109 調查局特考三等 醫學鑑識組 生物化學 考古題詳解

核心觀念

本題考蛋白質四級結構的判別，以及肌紅素與血紅素的結構特徵。判斷時要區分「單一多胜肽鏈的摺疊」與「多條多胜肽鏈組成的複合體」：

• 一級結構：胺基酸排列順序。
• 二級結構：多胜肽局部規則排列，例如 α 螺旋、β 摺板。
• 三級結構：單一多胜肽鏈的整體三維摺疊。
• 四級結構：兩條以上多胜肽鏈組成的蛋白質，其次單元的排列方式。

解題方法

先辨認兩種蛋白質的主要二級結構，再依多胜肽鏈數目判斷結構層級。肌紅素由單一多胜肽鏈摺疊而成；血紅素則由多個次單元組成。最後，將肌紅素中與 heme 鐵離子形成配位作用的胺基酸，連結到其側鏈結構辨認。

各小題解析

（一）肌紅素與血紅素的主要二級結構

兩者的主要二級結構都是 α 螺旋。肌紅素以 α 螺旋為主；血紅素的各個次單元也以 α 螺旋為主。

（二）肌紅素的蛋白質結構層級

肌紅素由一條多胜肽鏈摺疊形成，具有明確的三級結構。因此，題目若問肌紅素的整體蛋白質結構，答案是 三級結構。

（三）血紅素的蛋白質結構層級

血紅素由多個多胜肽次單元組成，整體次單元排列屬於 四級結構。各次單元本身也各有三級結構，但題目問的是血紅素整體的層級，應答四級結構。

（四）肌紅素中參與 heme 交互作用的極性胺基酸

核心觀念

醣解作用是細胞質中將一分子葡萄糖分解為兩分子丙酮酸的代謝途徑。過程中會消耗 ATP，也會產生 ATP 與 NADH；題目第二小題則考丙酮酸在不同氧氣條件及物種中的三種主要去路：有氧氧化、乳酸發酵及酒精發酵。

解題方法

先確認醣解作用的起始物與直接終產物，再依丙酮酸後續代謝所需條件，分別說明反應位置、反應方向與主要產物。

（一）醣解作用的初反應物與終產物

初反應物為一分子葡萄糖。醣解作用的主要碳骨架終產物為兩分子丙酮酸：

若列出整體反應的能量與氧化還原產物，淨反應可表示為：

因此，每分子葡萄糖經醣解作用淨產生 $2$ 分子 ATP、$2$ 分子 NADH，以及 $2$ 分子丙酮酸。ATP 的淨產量是扣除前段消耗的 $2$ 分子 ATP 後所得。

（二）丙酮酸的三種主要後續代謝

1. 有氧條件：丙酮酸氧化並進入檸檬酸循環

在真核細胞中，丙酮酸進入粒線體基質，由丙酮酸去氫酶複合體進行氧化脫羧，生成乙醯輔酶 A、二氧化碳及 NADH：

核心觀念

酮體是肝臟在脂肪酸分解旺盛時，由乙醯輔酶 A 合成的水溶性燃料，主要包括三種物質：

1. 乙醯乙酸（acetoacetate，亦稱乙醯乙酸根）
2. β-羥基丁酸（β-hydroxybutyrate，亦稱 3-羥基丁酸）
3. 丙酮（acetone）

其中 β-羥基丁酸的結構含羥基，並非化學分類上的酮；但它和乙醯乙酸、丙酮同屬生理學所稱的酮體。

解題方法

本題是辨認酮體的種類並畫出結構式。畫式時，先以四個碳的丁酸骨架為基礎，再依官能基位置標示：乙醯乙酸在第 3 個碳有酮基，β-羥基丁酸在第 3 個碳有羥基，丙酮則是三碳酮。

三種酮體的結構式

核心觀念

三酸甘油脂循環（triglyceride cycle，也稱 triglyceride–fatty acid cycle）是指脂肪細胞內的三酸甘油脂不斷經歷分解成游離脂肪酸與甘油，再將部分游離脂肪酸重新酯化合成三酸甘油脂的循環。

它考的是脂肪組織中脂解與再酯化如何同時進行，以及此循環如何調節脂肪酸釋出與能量代謝。循環並非單純讓脂質原樣往返：脂解時釋出的脂肪酸，有一部分離開脂肪細胞供其他組織利用，其餘部分則重新酯化回三酸甘油脂。

解題方法

作答可依「脂解 → 脂肪酸去向 → 再酯化 → 生理意義與調控」說明。

1. 脂解：三酸甘油脂分解

脂肪細胞中的三酸甘油脂（TAG）經脂解酵素逐步水解，先形成二酸甘油脂（DAG），再形成單酸甘油脂（MAG），最後產生甘油及游離脂肪酸（FFA）。主要酵素依序包括脂肪細胞三酸甘油脂脂解酶（ATGL）、荷爾蒙敏感性脂解酶（HSL）及單酸甘油脂脂解酶（MGL）。

脂解增加時，脂肪酸可釋入血液，與白蛋白結合後運送至其他組織，作為氧化供能的原料；甘油則可經血液運至肝臟，參與糖質新生或其他代謝途徑。

2. 脂肪酸再酯化：回到三酸甘油脂

脂解產生的部分 FFA 在脂肪細胞內被活化成脂肪醯輔酶 A（fatty acyl-CoA），再與甘油-3-磷酸（glycerol-3-phosphate）逐步酯化，重新合成 TAG：

核心觀念

本題考聚合酶鏈鎖反應（PCR）的基本循環，以及 DNA 熔解溫度 $T_m$ 的意義。PCR 利用反覆改變溫度，使雙股 DNA 解開、引子與模板結合，再由耐熱 DNA 聚合酶延伸引子，達到特定 DNA 片段的選擇性增幅。

解題方法

（一）PCR 循環的三個步驟

1. 變性（denaturation） 將反應液加熱至約 $94$–$98^\circ\mathrm{C}$，破壞互補股之間的氫鍵，使雙股 DNA 分離成單股模板。

2. 引子黏合（annealing） 降溫至適合引子與模板互補配對的溫度，常約為 $50$–$65^\circ\mathrm{C}$。引子會結合在目標區段兩側的互補序列，其 $3'$ 端朝向待增幅區域，提供 DNA 聚合酶合成所需的起始端。

3. 延伸（extension／elongation） 調至耐熱 DNA 聚合酶的適宜作用溫度；以常用的 Taq DNA polymerase 為例，約為 $72^\circ\mathrm{C}$。聚合酶自引子的 $3'$ 端延伸，依模板序列加入核苷酸，合成新 DNA 鏈。

上述三步驟構成一個循環。重複多次後，目標片段數量大幅增加；理想情況下每循環約倍增，$n$ 個循環後的產物量約與 $2^n$ 成正比。

（二）DNA 的 $T_m$

$T_m$ 是 DNA 雙股解離過程中的熔解溫度，定義為在特定溶液條件下，約有一半 DNA 分子呈雙股、另一半呈單股時的溫度。