關於人類細胞膜蛋白的敘述，下列何者最適當？

本題觀念：

本題考點為細胞膜蛋白的構造與特性，重點在於區分**嵌入膜蛋白（Integral membrane proteins）與周邊膜蛋白（Peripheral membrane proteins）**在極性（polarity）與雙極性（amphipathic nature）上的差異。

細胞膜主要由磷脂質雙層（Phospholipid bilayer）構成，具有疏水性的核心與親水性的表面。膜蛋白依據其與膜結合的方式與性質，主要分為兩大類：

1. 嵌入膜蛋白 (Integral proteins)：穿過或深深嵌入脂雙層中。為了能同時存在於疏水性的脂質核心與親水性的細胞內外液體環境，它們必須具有雙極性（Amphipathic）——即同時擁有親水性區域（暴露在膜外）和疏水性區域（嵌入膜內）。
2. 周邊膜蛋白 (Peripheral proteins)：僅附著於膜的表面（內側或外側），不插入疏水核心。它們主要透過靜電力或氫鍵與膜脂質的親水頭部或嵌入蛋白的親水端結合。因此，它們的表面性質主要為親水性（Polar/Hydrophilic），在一般定義下不具備如嵌入蛋白般顯著的雙極性結構特徵（即沒有大範圍的疏水表面區）。

選項分析

• A. 嵌入膜蛋白（integral membrane proteins）只具有非極性（nonpolar）特性

  • 錯誤。嵌入膜蛋白是**雙極性（amphipathic）**的。它們必須有「非極性（疏水）」區域來與細胞膜內部的脂肪酸尾端交互作用，但也必須有「極性（親水）」區域暴露在細胞膜兩側的水溶液環境中，否則無法穩定存在於細胞膜上。

• B. 嵌入膜蛋白（integral membrane proteins）不具雙極性（amphipathic）特性

  • 錯誤。承上，嵌入膜蛋白的定義性特徵就是具有雙極性。這是它們能夠整合在脂雙層結構中的關鍵物理化學性質。

• C. 周邊膜蛋白（peripheral membrane proteins）具有非極性（nonpolar）特性

  • 錯誤（或較不適當）。周邊膜蛋白通常被視為水溶性蛋白，其表面主要由極性胺基酸組成，以便與細胞膜表面的極性頭部或水分子進行靜電作用或氫鍵結合。若其具有顯著的非極性（疏水）特性，則傾向於嵌入膜內部或聚集，而非停留在表面。雖然蛋白質內部可能有疏水核心，但在討論膜蛋白分類特性時，周邊膜蛋白被歸類為極性/親水性。

• D. 周邊膜蛋白（peripheral membrane proteins）不具雙極性（amphipathic）特性

  • 正確（最適當）。與嵌入膜蛋白相比，周邊膜蛋白通常缺乏嵌入疏水核心所需的疏水結構域。它們的整體表現更像一般的水溶性蛋白質，表面主要是親水性的，因此在膜生物學的分類脈絡下，它們不被描述為具有雙極性（amphipathic），而是被描述為極性（polar）或親水性（hydrophilic）。這是在考題比較兩者性質時最顯著的區別。

答案解析

本題旨在測驗考生對於膜蛋白結構化學性質的理解。

• 嵌入膜蛋白 = 雙極性 (Amphipathic) (跨膜疏水區 + 兩端親水區)。
• 周邊膜蛋白 = 極性/親水性 (Polar/Hydrophilic) (附著於表面，類似水溶性蛋白)。

選項 D 正確指出了周邊膜蛋白不具備（嵌入蛋白那種定義性的）雙極性特徵，這符合生物化學教科書中對於兩者性質的標準二分法描述。

核心知識點

1. 嵌入膜蛋白 (Integral Membrane Proteins)：

   • 性質：雙極性 (Amphipathic)。
   • 結合方式：疏水作用力 (Hydrophobic interaction) 嵌入脂雙層核心。
   • 例子：離子通道、載體蛋白、受體 (Receptors)。
   • 分離方式：需使用去汙劑 (Detergent) 破壞膜結構才能分離。

2. 周邊膜蛋白 (Peripheral Membrane Proteins)：

   • 性質：極性/親水性 (Polar/Hydrophilic)。
   • 結合方式：靜電作用力 (Electrostatic interaction) 或氫鍵附著於膜表面。
   • 例子：細胞骨架相關蛋白 (如 spectrin)、部分酵素。
   • 分離方式：改變 pH 值或離子濃度 (如高鹽溶液) 即可分離，不需破壞膜。

參考資料

1. Lehninger Principles of Biochemistry: Chapter on Biological Membranes and Transport (Integral proteins are amphipathic; Peripheral proteins are associated through electrostatic interactions and hydrogen bonding with hydrophilic domains).
2. Harper's Illustrated Biochemistry: Membranes section (Properties of membrane proteins).
3. 考選部歷屆試題解析：114年第二次專技高考營養師 生理學與生物化學 試題。