活化}$$

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解題方法

題幹設定環境由「高葡萄糖」轉為「僅含乳糖」，代表：

1. 葡萄糖耗盡，細胞內 cAMP 增加，形成具正調控功能的 cAMP–CRP。
2. 乳糖存在並轉化為異乳糖，異乳糖使 Lac 抑制子脫離 operator。
3. 抑制子解除加上 cAMP–CRP 協助 RNA polymerase 結合，造成 lac 操縱子高度轉錄。

判斷關鍵是：高表現不是單一條件造成，而是「抑制解除」與「正調控活化」兩者共同作用。

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選項分析

核心觀念

本題整合兩種操縱子及其調控方式：

1. lac 操縱子：分解代謝型操縱子

• 主要受兩個訊號控制：
• 乳糖存在：乳糖代謝產物 allolactose（異乳糖）與 LacI 抑制子結合，使抑制子離開 operator（操縱基因）。
• 葡萄糖濃度低：腺苷酸環化酶（adenylyl cyclase）活性上升，將 ATP 轉換為 cAMP。
• cAMP 與 CRP（亦稱 CAP）結合形成 cAMP–CRP 複合體，結合於 lac 啟動子附近的 CAP 結合位點，協助 RNA polymerase 結合，增強轉錄。

2. trp 操縱子：合成代謝型操縱子

• 色胺酸是 trp 操縱子的共同抑制物（corepressor）。
• 色胺酸缺乏時，色胺酸無法與 TrpR 抑制子結合，抑制子無法有效結合 operator，因此 trp 操縱子被活化。
• 此外，trp mRNA 的 attenuation（衰減作用）也會因核糖體在兩個色胺酸密碼子處停滯而無法形成終止結構，使轉錄繼續進行。

本題的關鍵突變是：CRP 的 DNA 結合域受損。因此，即使細胞內 cAMP 濃度升高，CRP 仍無法結合 lac 調控區，不能協助 lac 操縱子進行高度轉錄。

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解題方法

依序分析三個條件：

1. 判斷 lac 抑制子是否被解除

環境中有高濃度乳糖，因此乳糖轉變形成的 allolactose 會與 LacI 結合，使 LacI 離開 operator。

因此：

• lac 操縱子不再受到抑制子阻擋；
• RNA polymerase 可以進行基本程度的轉錄。

2. 判斷 cAMP–CRP 是否形成

環境中葡萄糖濃度低，因此腺苷酸環化酶活性增加：

$$\text{ATP} \xrightarrow{\text{adenylyl cyclase}} \text{cAMP}$$

細胞內 cAMP 濃度上升，理論上應形成 cAMP–CRP 複合體。

然而，題幹指出 CRP 的 DNA 結合域受損，因此該複合體無法結合 lac 調控區，也無法有效招募或穩定 RNA polymerase。

所以 lac 操縱子只能維持低程度或基礎程度轉錄，不能高度活化。

3. 判斷 trp 操縱子

環境中缺乏色胺酸：

• TrpR 抑制子缺乏色胺酸作為共同抑制物；
• TrpR 無法有效結合 operator；
• attenuation 機制也偏向允許轉錄延續。

因此 trp 操縱子被活化，以增加色胺酸生合成相關酵素的產量。

綜合結果：

• lac 操縱子：抑制子解除，但 CRP 無法結合，因此僅低程度轉錄；
• trp 操縱子：因缺乏色胺酸而活化。

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選項分析

(A) trp 操縱子因缺乏色胺酸而被抑制

錯誤。

核心觀念

本題考查低氧誘導因子 HIF-1（Hypoxia-inducible factor 1）在腫瘤低氧微環境中的作用，以及 HIF-1α 促進腫瘤新生血管形成的機轉。

HIF-1 是由：

• HIF-1α：低氧感受與調控亞基
• HIF-1β（ARNT）：穩定表現的 DNA 結合亞基

所組成的異源二聚體。HIF-1α 的穩定性受細胞氧氣濃度調控。

在正常氧氣下，HIF-1α 的脯胺酸殘基會被脯胺酸羥化酶 PHD（Prolyl hydroxylase domain enzyme）修飾。此反應需要 $\ce{O2}$、$\ce{Fe^{2+}}$ 與 2-oxoglutarate。羥化後的 HIF-1α 會被 VHL（von Hippel–Lindau protein）辨識，招募 E3 ubiquitin ligase，經由泛素化後送入 26S proteasome 降解。

低氧時，PHD 活性下降，HIF-1α 無法有效羥化，因此不會被 VHL 辨識與降解，便在細胞內累積。累積的 HIF-1α 與 HIF-1β 結合，形成 HIF-1，進入細胞核並結合低氧反應元件 HRE（Hypoxia response element），啟動 VEGF（Vascular endothelial growth factor）等基因的轉錄。

$$\text{低氧} \rightarrow \text{PHD 活性下降} \rightarrow \text{HIF-1}\alpha \text{ 穩定累積} \rightarrow \text{VEGF 表現增加} \rightarrow \text{新生血管形成}$$

解題方法

題幹已明確提供三個關鍵線索：

1. 腫瘤核心區域長期低氧。
2. HIF-1α 免於降解並大量累積。
3. HIF 路徑會促進 VEGF 表現，抑制後腫瘤縮小且壞死增加。

因此，解題重點是從「HIF-1α → VEGF」這條路徑判斷其最直接的生物學結果。

VEGF 的主要作用是刺激內皮細胞增殖、遷移及血管通透性增加，促進腫瘤周圍與腫瘤內部的新生血管形成。抑制 HIF 路徑後，VEGF 表現下降，腫瘤無法有效建立新生血管，導致氧氣與養分供應不足，腫瘤細胞死亡與壞死增加。

$$\text{HIF 路徑受抑制} \rightarrow \text{VEGF 表現下降} \rightarrow \text{Angiogenesis 下降} \rightarrow \text{氧氣與養分供應減少} \rightarrow \text{腫瘤生長受抑制、壞死增加}$$

因此，最直接且主要的影響是抑制新生血管形成。

選項分析

核心觀念

本題考查細胞在「低氧、低營養、低能量」環境下的代謝適應，以及 AMPK–mTOR–Autophagy 三者之間的調控關係。

腫瘤核心區血流不足時，氧氣與葡萄糖等營養物質供應下降，細胞內 ATP 生成減少，AMP 與 ADP 相對增加，因此：

$$\frac{[\mathrm{AMP}]}{[\mathrm{ATP}]}\uparrow$$

AMPK（AMP-activated protein kinase，AMP 活化蛋白激酶）被活化後，會將細胞由「耗能的合成代謝」轉向「產能的分解代謝」，主要作用包括：

• 抑制 mTORC1（mechanistic target of rapamycin complex 1），降低蛋白質、脂質與核糖體等合成作用。
• 透過磷酸化 TSC2（tuberous sclerosis complex 2）及 Raptor（mTORC1 調節蛋白），抑制 mTORC1。
• 活化自噬起始因子 ULK1（Unc-51-like kinase 1）。
• 促進自噬體形成相關路徑，包括 Beclin-1、VPS34（class III PI3K）及 ATG 蛋白。
• 透過自噬分解胞內蛋白質、脂滴及受損胞器，回收胺基酸、脂肪酸與其他代謝中間物。

自噬所產生的物質可進一步進入分解代謝，例如胺基酸進入三羧酸循環（TCA cycle），脂肪酸經 β-oxidation 產生 acetyl-CoA，協助維持 ATP 供應。

因此，本題描述的 AMPK 活性上升、mTOR 訊號受抑、自噬增強，代表細胞正在進行「節省能量並回收胞內資源」的適應反應。

解題方法

判斷本題可依序抓住三個訊號：

1. AMPK 活性上升：表示細胞能量不足，ATP 下降、AMP/ATP 比值上升。
2. mTOR 訊號受抑：表示細胞停止或降低耗能的生長與合成活動。
3. 自噬作用增強：表示細胞分解自身胞內成分，以回收能量與代謝原料。

整體代謝方向如下：

$$\text{低營養、低氧} \rightarrow \text{ATP下降、AMP上升} \rightarrow \text{AMPK活化} \rightarrow \text{mTORC1受抑、ULK1活化} \rightarrow \text{自噬增強} \rightarrow \text{回收代謝物與維持能量}$$

題幹又指出，抑制自噬會導致腫瘤細胞大量凋亡，這表示自噬在此處不是單純的細胞清除機制，而是腫瘤細胞維持生存的重要代謝適應策略。因此正確答案為「轉為分解代謝狀態，透過自噬回收資源」。

選項分析

(A) 進入高度合成代謝狀態，加速轉錄與翻譯以維持快速增殖

錯誤。

蛋白質、脂質及核酸合成均需要大量 ATP、胺基酸與其他原料，屬於耗能的合成代謝。mTORC1 活化時，會促進 translation、ribosome biogenesis、脂質合成與細胞生長；

核心觀念

本題考查 T 細胞依賴性體液免疫反應，特別是：

1. B 細胞與輔助型 T 細胞（helper T cell）的協同作用。
2. 淋巴結生發中心（germinal center, GC）的形成。
3. 抗體類別轉換（class switching）。
4. 記憶 B 細胞與長期免疫力的建立。

初次接觸抗原時，B 細胞先以 IgM 為主。若要產生 IgG、IgA 或 IgE，必須接受輔助型 T 細胞提供的協同訊號，包括：

• B 細胞呈現抗原給 CD4⁺ T 細胞。
• T 細胞上的 CD40 ligand（CD40L）與 B 細胞上的 CD40 結合。
• T 細胞分泌細胞激素，例如 IL-4、IL-5、IL-6、TGF-β 等。
• B 細胞活化 AID（activation-induced cytidine deaminase），進行類別轉換與體細胞高度突變。
• B 細胞在生發中心內分化為漿細胞與記憶 B 細胞。

類別轉換的本質是改變免疫球蛋白的重鏈恆定區，因此：

• 抗原結合區大致維持不變。
• 抗體的效應功能改變。
• IgM 可轉換為 IgG、IgA 或 IgE。

簡化表示如下：

$$\text{IgM} \xrightarrow[\text{CD40-CD40L、細胞激素、AID}]{\text{T 細胞協助}} \text{IgG、IgA 或 IgE}$$

解題方法

本題可由三個臨床線索定位缺陷位置：

1. 先天免疫與早期發炎正常

表示髓系細胞、吞噬細胞、補體、自然殺手細胞及早期發炎反應大致正常，因此缺陷不在主要的先天免疫系統。

2. 只能產生低量 IgM，無法產生 IgG

IgM 是初期抗體，IgG 則通常需要 T 細胞協助與類別轉換。無法由 IgM 轉換為 IgG，表示適應性免疫中的 B 細胞活化或 B-T 細胞協同作用異常。

3. 淋巴結缺乏生發中心

生發中心是 B 細胞進行增殖、親和力成熟、類別轉換及記憶 B 細胞形成的場所。生發中心無法形成，強烈指向 B 細胞與 T 細胞之間的協同訊號缺陷。

因此，本題的主要免疫缺陷是：

$$\boxed{\text{B 與 T 淋巴球協同作用異常}}$$

這會同時造成：

• 類別轉換失敗。
• IgG 生成不足。
• 生發中心缺失。
• 記憶 B 細胞形成不足。
• 對相同病原體的二次免疫反應不佳。
• 每次感染表現類似初次感染。

選項分析

(A) 髓系幹細胞發育異常，導致先天免疫無法有效清除病原

錯誤。

髓系幹細胞可分化形成嗜中性球、單核球、巨噬細胞及部分樹突細胞等先天免疫細胞。若其發育異常，通常會出現：

• 嗜中性球或吞噬細胞數量異常。
• 早期發炎反應缺陷。
• 病原體初期清除能力下降。
• 反覆細菌或真菌感染。

但題幹明確指出先天免疫與早期發炎反應正常，且主要異常集中在抗體類別轉換、生發中心與免疫記憶，因此不符合髓系幹細胞發育異常。

(B) 自然殺手細胞功能低下，影響細胞毒殺作用與抗體生成

錯誤。

核心觀念

本題考查癌症免疫療法中的「免疫檢查點（immune checkpoint）」機制，重點是 PD-1／PD-L1 訊息傳遞路徑。

正常情況下，活化的 T 細胞表面具有 PD-1（programmed cell death protein 1），腫瘤細胞或腫瘤微環境中的細胞可表現 PD-L1（programmed death-ligand 1）。當 PD-L1 與 T 細胞上的 PD-1 結合後，會傳遞抑制性訊號，使 T 細胞：

• 活化程度下降
• 增殖與細胞激素分泌減少
• 細胞毒殺能力降低
• 形成所謂 T 細胞耗竭（T-cell exhaustion）

抗 PD-1 抗體會結合 T 細胞表面的 PD-1，阻止 PD-1 與 PD-L1 結合，使抑制性訊號無法有效傳遞，讓原本受抑制的 T 細胞恢復攻擊腫瘤細胞的能力。

T 細胞恢復活化後，可透過下列方式殺死腫瘤細胞：

• 分泌 perforin（穿孔素）與 granzyme（顆粒酶），誘導腫瘤細胞凋亡
• 透過 Fas ligand（FasL）與腫瘤細胞 Fas 結合，啟動 caspase 級聯反應

因此，抗 PD-1 治療的核心不是直接毒殺腫瘤細胞，而是解除腫瘤細胞對免疫反應所造成的抑制。

解題方法

判斷本題可先抓住「抗 PD-1 抗體」這個關鍵字：

1. PD-1 是 T 細胞上的抑制性免疫檢查點受體。
2. PD-1 與 PD-L1 結合會抑制 T 細胞。
3. 抗 PD-1 抗體阻斷此結合。
4. T 細胞恢復活性後，再由 T 細胞攻擊腫瘤細胞。

所以正確機轉是「解除 T 細胞抑制，恢復免疫毒殺能力」。

選項分析

(A) 阻斷腫瘤血管新生，餓死腫瘤細胞，抑制腫瘤細胞的增殖

錯誤。

此選項描述的是抗血管新生治療，例如抑制 VEGF（vascular endothelial growth factor，血管內皮生長因子）或其受體，使腫瘤無法形成充分的血液供應，進而限制氧氣與養分供應。

這屬於血管新生抑制劑的作用機轉，並非抗 PD-1 抗體的主要作用。抗 PD-1 抗體不直接阻斷腫瘤血管形成，也不是透過「餓死」腫瘤細胞發揮效果。

(B) 解除腫瘤細胞對 T 細胞的抑制，恢復 T 細胞的毒殺能力

正確。

核心觀念

本題考查受體酪胺酸激酶（receptor tyrosine kinase, RTK）的活化機轉，以及 HER2（ErbB2）在細胞膜上的直接分子反應。

RTK 通常具有三個結構區域：

1. 細胞外配體結合區
2. 穿膜區
3. 細胞內酪胺酸激酶（tyrosine kinase）結構域

HER2 過度表現或被活化後，會促進受體彼此靠近並形成二聚體，包括同源二聚體或與其他 ErbB 家族受體形成異源二聚體。二聚化會使細胞內的酪胺酸激酶結構域互相活化，利用 ATP 將磷酸基團加到對方細胞內結構域的酪胺酸殘基上，此反應稱為：

$$\text{trans-autophosphorylation}$$

磷酸化後的酪胺酸殘基可作為訊息傳遞蛋白的停靠位點，進一步啟動下游的：

• Ras–Raf–MEK–ERK 路徑
• PI3K–Akt–mTOR 路徑
• PLC$\gamma$–PKC 路徑

這些路徑可促進細胞增殖、存活、代謝改變與侵襲性增加。

解題方法

題幹已明確指出 HER2 屬於「受體酪胺酸激酶家族」，因此先辨認 RTK 的標準活化流程：

$$\text{受體二聚化} \rightarrow \text{細胞內酪胺酸激酶活化} \rightarrow \text{互相磷酸化酪胺酸殘基} \rightarrow \text{招募下游訊息蛋白}$$

題目問的是「在細胞膜上的直接分子反應」，重點應放在受體本身最先發生的事件，而不是後續基因轉錄或細胞生理效應。因此正確答案是受體二聚化與彼此磷酸化。

選項分析

(A) 受體形成二聚體並互相磷酸化細胞內結構域的酪胺酸殘基

正確。

HER2 活化後，受體形成二聚體，使兩個受體的細胞內酪胺酸激酶結構域彼此接近並互相活化。接著，每個受體會將 ATP 的磷酸基團轉移至另一受體細胞內結構域的酪胺酸殘基：

$$\text{ATP} \rightarrow \text{ADP}+\text{受體酪胺酸磷酸化}$$

這些磷酸化酪胺酸可被具有 SH2 domain 或 PTB domain 的訊息蛋白辨識，啟動後續訊息傳遞。因此本選項正確描述 HER2 作為 RTK 的直接活化機轉。

(B) 受體打開離子通道讓鈣離子大量湧入，吸引鈣離子結合蛋白

錯誤。

能直接形成離子通道的受體屬於離子通道型受體（ion-channel-linked receptor），例如 ligand-gated ion channel。這類受體活化後會改變膜對離子的通透性，使 $\ce{Ca^{2+}}$、$\ce{Na+}$ 或 $\ce{Cl-}$ 等離子通過。

HER2 是 RTK，並不直接構成鈣離子通道。RTK 可透過下游的 PLC$\gamma$ 產生 IP$_3$，使內質網釋放 $\ce{Ca^{2+}}$：