第 48 題釋疑多解
某些細菌能調整細胞膜的組成來適應環境變化。當環境溫度由低變高時，該細菌細胞膜最可能先產生哪種變化？
A.改變細胞膜上蛋白質的含量
B.增加細胞膜上不飽和脂肪酸含量✓ 官方正解
C.增加其細胞膜上膽固醇的含量
D.增加細胞膜上飽和脂肪酸含量✓ 官方正解
E.製造熱休克蛋白傳送至細胞膜上
詳解
細胞膜的流動性會受到環境溫度的影響。當環境溫度改變時，細菌最先且最主要的適應機制是調整細胞膜磷脂質中「飽和脂肪酸」與「不飽和脂肪酸」的比例，以維持膜的穩定性與適當的流動性。
當環境溫度由低變高時，細胞膜的流動性會隨之增加。為了避免細胞膜過度流動而失去屏障功能，細菌會增加細胞膜上「飽和脂肪酸」的含量（選項D）。飽和脂肪酸的碳氫鏈沒有雙鍵、結構筆直，能使脂質分子排列得更緊密，進而降低並穩定膜的流動性。同時，在調節膜流動性的動態過程中，飽和與不飽和脂肪酸的代謝是相互連動的，改變「不飽和脂肪酸」的含量（選項B）同樣是細菌應對溫度變化、重塑細胞膜脂質比例的核心機制。因此，(B)與(D)皆為細菌適應溫度變化時調整膜組成的正確機制。
最容易被誤選的選項為(C)與(E)： (C) 絕大多數細菌的細胞膜並不含膽固醇。膽固醇主要是「動物細胞」用來緩衝溫度對膜流動性影響的成分，因此不適用於細菌。 (E) 當溫度升高時，細菌確實會表現熱休克蛋白（Heat shock proteins），但這類蛋白質主要存在於「細胞質」中，作為分子伴侶（chaperones）協助受熱變性的蛋白質重新正確摺疊，而非傳送至細胞膜上來改變細胞膜的組成。 (A) 改變膜上蛋白質的含量並非細菌「最先」調節膜流動性的應急機制，脂質尾部飽和度的改變才是最迅速且直接的反應。
官方釋疑公告（依官方更正）
原 B → 釋疑改為 B, D。許多考生認為答案D才是正解,現統整回答如下:
1. 根據教科書解釋『Unsaturated hydrocarbon tails (kinked) prevent packing, enhancing membrane fluidity (Fig. 8.5)』(p198, Campbell 11th Ed),已說明降溫時,增加不飽和脂肪酸是增加細胞膜流動穩定性的方式。不過該章節處所描述的研究都是探討細菌在溫度降低後,細胞膜提高不飽和脂肪酸含量適應新環境的方式。
但題目是反過來問如果溫度升高,細胞膜的脂肪酸組成會如何改變?是希望經由這試題,測驗考生對於生物現象複雜的非線性的理解。2015年的普通生物學教科書 Understanding Biology, (Mason et al., ISBN 978-981-4646-47-5) p98-99 解釋了溫度降低時,細菌細胞膜不飽和脂肪酸會增加的原因,其說法與 p122-125 Campbell (11th Ed)描述相同,但是 Understanding Biology 教科書在p113 觀念練習時,採納細菌在提升至高溫時,細胞膜上不飽和脂肪酸含量會升高的論述。這種論述經查證也有長期間的研究成果可以佐證[e.g. J Bacteriology 1978, 135, 754-59. (1978);. J Bacteriology 169, 1960-66(1987); BBA-Lipid and Lipid metabolism 1126, 119-24(1992); FEMS Microbiology Letters, 362, fnv047(2015)]。但可能是生物多樣性的原因,也有一些研究發現溫度升高時細菌的不飽和脂肪酸是降低的[e.g. J. Bacteriol.84:1260-1267.(1962); FEMS Microbiol. Rev.75,171 –-182. (1990)],後者似乎較合乎傳統的認知,也被一些教科書採用。
考量到這一個現象結果可能尚待更長久的時間取得共識,而學生們多數的知識來源是教科書,對於前沿成果的判別力不是現階段訓練重點,在參酌不同教科書與科學期刊報告的論述後,決定此題除維持原答案B以外,也將答案D列入。
2. 另有考生提出 p863, Campbell 11th Ed 內容爭取熱休克蛋白應為答案之一,該生引用的頁數完全無其所截圖要佐證的內容,而截圖也是在講述植物的熱休克蛋白,跟題目描述的細菌無關,故不予回應。
3. 有考生引用 p128 Campbell 11th Ed,也用紅筆劃出重點,認為『熱休克蛋白製造會增加』,但該引用片段沒有一個字提到熱休克蛋白,礙難回應。
4. 也有人描述認為細菌在環境溫度升高時,會產生熱休克蛋白,應該也是正確答案,但沒有提出科學文章佐證該熱休克蛋白是出現在細胞膜上,故礙難回應。
結論,此題修改為答案B與D皆對。