亞洲大學 110 年 《生物化學》

核心觀念

本題考查胺基酸依據 pH 與各官能基 pKa 的相對大小，判斷質子化狀態與淨電荷。

Arginine（精胺酸）具有三個可解離官能基：

官能基	pKa	主要電荷變化
α-羧基 $\ce{-COOH}$	$pK_1=2.17$	$\ce{-COOH}\rightleftharpoons\ce{-COO^-}+\ce{H+}$
α-胺基 $\ce{-NH3+}$	$pK_2=9.04$	$\ce{-NH3+}\rightleftharpoons\ce{-NH2}+\ce{H+}$
胍基側鏈（guanidinium group）	$pK_R=12.48$	質子化時帶 $+1$ 電荷

判斷原則如下：

• 若 $pH<pKa$，該官能基傾向於質子化。
• 若 $pH>pKa$，該官能基傾向於去質子化。

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解題方法

一、判斷 $pH=4$ 時的各官能基電荷

比較 $pH=4$ 與三個 pKa：

1. α-羧基

$$pH=4>pK_1=2.17$$

因此 α-羧基主要去質子化：

$$\ce{-COOH}\longrightarrow\ce{-COO^-}$$

電荷為 $-1$。

2. α-胺基

$$pH=4<pK_2=9.04$$

因此 α-胺基主要維持質子化形式：

$$\ce{-NH3+}$$

電荷為 $+1$。

3. 精胺酸側鏈胍基

$$pH=4<pK_R=12.48$$

胍基側鏈維持質子化的 guanidinium 形式，電荷為 $+1$。

因此總淨電荷為：

$$(-1)+(+1)+(+1)=+1$$

所以：

$$\boxed{\text{arginine at }pH=4\text{ has net charge }+1}$$

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二、判斷 $pH=7$ 時的各官能基電荷

比較 $pH=7$ 與三個 pKa：

1. α-羧基

$$pH=7>2.17$$

α-羧基為 $\ce{-COO^-}$，電荷為 $-1$。

2. α-胺基

$$pH=7<9.04$$

α-胺基主要為 $\ce{-NH3+}$，電荷為 $+1$。

3. 胍基側鏈

$$pH=7<12.48$$

胍基側鏈仍為質子化形式，電荷為 $+1$。

因此總淨電荷為：

$$(-1)+(+1)+(+1)=+1$$

所以：

核心觀念

本題考查胺基酸側鏈的極性與疏水性分類。

胺基酸的疏水性主要取決於側鏈是否含有能與水形成氫鍵或具有明顯電荷的官能基：

• 疏水性胺基酸（hydrophobic amino acids）：側鏈多為碳氫結構，偏好位於蛋白質內部。
• 親水性胺基酸（hydrophilic amino acids）：側鏈含有羥基、胺基、羧基等極性或帶電官能基，較容易與水作用。

本題四個選項皆為芳香族或脂肪族胺基酸，其中 Tyrosine（酪胺酸） 的側鏈含有酚羥基，具有極性，因此不是典型的疏水性胺基酸。

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解題方法

逐一觀察各胺基酸的側鏈：

1. 側鏈若主要由碳氫骨架構成，通常屬於疏水性。
2. 側鏈若含有未帶電但能形成氫鍵的官能基，例如 $\ce{-OH}$，通常歸類為極性胺基酸。
3. 比較四個選項後，含有明顯極性官能基的是 Tyrosine 的酚羥基 $\ce{-OH}$，因此選擇 Tyrosine。

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選項分析

(A) Tryptophan（色胺酸）

Tryptophan 的側鏈含有 indole（吲哚）環，雖然吲哚環上的氮可以參與氫鍵，但整體側鏈以大型芳香環為主，通常歸類為非極性、具疏水性的胺基酸。

在蛋白質中，Tryptophan 常位於疏水性核心，也常分布於膜蛋白靠近膜界面的區域。

因此，(A) 是疏水性胺基酸，並非答案。

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(B) Tyrosine（酪胺酸）

Tyrosine 的側鏈為 phenol（酚）結構，含有羥基：

$$\ce{-C6H4-OH}$$

芳香環本身具有疏水性，但羥基能與水形成氫鍵，使 Tyrosine 具有明顯的極性。分類上通常歸為極性、未帶電胺基酸（polar uncharged amino acid），而非典型疏水性胺基酸。

核心觀念

本題考查胺基酸的等電點（isoelectric point, $pI$）與不同可解離官能基之 $pK_a$ 的關係。

Aspartic acid（天門冬胺酸）具有三個可解離基團：

• $\alpha$-羧基：$pK_1=2.1$
• 側鏈羧基：$pK_R=3.9$
• $\alpha$-胺基：$pK_2=9.8$

等電點 $pI$ 的定義是：分子平均淨電荷為零時的 pH。計算時，必須找出「夾住淨電荷為零型態」的兩個相鄰 $pK_a$，再取其平均值。

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解題方法

Aspartic acid 的結構可表示為：

$$\ce{HOOC-CH2-CH(NH2)-COOH}$$

隨著 pH 升高，官能基依照 $pK_a$ 由小到大逐步失去質子：

1. 低 pH：完全質子化

在強酸性環境中：

$$\ce{COOH,\ NH3+,\ COOH}$$

分子總電荷為：

$$0+(+1)+0=+1$$

2. 超過 $pK_1=2.1$：$\alpha$-羧基去質子化

$$\ce{COO-,\ NH3+,\ COOH}$$

總電荷為：

$$-1+(+1)+0=0$$

此為 Aspartic acid 的零淨電荷型態。

3. 超過 $pK_R=3.9$：側鏈羧基去質子化

$$\ce{COO-,\ NH3+,\ COO-}$$

總電荷為：

$$-1+(+1)+(-1)=-1$$

因此，零淨電荷型態存在於 $pK_1=2.1$ 與 $pK_R=3.9$ 之間。酸性胺基酸的等電點必須取這兩個羧基解離常數的平均值：

$$pI=\frac{pK_1+pK_R}{2}$$

代入數值：

核心觀念

本題考查各類蛋白質的主要功能與分布，尤其是結締組織（connective tissue）的結構蛋白。

膠原蛋白（Collagen）是動物體內最重要的纖維狀結構蛋白，廣泛存在於皮膚、骨骼、軟骨、肌腱、韌帶、血管壁與牙齒等結締組織中。其主要功能是提供：

• 抗拉強度（tensile strength）
• 支撐與固定作用
• 組織的機械穩定性

膠原蛋白的強韌性來自特殊的三股螺旋結構（triple helix）。每一條膠原蛋白鏈具有高度重複的胺基酸序列：

$$\text{Gly-X-Y}$$

其中每第三個胺基酸必為甘胺酸（Glycine, Gly），而 $X$、$Y$ 常為脯胺酸（Proline, Pro）與羥脯胺酸（Hydroxyproline, Hyp）。

三條多胜肽鏈相互纏繞形成三股螺旋，並藉由氫鍵穩定。多個膠原蛋白分子進一步排列形成膠原纖維，之後再透過共價交聯增加強度。因此，膠原蛋白特別適合承受拉力，是結締組織強度的主要來源。

膠原蛋白的成熟也涉及重要的修飾與交聯步驟：

1. 脯胺酸與離胺酸殘基進行羥化，需要維生素 C 參與。
2. 膠原蛋白分子分泌至細胞外。
3. Lysyl oxidase（離胺酸氧化酶）催化部分離胺酸殘基氧化。
4. 形成分子間共價交聯，使膠原纖維具有更高抗拉強度。

維生素 C 缺乏會使膠原蛋白羥化與穩定性下降，造成壞血病（scurvy），常見牙齦出血、傷口癒合不良與微血管脆弱等現象。

解題方法

先將題幹中的關鍵字「strength to connective tissues」轉換成生理功能：

$$\text{結締組織的抗拉強度} \longrightarrow \text{纖維狀結構蛋白} \longrightarrow \text{Collagen}$$

血紅蛋白、白蛋白與免疫球蛋白主要屬於可溶性球狀蛋白，分別負責氧氣運輸、血漿滲透壓維持與免疫防禦；真正負責結締組織機械強度的是膠原蛋白。

因此正確選項為 Collagen。

選項分析

(A) Hemoglobin（血紅蛋白）—錯誤

Hemoglobin 是存在於紅血球中的球狀蛋白，主要功能是運輸氧氣與部分二氧化碳。

核心觀念

本題考的是「蛋白質摺疊（protein folding）」及其輔助蛋白的功能。

蛋白質由胺基酸鏈合成後，必須摺疊成正確的三維結構，才能具備正常功能。摺疊過程主要受到胺基酸序列所決定，並透過疏水作用、氫鍵、離子作用與二硫鍵等力量形成穩定構形。

細胞內常需要 分子伴護蛋白（molecular chaperone） 協助蛋白質摺疊。Chaperone 的主要功能包括：

• 防止新生或部分展開的蛋白質彼此聚集。
• 暫時與未正確摺疊的蛋白質結合。
• 提供適合摺疊的環境，促進蛋白質形成正確構形。
• 協助錯誤摺疊的蛋白質重新摺疊，必要時送往降解途徑。

常見例子包括：

• Hsp70：與新生多胜肽鏈的疏水區域結合，通常配合 ATP 水解進行反覆結合與釋放。
• Hsp60／chaperonin：提供類似隔離腔室的環境，使蛋白質在不易聚集的情況下摺疊。

解題方法

題幹問的是「哪一種蛋白質是蛋白質摺疊所需」，應先判斷哪個選項是專門負責廣泛蛋白質摺疊輔助的蛋白質。

「Chaperone」的名稱本身即指分子伴護蛋白，主要任務就是協助其他蛋白質正確摺疊，因此符合題意。

「Isomerase」雖然能催化某些特定鍵結或構形異構反應，但並非所有蛋白質摺疊都需要它。題目詢問一般性的蛋白質摺疊因子，因此應選擇 Chaperone。

選項分析

(A) Alpha globulin

Alpha globulin（$\alpha$-球蛋白）是血清蛋白的分類之一，主要依照電泳移動率與物理性質分為不同球蛋白區帶。它不是專門協助其他蛋白質摺疊的分子伴護蛋白，因此錯誤。

(B) Beta globulin

核心觀念

本題考查阿茲海默症（Alzheimer’s disease）的主要病理相關蛋白。

阿茲海默症的典型病理特徵包括：

1. 類澱粉蛋白斑（amyloid plaques）：由 $\beta$-amyloid（$\mathrm{A\beta}$）胜肽聚集形成，主要成分為 $\mathrm{A\beta 40}$ 與 $\mathrm{A\beta 42}$。
2. 神經纖維糾結（neurofibrillary tangles）：由異常磷酸化的 tau protein（tau 蛋白）形成。

其中，$\mathrm{A\beta}$ 來源於 amyloid precursor protein，APP（類澱粉前驅蛋白）的異常切割。APP 經由：

$$\text{APP} \xrightarrow{\beta\text{-secretase}} \text{C99 fragment} \xrightarrow{\gamma\text{-secretase}} \mathrm{A\beta}$$

產生的 $\mathrm{A\beta}$ 會在細胞外聚集，形成 amyloid plaques，造成突觸功能障礙、神經發炎與神經元死亡。

因此，本題所指的相關蛋白為 Amyloid，更精確地說是 $\beta$-amyloid（$\mathrm{A\beta}$）。

解題方法

判斷此題可直接抓住疾病與病理蛋白的對應關係：

• Alzheimer’s disease → amyloid plaques 與 tau tangles
• 本題選項中只有 Amyloid 與其病理機轉直接相關
• Albumin、hemoglobin、myoglobin 均不是阿茲海默症的主要致病相關蛋白

題目將選項簡化寫成 Amyloid，考試意義是指形成類澱粉斑的 $\beta$-amyloid。

核心觀念

本題考查 heme（血基質）中心鐵離子的氧化態與氧結合能力。

在 hemoglobin（血紅蛋白）與 myoglobin（肌紅蛋白）中，heme 中心的鐵必須維持在二價亞鐵狀態 $\ce{Fe^2+}$，才能與氧分子 $\ce{O2}$ 進行可逆性結合：

$$\ce{Hb-Fe^2+ + O2 <=> Hb-Fe^2+-O2}$$

此反應是「氧合（oxygenation）」；鐵離子的氧化態並未改變，仍為 $\ce{Fe^2+}$。

heme 的 $\ce{Fe^2+}$ 位於 porphyrin（卟啉）環中央，通常與四個卟啉氮原子配位，並與 globin 中 proximal histidine（近端組胺酸）的氮配位。第六個配位位置可與 $\ce{O2}$ 可逆結合。

解題方法

判斷關鍵在於：

1. 正常 hemoglobin 與 myoglobin 的 heme 中心鐵為 $\ce{Fe^2+}$。
2. $\ce{O2}$ 結合時，是氧分子與 $\ce{Fe^2+}$ 的第六配位位置形成可逆配位。
3. 若鐵被氧化成 $\ce{Fe^3+}$，會形成 methemoglobin（高鐵血紅蛋白），失去可逆結合氧的能力。
4. $\ce{Fe^4+}$ 並非正常 hemoglobin 或 myoglobin 中負責可逆攜氧的鐵狀態。

因此，能可逆結合氧的鐵狀態是 $\ce{Fe^2+}$。

選項分析

(A) $\ce{Fe^2+}$：正確

$\ce{Fe^2+}$ 是正常 heme 的中心鐵狀態，可與 $\ce{O2}$ 形成可逆性配位，因此 hemoglobin 能在肺部結合氧，並在周邊組織釋放氧。

(B) $\ce{Fe^3+}$：錯誤

核心觀念

本題考查血紅蛋白（hemoglobin, Hb）的亞基組成，以及鐮刀型貧血（sickle cell anemia）的分子病因。

成人主要血紅蛋白 HbA 由：

$$\alpha_2\beta_2$$

組成。鐮刀型貧血源自 β-globin 基因（$HBB$）發生單一鹼基替換，使 β-globin 鏈第 6 個胺基酸由麩胺酸（glutamate, Glu）變成纈胺酸（valine, Val）：

$$\text{Glu6} \rightarrow \text{Val6}$$

突變後的血紅蛋白稱為 HbS（hemoglobin S）。

解題方法

題幹已直接給出關鍵突變「Glu6 to Val6」，只需辨認此突變所發生的 globin 亞基。

鐮刀型貧血的典型基因突變為：

$$\text{HBB}: \ \text{GAG} \rightarrow \text{GTG}$$

因此胺基酸由 Glu 變為 Val。正常 β-globin 的第 6 位是帶負電性的 Glu；突變後 Val 為非極性胺基酸，會在去氧狀態下使 HbS 分子間產生異常疏水性作用，促進 HbS 聚合形成長纖維。

紅血球因此由正常的雙凹圓盤狀變成鐮刀狀，造成：

• 紅血球變形、脆弱，容易溶血
• 微血管阻塞
• 組織缺氧與疼痛危象

所以，Glu6→Val6 發生在 β 亞基。

選項分析

(A) Alpha

核心觀念

本題考查骨骼肌的「興奮—收縮耦聯」（excitation–contraction coupling），核心是肌漿網（sarcoplasmic reticulum, SR）釋放哪一種離子，能啟動肌肉收縮。

肌肉收縮的關鍵流程如下：

$$\text{動作電位} \rightarrow \text{T-tubule 去極化} \rightarrow \text{DHPR 活化} \rightarrow \text{RyR 開啟} \rightarrow \text{SR 釋放 } \ce{Ca^{2+}}$$

釋放到肌漿中的 $\ce{Ca^{2+}}$ 會與肌鈣蛋白 C（troponin C）結合，使原肌球蛋白（tropomyosin）移開肌動蛋白（actin）的結合位點，讓肌球蛋白（myosin）能與 actin 形成交叉橋，進而產生肌肉收縮。

解題方法

判斷本題的切入點是辨認「肌肉收縮的直接啟動離子」。

在靜止狀態下，tropomyosin 覆蓋 actin 上的 myosin-binding site。當神經刺激造成肌膜與 T-tubule 去極化時：

1. T-tubule 上的二氫吡啶受體（dihydropyridine receptor, DHPR）感受電壓變化。
2. DHPR 促使肌漿網上的蘭尼鹼受體（ryanodine receptor, RyR）開啟。
3. SR 大量釋放 $\ce{Ca^{2+}}$。
4. $\ce{Ca^{2+}}$ 結合 troponin C。
5. tropomyosin 移位，暴露 actin 的結合位點。
6. myosin ATPase 利用 ATP 進行交叉橋循環，使肌節（sarcomere）縮短。

因此，SR 釋放且直接啟動收縮的離子是 $\ce{Ca^{2+}}$。

選項分析

(A) $\ce{Zn^{2+}}$

核心觀念

本題考查肝醣磷酸化酶（glycogen phosphorylase）的共價修飾與活化機制。

肝醣磷酸化酶催化肝醣分解的第一步，利用無機磷酸 $\ce{Pi}$ 從肝醣非還原端切下葡萄糖-1-磷酸：

$$\text{Glycogen}_{n}+\ce{Pi} \rightleftharpoons \text{Glycogen}_{n-1}+\text{Glucose-1-phosphate}$$

此酵素具有兩種主要形式：

• Phosphorylase b：去磷酸化型，活性較低。
• Phosphorylase a：磷酸化型，活性較高。

在骨骼肌中，肝醣磷酸化酶的第 14 號胺基酸殘基，其側鏈羥基會被磷酸化，使酵素由 phosphorylase b 轉變為 phosphorylase a。

解題方法

判斷重點是辨認「可被磷酸化的羥基胺基酸」以及肝醣磷酸化酶的特定修飾位置。

蛋白質中常見可在側鏈羥基上接受磷酸基團的胺基酸包括：

• Serine（絲胺酸）
• Threonine（蘇胺酸）
• Tyrosine（酪胺酸）

肝醣磷酸化酶的經典活化反應是：

$$\text{Phosphorylase b} \xrightarrow{\text{phosphorylase kinase}} \text{Phosphorylase a}$$

其中 phosphorylase kinase 將 ATP 的磷酸基團轉移至 glycogen phosphorylase 的 Ser14（第 14 號絲胺酸）：

$$\text{Glycogen phosphorylase b} +\ce{ATP} \rightarrow \text{Glycogen phosphorylase a-Ser14-P} +\ce{ADP}$$

因此，磷酸化發生在 serine 的羥基上。

此反應位於肝醣分解的調控步驟：先由荷爾蒙訊號啟動蛋白質激酶級聯，再活化 glycogen phosphorylase。

核心觀念

本題考查胰臟蛋白酶原（zymogen）的活化，以及 $\pi$-chymotrypsin（$\pi$-胰凝乳蛋白酶）的生成。

胰凝乳蛋白酶原（chymotrypsinogen）是由胰臟分泌的無活性前驅物。進入小腸後，胰蛋白酶（trypsin）切除其 N 端活化胜肽，使其轉變為具有初步蛋白水解活性的 $\pi$-chymotrypsin。

關鍵反應如下：

$$\text{Chymotrypsinogen} \xrightarrow{\text{Trypsin}} \pi\text{-Chymotrypsin}$$

在牛胰凝乳蛋白酶原的典型活化過程中，trypsin 切斷 Arg15–Ile16 之間的胜肽鍵，產生具有活性的 $\pi$-chymotrypsin。之後，$\pi$-chymotrypsin 會進一步自我切割，形成較成熟的 $\alpha$-chymotrypsin。

完整路徑可整理為：

$$\text{Trypsinogen} \xrightarrow{\text{Enteropeptidase}} \text{Trypsin}$$ $$\text{Chymotrypsinogen} \xrightarrow{\text{Trypsin}} \pi\text{-Chymotrypsin} \xrightarrow{\text{自我切割}} \alpha\text{-Chymotrypsin}$$

因此，本題問的是「直接生成 $\pi$-chymotrypsin 的酵素」，答案是 trypsin。

解題方法

先辨認題目中的關鍵字 $\pi$-chymotrypsin。它不是由一般蛋白質消化產生的片段，而是胰凝乳蛋白酶原經特定蛋白酶切割後所形成的活化中間型。

判斷順序如下：

1. 找出 $\pi$-chymotrypsin 的前驅物：chymotrypsinogen。
2. 找出能切割 chymotrypsinogen 的酵素：trypsin。
3. 區分 trypsin 的上游活化者 enteropeptidase，避免把「生成 trypsin」誤認為「生成 $\pi$-chymotrypsin」。

故反應位於胰蛋白酶活化胰凝乳蛋白酶原的步驟：

核心觀念

本題考查 **Michaelis–Menten equation（米氏方程式）**及其與酵素—受質親和力的關係。

對於單一受質酵素反應：

$$\ce{E + S <=>[k_1][k_{-1}] ES ->[k_2] E + P}$$

初速率可表示為：

$$V_0=\frac{V_{\max}[S]}{K_m+[S]}$$

其中：

• $V_0$：反應初速率
• $V_{\max}$：酵素被受質完全飽和時的最大速率
• $[S]$：受質濃度
• $K_m$：Michaelis constant（米氏常數）

$K_m$的定義為：當反應速率達到最大速率一半時，所需的受質濃度。

$$V_0=\frac{1}{2}V_{\max}\quad\Longrightarrow\quad K_m=[S]$$

在一般考試判讀中：

• $K_m$越小，表示酵素達到半最大速率所需的受質濃度越低，通常代表對受質的親和力較高。
• $K_m$越大，表示需要較高的受質濃度才能達到相同速率，通常代表親和力較低。
• $[S]$是反應環境中的受質濃度，並不代表酵素本身的親和力。

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解題方法

將各選項直接代入或對照 Michaelis–Menten equation：

$$V_0=\frac{V_{\max}[S]}{K_m+[S]}$$

判斷重點有兩個：

1. $V_0=\frac{1}{2}V_{\max}$時，$K_m$與$[S]$的關係。
2. $[S]$與$K_m$分別代表什麼，是否能用來描述酵素親和力。

當 $[S]\gg K_m$時：

$$K_m+[S]\approx [S]$$

因此：

$$V_0\approx \frac{V_{\max}[S]}{[S]}=V_{\max}$$

此時反應速率接近最大速率，但這是由於受質濃度很高、酵素活性部位接近飽和，並不是因為酵素對受質的親和力變高。

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選項分析

(A) $K_m=[S]$, when $V_0=\frac{1}{2}V_{\max}$

正確。

由 Michaelis–Menten equation：

$$\frac{1}{2}V_{\max} = \frac{V_{\max}[S]}{K_m+[S]}$$

兩邊除以 $V_{\max}$：

$$\frac{1}{2}=\frac{[S]}{K_m+[S]}$$

交叉相乘：

$$K_m+[S]=2[S]$$

因此：

$$K_m=[S]$$

這正是$K_m$的定義。

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(B) $K_m\ll[S]$, when $V_0=V_{\max}$

正確。

核心觀念

本題考查「還原糖（reducing sugar）」的判定。

還原糖必須具有可自由開合的異頭碳（anomeric carbon）。當異頭碳上的半縮醛（hemiacetal）或半縮酮（hemiketal）未被糖苷鍵固定時，糖環可開鏈形成醛基或可互變成醛基的結構，進而將氧化劑還原，例如：

• Benedict test：將 $\ce{Cu^{2+}}$ 還原為 $\ce{Cu2O}$
• Fehling’s test：將 $\ce{Cu^{2+}}$ 還原為 $\ce{Cu2O}$
• Tollens’ test：將 $\ce{Ag+}$ 還原為金屬銀

判斷重點是：

1. 單醣通常具有游離異頭碳，因此多為還原糖。
2. 雙醣若有一個異頭碳未參與糖苷鍵，則為還原糖。
3. 多醣在嚴格化學定義下通常具有一個還原端，但基礎生化選擇題常將其視為非還原性多醣，因為絕大多數異頭碳均被糖苷鍵固定。

解題方法

逐一確認各糖是否有可反應的游離異頭碳：

• 單醣：看是否能開環形成羰基。
• 雙醣：看兩個異頭碳是否都被糖苷鍵占用。
• 多醣：依考試常用分類，若糖苷鍵大量固定異頭碳，通常歸入非還原性多醣。

因此，本題的標準考試判定為：

$$\text{Fructose、Ribose 為還原糖}$$

而 Sucrose、Starch、Cellulose 在本題採用的分類中不列為可檢出的還原糖。

選項分析

a. Starch（澱粉）

Starch 是由大量 $\alpha$-D-glucose 以 $\alpha(1\to4)$ 糖苷鍵連接，並可透過 $\alpha(1\to6)$ 糖苷鍵形成分枝。

其主要結構中的葡萄糖異頭碳大多參與糖苷鍵，因此在一般生化考試的分類中視為非還原性多醣。

嚴格而言，一條澱粉鏈仍有一個還原端；但相對於龐大的分子量，還原端比例極低，基礎定性試驗通常不將其列為典型還原糖。因此本題判定 a 為錯。

b. Cellulose（纖維素）

Cellulose 是由 $\beta$-D-glucose 以 $\beta(1\to4)$ 糖苷鍵連接而成的直鏈多醣。

和澱粉相同，其大多數異頭碳被糖苷鍵固定，通常歸類為非還原性多醣。因此 b 為錯。

c. Fructose（果糖）

Fructose 是酮己糖（ketohexose），環狀形式主要為半縮酮結構。雖然果糖本身不是醛糖，但在鹼性溶液中可經由烯二醇（enediol）中間物進行互變異構：

核心觀念

本題考查醣類的「還原性（reducing property）」與「異頭碳（anomeric carbon）」。

能夠還原 Benedict 試劑或 Fehling 試液的醣，必須具有：

• 可自由變成開鏈形式的異頭碳。
• 異頭碳上仍有游離的半縮醛（hemiacetal）或半縮酮（hemiketal）羥基。
• 開鏈形式能產生醛基或可轉變為醛基的結構，進而將 $\ce{Cu^{2+}}$ 還原為 $\ce{Cu2O}$。

因此：

• 異頭碳未被糖苷鍵或其他取代基封閉：為還原糖。
• 異頭碳被完全封閉成縮醛或縮酮：為非還原糖。

判斷醣類是否具還原性，關鍵在於「是否存在可自由開鏈的異頭碳」，而不單純看它是單醣或雙醣。

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解題方法

逐一找出每個醣的異頭碳，判斷該位置是否仍保有可開鏈的半縮醛或半縮酮結構。

若異頭碳可以開環：

$$\text{環狀半縮醛} \rightleftharpoons \text{開鏈羰基形式}$$

則醣具有還原性。

若異頭碳已形成完整的縮醛或縮酮：

$$\text{異頭碳的 }-\ce{OH}\text{ 被封閉}$$

則無法開環產生羰基，屬於非還原糖。

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選項分析

a. Glucose（葡萄糖）

Glucose 的異頭碳為 $\ce{C1}$。在環狀 $\alpha$-或 $\beta$-D-glucose 中，$\ce{C1}$ 仍具有半縮醛羥基：

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

並可與開鏈形式互相轉換。開鏈 glucose 具有醛基，因此能還原 Benedict 試劑。

所以 glucose 是還原糖，a 錯誤。

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b. Fructose（果糖）

Fructose 是酮糖，異頭碳為 $\ce{C2}$。雖然 fructose 的開鏈形式含有酮基，而非醛基，但在鹼性條件下可經由烯二醇（enediol）中間體進行互變異構，轉化為 glucose 或 mannose 等醛糖：

$$\text{Fructose} \rightleftharpoons \text{enediol intermediate} \rightleftharpoons \text{Glucose / Mannose}$$

因此 fructose 仍能還原 Benedict 試劑，屬於還原糖。

所以 b 錯誤。

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c. $\alpha$-Methyl-D-glucoside（$\alpha$-甲基-D-葡萄糖苷）

D-glucose 的異頭碳為 $\ce{C1}$。形成 $\alpha$-methyl-D-glucoside 時，$\ce{C1}$ 的半縮醛羥基與 methanol 反應，形成糖苷鍵：

核心觀念

Glucosamine（葡萄糖胺）是 glucose（葡萄糖）的胺基糖衍生物，正式名稱為 2-amino-2-deoxy-D-glucose。

其結構變化為：

• 母體：D-glucose（D-葡萄糖）
• C-2 的羥基 $\ce{-OH}$ 被胺基 $\ce{-NH2}$ 取代
• 因此 glucosamine 也可表示為 D-glucosamine 或 2-amino-2-deoxyglucose

「2-deoxy」表示第 2 碳不再具有原本的羥基結構；「2-amino」表示第 2 碳接有胺基。

解題方法

判斷 glucosamine 的命名：

$$\text{glucosamine} = \text{2-amino-2-deoxy-D-glucose}$$

由名稱中的 2-amino 可知，胺基位於第 2 碳；由 2-deoxy 可知，葡萄糖原本位於 C-2 的羥基被取代。

因此：

$$\ce{C-2-OH -> C-2-NH2}$$

答案為 C-2。

選項分析

核心觀念

本題考查「糖化蛋白質（glycated protein）」作為糖尿病控制與長期血糖監測指標的原理。

血液中葡萄糖濃度長期升高時，葡萄糖的醛基會與蛋白質上的胺基發生非酵素性糖化反應（nonenzymatic glycation）：

$$\text{蛋白質胺基}+\text{葡萄糖} \rightarrow \text{Schiff base} \rightarrow \text{Amadori product} \rightarrow \text{Advanced glycation end products, AGEs}$$

此反應不需要酵素，與酵素催化的糖基化（glycosylation）不同。糖化程度與血糖濃度及蛋白質在血液中的存留時間有關，因此可用來反映一段期間內的平均血糖。

臨床上最典型、最標準的糖尿病監測參數是：

$$\text{HbA1c}=\text{glycated hemoglobin}$$

其中主要是葡萄糖糖化血紅素 $\beta$ 鏈 N 端的 valine（纈胺酸）。

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解題方法

判斷此題的關鍵有兩步：

1. 找出選項中與糖尿病長期高血糖最具代表性的糖化蛋白質。
2. 比較各蛋白質是否為臨床常規使用的監測指標。

紅血球平均壽命約為 120 天，血紅素存在於紅血球內，因此 HbA1c 可反映約過去 2～3 個月的平均血糖，且最近 1 個月的血糖對 HbA1c 影響較大。

因此，若題目依亞洲大學招生考試常見的單選題慣例，標準答案為 glycated hemoglobin。

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選項分析

(A) Myoglobin glycation

Myoglobin（肌紅蛋白）主要存在於骨骼肌與心肌，負責可逆性結合氧氣。它不是臨床上常規用來評估糖尿病長期血糖控制的糖化蛋白質。

Myoglobin 可作為肌肉損傷或心肌損傷相關的指標，但「myoglobin glycation」並非標準糖尿病監測參數，因此錯誤。

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(B) Hemoglobin glycation

核心觀念

本題考查 DNA 轉錄（transcription）時，RNA 產物如何依據 DNA 模板股（template strand）形成。

轉錄的基本規則如下：

• DNA 模板股與新生 RNA 互補配對。
• RNA 合成方向為 $5^\prime \to 3^\prime$。
• 鹼基配對為：
• DNA 的 $\ce{A}$ 配對 RNA 的 $\ce{U}$
• DNA 的 $\ce{T}$ 配對 RNA 的 $\ce{A}$
• DNA 的 $\ce{C}$ 配對 RNA 的 $\ce{G}$
• DNA 的 $\ce{G}$ 配對 RNA 的 $\ce{C}$

RNA polymerase（RNA 聚合酶）沿著 DNA 模板股的 $3^\prime \to 5^\prime$ 方向讀取，並合成 $5^\prime \to 3^\prime$ 的 RNA。

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解題方法

題目給出的 DNA 序列為：

$$5^\prime\text{-AGGGGCCGTTATCGTT-}3^\prime$$

由於給定 DNA 是以 $5^\prime \to 3^\prime$ 方向書寫，若將其視為模板股，RNA 必須以反向互補方式寫成 $5^\prime \to 3^\prime$。

先將 DNA 序列反向排列：

$$3^\prime\text{-TTGCT A ACGGCCCCT-}5^\prime$$

去除空格後為：

$$3^\prime\text{-TTGCTAACGGCCCCT-}5^\prime$$

再依互補配對規則轉錄：

核心觀念

本題考查 DNA 鹼基互補配對與雙股 DNA 穩定性的關係。

DNA 中的四種含氮鹼基為：

• Adenine（腺嘌呤，A）
• Thymine（胸腺嘧啶，T）
• Guanine（鳥嘌呤，G）
• Cytosine（胞嘧啶，C）

依據互補配對原則：

$$\mathrm{A-T},\qquad \mathrm{G-C}$$

A-T 鹼基對之間形成 2 個氫鍵；G-C 鹼基對之間形成 3 個氫鍵：

$$\mathrm{A:T}\quad \text{形成 2 個氫鍵}$$ $$\mathrm{G:C}\quad \text{形成 3 個氫鍵}$$

因此，在 DNA 長度相同的情況下，G-C 含量越高，雙股 DNA 之間的氫鍵作用越多，通常具有較高的熱穩定性，且 DNA melting temperature（熔解溫度，$T_m$）較高。

解題方法

題幹問：「含有較多哪一種 base-pair content 的 DNA sample 會較穩定？」

判斷步驟如下：

1. 先確認選項是否為 DNA 的正確鹼基配對。
2. 比較各鹼基對形成的氫鍵數量。
3. 氫鍵數較多者，通常代表雙股 DNA 穩定性較高。

G-C 鹼基對形成 3 個氫鍵，A-T 鹼基對僅形成 2 個氫鍵，因此：

$$\text{GC content} \uparrow \Rightarrow \text{氫鍵作用} \uparrow \Rightarrow \text{DNA 穩定性} \uparrow \Rightarrow T_m \uparrow$$

核心觀念

本題考查 DNA 的三種主要構形：A-DNA、B-DNA 與 Z-DNA，在不同環境條件下的結構特徵與穩定性。

在細胞的生理條件下，DNA 通常存在於高含水量、接近中性的水溶液中，最主要、最穩定的雙股螺旋構形是 B-DNA。B-DNA 的穩定性主要來自：

• 互補鹼基間的氫鍵：A–T 形成 2 個氫鍵，G–C 形成 3 個氫鍵。
• 鹼基堆疊作用（base stacking）：芳香族鹼基彼此堆疊，可降低疏水性鹼基暴露於水中的程度。
• 帶負電的磷酸骨架與溶液中陽離子之間的電荷屏蔽作用。

因此，題目問「under physiological conditions」時，應優先聯想到細胞內常見的標準 DNA 結構，即 B-DNA。

解題方法

判斷 DNA 構形時，先抓住題幹中的環境條件：

1. 生理條件代表高含水量、接近中性的水溶液環境。
2. 在此條件下，DNA 的典型穩定構形是右手螺旋的 B form。
3. A-DNA 通常在脫水或低水活性條件下形成；Z-DNA 則常與特定鹼基序列、高鹽或負超螺旋等條件有關，並非一般生理狀態下的主要構形。
4. C form 並不是生理條件下最典型、最穩定的 DNA 形式。

所以正確答案為 B form。

選項分析

(A) A form

A-DNA 是右手螺旋，螺旋較為粗短，鹼基對相對於螺旋軸呈傾斜排列。

其常見形成條件包括：

• DNA 脫水或水分不足。
• DNA–RNA hybrid。
• 雙股 RNA，因核糖的 $2'$-羥基會促使其採取 A 型幾何構形。

A-DNA 並非生理水合條件下基因組 DNA 的主要穩定形式，因此錯誤。

(B) B form

核心觀念

本題考查 RNA（核糖核酸，ribonucleic acid）在動物細胞中的分布位置。

動物細胞內的 RNA 並不只存在於單一胞器，主要可見於：

• 細胞核（nucleus）：進行轉錄（transcription）時，DNA 的遺傳訊息被轉錄成 RNA。
• 細胞質（cytoplasm）：成熟 mRNA、tRNA、rRNA 及核糖體（ribosome）皆可在此參與蛋白質合成。
• 粒線體（mitochondria）：粒線體具有自己的 DNA，能進行部分基因的轉錄，產生粒線體 mRNA、tRNA 與 rRNA。

因此，三個部位都能找到 RNA。

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解題方法

判斷細胞內 RNA 的位置時，應依 RNA 的合成與功能分析：

1. RNA 在細胞核中由 DNA 經由轉錄作用形成。
2. 部分 RNA 會由細胞核輸送至細胞質，參與翻譯（translation）。
3. 粒線體具有半自主性，含有自己的基因體與蛋白質合成系統，因此也能產生 RNA。

只要確認三個選項所列位置皆可找到 RNA，即可選擇涵蓋全部正確位置的選項。

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選項分析

(A) Nucleus（細胞核）—正確

細胞核內含有 DNA，也是真核細胞主要進行轉錄作用的場所。RNA polymerase（RNA 聚合酶）以 DNA 為模板合成 RNA，包括：

• mRNA（信使 RNA）
• tRNA（轉運 RNA）
• rRNA（核糖體 RNA）
• snRNA（小核 RNA）等

因此細胞核內確實存在 RNA。

(B) Cytoplasm（細胞質）—正確

核心觀念

SNP 是 single-nucleotide polymorphism（單一核苷酸多型性） 的縮寫，指基因組 DNA 中某一個特定位置的單一核苷酸發生差異。例如同一位置可能出現：

$$\text{...A...} \quad \text{或} \quad \text{...G...}$$

這種差異通常用來區分同一物種內不同個體、族群或品系，可影響疾病易感性、藥物反應、性狀表現與遺傳標記分析。

嚴格而言，SNP 是族群中相對常見的單一鹼基變異，傳統上常以在人群中的頻率至少達 $1\%$ 作為多型性判定標準。若只是單一個體罕見的鹼基改變，通常稱為 single-nucleotide variant（SNV，單一核苷酸變異）。

解題方法

本題直接考縮寫的定義。判斷重點有兩個：

1. SNP 的核心是 single nucleotide，即單一核苷酸位置的差異。
2. SNP 主要用來區分同一物種內的個體或族群，不是用來區分不同物種。

因此，選項若提到基因組中的鹼基對變化，方向較接近 SNP；若描述遺傳重組、RNA 雜交技術或蛋白質超家族，則與 SNP 無關。

選項分析

(A) A genomic base-pair change that helps distinguish one species from another

錯誤。此選項前半段「基因組中的鹼基對變化」接近 SNP 的概念，但 SNP 是發生在單一核苷酸位置的多型性，主要用來辨識同一物種內不同個體或族群。

「distinguish one species from another」是區分不同物種，並非 SNP 的典型定義。

核心觀念

本題考 haplotype（單倍型） 的定義，以及它與 genotype（基因型） 的區別。

Haplotype 是指位於同一條染色體上的一組 DNA 變異，這些變異因為彼此距離較近、重組機率較低，因而傾向在家族中一起遺傳。這些 DNA 變異可包括：

• 單核苷酸多型性（single nucleotide polymorphism, SNP）
• 短片段插入或缺失（insertion/deletion, indel）
• 其他 DNA 序列變異

例如，某條染色體上有三個標記：

$$A_1-B_1-C_1$$

這三個等位變異若經常一起出現在同一條染色體上，即可視為一種 haplotype。

個體通常具有一對同源染色體，因此可同時攜帶兩個 haplotypes：

$$\text{父源染色體：} A_1-B_1-C_1$$ $$\text{母源染色體：} A_2-B_2-C_2$$

這兩個 haplotypes 組合起來，才構成個體在這些基因座上的 genotype。

解題方法

判斷本題的關鍵有兩點：

1. 是否位於同一條染色體上
2. 是否具有一起遺傳的傾向

題幹正確定義必須同時包含「一組 DNA 變異」與「在同一條染色體上傾向共同遺傳」。符合這兩項條件的選項即為正確答案。

因此，haplotype 不是整個族群的所有基因型，也不是表現型，更不是把兩條同源染色體的變異全部混在一起，而是聚焦於單一染色體上的變異組合。

選項分析

(A) A set of DNA variations that tend to be inherited together on a chromosome

正確。

此選項指出：

• 是一組 DNA variations（DNA 變異）
• 位於同一條 chromosome（染色體）上
• 具有 tend to be inherited together（傾向一起遺傳）的特性

這正是 haplotype（單倍型） 的標準定義。

(B) A set of genotypes on homologous chromosome pairs in the population

錯誤。

核心觀念

「cDNA library」是由特定生物、細胞種類，或特定生理條件下所表現的 mRNA 反轉錄形成的互補 DNA（complementary DNA, cDNA）片段集合，並將這些 cDNA 插入載體、克隆保存而成的基因文庫。

其形成流程如下：

1. 從特定細胞或組織分離全部 mRNA。
2. 以 mRNA 作為模板，由 **reverse transcriptase（反轉錄酶）**合成第一股 cDNA。
3. 移除 RNA 模板並合成第二股 DNA，形成雙股 cDNA。
4. 將 cDNA 接入 plasmid（質體）、phage（噬菌體）等載體。
5. 將重組 DNA 導入宿主細胞，使不同 cDNA 片段被克隆保存。

基本反應可表示為：

$$\text{mRNA} \xrightarrow{\text{reverse transcriptase}} \text{cDNA}$$

cDNA library 反映的是特定細胞在特定時間與條件下的 基因表現狀態，而不是該生物的完整基因組。

由於真核生物的成熟 mRNA 已經過 RNA splicing（RNA 剪接），移除了 intron（內含子），因此 cDNA 通常只包含 exon（外顯子）所對應的編碼資訊。這也是 cDNA library 與 genomic library（基因組文庫）的重要差異。

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解題方法

判斷本題可抓住三個關鍵字：

• mRNA
• complementary DNA
• cloned DNA fragments

只要選項同時符合以下條件，即為 cDNA library：

1. 起始模板是 mRNA。
2. 產物是與 mRNA 互補的 DNA。
3. 產物被克隆保存成片段集合。

符合這三項定義的是選項 (C)。

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選項分析

(A) 錯誤

A collection of peptide fragments derived from the genomic DNA in an organism or cell type under a defined set of conditions.

此選項有兩個主要錯誤：

1. cDNA library 的內容是 DNA 片段，不是 peptide fragments（胜肽片段）。
2. 來源不應是 genomic DNA（基因組 DNA）。cDNA 的直接模板是特定條件下表現出的 mRNA。

若是將基因組 DNA 片段克隆保存，稱為 genomic library（基因組文庫），不是 cDNA library。

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(B) 錯誤

A collection of complementary DNA fragments derived from the complement of tRNA expressed in a particular organism or cell type under a defined set of conditions.

此選項雖然提到 complementary DNA fragments，但來源寫成 tRNA，不符合 cDNA library 的標準定義。

cDNA library 主要由細胞內的 mRNA 反轉錄產物構成，藉此反映蛋白質編碼基因的表現情形。tRNA 是負責攜帶胺基酸的轉運 RNA，不是建立一般 cDNA library 的主要模板。

此外，cDNA 是「由 RNA 作為模板合成的互補 DNA」，不是「由 RNA 的 complement 再衍生而成」。

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(C) 正確

A collection of cloned DNA fragments derived from the complement of mRNA expressed in a particular organism or cell

核心觀念

「Restriction-modification system（限制－修飾系統，R-M system）」是細菌與古菌常見的防禦機制，用來辨認並破壞外來 DNA，例如噬菌體 DNA。

此系統主要由兩種酵素組成：

1. Restriction endonuclease（限制性內切酶）
   辨認特定的 DNA 鹼基序列，並在該序列內或附近切開 DNA。

2. DNA methyltransferase（DNA 甲基轉移酶）
   將甲基加到宿主 DNA 的特定辨認序列上，使宿主 DNA 被「修飾」而受到保護，不被限制性內切酶切割。

其基本機制為：

$$\text{宿主 DNA} \xrightarrow{\text{methyltransferase}} \text{甲基化 DNA，受到保護}$$ $$\text{外來 DNA} \xrightarrow{\text{restriction endonuclease}} \text{DNA 被切割而失去功能}$$

例如，$EcoRI$ 辨認序列為：

$$\ce{5'-GAATTC-3'}$$

並在：

$$\ce{5'-G^AATTC-3'}$$

的位置切割。細菌本身的相同辨認序列通常已經被 DNA methyltransferase 修飾，因此可避免自我 DNA 被破壞。

解題方法

本題應先辨認「restriction-modification system」的生物學功能。它是原核生物用來抵抗外來遺傳物質，特別是噬菌體感染的防禦系統。

判斷重點如下：

• 「restriction」指限制性內切酶切割外來 DNA。
• 「modification」指 DNA 甲基化，使宿主 DNA 不被切割。
• 這是一種典型的細菌防禦與 DNA 保護系統。

核心觀念

Triacylglycerol（TAG，三酸甘油酯；又稱 triglyceride）由：

• 1 個 glycerol（甘油）
• 3 個 fatty acid（脂肪酸）

組成。

Glycerol 具有 3 個羥基（$\ce{-OH}$），每個羥基可分別與 1 個脂肪酸的羧基（$\ce{-COOH}$）進行 esterification（酯化反應），形成 3 個 ester bonds（酯鍵），並脫去 3 個水分子：

$$\text{Glycerol} + 3\text{ fatty acids} \rightarrow \text{Triacylglycerol} + 3\ce{H2O}$$

因此，1 個 triacylglycerol 分子含有 3 個脂肪酸所形成的脂肪酸殘基。

解題方法

直接依據名稱與結構判斷：

• tri- 表示 3
• acylglycerol 表示脂肪酸形成的 acyl group（醯基）與 glycerol 結合

其結構可概念化表示為：

$$\ce{CH2-O-CO-R1}$$ $$\ce{CH-O-CO-R2}$$ $$\ce{CH2-O-CO-R3}$$

其中 $\ce{R1}$、$\ce{R2}$、$\ce{R3}$ 分別來自 3 個脂肪酸的烴鏈。因此：

$$\text{脂肪酸分子數}=3$$

核心觀念

本題考「$\omega$-3 脂肪酸」的命名定義。

脂肪酸有兩種常見編號方式：

• $\Delta$ 編號：從羧基端（$\ce{-COOH}$）開始編號。
• $\omega$ 編號：從甲基端（$\ce{-CH3}$，即 omega carbon）開始編號。

$\omega$-3 脂肪酸的定義是：

從甲基端開始數，第一個雙鍵位於第 3 個與第 4 個碳原子之間。

若以甲基端為起點：

$$\ce{CH3-C1-C2=C3-C4-}$$

更精確地說，若甲基碳為第 1 個碳，則雙鍵位於由甲基端數來的第 3、4 個碳之間，因此稱為 $\omega$-3。

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解題方法

判斷 $\omega$ 脂肪酸時，固定採用以下步驟：

1. 找到脂肪酸的甲基端 $\ce{-CH3}$，此碳即為 omega carbon。
2. 從甲基端開始計數。
3. 找到最靠近甲基端的第一個雙鍵。
4. 判斷該雙鍵是否位於第 3 與第 4 個碳之間。

因此：

$$\omega\text{-3} \Rightarrow \text{第一個雙鍵在 C-3 與 C-4 之間}$$

本題正確敘述為「A double bond between C-3 and C-4, relative to the $\omega$ carbon」。

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選項分析

(A) A double bond between C-2 and C-3, relative to the $\omega$ carbon

錯誤。

雙鍵位於從甲基端數來的 C-2 與 C-3 之間，代表第一個雙鍵距離甲基端為 2 個碳，應稱為 $\omega$-2 脂肪酸，不是 $\omega$-3 脂肪酸。

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(B) A double bond between C-3 and C-4, relative to the $\omega$ carbon

正確。

核心觀念

本題考查脂肪酸命名法，尤其是 $\Delta$（delta）位置與 $\omega$（omega）分類的判讀。

EPA 的結構表示為：

$$20:5(\Delta^5,\Delta^8,\Delta^{11},\Delta^{14},\Delta^{17})$$

其中：

• $20$：含有 20 個碳原子。
• $5$：含有 5 個碳碳雙鍵。
• $\Delta^5,\Delta^8,\Delta^{11},\Delta^{14},\Delta^{17}$：雙鍵位置由羧基端（carboxyl end）開始編號。
• $\omega$ 分類：由甲基端（methyl end）開始，找出最靠近甲基端的第一個雙鍵位置。

解題方法

EPA 最靠近甲基端的雙鍵位於 $\Delta^{17}$。總碳數為 20，因此由甲基端計算的位置為：

$$20-17=3$$

因此，EPA 屬於 $\omega$-3 脂肪酸，也寫作 omega-3 fatty acid。

另一種快速判斷方式是觀察末端結構。由 $\Delta^{17}$ 雙鍵到甲基端的距離為：

$$20-17=3$$

所以第一個雙鍵位於距離甲基端第 3 個碳的位置，分類為 $\omega$-3。

EPA 同時是多元不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid, PUFA），因為它含有 5 個碳碳雙鍵；但本題正確選項在於其 $\omega$ 分類。

選項分析

核心觀念

Lipase（脂肪酶）主要催化脂質中酯鍵的水解，典型受質是 triacylglycerol（TAG，三酸甘油酯），反應如下：

$$\text{Triacylglycerol} + 3\ce{H2O} \rightarrow \text{Glycerol} + 3\text{ free fatty acids}$$

在消化系統中，pancreatic lipase（胰脂肪酶）主要水解 TAG 的 $sn$-$1$ 與 $sn$-$3$ 位酯鍵，產生 2-monoacylglycerol（2-單酸甘油酯）與游離脂肪酸：

$$\text{TAG} + 2\ce{H2O} \rightarrow \text{2-monoacylglycerol} + 2\text{ free fatty acids}$$

因此，本題考的是 lipase 的受質與催化反應定義。Lipase 水解的是「三酸甘油酯中的酯鍵」，不是直接水解脂肪酸本身。

解題方法

判斷酵素功能時，先找出選項描述的受質。Lipase 的名稱雖然含有 lipid（脂質），但在基礎生化題中，其經典功能是：

$$\text{Triacylglycerol} \xrightarrow{\text{lipase}} \text{脂肪酸} + \text{部分水解產物}$$

反應機轉上，水分子參與酯鍵水解，使 glycerol（甘油）與 fatty acid（脂肪酸）之間的酯鍵斷裂。飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸是 TAG 的脂肪酸組成部分，並不是 lipase 主要直接水解的受質名稱。

選項分析

(A) Catalyzing the hydrolysis of unsaturated fatty acids

錯誤。Unsaturated fatty acids（不飽和脂肪酸）本身不是 lipase 直接水解的主要受質。Lipase 是水解 TAG 中 glycerol 與 fatty acid 之間的酯鍵；不飽和脂肪酸在水解後才會以游離脂肪酸形式釋放。

核心觀念

本題考查 **sphingomyelin（鞘磷脂）**的分子結構與兩親性（amphipathic property）。

Sphingomyelin 屬於 sphingolipid（鞘脂），基本骨架不是 glycerol（甘油），而是 sphingosine（鞘氨醇）。其結構可視為：

$$\text{sphingosine}+\text{fatty acid}+\text{phosphocholine}$$

其中：

• Fatty acid 以 **amide linkage（醯胺鍵）**連接至 sphingosine，形成 ceramide（神經醯胺）。
• Phosphocholine（磷酸膽鹼）位於親水端，透過 **phosphodiester linkage（磷酸二酯鍵）**連接。
• 分子具有非極性的 hydrocarbon tails（碳氫尾端）及極性的 phosphate-containing head group（含磷酸基親水頭部），因此是兩親性分子。

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解題方法

判斷本題的切入點是逐項核對 sphingomyelin 的結構特徵：

1. 是否同時具有親水區與疏水區。
2. 疏水區是否由碳氫鏈構成。
3. 分子中實際存在的是 amide linkage 還是 ester linkage。

本題問的是「NOT correct」，因此找出唯一錯誤敘述即可。特別要注意：sphingomyelin 的脂肪酸是以 醯胺鍵連接，不是一般 phosphoglyceride 中常見的 ester linkage（酯鍵）。

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選項分析

(A) An amphipathic molecule

正確。

Sphingomyelin 同時具有：

• 親水區：含 phosphate、choline 等極性基團。
• 疏水區：sphingosine 的碳氫鏈與脂肪酸鏈。

因此可排列於細胞膜脂雙層中，屬於典型的 amphipathic molecule（兩親性分子）。

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(B) The polar region containing ester and amide is hydrophilic

錯誤。

核心觀念

本題考查細胞內不同胞器的功能，以及鞘脂（sphingolipid）尤其是神經節苷脂（gangliosides）的降解位置。

Gangliosides 是含有寡醣與唾液酸（sialic acid）的膜鞘脂，基本結構包括：

• 鞘氨醇（sphingosine）
• 脂肪酸
• 醣鏈
• 一個或多個唾液酸殘基

其共同核心可概念化為：

$$\text{Ganglioside} \rightarrow \text{oligosaccharide}+\text{ceramide}$$

Gangliosides 主要存在於細胞膜，特別是神經細胞膜。當細胞膜成分經由內吞作用或自噬作用送入溶小體（lysosome）後，會由溶小體內的酸性水解酵素逐步分解。

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解題方法

判斷本題的關鍵是辨認「細胞內大分子降解」所對應的胞器。

溶小體內含多種酸性水解酵素（acid hydrolases），在約 pH 5 的酸性環境中作用，包括：

• $\beta$-hexosaminidase（β-己糖胺苷酶）
• $\beta$-galactosidase（β-半乳糖苷酶）
• neuraminidase／sialidase（神經胺酸酶／唾液酸酶）
• α-mannosidase（α-甘露糖苷酶）
• glucocerebrosidase（葡萄糖腦苷脂酶）
• sphingomyelinase（鞘磷脂酶）
• acid ceramidase（酸性神經醯胺酶）

Gangliosides 的醣鏈不是一次全部切除，而是由外向內，依序移除末端醣基與唾液酸。其一般降解方向可表示為：

$$\text{Ganglioside} \xrightarrow{\text{sialidase、各種 glycosidase}} \text{較簡單的 glycolipid} \xrightarrow{\text{ceramidase}} \text{sphingosine}+\text{脂肪酸}$$

因此，gangliosides 的主要降解場所是溶小體，正確答案為 (C)。

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選項分析

(A) Endoplasmic reticulum（內質網）

錯誤。

核心觀念

本題考查磷脂酶（phospholipase）對膜磷脂的專一性切割位置，以及細胞訊息傳遞中 $PIP_2$ 的水解反應。

磷脂醯肌醇 4,5-二磷酸（phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate, $PIP_2$）可被磷脂酶 C（phospholipase C, PLC）水解，產生兩種第二訊息分子：

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

其中：

• $IP_3$（inositol 1,4,5-trisphosphate，肌醇 1,4,5-三磷酸）為水溶性分子，會擴散至細胞質。
• $DAG$（diacylglycerol，二酸甘油酯）具有疏水性，留在細胞膜上。
• $IP_3$ 會與內質網上的 $IP_3$ receptor 結合，促進 $\ce{Ca^{2+}}$ 釋放。
• $DAG$ 與 $\ce{Ca^{2+}}$ 共同活化 protein kinase C（PKC）。

解題方法

判斷本題的關鍵是觀察反應產物。題目明確指出由 $PIP_2$ 產生 $IP_3$ 和 $DAG$，這是典型的 PLC 反應。

PLC 切斷的是 $PIP_2$ 中甘油骨架與磷酸肌醇之間的磷酸二酯鍵，使分子分成：

1. 含有肌醇三磷酸的 $IP_3$；
2. 保留兩條脂肪酸鏈的 $DAG$。

在訊息傳遞路徑中，常見流程為：

$$\text{Hormone} \rightarrow \text{receptor} \rightarrow \text{G protein 或 tyrosine kinase} \rightarrow \text{PLC} \rightarrow PIP_2 \rightarrow IP_3 + DAG$$

例如，$\ce{G_{\alpha q}}$ 蛋白活化後可刺激 PLC-$\beta$；某些受體酪胺酸激酶則可透過磷酸化活化 PLC-$\gamma$。

選項分析

(A) Phospholipase A：錯誤

核心觀念

本題考查前列腺素（prostaglandins, PGs）的：

1. 前驅脂肪酸來源
2. 系列分類（series）
3. 合成途徑
4. 對平滑肌與子宮生理功能的影響

細胞膜磷脂受到刺激後，由 phospholipase A₂（磷脂酶 A₂）釋放花生四烯酸（arachidonate, arachidonic acid）。其主要合成途徑如下：

$$\text{膜磷脂} \xrightarrow{\text{phospholipase A}_2} \text{arachidonic acid} \xrightarrow{\text{COX-1/COX-2}} \text{PGG}_2 \xrightarrow{\text{peroxidase}} \text{PGH}_2$$

其中 $\ce{PGH2}$ 再經不同的 prostaglandin synthases（前列腺素合成酶）轉變為：

• $\ce{PGE2}$
• $\ce{PGF2\alpha}$
• $\ce{PGI2}$（prostacyclin，前列環素）
• $\ce{TXA2}$（thromboxane A₂，血栓烷）

花生四烯酸屬於 $\omega$-6 多元不飽和脂肪酸，主要產生 series 2 prostaglandins。

解題方法

判斷本題的關鍵是先建立「前驅脂肪酸與 PG 系列」的對應關係：

前驅脂肪酸	主要產生的 PG 系列
Dihomo-γ-linolenic acid（DGLA）	Series 1
Arachidonic acid（花生四烯酸）	Series 2
Eicosapentaenoic acid（EPA）	Series 3

因此，只要確認選項所述的前驅物與 PG 系列是否相符，即可判斷正誤。

選項分析

(A) PGE2 and other series 2 prostaglandins are synthesized from arachidonate.

此項正確。

$\ce{PGE2}$ 中的下標「2」代表其屬於 series 2 prostaglandin，主要由 arachidonic acid 經 cyclooxygenase（COX）途徑合成：

$$\text{Arachidonic acid} \xrightarrow{\text{COX}} \ce{PGG2} \xrightarrow{\text{peroxidase}} \ce{PGH2} \xrightarrow{\text{PGE synthase}} \ce{PGE2}$$

核心觀念

本題考查 tumor suppressor genes（腫瘤抑制基因） 的定義與功能。

腫瘤抑制基因所編碼的蛋白質，通常負責：

• 抑制細胞週期進行與細胞分裂
• 促進 DNA 損傷修復
• 在 DNA 無法修復時誘導 apoptosis（細胞凋亡）
• 抑制異常細胞存活與增殖

因此，腫瘤抑制基因失去功能時，細胞可能失去生長煞車，增加腫瘤形成的機會。其典型特徵通常是 loss-of-function mutation（功能喪失型突變）。

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解題方法

判斷本題可掌握兩個原則：

1. 腫瘤抑制基因是細胞增殖的「煞車」。
2. 其功能喪失會使細胞週期失控，導致腫瘤發生。

代表性的腫瘤抑制基因包括：

• RB1：編碼 retinoblastoma protein（Rb）
• TP53：編碼 p53 protein

Rb 與 p53 分別控制細胞週期的不同關卡：

1. Rb 控制 G1/S checkpoint

在未磷酸化狀態下，Rb 會與 E2F transcription factor（E2F 轉錄因子） 結合，使 E2F 無法啟動 S 期相關基因的轉錄。

當細胞受到生長訊號刺激時：

$$\text{Cyclin D-CDK4/6} \rightarrow \text{Rb phosphorylation}$$

被磷酸化的 Rb 釋放 E2F，E2F 進一步促進 DNA 複製與 S 期基因表現，使細胞進入 S phase。

若 RB1 發生功能喪失型突變，Rb 無法有效抑制 E2F，細胞便可能持續進入細胞週期。

2. p53 回應 DNA 損傷

DNA 損傷時，DNA damage response pathway 會活化：

$$\text{DNA damage} \rightarrow \text{ATM/ATR} \rightarrow \text{Chk1/Chk2} \rightarrow \text{p53 stabilization}$$

穩定化的 p53 會促進 CDKN1A 基因轉錄，產生 p21 protein（p21 蛋白）：

$$\text{p53} \rightarrow \text{p21} \dashv \text{Cyclin-CDK}$$

p21 抑制 cyclin-CDK 複合體，使細胞週期停滯，爭取 DNA 修復時間。若 DNA 損傷嚴重，p53 也可誘導 apoptosis。

若 TP53 發生突變，細胞可能無法停止分裂或啟動凋亡，受損 DNA 便會在細胞中累積。

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選項分析

(A) Encode proteins that normally restrain cell division.

正確。

Tumor suppressor genes 會編碼能夠抑制細胞分裂、限制細胞週期進行的蛋白質，因此被稱為細胞增殖的「煞車」。

例如：

核心觀念

本題考查細胞凋亡（apoptosis）的兩條主要訊息傳遞途徑：

1. 外在途徑（extrinsic pathway）：由細胞膜上的死亡受體（death receptor）接受外來死亡訊號啟動。
2. 內在途徑（intrinsic pathway）：由粒線體（mitochondrion）受到細胞內壓力後釋放 cytochrome c 啟動。

兩條途徑最後都會活化執行型 caspase（executioner caspases），主要包括 caspase-3、caspase-6 與 caspase-7，使細胞產生 DNA 斷裂、細胞核濃縮、細胞膜形成凋亡小體等典型變化。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是將兩個 initiator caspase（啟動型 caspase）與其所屬途徑配對：

凋亡途徑	主要啟動訊號	啟動型 caspase	重要複合體
外在途徑	Death receptor 接受死亡配體	Caspase-8、caspase-10	DISC
內在途徑	粒線體釋放 cytochrome c	Caspase-9	Apoptosome

因此：

• Caspase-8 對應外在途徑
• Caspase-9 對應內在途徑
• Cytochrome c 的釋放是內在途徑的核心啟動事件

依此配對即可判定正確答案為 (C)。

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凋亡訊息傳遞機轉

一、外在凋亡途徑：Caspase-8

外在途徑由細胞外的死亡配體（death ligand）啟動，例如：

• Fas ligand（FasL）
• Tumor necrosis factor（TNF）
• TRAIL

以 FasL 為例，FasL 與細胞膜上的 Fas（CD95）受體結合後，促使 Fas 受體聚集，並招募：

• FADD（Fas-associated death domain）
• Procaspase-8
• Procaspase-10

這些蛋白組成 DISC（death-inducing signaling complex，死亡誘導訊號複合體）。在 DISC 中，procaspase-8 彼此接近並經蛋白水解活化成 caspase-8。

接著：

$$\text{Caspase-8} \longrightarrow \text{Caspase-3, -6, -7}$$

活化的執行型 caspase 會分解細胞骨架、核蛋白及 DNA 修復相關蛋白，使細胞進入凋亡。

在某些細胞中，caspase-8 也能切割 Bid，形成截短型 Bid（tBid）：

$$\text{Bid} \xrightarrow{\text{caspase-8}} \text{tBid}$$

tBid 會作用於粒線體，促進 Bax、Bak 活化，進一步引發 cytochrome c 釋放。因此，外在途徑可與內在途徑交互作用，但 caspase-8 的主要定位仍是外在途徑的啟動型 caspase。

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二、內在凋亡途徑：Caspase-9 與 cytochrome c

內在途徑由細胞內部壓力引發，例如：

• DNA 損傷
• 生長因子缺乏
• 氧化壓力
• 粒線體功能失常
• 內質網壓力

這些刺激會影響 Bcl-2 protein family 的平衡。促凋亡蛋白 Bax 與 Bak 活化後，會使粒線體外膜通透性增加，稱為 MOMP（mitochondrial outer membrane permeabilization）。

核心觀念

本題考查 APC（adenomatous polyposis coli，腺瘤性結腸息肉病）基因的功能、突變後的腫瘤形成，以及小鼠模型的表現型。

APC 是重要的 腫瘤抑制基因（tumor suppressor gene），也是 Wnt／$\beta$-catenin 訊息傳遞路徑的重要調節因子。

在正常細胞中，APC 與 Axin、GSK-3$\beta$（glycogen synthase kinase-3$\beta$）及 CK1（casein kinase 1）組成 $\beta$-catenin destruction complex，使 $\beta$-catenin 被磷酸化後進行泛素化與蛋白酶體降解：

$$\text{APC destruction complex} \longrightarrow \beta\text{-catenin phosphorylation} \longrightarrow \text{ubiquitination} \longrightarrow \text{proteasomal degradation}$$

當 APC 發生失能突變時，$\beta$-catenin 不易被分解，會在細胞內累積並進入細胞核，與 TCF／LEF（T-cell factor／lymphoid enhancer factor）轉錄因子結合，促進 c-Myc、Cyclin D1 等細胞增殖相關基因的表現，造成腸上皮細胞過度增殖，形成腺瘤性息肉，進一步增加大腸直腸癌風險。

解題方法

題目問的是 NOT correct（不正確），因此要逐一判斷 A～C 是否為正確敘述：

1. APC 是否屬於腫瘤抑制基因？
2. APC 突變是否會造成結腸息肉或大腸直腸癌？
3. 小鼠 APC 突變是否會出現嚴重貧血？

若 A～C 皆正確，則選擇「None of above」，即 D。

選項分析

(A) A tumor suppressor gene

正確。

APC 是典型的腫瘤抑制基因，負責抑制 Wnt／$\beta$-catenin 路徑及調節腸道上皮細胞增殖。APC 功能喪失後，細胞增殖受到解除抑制，容易形成腺瘤性息肉。

核心觀念

本題考查糖解作用（glycolysis）中三個重要調節酵素的變構調節（allosteric regulation）。

糖解作用主要反應路徑為：

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

其中具有重要調節作用的酵素包括：

1. Hexokinase（己糖激酶）
2. Phosphofructokinase-1, PFK-1（磷酸果糖激酶-1）
3. Pyruvate kinase（丙酮酸激酶）

變構調節是指調節分子結合於酵素的變構部位，使酵素構形改變，進而影響其催化活性。此調節分子不一定結合於活性部位。

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解題方法

判斷本題的切入點，是逐一檢查三個酵素是否受到代謝物的變構調節。

糖解作用的三個不可逆反應為：

1. Hexokinase

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

2. PFK-1

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

3. Pyruvate kinase

$$\text{Phosphoenolpyruvate}+\text{ADP} \rightarrow \text{Pyruvate}+\text{ATP}$$

這三個步驟分別位於糖解作用的起始階段、承諾步驟與末端產生丙酮酸的階段，均可接受代謝物的變構調控。因此本題選擇「All of above」。

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選項分析

(A) Hexokinase

正確。

Hexokinase 催化葡萄糖磷酸化：

$$\text{Glucose} \rightarrow \text{Glucose-6-phosphate}$$

其主要受到產物 $\text{Glucose-6-phosphate}$ 的抑制。當細胞內 $\text{Glucose-6-phosphate}$ 累積時，表示後續代謝利用速度下降，Hexokinase 活性會受到抑制，避免葡萄糖持續被磷酸化。

在考試常用的生化分類中，Hexokinase 的產物抑制屬於變構性調節的一種表現。

(B) Phosphofructokinase-1

正確。

PFK-1 催化：

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

這是糖解作用的承諾步驟（committed step），也是最重要的速率限制調節點。

PFK-1 的主要調節因子如下：

核心觀念

本題考查肝醣合成（glycogenesis）的場所、關鍵酵素與反應順序。

肝醣合成的主要流程如下：

$$\ce{Glucose-6-phosphate ->[phosphoglucomutase] Glucose-1-phosphate}$$

接著：

$$\ce{Glucose-1-phosphate + UTP ->[UDP-glucose\ pyrophosphorylase] UDP-glucose + PPi}$$

生成的 UDP-glucose 是肝醣合成的直接供醣基底物。肝醣合成酶（glycogen synthase）將葡萄糖以 $\alpha(1\rightarrow4)$ 鍵接到肝醣鏈上；分枝酶（branching enzyme）則建立 $\alpha(1\rightarrow6)$ 分枝。

肝醣合成還需要 glycogenin（肝醣蛋白）先作為引子，提供初始短鏈，之後由 glycogen synthase 延長。

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解題方法

判斷各選項是否符合肝醣合成的三個重點：

1. 反應發生的主要組織。
2. 反應所需的中間物。
3. 酵素在合成或分解中的功能。

其中最容易辨認的是 glycogen phosphorylase。它是肝醣分解（glycogenolysis）的關鍵酵素，負責切斷肝醣中的 $\alpha(1\rightarrow4)$ 鍵，產生 glucose-1-phosphate，因此不屬於肝醣合成所需的酵素。

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選項分析

(A) Glycogen synthesis mainly happens in the liver.

正確。

肝醣合成主要發生於肝臟與骨骼肌。肝臟合成與儲存肝醣，主要功能是維持血糖；骨骼肌也能合成肝醣，主要供自身運動時使用。

在本題的命題語境中，肝臟是肝醣代謝的代表性主要場所，因此此敘述視為正確。須注意「肝醣合成只發生在肝臟」才是錯誤說法。

(B) Glycogen synthesis requires glycogen phosphorylase and branching enzyme.

錯誤，為本題答案。

分枝酶確實參與肝醣合成，負責形成 $\alpha(1\rightarrow6)$ 分枝；但 glycogen phosphorylase 是肝醣分解酵素，催化肝醣分解：

核心觀念

本題考查糖質新生（gluconeogenesis）的定義、主要反應步驟，以及它與糖解作用（glycolysis）的關係。

糖質新生是指由非醣類前驅物合成葡萄糖的代謝途徑，主要發生於肝臟，部分發生於腎臟。常見前驅物包括：

• 乳酸（lactate）
• 甘油（glycerol）
• 生糖性胺基酸（glucogenic amino acids）
• 丙酮酸（pyruvate）

糖質新生大致沿著糖解作用的反方向進行，但糖解作用中有 3 個高度放能、不可逆的步驟，不能直接逆轉，必須由特殊的繞道反應取代。因此，糖質新生並不是糖解作用的「完全反向」。

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解題方法

判斷本題的關鍵，是先辨認糖質新生的基本定義，再檢查各選項對主要酵素與反應的描述是否正確。

糖解作用的 3 個不可逆步驟及其糖質新生繞道如下：

1. 丙酮酸轉變為磷酸烯醇丙酮酸

糖解作用中的不可逆反應：

$$\text{Phosphoenolpyruvate} \xrightarrow{\text{pyruvate kinase}} \text{Pyruvate}$$

糖質新生需經兩步繞道：

$$\text{Pyruvate} \xrightarrow{\text{pyruvate carboxylase}} \text{Oxaloacetate}$$ $$\text{Oxaloacetate} \xrightarrow{\text{PEP carboxykinase}} \text{Phosphoenolpyruvate}$$

其中 pyruvate carboxylase 位於粒線體，需消耗 ATP；PEP carboxykinase 則需 GTP。

2. 果糖-1,6-二磷酸轉變為果糖-6-磷酸

糖解作用中的反應為：

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

糖質新生則使用 fructose-1,6-bisphosphatase：

$$\text{Fructose-1,6-bisphosphate} \xrightarrow{\text{fructose-1,6-bisphosphatase}} \text{Fructose-6-phosphate} + \ce{Pi}$$

3. 葡萄糖-6-磷酸轉變為葡萄糖

糖解作用的第一步為：

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

糖質新生則使用 glucose-6-phosphatase：

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

因此，選項 B 將糖質新生描述為糖解作用的「完全逆反應」，此說法錯誤。

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選項分析

(A) Glucose molecules are synthesized from non-carbohydrate precursors.

此敘述正確。

糖質新生的定義，就是由非醣類前驅物合成葡萄糖。例如乳酸可先轉變為丙酮酸，丙酮酸再經糖質新生途徑形成葡萄糖；甘油則可轉變為 glycerol-3-phosphate，再進入糖質新生途徑。

因此，A 符合糖質新生的基本定義。

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核心觀念

本題考查 acetyl-CoA（乙醯輔酶 A）在能量代謝中的來源、位置與功能，重點包括：

1. Pyruvate（丙酮酸）如何轉變成 acetyl-CoA
2. Acetyl-CoA 是否能直接穿越粒線體內膜
3. Acetyl-CoA 如何進入 citric acid cycle（檸檬酸循環／TCA cycle）
4. Citrate（檸檬酸）的形成反應

Acetyl-CoA 是醣類、脂質與部分胺基酸分解後匯入能量代謝的關鍵中間物。

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解題方法

判斷本題可依照 acetyl-CoA 進入 citric acid cycle 的順序：

$$\text{Pyruvate} \rightarrow \text{Acetyl-CoA} \rightarrow \text{Citrate} \rightarrow \text{Citric acid cycle}$$

其中：

• Pyruvate 在粒線體基質中由 pyruvate dehydrogenase complex（丙酮酸去氫酶複合體，PDH complex） 催化，轉變成 acetyl-CoA。
• Acetyl-CoA 本身無法直接穿越粒線體內膜。
• 在 TCA cycle 第一步，acetyl-CoA 將乙醯基交給 oxaloacetate（草醯乙酸），形成 citrate。

三個敘述均正確，因此選擇「以上皆是」。

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選項分析

(A) Pyruvate is converted to acetyl-CoA, which then enters the citric acid cycle.

正確。

在有氧條件下，糖解作用產生的 pyruvate 進入粒線體基質，經由 PDH complex 進行 oxidative decarboxylation（氧化脫羧作用）：

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

此反應包含：

1. Pyruvate 脫去一個羧基，釋放 $\ce{CO2}$
2. 剩餘的二碳單位被氧化
3. 二碳乙醯基與 CoA 結合，形成 acetyl-CoA
4. $\ce{NAD+}$ 被還原成 $\ce{NADH}$

PDH complex 包含三個主要酵素：

• E1：pyruvate dehydrogenase
• E2：dihydrolipoamide acetyltransferase
• E3：dihydrolipoamide dehydrogenase

形成的 acetyl-CoA 接著進入 TCA cycle，與 oxaloacetate 反應形成 citrate。

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(B) Acetyl-CoA cannot be transported directly across the mitochondrial membrane.

正確。

細胞質中的 acetyl-CoA 與粒線體內的 acetyl-CoA 之間，不能靠 acetyl-CoA 本身直接穿越粒線體內膜進行運輸。這是因為 acetyl-CoA 分子體積大、帶有帶負電荷的磷酸基團，無法自由擴散通過粒線體內膜。

核心觀念

本題考查：

1. Glutamine（麩醯胺酸）的分解
2. Glutamate dehydrogenase（麩胺酸去氫酶）所產生的 NADH
3. Tricarboxylic acid cycle, TCA cycle（三羧酸循環）
4. NADH、FADH$_2$ 與 ATP 的換算：

$$1\ \ce{NADH}=2.5\ \ce{ATP}$$ $$1\ \ce{FADH2}=1.5\ \ce{ATP}$$ $$1\ \ce{GTP}\approx 1\ \ce{ATP}$$

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解題方法

一、Glutamine 先釋放 $\ce{NH4+}$

Glutamine 經由 glutaminase（麩醯胺酶） 水解：

$$\ce{Glutamine + H2O -> Glutamate + NH4+}$$

此步驟只產生 $\ce{NH4+}$，不產生 ATP、NADH 或 FADH$_2$。

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二、Glutamate 轉變為 $\alpha$-ketoglutarate

Glutamate 接著經由 glutamate dehydrogenase（麩胺酸去氫酶） 進行氧化性去胺基作用：

$$\ce{Glutamate + NAD+ + H2O -> \alpha-Ketoglutarate + NH4+ + NADH + H+}$$

此步驟產生：

• $1$ 個 NADH
• $1$ 個 $\ce{NH4+}$

因此可產生：

$$1\times 2.5=2.5\ \ce{ATP}$$

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三、Glutamine 的碳骨架進入 TCA cycle

Glutamine 含有 $5$ 個碳，其碳骨架經由 glutamate 轉為 $\alpha$-ketoglutarate 後，進入 TCA cycle 完全氧化。

本題的命題計算方式，是將 $5$ 個碳視為 $2.5$ 個 acetyl-CoA（乙醯輔酶 A）所對應的氧化量。

每 $1$ 個 acetyl-CoA 完整進行一輪 TCA cycle，可產生：