生物化學　申論題歷屆試題與參考架構

人類血紅蛋白（hemoglobins）是由兩個不同的多肽亞基（polypeptide。試以α、β、γ、δ等希臘字母用於指subunits）組成的四聚體（tetramers）定每個子單元，標明主要血紅蛋白HbA、HbF、HbS及HbA2的亞基組成，並說明其存在何種的人體紅血球中？試問糖化血紅蛋白HbA1c醣化發生的位置及其形成的過程？同時列舉兩種目前主要運用於醫學檢驗的實驗室方法。（20分）

（20 分）

當人體處於飢餓狀態，或葡萄糖供應不足，造成血糖濃度低時，肝臟就會進行肝醣分解（glycogenolysis）生成葡萄糖釋出，以供身體利用，並且使血糖維持在穩定的濃度。試列舉肝醣分解的過程，由肝醣（glycogen）分解成葡萄糖（glucose）時，需有那5種酵素參與？會有那2種中間產物產生？可受那3種激素影響？（20分）

（20 分）

試問人體血漿中的脂蛋白質（lipoproteins）其主要的生理功能為何？就此說明其所需具備的結構為何？而依照其密度由小到大，及分子由大到小，可分為那4大類？並請分別說明其在人體中主要合成的部位或來源？（20分）

（20 分）

維生素（vitamins）是維持生命體活動過程中所必需的一類微量的小分子有機化合物，一般是以其本體形式或以能被利用的前體形式存在於天然食物中。試問脂溶性維生素（lipid soluble vitamins）共有幾種？其中那一種之主要取得途徑不是經由食物取得？此維生素主要取得的途徑為何？請說明其合成（synthesized）的過程？其代謝（metabolized）的過程，主要功能是控制體內何種礦物質（mineral）的動態平衡（homeostasis）？其本身的代謝又受血漿（plasma）中那些礦物質濃度的因素調節？（15分）

（15 分）

新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）感染造成的新冠肺炎已經讓將近50餘萬人死亡，雖然致死率低於嚴重急性呼吸道症候群（SARS）或中東呼吸症候群冠狀病毒感染症（MERS），但因為傳播力非常強，專家學者也推測接下來的新冠肺炎極有可能會演變成類似「流感」的狀況。因此「疫苗」的研發似乎變得非常重要，請說明傳統疫苗之減毒活疫苗（live-attenuated vaccines） 、滅毒死疫苗（inactivated vaccines）、重組蛋白疫苗（recombinant、去氧核醣核酸疫苗（DNA vaccines）protein vaccines） 、核醣核酸疫苗（RNA vaccines），其開發製作的設計原理與優缺點。（25分）

（25 分）

請回答下列有關蛋白質的問題：（每小題 5 分，共 20 分）

（一）解釋可用波長 280 nm 分析蛋白質濃度的原理。

（二）研究人員純化蛋白質 A 後，進行蛋白質活性分析時並未成功；再利用半通透膜進行透析後，再次進行分析，成功分析到蛋白質活性，請說明為何。

（三）已知蛋白質 B 具有酵素活性，然而在沒有銅（Cu）、鋅（Zn）離子環境下和受質反應，無酵素催化作用。其原因為何？

（四）內有蛋白質 C 的樣品經瞬間加熱後，再冷卻回復至室溫，樣品內仍具有 40%蛋白質 C 活性。其原因為何？

（20 分）

環氧合成酶（PGH synthase；PGHS）是合成前列腺素很重要的酵素之一。有兩種不同 PGHS，即 PGHS1（或稱為 COX-1）與 PGHS2（或稱為 COX-2） 。（每小題 5 分，共 20 分）

（一） PGHS 的反應物為何？

（二）反應物的前驅物質為何？

（三） 因 前 列 腺 素 參 與 組 織 發 炎 ， 指 出 非 類 固 醇 消 炎 藥 （Non-steroidal anti-inflammatory drug；NSAID）是作用於何種 PGHS？

（四）前列腺素的分解代謝主要發生在何種器官？

（20 分）

植物如何透過脂肪酸和乙醛酸循環（glyoxylate cycle） ，結合檸檬酸循環（citric acid cycle），合成醣類（請指出發生反應的胞器）？（25 分）

（25 分）

空腹（fasting）期間：

（一）那一激素會參與血糖濃度的調控？（5 分）

（二）請說明該激素如何參與三酸甘油酯（triacylglycerol）的水解。（10 分）

（三）該激素在那種器官進行酮體（ketone bodies）生成？（5 分）

（四）酮體可以提供那種器官當作產生能量的分子？（5 分）

（25 分）

今有一抗癌藥物 X 能有效殺死原發性的癌細胞，卻無法有效殺死轉移性的癌細胞，請提出有可能的原因。 （10 分）

（10 分）

一般蛋白質的磷酸化在那三種胺基酸上？（9 分）組蛋白（histone）的那一種鹼性胺基酸（3 分）被甲基化或乙醯化，在基因的調控上會起何作用？（8 分）

（20 分）

請畫出膽固醇的結構、（5 分）列舉 3 種膽固醇的生理功用，（10 分）並說明 statin 治療高膽固醇血症的原理。（5 分）

（20 分）

分別就下列胺基酸的特性，各舉 2 種胺基酸：（每小題 4 分，共 20 分）

（一） Nonpolar, aliphatic

（二） Aromatic

（三） Polar, uncharged

（四） Positively charged

（五） Negatively charged

（20 分）

說明下列純化蛋白質的原理及應用： （每小題 5 分，共 10 分）

（一） Gel filtration

（二） Metal chelate affinity chromatography

（10 分）

請列舉 3 種方法將外來 DNA 轉染（transfection）送入真核細胞以進行基因表現，（6 分）並試述其步驟和原理。（9 分）

（15 分）

三酸甘油酯（triglyceride, TG）的成分為何？（5 分）在小腸內和血液中如何進行新陳代謝？並說明其生理功能。（10 分）

（15 分）

大腸桿菌長約 2 微米（μm），直徑約 0.8 微米（μm），大腸桿菌是圓柱狀，假設符合體積公式 V = 3.14 × r 2h，且一莫耳分子數（Avogadro’s number）= 6 × 1023。

（一）菌內的葡萄糖濃度約 1 mM，請問每隻大腸桿菌約含有多少個葡萄糖分子？（5 分）

（二）假設每隻大腸桿菌只含一個調控蛋白 M。請問此 M 蛋白在菌內的濃度是多少mg/mL（假設此 M 蛋白分子量是 40 kD）？（5 分）

（10 分）

除了琥珀酸脫氫酶（succinate dehydrogenase）外，參與糖解（glycolysis）代謝與檸檬酸循環（citric acid cycle）的其他脫氫酶都使用 NAD+作為電子接受體（electron acceptor），請說明琥珀酸脫氫酶為何是使用共價結合的 FAD 作為電子接受體（可從脫氫酶所催化的化學反應所需能量及電子轉移機制來說明）？（10 分）

（10 分）

（一）請寫出從乙醯-CoA（acetyl-CoA）到膽固醇前驅物 squalene 合成之總體反應式（包含反應物及產物的種類及數量） 。（請先列出每個反應式，再總結所有反應式。） （10 分）

（二） cis -11-Heptadecenoic acid 是一種含十七個碳的不飽和脂肪酸，其唯一雙鍵位於第十一與第十二個碳之間（a 17-carbon fatty acid with a double bond between carbons 11 and 12），請計算並說明此不飽和脂肪酸完全氧化（轉成水與二氧化碳）會產生幾個 ATP？（10 分）

（20 分）

請說明為何質子動力（proton-motive force）在粒線體主要是來自膜電位（membrane potential），而在葉綠體則是主要來自 pH 梯度（pH gradient）？（10 分）

（10 分）

許多蛋白質會結合到特定核苷酸序列的雙股 DNA，例如限制酶（restriction enzyme），而基因調控及蛋白質表現也常透過這種蛋白質與雙鏈 DNA 的交互作用所調控。請說明：

（一）這些蛋白質如何與雙股 DNA 產生那些非共價交互作用力？（5 分）

（二）這些蛋白質又如何辨識到特定核苷酸序列的雙股 DNA？（5 分）

（10 分）

DNA、RNA 是核苷酸經由糖-磷酸主鏈的生成而形成的核苷酸聚合物。請說明：

（一）核苷酸中的糖所扮演的功能？（4 分）

（二）核苷酸中的糖為何是核糖（ribose），而不是葡萄糖（glucose）？（4 分）

（三） DNA 的 2-脫氧核糖（2-deoxyribose）與 RNA 的核糖（ribose），造成了這兩種聚合物那些不同的特性及功能？（7 分）

（15 分）

混合 150 mL 的 1 M 乙酸溶液（acetic acid，pKa = 4.7）與 50 mL 的 0.1 M 乙酸鈉（sodium acetate），請計算此混合溶液的 pH 值。（10 分）

（10 分）

請列舉至少五個，在肝臟中，脂肪酸（fatty acid）所參與的主要代謝途徑。（15 分）

（15 分）

詳述真核生物如何將 DNA 逐步壓縮組裝成細胞核內的染色體。（20 分）

（20 分）

說明維生素 C（L-ascorbic acid）缺乏導致壞血病（scurvy）的生化反應機制。（15 分）

（15 分）

細 胞 會 表 現 出 大 量 帶 有 組 胺 酸 標 記 （ histidine-tag） 的 基 因 重 組 水 溶 性 蛋 白 質（recombinant soluble protein），說明分離、純化與快速檢定此蛋白質的步驟及原理。（20 分）

（20 分）

（一）盤尼西林（penicillin）可以抑制細菌細胞壁的合成，請說明其抑制機制。（5 分）

（二）說明抗藥性細菌如何使盤尼西林失效的作用機制。（5 分）

（三）克拉維酸（clavulanic acid）可以抑制抗盤尼西林細菌，請說明其抑制機制。（5 分）

（四）溶菌酶（lysozyme）可以使細菌細胞壁裂解，請說明此酵素作用機制。（10 分）

（25 分）

說明乳糜粒（chylomicron）的組成、其形成與代謝過程。（20 分）

（20 分）

請問 S-腺嘌呤苷甲硫胺酸（S-adenosyl methionine）是如何由甲硫胺酸（methionine）合成而來？S-腺嘌呤苷甲硫胺酸在生化反應中的重要作用為何？S-腺嘌呤苷甲硫胺酸如何代謝成甲硫胺酸？這些反應需要那些維生素參與？（25 分）

（25 分）

在不攝食醣類的情況下，人體可利用那些物質進行葡萄糖生成（gluconeogenesis）？人體的那些器官可以進行葡萄糖生成？（15 分）

（15 分）

請問胰島素（insulin）對脂肪組織中葡萄糖及脂肪的代謝有何調節作用？（20 分）

（20 分）

膽固醇雖然是引起動脈粥狀硬化的重要因子，但在人體膽固醇卻是不可或缺的物質，請問膽固醇在人體有何重要功能？在細胞中膽固醇以何種形式存在？存在何處？（20 分）

（20 分）

請說明基因多型性（genetic polymorphism）在遺傳學上的重要性及在預防醫學上的應用。（20 分）

（20 分）

解釋名詞：（每小題 4 分，共 20 分）

（一） Cori cycle

（二） dihydroxyacetone phosphate / glycerol-3-phosphate shuttle

（三） Edman degradation

（四） semiconservative replication

（五） Bohr effect

（20 分）

請以生化、生理或營養之觀點闡述下列名詞彼此間的關係。（每小題 5 分，共 20 分）

（一） chemiosmotic coupling & oxidative phosphorylation

（二） ubiquitinylation & protein turnover

（三） oxidative LDL & atherosclerosis

（四） pentose phosphate pathway & hemolytic anemia

（20 分）

請依序說明酵素丙酮酸脫氫酶複合體（pyruvate dehydrogenase complex）：（每小題 5 分，共 20 分）

（一）生理、生化的重要性。

（二）所催化的反應（包括所需之反應物及產物）。

（三）所需輔酶及其相對應維生素之種類。

（四）酵素活性之調控機制。

（20 分）

請定義蛋白質之一級結構（primary structure）、二級結構（secondary structure）、三級結構（tertiary structure）、四級結構（quaternary structure），再說明維持各級結構之鍵結力（共價鍵及非共價交互作用），各鍵結力需舉例說明。（20 分）

（20 分）

在細胞中有不同種類之 RNA，請任舉五種並加以敘述其特性及功能性。（20 分）

（20 分）