2020生物化學超詳解

【作者序】
生物化學是以化學的觀點，來解釋生物分子間的交互作用，在許多生命科學與醫學領域中，生物化學是不可或缺的基礎科學，這點可以從各大研究所考試、國家考試，甚至近年的學士後西醫考試來應證；但生物化學涵蓋的層面廣泛，學習上具有一定難度，而學習過程中記憶與理解同等重要，但更重要的是藉由正確的觀念引導，讓學習者有正確的思考方式。

學士後西醫考試自民國106年以來，納入生物化學考科迄今已三年，本書共整理了三年內所有試題，將每個選擇題的觀念詳細解說，以申論題的方式延伸整合所有觀念；將每一個試題當作基準點，向外擴成一個面，每個解題的面向涵蓋深度與廣度，相信各位可以從閱讀本書的過程中有所體會；筆者在生物化學領域研究與教學二十年，衷心期望能將這些經驗與觀念藉由本書分享給各位，也請讀者不吝給予指教。

最後感謝高元文教機構的李主任與各位辛苦的夥伴們，讓這本書可以順利出版，也謝謝一路支持我的老朋友、同學與讀者們，你們總是如此堅持與努力，在此祝福你們考試順利、金榜題名。

高雄醫學大學108年 後醫生化概論 試題解析

第一部份【單選題】每題 1 分。答錯 1 題倒扣 0.25 分

<試題答案> (B) a high kcat
<試題解析>
Turnover number 也稱kcat，用於表示每莫耳酵素在某一單位時間內將受質轉換為產物的分子數目(或稱為催化次數)，為單位時間的倒數以 (S-1) 表示，例如: Catalase的Turnover number表示為 40000000 (S-1)，表示Catalase在每秒鐘可催化 40000000次，kcat也是評估酵素催化能力參考因素之一。

<試題出處與觀念引導>
此試題出自酵素章節酵素動力學，根據 Michaelis-Menten酵素動力學公式，針對題目選項進行以下說明:
 
1. Km:達到最大催化速率的一半時，所需的 [S] 濃度，因此 Km 越小親和力越大，Km是酵素與基質間親和力的指標，具有濃度單位M。
2. Vmax: 在受質完全充足情況下(此時受質濃度遠大於Km)，酵素所能催化的最高反應速率稱之。
3. Vmax值所代表的是在一個反應之中所有酵素的催化能力，若要探討每莫耳酵素的催化力，則必需得知酵素濃度，利用以下公式求得kcat。
 
 

4. kcat 又稱為Turn over number / molecular activity = 單位時間內每莫耳酵素所能催化的基質數 (莫耳數)。
5. 評估酵素整體能力的指標為: kcat/ Km，又稱為specificity constant，因為kcat越大越好，Km越小越好，因此kcat / Km數值越大表示酵素能力越佳，
注意: specificity constant 並不等於specific activity (SA)，specific activity用來表酵素的純度 ( SA = TA/mg )，簡單而言:比活性(SA)=總活性(TA)/酵素mg。

<試題答案> (D) 2,3-BPG does not affect the binding of O2 with myoglobin.
<試題解析>
Myoglobin為三級結構蛋白質，Myoglobin結構中不存在2,3-BPG結合位，因此不受2,3-BPG影響。

<試題出處與觀念引導>
此試題出自於蛋白質功能章節，在眾多版本的生物化學原文書中，幾乎都是以myoglobin (簡稱Mb) 與 hemoglobin (簡稱Hb)為範例，解釋蛋白質三級與四級結構的差異，因為兩者都具有heme結構，都能結合氧分子。
Mb與Hb 都屬於hemoprotein，被認為在演化上有相同的起源，Mb為單一多胜鏈，屬於三級結構球蛋白，僅存在一種二級結構為 -helix，Mb中含有一個heme結構，heme結構中具有二價鐵離子，因此可結合一個氧分子；將Mb與氧結合進行親和力分析，圖形呈現hyperbola，此種圖形顯示Mb與氧分子具有高親和力，不受其他分子影響，因此不受2,3-BPG影響，也不具有調控現象、不具有協同性。
Hemoglobin 結構屬於四級結構球蛋白，共有四個次單位組成(22)，每個次單位都結合一個heme結構，因此一個hemoglobin可以結合四個氧分子，也因為hemoglobin有四個次單位組成，次單位之間的交互作用力量為非共價性，因此在結構上保有調控的彈性，這常是四級結構中的一大特色，因此組成四級結構的蛋白質，除了某些特殊的胞外蛋白質具有雙硫鍵(共價鍵)之外，大部分四級結構蛋白質的次單位之間都是以非共價力量結合為主。
Hemoglobin調控作用最重要的例子是2,3-BPG，紅血球中的2,3-BPG可以被Hb結合，結合位置是由 次單位所構成，一個Hb可結合一個2,3-BPG，2,3-BPG可以穩定Hb的缺氧T state，因此有助於Hb釋放氧分子；相似的現象也發生於質子(H+)結合Hb所引發的Bohr effect。

 109年第一次專門高等考試醫師考試
科目名稱：醫學(一)

生物化學試題解析

(第74題~第100題)

<試題答案> (B)丙胺酸-丙胺酸-色胺酸(Ala-Ala-Trp)
<試題解析>
芳香族胺基酸中在280 nm波長有較強吸光性質的為Tyr 與Trp, 在260 nm 波長則為Phe, 選項僅有B符合此原則。

<觀念引導>
此試題出自於胺基酸結構章節，芳香族胺基酸(Phe, Tyr與Trp )可因側鏈R基團環狀結構而具有吸光特性，在280 nm波長具吸光性質的為Tyr 與Trp，在260 nm 波長則為Phe，生化分析工作常利用此種原理以A280(UV-light 280nm波長的吸光值)測定蛋白質濃度，雖然大部分蛋白質中芳香族胺基酸出現的比例不高，但是普遍都會具有少數芳香族胺基酸，因此可利用此原理測定蛋白質濃度。
 
<試題答案> (C)可降低化學反應的活化能(activation energy, ΔG‡)
<試題解析>
化學反應發生所需克服的能量障礙稱為活化能，生物化學反應中受質要轉變成產物必須克服活化能障礙，沒有酵素催化的情況下難以發生，酵素能將受質催化形成產物，即是因為降低活化能順利越過能量障礙。

<觀念引導>
此試題出自於酵素章節，自然界中的酵素中除了少數具有催化活性的RNA分子外，大部分的酵素為蛋白質組成，酵素具備催化能力，可由下列五項重要特性解釋說明之：
1. 酵素催化時可降低反應活化能，但不改變平衡。
2. 酵素可利用結合能降低活化能，使受質越跨過過度狀態。
3. 結合能來自酵素與受質間的非共價結合力，提供專一性與催化能力。
4. 酵素本身具有活化區，活化區具有可協助化之胺基酸，這類胺基酸常具有極
性(polar)。
5. 酵素至少可具有三種催化機制: (1) 基礎酸鹼催化。(2) 共價性催化。(3)金屬
離子催化。

<試題答案> (D)transferase
<試題解析>
試題中所敘述的反應是糖解作用中第一步驟，由hexokinase 所催化glucose的磷酸化反應，生物化學中催化的磷酸化反應的酵素稱為激酶(kinase)，屬於酵素分類中的第二大類轉移酶類 (transferase)。

<觀念引導>
根據IUBMB所提議的酵素分類方法中，目前最新的分類可將酵素分成七大類，依照類別的排序分別是：
酵素分類編號 酵素名稱 催化反應類型
1 氧化還原酶
(Oxidoreductase) 催化電子、氫離子或氫原子的移轉反應
2 轉移酶 (Transferase) 官能基、化學集團之移轉反應
3 水解酶 (Hydrolase) 水解反應(將官能基移轉至水分子)
4 裂解酶
(Lyase) 將官能基加至雙鍵(形成單鍵)
或移除官能基產生雙鍵
5 異構酶 (Isomerase) 轉移分子中的官能基產生異構物
6 連結酶
(Ligase) 藉由ATP (高能物質)水解反應偶合形成共價鍵的縮和反應
7 轉位酶 (Transloase) 將離子或分子轉移穿過膜結構
(分子或離子由原區域移轉至新區域)
註：IUBMB (International Union of Biochemistry and Molecular Biology)