112 年 國立臺灣大學毒理學研究所《基礎分子生物學》

此題考查細胞膜的鑲嵌模型（Fluid Mosaic Model）中磷脂質（phospholipids）的特性。
根據鑲嵌模型，細胞膜主要由磷脂質雙層構成，其中磷脂質具有兩親性（amphipathic），即頭部（head）是親水性的（hydrophilic），而尾部（tail）是疏水性的（hydrophobic）。在細胞膜的雙層結構中，親水性的頭部朝向細胞內外水性環境，而疏水性的尾部則朝向膜的內部，彼此相對。

核心觀念

本題考查「遺傳密碼的近乎普遍性（universality of genetic code）」：

• 多數生物使用相同的 $64$ 種密碼子。
• 相同密碼子通常指定相同的胺基酸。
• 因此，DNA 編碼區的鹼基序列可依遺傳密碼表轉換為特定的胺基酸序列。
• 不同生物之間可利用相同的遺傳密碼表翻譯外來基因。

需注意，遺傳密碼相同不代表所有生物的基因調控方式、啟動子、剪接機制與蛋白質修飾都相同。

解題方法

判斷各選項是否能由「不同生物大致共用同一套遺傳密碼」直接推得：

1. 相同密碼子是否代表相同胺基酸？
2. 外來基因的編碼序列是否能被另一生物翻譯？
3. 遺傳密碼是否等於生物體內胺基酸種類完全相同？
4. DNA 序列是否能推得胺基酸序列？
5. 同一密碼子是否會在不同生物中指定不同胺基酸？

符合遺傳密碼普遍性的選項為 (A)、(B)、(D)。

選項分析

(A) The same codons in different organisms translate into the same amino acids.

正確。遺傳密碼的普遍性表示，同一密碼子在不同生物中通常指定相同的胺基酸。例如：

因此，來自不同生物的相同密碼子，通常會被翻譯成相同胺基酸。雖然粒線體與少數生物存在遺傳密碼變異，但題幹已使用「essentially」表示一般原則，故本選項正確。

(B) A gene from an organism can theoretically be expressed by any other organism.

正確。由於不同生物大致共用相同遺傳密碼，一個生物的基因編碼區理論上可被另一生物的核糖體翻譯。例如，人類胰島素基因可在細菌中表現並製造胰島素。

「理論上」不代表直接將完整基因放入任何生物即可成功表現；實際上仍需考慮啟動子是否能被辨識、RNA 剪接、密碼子使用偏好、蛋白質摺疊與翻譯後修飾等因素。但就遺傳密碼本身而言，此推論成立。

此題考查「一基因一酵素假說」（one-gene, one-enzyme hypothesis）及其演變。最初的假說認為一個基因負責製造一種酵素。然而，後來的研究發現，這個假說需要修正，因為：

1. 一個基因不只製造酵素，還可以製造其他功能性蛋白質（如結構蛋白、運輸蛋白等）。
2. 一個基因可能透過剪接（splicing）產生多種不同的蛋白質。
3. 蛋白質可能由多個基因產物組成，而單一基因產物（如多胜肽鏈）可能需要與其他產物結合才能形成有功能的蛋白質。

我們來分析各選項：
(A) 尿黑酸尿症（Alkaptonuria）是因為缺乏一種參與尿黑酸（homogentisic acid）代謝的酵素，導致尿黑酸累積。這符合「一基因一酵素」的觀念，因為缺乏一種酵素與缺乏一個基因有關。
(B) 鐮刀型紅血球貧血症（Sickle-cell anemia）是由於血紅素（hemoglobin）的 β-球蛋白鏈發生突變，導致血紅素結構缺陷。

核心觀念

本題考查 Griffith 細菌轉型實驗（transformation），以及莢膜與細菌致病性的關係。

肺炎鏈球菌有兩種型態：

• S 型（smooth）：具有多醣莢膜，菌落表面光滑，可抵抗宿主吞噬作用，具有致病性。
• R 型（rough）：缺乏莢膜，菌落表面粗糙，通常不具致病性。

Griffith 的關鍵發現是：死亡的 S 型細菌仍能將某種可遺傳的轉型因子傳給活的 R 型細菌，使 R 型細菌轉變為具有莢膜與致病性的 S 型細菌。

不過，Griffith 當時只證明了存在「轉型因子」，尚未證明該物質就是 DNA。DNA 是遺傳物質的直接證據，後來由 Avery、MacLeod 與 McCarty 的實驗進一步確立。

解題方法

判斷各選項時，掌握兩個核心條件：

1. 必須有「死亡的致病型 S 型細菌」提供轉型因子。
2. 必須有「活的非致病型 R 型細菌」接受轉型，產生具有致病性的 S 型細菌。

Griffith 的四組實驗可整理如下：

最後一組最具關鍵性，因為加熱殺死的 S 型本身已無法繁殖，但與活 R 型混合後，R 型卻獲得致病性，表示某種耐熱的遺傳資訊由死亡 S 型傳遞至活 R 型。

選項分析

(A) The heat-killed pathogenic bacteria + live non-pathogenic bacteria → pathogenic.

正確。

加熱殺死的致病性 S 型細菌與活的非致病性 R 型細菌混合後，會使小鼠死亡，並可從小鼠體內分離出活的 S 型細菌。

這表示死亡 S 型細菌中的某種物質，使活 R 型細菌獲得莢膜形成能力與致病性。此現象稱為 細菌轉型，是 Griffith 實驗的核心觀察。

(B) The heat-killed non-pathogenic bacteria + live pathogenic bacteria → pathogenic.

錯誤。

活的致病性 S 型細菌本身已具有致病性，即使加入加熱殺死的非致病性 R 型細菌，仍會因活 S 型細菌而造成致病結果。

此組實驗無法證明非致病性細菌轉變為致病性細菌，因此不能支持 Griffith 的轉型結論。

核心觀念

真核細胞的遺傳訊息主要依循「DNA → RNA → 蛋白質」的方向傳遞。細胞核中的基因先經由轉錄形成 RNA；其中可作為蛋白質合成模板的成熟信使 RNA（mRNA）會離開細胞核，進入細胞質，並在核糖體上經由轉譯合成蛋白質。

轉運 RNA（tRNA）則以反密碼子辨認 mRNA 上的密碼子，並把相應的胺基酸帶到核糖體。它協助解讀遺傳密碼，但不負責把基因的序列資訊從細胞核運送到核糖體。

解題方法

判斷各選項是否符合「DNA 在細胞核轉錄成 mRNA → mRNA 到細胞質 → 核糖體依 mRNA 序列合成蛋白質」這條路徑。另須注意，「一個基因只產生一種 mRNA」並不成立：真核生物可透過選擇性剪接等調控，使同一基因產生不同的成熟 mRNA。

選項分析

• (A) 正確。 mRNA 由基因轉錄而來，將遺傳訊息由細胞核帶到細胞質，作為核糖體合成蛋白質的依據。

核心觀念

本題比較原核生物與真核生物在基因表現上的差異，關鍵在於細胞內是否具有細胞核膜。

• 原核生物沒有細胞核，DNA 位於細胞質中的擬核區。
• 真核生物具有細胞核，轉錄主要發生於細胞核，翻譯則發生於細胞質。
• 因此，原核生物的 mRNA 尚未完全轉錄完成時，核糖體即可接近其 5′端並開始翻譯，形成轉錄與翻譯偶聯（coupled transcription and translation）。

【解題方法】

逐一判斷各選項所描述的現象是否為原核生物特有，並特別注意「not in eukaryotes」所代表的排他性。

原核生物沒有核膜阻隔，因此 RNA 聚合酶進行轉錄時，核糖體可以同步進行翻譯。這是本題最具代表性的原核生物特徵。

選項分析

(A) Post-transcriptional splicing（轉錄後剪接）

錯誤。

轉錄後剪接是指 RNA 轉錄完成後，移除 intron、連接 exon，形成成熟 RNA。真核生物的前體 mRNA 通常需要經過：

• 5′端加上 cap
• 3′端加上 poly(A) tail
• intron 剪接

不過，部分原核生物也可發生 RNA 剪接，例如某些 tRNA、rRNA 或具有 intron 的 RNA。因此，轉錄後剪接並非真核生物以外完全不存在的現象，更不是原核生物特有。

(B) Translation in the absence of a ribosome（沒有核糖體仍進行翻譯）

錯誤。

翻譯是以 mRNA 為模板合成蛋白質的過程，必須由核糖體負責：

1. 讀取 mRNA 上的 codon。
2. 配對 tRNA 的 anticodon。
3. 催化胺基酸之間形成胜肽鍵。
4. 使多胜肽鏈延伸。

沒有核糖體就沒有典型的蛋白質翻譯。原核生物與真核生物的翻譯都需要核糖體；差異在於原核生物主要使用 70S 核糖體，真核生物細胞質主要使用 80S 核糖體。

(C) Concurrent transcription and translation（轉錄與翻譯同時進行）

正確。

原核生物沒有細胞核，轉錄與翻譯都在細胞質中進行。當 RNA 聚合酶尚未完成整段 mRNA 的轉錄時，核糖體即可附著在已形成的 mRNA 5′端，開始進行翻譯。

因此，原核生物可呈現：

此題考查核酶（ribozyme）的定義和例子。核酶是指具有催化活性的 RNA 分子。它們可以像蛋白質酵素一樣，催化化學反應。

我們來分析各選項：
(A) 錯誤。核酶是 RNA 分子，它本身具有催化活性，而不是以 RNA 作為底物（substrate）的催化劑。雖然核酶可能催化涉及 RNA 的反應，但其本身就是催化劑。
(B) 錯誤。這是 RNA 聚合酶（RNA polymerase）的功能，它合成 RNA，但它本身是一個蛋白質酵素，而不是 RNA 分子。
(C) 錯誤。

此題考查胺醯-tRNA 合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）的功能及其突變對蛋白質合成的影響。胺醯-tRNA 合成酶負責將特定的胺基酸與其對應的 tRNA 分子結合（胺醯化，aminoacylation）。這個過程是確保蛋白質合成準確性的關鍵步驟。

核心機制：
每個胺醯-tRNA 合成酶識別一種特定的胺基酸和一種或多種具有相應反密碼子（anticodon）的 tRNA。
例如，苯丙胺酸 tRNA 合成酶（phenylalanyl-tRNA synthetase）會將苯丙胺酸（Phe）連接到帶有反密碼子 AAA 的 tRNA 上（因為 mRNA 上的密碼子是 UUU）。
同樣，離胺酸 tRNA 合成酶（lysyl-tRNA synthetase）會將離胺酸（Lys）連接到帶有反密碼子 UUU 的 tRNA 上（因為 mRNA 上的密碼子是 AAA）。

題目給出一個突變情況：
胺醯-tRNA 合成酶缺陷，它本應將苯丙胺酸（Phe）連接到反密碼子為 AAA 的 tRNA 上（對應 mRNA 密碼子 UUU）。
但現在，這個缺陷的酶卻將離胺酸（Lys）錯誤地連接到了這個反密碼子為 AAA 的 tRNA 上。

此題考查可誘導型操縱子（repressible operon）的調控機制及其基因突變的影響。可誘導型操縱子通常在沒有輔助阻遏物（corepressor）存在時是活躍的，輔助阻遏物與阻遏蛋白（repressor protein）結合後，才使其能夠結合到操縱子（operator）上，從而抑制轉錄。

一個典型的可誘導型操縱子（例如色胺酸操縱子 trp operon）的調控如下：

1. 調節基因（regulatory gene）編碼一個阻遏蛋白。
2. 在沒有輔助阻遏物時，阻遏蛋白是無活性的，無法結合到操縱子上，因此結構基因可以被轉錄。
3. 當輔助阻遏物（如色胺酸）存在時，它會與阻遏蛋白結合，使阻遏蛋白變為有活性，進而結合到操縱子上，阻止 RNA 聚合酶結合，從而抑制轉錄。

題目描述了一個突變：使調節基因失效（inactivates a regulatory gene）。
這意味著調節基因無法產生功能性的阻遏蛋白，或者產生的阻遏蛋白是無活性的。
如果阻遏蛋白無活性，它就無法與輔助阻遏物結合，也無法結合到操縱子上。

此題考查增強子（enhancers）和啟動子近端元件（promoter-proximal elements）的區別。這兩者都是真核生物中調控基因轉錄的 DNA 調控序列。

核心概念：

• 啟動子（Promoter）：位於基因起始位點上游，是 RNA 聚合酶結合並開始轉錄的區域。
• 啟動子近端元件（Promoter-proximal elements）：通常位於啟動子附近（上游約 100-200 bp），是與特定轉錄因子結合的 DNA 序列，它們可以增強或穩定 RNA 聚合酶與啟動子的結合，從而影響轉錄效率。

此題考查將外源 DNA 導入動物（老鼠）細胞或生物體的方法。

我們來分析各選項：
(A) 電穿孔（Electroporation）是一種將 DNA 導入細胞的方法，但「followed by recombination」並非導入方法本身。雖然重組會發生，但電穿孔是主要的導入技術。
(B) 引入質體（plasmid）到細胞：質體是常用的基因載體，但「into the cell」太籠統。需要具體說明是導入到哪個細胞，以及如何導入。
(C) 使用 Ti 質體感染小鼠細胞：Ti 質體（Tumor-inducing plasmid）是根癌農桿菌（Agrobacterium tumefaciens）攜帶的質體，它能夠將其部分 DNA（T-DNA）轉移到植物細胞中，引起腫瘤。它不是用於將 DNA 導入哺乳動物細胞的常用方法。儘管有研究嘗試改造 Ti 質體用於動物基因轉移，但它不是最「可能」成功的方法。
(D) 轉錄和轉譯：這是細胞內部的分子機制，不是將外源 DNA 導入細胞或生物體的方法。
(E) 靜脈注射（Intravenous injection）：將 DNA 溶液（通常是質體 DNA，可能與病毒載體結合）直接注射到動物的靜脈中。這種方法可以將 DNA 遞送到全身循環，並有機會進入肝臟、脾臟等器官的細胞，從而實現基因轉移。

此題考查流感病毒（flu virus）在不同物種間傳播的機制，特別是涉及基因重組（genetic recombination）和變異（mutation）。

流感病毒（正黏液病毒，Orthomyxovirus）的基因組是分段的 RNA。這種分段的特性使得基因重組（基因片段交換）和基因重配（reassortment，指不同病毒株的基因片段重新組合）非常容易發生，尤其是在同一宿主細胞被多種流感病毒感染時。這也是流感病毒產生新變異株，並能跨物種傳播的重要原因。

我們來分析各選項：
(A) 正確。這個選項描述了一個複雜但符合流感病毒跨物種傳播過程的場景。豬常被稱為「混合罐」（mixing vessel），因為它們可以同時被禽流感、豬流感和人流感病毒感染。在豬體內，不同病毒株的基因片段可能發生重配，產生具有新組合基因的新病毒。這些新病毒可能獲得了在人或其他宿主中傳播的能力，然後進一步變異，最終可能感染人類。例如，H1N1 2009 大流行就是一個典型的例子，涉及了禽、豬和人的流感病毒基因片段的重組。
(B) 錯誤。雖然食用受感染的豬肉產品可能存在風險，但流感病毒的跨物種傳播（尤其進入人體）主要是透過呼吸道飛沫傳播，而不是透過食用。病毒在豬體內突變和複製是真實的，但傳播途徑的描述不準確。
(C) 錯誤。流感病毒是 RNA 病毒，而疱疹病毒（herpesvirus）是 DNA 病毒。它們的基因組類型不同，不太可能直接通過獲得「DNA 序列」來發生基因重組。流感病毒之間的基因重配是通過交換 RNA 片段來發生的。
(D) 這個選項描述了一種情況，即農民同時感染兩種流感病毒，產生重組病毒。這與 (A) 的部分邏輯相似，但 (A) 描述了一個更完整的跨物種傳播鏈（動物→鳥→人）。這個選項描述了人與動物流感病毒在人體內的重組，這也是可能發生的，並且可能產生對人類更具傳染性和毒性的病毒。

此題考查細胞週期（cell cycle）的 M 期（M phase），即有絲分裂期（mitosis）。M 期包括前期（prophase）、前中期（prometaphase）、中期（metaphase）、後期（anaphase）和末期（telophase）。

我們來分析各選項：
(A) 錯誤。調控 M 期進展的關鍵激酶是細胞週期蛋白依賴性激酶 1（Cyclin-dependent kinase 1, Cdk1），與其結合的細胞週期蛋白是 Cyclin B。Cdk2 主要與細胞週期蛋白 E（Cyclin E）和 Cyclin A 結合，調控 G1 期和 S 期。
(B) 錯誤。細胞 DNA 的複製（DNA replication）發生在細胞週期的 S 期（Synthesis phase），而不是 M 期。M 期是細胞分裂期。

核心觀念

本題考查 p53 腫瘤抑制蛋白在 DNA 損傷反應中的功能。

當細胞發生 DNA 損傷時，p53 會被穩定化並活化。活化的 p53 可：

1. 誘導 DNA 修復相關基因的表現。
2. 誘導 $p21$（CDKN1A）表現，使 cyclin-dependent kinase（CDK）受到抑制。
3. 造成細胞週期停滯，尤其是 $G_1/S$ checkpoint。
4. 在損傷嚴重時誘導細胞凋亡或細胞衰老。
5. 抑制 DNA 複製，避免損傷尚未修復前繼續複製遺傳物質。

因此，p53 的整體作用是「暫停細胞增殖、促進修復、維持基因體穩定性」。

解題方法

判斷本題的切入點是：先確認 p53 是 腫瘤抑制蛋白，而不是促進細胞增殖的蛋白。

DNA 損傷後：

其中一條重要路徑為：

此外，p53 也能透過與 DNA 複製相關蛋白及複製機制互動，降低 DNA 複製速率。因此，選項中符合 p53 抑制 DNA 複製與細胞週期推進功能的是 (D)。

選項分析

(A) causes cells to reduce expression of genes involved in DNA repair.

錯誤。DNA 損傷時，p53 通常會啟動 DNA 損傷反應，促進細胞週期停滯並誘導部分 DNA 修復相關基因表現，以增加修復機會。

p53 的基本功能是維持基因體穩定性，而不是降低 DNA 修復能力。若 p53 失去功能，細胞才容易累積 DNA 損傷與突變。

(B) promotes the cell cycle.

錯誤。p53 是細胞週期的抑制者，而非促進者。

p53 誘導 $p21$ 表現，$p21$ 會抑制 cyclin–CDK 複合體，使細胞停留在 $G_1$ 期，無法順利進入 $S$ 期進行 DNA 複製。

核心觀念

λ 噬菌體具有兩種主要生活週期：

• 溶裂循環（lytic cycle）：噬菌體基因大量表現，複製出許多噬菌體，最後使宿主細胞裂解。
• 溶原循環（lysogenic cycle）：噬菌體 DNA 插入宿主染色體，形成 prophage（前噬菌體），並隨宿主染色體一起複製與遺傳；多數噬菌體基因受到抑制，不會立即產生噬菌體。

λ 噬菌體的溶原狀態主要由 **$\lambda$ repressor（CI 蛋白）**維持。CI 會抑制溶裂循環相關基因的轉錄，使前噬菌體保持沉默。受到 DNA 損傷等訊號誘導時，前噬菌體可從宿主染色體切除，重新進入溶裂循環。

解題方法

判斷每個選項是否符合溶原循環的三項特徵：

1. 噬菌體 DNA 是否整合進宿主染色體？
2. 噬菌體基因大多是被抑制，還是大量表現？
3. 宿主細胞是否立即裂解並釋放噬菌體？

凡是描述「立即製造大量噬菌體、細胞裂解」者，屬於溶裂循環；凡是否定「隨宿主基因組複製」或否定「可被誘導切除」者，也不符合 λ 噬菌體的溶原循環。

選項分析

(A) 錯誤

「噬菌體 DNA 被複製並以噬菌體形式離開細胞」描述的是溶裂循環。在溶原循環中，λ DNA 先整合為前噬菌體，通常不會立即組裝成完整噬菌體並離開宿主細胞。

(B) 錯誤

此題考查細菌如何保護自身 DNA 免受限制酶（restriction enzymes）的切割。限制酶是細菌產生的一類內切酶，能夠識別特定的 DNA 序列並在該位點切割 DNA。為了保護自身 DNA 免受這些酶的攻擊，細菌進化出了修飾系統（modification system）。

核心機制：
細菌的限制-修飾系統（Restriction-Modification system, R-M system）包含兩種酶：

1. 限制酶（Restriction enzyme）：識別並切割非自身的 DNA（通常是外源 DNA，如噬菌體 DNA）。
2. 修飾酶（Methylase）：識別相同的 DNA 序列，並在該序列的特定位點（通常是腺嘌呤 A 或胞嘧啶 C）上添加甲基（methylation）。

這樣，細菌的自身 DNA 在這些識別位點上被甲基化。限制酶能夠識別並切割未甲基化的 DNA，但無法識別或切割被甲基化的 DNA。因此，甲基化是保護自身 DNA 的關鍵。

核心觀念

PCR（polymerase chain reaction）需要以兩條 primers 指定欲擴增片段的兩端。Primers 必須分別與目標 DNA 兩側的互補序列配對，且兩條 primer 的 $3'$ 端朝向彼此，使 DNA polymerase 能從 primer 的 $3'$ 端延伸，複製兩條 primer 之間的 DNA。

因此，PCR 成功的關鍵資訊是：

• 目標 DNA 兩端的序列，用來設計 forward primer 與 reverse primer。
• 兩條 primer 的方向與互補關係。
• 適當的退火溫度、模板、DNA polymerase、dNTP 等反應條件。

PCR 不需要事先知道整段 DNA 的完整序列，也不要求目標 DNA 一定具有特定的 restriction-enzyme recognition sites。

解題方法

判斷每個選項是否為 PCR「本身」成功所必需，可以先區分：

1. 什麼資訊是用來設計 PCR primers？
2. 什麼資訊只是 PCR 產物後續選殖（cloning）時才需要？
3. 什麼資訊只是反應條件最佳化，而不是目標 DNA 的必要序列資訊？

PCR 的兩條 primer 必須與目標 DNA 兩端的序列互補，因此至少必須知道目標片段兩端的 DNA sequence。完整序列並非必要，因為 DNA polymerase 會在兩條 primers 之間複製整段區域。

所以正確選項為 (D)。

選項分析

(A) 錯誤。
Restriction enzyme recognition sites 並不是 PCR 擴增本身的必要條件。PCR 依靠 primers 的序列專一性來界定擴增區域，不需要 DNA 中存在任何特定的限制酶切位點。

若要將 PCR 產物進行選殖，確實可以在 primer 的 $5'$ 端額外加入 restriction site，但這是後續 cloning 的設計需求，不是 PCR 本身成功的必要資訊。

(B) 錯誤。
此選項同時要求知道目標 DNA 與 plasmid 的 restriction-enzyme recognition sites。這些資訊主要用於：

• 以限制酶切開 plasmid；
• 以相同或相容的限制酶處理 PCR 產物；
• 使 PCR 產物能插入 plasmid。

這屬於 PCR 產物的 cloning 步驟，而非 PCR 擴增本身。單純進行 PCR 時，只要能設計適當 primers，即使不知道 plasmid 的序列，也能完成擴增。

此題考查 DNA 複製（DNA replication）的相關描述。DNA 複製是細胞分裂前複製其 DNA 的過程，確保遺傳資訊的準確傳遞。

我們來分析各選項：
(A) 正確。複製起點（origin of replication, ori）是 DNA 複製開始的特定位點，在這裡 DNA 雙螺旋解旋，並開始合成新的 DNA 鏈。
(B) 正確。一個從特定複製起點開始並以複製叉（replication fork）為界限進行複製的 DNA 區域被稱為複製子（replicon）。
(C) 正確。複製子序列（replicator sequence）是位於複製起點的 DNA 區域，它包含起始蛋白（initiator protein）的結合位點，以及一些容易解旋的 DNA 區域，便於複製叉的形成。
(D) 錯誤。

此題考查 RNA 干擾（RNA interference, RNAi）技術的應用。RNAi 是一種利用雙鏈 RNA（dsRNA）來沉默特定基因表達的生物技術。dsRNA 會被 Dicer 酶切割成小幹擾 RNA（siRNA），然後與 RISC（RNA-induced silencing complex）結合，RISC 複合體會尋找並切割與 siRNA 序列互補的 mRNA，從而導致 mRNA 的降解，或抑制其翻譯。

我們來分析 RNAi 的潛在應用：
(A) 破壞純合子個體中不需要的等位基因（allele）：RNAi 可以通過沉默特定基因的表達來達到這個目的。如果一個等位基因產生了不需要的蛋白質，RNAi 可以減少該蛋白質的產生。
(B) 降低細胞中所需蛋白質的濃度：RNAi 的作用是降解 mRNA 或抑制翻譯，從而減少蛋白質的產生。因此，它可以用於降低特定蛋白質的濃度。
(C) 創建一個無法將刪除序列傳遞給後代的基因敲除（knockout）生物：RNAi 主要作用於 mRNA 層級，通過降解 mRNA 來沉默基因表達，而不是直接「刪除」DNA 序列。

此題考查岡崎片段（Okazaki fragments）的定義。岡崎片段是 DNA 複製過程中，在滯後鏈（lagging strand）上合成的短 DNA 片段。

DNA 複製是半保守的，並且是雙向進行的。由於 DNA 聚合酶只能沿 5' 到 3' 方向合成 DNA，而複製叉是雙向移動的，這導致滯後鏈的合成與複製叉的整體移動方向相反。因此，滯後鏈的合成是斷續的，以短片段的形式進行，這些片段被稱為岡崎片段。

我們來分析選項：
(A) 正確。岡崎片段是 DNA 聚合酶在滯後鏈上合成的短 DNA 片段。
(B) 錯誤。短 RNA 引物（RNA primers）是 DNA 聚合酶開始合成 DNA 所需的，它們被添加到滯後鏈上以啟動岡崎片段的合成，但岡崎片段本身是 DNA，而不是 RNA 引物。
(C) 錯誤。DNA 聚合酶 III 是主要的 DNA 合成酶，但岡崎片段不是其最小的亞基。
(D) 錯誤。

此題考查在細菌中表達真核生物蛋白質時，質體（plasmid）設計需要考慮的條件。由於原核生物（細菌）和真核生物在基因結構和表達調控上存在差異，因此需要在質體中進行改造以實現有效的表達。

主要差異點：

1. 內含子（Introns）：真核生物基因包含內含子（非編碼區）和外顯子（exons，編碼區），轉錄後需要剪接去除內含子。原核生物基因通常沒有內含子，不需要剪接。
2. 啟動子（Promoter）：真核生物和原核生物的 RNA 聚合酶識別的啟動子序列不同。
3. 核糖體結合位點（Ribosome-binding site, RBS）：原核生物的 mRNA 在翻譯起始前需要一個特定的序列（Shine-Dalgarno sequence）來結合核糖體。真核生物的 mRNA 則通過帽依賴性起始機制（cap-dependent initiation）進行翻譯。
4. 多聚腺苷酸化尾（Poly-A tail）：真核生物 mRNA 的 3' 端通常有一個多聚 A 尾，有助於 mRNA 的穩定性和運輸，但原核生物的 mRNA 沒有。
5. 基因密碼子使用偏好（Codon usage bias）：不同生物體對某些密碼子的偏好不同，這可能影響翻譯效率。

此題考查 DNA 複製（replication）和 RNA 轉錄（transcription）之間的差異。這兩種過程都是通過聚合酶來合成核酸鏈，但它們的底物、模板、產物和調控機制有所不同。

我們來分析各選項：
(A) 錯誤。DNA 複製的原料是脫氧核苷三磷酸（dATP, dGTP, dCTP, dTTP）。RNA 轉錄的原料是核苷三磷酸（ATP, GTP, CTP, UTP）。選項中說「ribonucleoside diphosphates are used for transcription」，這是錯誤的，轉錄使用的是三磷酸形式的核苷。
(B) 正確。在 DNA 複製過程中，DNA 雙螺旋需要解開，兩條模板鏈都會被複製。在 RNA 轉錄過程中，DNA 雙螺旋也會局部解開，其中一條鏈（模板鏈）被用作模板來合成 RNA。所以兩者都會導致 DNA 鏈的部分分離。
(C) 錯誤。鹼基配對（A-T/U, G-C）是 DNA 複製和 RNA 轉錄的基礎，用於確保序列的準確複製。這個說法是錯誤的。
(D) 正確。DNA 複製是全基因組（或染色體）的複製，需要將兩條 DNA 鏈都作為模板來合成新的互補鏈，以產生兩套完整的 DNA。

核心觀念

本題考查 PCR 引子（primer）的設計原則，尤其是：

• 引子與模板的專一性配對。
• 引子的 $G-C$ 含量與熔解溫度（$T_m$）。
• 引子自身形成髮夾結構（hairpin）或彼此互補的問題。
• PCR 退火階段中，引子與模板的競爭性雜交。

理想引子通常長度約 $18$–$25$ 個核苷酸，具有適中的 $G-C$ 含量、合適的 $T_m$，且不應形成穩定的內部二級結構或引子二聚體。

解題方法

判斷 PCR 引子優劣時，優先檢查是否會妨礙引子與目標模板配對及延伸。

若引子自身互補，會形成髮夾結構：

此時引子的鹼基被自身配對占用，無法有效與模板退火，DNA polymerase 也難以從引子的 $3'$ 端正常延伸。因此，理想引子必須避免內部髮夾結構，故正確答案為 (D)。

選項分析

(A) They have a high A-T content.

錯誤。A-T 鹼基對只有兩個氫鍵，而 G-C 鹼基對具有三個氫鍵。高 A-T 含量會使引子與模板的結合較弱、$T_m$ 較低，降低退火的穩定性與專一性。

引子不宜具有過高的 A-T 含量；通常需要維持適中的 $G-C$ 比例。

(B) They have a high G-C content.

錯誤。雖然 G-C 鹼基對較穩定，但過高的 G-C 含量會造成：

• $T_m$ 過高；
• 引子與模板結合過強，不易在適當溫度下解離；
• 增加引子自身形成二級結構的機率；
• 增加非專一性退火或 PCR 反應不易最佳化的問題。

因此，理想引子是具有適中而非過高的 G-C 含量，常見設計範圍約為 $40\%$–$60\%$。

(C) They should be palindromic.

錯誤。Palindromic sequence（迴文序列）具有反向互補特性，容易使引子自身配對，形成髮夾結構，或與另一條引子形成 primer dimer。

此題考查細胞內第二信使（intracellular second messengers）的概念。第二信使是在細胞膜受體接收到細胞外信號（如激素）後，在細胞內部產生的一系列小分子或離子，它們能夠將細胞外信號傳遞到細胞內部，並調節下游的細胞反應。

常見的第二信使包括：

• 環磷酸腺苷（cAMP）
• 環磷酸鳥苷（cGMP）
• 鈣離子（Ca2+）
• 離子型第二信使（如 IP3，DAG）

我們來分析各選項：
(A) 正確。環磷酸鳥苷（cGMP）是重要的第二信使，例如在視覺信號傳導中起作用。
(B) 錯誤。第二信使是細胞內的小分子或離子，而不是激素。

此題考查 DNA 的哪些特性對於遺傳資訊的保存至關重要。遺傳資訊的保存意味著 DNA 能夠準確地複製和傳遞給下一代。

我們來分析各選項：
(A) 反平行性（anti-parallelism）：DNA 雙螺旋的兩條鏈方向相反（一條 5'→3'，另一條 3'→5'）。這對於 DNA 複製的機制（如滯後鏈的合成）很重要，但它本身不是遺傳資訊保存的「根本」原因。
(B) 形成環狀 DNA 的能力：有些生物（如細菌）的 DNA 是環狀的，這有利於複製和穩定性，但並非所有生物的 DNA 都是環狀的，也不是遺傳資訊保存的根本原因。
(C) C 的量等於 G 的量：這是 Chargaff's rules 的一部分，即鹼基對配對原則的體現。它說明了 DNA 的雙鏈結構中，嘌呤（A+G）的總量等於嘧啶（C+T）的總量，且 A=T，G=C。這間接說明了鹼基配對的存在，對於準確複製很重要。

此題考查反轉錄病毒（retroviral）的生命週期，特別是其 RNA 基因組被轉錄成 DNA 後的去向。

反轉錄病毒（如 HIV）的特點是它們擁有一個 RNA 基因組，並且在感染宿主細胞後，會利用一種稱為反轉錄酶（reverse transcriptase）的酶，將其 RNA 基因組逆轉錄成雙鏈 DNA（dsDNA）。這個 dsDNA 隨後會整合到宿主細胞的染色體 DNA 中，成為前病毒 DNA（proviral DNA）。前病毒 DNA 會隨著宿主 DNA 一起複製，並在適當的時候被轉錄成新的病毒 RNA 基因組和信使 RNA（mRNA），用於合成新的病毒蛋白質和組裝新的病毒顆粒。

我們來分析選項：
(A) 錯誤。病毒顆粒（capsid）的組裝和釋放是病毒生命週期的後期步驟，發生在前病毒 DNA 整合並被轉錄之後。
(B) 錯誤。

此題考查遺傳密碼（genetic code）的特性，要求選出錯誤的描述。

遺傳密碼的特性：

1. 三聯體（Triplet）：由三個核苷酸組成一個密碼子（codon），決定一個胺基酸。
2. 簡併性（Degenerate）：大多數胺基酸可以由一個以上的密碼子決定。
3. 無重疊性（Non-overlapping）：讀碼框（reading frame）從起始密碼子開始，按三個核苷酸一組連續讀取，一個核苷酸不能同時屬於兩個密碼子。
4. 普遍性（Universal）：幾乎所有生物都使用相同的遺傳密碼（存在少數例外）。
5. 有起始和終止信號：AUG 是起始密碼子，也編碼甲硫胺酸；UAA, UAG, UGA 是終止密碼子。
6. 擺動配對（Wobble pairing）：在反密碼子（anticodon）的第三位鹼基與密碼子的第三位鹼基之間，存在較為寬鬆的配對規則，允許一個 tRNA 分子識別多個密碼子。

我們來分析各選項：
(A) 錯誤。每個密碼子通常與一個或少數幾個（通過擺動配對）具有特定反密碼子的 tRNA 相互作用。一個密碼子與「多個」（指多種不同胺基酸的）tRNA 相互作用是不正確的。擺動配對允許一個 tRNA 識別多個「密碼子」，但這些密碼子通常編碼相同的胺基酸。
(B) 正確。遺傳密碼是基於三聯體（密碼子）的。
(C) 錯誤。這是對「擺動配對」的誤解。擺動配對（Wobble pairing）允許一個 tRNA 與一個以上的密碼子配對（這些密碼子通常編碼相同的胺基酸），從而解釋了遺傳密碼的簡併性。

此題考查大腸桿菌 DNA 聚合酶 I（E. coli DNA Polymerase I, Pol I）的酶活性。DNA Pol I 在 DNA 複製和修復中扮演重要角色，尤其是在滯後鏈（lagging strand）的合成中，負責移除 RNA 引物並填補空隙。

DNA Pol I 具有以下幾種活性：

1. 5'→3' 聚合酶活性（5'→3' polymerase activity）：能夠沿 5' 到 3' 方向合成 DNA，從引物的 3'-OH 端開始延伸。
2. 5'→3' 外切酶活性（5'→3' exonuclease activity）：這是 Pol I 的獨特之處。它能夠從 5' 端開始，逐步移除核酸（RNA 或 DNA）片段。這在移除 RNA 引物時非常重要。
3. 3'→5' 外切酶活性（3'→5' exonuclease activity）：這是一種校對（proofreading）活性，用於在 DNA 合成過程中移除錯誤配對的核苷酸，以確保複製的準確性。

我們來分析選項：
(A) DNA 連接酶活性：DNA Pol I 不具有 DNA 連接酶（DNA ligase）的活性。DNA 連接酶負責將 DNA 片段（如岡崎片段）連接起來。
(B) 聚合酶活性：DNA Pol I 具有 5'→3' 的 DNA 聚合酶活性，能夠合成 DNA。

核心觀念

本題考查以 G 蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptor, GPCR） 為起點的荷爾蒙訊息傳遞途徑，典型路徑如下：

其中：

• cyclic AMP（cAMP） 是第二訊息傳遞者。
• cAMP 的主要作用之一，是活化 protein kinase A（PKA）。
• PKA 再將磷酸基團轉移至目標酵素，使其活性改變。

解題方法

依照細胞訊息傳遞的因果順序判斷：

1. 荷爾蒙與受體結合

脂溶性較低、無法直接穿過細胞膜的荷爾蒙，先與細胞膜上的受體結合，因此：

2. G 蛋白被釋放或活化

受體受到刺激後，促使膜內側的異源三聚體 G 蛋白進行 GDP-GTP 交換，使其活化；活化的 G 蛋白亞基與膜上效應器分離。因此：

3. 合成 cAMP

活化的 G 蛋白，通常是 $G_s$ 的 $\alpha$ 亞基，會活化腺苷酸環化酶（adenylyl cyclase），催化 ATP 形成 cAMP：

所以：

4. 活化 protein kinase

cAMP 與 PKA 的調節次單元結合，使 PKA 釋放出具有活性的催化次單元：

5. 磷酸化目標酵素

活化的 PKA 將 ATP 的磷酸基團轉移到目標酵素上：

因此最後一步是：

完整順序為：

此題考查操縱子（operon）的概念。操縱子是原核生物基因調控的一種單位，通常包含一個啟動子（promoter）、一個操縱子（operator）和一系列結構基因（structural genes）。這些基因協同作用，共同調控某個代謝途徑或生物合成途徑的基因表達。

我們來分析各選項：
(A) 錯誤。增強子（enhancer）是真核生物中一種遠距離調控元件，而操縱子是原核生物的結構。此外，增強子通常是正向調控。
(B) 正確。一個典型的操縱子（如色胺酸操縱子 trp operon）通常包含該生物合成途徑所需的所有酶的編碼基因。這樣可以確保這些基因協同表達，以滿足細胞的代謝需求。

此題考查胺基酸的性質，特別是疏水性（hydrophobic）胺基酸。疏水性胺基酸的側鏈（R-group）不帶電，且主要由碳和氫原子組成，因此不溶於水。它們通常位於蛋白質內部，參與疏水核心的形成。

常見的疏水性胺基酸包括：

• 丙胺酸 (Alanine, Ala, A)
• 纈胺酸 (Valine, Val, V)
• 亮胺酸 (Leucine, Leu, L)
• 異亮胺酸 (Isoleucine, Ile, I)
• 甲硫胺酸 (Methionine, Met, M)
• 苯丙胺酸 (Phenylalanine, Phe, F)
• 酪胺酸 (Tyrosine, Tyr, Y) - 雖然有羥基，但芳香環使其具有疏水性

此題考查化學鍵（chemical bonds）和分子間作用力（intermolecular forces）的性質。

我們來分析各選項：
(A) 正確。范德華力（Van der Waals interactions）是弱的吸引力，源於分子中電子瞬間移動導致的瞬時偶極（transient dipoles），這些偶極又誘導鄰近分子產生瞬時偶極，從而產生微弱的吸引力。
(B) 錯誤。共價鍵（Covalent bonds）是原子之間通過共享電子形成的化學鍵，其強度遠大於非共價相互作用（noncovalent interactions，如氫鍵、離子鍵、范德華力）。
(C) 錯誤。氫鍵（Hydrogen bonds）是一種非共價相互作用，雖然它們在某些情況下可以影響分子的溶解度，但它們本身不是共價鍵。

核心觀念

本題測驗「蛋白質結構階層、摺疊機制、生物體內輔助因子與蛋白質構形異常疾病」，核心觀念涵蓋：

1. 蛋白質的結構階層（Hierarchy of Protein Structure）：
   • 二級結構（Secondary Structure）：局部多胜肽主幹（backbone）靠氫鍵形成的規則幾何形狀，主要包含 $\alpha$-螺旋（$\alpha$ helix）、$\beta$-摺疊（$\beta$ sheet）及 $\beta$-轉角（$\beta$ turn）等。
   • 三級結構（Tertiary Structure）：整條胜肽鏈側鏈（R groups）間的空間排布與三維立體摺疊，主要受非共價交互作用（疏水性交互作用、氫鍵、離子鍵／鹽橋、凡得瓦力）及共價鍵（雙硫鍵）所穩定。
2. 生物體內蛋白質摺疊（In Vivo Protein Folding）：
   • 細胞內環境極為擁擠（macromolecular crowding），新生多胜肽容易發生不當聚集（aggregation）。
   • 分子伴護蛋白（Molecular Chaperones，如 Hsp70、Chaperonins） 能結合未摺疊或部分摺疊的中間體，利用 ATP 水解 提供能量，協助蛋白質正確摺疊。
3. 蛋白質異常摺疊與疾病（Protein Misfolding & Amyloidosis）：
   • 構形異常的蛋白質易形成富含 $\beta$-摺疊的纖維狀聚集體（類澱粉沉積，Amyloids），導致神經退化性疾病（如阿茲海默症、巴金森氏症、普里昂疾病等）。
4. 安芬森法則（Anfinsen's Dogma）與環境／修飾調控：
   • 蛋白質胺基酸序列決定了其摺疊的熱力學最低能量狀態，但蛋白質最終的構形與活性仍受轉譯後修飾（PTMs）、受體／配體結合、輔因子（Cofactors） 及微環境條件（pH、氧化還原電位、溫度） 的影響，並非「唯一（only）」由胺基酸序列決定。

解題方法

本題為蛋白質生物化學與分子生物學的觀念辨析多選題，解題切入點如下：

1. 結構元素分類：檢驗 (A) 是否正確囊括二級結構的核心元素。
2. 作用力判定：檢驗 (B) 所列之非共價交互作用是否為維持三級結構的主要驅動力（特別是疏水核心的形成與側鏈間的氫鍵／離子鍵）。
3. 分子伴護機制：檢驗 (C) 是否正確指出分子伴護蛋白在體內之作用機制與 ATP 依賴性。
4. 病理機制連結：檢驗 (D) 之蛋白質構形異常（misfolding）與類澱粉蛋白質沉積病變（amyloid diseases）的關聯。
5. 絕對字眼邏輯陷阱：檢視 (E) 之「only」是否忽略了轉譯後修飾（PTM）、微環境與異位調控對結構與功能的重大影響。

選項分析

• (A) 正確
  二級結構（Secondary structure）是由多胜肽骨架的羰基氧（$\text{C=O}$）與醯胺氫（$\text{N–H}$）之間規律形成的氫鍵所構成，為蛋白質三維結構的基本核心元件。主要型態包含：

  • $\alpha$-螺旋（$\alpha$ helix）：主鏈捲曲成右手螺旋。
  • $\beta$-摺疊（$\beta$ sheet）：由相鄰的 $\beta$-股（$\beta$ strands）排列成平行或反平行結構。
  • $\beta$-轉角（$\beta$ turn）：由 4 個胺基酸殘基組成，常含 Proline 與 Glycine，使胜肽鏈發生 $180^\circ$ 轉向，連接相鄰的二級結構單元。

• (B) 正確
  蛋白質三級結構（Tertiary structure）是由單一多胜肽鏈側鏈（R 基團）之間的交互作用驅動並穩定的立體結構，主要作用力包含：

  • 疏水性交互作用（Hydrophobic interactions）：非極性側鏈聚集於內部形成疏水核心（Hydrophobic core），是摺疊的主要熱力學驅動力（熵增效應）。
  • 氫鍵（Hydrogen bonds）：極性未帶電側鏈之間或側鏈與主鏈之間形成。

此題考查蛋白質功能的調控機制。細胞通過多種方式來精確調控蛋白質的活性，以響應細胞內外的信號。

我們來分析各選項：
(A) 正確。細胞通過嚴格調控蛋白質的合成（轉錄和轉譯）和降解（通過蛋白酶體等途徑），來維持穩態和響應外界變化。這是細胞的基本特性。
(B) 正確。蛋白質功能可以通過共價修飾（covalent modification，如磷酸化、乙醯化、甲基化）或非共價修飾（noncovalent modification，如與其他蛋白質或小分子結合，變構效應 allosteric effects）來調控。
(C) 正確。

此題考查表觀遺傳學標記（epigenetic marks）的影響。表觀遺傳學是指在不改變 DNA 序列的情況下，通過對 DNA 或組蛋白的化學修飾來影響基因表達的現象。常見的表觀遺傳學標記包括 DNA 甲基化（DNA methylation）和組蛋白修飾（histone modifications，如乙醯化、甲基化、磷酸化等）。

表觀遺傳學標記影響廣泛，包括：

1. 細胞分化與發育（Development）：在多細胞生物的發育過程中，細胞通過表觀遺傳學調控，產生不同的細胞類型和組織。
2. 基因印記（Imprinting）：一種特殊的表觀遺傳現象，其中基因的表達依賴於其來源（來自父方或母方）。
3. X 染色體失活（X-chromosome inactivation）：在雌性哺乳動物中，為了劑量補償，其中一條 X 染色體會被隨機失活，這種失活是通過表觀遺傳學機制維持的。

核心觀念

拓樸異構酶（topoisomerase）藉由暫時切開 DNA，再讓 DNA 鏈穿越或旋轉，改變 DNA 的拓樸狀態，例如消除超螺旋、分離互相連結的 DNA 分子。酵素切開 DNA 時，會與 DNA 形成短暫的共價鍵；完成鏈段移動後，再將 DNA 接回。

拓樸異構酶分為兩大類：

• 第一型拓樸異構酶：一次切開一股 DNA 鏈，通常不需 ATP 水解提供能量。
• 第二型拓樸異構酶：一次切開兩股 DNA 鏈，通常需 ATP 水解，讓另一段雙股 DNA 穿過切口。

兩類酵素都能調節 DNA 超螺旋；第二型酵素也特別擅長解開互相連結、打結或纏繞的 DNA。

解題方法

逐項核對拓樸異構酶的共同機制、第一型與第二型的差異，以及它們對細胞活動和藥物治療的關聯。判斷時要注意：第一型與第二型的主要差異是切開的 DNA 股數及對 ATP 的需求，不代表只有其中一類能處理超螺旋。

選項分析

(A) 正確。 原核生物與真核生物都具有拓樸異構酶，可調節或消除 DNA 超螺旋。不同酵素的作用方向與底物偏好有所差異，但兩類生物都具備處理 DNA 超螺旋的酵素。

此題考查 RNA 的種類、功能和特性。

我們來分析各選項：
(A) 錯誤。雖然非編碼 RNA（non-coding RNAs, ncRNAs）的種類繁多，包括 rRNA, tRNA, miRNA, siRNA, lncRNA 等，並且它們在基因表達調控中扮演重要角色，但「大部分 ncRNAs 是非功能性的，僅僅是進化殘餘」這種說法是過時且錯誤的。許多 ncRNAs 具有重要的生物學功能。此外，編碼蛋白質的 mRNA 佔據的轉錄產物比例可能也並非總是少於 ncRNAs。
(B) 正確。在真核細胞中，mRNA 的轉錄主要由 RNA 聚合酶 II（RNA polymerase II）負責。
(C) 錯誤。

此題考查病毒（viruses）的基本特性。病毒是專性寄生（obligate intracellular parasites），只能在宿主細胞內複製。

我們來分析各選項：
(A) 正確。病毒是極小的生物體，沒有獨立的代謝能力，必須寄生在活細胞內才能複製。
(B) 正確。病毒的基因組可以是 DNA（單鏈或雙鏈）或 RNA（單鏈或雙鏈），甚至有些病毒在其生命週期中會出現 RNA:DNA 雜合體。
(C) 正確。感染細菌的病毒稱為噬菌體（phages）。

此題考查核糖核苷酸（ribonucleotide）的組成成分，並要求選出不是其組成部分的選項。

核糖核苷酸是 RNA 的單體，由三部分組成：

1. 五碳糖：在核糖核苷酸中是核糖（ribose）。
2. 含氮鹼基：可以是嘌呤（adenine (A), guanine (G)）或嘧啶（cytosine (C), uracil (U)）。
3. 磷酸基團：一個或多個磷酸基團。

我們來分析選項：
(A) 葡萄糖（Glucose）：葡萄糖是六碳糖，是細胞代謝的重要物質，但不是核糖核苷酸的組成部分。
(B) 核糖（Ribose）：這是核糖核苷酸中的五碳糖。
(C) 尿嘧啶（Uracil）：這是 RNA 中常見的一種嘧啶鹼基。
(D) 胸腺嘧啶（Thymine）：胸腺嘧啶是 DNA 中常見的一種嘧啶鹼基，在 RNA 中不常見（偶爾在某些 tRNA 中發現，但不是標準成分）。核糖核苷酸的標準鹼基是 A, G, C, U。

此題考查組蛋白尾巴（histone tails）的特性。組蛋白是組成核小體（nucleosome）的核心蛋白質，DNA 圍繞核小體纏繞。組蛋白尾巴是組蛋白 N 端或 C 端延伸出的柔性區域，位於核小體外部，並與 DNA 相互作用。

組蛋白尾巴的修飾（post-translational modifications, PTMs）是表觀遺傳學調控的重要機制。

我們來分析各選項：
(A) 錯誤。組蛋白尾巴是位於核小體外部，並延伸到核小體周圍，與 DNA 相互作用，但它們不是「在兩條 DNA 鏈之間」。DNA 雙螺旋纏繞在核小體上。
(B) 正確。