109 年 國立臺灣大學分子與細胞生物學研究所碩士班《分子生物學（B）》

本題考查 RNA 的催化活性。
RNA 分子除了作為遺傳訊息的載體（mRNA）、參與蛋白質合成（rRNA、tRNA）外，也具有催化生物化學反應的能力，這類具有催化活性的 RNA 分子被稱為核酶 (ribozymes)。核酶的發現顛覆了過去認為只有蛋白質才能擔任酵素催化角色的觀念。
(A) mRNA (messenger RNA) 攜帶遺傳密碼，用於指導蛋白質合成。

本題考查分泌蛋白的運輸與分選途徑。
分泌性蛋白質在合成後，會經過細胞內一系列的膜狀胞器進行修飾、分選與包裝，最終透過胞吐作用分泌至細胞外。這個過程主要涉及內質網 (endoplasmic reticulum, ER) 和高基氏體 (Golgi apparatus)。

1. 蛋白質合成於附著於粗糙內質網的核醣體上，合成的蛋白質進入內質網腔進行摺疊、醣基化等修飾。
2. 蛋白質從內質網透過囊泡運輸至高基氏體 (Golgi apparatus)。
3. 在高基氏體內，蛋白質會進一步被修飾、分選，並包裝成運輸囊泡。
4. 運輸囊泡移動至細胞膜，與細胞膜融合，將蛋白質分泌到細胞外。

本題考查 DNA 的鹼基組成規則（Chargaff's rules）及其在雙股 DNA 中的應用。
Chargaff's rules 指出，在雙股 DNA 中，腺嘌呤 (A) 的含量等於胸腺嘧啶 (T) 的含量，鳥糞嘌呤 (G) 的含量等於胞嘧啶 (C) 的含量。也就是 A=T 且 G=C。
此外，雙股 DNA 的總鹼基含量為 100%。
題目給定一個圓形雙股 DNA 基因組，其中腺嘌呤 (adenosine, A) 的比例為 23%。
根據 Chargaff's rules，A=T，所以胸腺嘧啶 (T) 的比例也為 23%。
雙股 DNA 的總鹼基含量是 A+T+G+C = 100%。

本題考查轉錄調控中，抑制蛋白 (repressor protein) 的作用機制。
在經典的轉錄調控模型，特別是原核生物的操縱子 (operon) 模型中，抑制蛋白扮演著負向調控的角色，負責阻止 RNA 聚合酶與啟動子結合，進而抑制基因的轉錄。
抑制蛋白通常會與 DNA 上一個特定的序列結合，這個序列稱為操縱區 (operator)。當抑制蛋白結合到操縱區時，會阻礙 RNA 聚合酶接近或結合到啟動子 (promoter)，從而阻止轉錄的起始。

本題考查鋅指 (Zinc finger) 結構的功能。
鋅指是一種蛋白質結構域，其結構特徵是透過鋅離子 (Zn²⁺) 與半胱胺酸 (cysteine) 或組胺酸 (histidine) 的側鏈配位，穩定蛋白質的局部摺疊。這種結構域在許多蛋白質中發現，尤其常見於那些需要與 DNA 或 RNA 結合的蛋白質，例如轉錄因子。鋅指結構能提供一個穩定的平台，讓蛋白質能夠精確地識別並結合到特定的 DNA 或 RNA 序列。
(A) 鋅指結構本身不具催化活性，因此不在激酶 (kinases) 的催化位點。

核心觀念

本題考查 CRISPR/Cas9 基因編輯系統的基本組成、作用機制與應用。

CRISPR/Cas9 系統主要由兩個部分構成：

1. guide RNA（導引 RNA，gRNA）：利用互補鹼基配對辨識目標 DNA 序列，並將 Cas9 帶到特定位置。
2. Cas9 蛋白：具有核酸酶活性，可切割目標雙股 DNA，造成 DNA 雙股斷裂（double-strand break, DSB）。

Cas9 主要具有兩個切割結構域：

• HNH domain：切割與 guide RNA 互補的 DNA 股。
• RuvC domain：切割另一條 DNA 股。

因此，Cas9 屬於能切割 DNA 的內切核酸酶（endonuclease），而不是由 DNA 末端逐步切割的外切核酸酶（exonuclease）。

DNA 雙股斷裂後，細胞可透過下列機制修復：

• 非同源末端連接（NHEJ）：容易產生插入或缺失突變，常用於基因剔除。
• 同源性導向修復（HDR）：若提供同源模板，可進行較精確的基因置換或插入。

此外，若將 Cas9 的切割功能失活，形成 dCas9（dead Cas9），仍可由 gRNA 導引至基因特定位點，進而阻礙轉錄或招募調控因子，達成基因表現調控。

解題方法

判斷各選項是否正確時，可依序檢查三個面向：

1. gRNA 是否負責辨識與導引？
2. Cas9 的酵素種類與切割功能是否描述正確？
3. CRISPR/Cas9 的來源與應用範圍是否符合已知事實？

其中，選項 B 將 Cas9 的酵素類型寫成 exonuclease。Cas9 實際上是切割 DNA 內部特定位點的 endonuclease，因此 B 為錯誤敘述。

選項分析

(A) An RNA molecule, called guide RNA, directs Cas9 to the target

正確。

guide RNA 含有可與目標 DNA 配對的序列，透過鹼基互補作用辨識目標位置，並將 Cas9 蛋白導引至該處。目標 DNA 通常還必須鄰近符合 Cas9 要求的 PAM（protospacer adjacent motif），例如常用的 SpCas9 辨識 $5'-NGG-3'$。

(B) Cas9 is an exonuclease that cut double-stranded DNA

錯誤。

核心觀念

DNA polymer酶進行體外 DNA 合成的基本需求包括：

1. DNA 模板：提供鹼基配對的依據。
2. 引子（primer）：提供可延伸的 3′-OH 端。
3. 四種去氧核糖核苷三磷酸：dATP、dGTP、dCTP、dTTP，作為合成 DNA 的原料。
4. 適當的二價金屬離子：通常為 Mg²⁺，協助催化磷酸二酯鍵形成。

DNA 聚合反應可概念化表示為：

反應能量主要來自進入的 dNTP 本身，其高能磷酸鍵斷裂並釋放焦磷酸 $PP_i$，不需要額外由 ATP 提供能量。

解題方法

逐一判斷各選項是否屬於 DNA polymerase 進行標準體外 DNA 合成的必要條件：

• 是否提供 DNA 合成所需的模板？
• 是否提供可延伸的 3′-OH 端？
• 是否為 DNA 的核苷酸原料？
• 是否只是其他細胞功能所需的分子？

不屬於上述必要條件者，就是題目所問的 NOT required。

選項分析

(A) tRNA

tRNA 主要參與蛋白質翻譯，功能是攜帶胺基酸並依據 mRNA 密碼子配對。標準 DNA polymerase 的體外 DNA 合成不需要 tRNA。

因此，(A) 不是必要條件。

(B) ATP

ATP 並不是 DNA polymerase 直接使用的 DNA 原料。DNA 合成所需的是四種去氧核苷酸三磷酸：

反應能量由 dNTP 本身的三磷酸基團提供，因此標準 DNA polymerase 體外合成 DNA 不需要額外添加 ATP。

因此，依據嚴格的生化定義，(B) 也不是必要條件。

本題考查定向演化 (directed evolution) 的概念，需要找出關於定向演化不正確的敘述。定向演化是一種實驗室技術，用於產生具有特定功能或性質的蛋白質。它模仿自然演化的過程，但將其導向一個預設的目標。

我們逐一分析選項：
(A) It mimics natural evolution and directs protein engineering toward a user-defined goal.
定向演化確實模仿了自然演化的基本原則（變異、選擇、擴增），但其目標是人為設定的，以獲得具有特定功能的蛋白質。此敘述正確。

(B) It involves iterative rounds mutagenesis, selection and amplification.
這是定向演化的核心步驟。通過隨機誘變 (mutagenesis) 產生蛋白質變異體庫，然後通過篩選 (selection) 或分離 (screening) 找出具有所需性狀的變異體，再將這些變異體進行擴增 (amplification)，並重複這些步驟，以逐步優化蛋白質的功能。此敘述正確。

(C) High fidelity DNA polymerases are used for random mutagenesis in vitro.
在定向演化中，為了產生足夠的變異，通常需要進行隨機誘變。

本題考查限制酶 (restriction enzymes) 的切割特性，需要判斷哪一種限制酶切割後會產生鈍端 (blunt end)。限制酶識別並切割特定的 DNA 序列。切割方式主要有兩種：

1. 黏端 (sticky end)：切割後會在 DNA 鏈的 5' 或 3' 端留下單鏈的突出端。
2. 鈍端 (blunt end)：切割後，DNA 鏈的兩端是平齊的，沒有單鏈突出端。

我們需要檢查每個選項中限制酶的識別序列和切割位點：

(A) HaeIII (GG*CC)
識別序列：GGCC
切割位點：在兩個 G 之間，即 G-G | C-C。
切割後：
5'-GGCC-3'
3'-CCGG-5'
切割後：
5'-GG CC-3'
3'-CC GG-5'
這會產生一個 4bp 的雙股 DNA，兩端都是平齊的。因此，HaeIII 產生鈍端。

(B) EcoRI (G*AATTC)
識別序列：GAATTC
切割位點：在 G 和 A 之間，即 G-A | A-T-T-C。
切割後：
5'-G AATTC-3'
3'-CTTAA G-5'

本題考查次世代定序 (Next-Generation Sequencing, NGS) 的應用範圍，需要找出 NGS 無法直接或主要決定的生物分子層次。NGS 是一種高通量的 DNA 或 RNA 定序技術，能夠快速、大規模地獲取核酸序列資訊。

我們逐一分析選項：
(A) the genome of a cell.
NGS 可以對細胞的整個基因組 DNA 進行定序，以獲得完整的基因組序列。這是 NGS 的核心應用之一。此選項可以由 NGS 決定。

(B) the transcriptome of a cell.
通過對細胞中的 RNA 進行定序 (RNA-Seq)，NGS 可以獲取細胞中所有轉錄本的資訊，包括表達水平、剪接變異等，從而描繪出細胞的轉錄組 (transcriptome)。此選項可以由 NGS 決定。

本題考查轉錄上不活躍基因 (transcriptionally inactive genes) 的特徵。轉錄不活躍的基因通常處於一種緊密纏繞的染色質結構中，稱為異染色質 (heterochromatin)，這使得轉錄機制難以接近。

我們逐一分析選項：
(A) are always located within euchromatin.
Euchromatin 是較為鬆散的染色質形式，通常與活躍轉錄的基因相關。轉錄不活躍的基因通常位於異染色質 (heterochromatin) 中，那是一種更緊密、壓縮的染色質結構。因此，這個敘述是錯誤的。

(B) are often methylated.
DNA 甲基化，特別是在 CpG 島上，是真核生物中一種重要的表觀遺傳調控機制，通常與基因的沉默或轉錄不活躍有關。轉錄不活躍的基因區域，特別是啟動子區域，經常會發生 DNA 甲基化。此敘述正確。

本題考查用於檢測全基因組染色質可及性 (genome-wide chromatin accessibility) 的技術。染色質可及性是指 DNA 在染色質結構中對蛋白質（如轉錄因子、DNA 聚合酶）的可接近程度，它與基因的轉錄活性密切相關。

我們逐一分析選項：
(A) Yeast two-hybrid (酵母雙雜交)：這是一種用於研究蛋白質-蛋白質相互作用的技術。它與染色質可及性無關。

(B) SDS-PAGE (十二烷基硫酸鈉-聚丙烯醯胺凝膠電泳)：這是一種用於分離和分析蛋白質的技術，根據蛋白質的大小和電荷。它與核酸和染色質結構無關。

(C) ATAC-seq (Assay for Transposase-Accessible Chromatin using sequencing)：ATAC-seq 是一種用於檢測全基因組範圍內開放染色質區域（即對轉座酶 Tagmentase 敏感的

本題考查蛋白質三級結構的穩定因素，需要找出最不可能參與穩定蛋白質三維摺疊的鍵或相互作用。蛋白質的三維結構是由其胺基酸序列決定，並通過多種化學鍵和非共價相互作用穩定。

我們逐一分析選項：
(A) Ester bonds (酯鍵)：酯鍵通常存在於酯類化合物中，例如磷脂、三酸甘油酯。在蛋白質的結構中，胺基酸之間通過肽鍵 (peptide bond) 連接形成蛋白質鏈。肽鍵是醯胺鍵 (amide bond)，而不是酯鍵。雖然蛋白質的側鏈中可能含有酯鍵（例如某些脂質修飾），或者在某些特殊的酶促反應中可能形成暫時的酯鍵中間體，但酯鍵本身不是穩定蛋白質三維結構的普遍鍵。

(B) Hydrogen bonds (氫鍵)：氫鍵廣泛存在於蛋白質分子內部，例如在形成 $\alpha$-螺旋和 $\beta$-摺疊等二級結構中，以及在蛋白質的表面和內部穩定三級結構。氫鍵是蛋白質三維結構的重要穩定因素。

本題考查蛋白質結構特徵與功能的關聯。題目描述了一種新型膜蛋白，其胺基酸序列包含六個免疫球蛋白樣結構域 (immunoglobulin-like domains) 和四個纖連蛋白樣重複序列 (fibronectin-like repeats)。我們需要判斷這種蛋白質最可能的功能。

我們逐一分析選項：
(A) G protein (G蛋白)：G 蛋白是一類參與細胞信號傳導的蛋白質，通常與細胞膜上的受體結合，並通過 GTP 結合和水解來傳遞信號。G 蛋白的結構通常包含幾個結構域，但免疫球蛋白樣結構域和纖連蛋白樣重複序列並非 G 蛋白的典型結構特徵。

(B) transcriptional factor (轉錄因子)：轉錄因子是調節基因轉錄的蛋白質，它們通常能夠結合 DNA。雖然有些轉錄因子可能包含特定的結構域，但免疫球蛋白樣結構域和纖連蛋白樣重複序列並非轉錄因子的典型結構。

(C) motor protein (運動蛋白)：運動蛋白（如肌動蛋白、動力蛋白）負責在細胞內移動貨物或改變細胞形狀。

本題考查不同類型突變對基因功能影響的可能性，需要找出最可能導致基因功能喪失的突變。基因功能喪失 (loss of gene function) 通常意味著蛋白質無法被正常合成，或者合成的蛋白質失去活性。

我們逐一分析選項：
(A) A missense mutation in the open reading frame (開放閱讀框中的錯義突變)：錯義突變 (missense mutation) 會將一個密碼子改變為編碼另一個胺基酸的密碼子。這可能導致蛋白質功能改變、減弱甚至喪失，但也可能影響不大，取決於改變的胺基酸及其位置。因此，它可能導致功能喪失，但不是最確定的。

(B) A change from TAA codon to TAG codon in the coding region (編碼區中 TAA 密碼子變為 TAG 密碼子)：TAA 和 TAG 都是終止密碼子 (stop codon)。將一個終止密碼子改變為另一個終止密碼子，對蛋白質的長度沒有影響，只是在該位置終止轉譯。因此，這個突變通常不會導致功能喪失，除非這個終止密碼子本身被誤解。此敘述不會導致功能喪失。

核心觀念

大腸桿菌（Escherichia coli）之 RNA 聚合酶（RNA Polymerase, RNAP）依其蛋白質次單元組成可分為兩種形式：

1. 核心酵素（Core Enzyme, $\alpha_2\beta\beta'\omega$）：
   • 具備催化磷酸二酯鍵合成之活性，負責轉錄的**延長（Elongation）**階段。
   • 對一般雙股 DNA 具有非專一性的低親和力結合，無法自行辨識轉錄起始點（啟動子, Promoter）。
2. 全酵素（Holoenzyme, $\alpha_2\beta\beta'\omega\sigma$）：
   • 核心酵素加上 $\sigma$ 次單元（Sigma factor） 所構成。
   • $\sigma$ 次單元的主要功能為專一性辨識啟動子序列（如標準 $\sigma^{70}$ 能辨識啟動子之 $-10$ 區 TATAAT 與 $-35$ 區 TTGACA 共有序列），並協助 DNA 雙螺旋解旋以形成開放複合體（Open complex）。
   • 在完成轉錄起始並合成約 $8 \sim 10$ 個核苷酸的短鏈 RNA 後，發生啟動子脫離（Promoter clearance/escape），$\sigma$ 次單元隨之解離或構形改變，由核心酵素繼續進行延長作用。

解題方法

解答原核生物轉錄酵素功能題時，關鍵切入點在於區分**「轉錄各時期（起始、延長、終止）所需的蛋白質因子與次單元分工」**：

• 轉錄起始（Initiation）：依賴 $\sigma$ 次單元 進行啟動子辨識與結合。
• 轉錄延長（Elongation）：由核心酵素（Core enzyme） 負責。
• 轉錄終止（Termination）：依賴內在終止子（Intrinsic hairpin） 或 Rho 因子（$\rho$ protein）。

因此，$\sigma$ 次單元最關鍵的生物學功能即為啟動子的辨識與專一性結合。

選項分析

本題考查多基因家族 (multigene families) 的起源機制。多基因家族是由一系列具有相似序列和功能的基因組成的集合，它們通常起源於一個共同的祖先基因。

我們逐一分析選項：
(A) Endosymbiosis (內共生)：內共生是指一個生物體吞噬另一個生物體，並與其形成共生關係，例如粒線體和葉綠體的起源。這與多基因家族的形成無關。

(B) Horizontal gene transfer (水平基因轉移)：水平基因轉移是指基因在同代生物之間傳遞，而不是通過親代傳給子代（垂直基因轉移）。雖然水平基因轉移可以引入新的基因，但它通常不是形成具有相似性狀的多基因家族的主要機制。

(C) Gene duplication (基因重複)：基因重複是形成多基因家族最常見和最主要的機制。

本題考查 RecA 蛋白介導的 DNA 分子之間重組 (recombination) 所需的條件，需要找出不需要的步驟。RecA 蛋白是細菌中同源重組的主要介導者，它能夠在 DNA 鏈之間形成絲狀結構，促進 DNA 鏈的配對和交換。

我們逐一分析 RecA 依賴性重組的過程：

1. DNA 斷裂或單鏈開口：重組通常始於 DNA 分子的一條鏈斷裂，或者在單鏈 DNA 上形成一個開口。
2. RecA 絲狀結構的形成：RecA 蛋白結合到單鏈 DNA 上，形成一個絲狀結構 (filament)。這個結構能夠識別並與另一條雙鏈 DNA 分子進行同源配對。
3. 尋找同源序列並結合：RecA 絲狀結構能夠在雙鏈 DNA 中搜尋與單鏈 DNA 互補的同源序列。
4. DNA 鏈的侵入 (Strand invasion)：一旦找到同源序列，RecA 絲狀結構會促進單鏈 DNA 侵入到雙鏈 DNA 中，形成一個 D-loop (displacement loop)。
5. 鏈交換 (Strand exchange) / 鏈遷移 (Strand migration)：在 RecA 的幫助下，被侵入的鏈會與其互補鏈配對，並將原來的鏈推開，完成鏈的交換。這個過程可以持續進行，稱為鏈遷移，直到同源區域結束。
6. 形成交叉連接 (Holliday junction)：在雙鏈交換的過程中，會形成一個稱為 Holliday junction 的結構。
7. 解開 Holliday junction：Holliday junction 需要通過特定的酶（如 RuvC）來解開，以產生兩個獨立的 DNA 分子。解開 Holliday junction 的方式決定了重組的產物是交換的還是非交換的。
8. DNA 合成 (DNA synthesis)：在鏈侵入和交換過程中，可能需要 DNA 聚合酶來填補缺口或修復不匹配的鹼基。

本題考查核糖體 (ribosome) 的功能，需要找出核糖體不參與的過程。核糖體是蛋白質合成的場所，它負責讀取 mRNA 的遺傳密碼，並將對應的胺基酸組裝成蛋白質鏈。

我們逐一分析選項：
(A) peptide bond formation (肽鍵形成)：核糖體催化相鄰胺基酸之間形成肽鍵，這是蛋白質合成的核心步驟。核糖體中的 rRNA 具有催化活性（核酶），負責肽鍵的形成。此為核糖體的功能。

(B) tRNA aminoacylation (tRNA 的胺基酸酰化)：tRNA 的胺基酸酰化是指將特定的胺基酸連接到其對應的 tRNA 分子上的過程。這個過程是由胺基醯tRNA 合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase) 催化的，而不是由核糖體完成的。此不是核糖體的功能。

本題考查 lac 操縱子 (lac operon) 的結構和調控，特別是 operator constitutive mutants 的表型。lac 操縱子是原核生物基因調控的經典例子，負責乳糖的代謝。其主要組件包括：

• 啟動子 (promoter, P)：RNA 聚合酶結合位點。
• 操縱區 (operator, O)：阻遏蛋白 (repressor) 結合位點。
• 結構基因 (structural genes)：lacZ (編碼 $\beta$-半乳糖苷酶), lacY (編碼乳糖苷酶), lacA (編碼硫代半乳糖苷酶)。
• 阻遏蛋白基因 (i gene)：編碼 lac 阻遏蛋白。

lac 操縱子的調控機制：

• 在沒有誘導物 (inducer, 如 IPTG 或乳糖本身) 的情況下，阻遏蛋白會結合到操縱區 (O)，阻礙 RNA 聚合酶結合到啟動子 (P) 或起始轉錄。
• 當誘導物存在時，誘導物會與阻遏蛋白結合，使阻遏蛋白構象改變，從而脫離操縱區。此時，RNA 聚合酶可以結合到啟動子並進行轉錄。

Operator constitutive mutants (操縱區的持續性突變體)：
操縱區 (O) 的突變，特別是那些使得阻遏蛋白無法結合到操縱區的突變，稱為 operator constitutive (Oc) 突變。
如果阻遏蛋白無法結合到操縱區，那麼即使沒有誘導物存在，RNA 聚合酶也可以自由結合到啟動子並進行轉錄。這意味著結構基因（lacZ, lacY, lacA）會持續表達，無論誘導物是否存在。

本題考查真核生物啟動子 (eukaryotic promoters) 的組成元件。真核生物的基因轉錄調控比原核生物複雜，其啟動子通常包含多個元件，用於識別和結合轉錄因子及 RNA 聚合酶 II。

我們逐一分析選項：
a. a TATA box.
TATA box 是一個常見的啟動子核心元件，位於轉錄起始點上游約 25-30 個鹼基處。它是一個高度保守的序列 (TATAAA)，是基礎轉錄因子 TFIID 的一個組件 TBP (TATA-binding protein) 的結合位點，對於準確起始轉錄至關重要。因此，TATA box 可以作為啟動子的一部分。

b. an initiator element.
起始元件 (Initiator element, Inr) 是另一個常見的啟動子核心元件，它位於轉錄起始點，通常包含起始密碼子。Inr 能夠在沒有 TATA box 的情況下，或與 TATA box 協同作用，幫助 RNA 聚合酶 II 結合並準確起始轉錄。因此，Inr 也可以作為啟動子的一部分。

本題考查原核生物基因的典型特徵。

我們逐一分析選項：
a. polycistronic messenger RNAs (多順反子信使 RNA)：這是原核生物基因組的一個顯著特徵。原核生物的 mRNA 通常是多順反子的，即一個 mRNA 分子可以編碼多個蛋白質。這通常發生在操縱子 (operon) 中，其中幾個結構基因被組織在一起，由一個共同的啟動子調控，並轉錄成一個單一的多順反子 mRNA。

b. complex transcription units (複雜的轉錄單位)：原核生物的轉錄單位相對簡單，通常由一個啟動子、一個或多個結構基因和一個終止信號組成。

本題考查短微 RNA (microRNAs, miRNAs) 的特性。miRNAs 是一類小的非編碼 RNA 分子，在真核生物中廣泛存在，並在基因表達調控中扮演重要角色。

我們逐一分析選項：
a. code for proteins.
miRNAs 是非編碼 RNA，它們本身不直接編碼蛋白質。它們通過與靶標 mRNA 結合來調控基因表達。此敘述錯誤。

b. are common in bacteria but not eukaryotes.
miRNAs 在真核生物中非常普遍且功能重要，它們參與調控各種生物過程。雖然細菌也有一些小的非編碼 RNA，如 sRNAs，但 miRNAs 的概念和主要調控機制是在真核生物中發現和研究的。因此，說 miRNAs 在細菌中常見而非真核生物中常見是錯誤的。此敘述錯誤。

本題考查哺乳動物（特別是人類）線粒體 DNA (mtDNA) 的特徵。

我們逐一分析選項：
a. Mammalian mitochondrial DNA contains introns.
哺乳動物的 mtDNA 通常是緊湊的，並且不含有內含子 (introns)。其基因結構高度簡化，幾乎所有的基因都被編碼，並且轉錄後不需要進行剪接。這是與真核生物細胞核基因組的一個顯著區別。此敘述錯誤。

本題考查酶抑制劑的類型。題目描述了一種小分子，它直接結合到酶的活性位點 (active site)，並干擾其催化反應。

我們逐一分析選項：
(A) an allosteric inhibitor (別位抑制劑)：別位抑制劑結合到酶的別位點 (allosteric site)，而不是活性位點。這種結合會引起酶構象的改變，從而影響活性位點的活性。

(B) a competitive inhibitor (競爭性抑制劑)：競爭性抑制劑的結構通常與底物相似，它與底物競爭結合到酶的活性位點。一旦結合，它就會阻止底物結合，從而抑制酶的活性。這種抑制是可逆的，並且可以通過增加底物濃度來克服。題目描述的「直接結合到活性位點並干擾催化反應」完全符合競爭性抑制劑的定義。

本題考查蛋白質降解的機制，需要找出參與蛋白質降解過程的分子或結構。

我們逐一分析選項：
a. RNAi (RNA interference)：RNAi 是一種通過 RNA 分子調控基因表達的機制，它主要作用於 mRNA 水平，導致 mRNA 降解或抑制翻譯。RNAi 不直接參與蛋白質的降解。

b. ubiquitin (泛素)：泛素是一種小的蛋白質分子，它可以共價連接到靶標蛋白質上，標記該蛋白質準備被降解。泛素化是細胞內蛋白質降解的關鍵信號。

本題考查脫氧核苷酸 (deoxyribonucleotides) 的組成成分。脫氧核苷酸是 DNA 的基本單元。

我們逐一分析選項：
a. phosphate moieties (磷酸基團)：每個核苷酸都包含一個或多個磷酸基團。在 DNA 中，核苷酸通過磷酸二酯鍵連接，磷酸基團是骨架的一部分。

b. deoxyribose (脫氧核糖)：這是脫氧核苷酸的關鍵組成部分，是一種五碳糖。與核糖 (ribose) 不同，脫氧核糖在 2' 位置缺少一個氧原子。

好的，這題是關於 mRNA 處理過程（processing）中，哪些序列或結構會被移除。這涉及到轉錄後修飾（post-transcriptional modification）的核心觀念，特別是真核生物 mRNA 前驅體（pre-mRNA）的成熟過程。

解題過程：

在真核生物中，基因轉錄產生的初級轉錄物（primary transcript）稱為前導 mRNA（pre-mRNA）。在這些 pre-mRNA 轉化為成熟的信使 RNA（mRNA）以進行轉譯（translation）之前，會經歷一系列的加工過程。這些加工過程包括 5' 端加帽（5' capping）、3' 端加上聚腺苷酸尾（polyadenylation）以及剪接（splicing）。

• (a) exons： Exons 是編碼序列（coding sequences）和一些非編碼序列（non-coding sequences）的區域，它們在 mRNA 成熟後會被保留下來，並在轉譯過程中被用來合成蛋白質。因此，exons 不會被移除。

• (b) introns： Introns 是存在於真核生物基因中的非編碼序列，它們位於 exons 之間。在 pre-mRNA 的剪接過程中，introns 會被從 pre-mRNA 中識別並移除，而 exons 則會被連接在一起，形成成熟的 mRNA。因此，introns 會被移除。

• (c) noncoding sequences： mRNA 中確實包含非編碼序列（noncoding sequences），例如 5' 端和 3' 端非轉譯區（5' and 3' untranslated regions, UTRs）。然而，題目問的是「在 mRNA 處理過程中被移除的」非編碼序列。Introns 屬於非編碼序列，它們在剪接時被移除。而 UTRs 雖然是非編碼序列，但它們是成熟 mRNA 的一部分，並參與調控轉譯。題目選項 (c) 比較籠統，但考慮到 (b) introns 也是一種非編碼序列且明確會被移除，我們需要判斷 (c) 是否包含了除了 introns 之外，還會被移除的非編碼序列。在標準的 mRNA 處理過程中，主要的移除對象是 introns。其他非編碼序列（如 UTRs）通常會被保留。然而，如果題目將 "noncoding sequences" 理解為 "introns" 的一個更廣泛類別，或者一些在特定情況下會被移除的非編碼元件，那麼它可能包含 introns。但最明確且關鍵的移除對象是 introns。

• (d) RNA cap structure： 5' 端加帽（5' capping）是真核生物 mRNA 加工的重要過程，一個特殊的鳥苷酸（guanosine nucleotide）以 5'-5' 三磷酸鍵（5'-5' triphosphate linkage）連接到 pre-mRNA 的 5' 末端。這個帽結構（cap structure）對 mRNA 的穩定性、核輸出以及起始轉譯都至關重要。因此，RNA cap structure 不會被移除，而是被添加上去。

• (e) poly(A) tail： 3' 端加上聚腺苷酸尾（polyadenylation）是另一個重要的 mRNA 加工過程，在 pre-mRNA 的 3' 末端添加一長串腺苷酸（adenosine residues）

核心觀念

本題考辨認「參與翻譯的蛋白質」。翻譯是核糖體依據 mRNA 密碼子合成多胜肽的過程；參與翻譯的分子不全是蛋白質，核糖體 RNA（rRNA）也參與其中，但它是 RNA，不是蛋白質。

解題方法

圖中第 29 題列出四項：topoisomerase、ribosomal RNA、RNA polymerase、aminoacyl-tRNA synthetase；選項問的是其中哪一項「是參與翻譯的蛋白質」。因此要同時判斷各分子的功能與分子類別。

選項分析

• (A) only a. 錯。Topoisomerase（拓樸異構酶）是蛋白質，但主要負責調節 DNA 的超螺旋與拓樸狀態，不是翻譯所需的蛋白質。
• (B) only b. 錯。

核心觀念

本題考查翻譯作用中兩種方向：

• 多肽鏈延長方向：新生蛋白質由胺基端（N 端）朝羧基端（C 端）延長。
• mRNA 讀取方向：核糖體沿著 mRNA 的 $5'$ 端朝 $3'$ 端移動並讀取密碼子。

兩者描述的是不同對象的方向，因此都要分別判斷。

解題方法

翻譯延長時，進入核糖體的新胺基酸會接到正在延長的多肽鏈上，形成胜肽鍵。多肽鏈的延長發生在羧基端，因此蛋白質的合成方向是 N 端至 C 端，也就是胺基端至羧基端。

同時，核糖體依照 mRNA 上密碼子的排列順序前進，讀取方向為 $5' \to 3'$。

因此，符合題意的敘述是 b 與 d。

選項分析

核心觀念

DNA 複製會從特定的 DNA 序列開始，這些序列稱為複製起點（origin of replication）。複製起點是複製蛋白辨識與組裝的區域，之後 DNA 解旋，複製叉由此形成並沿 DNA 延伸。

解題方法

判斷各名詞的功能是否與 DNA 複製起始位置相符：

• origin 是 DNA 複製開始的位置。
• promoter 與 operon 屬於基因表現調控相關名詞。
• Okazaki fragments 是 DNA 複製過程中形成的短片段，並非複製開始的位置。
• initiator 通常指辨識複製起點並促進複製起始的蛋白質，不是此題所問的 DNA 序列名稱。

因此，只有 c 正確。

選項分析

• a. promoters（啟動子）：RNA 聚合酶及轉錄因子辨識的 DNA 區域，與轉錄起始有關，不是 DNA 複製起點。
• b. initiators（起始因子）：通常指促進複製起始的蛋白質。它們可辨識或結合複製起點，但不是複製起始序列本身。
• c. origins（複製起點）：DNA 複製開始的特定 DNA 序列，正確。

核心觀念

依突變對蛋白質產物的影響，點突變可分為數種：

• 錯義突變（missense mutation）：密碼子改變，使編碼的胺基酸也改變。
• 無義突變（nonsense mutation）：密碼子改變為終止密碼子，使蛋白質提早停止合成。
• 沉默突變（silent mutation）：密碼子改變，但仍編碼相同胺基酸。
• 移碼突變（frameshift mutation）：核苷酸插入或缺失，改變後續密碼子的閱讀框。
• 抑制突變（suppressor mutation）：第二個突變抵銷或減輕第一個突變造成的影響。

解題方法

題目指出半胱胺酸（cysteine）的密碼子變成色胺酸（tryptophan）的密碼子。這項改變使蛋白質中的胺基酸由半胱胺酸替換為色胺酸，因此屬於錯義突變。

核心觀念

DNA 連接酶（DNA ligase）的功能，是將相鄰 DNA 片段之間的缺口封合。它催化一側 DNA 的 $3′$-羥基與另一側 DNA 的 $5′$-磷酸基形成磷酸二酯鍵，完成 DNA 骨架的連接。

在 DNA 複製時，後隨股以岡崎片段（Okazaki fragments）的形式合成；片段間的缺口由 DNA 連接酶封合。DNA 連接酶本身不負責依據模板合成 DNA，也不形成胜肽鍵。

解題方法

逐一判斷題目列出的功能：

• a. 依模板合成 DNA：錯。 這是 DNA 聚合酶的功能；DNA 連接酶負責連接已形成的 DNA 片段。
• b. 形成磷酸二酯鍵：對。 這是 DNA 連接酶封合 DNA 骨架時所催化的鍵結。
• c. 形成胜肽鍵：錯。 胜肽鍵連接胺基酸，與 DNA 連接酶的功能無關。
• **d. 連接岡崎片段：對。

核心觀念

題目考查的是基因辨識的三類證據：與已知轉錄本的比對、與其他物種基因的序列相似性，以及候選序列是否符合基因的結構特徵。這些證據可用於判斷未知 DNA 序列中是否存在基因；單一線索通常不能單獨證明基因確實存在，但線索越多且彼此吻合，判斷越有力。

解題方法

逐項判斷 a、b、c 是否能支持「未知 DNA 序列含有基因」：

• 部分 cDNA 是由成熟 RNA 反轉錄而來的 DNA。若未知序列與部分 cDNA 比對吻合，表示兩者有相同或高度相似的轉錄序列，是基因存在的直接線索。
• 若未知序列與其他物種已知基因有序列相似性，可能代表它們具有共同演化來源，或在功能上相關，因此可作為同源基因的證據。
• 基因預測也會檢查候選序列是否符合基因結構規則，例如編碼區的開放閱讀框（ORF）是否合理，以及外顯子與內含子的排列、剪接位置訊號是否相符。符合這些特徵會增加該序列為基因的可信度。

因此，a、b、c 都屬於基因存在的支持證據，選項應包含三者。

核心觀念

端粒位於真核生物染色體末端，由短的重複 DNA 序列及其結合蛋白組成。端粒的重複序列通常富含鳥嘌呤，並與端粒結合蛋白共同保護染色體末端，避免 DNA 末端被誤認為斷裂而遭修復或降解。

脊椎動物的端粒重複序列通常為 $5′$-$TTAGGG$-$3′$，其中一股富含 G。端粒長度會因物種、細胞類型與細胞分裂歷程而不同；脊椎動物的端粒通常遠長於數百個鹼基對。

解題方法

逐一判斷三個敘述：

1. 看端粒重複序列是否富含 G。
2. 比較脊椎動物端粒的典型長度與「數百個鹼基對」是否相符。
3. 判斷染色體末端是否有專一蛋白質結合。

依此判斷，a、c 正確，b 錯誤，因此選擇只有 a 與 c 的選項。

選項分析

• a. 正確。 脊椎動物端粒重複序列包含 $TTAGGG$，因此其中一股富含 G。端粒的 G-rich 特性是辨認端粒序列的重要特徵。

• b. 錯誤。 脊椎動物端粒通常不是只有數百個鹼基對。以人類為例，端粒常見長度約為數千至上萬個鹼基對；其長度會隨細胞分裂而縮短，也會因物種與細胞而異。

核心觀念

真核生物的前體信使 RNA（pre-mRNA）含有外顯子與內含子。剪接時，剪接體辨認內含子兩端的剪接訊號，切除內含子並接合兩側外顯子。典型的主要剪接體內含子遵循 GU–AG 規則：內含子 5′ 端以 GU 起始，3′ 端以 AG 結束。

解題方法

依原頁圖，第 36 題問的是前體信使 RNA 的剪接位點由哪裡的兩段保守序列標記；選項分別提到內含子中間、外顯子中間、外顯子末端、內含子末端，以及以上皆非。判斷關鍵是找出 GU 與 AG 兩個典型剪接訊號的位置：它們位於內含子的兩端，因此選「內含子末端」。

選項分析

核心觀念

本題考核細胞核內 RNA 的種類與功能，特別是信使 RNA（mRNA）由細胞核運往細胞質的過程。

**異質核 RNA（hnRNA，heterogeneous nuclear RNA）**是細胞核中一群長度與序列各異的 RNA，包含尚未完成加工的前驅 mRNA。前驅 mRNA 經過加上 5′ 帽、剪接及 3′ 端多聚腺苷酸化等加工後，形成成熟 mRNA，並以 mRNA－蛋白質複合體的形式輸出至細胞質。因此，在本題選項中，與 mRNA 核輸出最相關的是 hnRNA。

解題方法

先辨認題目所問的是「參與 mRNA 核輸出」的 RNA，再對照各類 RNA 的主要功能。hnRNA 是 mRNA 的核內前驅形式，與 mRNA 的生成及後續輸出直接相關；其餘選項則各有不同主要功能。

選項分析

核心觀念

本題考原核生物的基本細胞構造。原核生物沒有由核膜包圍的細胞核，也沒有粒線體等膜狀胞器；其遺傳物質位於細胞質中的類核區。多數原核生物具有細胞壁，染色體多為環狀。

解題方法

原頁圖第 38 題列出五個敘述，內容是原核生物是否缺少細胞壁、細胞核，以及染色體形態和粒線體；圖中沒有額外的生物構造示意圖。逐項依原核生物的典型特徵判斷，只有「缺乏細胞核」正確。

選項分析

• (A) lack of cell walls：錯。 多數原核生物具有細胞壁；部分例外，如黴漿菌，沒有細胞壁。
• (B) lack of nucleus：對。 原核生物沒有核膜包圍的細胞核，遺傳物質位於類核區。

核心觀念

聚合酶連鎖反應（PCR）利用兩條引子界定目標區段，經由反覆的變性、引子黏合與延伸，使特定 DNA 片段大量增加。PCR 的基本產物是 DNA；引子序列也能設計成帶有特定變化，讓擴增產物具備預定的序列或突變。

解題方法

逐項判斷 PCR 本身能否完成敘述中的用途：

• 能否以特定引子選擇並擴增基因組中的 DNA 片段？
• 能否製備 DNA 探針？
• PCR 的產物是否為 RNA？
• 能否藉由引子設計，把突變帶入擴增片段？

選項分析

• **a. 正確。**以目標區段兩端的序列設計引子，可從基因組 DNA 中選擇性擴增特定片段，再進一步分離純化。因此 PCR 可用於取得特定基因組 DNA 片段。
• **b. 正確。**PCR 可製備 DNA 探針；例如在擴增時加入標記核苷酸，或使用帶有標記的引子，使產物帶有可偵測標記。
• **c. 錯誤。

核心觀念

DNA 變性是指雙股 DNA 的互補股分開，主要破壞鹼基間的氫鍵，並不切斷糖－磷酸骨架。分開的單股 DNA 可作為互補股合成或核酸辨識的模板。

解題方法

原頁第 40 題列出 DNA 合成、核酸雜交實驗、RNA 合成與蛋白質合成四個過程，選項則組合 a、b、c、d。判斷重點是：各過程是否需要 DNA 雙股分開，以提供模板或讓互補核酸配對。

• a. DNA 合成：正確。 DNA 複製時，雙股 DNA 必須局部解開，使每條單股都能作為新 DNA 鏈合成的模板。
• b. 核酸雜交實驗：正確。 雜交實驗需先讓核酸雙股分開，再讓互補的 DNA 或 RNA 單股配對；DNA 變性提供了單股模板與配對機會。
• c. RNA 合成：正確。 轉錄時，DNA 必須局部解開，讓其中一股作為合成 RNA 的模板。