113 年 國立臺灣大學生化科學系碩士班《細胞與分子生物學》

本題主要考查 RNA 的偵測方法。選項 A、B、C、E 均為常用於偵測 RNA 的技術。Real-time PCR (定量 RT-PCR) 可用於偵測特定 RNA 的含量；Fluorescence in situ hybridization (FISH) 可用於定位細胞內 RNA 的位置；

本題考查真核生物 mRNA 的特性。
A. 真核生物的 mRNA 由 RNA polymerase II 轉錄。此敘述正確。
B. 真核生物的 mRNA 在轉錄後會進行加工，包含 5' 端加上 cap 結構 (7-methylguanosine) 和 3' 端加上 poly(A) 尾。此敘述正確。
C. mRNA 的 5' 端非轉譯區 (5' UTR) 包含啟動子序列，對於調控轉譯效率至關重要。此敘述正確。

本題考查基因體印記 (genomic imprinting) 的相關知識。
A. 基因體印記的特色就是單一對偶基因表現 (mono-allelic expression)，且表現與否取決於來自父系或母系。此敘述正確。
B. 並非所有基因體印記的基因都編碼蛋白質。有些印記基因會轉錄成非編碼 RNA (non-coding RNA)，例如 microRNAs 或 long non-coding RNAs，這些 RNA 也會受到印記調控。此敘述錯誤。

本題考查核糖體 (ribosome) 的功能，特別是負責解碼 (decoding) 的部分。核糖體由大小次單元 (Large Subunit, LSU 和 Small Subunit, SSU) 組成。

本題考查轉譯起始階段的組裝過程。轉譯起始時，mRNA 會先與核糖體的小次單元 (Small Subunit, SSU) 結合。在原核生物中，SSU 上的 16S rRNA 辨識 mRNA 上的 Shine-Dalgarno 序列，從而定位起始密碼子 (AUG)。在真核生物中，SSU 會結合到 mRNA 的 5' cap，然後沿著 mRNA 移動尋找起始密碼子。

本題考查細胞內負責蛋白質降解的胞器。
A. Mitochondria (粒線體) 主要負責細胞呼吸和 ATP 生成。
B. Ribosome (核糖體) 負責蛋白質合成。
C. Lysosome (溶酶體) 含有多種酸性水解酶，是細胞內進行大分子物質（包括蛋白質）降解的主要場所，特別是通過吞噬作用或自噬作用進入的物質。
D. Centriole (中心粒) 與細胞分裂時紡錘體的形成有關。

本題考查離子通過離子通道的運輸方式。
離子通道 (ion channels) 允許離子在細胞膜兩側之間移動。這種移動是順著離子的電化學梯度進行的，不需要消耗 ATP，因此屬於被動運輸 (Passive transport)。

本題考查利用溫度敏感突變株 (temperature-sensitive mutant) 來研究內膜系統 (endomembrane system) 的方法。溫度敏感突變株在特定溫度（非允許溫度, restrictive temperature）下，其突變基因產物（通常是蛋白質）功能失常，而在另一溫度（允許溫度, permissive temperature）下則功能正常。利用此特性，可以在非允許溫度下觀察突變株在內膜系統中出現的功能缺陷，從而研究相關蛋白質的功能和內膜系統的運作。
Vesicular Stomatitis Virus (VSV) 是一種 RNA 病毒，其病毒蛋白（如 VSV-G 糖蛋白）的合成、摺疊、運輸和分泌過程需要經過內膜系統。

本題考查決定蛋白質在游離核糖體或附著於內質網核糖體上合成的信號序列 (signal sequence) 的位置。
在真核生物中，當 mRNA 轉譯產生的蛋白質 N 端首先出現一個特定的信號序列（通常是疏水性的氨基酸序列），這個信號序列會被細胞質中的信號識別顆粒 (Signal Recognition Particle, SRP) 辨識。SRP 會結合到信號序列和核糖體上，暫停蛋白質的合成，並將整個核糖體-mRNA-信號肽複合物引導至內質網膜上的 SRP 受體。

本題考查細胞內第二信使 (second messenger) 的概念。第二信使是在細胞質中擴散的小分子，它們在接收到細胞外信號（通過第一信使，如激素或神經傳導物質）後被細胞內的特定受體激活，並將信號傳遞到細胞內部，最終引起細胞的響應。
常見的第二信使包括：

• 離子：如 $Ca^{2+}$。
• 脂質衍生物：如 1,2-diacylglycerol (DAG) 和 inositol 1,4,5-trisphosphate (IP3)。IP3 作用於內質網釋放 $Ca^{2+}$，DAG 則激活蛋白激酶 C (PKC)。
• 核苷酸衍生物：如 cyclic AMP (cAMP) 和 cyclic GMP (cGMP)。

A. Adenosine triphosphate (ATP) 是細胞的主要能量貨幣，雖然它在細胞外作為 ATP 傳遞信號，但在細胞內，它本身通常不被視為典型的第二信使，儘管它參與一些信號傳導途徑，但它更像是能量的來源或信號分子本身，而不是由細胞內信號激活後擴散傳遞的。

本題考查不同來源的幹細胞 (stem cells) 的潛能。幹細胞的潛能是指其分化成不同類型細胞的能力。

• 全能性 (Totipotency): 能分化成所有類型的細胞，包括胎盤細胞。受精卵和早期胚胎的細胞 (約桑椹胚階段) 具有全能性。
• 多能性 (Pluripotency): 能分化成所有體細胞，但不能形成胎盤。胚胎幹細胞 (Embryonic stem cells, ESCs)，來源於囊胚的內細胞團 (Inner cell mass, ICM)，具有多能性。
• 專能性 (Multipotency): 只能分化成有限類型或某一類型的細胞。例如，成體幹細胞，如骨髓幹細胞 (bone marrow stem cells) 可以分化成各種血細胞；臍帶血幹細胞 (umbilical cord blood stem cells) 也具有多能性，但潛能可能略低於胚胎幹細胞。

本題考查細胞週期 G1 期主要的調控因子。細胞週期的進程由週期蛋白 (cyclins) 和週期蛋白依賴性激酶 (Cyclin-Dependent Kinases, CDKs) 的複合物調控。

• G1 期：細胞生長和準備 DNA 複製的階段。
• G1/S 檢查點：決定細胞是否進入 S 期。
  主要的 G1 期 CDK-cyclin 複合物是 CDK4/6 與 Cyclin D 的結合，以及 CDK2 與 Cyclin E 的結合。
• Cyclin D 在 G1 期早期開始積累，與 CDK4/6 形成複合物，磷酸化視網膜母細胞瘤蛋白 (Rb)，釋放 E2F 轉錄因子，啟動 G1 期基因的轉錄。
• Cyclin E 在 G1 期晚期開始積累，與 CDK2 形成複合物，進一步磷酸化 Rb，並促進細胞進入 S 期。

核心觀念

先天性免疫是人體快速、非專一性的防禦反應，不需先經特定抗原刺激與克隆擴增。主要參與細胞包括嗜中性球、巨噬細胞、樹突細胞與自然殺手細胞（NK cell）。相對地，T 細胞與 B 細胞屬於後天性（適應性）免疫。

解題方法

判斷各選項所屬的免疫系統：能快速辨識並清除病原體或受感染細胞、且不依賴抗原專一性受體克隆擴增的細胞，屬於先天性免疫。依此分類，NK 細胞與嗜中性球都符合條件。

選項分析

• A. T cell：錯誤。 T 細胞透過抗原專一性受體辨識抗原，負責細胞媒介的適應性免疫。
• B. B cell：錯誤。 B 細胞屬於適應性免疫，可分化為漿細胞並產生抗體。

本題考查鹼基切除修復 (Base Excision Repair, BER) 過程中的關鍵酶。BER 主要負責修復 DNA 中的單一鹼基損傷，如氧化、烷基化、脫氨基等。
BER 的步驟大致如下：

1. 識別和切除受損鹼基：由 DNA 糖苷酶 (DNA glycosylase) 負責。不同的 DNA 糖苷酶識別不同類型的鹼基損傷，並將受損鹼基與糖基之間的 N-糖苷鍵切斷，從而產生一個 AP 位點 (apurinic/apyrimidinic site)。
2. 切除核苷酸：AP 位點核酸酶 (AP endonuclease) 會切斷 AP 位點的磷酸二酯鍵，產生一個缺口 (nick)。
3. 填補缺口：DNA 聚合酶 (DNA polymerase) 會在 3' 端填補新的核苷酸。

本題考查壞死 (Necrosis) 的特徵。壞死是指由於病理因素（如創傷、感染、缺血、毒素等）導致的細胞非正常死亡。
與凋亡 (Apoptosis) 不同，壞死通常是無序的、被動的過程。

• A. Inflammatory response (發炎反應)：壞死的細胞內容物釋放到周圍組織，會引發強烈的發炎反應，招募免疫細胞來清除死亡細胞和碎片。這是壞死的一個重要特徵。
• B. Cellular shrinkage (細胞收縮)：細胞收縮是凋亡的典型特徵，而不是壞死。壞死通常伴隨細胞腫脹。

本題考查單株抗體 (monoclonal antibodies, mAbs) 相較於抗血清 (antisera) 的優勢。
抗血清是從免疫動物體內獲得的，其中包含由多種 B 細胞產生的、針對多種抗原表位的抗體混合物，因此特異性不高，純度也較低。
單株抗體則是由單一 B 細胞克隆產生的，因此所有抗體分子都針對同一抗原表位，具有極高的特異性和純度。

選項分析：
A. They can be produced with higher purity. (它們可以生產出更高純度的抗體)：單株抗體由於來自單一 B 細胞克隆，其均一性很高，因此純度也高。此敘述正確。
B. They have a more uniform specificity. (它們具有更均一的特異性)：單株抗體針對單一表位，因此特異性非常精確和均一。

核心觀念

本題考查限制酶切割後的黏性末端（sticky end）是否相容。兩段 DNA 能以簡單連接反應接合，必須滿足：

1. 黏性末端的突出鹼基能互補配對。
2. 末端方向與突出型態相容，例如 $5'$ 突出端可與互補的 $3'$ 突出端配對。
3. 配對後，DNA ligase 能封合糖－磷酸骨架上的缺口。

AgeI 的切割方式為：

因此產生 $4$ 個鹼基的 $5'$ 突出端：

所以，能產生相同 $5'$ 突出端，或產生其互補的 $3'$ 突出端者，都可與 AgeI 片段連接。

解題方法

先由 AgeI 的切割位置判定其突出端：

切口之間的單股突出序列為：

接著逐一分析各選項的切割結果，判斷其末端是否能與 $5'-CCGG-3'$ 互補配對。

選項分析

A. MroI，辨識序列 $T|CCGGA$

MroI 的切割方式可表示為：

其產生的 $5'$ 突出端為：

這與 AgeI 產生的突出端完全相同，能直接互補配對並進行黏性末端連接。

因此 A 正確。

B. AatI，辨識序列 $AGG|CCT$

AatI 在辨識序列中央切割：

本題考查 Sanger 測序技術中使用的 ddNTPs 的特性。
Sanger 測序法（鏈終止法）利用 ddNTPs (dideoxynucleotides) 來終止 DNA 鏈的延伸。ddNTPs 與 dNTPs (deoxynucleotides) 的主要區別在於，ddNTPs 的 3' 碳原子上缺少一個羥基 (-OH)。
在 DNA 合成過程中，DNA 聚合酶通過 3' 碳原子上的羥基與下一個進入的 dNTPs 的 5' 磷酸基團形成磷酸二酯鍵，從而延長 DNA 鏈。由於 ddNTPs 的 3' 碳原子上沒有羥基，一旦 ddNTPs 被 incorporatated 到 DNA 鏈中，DNA 鏈的延伸就會終止。
在現代 Sanger 測序中，每個 ddNTPs (ddATP, ddTTP, ddGTP, ddCTP) 都會被標記上不同的螢光染料。當 DNA 聚合酶將 ddNTPs 隨機 incorporatated 到合成的 DNA 鏈末端時，鏈的延伸就終止了。

核心觀念

本題考查真核生物轉錄起始相關名詞的定義。真核基因的轉錄必須先由特定 DNA 結合蛋白辨識啟動子（promoter）序列，再協助 RNA polymerase II 定位並組裝轉錄起始複合體。

這類能辨識特定啟動子序列、促進轉錄起始的蛋白質稱為轉錄因子（transcription factors）。其中，general transcription factors 負責基礎轉錄起始；specific transcription factors 則可依據調控序列調整基因表現量。

解題方法

判斷關鍵在於題幹的三個描述：

1. DNA-binding proteins：必須是蛋白質。
2. recognize specific promoter sequences：能辨識特定啟動子 DNA 序列。
3. accurately initiate transcription：協助轉錄機器在正確位置開始轉錄。

符合這三項條件的是 transcription factors。真核轉錄起始通常包括：

因此正確答案為 B。

選項分析

• A. enhancers

  錯誤。Enhancer 是能增強基因轉錄的 DNA 調控序列，不是 DNA-binding protein。Enhancer 可位於基因上游、下游或內含子中，位置與方向通常較具彈性，主要由 transcription factors 結合後發揮作用；它本身不直接執行轉錄起始。

• B. transcription factors

本題考查細胞內含有功能性 DNA 的結構。功能性 DNA 指的是能夠進行轉錄和翻譯，或者在基因組複製和修復中發揮作用的 DNA。
A. Bacterial nucleoids (細菌的類核區)：細菌的遺傳物質是環狀 DNA，位於類核區，這是功能性的 DNA。
B. Chloroplasts (葉綠體)：葉綠體含有自己的環狀 DNA，稱為 cpDNA，能夠進行轉錄和翻譯，合成部分葉綠體所需的蛋白質，因此是功能性的 DNA。

本題考查大腸桿菌乳糖操縱子 (lac operon) 的調控機制。乳糖操縱子包含三個結構基因：lacZ (編碼 β-半乳糖苷酶)、lacY (編碼乳糖載體蛋白) 和 lacA (編碼硫代半乳糖苷轉乙醯酶)。這些基因由同一個啟動子驅動，並與操縱子一起被轉錄成一個多顺位 mRNA (polycistronic mRNA)，因此它們是協同轉錄的，而不是獨立轉錄的。

選項分析：
A. lacZ, lacY, lacA 基因在 lac operon 中，它們被共同轉錄成一個多順位 mRNA，而不是獨立轉錄。此敘述錯誤。
B. RNA polymerase 結合到啟動子 (promoter) 上，而不是操縱子 (operator)。在沒有乳糖的情況下，乳糖阻遏蛋白 (lac repressor) 會結合到操縱子上，阻止 RNA polymerase 的結合或轉錄。此敘述錯誤。
C. lac operon 受到負向調控 (negative control) 和正向調控 (positive control)。

本題考查缺氧誘導因子 (Hypoxia-Inducible Factor, HIF) 的作用機制，這是 2019 年諾貝爾生理學或醫學獎的主題。
HIF 是一個異二聚體轉錄因子，由 HIF-α 和 HIF-β 亞基組成。
在缺氧 (hypoxia) 條件下，HIF-α 亞基的穩定性增加，並與 HIF-β 亞基形成異二聚體。該異二聚體結合到目標基因的缺氧反應元件 (Hypoxia-Response Element, HRE) 上，啟動下游基因的轉錄，從而誘導一系列適應缺氧的生理反應，例如增加血管生成、紅細胞生成等。因此，在缺氧條件下，HIF 導致的是基因的「激活」(Activation)。

在正常氧氣 (normoxia) 或高氧 (high oxygen) 條件下，HIF-α 亞基會被細胞內的脯氨酰羥化酶 (prolyl hydroxylase) 進行羥化修飾。

本題考查轉譯 (translation) 調控的相關知識。轉譯是將 mRNA 的遺傳密碼轉化為蛋白質的過程，它定義了細胞的蛋白質體 (proteome)。

選項分析：
A. Translational control has nothing to do with mRNAs. (轉譯調控與 mRNA 無關)：這是錯誤的。mRNA 的結構（如 UTRs 的序列、二级結構）和修飾（如 m6A 修飾）都對轉譯調控有重要影響。
B. The Ccr4-Not complex affects mRNA translatability. (Ccr4-Not 複合物影響 mRNA 的轉譯能力)：Ccr4-Not 複合物是一個大的蛋白質複合物，在真核生物中參與多種 RNA 調控過程，包括 mRNA 的去腺苷酸化 (deadenylation)、mRNA 的降解和轉譯調控。它通過影響 mRNA 的穩定性和轉譯起始，進而影響轉譯效率。此敘述正確。

核心觀念

本題考查真核細胞中，具有典型核定位序列（canonical nuclear localization sequence, cNLS）的蛋白質如何經由核孔複合體（nuclear pore complex, NPC）進入細胞核。

典型核輸入機制如下：

1. 貨物蛋白上的 cNLS 先被 importin-α 辨識。
2. importin-α 再與 importin-β 結合，形成貨物蛋白—importin-α—importin-β 複合體。
3. 複合體與核孔複合體的 nucleoporin 交互作用，通過核孔進入細胞核。
4. 核內 RanGTP 與 importin-β 結合，使貨物蛋白釋放。
5. importin-β 與 RanGTP 形成複合體輸出至細胞質；RanGTP 水解成 RanGDP 後，importin-β 被釋放並可再次參與核輸入。

Ran 的分布梯度是方向性的關鍵：

• 細胞核內：RanGTP 濃度高
• 細胞質內：RanGDP 濃度高

此梯度主要由核內的 RanGEF 促進 RanGDP 交換為 RanGTP，以及細胞質中的 RanGAP 促進 RanGTP 水解為 RanGDP 所建立。

解題方法

判斷此題的切入點是掌握三項關係：

• cNLS 的直接受體是 importin-α。
• importin-β 負責與核孔複合體交互作用及核輸送。
• RanGTP 高在核內，RanGDP 高在細胞質。

逐一比對選項即可判定正確答案。

選項分析

A. The cargo-carrier import complex is assembled in the nucleus.

錯誤。

貨物蛋白、importin-α 與 importin-β 所形成的核輸入複合體，主要在細胞質中組裝。複合體形成後才與核孔複合體交互作用並進入細胞核。

進入細胞核後，RanGTP 會與 importin-β 結合，促使貨物蛋白從輸入複合體中釋放。因此，核內主要是複合體解離，而非初始組裝。

B. The cargo protein utilizes its cNLS direct contact with the importin ß.

錯誤。

cNLS 並不直接與 importin-β 結合，而是先被 importin-α 的受體區域辨識。importin-α 具有能辨認鹼性核定位序列的結構，並以 adaptor 的角色連接貨物蛋白與 importin-β。

正確關係為：

因此，importin-β 的主要作用是協助核孔運輸，而非直接辨認 cNLS。

本題考查細胞內囊泡運輸 (vesicular transport) 中，不同種類的被覆囊泡 (coated vesicles) 的功能。

(1) Clathrin-coated vesicles (網格蛋白被覆囊泡)：它們參與從高爾基體到內涵體 (endosome) 的運輸，以及從質膜到內涵體的內吞作用 (endocytosis)。它們也參與高爾基體內部的運輸。所以，它們的運輸方向包括來自高爾基體、內涵體和質膜。此敘述正確。

(2) COPI-coated vesicles (COPI 被覆囊泡)：它們主要參與從內質網到高爾基體 (ER-to-Golgi transport) 的逆向運輸 (retrograde transport)，以及高爾基體順序內的運輸。COPI 複合物由七個亞基組成 (COPI complex is an octamer, consisting of seven different subunits)。

本題考查蛋白質的內吞作用 (endocytosis) 和外排作用 (exocytosis) 的相關知識。

(1) Clathrin-mediated endocytosis (網格蛋白介導的內吞作用)：這個過程確實涉及貨物識別、網格蛋白外殼的組裝、質膜的內陷 (invagination) 和最終的囊泡形成（膜的「捏合」或「斷裂」）。這是正確的。
(2) Proteins being internalized move to the lysosome and recycling endosome for protein degradation and reuse, respectively. (被內化的蛋白質移動到溶酶體和回收內體，分別用於蛋白質降解和再利用)：內吞的物質（包括蛋白質）通常會進入內涵體途徑。

本題考查幹細胞 (stem cells) 的特性與應用。

(1) A stem cell can divide to one copy of itself and to one differentiated cell. (一個幹細胞可以分裂成一個自身的拷貝和一個分化的細胞)：這是對稱分裂 (symmetric division) 的一種形式，幹細胞通過這種方式進行自我更新並產生分化細胞。另一種方式是對稱分裂，產生兩個幹細胞或兩個分化細胞。但幹細胞具有自我更新的能力，並且可以產生分化細胞，這種「一個幹細胞 -> 一個幹細胞 + 一個分化細胞」的模式（稱為不對稱分裂，asymmetric division）是維持幹細胞群體穩定性和產生分化細胞的重要方式。因此，這個敘述是正確的。

本題考查神經傳導物質 (neurotransmitter) 的相關知識。

(1) A neurotransmitter can be re-uptaken back to the presynaptic neuron. (神經傳導物質可以被重新吸收回突觸前神經元)：許多神經傳導物質在釋放到突觸間隙後，會通過突觸前膜上的轉運蛋白被主動運輸回突觸前神經元，以終止信號傳遞並回收神經傳導物質。例如，血清素、多巴胺、去甲腎上腺素等都通過此機制。此敘述正確。

(2) Gamma aminobutyric acid (GABA) is the principal inhibitory neurotransmitter in the brain. (γ-氨基丁酸 (GABA) 是大腦主要的抑制性神經傳導物質)：GABA

本題考查細胞膜電位和動作電位的傳播。

A. The resting membrane potential of animal neurons depend largely on non-gated K+ channels. (動物神經元的靜息膜電位很大程度上取決於非門控 K+ 通道)：靜息膜電位主要是由細胞膜對 K+ 的通透性決定，因為細胞內 K+ 濃度高，細胞外 K+ 濃度低，K+ 容易通過靜息狀態下的 K+ 通道（非門控 K+ 通道）外流，導致細胞膜內側帶負電。此敘述正確。
B. The resting potential of a typical neuron is -30 mV. (典型神經元的靜息電位是 -30 mV)：典型神經元的靜息膜電位通常在 -60 mV 到 -80 mV 之間，而 -30 mV 更接近閾電位 (threshold potential)，達到此電位後會引發動作電位。此敘述錯誤。

本題考查癌症免疫治療中的免疫檢查點阻斷 (immune checkpoint blockade) 策略。
免疫檢查點是細胞表面的分子，它們可以抑制免疫細胞的活性，從而防止免疫系統攻擊自身組織。腫瘤細胞可以利用這些免疫檢查點來逃避免疫系統的監視。免疫檢查點阻斷療法通過使用抗體來阻斷這些免疫檢查點分子與其配體的結合，從而解除對免疫細胞的抑制，重新激活免疫系統來攻擊腫瘤細胞。

A. Anti-CTLA4 antibody (抗 CTLA-4 抗體)：CTLA-4 (Cytotoxic T-Lymphocyte Associated protein 4) 是一種免疫檢查點分子，存在於 T 細胞表面。阻斷 CTLA-4 的作用可以增強 T 細胞的活化和增殖，是目前臨床上常用的免疫檢查點阻斷療法之一。

本題考查 DNA 複製的起始調控，特別是防止重複複製 (re-replication) 的機制。在細胞週期中，DNA 複製的起始位點 (origins of replication) 只能在 S 期啟動一次，以確保基因組的穩定性。

防止重複複製的關鍵機制包括：

1. 起始許可 (Origin Licensing)：在 G1 期，起始識別複合物 (Origin Recognition Complex, ORC)、CDC6、CDT1 和 MCM 複合物 (MCM helicase) 會組裝到複製起始點，形成預複製複合物 (pre-replicative complex, pre-RC)。這個過程稱為起始許可。
2. 抑制許可因子：一旦進入 S 期，這些許可因子會被失活或降解，以防止重複複製。
   • Geminin 是一個蛋白質，它與 CDT1 結合，阻止 CDT1 結合到 MCM 複合物上，從而抑制起始許可。
   • 許多許可因子（如 ORC、CDC6、CDT1、MCM）在 S 期會被磷酸化，這會抑制它們的功能或導致其降解。
   • E3 泛素連接酶（如 Cullin-based E3 ligases 和 APC/C 複合物）在 S 期會促進一些許可因子的降解。

選項分析：
A. ORC, CDC6, CDT1, and MCM are the origin licensing factors. (ORC, CDC6, CDT1, 和 MCM 是起始許可因子)：這是正確的。它們在 G1 期組裝到複製起始點，標誌著起始的許可。
B. Geminin directly binds to CDT1 to inhibit its licensing activity. (Geminin 直接結合 CDT1 以抑制其許可活性)：這是正確的。

核心觀念

DNA 損傷檢查點（DNA damage checkpoint）是細胞偵測 DNA 損傷後，抑制細胞週期進行的訊息傳遞機制，目的在於爭取修復時間，避免受損的遺傳物質繼續複製或傳給子細胞。它不是單一蛋白質的功能，而是由損傷辨識、訊息傳遞與下游效應共同構成。

其中，ATM 與 ATR 都是 DNA 損傷檢查點的核心上游激酶，皆屬於磷脂醯肌醇三激酶相關激酶家族（PIKK），但主要活化情境不同：

**上述差異是主要分工，不是互斥關係。**研究顯示，DNA 雙股斷裂在 S 期與 G₂ 期經末端切除後，可產生 RPA 包覆的單股 DNA，進一步啟動 ATR–Chk1 訊息；因此，同一損傷反應中也能先後動員 ATM 與 ATR。ATM 與 ATR 協同作用的原始研究

解題方法

本題應採用**「辨識檢查點類型，再比對核心訊息分子」**的方法。

題幹問的是 DNA 損傷檢查點，因此要找能把 DNA 損傷訊號傳遞到細胞週期調控系統的蛋白質。典型途徑包括：

• ATM–Chk2 路徑：以 DNA 雙股斷裂反應為代表。
• ATR–Chk1 路徑：以複製叉停滯、複製壓力與紫外線損傷反應為代表。

下游 Chk1、Chk2 可調控 Cdc25 磷酸酶，使其受到抑制、隔離或降解；Cdc25 原本負責移除 CDK 上的抑制性磷酸基，因此抑制 Cdc25 可使 CDK 維持低活性，延緩細胞週期。例如，抑制 cyclin B–CDK1 活化，就能阻止細胞進入有絲分裂。ATM–Chk2 的原始研究、ATR–Chk1 的原始研究

原題未指定 DNA 損傷類型或特定訊息路徑，因此 D、E 都符合題意，題幹不足以支持唯一單選答案。

選項分析

A. APC/C E3 complex：不選。

APC/C 是後期促進複合體，具有 E3 泛素連接酶活性，可促進 securin 與 cyclin B 的降解，分別協助姊妹染色分體分離與退出有絲分裂。

本題考查紫外線 (UV) 輻射引起的胸腺嘧啶二聚體 (thymine dimers) 的修復機制。
UV 輻射會導致相鄰胸腺嘧啶鹼基之間形成共價鍵，形成嘧啶二聚體，其中最常見的是胸腺嘧啶二聚體 (thymine dimers)。這種損傷會扭曲 DNA 雙螺旋結構，干擾 DNA 複製和轉錄。

主要的 DNA 修復機制包括：

• Base Excision Repair (BER, 鹼基切除修復)：主要修復單一鹼基的損傷，如氧化、烷基化、脫氨基等。
• Mismatch Repair (MMR, 錯配修復)：修復 DNA 複製過程中產生的鹼基錯配。
• Nucleotide Excision Repair (NER, 核苷酸切除修復)：修復較大的 DNA 損傷，如嘧啶二聚體、化學誘導的 DNA 加合物等，這些損傷會嚴重扭曲 DNA 結構。
• Homologous Recombination (HR, 同源重組)：主要用於修復 DNA 雙鏈斷裂，需要同源 DNA 模板。

本題考查細胞凋亡 (apoptosis) 的內源性途徑 (intrinsic pathway) 的起始。
內源性凋亡途徑是由細胞內的壓力信號（如 DNA 損傷、氧化應激、生長因子缺乏等）觸發的。

• Mitochondria (粒線體) 在內源性凋亡途徑中扮演核心角色。在細胞凋亡信號的刺激下，粒線體外膜通透性會增加，導致細胞色素 c (cytochrome c) 等凋亡相關蛋白質從粒線體間隙釋放到細胞質。

本題考查酵母菌中週期蛋白 (cyclin) 基因的功能研究，以及 GAL1 啟動子的調控。
GAL1 啟動子是可誘導的，它在半乳糖 (galactose) 存在下被激活，而在葡萄糖 (glucose) 存在下則被抑制。
研究人員構建了一個載體，其中一個週期蛋白基因被連接到 GAL1 啟動子。這個載體被引入到一個酵母菌株中，該菌株的所有內源性週期蛋白基因都被破壞了。這意味著酵母菌的生長和細胞週期依賴於載體上表達的週期蛋白。

情況分析：

• 載體上的週期蛋白基因由 GAL1 啟動子驅動。
• GAL1 啟動子在半乳糖存在下激活，在葡萄糖存在下被抑制。
• 酵母菌株的內源性週期蛋白基因都被破壞，因此必須依賴載體表達的週期蛋白才能生存。

A. the yeast cells would grow on both glucose and galactose media. (酵母菌細胞在葡萄糖和半乳糖培養基上都能生長)：這是不對的。GAL1 啟動子在葡萄糖下被抑制，所以週期蛋白的表達會很低，細胞無法正常生長。

核心觀念

腸道上皮細胞具有明顯的細胞膜極性，主要分為：

• 頂端膜（apical membrane）：朝向腸腔。
• 基底外側膜（basolateral membrane）：朝向基底膜、血液與鄰近細胞。

兩個膜區之間由細胞頂端側的**緊密連接（tight junction，又稱 zonula occludens）**隔開。緊密連接具有兩項功能：

1. 細胞間封閉功能：控制物質是否能經由細胞間隙通過。
2. 膜內分隔功能：形成類似「分子柵欄（molecular fence）」的結構，限制膜蛋白與部分膜脂在頂端膜、基底外側膜之間側向擴散，維持細胞極性。

因此，本題要判斷的是各敘述是否正確描述腸道上皮細胞膜區域之間的屏障。

解題方法

逐一檢查四個敘述：

• 若敘述將屏障歸因於緊密連接以外的結構，通常錯誤。
• 若敘述表示膜蛋白或膜脂可以完全自由通過，也不符合緊密連接作為膜內分子柵欄的功能。
• 若敘述指出膜蛋白的不對稱分布具有功能重要性，則符合細胞極性的概念。

選項分析

(1) These barriers are set up by nanoscale lipid raft domains.

錯誤。

這些屏障主要由緊密連接建立，而不是由奈米尺度的脂筏（lipid raft）所形成。緊密連接含有 claudin、occludin 等跨膜蛋白，並透過 ZO 蛋白等支架蛋白連結到細胞骨架，形成連續的連接帶。

脂筏可能參與某些膜蛋白的分選與訊息傳遞，但不是腸道上皮細胞頂端膜與基底外側膜之間的主要分隔屏障。

(2) Proteins normally cannot pass through these barriers, whereas any membrane lipid can do so freely.

錯誤。

前半句指出膜蛋白通常不能跨越此屏障，符合緊密連接的分子柵欄功能；但後半句「任何膜脂都能自由通過」過度絕對，因而使整個敘述錯誤。

緊密連接不僅限制膜蛋白，也會限制膜脂在不同膜區之間的側向混合。不同種類膜脂的流動性與分布並不完全相同，不能說任何膜脂都能自由通過。

本題考查細胞膜脂質的翻酶 (scramblase) 底物。
磷脂在細胞膜內外層的分布是不對稱的。磷脂翻酶 (scramblase) 是一種膜蛋白，它催化磷脂分子在膜的兩層之間的隨機轉運，從而破壞這種不對稱性。這個過程在細胞凋亡時尤其重要，因為它會暴露細胞質中的磷脂（如 phosphatidylserine）到細胞外表面，作為凋亡信號。

在靜息狀態下，磷脂的分布是不對稱的。例如， phosphatidylserine (PS) 和 phosphatidylethanolamine (PE) 主要位於內層，而 phosphatidylcholine (PC) 和 sphingomyelin (SM) 主要位於外層。
翻酶 (scramblase) 的作用是促進磷脂在兩層之間的隨機轉運，打破這種不對稱性。

本題考查細菌中「管家基因」(housekeeping genes) 的表達水平差異。管家基因是維持細胞基本生命活動所必需的基因，通常在細胞內持續表達（組成性表達, constitutively expressed）。然而，不同管家基因的表達水平（即產生的蛋白質分子數量）可能存在差異。

這種差異的主要機制在於基因轉錄的調控。轉錄效率直接決定了 mRNA 的產量，進而影響蛋白質的合成量。

• Promoters (啟動子) 的序列決定了 RNA 聚合酶全酶 (RNA polymerase holoenzyme) 與其結合的親和力。啟動子序列越強（與 RNA 聚合酶的結合越牢固），RNA 聚合酶越容易結合並啟動轉錄，產生的 mRNA 越多，蛋白質表達水平也越高。

選項分析：
A. all constitutive enzymes are synthesized at the same rate, but are not degraded equally. (所有組成性酶都以相同的速率合成，但降解程度不同)：雖然蛋白質的降解速率也會影響最終的蛋白質含量，但基因表達水平的差異主要源於轉錄和轉譯的調控，而不是僅僅由降解速率決定。

本題考查大腸桿菌色胺酸操縱子 (tryptophan operon) 的調控機制。色胺酸操縱子是一個典型的阻遏操縱子 (repressible operon)。
色胺酸操縱子包含一個調節基因 (trpR)，它編碼一個阻遏蛋白 (repressor)。這個阻遏蛋白本身是無活性的。
操縱子包含一個操縱區 (operator) 和幾個結構基因 (trpE, trpD, trpC, trpB, trpA)，它們共同編碼合成色胺酸所需的酶。
此外，在啟動子和結構基因之間還有一個衰減區 (attenuator)。

調控機制如下：

• 當細胞內色胺酸濃度低時：阻遏蛋白是失活的，無法結合到操縱區。RNA 聚合酶可以結合到啟動子，並轉錄結構基因，合成色胺酸。
• 當細胞內色胺酸濃度高時：色胺酸作為輔助阻遏劑 (co-repressor)，會結合到阻遏蛋白上，使其構象發生改變，變得有活性。有活性的阻遏蛋白會結合到操縱區，阻止 RNA 聚合酶結合到啟動子或阻止其轉錄，從而抑制色胺酸的合成。

本題考查轉座子 (transposons) 的特徵。轉座子是能夠在基因組內移動的 DNA 片段。

選項分析：
A. segments of DNA moved non-enzymatically in the genome. (DNA 片段在基因組內非酶促地移動)：這是錯誤的。轉座子的移動（轉座）通常是由酶催化的，例如轉座酶 (transposase)。根據轉座機制的不同，有些轉座子（如 DNA 轉座子）直接通過轉座酶介導的切割和連接過程移動，而有些（如逆轉錄轉座子）則需要逆轉錄酶 (reverse transcriptase) 的參與。無論哪種情況，都涉及酶的催化。