109 年 國立臺灣大學生化暨分生研究所《生化學》

核心觀念

等電點 $pI$ 是指胜肽整體淨電荷為 $0$ 時的 pH。計算流程如下：

1. 列出胜肽中所有可解離的酸性、鹼性基團。
2. 依照各基團的 $pK_a$ 由小到大排列。
3. 由低 pH 開始，逐步移除質子並追蹤淨電荷。
4. 找出「淨電荷由正變為負」所夾住的兩個 $pK_a$。
5. $pI$ 為這兩個 $pK_a$ 的平均值：

可解離基團與初始電荷

胜肽序列為：

重要可解離基團如下：

其中：

• N 端位於 Glu，因此使用 Glu 的 $\alpha$-胺基 $pK_2=9.67$。
• C 端位於最末端 Gly，因此使用 Gly 的羧基 $pK_1=2.34$。
• Trp、Ser、Leu、Pro 的側鏈在本題 pH 範圍內不列入主要電荷計算。

在極低 pH 下，胜肽淨電荷為：

依 $pK_a$ 逐步計算淨電荷

按照 $pK_a$ 由小到大排列：

1. C 端羧基解離：$pK_a=2.34$

此題考酶的活性 (activity) 與比活性 (specific activity) 的定義。

• 活性 (Activity)： 指的是催化一定量底物轉化為產物的速率。通常以單位時間內轉化底物的莫耳數來表示。酶的活性不受酶蛋白總量多少的影響，只與催化效率有關。
• 比活性 (Specific Activity)： 指的是單位質量（或單位蛋白質含量）的酶所表現出的活性。它是一個衡量酶純度的指標。比活性越高，代表酶的純度越高，因為非酶蛋白的雜質會降低單位質量的活性。

此題考胺基酸的共同結構。所有胺基酸（除了脯胺酸 Proline）都具有一個中心碳原子（$\alpha$-碳），該碳原子連接四個不同的基團：

1. 一個氫原子 (H)
2. 一個胺基 (-NH$_2$)
3. 一個羧基 (-COOH)
4. 一個側鏈 (R 基團)

此題考胺基酸形成胜肽鍵的過程，以及水分子中氫 (H) 和氫氧基 (OH) 的來源。

胜肽鍵的形成：
兩個胺基酸通過脫水縮合反應形成胜肽鍵。一個胺基酸的 $\alpha$-羧基 (-COOH) 與另一個胺基酸的 $\alpha$-胺基 (-NH$_2$) 發生反應，失去一分子水，形成一個醯胺鍵，即为胜肽鍵 (-CO-NH-)。

示意圖：

胺基酸 1: R$_1$-CH(NH$_2$)-COOH
胺基酸 2: R$_2$-CH(NH$_2$)-COOH

此題考大腸桿菌乳糖操縱組 (lac operon) 的調控機制。

A. lac 操縱組的轉錄調控 (7%)

lac 操縱組是一個典型的基因調控系統，其功能是讓大腸桿菌在乳糖存在時，能夠合成分解乳糖所需的酶。它包含三個結構基因 (lacZ, lacY, lacA) 和一些調控元件。

• 結構基因：

  • lacZ: 編碼 $\beta$-galactosidase (β-半乳糖苷酶)，負責將乳糖分解為葡萄糖和半乳糖。
  • lacY: 編碼乳糖滲透酶 (lactose permease)，負責將乳糖運送入細胞。
  • lacA: 編碼硫代半乳糖苷轉乙醯酶 (thiogalactoside transacetylase)，功能尚不完全清楚，可能與解毒有關。

• 調控元件：

  • 啟動子 (Promoter, P)： RNA 聚合酶結合位點。
  • 操縱者 (Operator, O)： 阻遏蛋白 (repressor) 結合位點，位於啟動子下游。
  • 調節基因 (Regulatory gene, i)： 編碼阻遏蛋白 (lacI gene)，位於操縱組的外部，有自己的啟動子。

• 調控機制： lac 操縱組受到兩種主要的調控機制影響：

  1. 負向調控 (Negative regulation) - 阻遏蛋白的作用：

     • 無乳糖時 (Lactose absent)： 調節基因 (lacI) 持續合成阻遏蛋白 (repressor)。阻遏蛋白具有與操縱者 (Operator, O) 結合的能力。一旦阻遏蛋白結合到操縱者上，它就會阻礙 RNA 聚合酶與啟動子結合，或者阻止 RNA 聚合酶進行轉錄，從而抑制結構基因的表達。
     • 有乳糖時 (Lactose present)： 乳糖 (或其異構體，如 the allolactose) 作為誘導物 (inducer)，會與阻遏蛋白結合。這種結合會改變阻遏蛋白的構象，使其無法再與操縱者結合。一旦阻遏蛋白從操縱者上脫離，RNA 聚合酶就能夠結合到啟動子並進行結構基因的轉錄，合成分解乳糖所需的酶。

  2. 正向調控 (Positive regulation) - 活化蛋白 (CAP) 的作用：

     • lac 操縱組的轉錄效率還受到細胞內葡萄糖濃度的影響，這是一種通過 catabolite repression (分解代謝物阻遏) 機制實現的。
     • 葡萄糖存在時 (Glucose present)： 細胞內 cAMP (環腺苷酸) 的濃度較低。cAMP 與 catabolite activator protein (CAP) 結合形成 CAP-cAMP 複合物。CAP-cAMP 複合物可以結合到 lac 操縱組啟動子區域上游的一個特定位點 (CAP binding site)，增強 RNA 聚合酶與啟動子的結合效率，從而促進轉錄。
     • 葡萄糖缺乏時 (Glucose absent)： 細胞內 cAMP 的濃度升高。高濃度的 cAMP 與 CAP 結合形成 CAP-cAMP 複合物。

此題要求簡述四個與分子生物學和基因調控相關的名詞。

A. DNA-dependent RNA polymerase II and alpha-amanitin (2.5%)

• DNA-dependent RNA polymerase II (RNA 聚合酶 II)：

  • 這是真核細胞中負責轉錄 mRNA 的主要 RNA 聚合酶。
  • 它識別啟動子區域，並催化 DNA 模板鏈的合成，生成前體 mRNA (pre-mRNA)。
  • RNA 聚合酶 II 的活性受到複雜的轉錄因子調控。

• Alpha-amanitin (α-amanitin)：

  • 是一種劇毒的環狀胜肽，存在於毒鵝膏 (Amanita phalloides) 等毒蕈中。
  • 它是一種強效的 RNA 聚合酶 II 抑制劑。
  • α-amanitin 通過與 RNA 聚合酶 II 的催化位點結合，阻止其進行轉錄，從而抑制 mRNA 的合成。
  • 在實驗室中，α-amanitin 常被用來區分不同類型的 RNA 聚合酶，因為它對 RNA 聚合酶 II 的抑制作用非常特異。RNA 聚合酶 I (rRNA 轉錄) 和 RNA 聚合酶 III (tRNA, 5S rRNA 轉錄) 對 α-amanitin 的敏感性較低。

B. cis-elements in eukaryotic transcription (2.5%)

• cis-elements：
  • 是指位於基因同一條 DNA 分子上，並且能夠順式作用 (cis-acting) 調控該基因轉錄的 DNA 序列。
  • 這些序列本身不產生蛋白質，但它們是轉錄因子、RNA 聚合酶等調控蛋白結合的位點。
  • 常見的真核轉錄 cis-elements 包括：
    • 啟動子 (Promoter)： RNA 聚合酶和基本轉錄因子結合的區域，通常包含 TATA 盒。

此題考氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation) 的定義和機制。

氧化磷酸化 (Oxidative Phosphorylation)：
氧化磷酸化是細胞在有氧呼吸過程中，通過一系列電子傳遞和化學滲透機制，將 ADP 轉化為 ATP 的生化過程。它是細胞產生 ATP 的主要途徑之一，發生於線粒體內膜。

機制概述：

1. 電子傳遞鏈 (Electron Transport Chain, ETC)：
   • 來自糖解、丙酮酸氧化、檸檬酸循環等代謝途徑的還原劑 (如 NADH 和 FADH$_2$)，將高能電子傳遞給位於線粒體內膜上的一系列蛋白質複合物（複合物 I-IV）。
   • 電子在這些複合物之間沿著越來越高的電化學勢傳遞，最終將電子傳遞給氧氣 (O$_2$)，氧氣接受電子並與質子結合，生成水 (H$_2$O)。

此題考胰島素 (insulin) 調控醣原合成酶 (glycogen synthase) 和醣原磷酸化酶 (phosphorylase) 的下游分子機制。

胰島素的主要作用是降低血糖，促進葡萄糖的儲存，因此它需要促進醣原的合成並抑制醣原的分解。

胰島素調控醣原合成酶 (Glycogen Synthase) 的機制：

1. 信號傳導： 胰島素與細胞膜上的胰島素受體結合，激活受體酪氨酸激酶活性。
2. IRS 磷酸化： 胰島素受體磷酸化胰島素底物 (Insulin Receptor Substrate, IRS) 蛋白。
3. PI3K/Akt 途徑激活： 磷酸化的 IRS 招募並激活磷脂酰肌醇 3-激酶 (PI3K)。PI3K 產生 PIP$_3$，PIP$_3$ 招募並激活 Akt (也稱為 PKB)。
4. Akt 磷酸化醣原合成酶激酶 3 (GSK-3)： Akt 磷酸化並抑制 GSK-3 (Glycogen Synthase Kinase-3)。GSK-3 通常會磷酸化並滅活醣原合成酶。
5. 醣原合成酶去磷酸化和激活： 由於 GSK-3 被 Akt 抑制，對醣原合成酶的磷酸化作用減弱。同時，細胞內可能存在磷酸酶（如 PP1）進一步去磷酸化醣原合成酶，使其轉變為活性形式。

此題考 Cori cycle (Cori 循環) 在人體代謝中的重要性。

Cori 循環 (Cori Cycle)：
Cori 循環，也稱為乳酸循環 (lactic acid cycle)，是肝臟和肌肉之間的一種代謝途徑。它描述了肌肉在無氧條件下（如劇烈運動時）將葡萄糖分解為乳酸，然後乳酸被運輸到肝臟，在肝臟中被轉化回葡萄糖，再釋放到血液中供肌肉利用的過程。

Cori 循環的步驟：

1. 肌肉細胞： 葡萄糖 → 丙酮酸 (無氧糖解)
2. 肌肉細胞： 丙酮酸 + NADH + H$^+$ → 乳酸 + NAD$^+$ (乳酸脫氫酶催化)
3. 血液運輸： 乳酸從肌肉細胞釋放到血液中。
4. 肝臟細胞： 乳酸進入肝臟，被乳酸脫氫酶氧化為丙酮酸。
5. 肝臟細胞： 丙酮酸 → 葡萄糖 (糖質新生, gluconeogenesis)
6. 血液運輸： 新合成的葡萄糖釋放到血液中，可以被肌肉細胞再次利用。

Cori 循環的重要性：

此題考肝細胞 (hepatocytes) 和腸道細菌 (intestinal bacteria) 在血紅素 (heme) 代謝中的作用。

血紅素是血紅蛋白 (hemoglobin) 和細胞色素 (cytochromes) 等重要蛋白質的輔基。當這些蛋白質衰老或受損時，其包含的血紅素需要被分解代謝。

血紅素的分解代謝過程：

1. 血紅素加氧酶 (Heme oxygenase)：

   • 這是血紅素分解的第一個關鍵酶，主要存在於肝細胞的內質網中。
   • 血紅素加氧酶將血紅素分解為開環的膽綠素 (biliverdin)。在此過程中，鐵離子 (Fe$^{2+}$) 被釋放出來，並被重新利用；一氧化碳 (CO) 作為副產物生成。

2. 膽綠素還原酶 (Biliverdin reductase)：

   • 膽綠素被膽綠素還原酶還原為膽紅素 (bilirubin)。此酶也主要存在於肝細胞中。
   • 膽紅素是一種黃色色素，它在血液中與白蛋白結合運輸。

3. 肝細胞對膽紅素的處理：

   • 膽紅素被運輸到肝細胞。
   • 在肝細胞內，膽紅素與葡萄糖醛酸結合（稱為葡萄糖醛酸化, glucuronidation），形成膽紅素葡萄糖醛酸苷 (bilirubin glucuronide)，這是一種水溶性更高的形式。

此題考分子生物學中心法則及其功能性產物。

A. 分子生物學中心法則 (Central Dogma of Molecular Biology) (2%)

分子生物學中心法則描述了遺傳信息在生物體內的傳遞方向。它最初由 Francis Crick 提出，核心內容是：

DNA → RNA → Protein

• DNA 複製 (Replication)： DNA 能夠自我複製，將遺傳信息從一代 DNA 傳遞到下一代 DNA。
• 轉錄 (Transcription)： DNA 的遺傳信息被轉錄成 RNA 分子。
• 轉譯 (Translation)： RNA 中的遺傳信息被轉譯成蛋白質的胺基酸序列。

雖然中心法則的基礎是 DNA → RNA → Protein，但後來的研究發現了一些例外情況，例如：

• 逆轉錄 (Reverse Transcription)： 在某些病毒（如反轉錄病毒）中，RNA 可以作為模板逆轉錄成 DNA。
• RNA 複製 (RNA Replication)： 某些 RNA 病毒可以直接複製其 RNA 基因組。
• RNA 轉譯 (RNA Translation)： RNA 直接參與蛋白質合成（轉譯）。

然而，對於大多數細胞生物來說，遺傳信息的穩定傳遞和最終功能產物的形成，仍然遵循著 DNA → RNA → Protein 的基本路徑。

B. 為什麼蛋白質是遺傳信息流動最合適的終端產物？ (4%)

根據分子生物學中心法則，蛋白質是遺傳信息流動的最終功能產物。蛋白質之所以是最合適的終端產物，原因如下：

1. 結構與功能的巨大多樣性：
   • 蛋白質由 20 種不同的胺基酸組成，胺基酸的排列順序決定了蛋白質的二級、三級和四級結構，進而決定了其獨特的三維構象。
   • 這種結構的多樣性使得蛋白質能夠執行極其廣泛的功能，包括：
     • 酶催化： 絕大多數生化反應都需要酶的催化。
     • 結構支撐： 如膠原蛋白、角蛋白等構成細胞和組織的骨架。

此題考蛋白質的四級結構及其對功能的影響。

A. 蛋白質四級結構的定義 (3%)

蛋白質四級結構 (Protein Quaternary Structure)：
蛋白質四級結構是指由**兩個或兩個以上的多肽鏈（亞基，subunits）**通過非共價鍵（如氫鍵、離子鍵、疏水相互作用）或在某些情況下通過二硫鍵（在亞基之間）組裝而成的蛋白質分子的高級結構。

• 亞基 (Subunits)： 構成四級結構的每一個獨立的多肽鏈。
• 非共價鍵： 亞基之間主要通過氫鍵、離子鍵（鹽橋）、疏水相互作用以及范德華力等非共價鍵結合在一起。
• 共價鍵 (二硫鍵)： 在某些情況下，亞基之間也可能通過形成二硫鍵 (-S-S-) 來穩定結合，但這相對較少見，且通常發生在較小的蛋白質中。
• 組成： 具有四級結構的蛋白質稱為寡聚蛋白質 (oligomeric proteins)。如果蛋白質由相同類型的亞基組成，稱為同源寡聚體 (homooligomer)；如果由不同類型的亞基組成，稱為異源寡聚體 (heterooligomer)。

B. 蛋白質四級結構對其功能影響的兩個例子 (3%)

蛋白質的四級結構對於其功能的發揮至關重要，常見的影響方式包括：

1. 變構調節 (Allosteric Regulation) - 例如：血紅蛋白 (Hemoglobin)
   • 描述： 血紅蛋白是由四個亞基（兩個 $\alpha$ 亞基和兩個 $\beta$ 亞基）組成的異源四聚體。四級結構使得血紅蛋白能夠實現協同作用 (cooperativity)。
   • 影響： 當一個氧分子結合到血紅蛋白的一個亞基上時，會引起該亞基構象的變化，這種變化通過亞基之間的相互作用傳遞給其他亞基，使其對氧氣的親和力增加。這就是所謂的正協同作用 (positive cooperativity)。

此題考測定酶動力學參數 $V_{max}$ 和 $K_M$ 的實驗方法。

測定酶動力學參數 $V_{max}$ 和 $K_M$ 的實驗程序：

要測定酶的最大反應速率 ($V_{max}$) 和米氏常數 ($K_M$)，需要進行一系列不同底物濃度下的酶促反應實驗，並測量初始反應速率。

實驗步驟：

1. 準備工作：

   • 酶溶液： 準備已知濃度（或儘量純化）的酶溶液。
   • 底物溶液： 準備一系列不同濃度的底物溶液。底物濃度範圍應涵蓋從遠低於 $K_M$ 到遠高於 $K_M$ 的區間。
   • 緩衝液： 使用能維持酶活性且不影響反應的緩衝液。
   • 其他試劑： 如輔因子、活化劑或抑制劑（如果需要研究）。

2. 進行酶促反應：

   • 在恒定的溫度和 pH 條件下，將酶溶液加入到不同濃度的底物溶液中，開始反應。
   • 關鍵： 確保所測量的速率是「初始反應速率」(initial reaction rate, $v_0$)。這意味著反應時間要足夠短，以避免底物耗盡、產物抑制或酶失活等因素的影響。通常，反應時間應控制在反應開始後幾十秒到幾分鐘內。
   • 測量方法： 根據反應的特性選擇合適的測量方法，例如：
     • 光譜法： 如果反應物或產物在特定波長下有吸收光譜的變化（如 NADH/NAD$^+$ 的 340 nm 吸收）。
     • 比色法： 通過顯色反應測量產物濃度。
     • 電極法： 測量 pH 或離子濃度的變化。
     • 放射性標記： 追蹤底物或產物的轉化。

3. 數據收集：

   • 對於每一個底物濃度 [S]，記錄對應的初始反應速率 $v_0$。
   • 至少需要收集 5-10 個不同底物濃度下的數據點。

4. 數據分析 (圖解法)：

   • 直接繪圖 (Michaelis-Menten plot)：
     • 以底物濃度 [S] 為橫坐標，初始反應速率 $v_0$ 為縱坐標，繪製曲線。
     • 該曲線呈現一個飽和趨勢。當 [S] 遠小於 $K_M$ 時，$v_0$ 與 [S] 近似成正比；當 [S] 遠大於 $K_M$ 時，$v_0$ 趨近於 $V_{max}$。

此題要求識別嘧啶生物合成途徑中的一種酶。

嘧啶生物合成途徑 (Pyrimidine Biosynthetic Pathway)：
嘧啶核苷酸 (如 UTP, CTP) 是核酸 (DNA 和 RNA) 的重要組成部分，也參與細胞的能量代謝和信號傳導。其合成途徑涉及一系列酶促反應，主要在細胞質中進行。

主要酶及其功能：

1. 氨基甲酰磷酸合成酶 II (Carbamoyl phosphate synthetase II, CPS-II)：

   • 催化氨基甲酰磷酸 (carbamoyl phosphate) 的合成，這是嘧啶環的組分。
   • 此酶是嘧啶合成途徑的限速酶，受嘧啶核苷酸的變構調節。
   • 注意： CPS-I 是尿素循環中的酶，催化氨基甲酰磷酸的合成，但位於線粒體。

2. 天冬氨酸氨基甲酰轉移酶 (Aspartate transcarbamoylase, ATCase)：

   • 催化氨基甲酰磷酸與天冬氨酸 (aspartate) 反應，生成 N-氨甲酰-L-天冬氨酸 (N-carbamoyl-L-aspartate)。
   • 此酶也是嘧啶合成途徑的關鍵酶，在某些生物體（如大腸桿菌）中，它與 CPS-II 形成一個雙功能酶複合物。

此題要求識別檸檬酸循環 (Krebs cycle) 中的一種酶。

檸檬酸循環 (Citric Acid Cycle / Krebs Cycle / TCA Cycle)：
檸檬酸循環是細胞呼吸過程中的一個關鍵代謝通路，發生於線粒體基質中。它負責將乙醯輔酶 A (acetyl-CoA) 的乙醯基完全氧化為 CO$_2$，同時產生還原劑 NADH 和 FADH$_2$，以及少量 ATP (或 GTP)。

檸檬酸循環中的主要酶：

1. 檸檬酸合酶 (Citrate synthase)：

   • 催化乙醯輔酶 A (acetyl-CoA) 與草醯乙酸 (oxaloacetate) 反應，生成檸檬酸 (citrate)。這是檸檬酸循環的起始步驟。

2. 烏頭酸酶 (Aconitase)：

   • 催化檸檬酸異構化為異檸檬酸 (isocitrate)。

3. 異檸檬酸脫氫酶 (Isocitrate dehydrogenase)：

   • 催化異檸檬酸氧化脫羧，生成 $\alpha$-酮戊二酸 (α-ketoglutarate)，同時產生 NADH。這是第一個產生的 NADH。

4. $\alpha$-酮戊二酸複合物 (α-ketoglutarate dehydrogenase complex)：

   • 催化 $\alpha$-酮戊二酸氧化脫羧，生成琥珀醯輔酶 A (succinyl-CoA)，同時產生 NADH。這是第二個產生的 NADH。

此題要求識別尿素循環 (urea cycle) 中的一種酶。

尿素循環 (Urea Cycle)：
尿素循環是動物體內排除過量氮的一種代謝途徑，主要發生在肝細胞的線粒體和細胞質中。它將氨 (NH$_3$) 轉化為尿素 (urea)，然後尿素隨尿液排出體外。

尿素循環的步驟及酶：

1. 氨基甲酰磷酸合成酶 I (Carbamoyl phosphate synthetase I, CPS-I)：

   • 場所：線粒體。
   • 反應：2 NH$_3$ + CO$_2$ + ATP → 氨基甲酰磷酸 (carbamoyl phosphate) + 2 ADP + Pi。
   • 這是尿素循環的起始步驟，也是限速步驟，受 N-乙酰谷氨酸 (N-acetylglutamate) 激活。

2. 鳥氨酸轉氨甲酰化酶 (Ornithine transcarbamoylase, OTC)：

   • 場所：線粒體。
   • 反應：氨基甲酰磷酸 + 鳥氨酸 (ornithine) → 瓜氨酸 (citrulline) + Pi。

3. 精氨酸琥珀酸合成酶 (Argininosuccinate synthetase, ASS)：

   • 場所：細胞質。

此題要求識別嘌呤核苷酸 (purine nucleotide) 的分解代謝途徑中的一種酶。

嘌呤核苷酸的分解代謝：
嘌呤核苷酸（如 AMP, GMP）最終被分解為尿酸 (uric acid)。這個過程涉及多個步驟和酶，主要發生在肝臟和腸道中。

主要分解代謝途徑和酶：

1. 核苷酸酶 (Nucleotidase)：

   • 將核苷酸（如 AMP, IMP）水解為核苷（如腺苷, inosine）和磷酸。
   • 例如：AMP → 腺苷 + Pi (由 5'-nucleotidase 催化)。

2. 腺苷脫氨酶 (Adenosine deaminase, ADA)：

   • 催化腺苷 (adenosine) 脫氨，生成次黃苷 (inosine)。
   • 腺苷 → 次黃苷 + NH$_3$。
   • ADA 缺乏會導致嚴重的聯合免疫缺陷病 (SCID)。

3. 次黃苷磷酸酶 (Inosine phosphorylase) / 腺苷磷酸酶 (Adenylate phosphorylase)：

此題考蛋白質轉譯效率的比較，需要結合圖 (a) 的多聚核糖體圖譜和圖 (b) 的 mRNA 定量結果進行分析。

核心概念：

• 多聚核糖體 (Polysome)： 一個 mRNA 分子同時與多個核糖體結合，進行蛋白質合成的結構。多聚核糖體的數量和大小 (即 mRNA 上結合的核糖體數量) 反映了該 mRNA 的轉譯活躍程度。
• 輕多聚核糖體 (Light polysome fraction)： 通常包含結合較少核糖體的 mRNA。
• 重多聚核糖體 (Heavy polysome fraction)： 通常包含結合較多核糖體的 mRNA，意味著該 mRNA 正在被高效地轉譯。
• 轉譯效率 (Translation efficiency)： 指的是 mRNA 被轉譯成蛋白質的效率。通常可以用 mRNA 在重多聚核糖體中的比例來衡量。
• mRNA 穩定性： mRNA 在細胞中的壽命。

圖解分析：

• 圖 (a) - 多聚核糖體圖譜 (Polysome profiles)：

  • 顯示了不同樣品（WT 和 979）在不同相對離心時間（代表不同大小的多聚核糖體）下的吸光度 (254 nm，核酸吸收峰)。
  • WT 樣品： 在較大的離心時間（重分數段）有較高的吸光度峰，表明存在較多的大型多聚核糖體。
  • 979 樣品： 在較大的離心時間（重分數段）的吸光度峰相對較低，而在輕分數段的吸光度峰相對較高。這表明 979 樣品中的 mRNA 結合的核糖體數量較少，多聚核糖體較小。

• 圖 (b) - 相對 NLRP3 mRNA 轉錄水平 (Relative NLRP3 mRNA transcript levels)：

  • 顯示了在輕 (L) 和重 (H) 多聚核糖體分數中，NLRP3$^{WT}$ 和 NLRP3$^{979}$ 的 mRNA 含量。

此題考對 Western blot 結果的判讀，以分析 Syndecan-1 的結構。Western blot 使用抗體來檢測特定蛋白質，在此實驗中，抗體是針對 Syndecan-1 的單株抗體。Western blot 的結果顯示了不同處理條件下 Syndecan-1 的分子量大小。

背景知識：

• Syndecan-1： 是一種細胞膜上的蛋白聚醣 (proteoglycan)。蛋白聚醣是由蛋白質核心 (protein core) 結合一種或多種糖胺聚醣鏈 (glycosaminoglycan, GAG) 組成的。
• 糖胺聚醣 (GAGs)： 包括硫酸乙醯肝素 (heparan sulfate, HS) 和硫酸軟骨素 (chondroitin sulfate, CS) 等。GAGs 是長鏈的多醣，帶有負電荷。
• 蛋白質核心 (Protein core)： 蛋白聚醣的蛋白質部分。
• 酶處理：
  • 軟骨素酶 (Chondroitinase)： 專門切除硫酸軟骨素鏈。
  • 肝素酶 I+II (Heparanase I+II)： 專門切除硫酸乙醯肝素鏈。
• Western blot 條帶的分子量： 蛋白質核心的分子量最小。當 GAG 鏈連接到蛋白質核心上時，由於 GAG 鏈非常長且帶負電，會顯著增加分子量，導致條帶在凝膠電泳中移動較慢（位於較高分子量區域）。切除 GAG 鏈後，分子量會減小，條帶會移動得更快（位於較低分子量區域）。

分析 Lane A (Control)：
Lane A 是對照組，沒有經過任何酶處理。

核心觀念

本題利用不同醣胺聚醣（glycosaminoglycan, GAG）專一性酵素處理，判斷 Syndecan-1 蛋白核心（protein core）上所連接的 GAG 種類。

• Chondroitinase：切除 chondroitin sulfate（CS）。
• Heparanase：切除 heparan sulfate（HS）。
• 電泳中，連接的醣鏈越多，分子量通常越大，移動越慢，位置越靠上。
• 去除特定 GAG 後，分子量下降，條帶會向下移動。

解題方法

Lane B 經過 chondroitinase treatment，代表 CS 已被切除。圖中 Lane B 出現上下兩條帶：

• 上方條帶：仍保留 HS，因此是「僅連接 HS 的蛋白核心」。
• 下方條帶：CS 被切除後，部分分子不再帶有 GAG，接近未修飾的蛋白核心。

因此，Lane B 的 upper band 代表只帶有 HS 的 protein core。

選項分析

A) Non-glycosaminoglycan protein core
錯誤。非 GAG 蛋白核心應接近最下方、分子量最小的條帶，對應 Lane B 的 lower band。

核心觀念

本題考查 Syndecan-1 的醣胺聚醣（glycosaminoglycan, GAG）修飾，以及酵素處理後在電泳中的分子量變化。

Syndecan-1 可同時連接：

• Heparan sulfate（HS，題目選項寫作 heparin sulfate）
• Chondroitin sulfate（CS）

去除其中一種醣鏈後，蛋白質分子量下降，電泳時會移動得較快、位置較低；去除兩者後則剩下最小的蛋白質核心。

解題方法

Lane B 是經過 chondroitinase treatment。Chondroitinase 會切除 chondroitin sulfate，但不會切除 heparan sulfate。

因此 Lane B 的 lower band 是經過 CS 去除後，仍保留 HS 的蛋白質核心：

由於只剩 HS，分子量比同時帶有 HS 與 CS 的形式小，所以在圖中呈現較低的 band。

選項分析

• A) Non-glycosaminoglycan protein core
  錯誤。非 GAG 的蛋白質核心需在 HS 與 CS 都被去除後才會出現，即 Lane D 的結果。

此題考對 Western blot 結果的判讀，分析 Lane C 的上層條帶代表的結構。

Lane C 處理：Heparanase I+II treatment (肝素酶處理)

• 肝素酶 (Heparanase) 專門切除硫酸乙醯肝素 (HS) 鏈。
• Syndecan-1 在 Lane A 中是完整的蛋白聚醣，同時連接有硫酸乙醯肝素 (HS) 和硫酸軟骨素 (CS)。

分析 Lane C：
當 Syndecan-1 經過肝素酶處理後：

• HS 鏈被切除。
• CS 鏈仍然連接在蛋白質核心上。
• 因此，Lane C 中的分子應該是 只連接有硫酸軟骨素 (chondroitin sulfate) 的蛋白質核心。

分子量變化：

• 切除 HS 鏈後，分子量會顯著減小，但由於 CS 鏈仍然存在，分子量仍然會比單純的蛋白質核心大。
• 在 Western blot 中，這會顯示為一個比對照組 (Lane A) 分子量小，但比蛋白質核心 (Lane D) 分子量大的條帶。

觀察圖片：
Lane C 在圖片中顯示了兩個條帶：一個較高的（上層）和一個較低的（下層）。

• 上層條帶 (Upper bend in Lane C)： 分子量較大。

此題考對 Western blot 結果的判讀，分析 Lane C 的下層條帶代表的結構。

Lane C 處理：Heparanase I+II treatment (肝素酶處理)

• 肝素酶 (Heparanase) 專門切除硫酸乙醯肝素 (HS) 鏈。
• Syndecan-1 在 Lane A 中是完整的蛋白聚醣，同時連接有硫酸乙醯肝素 (HS) 和硫酸軟骨素 (CS)。

分析 Lane C 的兩個條帶：
我們之前判斷，肝素酶處理後，主要的產物應該是只連接有 CS 鏈的蛋白質核心 (C)。
從圖片看，Lane C 有一個較高的條帶（上層）和一個較低的條帶（下層）。

• 上層條帶 (Upper bend in Lane C)： 我們判斷為 "Only chondroitin sulfate attached protein core"。
• 下層條帶 (Lower bend in Lane C)： 分子量更小。

考慮肝素酶處理的可能結果：

1. 完全切除 HS 鏈，保留 CS 鏈： 得到 "Only chondroitin sulfate attached protein core"。
2. 部分切除 HS 鏈，或者 CS 鏈本身變異： 可能產生不同分子量的產物。
3. HS 鏈被完全切除，並且 CS 鏈也被部分或完全切除，甚至蛋白質核心本身也存在變異。

此題考對 Western blot 結果的判讀，分析 Lane D 的單一條帶代表的結構。

Lane D 處理：Chondroitinase + Heparanase I+II treatment (軟骨素酶 + 肝素酶處理)

• 這兩種酶的聯合處理旨在切除 Syndecan-1 上的所有糖胺聚醣 (GAG) 鏈，包括硫酸軟骨素 (CS) 和硫酸乙醯肝素 (HS)。

分析 Lane D：
當 Syndecan-1 同時經過軟骨素酶和肝素酶處理後：

• CS 鏈被切除。
• HS 鏈也被切除。
• 因此，Lane D 中應該只剩下 Syndecan-1 的蛋白質核心 (protein core)。

分子量：
蛋白質核心的分子量應該是所有處理組中最小的。
觀察圖片，Lane D 顯示一個單一的條帶，位於所有條帶中最低的位置（分子量最小）。

核心觀念

Syndecan-1 是細胞膜上的跨膜 proteoglycan（蛋白聚醣）。其蛋白核心上可接有兩類 glycosaminoglycan（GAG）：

• Heparan sulfate（HS，硫酸乙醯肝素）
• Chondroitin sulfate（CS，硫酸軟骨素）

GAG 通常以 O-linked 方式接在蛋白核心的絲胺酸（Ser）殘基上；這與以天門冬胺酸（Asn）為連接點的 N-linked glycosylation 不同。

解題方法

圖中不同酵素處理後，Lane C 的蛋白帶出現上下兩個變化，Lane D 也出現單一變化。這表示 Syndecan-1 上存在可被不同 GAG 特異性酵素切除的糖胺聚醣鏈。

若去除 HS 與 CS 後都造成蛋白電泳位置改變，即可判定 Syndecan-1 同時含有 HS 和 CS。蛋白核心連接多條 GAG 的結構，定義上就是 proteoglycan。

選項分析

核心觀念

Syndecan-1 是細胞膜上的跨膜型硫酸乙醯肝素蛋白聚醣（heparan sulfate proteoglycan, HSPG）。其蛋白核心嵌入細胞膜，胞外側連接 heparan sulfate 與部分 chondroitin sulfate 醣胺聚醣鏈，因此同時具有：

• 細胞表面與基底膜相關結構成分的功能。
• 生長因子受體的共受體（co-receptor）功能。
• 協助 FGF 等配體聚集、二聚化，促進其與 FGF receptor 結合及訊號傳遞。

解題方法

逐一檢查各選項是否符合 Syndecan-1 的結構與功能。只要 A～D 均正確，即可選擇「以上皆是」。

選項分析

• A) A basement membrane components

  正確。Syndecan-1 是細胞表面及細胞外基質相關的 proteoglycan，可作為基底膜相關成分，參與細胞與基質之間的交互作用。

• B) A membrane bound receptor

  正確。Syndecan-1 的蛋白核心具有跨膜區域，固定於細胞膜上；胞外的硫酸乙醯肝素鏈可結合多種配體，因此屬於膜結合型受體／受體樣分子。