108 年 國立臺灣大學生化科學系碩士班《分子生物學（D）》

本題考查 DNA 複製過程中可能發生的突變類型。DNA 複製是一個高度精確的過程，但仍可能發生錯誤。

(A) 鹼基錯配 (mismatch of bases) 是指 DNA 聚合酶在複製過程中將錯誤的鹼基配對到模板鏈上。這是 DNA 複製中最常見的錯誤之一。

本題考查真核生物 RNA 的結構組成，特別是轉錄後修飾的過程。

真核生物基因在轉錄成前驅 mRNA (pre-mRNA) 後，會經過剪接 (splicing) 的過程。在這個過程中，非編碼區段 (noncoding regions) 會被移除，而編碼區段 (coding regions) 則會被連接起來形成成熟的 mRNA。

• Exons 是指基因中包含編碼蛋白質訊息的區段，這些區段最終會被保留在成熟的 mRNA 中。

本題考查轉座子 (transposons) 的特性，要求找出不符合其特徵的敘述。

轉座子是一種能夠在基因組內移動的 DNA 片段。它們的移動通常涉及酶促反應。

• A) 轉座子在基因組中的移動通常是酶促的 (enzymatically)，而不是非酶促的 (non-enzymatically)。 這是因為轉座子的移動需要轉座酶 (transposase) 的作用。因此，這個敘述是錯誤的，並且是題目所尋找的例外。
• B) 轉座子在基因組中的位置是不穩定的 (unstable location)，它們可以插入到新的位點。 這是轉座子的典型特徵。

本題考查不同類型基因突變的定義。

• 鹼基的交換 (exchange of one base for another)： 這類突變稱為點突變 (point mutation)。點突變是指 DNA 分子中單個或少數幾個核苷酸發生的改變。點突變又可以細分為：
  • 轉換 (transition)： 嘌呤鹼基 (A, G) 被另一嘌呤鹼基取代，或嘧啶鹼基 (C, T) 被另一嘧啶鹼基取代。
  • 顛換 (transversion)： 嘌呤鹼基被嘧啶鹼基取代，或嘧啶鹼基被嘌呤鹼基取代。
• 鹼基的插入 (insertions) 和刪除 (deletions)： 當插入或刪除的鹼基數量不是三個的倍數時，會導致讀碼框 (reading frame) 的移動，進而改變後續所有密碼子的解讀，這種突變稱為移碼突變 (frameshift mutation)。

本題考查 DNA footprinting 技術的用途。

DNA footprinting 是一種用於確定蛋白質（例如轉錄因子）與 DNA 結合位點的實驗技術。其基本原理是，當一個蛋白質結合到 DNA 的特定序列上時，這個區域就會受到保護，不易被核酸酶（如 DNase I）切割。通過比較結合蛋白質和未結合蛋白質的 DNA 片段的切割圖譜，可以識別出蛋白質結合的 DNA 區域。

• A) 序列同源性 (homology)： DNA footprinting 主要關注蛋白質與 DNA 的相互作用，而不是直接比較不同 DNA 序列之間的相似性。序列同源性通常通過序列比對來確定。

本題考查轉錄起始過程中，DNA 在啟動子區域必須形成的結構。

轉錄起始是 RNA 聚合酶識別啟動子並開始合成 RNA 的過程。這個過程通常經歷幾個階段，包括：

1. 初始結合 (Initial binding)： RNA 聚合酶與啟動子區域結合，形成一個「閉合啟動子複合物」(closed promoter complex)。此時 DNA 雙螺旋仍然是完整的。
2. 異構化 (Isomerization)： RNA 聚合酶使 DNA 雙螺旋局部解開，形成一個「開放啟動子複合物」(open promoter complex)。在這個複合物中，DNA 的單鏈模板暴露出來，RNA 聚合酶可以開始讀取模板鏈並合成 RNA。

本題考查原核生物 RNA 的修飾過程。

原核生物的轉錄和轉譯是偶聯的（co-transcriptional），這意味著在 mRNA 還在合成過程中，核糖體就已經開始進行轉譯了。因此，原核生物的 mRNA 相對比較簡單，修飾也較少。

• A) 裂解和修飾新生 RNA (cleavage and modification of nascent RNA)： 在原核生物中，一些 RNA 分子（如 rRNA 和 tRNA）在合成後會經過裂解和修飾，以形成成熟的分子。例如，rRNA 是從一個較大的前驅體分子裂解出來的。

本題考查真核生物轉錄激活的關鍵事件。

真核生物的基因轉錄激活是一個複雜的過程，涉及多種蛋白質（轉錄因子）與 DNA 啟動子區域的相互作用，以及與 RNA 聚合酶 II 複合物的組裝。

• A) TATA 結合蛋白 (TBP) 結合 TATA 盒： TATA 盒是許多真核生物基因啟動子區域的一個常見順式作用元件 (cis-regulatory element)。TBP 是通用轉錄因子 TFIID 的一個亞基，它能夠特異性地識別並結合 TATA 盒，這是啟動子識別和 RNA 聚合酶 II 複合物組裝的第一步，也是非常關鍵的一步。
• B) SP-1 蛋白結合 CAAT 盒： CAAT 盒是另一個常見的啟動子順式作用元件，通常位於 TATA 盒上游。SP-1 是一種轉錄因子，可以結合 CAAT 盒，並參與轉錄的調控。

本題考查真核生物與原核生物在轉錄調控複雜性上的差異原因。

真核生物的細胞結構和分子機制比原核生物複雜得多，這也體現在轉錄調控上。

• A) 轉錄與轉譯的物理分離 (physical separation of transcription from translation)： 在真核生物中，轉錄發生在細胞核內，而轉譯發生在細胞質中。這種空間和時間上的分離允許對 mRNA 進行更精細的調控，例如 RNA 加工、運輸和降解等。這確實增加了調控的複雜性。
• B) 染色質的存在而非裸露 DNA (the presence of chromatin instead of naked DNA)： 真核生物的 DNA 被組蛋白包裹形成染色質 (chromatin)。染色質的結構（緊密或鬆散）直接影響轉錄因子和 RNA 聚合酶能否接近 DNA，從而對基因表達產生極大的調控作用。染色質重塑 (chromatin remodeling) 和組蛋白修飾 (histone modification) 是真核生物轉錄調控的重要組成部分，大大增加了其複雜性。

本題考查組蛋白修飾（特別是賴氨酸甲基化）對染色質結構和基因表達的影響。

染色質的結構可以分為兩種主要形式：

• 常染色質 (Euchromatin)： 結構較鬆散，DNA 易於被轉錄因子接近，因此基因通常是轉錄活躍 (transcriptionally active) 的。
• 異染色質 (Heterochromatin)： 結構較緊密，DNA 可及性較低，因此基因通常是轉錄不活躍 (transcriptionally inactive) 的。

組蛋白的翻譯後修飾（PTMs），包括乙醯化、甲基化、磷酸化等，是調控染色質結構和基因表達的關鍵機制。

• 組蛋白賴氨酸甲基化 (Lysine methylation)： 賴氨酸的甲基化可以有不同的甲基化程度（單甲基化、二甲基化、三甲基化），並且其對基因表達的影響取決於甲基化的具體位置和程度。

本題考查 DNA 甲基化在原核生物和真核生物中的差異。

• 原核生物 (Prokaryotes)： 在原核生物中，DNA 甲基化主要發生在腺嘌呤 (adenine, A) 和胞嘧啶 (cytosine, C) 上。最常見的是 N6-甲基腺嘌呤 (N6-methyladenine, m6A) 和 N4-甲基胞嘧啶 (N4-methylcytosine, m4C)。這些甲基化通常在 DNA 複製時由 DNA 甲基轉移酶 (DNA methyltransferases) 催化，並且與 DNA 複製的校對 (proofreading) 以及限制-修飾系統 (restriction-modification systems) 有關。
• 真核生物 (Eukaryotes)： 在大多數真核生物（包括哺乳動物）中，DNA 甲基化主要發生在胞嘧啶 (cytosine, C) 上，形成 5-甲基胞嘧啶 (5-methylcytosine, 5mC)。

核心觀念

本題考查「紫外線造成的 DNA 損傷類型」。

相鄰兩個胸腺嘧啶（thymine）受到紫外線照射後，兩個嘧啶環的碳—碳雙鍵可進行光化學反應，形成四員環結構的 環丁烷嘧啶二聚體（cyclobutane pyrimidine dimer, CPD）。若兩個胸腺嘧啶相鄰，則稱為 cyclobutane thymine dimer 或 胸腺嘧啶二聚體。

反應可概念化表示為：

$$\text{Thymine} + \text{Thymine} \xrightarrow{\text{UV}} \text{Cyclobutane thymine dimer}$$

此類 DNA 損傷會使 DNA 雙股局部結構變形，阻礙 DNA 複製與轉錄；若未被修復，可能造成複製錯誤與突變。

解題方法

判斷關鍵在於將「DNA 損傷型態」與「致突變因子」配對：

• 紫外線：造成相鄰嘧啶鹼基形成環丁烷嘧啶二聚體。
• 烷化劑：將烷基加到 DNA 鹼基上，改變鹼基配對特性。
• 多環芳香烴：形成 bulky DNA adduct，造成 DNA 複製障礙與錯誤。
• 其他化學致突變劑：依其反應基團造成鹼基烷化、去胺基或插入等損傷。

題目指定的是「cyclobutane thymine dimer」，因此應直接選擇能引發相鄰 thymine 光化學二聚化的因素，即紫外線。

選項分析

A) benzo[a]pyrene

錯誤。Benzo[a]pyrene 是多環芳香烴，常見於香菸煙霧、燃燒不完全產物等。它經代謝活化後可形成具高度反應性的環氧化物，例如 benzo[a]pyrene diol epoxide，與 DNA 鹼基形成大型共價加合物，尤其常攻擊 guanine。

它造成的是 化學性 DNA 加合物，不是相鄰 thymine 形成的 cyclobutane dimer。

B) N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine

錯誤。N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine，常縮寫為 MNNG，是強力烷化劑，能將 methyl group 加到 DNA 鹼基上，例

核心觀念

本題考查 DNA 鹼基烷基化損傷，尤其是鳥嘌呤第 6 位氧原子被甲基化所形成的 O⁶-methylguanine（O⁶-甲基鳥嘌呤，mG）。

正常鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）形成鹼基配對：

$$G\!:\!C \longrightarrow G\!:\!C$$

O⁶-甲基化會改變鳥嘌呤的氫鍵特性與鹼基配對偏好，使 mG 在 DNA 複製時容易與胸腺嘧啶（T）錯配。若錯配未被修復，下一輪複製會將原本的 $G:C$ 對轉換成 $A:T$ 對，形成 $G:C \rightarrow A:T$ transition mutation。

解題方法

判斷此題的關鍵是掌握以下因果鏈：

$$G \xrightarrow{\text{O}^{6}\text{-甲基化}} O^{6}\text{-methylguanine}$$ $$mG \text{ 在複製時與 } T \text{ 錯配}$$ $$mG:T \text{ 錯配經複製固定為 } A:T$$

因此，原本含有 G 的位置，最終會由 A 取代；互補股上的 C 則相應變成 T：

$$G:C \longrightarrow A:T$$

這是典型的鹼基烷基化造成的錯義配對與轉換型突變。

選項分析

A) mG frequently pairs with thymine resulting in a GC → AT mutation

正確。

O⁶-甲基鳥嘌呤最重要的致突變特徵，就是在 DNA 複製時容易與 T 配對，形成 $mG:T$ 錯配。

若 DNA 聚合酶未能修復此錯配，後續複製會以 T 作為模板，插入 A，最後使原本的：

$$G:C \longrightarrow A:T$$

因此 A 為正確答案。

B) mG loses its methoxy group resulting in hydrogen bonding with adenine and a bulge in the double helix

錯誤。

mG 的特徵是鳥嘌呤第 6 位氧原子被甲基化，形成 $O$-甲基結構；題幹並未描述 mG 會先失去甲氧基。其主要致突變機制是與 T 錯配，而不是與 A 形成造成 DNA 雙股螺旋凸起的配對。

此外，鹼基錯配通常是氫鍵幾何與鹼基辨識異常，不等同於插入或缺失所造成的 bulge。

本題考查哪種 DNA 修復機制經常與轉錄過程偶聯。

在真核生物中，存在一種稱為「轉錄偶聯修復」(Transcription-Coupled Repair, TCR) 的機制。這種機制能夠優先修復那些正在被轉錄的基因中的 DNA 損傷。其原理是，當 RNA 聚合酶在轉錄過程中遇到 DNA 損傷時，它會被阻礙並停滯。這個停滯的 RNA 聚合酶會被一個信號識別系統檢測到，進而招募 DNA 修復蛋白到損傷位點。

• A) 光復活 (photoreactivation)： 這是一種直接修復嘧啶二聚體的方法，通過光依賴性酶（光解酶）進行，主要存在於原核生物和某些真核生物中，但它不是與轉錄直接偶聯的。

核心觀念

物種內的遺傳變異主要來自兩個層次：

1. 突變（mutations）：改變 DNA 的鹼基序列，產生新的等位基因。
2. 基因重組（recombination）：重新排列既有的遺傳物質，例如減數分裂時的互換與獨立分配，形成新的等位基因組合。

突變創造新的遺傳變異，基因重組則重新組合這些變異；兩者共同增加族群內的遺傳多樣性，長期累積後可能促成新物種的演化。

DNA 修復與 DNA glycosylase 的主要功能，則是辨認並修正 DNA 損傷，以維持基因組穩定性。

解題方法

先判斷各名詞對遺傳變異的作用：

• 能直接產生新等位基因的是 突變。
• 能重新排列既有遺傳資訊的是 基因重組。
• DNA 修復與 DNA glycosylase 都是降低 DNA 損傷或突變累積的機制，並非主要的變異來源。

因此句子應填為：

Together with recombination, mutations provide(s) for genetic variability within species and, ultimately, the evolution of new species.

也就是「基因重組與突變共同造成物種內的遺傳變異」。

選項分析

A) DNA repair; DNA glycosylase

錯誤。DNA 修復本身是維持 DNA 正確性、降低突變率的機制；DNA glycosylase 是鹼基切除修復中的酵素，負責切除受損或錯誤的含氮鹼基。

核心觀念

本題考查化學誘變劑造成的鹼基脫胺作用，以及其導致的鹼基對替換。

亞硝酸（nitrous acid）可使胞嘧啶（cytosine，C）氧化脫胺，轉變為尿嘧啶（uracil，U）：

$$\mathrm{C \longrightarrow U}$$

原本的胞嘧啶—鳥嘌呤鹼基對為：

$$\mathrm{C-G}$$

尿嘧啶在 DNA 中會像胸腺嘧啶（thymine，T）一樣，與腺嘌呤（adenine，A）配對。

解題方法

原本 DNA 中的一股含有 C，另一股含有 G：

$$\mathrm{C-G}$$

C 經脫胺後變成 U：

$$\mathrm{U-G}$$

此時形成 U–G 錯配。若在修復前進行 DNA 複製，U 會作為模板，與 A 配對：

$$\mathrm{U \longrightarrow A}$$

經過後續複製，U 所在位置會被固定為 T，而其互補鹼基為 A，因此原本的 C–G 鹼基對變成：

$$\mathrm{C-G \longrightarrow T-A}$$

這是轉換突變（transition），因為 C 與 T 都屬於嘧啶，G 與 A 都屬於嘌呤。

選項分析

本題考查 RecA 蛋白在 DNA 重組過程中的功能。

RecA 蛋白是細菌 DNA 重組中的關鍵蛋白質，它在同源重組 (homologous recombination) 過程中發揮多種重要作用。

• A) 產生內切酶切口 (endonucleolytic nick)： 產生切口通常是由核酸酶 (nucleases) 完成的，如 RecBCD 複合物。RecA 的作用不是直接切割 DNA。
• B) 協助 RecBCD 複合物識別 Chi 位點： Chi 位點是 RecBCD 識別的重組熱點，RecBCD 複合物負責識別和處理 DNA 斷裂處，為 RecA 結合做準備。RecA 並非直接參與 Chi 位點的識別。
• C) 啟動重組 (initiate recombination)： 雖然 RecA 對重組的啟動至關重要，但它並非「啟動」的唯一或最準確的描述。更具體的描述是它在重組的關鍵步驟中發揮作用。

本題考查 RNA 聚合酶 II (RNA polymerase II) 的 C 端結構域 (CTD) 的功能。

RNA 聚合酶 II 的 CTD 是一個由重複的胺基酸序列組成的結構，其功能與轉錄的調控和後續的 RNA 處理密切相關。

• A) 結合啟動子區域 DNA： 結合啟動子區域主要是由轉錄因子和 RNA 聚合酶的通用轉錄因子（GTFs）負責，而不是 CTD。

本題考查 DNA 複製過程中可能發生的突變類型。DNA 複製是一個高度精確的過程，但仍可能發生錯誤。

(A) 鹼基錯配 (mismatch of bases) 是指 DNA 聚合酶在複製過程中將錯誤的鹼基配對到模板鏈上。這是 DNA 複製中最常見的錯誤之一。

本題考查真核生物 RNA 的結構組成，特別是轉錄後修飾的過程。

真核生物基因在轉錄成前驅 mRNA (pre-mRNA) 後，會經過剪接 (splicing) 的過程。在這個過程中，非編碼區段 (noncoding regions) 會被移除，而編碼區段 (coding regions) 則會被連接起來形成成熟的 mRNA。

• Exons 是指基因中包含編碼蛋白質訊息的區段，這些區段最終會被保留在成熟的 mRNA 中。

本題考查 RecA 蛋白在 DNA 重組過程中的功能。

RecA 蛋白是細菌 DNA 重組中的關鍵蛋白質，它在同源重組 (homologous recombination) 過程中發揮多種重要作用。

• A) 產生內切酶切口 (endonucleolytic nick)： 產生切口通常是由核酸酶 (nucleases) 完成的，如 RecBCD 複合物。RecA 的作用不是直接切割 DNA。
• B) 協助 RecBCD 複合物識別 Chi 位點： Chi 位點是 RecBCD 識別的重組熱點，RecBCD 複合物負責識別和處理 DNA 斷裂處，為 RecA 結合做準備。RecA 並非直接參與 Chi 位點的識別。
• C) 啟動重組 (initiate recombination)： 雖然 RecA 對重組的啟動至關重要，但它並非「啟動」的唯一或最準確的描述。更具體的描述是它在重組的關鍵步驟中發揮作用。

本題考查轉座子 (transposons) 的特性，要求找出不符合其特徵的敘述。

轉座子是一種能夠在基因組內移動的 DNA 片段。它們的移動通常涉及酶促反應。

• A) 轉座子在基因組中的移動通常是酶促的 (enzymatically)，而不是非酶促的 (non-enzymatically)。 這是因為轉座子的移動需要轉座酶 (transposase) 的作用。因此，這個敘述是錯誤的，並且是題目所尋找的例外。
• B) 轉座子在基因組中的位置是不穩定的 (unstable location)，它們可以插入到新的位點。 這是轉座子的典型特徵。

本題考查不同類型基因突變的定義。

• 鹼基的交換 (exchange of one base for another)： 這類突變稱為點突變 (point mutation)。點突變是指 DNA 分子中單個或少數幾個核苷酸發生的改變。點突變又可以細分為：
  • 轉換 (transition)： 嘌呤鹼基 (A, G) 被另一嘌呤鹼基取代，或嘧啶鹼基 (C, T) 被另一嘧啶鹼基取代。
  • 顛換 (transversion)： 嘌呤鹼基被嘧啶鹼基取代，或嘧啶鹼基被嘌呤鹼基取代。
• 鹼基的插入 (insertions) 和刪除 (deletions)： 當插入或刪除的鹼基數量不是三個的倍數時，會導致讀碼框 (reading frame) 的移動，進而改變後續所有密碼子的解讀，這種突變稱為移碼突變 (frameshift mutation)。

本題考查 DNA footprinting 技術的用途。

DNA footprinting 是一種用於確定蛋白質（例如轉錄因子）與 DNA 結合位點的實驗技術。其基本原理是，當一個蛋白質結合到 DNA 的特定序列上時，這個區域就會受到保護，不易被核酸酶（如 DNase I）切割。通過比較結合蛋白質和未結合蛋白質的 DNA 片段的切割圖譜，可以識別出蛋白質結合的 DNA 區域。

• A) 序列同源性 (homology)： DNA footprinting 主要關注蛋白質與 DNA 的相互作用，而不是直接比較不同 DNA 序列之間的相似性。序列同源性通常通過序列比對來確定。

本題考查轉錄起始過程中，DNA 在啟動子區域必須形成的結構。

轉錄起始是 RNA 聚合酶識別啟動子並開始合成 RNA 的過程。這個過程通常經歷幾個階段，包括：

1. 初始結合 (Initial binding)： RNA 聚合酶與啟動子區域結合，形成一個「閉合啟動子複合物」(closed promoter complex)。此時 DNA 雙螺旋仍然是完整的。
2. 異構化 (Isomerization)： RNA 聚合酶使 DNA 雙螺旋局部解開，形成一個「開放啟動子複合物」(open promoter complex)。在這個複合物中，DNA 的單鏈模板暴露出來，RNA 聚合酶可以開始讀取模板鏈並合成 RNA。

本題考查原核生物 RNA 的修飾過程。

原核生物的轉錄和轉譯是偶聯的（co-transcriptional），這意味著在 mRNA 還在合成過程中，核糖體就已經開始進行轉譯了。因此，原核生物的 mRNA 相對比較簡單，修飾也較少。

• A) 裂解和修飾新生 RNA (cleavage and modification of nascent RNA)： 在原核生物中，一些 RNA 分子（如 rRNA 和 tRNA）在合成後會經過裂解和修飾，以形成成熟的分子。例如，rRNA 是從一個較大的前驅體分子裂解出來的。

本題考查真核生物轉錄激活的關鍵事件。

真核生物的基因轉錄激活是一個複雜的過程，涉及多種蛋白質（轉錄因子）與 DNA 啟動子區域的相互作用，以及與 RNA 聚合酶 II 複合物的組裝。

• A) TATA 結合蛋白 (TBP) 結合 TATA 盒： TATA 盒是許多真核生物基因啟動子區域的一個常見順式作用元件 (cis-regulatory element)。TBP 是通用轉錄因子 TFIID 的一個亞基，它能夠特異性地識別並結合 TATA 盒，這是啟動子識別和 RNA 聚合酶 II 複合物組裝的第一步，也是非常關鍵的一步。
• B) SP-1 蛋白結合 CAAT 盒： CAAT 盒是另一個常見的啟動子順式作用元件，通常位於 TATA 盒上游。SP-1 是一種轉錄因子，可以結合 CAAT 盒，並參與轉錄的調控。

本題考查真核生物與原核生物在轉錄調控複雜性上的差異原因。

真核生物的細胞結構和分子機制比原核生物複雜得多，這也體現在轉錄調控上。

• A) 轉錄與轉譯的物理分離 (physical separation of transcription from translation)： 在真核生物中，轉錄發生在細胞核內，而轉譯發生在細胞質中。這種空間和時間上的分離允許對 mRNA 進行更精細的調控，例如 RNA 加工、運輸和降解等。這確實增加了調控的複雜性。
• B) 染色質的存在而非裸露 DNA (the presence of chromatin instead of naked DNA)： 真核生物的 DNA 被組蛋白包裹形成染色質 (chromatin)。染色質的結構（緊密或鬆散）直接影響轉錄因子和 RNA 聚合酶能否接近 DNA，從而對基因表達產生極大的調控作用。染色質重塑 (chromatin remodeling) 和組蛋白修飾 (histone modification) 是真核生物轉錄調控的重要組成部分，大大增加了其複雜性。

本題考查組蛋白修飾（特別是賴氨酸甲基化）對染色質結構和基因表達的影響。

染色質的結構可以分為兩種主要形式：

• 常染色質 (Euchromatin)： 結構較鬆散，DNA 易於被轉錄因子接近，因此基因通常是轉錄活躍 (transcriptionally active) 的。
• 異染色質 (Heterochromatin)： 結構較緊密，DNA 可及性較低，因此基因通常是轉錄不活躍 (transcriptionally inactive) 的。

組蛋白的翻譯後修飾（PTMs），包括乙醯化、甲基化、磷酸化等，是調控染色質結構和基因表達的關鍵機制。

• 組蛋白賴氨酸甲基化 (Lysine methylation)： 賴氨酸的甲基化可以有不同的甲基化程度（單甲基化、二甲基化、三甲基化），並且其對基因表達的影響取決於甲基化的具體位置和程度。

本題考查 DNA 甲基化在原核生物和真核生物中的差異。

• 原核生物 (Prokaryotes)： 在原核生物中，DNA 甲基化主要發生在腺嘌呤 (adenine, A) 和胞嘧啶 (cytosine, C) 上。最常見的是 N6-甲基腺嘌呤 (N6-methyladenine, m6A) 和 N4-甲基胞嘧啶 (N4-methylcytosine, m4C)。這些甲基化通常在 DNA 複製時由 DNA 甲基轉移酶 (DNA methyltransferases) 催化，並且與 DNA 複製的校對 (proofreading) 以及限制-修飾系統 (restriction-modification systems) 有關。
• 真核生物 (Eukaryotes)： 在大多數真核生物（包括哺乳動物）中，DNA 甲基化主要發生在胞嘧啶 (cytosine, C) 上，形成 5-甲基胞嘧啶 (5-methylcytosine, 5mC)。

核心觀念

本題考查「紫外線造成的 DNA 損傷類型」。

相鄰兩個胸腺嘧啶（thymine）受到紫外線照射後，兩個嘧啶環的碳—碳雙鍵可進行光化學反應，形成四員環結構的 環丁烷嘧啶二聚體（cyclobutane pyrimidine dimer, CPD）。若兩個胸腺嘧啶相鄰，則稱為 cyclobutane thymine dimer 或 胸腺嘧啶二聚體。

反應可概念化表示為：

$$\text{Thymine} + \text{Thymine} \xrightarrow{\text{UV}} \text{Cyclobutane thymine dimer}$$

此類 DNA 損傷會使 DNA 雙股局部結構變形，阻礙 DNA 複製與轉錄；若未被修復，可能造成複製錯誤與突變。

解題方法

判斷關鍵在於將「DNA 損傷型態」與「致突變因子」配對：

• 紫外線：造成相鄰嘧啶鹼基形成環丁烷嘧啶二聚體。
• 烷化劑：將烷基加到 DNA 鹼基上，改變鹼基配對特性。
• 多環芳香烴：形成 bulky DNA adduct，造成 DNA 複製障礙與錯誤。
• 其他化學致突變劑：依其反應基團造成鹼基烷化、去胺基或插入等損傷。

題目指定的是「cyclobutane thymine dimer」，因此應直接選擇能引發相鄰 thymine 光化學二聚化的因素，即紫外線。

選項分析

A) benzo[a]pyrene

錯誤。Benzo[a]pyrene 是多環芳香烴，常見於香菸煙霧、燃燒不完全產物等。它經代謝活化後可形成具高度反應性的環氧化物，例如 benzo[a]pyrene diol epoxide，與 DNA 鹼基形成大型共價加合物，尤其常攻擊 guanine。

它造成的是 化學性 DNA 加合物，不是相鄰 thymine 形成的 cyclobutane dimer。

B) N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine

錯誤。N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine，常縮寫為 MNNG，是強力烷化劑，能將 methyl group 加到 DNA 鹼基上，例

核心觀念

本題考查 DNA 鹼基烷基化損傷，尤其是鳥嘌呤第 6 位氧原子被甲基化所形成的 O⁶-methylguanine（O⁶-甲基鳥嘌呤，mG）。

正常鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（C）形成鹼基配對：

$$G\!:\!C \longrightarrow G\!:\!C$$

O⁶-甲基化會改變鳥嘌呤的氫鍵特性與鹼基配對偏好，使 mG 在 DNA 複製時容易與胸腺嘧啶（T）錯配。若錯配未被修復，下一輪複製會將原本的 $G:C$ 對轉換成 $A:T$ 對，形成 $G:C \rightarrow A:T$ transition mutation。

解題方法

判斷此題的關鍵是掌握以下因果鏈：

$$G \xrightarrow{\text{O}^{6}\text{-甲基化}} O^{6}\text{-methylguanine}$$ $$mG \text{ 在複製時與 } T \text{ 錯配}$$ $$mG:T \text{ 錯配經複製固定為 } A:T$$

因此，原本含有 G 的位置，最終會由 A 取代；互補股上的 C 則相應變成 T：

$$G:C \longrightarrow A:T$$

這是典型的鹼基烷基化造成的錯義配對與轉換型突變。

選項分析

A) mG frequently pairs with thymine resulting in a GC → AT mutation

正確。

O⁶-甲基鳥嘌呤最重要的致突變特徵，就是在 DNA 複製時容易與 T 配對，形成 $mG:T$ 錯配。

若 DNA 聚合酶未能修復此錯配，後續複製會以 T 作為模板，插入 A，最後使原本的：

$$G:C \longrightarrow A:T$$

因此 A 為正確答案。

B) mG loses its methoxy group resulting in hydrogen bonding with adenine and a bulge in the double helix

錯誤。

mG 的特徵是鳥嘌呤第 6 位氧原子被甲基化，形成 $O$-甲基結構；題幹並未描述 mG 會先失去甲氧基。其主要致突變機制是與 T 錯配，而不是與 A 形成造成 DNA 雙股螺旋凸起的配對。

此外，鹼基錯配通常是氫鍵幾何與鹼基辨識異常，不等同於插入或缺失所造成的 bulge。

本題考查哪種 DNA 修復機制經常與轉錄過程偶聯。

在真核生物中，存在一種稱為「轉錄偶聯修復」(Transcription-Coupled Repair, TCR) 的機制。這種機制能夠優先修復那些正在被轉錄的基因中的 DNA 損傷。其原理是，當 RNA 聚合酶在轉錄過程中遇到 DNA 損傷時，它會被阻礙並停滯。這個停滯的 RNA 聚合酶會被一個信號識別系統檢測到，進而招募 DNA 修復蛋白到損傷位點。

• A) 光復活 (photoreactivation)： 這是一種直接修復嘧啶二聚體的方法，通過光依賴性酶（光解酶）進行，主要存在於原核生物和某些真核生物中，但它不是與轉錄直接偶聯的。

核心觀念

物種內的遺傳變異主要來自兩個層次：

1. 突變（mutations）：改變 DNA 的鹼基序列，產生新的等位基因。
2. 基因重組（recombination）：重新排列既有的遺傳物質，例如減數分裂時的互換與獨立分配，形成新的等位基因組合。

突變創造新的遺傳變異，基因重組則重新組合這些變異；兩者共同增加族群內的遺傳多樣性，長期累積後可能促成新物種的演化。

DNA 修復與 DNA glycosylase 的主要功能，則是辨認並修正 DNA 損傷，以維持基因組穩定性。

解題方法

先判斷各名詞對遺傳變異的作用：

• 能直接產生新等位基因的是 突變。
• 能重新排列既有遺傳資訊的是 基因重組。
• DNA 修復與 DNA glycosylase 都是降低 DNA 損傷或突變累積的機制，並非主要的變異來源。

因此句子應填為：

Together with recombination, mutations provide(s) for genetic variability within species and, ultimately, the evolution of new species.

也就是「基因重組與突變共同造成物種內的遺傳變異」。

選項分析

A) DNA repair; DNA glycosylase

錯誤。DNA 修復本身是維持 DNA 正確性、降低突變率的機制；DNA glycosylase 是鹼基切除修復中的酵素，負責切除受損或錯誤的含氮鹼基。

核心觀念

本題考查化學誘變劑造成的鹼基脫胺作用，以及其導致的鹼基對替換。

亞硝酸（nitrous acid）可使胞嘧啶（cytosine，C）氧化脫胺，轉變為尿嘧啶（uracil，U）：

$$\mathrm{C \longrightarrow U}$$

原本的胞嘧啶—鳥嘌呤鹼基對為：

$$\mathrm{C-G}$$

尿嘧啶在 DNA 中會像胸腺嘧啶（thymine，T）一樣，與腺嘌呤（adenine，A）配對。

解題方法

原本 DNA 中的一股含有 C，另一股含有 G：

$$\mathrm{C-G}$$

C 經脫胺後變成 U：

$$\mathrm{U-G}$$

此時形成 U–G 錯配。若在修復前進行 DNA 複製，U 會作為模板，與 A 配對：

$$\mathrm{U \longrightarrow A}$$

經過後續複製，U 所在位置會被固定為 T，而其互補鹼基為 A，因此原本的 C–G 鹼基對變成：

$$\mathrm{C-G \longrightarrow T-A}$$

這是轉換突變（transition），因為 C 與 T 都屬於嘧啶，G 與 A 都屬於嘌呤。

選項分析