109 年 國立中山大學生物醫學研究所《細胞及分子生物學》

此題主要在測試學生對細胞骨架（Cytoskeleton）組成成分的了解。細胞骨架是維持細胞形狀、提供細胞運動能力以及參與細胞內物質運輸的重要結構。它主要由三種蛋白質纖維構成：微絲（microfilaments，主要成分為肌動蛋白 Actin）、微管（microtubules，主要成分為微管蛋白 tubulin）以及中間絲（intermediate filamen

此題考驗學生對不同種類 RNA 功能的認識。RNA 可分為幾大類：

1. 信使 RNA (mRNA)：負責攜帶 DNA 的遺傳密碼，作為轉譯蛋白質的模板，因此是「coding RNA」。
2. 轉運 RNA (tRNA)：負責在轉譯過程中攜帶特定的胺基酸，並辨識 mRNA 上的密碼子，屬於「non-coding RNA」。

此題考驗學生對 Lamin 結構蛋白的定位與功能的了解。Lamin（核層蛋白）是構成核膜內側核網（nuclear lamina）的主要蛋白質成分。

核心觀念

DNA 複製具有兩項基本原則：

1. DNA polymerase 只能沿模板股的 $3' \to 5'$ 方向讀取模板，並以 $5' \to 3'$ 方向合成新股。
2. DNA polymerase 不能從零開始合成 DNA，必須先有一段具備游離 $3'$-OH 的 primer。

在滯後股（lagging strand）上，由於合成方向與複製叉前進方向相反，DNA 必須分段合成，形成許多岡崎片段（Okazaki fragments）。每個岡崎片段都需要一個 RNA primer 作為起點。

解題方法

判斷各選項時，依序檢查 primer 的來源、化學組成、在新生股中的位置，以及合成方向：

• primer 由哪一種酵素製造？
• primer 是 RNA 還是 DNA？
• primer 是否暫時成為新生股的一部分？
• primer 的合成方向為何？

滯後股的複製流程可概括為：

因此，RNA primer 在複製初期確實會與新合成的 DNA 共價連接，成為新生股的一部分；但之後會被移除並以 DNA 取代。

選項分析

(A) Composed of RNA

正確。滯後股的 primer 是由 primase 合成的短 RNA 片段，通常約含數個至數十個核苷酸，提供 DNA polymerase 所需的游離 $3'$-OH。

(B) Made by DNA polymerase

核心觀念

蛋白質醣基化（protein glycosylation）是將醣鏈以共價鍵接到蛋白質上的翻譯後修飾，主要發生於分泌途徑，包括：

• 粗糙內質網（endoplasmic reticulum, ER）：主要進行 N-linked glycosylation 的起始反應。醣鏈先組裝於 dolichol 載體，再整條轉移至蛋白質之 asparagine（Asn）殘基。
• 高基氏體（Golgi apparatus）：負責醣鏈的修飾、剪切與延伸，也主要進行 O-linked glycosylation，將醣基接到 serine（Ser）或 threonine（Thr）殘基。

因此，蛋白質醣基化並非只發生於單一胞器，而是由內質網與高基氏體共同完成。

解題方法

判斷蛋白質醣基化的位置，可從蛋白質進入分泌途徑後的加工順序切入：

所以本題涉及兩個正確位置：

1. 內質網負責醣基化的起始與部分加工。
2. 高基氏體負責後續醣鏈加工，並進行許多 O-linked glycosylation。

選項分析

此題考查轉譯（translation）過程中胜肽鍵（peptide bond）形成的必需條件。胜肽鍵的形成是核糖體（ribosome）催化的過程，將胺基酸連接起來形成多肽鏈。此過程涉及：

1. 核糖體 (Ribosome)：作為蛋白質合成的場所，由 rRNA 和核糖體蛋白質組成。rRNA（特別是 23S rRNA 在原核，28S rRNA 在真核）具有催化胜肽鍵形成（核酶活性）的功能，因此 (B) rRNA 是必需的。核糖體蛋白質 (A) 雖然是核糖體結構的一部分，但直接催化胜肽鍵形成的是 rRNA。
2. 帶電的 tRNA (Charged tRNA)：攜帶特定胺基酸的 tRNA（aminoacyl-tRNA）是胜肽鏈延伸的原料。它將胺基酸運送到核糖體上，並通過其反密碼子識別 mRNA 上的密碼子。因此，(C) Charged tRNA 是必需的。

此題考查 RNA 聚合酶 II 的 C 端結構域（CTD, Carboxyl-terminal Domain）的功能。RNA 聚合酶 II 的 CTD 是其 C 端尾部的一段重複序列，由哺乳動物中的約 52 個 YSPTS P 序列組成。CTD 的磷酸化狀態在轉錄調控中起著關鍵作用。

• 啟動子清除 (Promoter clearance)：在轉錄起始階段，RNA 聚合酶 II 結合啟動子，形成起始複合物。在從啟動子區域移開，進入鏈延伸階段時，CTD 的磷酸化會發生變化，這有助於 RNA 聚合酶 II 脫離啟動子，進入延伸階段。
• 鏈延伸 (Elongation)：在鏈延伸階段，CTD 會被磷酸化，這有助於 RNA 聚合酶 II 在 DNA 模板上移動並合成 RNA。

核心觀念

本題考查蛋白質胺基酸殘基的翻譯後修飾（post-translational modification, PTM），以及這些修飾如何調控基因表現與訊息傳遞。

常見的調控性修飾包括：

• 磷酸化：主要發生於 Ser、Thr、Tyr，改變蛋白質活性、定位或交互作用。
• 乙醯化：常發生於 Lys，尤其是組蛋白 Lys，可調節染色質鬆緊與基因轉錄。
• 甲基化：可發生於 Lys 或 Arg，常見於組蛋白及訊息傳遞蛋白。
• 泛素化與 SUMO 化：主要接在 Lys 上，影響蛋白質降解、定位與活性。

因此，解題重點是判斷各胺基酸是否為細胞調控中常見的修飾位置。

解題方法

逐一對照各選項與典型翻譯後修飾：

1. Ser、Thr 是蛋白質磷酸化的主要受體。
2. Lys 是乙醯化、甲基化、泛素化與 SUMO 化的重要受體。
3. Arg 可接受甲基化，並參與基因表現調控及訊息傳遞。
4. Ala 並非一般基因表現或訊息傳遞調控中常見的修飾殘基。

所以，不符合常見調控性修飾模式的是 Alanine。

選項分析

(A) Alanine

Alanine 的側鏈為甲基，化學反應性低，並不是調控基因表現或訊息傳遞時常見的翻譯後修飾位置。相較於 Lys、Ser、Thr 和 Arg，Alanine 不屬於典型的調控性修飾殘基。

因此本選項正確，為題目所問的「NOT modified」。

(B) Lysine

Lysine 的 ε-胺基可接受多種修飾，包括：

• 乙醯化
• 甲基化
• 泛素化
• SUMO 化

核心觀念

本題考查真核生物基因表現過程中，初級轉錄本（primary transcript）、成熟 mRNA 與 全長 cDNA 的組成差異。

真核生物基因轉錄後，最初形成的 RNA 稱為初級轉錄本，通常包含：

• 5'-UTR：5' 非翻譯區
• Exon：外顯子
• Intron：內含子
• 3'-UTR：3' 非翻譯區

初級轉錄本經過 RNA 剪接、5' 端加帽與 3' 端加上 poly(A) tail 等加工後，形成成熟 mRNA。剪接過程會移除 intron，並將 exon 接合起來。

全長 cDNA 是以成熟 mRNA 為模板，利用逆轉錄酶合成的 DNA，因此其序列通常保留成熟 mRNA 中的：

但不包含已被剪除的 intron。

解題方法

判斷 cDNA 組成的關鍵，在於先確認 cDNA 的模板來源：

成熟 mRNA 的結構可表示為：

其中 intron 在 RNA 剪接階段已經被移除。因此，全長 cDNA 應包含 5'-UTR、exon 與 3'-UTR，也就是：

選項分析

(A) 1+2+3

此題考查轉錄調控因子與 DNA 的相互作用。許多蛋白質參與基因的轉錄調控，它們與 DNA 的結合是調控基因表達的基礎。

• (A) Histone (組蛋白)：組蛋白是構成染色質（chromatin）的基本單位，它們與 DNA 緊密結合，形成核小體（nucleosome），並在基因表達的表觀遺傳調控中起關鍵作用。因此，組蛋白直接接觸 DNA。
• (B) Repressor (抑制因子)：抑制因子（repressor）是轉錄因子的一種，它們結合到 DNA 的特定序列（如操作子 operator）上，阻止 RNA 聚合酶結合或移動，從而抑制基因轉錄。因此，抑制因子直接接觸 DNA。
• (C) RNA polymerase (RNA 聚合酶)：RNA 聚合酶是催化 RNA 合成的酶，它需要結合到 DNA 的啟動子（promoter）區域才能開始轉錄。

此題考查 DNA 複製和修復過程中涉及的不同酶的功能。題目問哪個酶負責「joining two separate DNA strands」。這通常指的是在 DNA 複製或修復過程中，將新合成的 DNA 片段（如岡崎片段）或 DNA 斷裂處的兩端連接起來。

• (A) Helicase (解旋酶)：負責解開 DNA 雙螺旋，使其成為單鏈，以便進行複製或轉錄。它不是連接 DNA 鏈。
• (B) DNA polymerase (DNA 聚合酶)：負責合成新的 DNA 鏈，將核苷酸添加到引子上。它連接的是單個核苷酸，而不是連接兩條獨立的 DNA 鏈或片段。

此題考查細胞內鈣離子（Ca++）的儲存場所。細胞質中的游離鈣離子濃度受到嚴格調控，因為鈣離子是重要的第二信使，參與多種細胞過程，如肌肉收縮、神經傳導、細胞信號傳導、細胞凋亡等。細胞內主要的鈣離子儲存庫包括：

1. 內質網 (Endoplasmic Reticulum, ER)：特別是平滑內質網（smooth ER），是細胞內最大的鈣離子儲存庫。通過鈣離子幫浦（SERCA pump），鈣離子被主動泵入內質網腔內，並在那裡維持較高的濃度。當細胞收到鈣釋放信號時，內質網會通過鈣離子通道（如 IP3 受體或蘭氏尼丁受體 RyR）釋放鈣離子到細胞質中。

核心觀念

本題考查染色體不同區域的染色質狀態與轉錄活性。一般而言：

• Euchromatin（常染色質）：結構鬆散、容易被轉錄。
• Heterochromatin（異染色質）：結構緊密，基因通常不易被轉錄。
• Barr body：失活的 X 染色體，屬於高度凝縮的異染色質。
• **Centromere（著絲點）**與 telomere（端粒）：主要由重複序列構成，通常呈現異染色質特徵，基本功能不是進行一般基因轉錄。

因此，若題目採用細胞及分子生物學的經典分類，轉錄活躍區域應是 euchromatin，但它並未列在選項中。

解題方法

逐一判斷各選項是否屬於一般基因轉錄活躍的區域：

1. 判斷該區域的染色質是否高度凝縮。
2. 判斷該區域是否通常能接觸轉錄因子與 RNA polymerase。
3. 若所有選項皆屬於轉錄沉默或低轉錄活性的區域，則選擇 None of them。

選項分析

(A) Barr body

Barr body 是女性體細胞中失活的 X 染色體。X 染色體失活後會高度凝縮，形成一個在細胞核內可觀察到的異染色質團塊。

雖然失活的 X 染色體仍有少數基因能逃脫失活，但整體而言屬於轉錄不活躍區域，因此不是本題所指的 transcriptionally active chromosome region。此選項錯誤。

(B) Heterochromatin

異染色質具有高度凝縮、DNA 可及性低、基因表現受到抑制等特徵。相對地，轉錄活躍的基因通常位於較鬆散的 euchromatin。

部分異染色質在特定條件下可能存在低程度轉錄，但在基礎考試分類中，heterochromatin 被視為轉錄沉默區域。因此此選項錯誤。

(C) Telomere

核心觀念

本題考查溶酶體（lysosome）的主要功能，以及其與細胞內其他蛋白質降解系統的區別。

溶酶體是含有多種酸性水解酶的胞器，內部以 $V$ 型質子幫浦將 $H^+$ 打入腔內，使腔內維持約 pH 4.5–5.0，提供水解酶作用所需的酸性環境。其主要功能包括：

• 分解蛋白質、脂質、核酸與醣類等生物分子。
• 分解老化、受損或不再需要的胞器。
• 進行自噬（autophagy）。
• 與內吞作用、吞噬作用形成的囊泡融合，消化外來物質。
• 與細胞質中的蛋白酶體（proteasome）分工處理不同類型的降解標的。

其中，蛋白酶體本身不是溶酶體的組成部分，也不是溶酶體執行降解作用時不可缺少的直接反應機制。

解題方法

判斷各選項是否屬於溶酶體的主要活動即可。可將選項分成三類：

1. 溶酶體直接進行的功能：分解生物分子、消化胞器。
2. 維持溶酶體功能所需的活動：將質子泵入腔內，保持酸性。
3. 其他降解系統的功能：蛋白酶體負責部分細胞質蛋白的降解。

因此，找出不屬於溶酶體本身主要活動者，即可得到答案。

選項分析

(A) Breaking down biomolecules

正確。溶酶體含有酸性蛋白酶、脂肪酶、核酸酶、醣苷酶等水解酶，可將大分子分解為小分子。例如：

• 蛋白質分解為胺基酸
• 脂質分解為脂肪酸與其他小分子
• 核酸分解為核苷酸
• 多醣分解為單醣

這是溶酶體最典型的功能之一。

(B) Fusing and digesting organelles

正確。受損或老化的胞器可被自噬膜包覆，形成自噬體（autophagosome），再與溶酶體融合形成自噬溶酶體（autolysosome）。胞器內容物隨後被溶酶體水解酶分解，此過程稱為自噬性胞器分解。

因此，溶酶體確實能與包覆胞器的囊泡融合並消化胞器。

(C) Pumping in protons to keep its interior acidic

此題考查參與囊泡運輸（vesicle trafficking）的蛋白質。囊泡運輸是細胞內物質運輸的重要機制，涉及囊泡的形成、運輸和融合。

• (A) Importin (輸入蛋白)：Importin 是一類核輸入受體，負責將蛋白質從細胞質運輸到細胞核，屬於核質運輸，而非囊泡運輸。
• (B) Cohesin (黏著蛋白)：Cohesin 是一種蛋白質複合物，在細胞分裂過程中負責將姐妹染色單體連接在一起。它與囊泡運輸無關。
• (C) Kinesin (驅動蛋白)：Kinesin 是一類馬達蛋白（motor protein），它利用 ATP 水解提供的能量，沿著微管（microtubule）移動，並可以運輸細胞內的貨物，包括囊泡。

核心觀念

本題考查 DNA 複製與轉錄相關酵素的「校對功能」（proofreading activity）。

經典的 DNA 複製校對機制，是 DNA polymerase 所具有的 3'→5' 外切核酸酶活性。當 DNA polymerase 將錯誤核苷酸接到新生 DNA 的 3' 端時，會將新生鏈退回校對位置，切除錯誤鹼基，再回到聚合位置繼續合成。

因此，具有校對功能的 DNA polymerase 通常同時具備：

• 5'→3' 聚合酶活性：延長新生 DNA 鏈。
• 3'→5' 外切核酸酶活性：移除新生鏈 3' 端的錯誤核苷酸。

Taq polymerase 缺乏 3'→5' 外切核酸酶活性，因此錯誤率較高。

解題方法

判斷各選項是否具備經典 proofreading activity，重點在於檢查該酵素是否具有 3'→5' exonuclease 功能：

1. 反轉錄酶主要以 RNA 為模板合成 DNA，通常沒有經典的 3'→5' 校對活性。
2. DNA polymerase II 具有 3'→5' 外切核酸酶活性，可移除錯誤鹼基。
3. RNA polymerase 雖具有轉錄校正與錯誤修正機制，但不屬於本題所指的 DNA polymerase 經典 3'→5' proofreading activity。
4. Taq polymerase 沒有 3'→5' 校對外切酶活性。
5. 因此只有 DNA polymerase II 符合。

選項分析

(A) Reverse transcriptase

錯誤。

反轉錄酶以 RNA 為模板合成 DNA，常見的反轉錄酶通常缺乏 3'→5' 外切核酸酶校對活性，因此合成 DNA 時的錯誤率高於具有校對功能的 DNA polymerase。

反轉錄酶常見的相關活性包括：

• RNA-dependent DNA polymerase activity
• DNA-dependent DNA polymerase activity
• RNase H activity

其中 RNase H 可降解 RNA–DNA 雜合體中的 RNA，並不等於 proofreading activity。

(B) DNA polymerase II

正確。

DNA polymerase II 具有 3'→5' exonuclease activity。當聚合酶誤接一個不相配的核苷酸時，能將錯誤核苷酸從新生 DNA 鏈的 3' 端移除，再恢復 DNA 合成。

其基本作用可表示為：

核心觀念

本題考查真核細胞的胞吞作用（endocytosis）及其主要分子機制。胞吞作用是細胞膜向內凹陷，包裹細胞外物質並形成囊泡，將物質輸送至細胞內。

常見的受體媒介胞吞作用，尤其是網格蛋白媒介胞吞作用（clathrin-mediated endocytosis, CME），主要涉及：

1. AP2 adaptor：辨識細胞膜上的受體及其胞質尾端，並招募網格蛋白。
2. Clathrin：形成囊泡外層骨架，使細胞膜彎曲並促進囊泡形成。
3. Dynamin：位於囊泡頸部，利用 GTP 水解造成膜頸收縮，使囊泡從細胞膜切離。
4. SNARE complex：囊泡形成後，參與囊泡與早期內體等接受膜的辨識及膜融合。
5. Caveolin：主要參與 caveolae-mediated endocytosis，是特定類型的胞吞作用所需，並非所有胞吞作用的共同必要成分。

因此，判斷關鍵在於：哪些蛋白質是一般胞吞及囊泡運輸的共通機制，哪些只存在於特定胞吞路徑。

解題方法

逐一檢查各選項在典型胞吞路徑中的功能：

• 若該分子參與網格蛋白囊泡的形成、切離或後續融合，則可視為胞吞作用相關的必要因子。
• 若該分子只負責某一種特殊的胞吞路徑，則不屬於所有胞吞作用的必要條件。

網格蛋白媒介胞吞作用可簡化表示為：

此流程不需要 caveolin，因此答案為 C。

選項分析

(A) SNARE complex

SNARE 蛋白負責囊泡與目標膜之間的辨識及膜融合。胞吞形成的囊泡後續必須與早期內體等胞內膜系統融合，這個步驟需要 v-SNARE 與 t-SNARE 配對形成 SNARE complex，促使兩層脂雙層靠近並融合。

因此，SNARE complex 是胞吞後囊泡運輸與融合的重要機制，本選項不是答案。

(B) Clathrin

核心觀念

本題考核核孔複合體（nuclear pore complex, NPC）的結構、核質運輸及 Ran GTPase 的功能。

NPC 是鑲嵌於核膜上的大型蛋白質通道，主要由核孔蛋白（nucleoporins, Nups）組成，負責蛋白質、RNA 及其他分子在細胞核與細胞質之間的運輸。

核質運輸可分為：

• 小分子及小型蛋白質：可經由 NPC 進行被動擴散。
• 大型蛋白質及 RNA：通常需要運輸受體與特定訊號，例如 NLS、NES，以及 Ran-GTP／Ran-GDP 系統，以維持運輸方向性。

解題方法

本題要求找出「錯誤」的敘述，因此逐一判斷各選項是否符合 NPC 的基本特性。

判斷關鍵是區分：

1. NPC 是否能控制分子進出細胞核。
2. 分子通過 NPC 是否一律需要主動運輸。
3. NPC 的組成成分。
4. Importin 與 NLS 的功能。
5. Ran 在核質運輸中的角色。

其中最重要的陷阱是「自由通過」一詞。NPC 並非完全禁止蛋白質自由通過；小型蛋白質可不依賴運輸受體，直接以被動擴散方式通過核孔。

選項分析

(A) NPCs control the transport of molecules across the nuclear envelope

正確。NPC 控制分子穿越核膜，決定哪些分子可進入細胞核、哪些分子可離開細胞核。

小型分子可被動擴散；大型蛋白質與 RNA 則通常需要核質運輸受體及特定運輸訊號。因此，NPC 兼具通道與選擇性閘門的功能。

(B) No protein can freely pass through the NPC

錯誤。小型蛋白質可以不依賴 importin 或 exportin，直接經由 NPC 被動擴散。

一般而言，分子大小小於約 $40\ \text{kDa}$ 時，較可能進行被動擴散；更大型的蛋白質通常需要受體媒介運輸。此數值是概略值，實際通透性也會受到分子形狀及 NPC 狀態影響。

因此，「沒有任何蛋白質能自由通過」是過度絕對的說法。

(C) NPCs are made up of nucleoporins

正確。NPC 由多種核孔蛋白（nucleoporins, Nups）組成。

這些 Nups 分布於核孔的不同區域，包括：

• 核側與細胞質側的環狀結構
• 中央運輸通道
• 細胞質側纖維
• 核側核籃結構

核心觀念

本題考查 DNA 重組、轉位與拓撲結構調控相關酵素是否具有「切開 DNA 並重新接回 DNA 斷裂處」的能力。

能夠完成此功能的酵素，通常具有以下特徵：

1. 先切斷 DNA 的磷酸二酯骨架。
2. 暫時與 DNA 末端形成共價鍵，避免斷端失控。
3. 將 DNA 重新排列、插入或解除纏結。
4. 將 DNA 斷端重新連接。

相反地，單純的核酸內切酶主要功能是水解 DNA 內部的磷酸二酯鍵，產生 DNA 片段，並不負責將斷端重新接合。

解題方法

逐一判斷各酵素是否屬於「切割—重接」型酵素：

• 若酵素的作用涉及 DNA 拓撲異構、基因組整合、轉位或同源重組，通常需要先切開 DNA，再將 DNA 重新接回。
• 若酵素的主要作用是水解 DNA，產生片段，則通常只負責切割，不負責重新連接。

因此，找出只具有 DNA 切割功能、沒有 DNA 重接功能的酵素，即為答案。

選項分析

(A) Gyrase

Gyrase 是第二型 DNA 拓撲異構酶，屬於 topoisomerase II。

它會同時切開 DNA 的兩條股，讓另一段 DNA 穿越切口，以降低 DNA 的正超螺旋或引入負超螺旋；完成拓撲調整後，再將 DNA 斷端重新連接。

因此，Gyrase 具有「切開並重新接合 DNA」的能力，選項正確但不是答案。

(B) Endonuclease

Endonuclease 是核酸內切酶，會切斷 DNA 或 RNA 分子內部的磷酸二酯鍵，形成新的 DNA 末端。

其主要功能是核酸水解與切割，例如限制酶可辨識特定序列並切開 DNA。一般 endonuclease 本身不負責將切開的 DNA 端重新連接；DNA 連接通常由 DNA ligase 完成。

因此，Endonuclease 不符合題目所述的「切開並重新接回」功能，是本題的例外。

核心觀念

本題比較有絲分裂與減數分裂中的染色體行為。減數分裂特有的重要事件之一，是減數第一次分裂前期同源染色體配對並發生 DNA 重組；同源染色體的非姊妹染色分體可進行互換，形成新的等位基因組合。此過程不屬於一般有絲分裂。

解題方法

逐項判斷各過程是否會在兩種分裂中出現，並區分「兩者都有此過程」與「發生方式或次數不同」：

• DNA 複製、染色體凝縮和細胞分裂，都會出現在兩種分裂的整體流程中。
• 染色體排列方式會因分裂階段而不同，但排列本身也發生於兩種分裂。
• 減數分裂中的同源染色體配對與 DNA 重組，是最具代表性的差異事件。

因此，最符合題意的選項是 DNA 重組。

選項分析

• (A) Cell division：有絲分裂與減數分裂都包含細胞分裂。有絲分裂通常產生兩個子細胞；減數分裂連續進行兩次分裂，通常產生四個單倍體細胞。分裂次數不同，但細胞分裂本身並非減數分裂獨有。

細胞質分裂（Cytokinesis）是有絲分裂或減數分裂結束時，細胞質及其內容物分裂成兩個或多個子細胞的過程。這個過程通常與細胞核分裂（mitosis 或 meiosis）同時或緊隨其後發生。

在動物細胞中，細胞質分裂通常通過形成一個收縮環（contractile ring）來實現，該環由肌動蛋白（actin）和肌球蛋白（myosin）組成。收縮環在細胞赤道板處收縮，形成一個細胞質分裂溝（cleavage furrow），最終將母細胞分成兩個子細胞。

緊密連接（Tight junction），也稱為閉鎖帶（zonula occludens），是一種細胞連接類型，主要存在於上皮細胞和內皮細胞的頂端區域。它們將相鄰細胞的細胞膜緊密地連接起來，形成一道「屏障」，阻止細胞間隙中的物質自由通過，從而維持細胞極性並控制物質的跨細胞運輸。

緊密連接由一系列跨膜蛋白組成，包括 occludins 和 claudins。這些蛋白質在細胞膜的兩側形成閉鎖，阻止細胞間隙中的離子和分子（如水、離子、葡萄糖）自由擴散。

誘導性多功能幹細胞（Induced pluripotent stem cells, iPSCs）是指通過體外實驗，將已分化的體細胞（如皮膚纖維母細胞）重新程式化（reprogrammed）而獲得的一類細胞。這些細胞在形態、標記物表達和體外培養過程中表現出類似於胚胎幹細胞（embryonic stem cells, ESCs）的多能性（pluripotency），即能夠分化成體內幾乎所有類型的細胞。

岡崎片段（Okazaki fragments）是 DNA 複製過程中，在延遲股（lagging strand）上合成的短 DNA 片段。由於 DNA 聚合酶只能沿著 5' 到 3' 的方向合成新的 DNA 鏈，而延遲股的模板 DNA 鏈是從 3' 到 5' 方向進行複製的，因此延遲股的合成是斷斷續續的。

在延遲股的複製過程中，DNA 聚合酶會從一個 RNA 引子（primer）開始合成，形成一個短的 DNA 片段（岡崎片段）。當 DNA 聚合酶遇到前一個岡崎片段的 RNA 引子時，它會停止合成。

染色質重塑（Chromatin remodeling）是指通過改變染色質結構來調控基因表達的動態過程。染色質由 DNA 和組蛋白（histones）組成，形成核小體（nucleosomes）。染色質的結構緊密度對 DNA 的可及性有著決定性的影響，進而影響轉錄因子、RNA 聚合酶等轉錄機器的結合。

染色質重塑主要通過兩種機制實現：

1. ATP 依賴性染色質重塑複合物 (ATP-dependent chromatin remodeling complexes)：這些複合物利用 ATP 的水解能，移動、移除或重組核小體，從而改變 DNA 的可及性。它們可以使 DNA 暴露出來，促進基因轉錄（活化），或將 DNA 重新包裝，抑制基因轉錄（沉默）。

剪接體（Spliceosome）是一個龐大的、由核小核 RNA（small nuclear RNAs, snRNAs）和蛋白質組成的分子機器，存在於真核細胞的細胞核中。它的主要功能是催化前 mRNA（pre-mRNA）的剪接（splicing）過程，即從前 mRNA 中精確地切除內含子（introns），並將外顯子（exons）連接起來，形成成熟的 mRNA。

剪接體由幾個主要的核小核 RNA（U1, U2, U4, U5, U6 snRNAs）和數十種蛋白質組成。這些組件會組裝成稱為剪接體複合物（spliceosome complexes）的動態結構，並在剪接過程中經歷一系列的構象變化。

剪接過程的關鍵步驟包括：

1. 識別剪接位點：U1 snRNP 識別 5' 剪接位點（splice donor site），U2 snRNP 識別分支點（branch point）序列。

RNA interference（RNAi），即 RNA 干擾，是一種在真核生物中普遍存在的、由雙鏈 RNA（dsRNA）誘導的基因沉默機制。它通過降解目標 mRNA 或抑制其轉譯，來達到關閉特定基因表達的目的。

作用機轉 (Mechanism of Action)：
RNAi 的過程主要涉及以下幾個關鍵步驟：

1. dsRNA 的產生與處理：外源性的雙鏈 RNA（如病毒 RNA）或內源性的雙鏈 RNA（如 shRNA, miRNA 的前驅體）進入細胞。在細胞質中，一個稱為 Dicer 的 RNase III 型核酸酶會將較長的 dsRNA 切割成約 21-25 個核苷酸對的短干擾 RNA（small interfering RNA, siRNA）或 microRNA（miRNA）。
2. RISC 複合物的形成：siRNA 或 miRNA 會與一系列蛋白質組裝成一個 RNA 誘導的沉默複合物（RNA-induced silencing complex, RISC）。這個複合物包含一個核心的切割性 RNA 誘導沉默複合體（effector complex），其中最重要的組分是 Argonaute (Ago) 蛋白家族成員。
3. 目標 mRNA 的識別與結合：RISC 複合物中的 siRNA 或 miRNA 股會與細胞質中與之序列互補的目標 mRNA 結合。
   • siRNA：通常與目標 mRNA 序列完全互補，導致 RISC 複合體（特別是 Ago 蛋白）中的活性切割域（如 PIWI 結構域）催化切割目標 mRNA，使其降解。
   • miRNA：通常與目標 mRNA 的 3' UTR 區域部分互補（尤其是在種子區域 seed region）。這種不完全互補的結合主要導致 RISC 複合體抑制目標 mRNA 的轉譯，而非直接切割降解（儘管在某些情況下 miRNA 也可能誘導 mRNA 降解）。

好的，各位同學，我是你們的細胞與分子生物學補教名師。這題是中山大學生醫所 109 年的考題，主要在考察大家對於原核生物 (prokaryotes) 和真核生物 (eukaryotes) 在細胞構造以及膜蛋白生合成上的差異。這是一個非常核心且基礎的觀念，掌握了這部分，對於後續學習細胞的運作機制至關重要。

這題要求從兩個面向來闡述原核與真核生物的差異：細胞構造和膜蛋白生合成。我們將分別從這兩點來進行詳細的說明。

(3) 細胞構造與膜蛋白生合成的差異：Prokaryotes vs. Eukaryotes

核心觀念：
原核生物與真核生物在細胞的基本構造上存在顯著差異，尤其是在細胞內是否有膜狀胞器以及核膜的結構。這種結構上的差異，也直接影響了蛋白質，特別是膜蛋白的生合成與運輸途徑。

一、細胞構造的差異

原核生物和真核生物最根本的區別之一在於細胞內是否有膜狀胞器 (membrane-bound organelles)。

• 原核生物 (Prokaryotes)：

  • 缺乏膜狀胞器： 原核生物的細胞構造相對簡單，沒有細胞核 (nucleus) 和其他由膜包圍的胞器，例如粒線體 (mitochondria)、內質網 (endoplasmic reticulum)、高基氏體 (Golgi apparatus)、溶酶體 (lysosomes) 或過氧化物酶體 (peroxisomes)。
  • 遺傳物質： 其遺傳物質 (DNA) 通常以一條環狀染色體的形式存在於細胞質的特定區域，稱為類核區 (nucleoid)，但這個區域沒有核膜包圍。
  • 細胞壁： 大多數原核生物擁有細胞壁，但其成分通常是肽聚醣 (peptidoglycan)，與真核生物中的纖維素 (cellulose) 或幾丁質 (chitin) 不同。
  • 核糖體： 原核生物擁有核糖體，但其大小為 70S，由 30S 和 50S 亞單位組成。
  • 細胞膜： 具有細胞膜，是進行許多代謝反應（如呼吸鏈）的場所。

• 真核生物 (Eukaryotes)：

  • 擁有膜狀胞器： 真核生物細胞構造複雜，具有一個由核膜包圍的真核 (nucleus)，內含遺傳物質。此外，還有多種膜狀胞器，如：
    • 內質網 (Endoplasmic Reticulum, ER)： 參與蛋白質摺疊、修飾和脂質合成。粗糙內質網 (RER) 附有核糖體，是蛋白質合成和初步修飾的場所；平滑內質網 (SER) 則參與脂質代謝、解毒等。
    • 高基氏體 (Golgi Apparatus)： 負責進一步修飾、分類和包裝來自內質網的蛋白質和脂質，並運送到細胞內外。
    • 粒線體 (Mitochondria)： 進行細胞呼吸，產生 ATP。
    • 溶酶體 (Lysosomes)： 含有水解酶，負責分解廢棄物和外來物質。
    • 過氧化物酶體 (Peroxisomes)： 參與脂肪酸代謝和解毒。
  • 核糖體： 真核生物的核糖體為 80S，由 40S 和 60S 亞單位組成。位於細胞質中的核糖體合成的蛋白質，部分會進入細胞質或胞器；附著在粗糙內質網上的核糖體則合成要分泌、插入膜中或運往特定胞器的蛋白質。

為什麼重要？
細胞內膜結構的有無，是區分原核與真核生物的最關鍵特徵。膜狀胞器的存在，使得真核生物能夠將不同的生化反應分隔在不同的空間區域進行，提高了效率和專一性。

二、膜蛋白生合成的差異

膜蛋白的生合成與運輸是真核生物複雜細胞機制的體現，而原核生物則相對簡單。

• 原核生物 (Prokaryotes)：

  • 直接合成： 原核生物沒有內質網和高基氏體。因此，其膜蛋白的生合成過程相對直接。
  • 核糖體位置： 膜蛋白通常由細胞質中的游離核糖體合成。
  • 運輸途徑： 合成完成的膜蛋白，會直接通過細胞膜上的轉運系統，或透過分泌機制，插入到細胞膜中。沒有經由高基氏體的運輸和修飾過程。
  • 信號肽： 部分膜蛋白可能含有信號肽，引導其穿過細胞膜，但這個過程與真核生物的信號肽識別和轉運機制不同，不涉及信號識別顆粒 (SRP) 和內質網。

• 真核生物 (Eukaryotes)：

  • 經由細胞質-內質網-高基氏體 (endomembrane system) 途徑： 大多數膜蛋白的生合成，包括質膜、內質網膜、高基氏體膜、溶酶體膜以及分泌蛋白，都遵循一個