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醫療類申論題 111年 [營養師] 生理學與生物化學

第 一 題

📖 題組:
請說明下列各項目:(每小題 3 分,共 12 分) (一)分子篩層析(size-exclusion chromatography)分離蛋白質的原理暨其蛋白質溶離的順序。 (二)清潔劑造成蛋白質變性之原理。 (三)酵素加速反應進行之原理。 (四)人體無法將脂肪轉換為葡萄糖,而植物卻可由脂肪合成葡萄糖之原因。
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

分子篩層析(size-exclusion chromatography)分離蛋白質的原理暨其蛋白質溶離的順序。

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說明分子篩(凝膠過濾層析)利用多孔性膠體顆粒進行分離的機制。大分子不入孔、小分子入孔。依據此特性推導出洗提(溶離)順序為大分子先出、小分子後出。

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(直接精簡作答,不加多餘標題)

  1. 原理:層析管柱內填充具特定孔徑的多孔性膠體顆粒(固定相)。當蛋白質混合液流經管柱時,不同大小的蛋白質路徑不同;較小的蛋白質會進入顆粒孔洞內,流經路徑較長、移動速度慢;較大的蛋白質分子因立體障礙無法進入孔洞,只能由顆粒間隙流過,路徑較短、移動速度快。
  2. 溶離順序:分子量最大的蛋白質最先被溶離出來,分子量最小的蛋白質最後被溶離出來(由大至小)。

小題 (二)

清潔劑造成蛋白質變性之原理。

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解釋清潔劑(如 SDS)的兩親性結構如何破壞蛋白質內部的非共價鍵(特別是疏水性交互作用),導致蛋白質三度空間結構展開。

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(直接精簡作答,不加多餘標題) 清潔劑分子(如 SDS)具有「兩親性」(Amphipathic)特徵,含有一端疏水性尾部與一端親水性頭部。其破壞原理在於:清潔劑的疏水性尾部會插入蛋白質摺疊結構內部的疏水性核心,破壞維持蛋白質三級結構的重要力量——疏水性交互作用。這使得蛋白質多肽鏈展開失去原有活性(變性),同時清潔劑外露的親水性頭部會與水分子結合,使變性後的蛋白質仍能維持可溶於水的狀態。

小題 (三)

酵素加速反應進行之原理。

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說明酵素不改變反應自由能(ΔG),而是透過降低活化能(Ea)來加速化學反應,並提及穩定過渡態的概念。

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(直接精簡作答,不加多餘標題) 酵素加速反應的核心原理在於「降低化學反應的活化能(Activation energy, Ea)」。 酵素能提供一具有特異性的活性位(Active site),藉由:(1)將受質分子拉近並固定在有利於反應的相對方向(接近與定向效應);(2)提供微環境(如酸鹼催化);(3)與過渡態緊密結合以穩定過渡態(Transition state stabilization),從而大幅降低跨越反應能障所需的能量,顯著提升反應速率。酵素本身不改變反應前後的自由能變化量(ΔG)。

小題 (四)

人體無法將脂肪轉換為葡萄糖,而植物卻可由脂肪合成葡萄糖之原因。

思路引導 VIP

比較人體與植物代謝途徑的差異。人體無乙醛酸循環,乙醯輔酶A 進入 TCA 循環會脫碳流失;植物則擁有乙醛酸循環(存在於乙醛酸循環體),能跳過脫碳反應,將乙醯輔酶A淨合成為葡萄糖前驅物。

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(直接精簡作答,不加多餘標題) 主要原因在於「乙醛酸循環(Glyoxylate cycle)」的有無:

  1. 人體:脂肪酸氧化產生的乙醯輔酶A(Acetyl-CoA)進入檸檬酸循環(TCA cycle)後,其兩個碳原子會以 CO₂ 形式完全釋放,無法產生淨草醯乙酸;且丙酮酸去氫酶(PDH)反應不可逆,Acetyl-CoA 無法逆轉為丙酮酸,故無法進行糖質新生。

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