113 年 國立成功大學生物科技與產業科學系碩士班在職生《分子生物學》

核心觀念

本題考「搖擺假說」（wobble hypothesis）：密碼子與反密碼子配對時，密碼子前兩個鹼基通常遵守標準互補配對；第三個鹼基與反密碼子的第一個鹼基，則可出現特定的非標準配對。

密碼子以 $5' \to 3'$ 方向讀取，反密碼子與它反向平行。因此，搖擺配對發生在 mRNA 密碼子的 $3'$ 端鹼基與反密碼子的 $5'$ 端鹼基之間。常見的搖擺配對包括 G-U，以及含次黃嘌呤核苷（inosine, I）的配對；I 可與 A、U 或 C 配對。

解題方法

辨認「wobble hypothesis」的關鍵，是看選項是否描述了密碼子第三個位置與反密碼子第一個位置的非標準配對。因兩條序列反向平行，這也就是選項 A 所說的 mRNA 密碼子 $3'$ 端鹼基與反密碼子 $5'$ 端鹼基配對。

搖擺配對讓同一種 tRNA 能辨認多個只在第三個位置不同的同義密碼子，是遺傳密碼簡併性的分子基礎之一。

選項分析

核心觀念

本題考查基因突變的分類與定義，重點是分辨同義突變、錯義突變、無義突變、移碼突變與抑制突變。

遺傳密碼以三個核苷酸為一組構成密碼子。編碼胺基酸的密碼子稱為有義密碼子；終止密碼子則指示翻譯停止。依突變對密碼子及其後續效應的影響，可作以下分類：

• 沉默突變（silent mutation）：密碼子改變，但仍指定同一種胺基酸。
• 錯義突變（missense mutation）：密碼子改變，指定的胺基酸也隨之改變。
• 無義突變（nonsense mutation）：原本指定胺基酸的密碼子變成終止密碼子，使翻譯提早停止。
• 移碼突變（frameshift mutation）：插入或缺失非三的倍數個核苷酸，改變突變位置之後的讀框。
• 抑制突變（suppression mutation）：第二個突變減輕或抵銷第一個突變造成的表型效應，可發生在同一基因內，也可發生在不同基因。

解題方法

核心觀念

這題考查真核染色體末端複製問題與端粒酶的功能。線性染色體的落後股以岡崎片段（Okazaki fragments）進行不連續複製；最末端的 RNA 引子移除後，因缺少可供 DNA 聚合酶延伸的上游 $3'$-OH，無法完整補上缺口，因此新生染色體的 $5'$ 端會逐次縮短。

端粒酶是一種含有 RNA 與蛋白質的核糖核蛋白複合體。它具有反轉錄酶活性，利用自身攜帶的 RNA 作為模板，在染色體的 $3'$ 端延長端粒 DNA。延長後，其他 DNA 複製酵素便能合成互補股，減少重要遺傳資訊因末端複製問題而流失。

解題方法

判斷選項時，抓住端粒酶功能的三個關鍵：

1. 合成位置：端粒酶延長染色體的 $3'$ 端。
2. 合成產物：延長的是端粒 DNA。
3. 使用模板：端粒酶以自身的 RNA 作為模板合成 DNA。

核心觀念

本題考查 PCR 中引子與 DNA 聚合酶的作用。DNA 聚合酶不能從頭合成一條新的 DNA 鏈，必須從已有核酸鏈的末端開始延伸。引子與模板 DNA 配對後，會形成引子－模板接合處，並提供可供延伸的自由 $3'$-羥基（$3'$-OH）。

解題方法

判斷引子缺失的後果，關鍵在於確認 DNA 聚合酶能否找到延伸起點：

1. PCR 加熱使雙股模板 DNA 分離，冷卻後引子會與互補序列配對。
2. DNA 聚合酶將核苷酸接到引子的 $3'$-OH 末端，沿模板合成新 DNA 鏈。
3. 沒有引子時，模板 DNA 仍在，但缺少引子－模板接合處，也就沒有供 DNA 聚合酶延伸的自由 $3'$-OH；因此 PCR 無法正常擴增目標片段。

選項分析

核心觀念

RecBCD 是大腸桿菌中作用於雙股 DNA 斷裂端的酵素複合體，具有解旋酶與核酸酶活性。它的功能包括：

1. 促進同源重組：解開並切割 DNA，產生帶有 $3'$ 單股 DNA 尾端的重組中間物，再協助 RecA 蛋白組裝並載入單股 DNA，使其尋找同源序列。
2. 降解外來線性 DNA：對缺乏適當 Chi 位點的線性雙股 DNA，RecBCD 可將其降解，協助細菌防禦外來 DNA。

解題方法

判斷本題可抓住兩個關鍵：RecBCD 在同源重組中產生的單股 DNA 尾端方向，以及它是否也參與外來 DNA 的降解。

RecBCD 沿雙股 DNA 解旋並進行核酸切割；遇到 Chi 序列後，核酸酶活性會改變，促進形成適合 RecA 結合的 $3'$ 單股 DNA 尾端。因此，任何寫成產生 $5'$ 尾端的選項都不正確。再確認選項是否完整涵蓋 RecBCD 的外來 DNA 降解功能，即可選出答案。

此題考查核小體 (nucleosome) 的組成。核小體是染色質的基本結構單位，由 DNA 和組蛋白 (histone) 構成。核心組蛋白 (core histones) 包括 H2A, H2B, H3, H4。這四種組蛋白各兩個分子，組成一個八聚體 (octamer)，DNA 纏繞在八聚體外形成核小體。

核心觀念

組蛋白伴護蛋白（histone chaperone）會暫時結合組蛋白，避免帶正電的組蛋白與 DNA 或其他分子發生非專一性作用，並協助組蛋白正確沉積到 DNA 上，形成核小體。伴護蛋白本身不負責催化組蛋白的共價修飾。

CAF-1（chromatin assembly factor 1）是組蛋白伴護蛋白，主要協助 H3–H4 四聚體沉積到新合成的 DNA 上，參與複製偶聯的核小體組裝。

解題方法

辨認各選項的主要功能，再找出負責組蛋白沉積與核小體組裝的蛋白：

• 若名稱對應甲基轉移酶、去乙醯酶或乙醯轉移酶，主要功能是修飾組蛋白。
• 若負責攜帶組蛋白並協助其沉積到 DNA 上，則屬於組蛋白伴護蛋白。

選項分析

• (A) Suv39：錯誤。 Suv39 是組蛋白甲基轉移酶，可催化組蛋白 H3 第 9 位離胺酸甲基化，形成 H3K9me，與異染色質形成及基因沉默有關；

核心觀念

染色質依凝縮程度，可分為：

• 常染色質（euchromatin）：結構較開放、凝縮程度較低，DNA 較容易被轉錄因子與 RNA 聚合酶接觸，通常具有較高的轉錄活性。
• 異染色質（heterochromatin）：結構較緊密，DNA 不易被轉錄機制接觸，通常轉錄活性較低。

題目問染色體哪個部分呈現「相對開放」的結構，因此應辨認較不凝縮的染色質類型。

解題方法

直接依染色質凝縮程度判斷：常染色質較開放；著絲點與端粒常具有異染色質特徵，通常較緊密。選項中的 cohesion 指姊妹染色單體的黏合現象或相關蛋白，不是染色質結構類型。

選項分析

核心觀念

本題考的是 miRNA 與 siRNA 的生合成路徑，以及兩者加工酵素的細胞位置。

在典型的動物細胞路徑中，miRNA 先由細胞核中的 Drosha 加工，再輸送到細胞質，由 Dicer 切割成熟；siRNA 則通常由細胞質中的長雙股 RNA 經 Dicer 切割產生。兩者都能進入 RNA 誘發沉默複合體（RISC），引導基因沉默。典型 miRNA 的核內加工與細胞質加工步驟，可參考相關分子生物學回顧文獻。Annual Reviews：RNA 干擾的分子機制、miRNA 生合成回顧

解題方法

判斷共同特徵時，分別列出兩者的加工酵素與位置，再找交集：

• miRNA：細胞核中的 Drosha 先切割初級 miRNA，形成髮夾狀前驅物；前驅物移至細胞質後，再由 Dicer 切割。

此題考查核糖體回收 (ribosome recycling) 的蛋白質因子。核糖體回收是指在蛋白質合成結束後，將結束的核糖體從 mRNA 上分離，並將其解離成 30S 和 50S 亞基，以便進行下一輪的翻譯。

在原核生物中，核糖體回收主要由以下因子參與：

1. Release Factors (RFs): RF1, RF2, RF3 負責識別終止密碼子並促進肽鏈的釋放。
2. Ribosome Recycling Factor (RRF): RRF 是一種蛋白質，它與 EF-G (elongation factor G) 協同作用，在 GTP 水解的幫助下，將結合在 mRNA 上的 70S 核糖體解離成 30S 和 50S 亞基。

核心觀念

本題考查真核生物與原核生物基因結構的差異，以及這些差異如何影響基因辨識。

原核生物的基因通常較連續，蛋白質編碼序列多半不被內含子中斷。真核生物的基因則常包含外顯子與內含子：外顯子保留在成熟 mRNA 中，內含子會在 RNA 剪接時移除。因此，真核基因的編碼區可能被內含子分割，從基因組序列中辨認基因時，較難直接找到一段連續的蛋白質編碼序列。

解題方法

比較選項是否指出真核基因辨識困難的結構性原因。關鍵是：真核基因常有內含子，使編碼序列不連續，且基因組中的基因範圍可能包含不會出現在成熟 mRNA 的序列。基因辨識時必須判斷哪些片段是外顯子、哪些是內含子，並推定剪接後的編碼序列。

選項分析

(A) the proteins are larger than in prokaryotes

錯誤。蛋白質的大小不是辨認真核基因較困難的主要原因。真核與原核生物都能產生不同長度的蛋白質，且蛋白質較大不代表其基因更難辨識。

(B) there are introns

此題考查原核生物和真核生物 DNA 複製的差異。

選項 (A) 錯誤。原核生物的 DNA 通常與組蛋白類似的蛋白質結合，形成類核體 (nucleoid)，但結構與真核生物的組蛋白核小體不同。真核生物的染色體則明顯有組蛋白。
選項 (B) 正確。原核生物通常擁有一個環狀染色體，並且只有一個複製起始點 (origin of replication)。

此題考查拓樸異構酶 (topoisomerase) 在 DNA 複製中的功能。DNA 複製過程中，DNA 雙螺旋需要解開，形成複製叉 (replication fork)。這個解旋過程會在複製叉前方產生超螺旋 (supercoiling) 和張力。拓樸異構酶的作用就是解除這種張力。

拓樸異構酶有兩種類型：
I 型拓樸異構酶 (Topoisomerase I)：通過切斷 DNA 單鏈，允許 DNA 鏈旋轉，然後重新連接，從而解除超螺旋。

此題考查 DNA 連接酶 (DNA ligase) 在後隨鏈 (lagging strand) 複製中的作用。後隨鏈的合成是斷續的，產生 Okazaki fragments。

DNA 連接酶的主要功能是催化磷酸二酯鍵 (phosphodiester bond) 的形成，將 DNA 片段連接起來。在後隨鏈複製中，當 Okazaki fragments 被合成後，它們之間會存在缺口。

此題考查鹼基切除修復 (Base Excision Repair, BER) 和核苷酸切除修復 (Nucleotide Excision Repair, NER) 的區別。這兩種都是 DNA 修復途徑，用於修復 DNA 損傷。

BER 主要修復由化學損傷引起的單個鹼基的損壞，例如脫氨基、烷基化或氧化。其過程是：

1. 識別並切除受損鹼基旁的糖苷鍵，產生一個無鹼基的位點 (AP site)。
2. AP 核酸酶 (AP endonuclease) 切斷磷酸二酯骨架。
3. DNA 聚合酶 (DNA polymerase) 填充缺口，合成新的 DNA。
4. DNA 連接酶 (DNA ligase) 連接片段。

此題考查阻遏蛋白 (repressor) 的調控機制，特別是在操縱子 (operon) 模型中。操縱子中的阻遏蛋白通常與誘導物 (inducer) 結合，從而改變其構象，使其無法再結合到操縱子區域，從而允許轉錄發生。

選項 (A) inducer (誘導物) 是能與阻遏蛋白結合，使其失活（或激活，取決於操縱子類型）的分子。在乳糖操縱子 (lac operon) 中，乳糖或其衍生物 (如異乳糖) 是誘導物。

核心觀念

乳糖操縱組（lac operon）的轉錄受到兩種調控：

1. 負調控：乳糖解除阻遏

   • 沒有乳糖時，$lacI$ 基因產生的阻遏蛋白會結合操縱子（operator），阻止 RNA 聚合酶進行轉錄。
   • 有乳糖時，乳糖衍生物異乳糖（allolactose）會與阻遏蛋白結合，使其離開操縱子，解除負調控。

2. 正調控：低葡萄糖提高 cAMP

   • 葡萄糖濃度低時，細胞內 cAMP 濃度升高。
   • cAMP 與 CAP（catabolite activator protein）結合形成複合體，促進 RNA 聚合酶與啟動子（promoter）結合，使乳糖操縱組能夠高效率轉錄。
   • 葡萄糖濃度高時，cAMP 濃度通常較低，CAP 無法有效活化，形成分解代謝物抑制（catabolite repression）。

因此，乳糖操縱組要進行最有效率的轉錄，條件是：

解題方法

判斷每個選項中的兩個關鍵條件：

• 乳糖是否存在：決定阻遏蛋白是否被解除。
• cAMP 是否高：決定 CAP 是否能活化轉錄。

只有在乳糖存在且 cAMP 濃度高時，阻遏蛋白解除阻擋，CAP-cAMP 複合體又能協助 RNA 聚合酶結合啟動子，乳糖操縱組才能充分轉錄。

選項分析

(A) There is more glucose in the cell than lactose.

細胞內葡萄糖較多，代表葡萄糖濃度偏高，通常會使 cAMP 濃度降低，CAP 活性下降。即使存在乳糖並能解除阻遏，仍會因 CAP 未被充分活化而受到分解代謝物抑制。

因此此選項錯誤。

此題考查 Jacob 和 Monod 提出的乳糖操縱子模型。操縱子 (operator) 是阻遏蛋白 (repressor) 結合的 DNA 序列，它位於啟動子 (promoter) 和編碼區之間。阻遏蛋白結合到操縱子上時，會阻止 RNA 聚合酶通過，從而抑制轉錄。

此題考查蛋白質結構域 (protein domains) 與組蛋白修飾 (histone modifications) 的相互作用。組蛋白的翻譯後修飾，特別是乙醯化 (acetylation) 和甲基化 (methylation)，是表觀遺傳調控的重要機制。

乙醯化通常發生在組蛋白的賴氨酸殘基 (lysine residues) 上。乙醯化組蛋白被認為與開放的染色質結構和基因轉錄激活有關。能夠識別和結合乙醯化賴氨酸的蛋白質結構域，通常在轉錄因子或染色質重塑因子中發現。

此題考查類固醇激素 (steroid hormones) 如何調控基因表達。類固醇激素是脂溶性分子，能夠穿過細胞膜，並與細胞內的受體結合。

類固醇激素調控基因表達的主要機制是：

1. 進入細胞：類固醇激素穿過細胞膜進入細胞。
2. 結合細胞內受體：激素與細胞質或細胞核內的類固醇激素受體結合。
3. 形成激素-受體複合物：結合後，激素-受體複合物被激活。

核心觀念

4E-BPs（eIF4E-binding proteins，真核轉譯起始因子 4E 結合蛋白）是帽依賴型轉譯起始的負向調控者。哺乳類主要成員包括 4E-BP1、4E-BP2 與 4E-BP3。它們透過與 eIF4E 結合，調控 eIF4E 能否參與起始複合體的形成。

在帽依賴型轉譯中，eIF4E 辨認 mRNA 5′ 端的 $m^7G$ 帽結構；eIF4G 是支架蛋白，可連結 eIF4E、eIF4A 等起始因子，並與含有 40S 核糖體次單位的 43S 前起始複合體連接。eIF4E、eIF4G、eIF4A 組成 eIF4F 複合體，協助核糖體被招募至 mRNA，開始掃描並尋找起始密碼子。 NCBI Bookshelf：真核轉譯起始機制

解題方法

依序說明 4E-BP 的結合對象、對起始複合體的影響，以及磷酸化如何切換其抑制狀態，即可完整回答本題。

1. 4E-BP 結合 eIF4E，抑制 eIF4F 組裝。
   當 4E-BP 處於低磷酸化狀態時，會緊密結合 eIF4E，佔據 eIF4E 與 eIF4G 的結合位置，使 eIF4E 無法有效招募 eIF4G。eIF4F 因而不易組裝，帽依賴型 mRNA 的核糖體招募與起始受到抑制。

2. mTORC1 磷酸化 4E-BP，使抑制解除。
   生長因子與營養訊號可活化 mTORC1，促使 4E-BP 磷酸化。磷酸化降低 4E-BP 與 eIF4E 的結合，使 eIF4E 釋出並轉而與 eIF4G 結合；eIF4F 因此得以形成，促進帽依賴型轉譯起始。mTORC1 對 4E-BP 的調控，是將細胞生長與營養狀態連結到蛋白質合成的重要方式。

核心觀念

CRISPR 是細菌與古菌用來抵禦噬菌體及其他外來遺傳物質的適應性免疫系統。CRISPR 是「規律間隔的短迴文重複序列」的縮寫；這些重複序列與其間的 **spacer（間隔序列）**共同構成 CRISPR 陣列。spacer 多半來自先前入侵的噬菌體或質體，因此可作為外來 DNA 的分子記憶。

CRISPR 陣列會與 Cas（CRISPR-associated）蛋白協同作用。CRISPR 提供辨識外來序列所需的 RNA 訊息，Cas 蛋白則負責處理 RNA、辨識目標，並切割入侵的遺傳物質。

解題方法

回答「CRISPR 的功能角色」時，先說明其在生物體內的天然功能，再補充其在分子生物學中的應用。描述天然功能時，可依序交代「記錄入侵者、產生辨識 RNA、摧毀入侵核酸」三個階段：

1. 適應階段：Cas 蛋白取得入侵者 DNA 的片段，將其插入 CRISPR 陣列，形成新的 spacer。
2. 表現與加工階段：CRISPR 陣列轉錄成前驅 CRISPR RNA，經加工後產生 crRNA；

核心觀念

組蛋白是構成核小體的主要蛋白質，DNA 纏繞於組蛋白八聚體外。組蛋白的轉譯後修飾（post-translational modifications, PTMs）常發生於伸出核小體的組蛋白尾端，也可發生於組蛋白球狀區。這些修飾會改變組蛋白與 DNA 的作用，或提供特定蛋白質辨識的訊號，進而影響染色質結構及基因表現。

組蛋白修飾常以三類酵素調控：

• 寫入者（writers）：加入修飾，例如組蛋白乙醯轉移酶、組蛋白甲基轉移酶。
• 擦除者（erasers）：移除修飾，例如組蛋白去乙醯酶、組蛋白去甲基化酶。
• 讀取者（readers）：辨識特定修飾並招募其他調控蛋白。

解題方法

作答時可依「修飾種類、作用方式、代表性位置與功能」來說明。要特別指出：組蛋白修飾的作用取決於修飾種類、胺基酸位置與甲基化程度，不能把所有修飾一概視為活化或抑制轉錄。

• 乙醯化（acetylation）：常發生在賴胺酸（lysine）。乙醯化中和賴胺酸的正電荷，減弱組蛋白與帶負電 DNA 的作用，使染色質較開放，通常有利於轉錄。組蛋白乙醯轉移酶（HAT）加入乙醯基；組蛋白去乙醯酶（HDAC）移除乙醯基。
• 甲基化（methylation）：可發生在賴胺酸或精胺酸（arginine），通常不直接改變胺基酸的電荷，而是形成辨識訊號。

核心觀念

RISC 是 RNA-induced silencing complex 的縮寫，中文稱為「RNA 誘導沉默複合體」。它是 RNA 干擾作用中的效應複合體，主要功能是利用小型 RNA 作為引導，辨識並抑制具有互補序列的目標 RNA。

RISC 的核心蛋白通常是 Argonaute（AGO）蛋白；複合體也含有與 RNA 沉默相關的其他蛋白。引導 RNA 主要來自小干擾 RNA（siRNA）或微小 RNA（miRNA）。

解題方法

題目要求解釋名詞，作答時依序交代「名稱、組成、作用方式與結果」：

1. 寫出 RISC 的英文全名及中文名稱。
2. 說明它會裝載 siRNA 或 miRNA，並由其中一股作為引導股。
3. 說明引導股與目標 RNA 配對後，RISC 會使目標基因表現降低。

核心觀念

**形態素（morphogen）**是一種細胞間訊號分子，能在組織中形成濃度梯度，並依不同位置的細胞所接收到的濃度，誘導其採取不同的發育命運，進而建立組織的空間模式。

典型的形態素由局部訊號來源釋出，向周圍擴散或以其他方式傳遞；其濃度通常會隨離來源的距離增加而降低。細胞依據收到的訊號強度啟動不同的基因表現程式。例如，不同濃度區間可分別誘導不同細胞類型或組織結構。

解題方法

本題是名詞定義題，作答時應指出形態素的三個關鍵特徵：

1. 形成空間濃度梯度：訊號在組織中的濃度因位置而異。
2. 作用於接收訊號的細胞：細胞須能感知並傳遞此訊號。
3. 以濃度依賴方式指定不同發育命運：不同訊號濃度會造成不同的細胞反應。

核心觀念

形態素（morphogen）是能在發育中的細胞群形成空間濃度梯度，並使不同位置的細胞依據所接收的濃度，啟動不同基因表現、形成不同細胞命運的訊號分子。判斷一個分子是否具有形態素作用，重點在於它能否以濃度依賴的方式引導發育中的空間圖樣，而不只是傳遞一般訊號。

若形態素濃度隨位置 $x$ 改變，細胞可依不同濃度門檻 $T_1、T_2$ 啟動不同的下游基因：

解題方法

本題要求描述至少一種可調控發育的形態素。作答時可選擇經典實例，並交代其來源、空間分布、作用機制，以及濃度差異如何造成不同發育結果。果蠅的 Bicoid（Bcd）是清楚的例子。

核心觀念

這題考的是端粒複製問題（end-replication problem）：真核生物的線性染色體在 DNA 複製後，末端無法像染色體內部一樣完整複製，因此每次細胞分裂後，端粒都可能縮短。

DNA 聚合酶有兩項限制：

• 只能沿 $5' \to 3'$ 方向合成 DNA。
• 不能從頭起始，必須從已有引子提供的 $3'$-OH 末端延伸。

解題方法

從落後股的末端複製切入。落後股以岡崎片段方式合成，每段都需要 RNA 引子。當最靠近染色體末端的 RNA 引子被移除後，該處留下缺口；由於缺口外側沒有可供 DNA 聚合酶延伸的上游 $3'$-OH 末端，這段 DNA 無法補回。

核心觀念

端粒是染色體末端由重複 DNA 序列與相關蛋白質構成的結構；哺乳類端粒 DNA 以 $(TTAGGG)_n$ 重複序列為主。測量端粒長度，就是估算染色體末端這段重複序列的長度，常以鹼基對（bp）表示。

測量方法分為兩類：一類估算細胞族群的平均端粒長度，另一類測量單一細胞或個別染色體末端的端粒訊號。考試中最典型的直接測量方法是末端限制片段分析（terminal restriction fragment analysis, TRF），使用 Southern blot 分析端粒 DNA。

解題方法：末端限制片段分析（TRF）

1. 萃取基因組 DNA，以不切割端粒重複序列的限制酶消化。消化後，染色體末端會形成含端粒 DNA 的片段。
2. 進行凝膠電泳，依 DNA 片段長度分離。
3. Southern blot 轉漬並雜交：以標記的端粒重複序列探針，例如 $(CCCTAA)_n$，偵測含有端粒序列的 DNA 片段。
4. 分析訊號分布：端粒 DNA 通常呈現一段長度範圍的訊號帶，而非單一條帶。依各片段的長度及訊號強度計算加權平均長度。

若第 $i$ 個長度區間的片段長度為 $L_i$，訊號強度為 $I_i$，則平均末端限制片段長度可表示為：

核心觀念

蛋白質與 DNA 結合可用兩種角度研究：一是直接測量純化蛋白質與特定 DNA 序列在體外的結合；二是在細胞內檢測蛋白質是否占據特定基因組區域。本題要求提出兩種能回答此問題的實驗技術，並說明各自的實驗原理與判讀方式。

解題方法

1. 電泳遷移率變動分析（EMSA，gel shift assay）

將純化的目標蛋白質與帶有標記的 DNA 探針混合，再以非變性凝膠電泳分離。游離 DNA 與蛋白質－DNA 複合體的遷移速度不同；複合體通常因體積較大、形狀不同而移動較慢，因此會出現相對於游離 DNA 的「位移帶」。

常用的特異性對照包括加入過量未標記的相同 DNA 作競爭試驗。若位移帶減弱，表示未標記 DNA 能與標記探針競爭，支持結合具有序列特異性。加入針對目標蛋白質的抗體後，若複合體進一步變慢或出現額外帶，稱為超位移，可協助確認複合體中含有該蛋白質。

2. 染色質免疫沉澱（ChIP）

核心觀念

本題考查哺乳類細胞中 DNA 甲基化如何影響基因表現。DNA 甲基化是一種表觀遺傳修飾：它改變 DNA 的化學標記與染色質狀態，通常不改變 DNA 序列本身，卻能影響轉錄及基因表現。

哺乳類細胞最常見的 DNA 甲基化，是在 CpG 位點將胞嘧啶轉變為 5-甲基胞嘧啶（5-methylcytosine, 5mC）。CpG 是指胞嘧啶後接鳥嘌呤的序列；基因啟動子附近常有 CpG 豐富區，稱為 CpG 島。

DNA 甲基轉移酶負責建立與維持甲基化標記：

• DNMT3A、DNMT3B：主要負責從頭建立 DNA 甲基化。
• DNMT1：主要在 DNA 複製後，將親代 DNA 鏈上的甲基化模式複製到新生 DNA 鏈上，維持細胞分裂後的甲基化狀態。

解題方法

回答時以「甲基化位置與染色質後果」為主軸，先說明啟動子甲基化通常如何抑制轉錄，再補充 DNA 甲基化在基因體其他區域及特殊生物學情境中的作用，避免將甲基化簡化成永遠關閉基因。

1. 啟動子或調控區的 CpG 甲基化通常降低轉錄。
   甲基化可能妨礙部分轉錄因子辨識並結合 DNA，使轉錄起始複合體不易組裝。甲基化 DNA 也可被甲基化 CpG 結合蛋白辨識；這些蛋白會招募組蛋白去乙醯化酶及染色質重塑因子，使染色質較緊密，降低轉錄機器接近 DNA 的機會。因此，啟動子甲基化通常與較低的基因表現相關。

2. 甲基化可穩定細胞中的基因表現狀態。
   DNMT1 在 DNA 複製後維持甲基化模式，使子細胞大致保留原有的基因調控狀態。這讓 DNA 甲基化能參與細胞分化，以及長期的基因沉默。

核心觀念

真核生物的 DNA 緊密纏繞在組蛋白上，形成核小體；單一核小體核心約由 147 bp DNA 繞著組蛋白八聚體組成。核小體能保護並包裝 DNA，也會遮蔽啟動子、增強子等調控序列，使轉錄因子與 RNA 聚合酶不易接近。

染色質重塑複合體與組蛋白伴護蛋白都能調節核小體的動態，但分工不同：**染色質重塑複合體主要改變核小體在 DNA 上的位置或組成；組蛋白伴護蛋白主要協助組蛋白安全地移動、裝載、移除與回收。**兩者共同改變 DNA 的可接近性，進而調節基因表現。

解題方法

作答時先從「染色質如何影響轉錄」切入，再分別說明兩類蛋白質的作用，最後連結到基因表現的結果。要點是指出它們能促進或抑制轉錄，效果取決於核小體被調整後，調控序列對轉錄機器是否更容易接近。

• **染色質重塑複合體：**許多重塑複合體利用 ATP 水解提供能量，滑動核小體、改變核小體排列、移除核小體，或交換組蛋白變異型。核小體移開調控序列時，轉錄因子較容易結合，通常有利於轉錄起始；核小體移入並遮蔽調控序列時，則可能抑制轉錄。重塑複合體也可影響轉錄延伸時 RNA 聚合酶通過核小體的難易程度。

核心觀念

色胺酸操縱組（trp operon）是細菌合成色胺酸的可抑制型操縱組。當細胞內色胺酸充足時，細胞會降低相關基因的轉錄；色胺酸不足時，則提高這些基因的表現。它主要透過兩層機制調控：

1. 阻遏蛋白調控轉錄起始：色胺酸充當共同阻遏物，協助阻遏蛋白結合操縱序列。
2. 衰減作用調控轉錄延伸：依細胞內帶有色胺酸的轉運 RNA 供應量，決定 RNA 聚合酶是否繼續轉錄結構基因。

解題方法

回答此題時，分別說明色胺酸濃度高、低時，阻遏蛋白與衰減作用如何改變基因表現，即可完整說明 trp 操縱組的調控。

一、阻遏蛋白控制轉錄起始

trp 操縱組的調控基因 trpR 會產生阻遏蛋白。單獨的阻遏蛋白不易結合操縱序列；當色胺酸充足時，色胺酸會與阻遏蛋白結合，作為共同阻遏物，使阻遏蛋白形成能結合操縱序列的狀態。阻遏蛋白結合後，會阻礙 RNA 聚合酶在啟動子附近啟動轉錄，降低色胺酸合成基因的表現。

色胺酸不足時，阻遏蛋白缺少共同阻遏物，不易結合操縱序列，RNA 聚合酶因而能啟動轉錄。

二、衰減作用控制轉錄延伸

啟動子與結構基因之間有一段前導序列，其中包含編碼前導胜肽的區域。前導胜肽含有連續的色胺酸密碼子，能反映細胞內帶有色胺酸的轉運 RNA（帶有色胺酸的 tRNA）是否充足。前導 RNA 可形成不同的互補莖環結構，決定轉錄是否提早終止。

核心觀念

Locus Control Region（LCR，位點控制區）是位於珠蛋白基因座附近的遠端順式調控區。以人類 β-珠蛋白基因座為例，LCR 位於基因群上游，含多個紅血球細胞中特有的 DNase I 超敏感位點（hypersensitive sites, HS）；這些位點可結合紅血球譜系轉錄因子與其他調控蛋白。LCR 可使相連的珠蛋白基因呈現高量、紅血球特異性及發育階段相關的表現，並減少基因表現受染色體插入位置影響的程度；在轉基因實驗中，表現量也可隨基因拷貝數增加。NCBI 基因資料 NCBI Bookshelf

解題方法

作答時可依「辨認 LCR → 說明染色質作用 → 連結啟動子 → 解釋發育調控」的順序，說明 LCR 如何調節基因表現：

1. 建立可轉錄的染色質環境
   LCR 的 HS 可結合轉錄因子及共調控蛋白，招募染色質重塑與修飾因子，使珠蛋白基因座的染色質較為開放，提升轉錄機器接近目標基因的機會。

2. 形成遠距離接觸並活化啟動子
   細胞核內染色質可折疊成環，使相隔甚遠的 LCR 與目標珠蛋白基因啟動子接近。LCR 所募集的共活化因子與轉錄機器因而能促進啟動子活性及轉錄。LCR 的多個 HS 可共同作用，提供強而持續的調控能力。