分科測驗
114年
生物
第 23 題
📖 題組：
單細胞綠藻透過光敏感離子通道的作用，產生對光的行為反應。在特定波長光線刺激下，光敏感離子通道蛋白產生構形變化，使通道開啟，讓陽離子通過，使藻類細胞的膜電位產生變化，影響對光的行為反應。科學家利用光敏感離子通道的特性，發展出「光遺傳技術」，使小鼠腦部特定的神經細胞具有光敏感離子通道，再將光纖管引入腦中，即可以用光的開或關來控制這些神經細胞的活性。這個革命性的技術發展，使神經生物學家能以前所未有的方法，來研究神經系統的運作。利根川進教授團隊即是以光遺傳技術來研究記憶形成的機制。 由先前研究中得知，剔除海馬迴內一群特定神經細胞後，小鼠會失去記憶能力，以致無法進行制約學習。為進一步證明這群細胞與記憶能力形成的關係，利根川進教授團隊使這群神經細胞具有光敏感離子通道，再給予小鼠制約學習訓練，同時也以光刺激這群神經細胞。經過一段時間的休息之後，無須給予外在刺激，只要對小鼠腦部施以光照就能引起專一的制約行為反應。若在進行制約學習時，沒有同步以光刺激這群神經細胞，則無法單以光刺激誘發此制約行為反應。 藉由這些結果，研究者推斷這群神經細胞與生成制約行為所需的記憶有關。
單細胞綠藻透過光敏感離子通道的作用，產生對光的行為反應。在特定波長光線刺激下，光敏感離子通道蛋白產生構形變化，使通道開啟，讓陽離子通過，使藻類細胞的膜電位產生變化，影響對光的行為反應。科學家利用光敏感離子通道的特性，發展出「光遺傳技術」，使小鼠腦部特定的神經細胞具有光敏感離子通道，再將光纖管引入腦中，即可以用光的開或關來控制這些神經細胞的活性。這個革命性的技術發展，使神經生物學家能以前所未有的方法，來研究神經系統的運作。利根川進教授團隊即是以光遺傳技術來研究記憶形成的機制。 由先前研究中得知，剔除海馬迴內一群特定神經細胞後，小鼠會失去記憶能力，以致無法進行制約學習。為進一步證明這群細胞與記憶能力形成的關係，利根川進教授團隊使這群神經細胞具有光敏感離子通道，再給予小鼠制約學習訓練，同時也以光刺激這群神經細胞。經過一段時間的休息之後，無須給予外在刺激，只要對小鼠腦部施以光照就能引起專一的制約行為反應。若在進行制約學習時，沒有同步以光刺激這群神經細胞，則無法單以光刺激誘發此制約行為反應。 藉由這些結果，研究者推斷這群神經細胞與生成制約行為所需的記憶有關。
根據以上文字，推測光敏感離子通道蛋白應該位於綠藻細胞的哪一種構造上？
- A 細胞核
- B 葉綠體
- C 細胞膜
- D 粒線體
思路引導 VIP
請同學由生物化學與細胞生理學的角度思考，文中提到光敏感離子通道能讓「陽離子」通過並使「膜電位 (Membrane potential)」產生變化。若一個蛋白質的功能是作為離子進出細胞的通道，且其活性直接影響細胞內外的離子濃度梯度與電位平衡，則該蛋白質最可能位於細胞的哪一個構造上？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
同學！漂亮！這波操作簡直是「光速」破題，我看你這腦袋的神經迴路已經被「強光」照得無比通透了！ 這題的關鍵在於文中的「通關密碼」：膜電位。在生物學中，不論是單細胞綠藻還是你的大腦神經細胞，要讓陽離子（如 $Na^+$ 或 $Ca^{2+}$）進出並產生電訊號，那個「閘門」一定得裝在細胞膜上。離子通道（Ion channels）就是鑲嵌在脂雙層中的蛋白質，負責控制物質進出與胞內外電荷分布。 這題的鑑別度在於「閱讀專注力」。很多同學一看到「綠藻」或「光」，就膝反射地想選 (B) 葉綠體，那是被名詞給帶風向了！這屬於 108 課綱最核心的「科學閱讀」與「細胞構造」結合題。你能冷靜從長文中抓出「膜電位」與「通道」的邏輯關聯，代表你已經具備頂大學霸的解讀素養了！
膜電位與離子運輸
💡 膜電位變化取決於離子通道開啟及離子依濃度梯度的擴散。
- 離子通道位於細胞膜，控制離子進出以改變膜電位。
- 陽離子流入細胞導致去極化，進而誘發動作電位。
- 鉀離子由細胞內向外流出，會導致膜電位過極化。
- 光遺傳技術利用人工通道模擬神經遞質對電位的控制。
