112 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）》

這題考驗學生對 mRNA 前驅體（pre-mRNA）成熟過程的理解，核心概念是 RNA 剪接（splicing）。

原生的 RNA 轉錄產物（primary RNA transcripts），在真核生物中通常是前驅體 mRNA（pre-mRNA），其中包含了非轉譯區（introns）和轉譯區（exons）。為了產生具有轉譯功能的成熟 mRNA，必須將 introns 移除，並將 exons 連接起來。這個過程稱為 RNA 剪接（RNA splicing）。

核心觀念

DNA 的互補配對遵循 Watson–Crick 配對規則：

• $A$ 與 $T$ 配對
• $G$ 與 $C$ 配對

此外，DNA 兩股具有反平行性。若一股序列寫成：

$$5'-X_1X_2X_3\cdots X_n-3'$$

其完全互補股應為：

$$3'-\overline{X_1}\,\overline{X_2}\,\overline{X_3}\cdots\overline{X_n}-5'$$

若題目中的兩條序列都以 $5'\to3'$ 方向書寫，則第二條必須是第一條的反向互補序列（reverse complement）。

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解題方法

以選項中的第一條序列為基準，依序進行：

1. 將每個鹼基換成互補鹼基：
   $A\leftrightarrow T$、$G\leftrightarrow C$。
2. 因為另一條序列也以 $5'\to3'$ 書寫，將互補結果反轉。
3. 比對所得序列與選項中的第二條序列是否完全一致。

以選項 C 為例：

$$5'-AGTCTTAGC-3'$$

先寫出互補股：

$$3'-TCAGAATCG-5'$$

再改寫成 $5'\to3'$：

$$5'-GCTAAGACT-3'$$

與選項中的第二條序列完全相同，因此 C 為完全互補。

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選項分析

A

第一條：

$$5'-CTGACCTGG-3'$$

其反向互補序列為：

$$5'-CCAGGTCAG-3'$$

題目給的是：

$$5'-GGTCCAGTC-3'$$

核心觀念

本題考查遺傳密碼中的終止密碼子，以及 DNA 與 mRNA 序列符號的差異。

在標準遺傳密碼中，mRNA 的終止密碼子為：

$$\mathrm{UAA,\ UAG,\ UGA}$$

若題目給的是基因組 DNA 的編碼股序列，DNA 以胸腺嘧啶（T）取代 RNA 的尿嘧啶（U），因此對應的 DNA 終止密碼子為：

$$\mathrm{TAA,\ TAG,\ TGA}$$

這三個密碼子不指定任何胺基酸，而是通知核糖體停止轉譯。

解題方法

題目明確指出判斷的是 genomic DNA sequence，因此應使用 DNA 密碼子，先排除含有 U 的選項，再辨認三個終止密碼子：

$$\boxed{\mathrm{TAG,\ TAA,\ TGA}}$$

因此正確答案為 E。

須注意，這裡的「codon」是以編碼股 DNA 的 $5' \to 3'$ 方向表示。若題目問的是 DNA 模板股，序列會是互補且反向的表示方式，不能直接套用本題選項。

選項分析

A) AUG, UGA, UAA

錯誤。

• 含有 U，屬於 RNA 密碼子，不是基因組 DNA 的表示法。
• $\mathrm{AUG}$ 是 mRNA 的起始密碼子，對應 DNA 的 $\mathrm{ATG}$，指定甲硫胺酸（Met），不是終止密碼子。
• $\mathrm{UGA}$ 與 $\mathrm{UAA}$ 雖然是 RNA 的終止密碼子，但整組並非 DNA 序列，且混入起始密碼子。

B) TCA, TTA, CTA

錯誤。

這些是 DNA 編碼股密碼子，但都不是終止密碼子：

• $\mathrm{TCA}$ 對應 mRNA 的 UCA，編碼絲胺酸（Ser）。
• $\mathrm{TTA}$ 對應 mRNA 的 UUA，編碼白胺酸（Leu）。
• $\mathrm{CTA}$ 對應 mRNA 的 CUA，編碼白胺酸（Leu）。

C) ATG, ATC, ATA

這題考驗學生對 RNA 在膠體電泳（gel electrophoresis）中表現的理解，以及不同種類 RNA 的大小和豐度。題目描述在 RNA 電泳中出現「兩個主要條帶」（two major bands），並附有照片顯示兩個明顯的條帶。

RNA 電泳通常用於分離和檢測不同大小的 RNA 分子。RNA 的大小與其功能和豐度有關。在大多數細胞中，核糖體 RNA（rRNA）是細胞中最豐富、最穩定的 RNA，佔總 RNA 的 80% 以上。它們通常有幾種主要的分子量，例如在原核生物中有 23S, 16S rRNA，在真核生物中有 28S, 18S, 5.8S, 5S rRNA。這些 rRNA 分子相對較大。

信使 RNA（mRNA）的長度變化很大，從幾百個核苷酸到幾千個核苷酸不等，其豐度也相對較低，佔總 RNA 的 1-4%。
轉運 RNA（tRNA）是較小的 RNA 分子，長度約 70-100 個核苷酸，佔總 RNA 的 10-20%，因此也是相對豐富的 RNA。
小分子 RNA（如 gRNA, microRNA, siRNA 等）則更小，豐度也較低。

這題考驗學生對基因突變類型及其對蛋白質產物影響的理解。題目描述一個原本產生 150 個胺基酸的蛋白質，在基因點突變後，產生的蛋白質縮短為 121 個胺基酸。這意味著蛋白質的合成在一個比正常情況更早的點終止了。

我們需要分析不同突變類型對蛋白質長度的影響：

1. Silent mutation (無義突變)：點突變改變了 DNA 序列，但由於密碼子的簡併性，產生了編碼相同胺基酸的密碼子。這不會改變胺基酸序列，因此蛋白質長度也不會改變。
2. Missense mutation (錯義突變)：點突變改變了一個密碼子，導致編碼了不同的胺基酸。蛋白質的長度通常不受影響，但一個胺基酸被替換。
3. Nonsense mutation (無義突變)：點突變將一個原本編碼胺基酸的密碼子，改變成了一個終止密碼子（stop codon）。這會導致蛋白質合成提前終止，產生一個截短的蛋白質。
4. Conversion of a stop codon into Methionine codon: 這是指一個終止密碼子被突變成起始密碼子（AUG，編碼甲硫胺酸）。這會延長蛋白質的合成，而不是使其縮短。

這題考驗學生對分子生物學常用實驗技術的掌握，特別是分析 RNA 表達水平的方法。RNA 表達水平是指特定 RNA 分子在細胞或組織中的豐度，反映了基因的活躍程度。

我們逐一分析選項：
A) Southern blotting：這是一種檢測 DNA 的技術，通過將 DNA 樣本在凝膠電泳後轉移到膜上，再用標記的 DNA 探針進行雜交，以檢測特定的 DNA 序列。它用於分析 DNA 結構、基因拷貝數等，不能用於分析 RNA 表達水平。
B) Western blotting：這是一種檢測蛋白質的技術，通過將蛋白質樣本在凝膠電泳後轉移到膜上，再用標記的抗體進行雜交，以檢測特定的蛋白質。它用於分析蛋白質的豐度、大小等，不能用於分析 RNA 表達水平。
C) Immuno-staining：免疫染色是一種利用抗體來檢測細胞或組織中特定蛋白質的技術，通常在顯微鏡下觀察。它用於定位和量化蛋白質，不能用於分析 RNA 表達水平。
D) Northern blotting：這是一種檢測 RNA 的技術，與 Southern blotting 類似，但是樣本是 RNA。

這題考驗學生對表觀遺傳調控（epigenetic regulation）概念的理解。表觀遺傳調控是指不改變 DNA 序列本身，但能夠影響基因表達的可遺傳的變化。這些調控機制通常涉及 DNA 甲基化、組蛋白修飾以及非編碼 RNA 的作用。

我們逐一分析選項：
A) Methylation of histones (組蛋白甲基化)：組蛋白（如組蛋白 H3 和 H4）的尾部可以被甲基化。組蛋白的甲基化狀態會影響染色質的結構，進而影響基因的轉錄。例如，某些組蛋白甲基化標記（如 H3K4me3）與基因活化相關，而另一些（如 H3K9me3）與基因沉默相關。這是表觀遺傳調控的一種重要機制。
B) A point mutation of the enhancer regions (增強子區域的點突變)：增強子（enhancer）是 DNA 序列中的調控元件，可以增強基因的轉錄。一個點突變（point mutation）是 DNA 序列本身的改變。雖然對增強子區域的點突變可能會影響基因的表達，但這屬於基因序列的改變，而不是表觀遺傳調控，因為它改變了 DNA 本身的鹼基序列。表觀遺傳調控關注的是不改變 DNA 序列的遺傳變化。

這題考驗學生對真核生物基本轉錄因子（general transcription factors, GTFs）與啟動子元件（promoter elements）相互作用的理解。TATA 盒（TATA box）是許多真核生物基因啟動子中常見的一個保守序列，通常位於轉錄起始位點上游約 25-30 個鹼基對處。

在真核生物中，RNA 聚合酶 II（RNA polymerase II）需要一系列的 GTFs 才能啟動轉錄。這些 GTFs 參與識別啟動子區域，招募 RNA 聚合酶 II，並幫助其進入起始轉錄的狀態。

TATA 盒的識別是 GTFs 招募過程中的一個關鍵步驟。這個步驟是由 TFIID（Transcription Factor II D）完成的。TFIID 是一個複雜的蛋白質複合物，其核心組成為 TATA 結合蛋白（TBP, TATA-binding protein）和一系列 TBP 相關因子（TAFs, TBP-Associated Factors）。TBP 能夠特異性地識別並結合 TATA 盒序列。

這題考驗學生對限制酶（restriction enzymes）作用於環狀 DNA 時，產生片段數量的理解。限制酶能夠識別特定的 DNA 回文序列（palindromic sequences）並在該位點進行切割。

當限制酶在一個線性 DNA 分子上切割 n 個位點時，會產生 n+1 個 DNA 片段。
然而，題目給的是環狀 DNA。

對於環狀 DNA，如果限制酶在上面切割 n 個位點，那麼：

• 如果這 n 個位點是獨立的，並且酶能夠完全切斷環狀結構，那麼它會將環狀 DNA 打開，形成一個線性分子。
• 如果酶在環狀 DNA 上切割了 1 個位點，它會將環狀 DNA 打開，形成 1 個線性片段。

這題考驗學生對真核生物中不同 RNA 聚合酶（RNA polymerases）功能的了解。RNA 聚合酶是負責將 DNA 模板轉錄成 RNA 的酶。不同種類的 RNA 聚合酶負責轉錄不同類型的 RNA。

真核生物主要有三種 RNA 聚合酶：

1. RNA 聚合酶 I (RNA Pol I)：主要負責轉錄核糖體 RNA（rRNA）的前驅體，這些前驅體會被加工成細胞中主要的 rRNA 成分（如 28S, 18S, 5.8S rRNA）。
2. RNA 聚合酶 II (RNA Pol II)：主要負責轉錄信使 RNA（mRNA）的前驅體（pre-mRNA），以及大部分的小核 RNA（snRNA）和 microRNA（miRNA）。
3. RNA 聚合酶 III (RNA Pol III)：主要負責轉錄轉運 RNA（tRNA）、5S rRNA，以及一些其他小 RNA，包括小於 300 個核苷酸的小分子 RNA，例如某些 guide RNA (gRNA)、小核仁 RNA (snoRNA) 等。

題目問的是合成「small RNA like gRNA」。gRNA（guide RNA）通常是指在 CRISPR-Cas 系統中使用的 RNA，它是一個小 RNA 分子，長度一般在幾十到幾百個核苷酸之間。

這題考驗學生對 cDNA 合成過程中涉及的酶的知識。cDNA (complementary DNA) 是通過以 RNA 分子為模板合成的 DNA。這個過程通常發生在逆轉錄病毒（retroviruses）的複製過程中，或者在實驗室中用於研究 mRNA。

合成 cDNA 的關鍵酶是逆轉錄酶（Reverse Transcriptase）。逆轉錄酶是一種 RNA 依賴性 DNA 聚合酶，它能夠以 RNA 為模板合成互補的 DNA 鏈（稱為 cDNA）。

一旦 cDNA 鏈合成，通常需要另一種酶來合成與 cDNA 鏈互補的另一條 DNA 鏈，以形成雙鏈 DNA。這個過程通常由 DNA 聚合酶（DNA polymerase）完成。然而，題目問的是「cDNA is synthesized from RNA」，這通常是指第一條 cDNA 鏈的合成。

這題考驗學生對細胞凋亡（cell death）過程中涉及的酶的知識。細胞凋亡是一種程序性細胞死亡，是維持組織穩態、發育和清除受損細胞的重要過程。

選項分析：
A) Caspase (凋亡蛋白酶)：Caspases 是一類天冬氨酸蛋白酶（aspartate proteases），在細胞凋亡過程中起著核心作用。它們以半胱氨酸殘基作為切割位點，特異性地切割細胞內的許多蛋白質底物，從而啟動並執行細胞凋亡的程序，例如切割 DNA 酶、細胞骨架蛋白等，導致細胞凋亡的形態學變化。因此，caspase 是細胞凋亡的關鍵執行者。
B) phosphatase (磷酸酶)：磷酸酶是一類水解磷酸酯鍵的酶，它從蛋白質或核酸上去除磷酸基團。

這題考驗學生對 RNA 化學穩定性的了解。RNA 在不同 pH 值下的穩定性會有所不同。

RNA 的結構中含有核糖，核糖的 2' 羥基（2'-hydroxyl group）在某些條件下，特別是在鹼性環境中，可以發生分子內親核攻擊，攻擊相鄰的磷酸二酯鍵，導致 RNA 鏈斷裂。

在鹼性條件下（pH > 7），2' 羥基的去質子化會增加，使其更易於攻擊磷酸基團，導致 RNA 水解。
在強酸性條件下（pH < 3-4），RNA 的核糖部分或鹼基可能發生質子化，也可能導致 RNA 的降解。

這題考驗學生對 DNA 和 RNA 純度檢測標準的理解，特別是利用紫外光吸收光譜（UV absorbance spectroscopy）中的 A260/A280 比值。

DNA 和 RNA 在 260 nm 波長處有最大吸收，而蛋白質在 280 nm 波長處有最大吸收。因此，測量樣品在 260 nm 和 280 nm 的吸光度（absorbance）可以評估核酸樣品中蛋白質的污染程度。

• 純淨的 DNA 樣品：理想情況下，純淨的 DNA 樣品，其 A260/A280 比值應接近 1.8。
• 純淨的 RNA 樣品：理想情況下，純淨的 RNA 樣品，其 A260/A280 比值應接近 2.0。

這題考驗學生對即時定量 PCR (Real-time qPCR) 中 Ct 值（Cycle threshold）的理解。Ct 值是指 PCR 擴增曲線的螢光信號首次超過背景閾值（threshold）所需的循環次數。

Ct 值與目標核酸的初始豐度之間存在反比關係：

• Ct 值越低，表示在較少的 PCR 循環次數內，目標核酸的螢光信號就達到了閾值，這意味著目標核酸的初始濃度越高，即豐度越大。

這題考驗學生對 PCR 引物設計的基礎知識。PCR (Polymerase Chain Reaction) 是一種體外擴增特定 DNA 片段的技術，其核心組件包括 DNA 模板、DNA 聚合酶、dNTPs 和一對引物（primers）。引物是短的單鏈 DNA 分子，能夠與模板 DNA 的特定區域結合，並作為 DNA 聚合酶延伸合成新鏈的起始點。

引物的長度：
通常，PCR 引物的長度在 18 到 25 個核苷酸之間。有些情況下，引物長度可以稍微短至 15 個核苷酸，或長至 30 個核苷酸，但 18-25 nt 是最常見的範圍。

為什麼需要這個長度？

1. 特異性 (Specificity)：引物需要足夠長，以確保其能夠特異性地結合到目標 DNA 序列上，而不會與基因組中的其他非目標序列結合。較短的引物更容易與多個位點隨機結合，導致非特異性擴增。一個 18-25 nt 的引物，在給定的基因組大小下，其隨機結合的機率相對較低，能夠提供足夠的結合特異性。
2. 結合親和力 (Binding Affinity)：引物的長度與其與模板 DNA 的結合強度（熱力學親和力）有關。較長的引物通常具有更高的結合親和力，這意味著它們在 PCR 反應條件下（特別是退火溫度）更容易穩定地結合到目標序列上。

這題考驗學生對粒線體 ATP 生產機制的理解，核心概念是氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）。

ATP（三磷酸腺苷）是細胞的主要能量貨幣。在真核細胞中，粒線體是 ATP 的主要生產場所。ATP 的生產主要通過兩種途徑：底物水平磷酸化（substrate-level phosphorylation）和氧化磷酸化。在粒線體中，氧化磷酸化是產生 ATP 的主要方式，其產量遠高於底物水平磷酸化。

氧化磷酸化過程簡述：

1. 電子傳遞鏈 (Electron Transport Chain, ETC)：

   • 來自糖解作用（glycolysis）、丙酮酸氧化（pyruvate oxidation）、檸檬酸循環（citric acid cycle）的還原性輔酶（NADH 和 FADH2）將高能電子傳遞給 ETC 的第一個複合物（複合物 I 或複合物 II）。
   • ETC 由一系列位於粒線體內膜上的蛋白質複合物（複合物 I-IV）和電子載體（如泛醌 Q 和細胞色素 c）組成。
   • 電子在高能級別（NADH, FADH2）開始，通過一系列氧化還原反應，逐步傳遞給電子接受者，最終傳遞給氧氣（O2），氧氣是最終電子接受者，與電子和質子結合形成水（H2O）。

2. 質子梯度形成 (Proton Gradient Formation)：

   • 在電子傳遞過程中，能量被釋放出來。

這題考驗學生對轉錄後修飾（post-transcriptional modification）和轉譯後修飾（post-translational modification）的理解。這些修飾對於 RNA 的功能和蛋白質的正確結構、功能、定位和穩定性至關重要。

一、 三種最常見的轉錄後修飾 (Post-transcriptional Modifications)：
轉錄後修飾主要發生在真核生物的 pre-mRNA 上，目的是將其轉化為成熟的 mRNA，使其能夠被核輸出並進行轉譯。

1. 加帽 (5' Capping)：在 pre-mRNA 的 5' 端添加一個特殊的結構，即 7-甲基鳥苷（7-methylguanosine, m7G），通過一個 5'-5' 三磷酸鍵連接。
   • 功能：保護 mRNA 免受 5' 外切核酸酶的降解；促進 mRNA 從核中輸出；參與起始轉譯（識別核糖體結合位點）。
2. 加尾 (3' Polyadenylation)：在 pre-mRNA 的 3' 端添加一長串的腺嘌呤核苷酸（poly(A) tail），通常由 50-250 個 A 殘基組成。
   • 功能：保護 mRNA 免受 3' 外切核酸酶的降解；促進 mRNA 的核輸出；參與起始轉譯（與 PABP 結合，形成環狀結構，提高轉譯效率）。
3. RNA 剪接 (RNA Splicing)：從 pre-mRNA 中移除內含子（introns），並將外顯子（exons）連接起來，形成連續的轉譯區。
   • 功能：移除非編碼序列（introns）；產生成熟的 mRNA；可通過選擇性剪接（alternative splicing）產生不同的蛋白質異構體。

二、 三種最常見的轉譯後修飾 (Post-translational Modifications, PTMs)：
轉譯後修飾是指蛋白質合成（轉譯）完成後，在蛋白質上發生的化學修飾。這些修飾可以改變蛋白質的性質、活性、穩定性、定位以及與其他分子的相互作用。

這題考驗學生對 RNA 修飾（pseudouridylation）的理解及其在疫苗生產中的應用。

Pseudouridylation (假尿苷酸化) 是一種 RNA 修飾，其中尿苷（Uridine, U）通過異構化反應轉化為假尿苷（Pseudouridine, Ψ）。這個反應由假尿苷合成酶（pseudouridine synthases）催化，將尿苷的 C-N 糖苷鍵（N-糖苷鍵）轉化為 C-C 糖苷鍵（C-糖苷鍵）。這種鍵的改變使得假尿苷在結構和化學性質上與尿苷有所不同。

假尿苷 (Ψ) 在疫苗生產中的應用：

假尿苷的引入，特別是在體外合成的 mRNA 疫苗中，已被證明可以顯著提高 mRNA 的穩定性、免疫原性，並降低其固有的免疫原性（即激活免疫系統的潛在副作用）。

1. 提高 mRNA 的穩定性和轉譯效率：

   • 假尿苷結構上的 C-C 糖苷鍵比尿苷的 N-C 糖苷鍵更穩定，不易被 RNases 降解。這使得假尿苷化的 mRNA 在體內具有更長的半衰期，能夠更長時間地持續表達目標抗原。
   • 假尿苷的引入也可以影響 mRNA 的二級結構，可能有利於核糖體結合和起始轉譯，從而提高目標蛋白質（抗原）的表達水平。

2. 降低固有免疫反應 (Innate Immune Response)：

   • 未修飾的 mRNA，尤其是含有尿苷的 RNA，容易被細胞內的模式識別受體（Pattern Recognition Receptors, PRRs），如 Toll-like receptors (TLR3, TLR7/8)，識別為外源性 RNA，從而觸發強烈的固有免疫反應。

核心觀念

本題考查兩部分：

1. 利用遺傳密碼表，將指定胜肽反向設計成可翻譯的 RNA（mRNA）序列。每個胺基酸可有多個密碼子，因此答案不唯一。
2. 設計 20 個核苷酸的 siRNA，使其與目標 mRNA 互補；指定 3′ 端最後 3 個核苷酸與目標序列不配對，形成 3 個 mismatch。

siRNA 必須以反向互補方式辨識 mRNA，配對原則為 $A-U$、$U-A$、$G-C$、$C-G$。

解題方法

指定胜肽為：

$$\text{Met-Ala-Gly-Ser-Asn-Ala-Val-Lys-Gly-Stop}$$

依遺傳密碼表選取一組密碼子：

• Met：AUG
• Ala：GCU 或 GCC
• Gly：GGU 或 GGA
• Ser：UCU 或 AGC
• Asn：AAC 或 AAU
• Val：GUU 或 GUA
• Lys：AAA 或 AAG
• Stop：UAA 或 UAG

因此可設計兩條不同的 RNA 序列。

RNA 序列一

$$5'-\mathrm{AUG\ GCU\ GGU\ UCU\ AAC\ GCU\ GUU\ AAA\ GGU\ UAA}-3'$$

翻譯結果為：

$$\mathrm{Met-Ala-Gly-Ser-Asn-Ala-Val-Lys-Gly-Stop}$$

RNA 序列二

$$5'-\mathrm{AUG\ GCC\ GGA\ AGC\ AAU\ GCG\ GUA\ AAG\ GGC\ UAG}-3'$$

翻譯結果同樣為：

$$\mathrm{Met-Ala-Gly-Ser-Asn-Ala-Val-Lys-Gly-Stop}$$

siRNA 設計

選取 RNA 序列一的前 20 個核苷酸作為目標區域：

$$5'-\mathrm{AUGGCUGGUUCUAACGCUGU}-3'$$

這題考驗學生對限制酶切割末端類型的理解，即「黏端」（sticky end）和「平端」（blunt end）。限制酶（restriction enzymes）是能夠識別特定 DNA 回文序列並在該位點切割 DNA 的酶。它們的切割方式不同，會產生不同類型的末端。

1. 黏端消化 (Sticky End Digestion)：

   • 定義：使用能夠在 DNA 雙鏈的相對位置切割，但切割點不在同一鹼基對上，從而產生具有單鏈突出端的消化方式。這些單鏈突出端稱為「黏端」。
   • 特點：黏端具有互補的鹼基序列，可以通過鹼基配對（A-T, G-C）相互「黏合」（anneal），形成氫鍵。這使得具有相同黏端的 DNA 片段能夠容易地連接（ligation）在一起。
   • 例子：EcoRI 是一種產生 5' 突出端的限制酶，它切割 GAATTC 序列，產生 AATT 的突出端。

     5'-G AATTC-3'
       |
     3'-CTTAA G-5'
     

     切割後：

     5'-G   AATTC-3'
          3'-CTTAA   G-5'
     

     產生 5'-AATT 的突出端。
   • 用途：在基因工程中，黏端消化是連接不同 DNA 片段（如將外源基因插入載體）的常用方法，因為它的連接效率相對較高。

2. 平端消化 (Blunt End Digestion)：

   • 定義：使用能夠在 DNA 雙鏈的同一鹼基對上切割，從而產生沒有單鏈突出端的消化方式。

這題考驗學生對 DNA 和 RNA 分子降解（degradation）機制的理解。DNA 和 RNA 在細胞內外都可能被降解，這對於基因調控、病毒清除以及在實驗室中處理核酸樣本都非常重要。

DNA 的降解：

DNA 主要通過核酸酶 (nucleases) 進行降解。核酸酶可以分為兩大類：

1. 核酸外切酶 (Exonucleases)：從 DNA 分子的末端開始逐步切除核苷酸。

   • 3' 外切核酸酶：從 DNA 分子的 3' 末端移除核苷酸。
   • 5' 外切核酸酶：從 DNA 分子的 5' 末端移除核苷酸。
   • 作用：參與 DNA 修復、複製的校對、DNA 的代謝。在細胞外，例如細菌的防禦機制中，也可能存在外切核酸酶。

2. 核酸內切酶 (Endonucleases)：在 DNA 分子的內部隨機或特異性地切割磷酸二酯鍵。

   • 限制酶 (Restriction enzymes)：識別特定的 DNA 序列並在該位點切割。它們在細菌的免疫系統中起作用，並廣泛用於分子生物學實驗。
   • DNases：細胞內的 DNase 負責 DNA 的重組、凋亡（DNA 斷裂）以及 DNA 的清除。例如，DNA 酶 I (DNase I) 可以切割雙鏈或單鏈 DNA，產生 5' 磷酸末端和 3' 羥基末端。
   • 作用：DNA 修復、細胞凋亡、DNA 的代謝和清除。

其他降解因素：

• 物理/化學因素：高溫、強酸、強鹼、紫外線輻射（UV）、某些化學物質（如亞硝酸、烷化劑）都可以導致 DNA 斷裂或化學修飾，進而引起降解。例如，UV 輻射會引起嘧啶二聚體，影響 DNA 的完整性。
• 熱降解：在高溫下，磷酸二酯鍵的化學鍵會加速斷裂。

RNA 的降解：

RNA 的降解機制與 DNA 類似，但 RNA 分子比 DNA 更不穩定，更容易被降解。這主要是因為：

• 2' 羥基 (2'-hydroxyl group)：RNA 的核糖含有一個 2' 羥基，在鹼性或中性條件下，它可以進行分子內親核攻擊，攻擊相鄰的磷酸二酯鍵，導致 RNA 鏈斷裂。DNA 的去氧核糖沒有這個 2' 羥基，因此更穩定。
• 單鏈結構：大多數 RNA 是單鏈的，這使得它們更容易受到核酸酶的攻擊。

這題考驗學生對核糖體（ribosome）上三個關鍵位點（A site, P site, E site）在蛋白質轉譯（translation）過程中各自所執行的主要反應的理解。核糖體是蛋白質合成的場所，它包含 mRNA 結合位點和 tRNA 結合位點。

核糖體上有三個 tRNA 結合位點：

1. A 位點 (Aminoacyl site)：接收攜帶下一個胺基酸的 aminoacyl-tRNA。
2. P 位點 (Peptidyl site)：攜帶正在生長的多肽鏈（peptidyl-tRNA）。
3. E 位點 (Exit site)：釋放出已脫去胺基酸（或多肽鏈）的空 tRNA。

蛋白質轉譯的過程是核糖體沿 mRNA 移動（translocation），tRNA 在這三個位點之間依序移動，同時肽鍵形成，多肽鏈不斷延長。

各部位的主要反應：

1. A 位點 (Aminoacyl site)：

   • 主要反應：胺基醯化 tRNA 的結合 (Binding of aminoacyl-tRNA)。
   • 過程：當一個攜帶正確胺基酸的 aminoacyl-tRNA（通過與 mRNA 的密碼子配對）進入 A 位點後，它就結合在此。這個 aminoacyl-tRNA 的反密碼子（anticodon）必須與 mRNA 在 A 位點上的密碼子精確配對。一旦結合成功，就為肽鍵形成做好了準備。

2. P 位點 (Peptidyl site)：

   • 主要反應：肽鍵形成 (Peptide bond formation)。
   • 過程：P 位點上的 aminoacyl-tRNA（在這個階段，它實際上是 peptidyl-tRNA，因為它攜帶著正在生長的多肽鏈）將其攜帶的多肽鏈轉移到 A 位點上新結合的 aminoacyl-tRNA 的胺基酸上。這個反應由核糖體催化（肽醯轉移酶活性，peptidyl transferase activity），形成一個新的肽鍵。結果是，多肽鏈從 P 位點的 tRNA 轉移到 A 位點的 tRNA 上。

3. E 位點 (Exit site)：

   • 主要反應：空 tRNA 的釋放 (Release of empty tRNA)。