108 年 國立清華大學生命科學院聯招：分子與細胞生物研究所、分子醫學研究所、生物資訊與結構生物研究所、生物科技研究所、系統神經科學研究所丁組《分子生物學》

此題考查染色質結構的組織層級。染色質的摺疊是一個由小到大、由簡單到複雜的過程。

首先，DNA 纏繞組蛋白八聚體形成核小體 (nucleosome)，這是染色質結構的最基本單位。

此題考查染色質重塑 (chromatin remodeling) 的基本概念與相關蛋白質家族。染色質重塑是利用 ATP 水解的能量，改變核小體的位置或結構，使 DNA 對轉錄因子等蛋白質更易於接近，進而調控基因表現。

選項分析：
(A) 染色質重塑通常需要 ATP 水解提供能量，這是正確的。
(B) BRG1 是 SWI/SNF 染色質重塑複合物的核心組分，它確實與 BAFs (BRG1-associated factors) 結合。這是正確的。
(C) BRG1 具有 ATP 酶活性，能夠水解 ATP 以提供能量進行染色質重塑。這是正確的。
(D) SWI/SNF 複合物中的一些亞基，例如 SNF5，含有 SANT 結構域，該結構域可以與組蛋白的尾端結合，進而幫助複合物定位。然而，SWI/SNF 複合物本身是透過多個組分與 DNA 和組蛋白互動，並非僅透過 SANT 結構域直接結合 DNA。SANT 結構域主要識別組蛋白的修飾狀態，間接影響 DNA 的可及性。更準確地說，SWI/SNF 複合物的 DNA 結合能力是透過多個蛋白質亞基協同作用實現的。這句話描述可能不完全精確，需要與其他選項對比。
(E) SWI/SNF、ISWI、NuRD 和 INO80 是主要的染色質重塑蛋白質家族。

此題考查剪接體 (spliceosome) 組裝過程中，snRNP 的結合與 ATP 的需求。剪接體是由數個小核核糖核蛋白 (snRNPs) 和其他蛋白質組成的複雜結構，負責 mRNA 的前體 (pre-mRNA) 的剪接。

剪接體組裝是一個動態過程，涉及多個步驟和 ATP 的消耗。

• U1 snRNP 首先識別 pre-mRNA 上的 5' 剪接位點 (splice site) 和分支位點 (branch point)。

此題考查剪接體 (spliceosome) 的催化中心。剪接體是一個 RNA 蛋白質複合物，其催化活性主要由 RNA 分子提供，屬於一種核酶 (ribozyme)。

剪接反應涉及兩個主要的轉酯化反應 (transesterification reactions)。
第一個反應是分支位點 (branch point) 的 2'-OH 進攻 5' 剪接位點的磷酸二酯鍵，形成一個套索狀的結構 (lariat intermediate)。

此題考查 microRNA (miRNA) 的功能。miRNA 是一類小分子非編碼 RNA，其主要功能是透過與目標 mRNA 的不完全配對，調控基因表現。miRNA 的作用機制通常包括：

1. mRNA 降解 (mRNA degradation)：如果 miRNA 與目標 mRNA 的配對較為完全，會導致 mRNA 被核酸酶切割而降解。
2. 轉譯抑制 (translation repression)：如果 miRNA 與目標 mRNA 的配對不完全（較常見於動物），則會阻礙轉譯的起始或延伸，從而抑制蛋白質的合成。這可以表現為轉譯起始的阻斷 (translation initiation blockade) 或轉譯延伸的阻礙 (translation elongation blockade)。

選項分析：
(A) targets viral DNAs：miRNA 主要作用於 mRNA，通過與 mRNA 配對來調控基因表現。雖然有研究表明 miRNA 可能影響病毒複製，但直接靶向病毒 DNA 並不是 miRNA 的典型或主要作用方式。

此題考查細菌 mRNA 在核糖體上的起始識別機制。

在細菌中，mRNA 與 30S 核糖體亞基結合，並精確定位在起始密碼子 (通常是 AUG) 的位置，這個過程主要依賴於 mRNA 上的 Shine-Dalgarno 序列。Shine-Dalgarno 序列是一段富含嘌呤的序列，位於起始密碼子上游約 6-12 個核苷酸處。它與 16S rRNA（30S 核糖體亞基的組分）的 3' 端序列（通常是 5'-AUUCCUUA-3'）發生鹼基互補配對，從而將 30S 核糖體亞基穩定地定位在起始密碼子上。

選項分析：
(A) Kozak sequence：Kozak 序列存在於真核生物 mRNA 中，位於起始密碼子周圍，有助於識別起始密碼子，但與細菌的機制不同。

此題考查真核生物轉譯起始的調控，特別是血紅素缺乏時的調控機制。

在紅血球前驅細胞 (reticulocytes) 中，血紅素 (heme) 的存在與否是調控血紅素蛋白 (globin) 合成的關鍵。血紅素缺乏時，細胞會抑制血紅素蛋白的合成，以避免過多的游離血紅素。這種調控主要通過一種稱為血紅素控制的抑制因子 (Heme-Controlled Repressor, HCR) 來實現。HCR 是一種蛋白質激酶，在血紅素缺乏時被活化。

HCR 活化後，會磷酸化真核轉譯起始因子 2 (eIF2) 的 α 亞基。eIF2 在轉譯起始過程中扮演關鍵角色，它與起始 tRNA (Met-tRNA$_i$) 結合，並與 40S 核糖體亞基形成起始複合物。

此題考查蛋白質轉譯過程中鳥苷酸交換因子 (GEF) 的作用。GEF 是一類能夠促進 GTP 結合蛋白（如 G 蛋白）從 GDP 結合狀態轉變為 GTP 結合狀態的蛋白質。在轉譯過程中，多個起始因子 (eIFs) 和延伸因子 (EFs) 都依賴於 GTP 的水解來執行功能，而鳥苷酸交換是它們活化的關鍵步驟。

選項分析：
(A) eIF5A：參與轉譯的延伸階段，特別是促進肽鍵形成，但它本身不是 GEF，而是結合 GTP 的一種特殊因子。
(B) eIF5B：是一個 GTP 結合蛋白，它在真核生物轉譯起始的後期階段發揮作用，幫助 60S 核糖體亞基與 48S 起始複合物結合。eIF5B 需要 GTP，而其活化（GDP 換成 GTP）是由一個 GEF 促成的，eIF5B 本身並非 GEF。
(C) EF-Tu (Elongation Factor Tu)：在細菌中，EF-Tu 是一個 GTP 結合蛋白，負責將氨醯-tRNA 遞送到核糖體 A 位點。EF-Tu 結合 GTP 後才能結合氨醯-tRNA。

核心觀念

本題考查蛋白質合成延長階段的「轉位作用」（translocation）。

肽鍵形成後：

1. 胺醯－tRNA 位於 A site，帶有新生肽鏈的 tRNA 位於 P site。
2. 延長因子 EF-G 結合 GTP 後進入核糖體。
3. GTP 水解引發 EF-G 與核糖體構形改變，推動 tRNA 與 mRNA 移動。
4. 原 A site 的 tRNA 移至 P site，原 P site 的 tRNA 移至 E site，mRNA 前進一個密碼子。
5. EF-G-GDP 離開核糖體，A site 重新空出，下一輪延長才能開始。

因此，轉位的主要動力來自 EF-G 介導的 GTP 水解，但核糖體本身也具有一定程度的內在轉位活性。

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解題方法

判斷各選項是否符合轉位的標準流程，特別注意以下兩個時間順序：

$$\text{EF-G-GTP 結合} \rightarrow \text{GTP 水解與構形改變} \rightarrow \text{tRNA、mRNA 轉位} \rightarrow \text{EF-G-GDP 離開}$$

若選項將 GTP 水解放在轉位完成之後，便與一般教科書所描述的 EF-G 驅動轉位機制不符。

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選項分析

(A) GTP and EF-G facilitate translocation.

正確。

EF-G 是細菌蛋白質合成延長階段負責轉位的延長因子。EF-G 結合 GTP 後與核糖體結合，GTP 水解所造成的構形變化促進 tRNA 與 mRNA 在核糖體上的移動。因此，EF-G 與 GTP 都能促進轉位。

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(B) Translocation activity appears to be inherent in the ribosome.

正確。

即使沒有外加 EF-G，核糖體仍可能自行發生低效率的轉位。這表示轉位所需的基本結構與機械運動能力，部分內建於核糖體本身；EF-G 的作用是加速並提高轉位的方向性與效率。

因此，轉位並非完全由 EF-G 單獨完成。

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核心觀念

本題考查細菌翻譯過程中，各種翻譯因子與核糖體 A site（胺醯基位點） 的結合位置及功能。

核糖體三個主要位置如下：

• A site：接受新進入的 aminoacyl-tRNA，亦是終止密碼子被 release factor 辨識的位置。
• P site：固定帶有新生胜肽鏈的 peptidyl-tRNA；翻譯起始時，initiator tRNA 位於此處。
• E site：未帶胺基酸的 tRNA 離開核糖體的位置。

判斷本題的關鍵，是辨認各因子在翻譯週期中所模擬或佔據的位置。

解題方法

逐一判斷各因子的主要作用位置：

1. 新的 aminoacyl-tRNA 由 EF-Tu 帶入 A site。
2. 延長因子 EF-G 在轉位時進入並佔據 A site 區域。
3. 終止時，RF1 進入 A site 辨認終止密碼子。
4. 核糖體回收時，RRF 進入 A site，模擬 tRNA 的結構。
5. 翻譯起始時，IF2 將 initiator tRNA 帶到 P site，而非 A site。

因此，不與 A site 結合的是 IF2/tRNA。

選項分析

(A) IF2/tRNA：錯誤敘述，為本題答案

IF2 是細菌翻譯起始因子，通常與 GTP 結合，負責將 initiator tRNA，即 $fMet\text{-}tRNA^{fMet}$，帶到核糖體。

翻譯起始時，起始密碼子位於 P site，因此 initiator tRNA 直接定位在 P site，而不是先進入 A site。這是 initiator tRNA 與一般 aminoacyl-tRNA 的重要差異。

所以，IF2/tRNA 不屬於結合 A site 的典型組合。

(B) EF-Tu/tRNA：正確敘述

EF-Tu 與 GTP 及 aminoacyl-tRNA 形成三元複合體：

$$\text{EF-Tu}\text{-GTP}\text{-aa-tRNA}$$

此複合體將 aminoacyl-tRNA 運送至核糖體 A site。若 tRNA 的 anticodon 與 mRNA codon 正確配對，EF-Tu 水解 GTP，隨後離開核糖體，tRNA 留在 A site。

此題考查大腸桿菌 (E. coli) DNA 複製中的引子合成酶。DNA 聚合酶無法從頭開始合成 DNA，需要一個 RNA 引子來提供一個 3'-OH 端。引子合成由一種稱為引導酶 (primase) 的酵素催化。

在大腸桿菌中，引導酶是 DnaG 蛋白質。DnaG 是一種 RNA 聚合酶，它能夠在 DNA 模板上合成一小段 RNA 引子。引導酶 DnaG 的活性受到 DnaB 蛋白質（一種 DNA 解旋酶）的調節，DnaB 幫助 DnaG 結合到複製叉處。

選項分析：
(A) RNA polymerase：雖然 DnaG 是一種 RNA 聚合酶，但「RNA polymerase」這個選項太籠統。

此題考查大腸桿菌 DNA 聚合酶 III (Pol III) 全酶的結構及其亞基的功能。DNA Pol III holoenzyme 是一個複雜的多亞基蛋白質，負責主要的 DNA 複製。其核心酵素 (core enzyme) 包含 α, ε, θ 亞基。而「滑動夾」 (sliding clamp) 則是負責增強 DNA 聚合酶活性的輔助因子。

在 E. coli 中，DNA Pol III 的滑動夾是由 β 亞基組成的二聚體 (β clamp)。β 亞基與 DNA 結合，形成一個環狀結構，將 DNA 聚合酶的核心酵素「夾」在 DNA 上，從而大大提高了 DNA 聚合酶的穩定性和複製的過程性 (processivity)。

核心觀念

本題考查 E. coli DNA 複製起始時的 **primosome（引發體）**及其相關因子。

Primosome 的核心功能是：

1. 解開 DNA 雙股。
2. 合成 DNA 複製所需的 RNA primer。
3. 在複製起點建立複製叉。

其中：

• DnaB：DNA helicase，解開 DNA 雙股。
• DnaG：primase，合成 RNA primer。
• DnaA：辨認並結合複製起點 oriC，啟動複製起始。
• oriC：E. coli 的複製起點。
• TerE：DNA 複製終止區的 ter site，與 Tus 蛋白共同參與複製終止。

因此，TerE 屬於複製終止相關序列，不屬於 primosome 或其複製起始機制。

解題方法

判斷各選項在 DNA 複製週期中的功能：

• 若參與複製起始、DNA 解旋或 primer 合成，則與 primosome 有關。
• 若專門參與複製終止，則不是 primosome 的成分。

複製流程可概括為：

$$\text{DnaA/oriC 起始} \rightarrow \text{DnaB 解旋} \rightarrow \text{DnaG 合成 primer} \rightarrow \text{DNA 聚合酶延伸} \rightarrow \text{TerE/Tus 終止}$$

TerE 位於流程最後的複製終止階段，與 primosome 的起始功能不同，因此為答案。

選項分析

(A) DnaA

DnaA 是複製起始蛋白，會辨認並結合 oriC 上的 DnaA boxes。DnaA 聚集後使 oriC 附近 DNA 局部解開，並協助後續招募 DnaB helicase。

此題考查 Chi (χ) 位點在重組中的作用。Chi 位點是 E. coli RecBCD 酶識別並作用的 DNA 序列。RecBCD 酶是一個核酸內切酶/解旋酶複合體，參與 DNA 修復和重組。

Chi 位點 (5'-GCTGGTGG-3') 是一個異質序列，它在 RecBCD 酶切割雙鏈 DNA 斷裂時，影響其作用方向。當 RecBCD 酶遇到 Chi 位點時，它會改變其切割模式，從而促進 RecA 蛋白在 DNA 上的結合，並啟動同源重組。

選項分析：
(A) λ Red：λ Red 重組系統是 λ 噬菌體編碼的，由 Redα (exo) 和 Redβ (beta) 蛋白質組成，不需要 Chi 位點。

此題考查果蠅 (Drosophila) 中的雜合不育 (hybrid dysgenesis) 現象。雜合不育是一種生殖隔離現象，與轉座子的活化有關。

在果蠅中，P 因子 (P element) 是一種轉座子。當 P 因子存在於男性配子中（P 型男性）而女性不含 P 因子（M 型女性）時，雜交產生的後代會表現出嚴重的發育異常，包括染色體結

此題考查細胞週期中 BrdU 標記的細胞比例。BrdU 是一種胸腺嘧啶的合成類似物，可以被整合到新合成的 DNA 中。

細胞在進行 DNA 複製（S 期）時，會將 BrdU 整合到新合成的 DNA 鏈上。細胞治療 2 小時後，不同細胞會處於細胞週期的不同階段。

細胞週期階段與 DNA 含量關係：

• G1 期: DNA 含量為 2n (二倍體，未複製)。
• S 期: DNA 含量從 2n 逐漸增加到 4n (進行 DNA 複製)。
• G2 期 和 M 期 (前期、中期、後期): DNA 含量為 4n (已複製完成，但細胞未分裂)。

此題考查真核生物 DNA 複製的高保真性 (high fidelity) 的原因。Taq DNA 聚合酶是一種熱穩定性 DNA 聚合酶，其錯誤率相對較高 (10^-5)。而人體細胞的 DNA 複製錯誤率極低 (10^-9)。這種差異是由多種機制共同作用的結果。

高保真性的原因包括：

1. DNA 聚合酶的校對功能 (Proofreading)：大多數 DNA 聚合酶（包括真核生物的 Pol δ 和 Pol ε）都具有 3'→5' 外切酶活性，能夠識別並移除錯誤配對的核苷酸。
2. 錯配修復系統 (Mismatch Repair, MMR)：在 DNA 聚合酶完成合成後，MMR 系統會檢查並修復 DNA 鏈中的錯配和插入/缺失。
3. DNA 聚合酶的過程性 (Processivity)：高過程性的 DNA 聚合酶（如通過滑動夾輔助）能夠在 DNA 上移動更長的距離，減少中間斷開和重新結合的機會，從而降低錯誤率。
4. DNA 複製方向性 (5'→3' synthesis)：雖然 5'→3' 的聚合方向是 DNA 合成所必需的，但它本身並不是直接提高保真性的機制，而是複製過程的固有特性。

選項分析：
(A) DNA polymerase can proofread：這是 DNA 複製高保真性的重要原因之一。
(B) DNA polymerase is still active at 95 degree in Celsius.：Taq DNA 聚合酶在 95°C 下活性很高，但這與人體細胞 DNA 複製的高保真性無關。人體細胞內的溫度是 37°C。

核心觀念

本題考查遺傳密碼的第三個鹼基「擺動配對」（wobble pairing）。

密碼子以 $5' \to 3'$ 方向閱讀；密碼子的第三個鹼基，會與 tRNA 反密碼子 $5'$ 端的第一個鹼基配對。此位置的配對規則較具彈性：

tRNA 反密碼子 $5'$ 端鹼基	可辨認的密碼子第三鹼基
C	G
A	U
G	C 或 U
U	A 或 G
I（次黃嘌呤核苷）	A、U 或 C

因此，兩個密碼子若要由同一個 tRNA 辨認，通常必須：

1. 前兩個鹼基相同；
2. 第三個鹼基符合同一個 wobble 配對規則。

此外，終止密碼子由 release factor 辨認，不是由一般 tRNA 辨認。

解題方法

逐一比較每組密碼子的前兩個鹼基，再檢查第三個鹼基是否能由同一個 tRNA 的 wobble 鹼基配對。

其中最典型的組合是第三個鹼基為 C 與 U，因為 tRNA 反密碼子 $5'$ 端的 G 可與密碼子第三位的 C 或 U 配對：

$$\text{tRNA wobble G} \leftrightarrow \text{codon C 或 U}$$

選項分析

(A) CUU 和 UUU：錯誤

兩個密碼子的前兩個鹼基不同：

$$\text{CUU}: CU\underline{U}$$ $$\text{UUU}: UU\underline{U}$$

它們不只第三個鹼基不同，第一個鹼基也不同。Wobble 只能增加第三位的辨認彈性，不能讓同一個 tRNA 忽略前兩個鹼基的差異。

(B) GAU 和 GAA：錯誤

兩者前兩個鹼基相同，第三個鹼基分別為 U 與 A：

$$\text{GAU}: GA\underline{U}$$ $$\text{GAA}: GA\underline{A}$$

此題考查不同 RNA 分子在調控基因表現中的作用，特別是阻斷轉譯。

選項分析：
(A) miRNA (microRNA)：miRNA 是一類小分子非編碼 RNA，主要通過與目標 mRNA 結合，導致 mRNA 降解或抑制轉譯，從而阻斷目標蛋白質的合成。這是 miRNA 的主要功能之一。
(B) mRNA (messenger RNA)：mRNA 是攜帶蛋白質編碼信息的 RNA，本身是轉譯的模板，而不是阻斷轉譯的因子。
(C) siRNA (small interfering RNA)：siRNA 也是一類小分子 RNA，主要參與 RNA 干擾 (RNA interference, RNAi) 途徑，通常與 Argonaute 蛋白結合，引導其切割目標 mRNA，從而導致 mRNA 降解，間接阻斷轉譯。siRNA 也可以通過與 mRNA 結合來抑制轉譯。
(D) lnc RNA (long non-coding RNA)：lnc RNA 是一類長於 200 個核苷酸的非編碼 RNA，其功能多樣，可以通過多種機制調控基因表現，包括影響染色質結構、轉錄後修飾、mRNA 穩定性或轉譯。有些 lnc RNA 可能會阻斷轉譯，但這不是其最典型的或唯一的功能。

此題考查遺傳密碼中的終止密碼子 (stop codon)。遺傳密碼共有 64 個密碼子，其中 61 個編碼氨基酸，3 個是終止密碼子，它們標誌著蛋白質合成的終止。

標準的終止密碼子是：

• UAA (ochre)
• UAG (amber)
• UGA (opal/umber)

核心觀念

RNA 聚合酶 II 最大次單元 RPB1 的羧基端有一段重複序列，稱為 羧基端結構域（CTD）。其典型七肽重複序列為：

$$\mathrm{Tyr\!-\!Ser\!-\!Pro\!-\!Thr\!-\!Ser\!-\!Pro\!-\!Ser} \quad(\mathrm{YSPTSPS})$$

CTD 上多個胺基酸可發生磷酸化等修飾；修飾的種類、位置與組合會隨轉錄進程改變。這些動態修飾所形成的辨識模式稱為 CTD code。不同轉錄調控與 RNA 加工因子會辨認不同的 CTD 修飾狀態，因此 CTD 能依轉錄階段招募合適的因子。CTD code 是一種動態調控模式，不是固定不變的單一密碼。〔CTD code 綜述、RNA 聚合酶 II CTD 與 RNA 加工〕

解題方法與基因表現中的角色

作答時可先說明「CTD code 是什麼」，再依轉錄由起始到終止的順序，說明 CTD 如何招募因子並協調 RNA 加工。

1. 協調轉錄起始與延伸：轉錄起始附近，CTD 的 Ser5 磷酸化程度通常較高；進入延伸階段後，Ser2 磷酸化逐漸增加。這些修飾變化與不同轉錄因子的結合相關，協助調節 RNA 聚合酶 II 在各階段的活動。

核心觀念

本題考查真核生物蛋白質編碼基因的 RNA 聚合酶 II（Pol II）轉錄終止，以及「魚雷模型」與「變構模型」如何共同說明終止過程。Pol II 不會在多腺苷酸化訊號處立刻停止；它通常先轉錄越過訊號，接著經歷新生 RNA 的切割與加工，最後才在下游區域從 DNA 模板解離。

解題方法

作答時依照「辨認訊號 → 切割 RNA → 加工兩段產物 → 促成 Pol II 解離」的順序，並交代兩種終止模型各自解釋的步驟。

機制說明

1. 辨認多腺苷酸化訊號
   Pol II 轉錄出新生 RNA 上的多腺苷酸化訊號（polyadenylation signal，PAS），典型序列為 AAUAAA。切割與多腺苷酸化複合體辨認 PAS 及其附近的下游序列，並在 PAS 下游的一處切開新生 RNA。

2. 切割後，RNA 分成兩段並各自處理
   切割點上游的 RNA 成為成熟 mRNA 前體，聚腺苷酸聚合酶在其 3′ 端加上 poly(A) 尾。切割點下游的 RNA 仍與正在延伸的 Pol II 相連，並因切割而產生可供 5′→3′ 核酸外切酶作用的 5′ 端。

3. 魚雷模型：Xrn2 追上並促進終止
   哺乳類的 5′→3′ 核酸外切酶 Xrn2（酵母中的同源蛋白為 Rat1）由下游 RNA 的新生 5′ 端開始降解 RNA，沿著仍連在 Pol II 上的 RNA 追趕聚合酶。當 Pol II 在下游區域減速或停頓時，Xrn2 得以追上，促使 Pol II 從 DNA 模板解離，完成轉錄終止。

核心觀念

這題考查無義突變與抑制型轉運 RNA（suppressor tRNA）。

正常情況下，mRNA 上的終止密碼子包括 UAA、UAG、UGA。當一個原本編碼胺基酸的密碼子因突變變成 UAG，翻譯便會在該位置提前終止。UAG 又稱為 Amber 終止密碼子，因此這類突變稱為 Amber 突變。

解題方法

回答時分成兩步：先說明 Amber 突變如何造成蛋白質提早截短，再說明 Amber 抑制型 tRNA 如何讀取 UAG，使核糖體得以繼續翻譯。

(a) 什麼是 Amber 突變？

Amber 突變是指：原本編碼胺基酸的密碼子，因突變變成 UAG 終止密碼子的無義突變。例如，若某個位置的 mRNA 密碼子由編碼胺基酸的密碼子變為 UAG，核糖體便會在此處停止翻譯，造成蛋白質提前終止，產生較短的多胜肽；該蛋白質通常因此失去或降低功能。

「Amber」特指 UAG；其他兩種終止密碼子則分別稱為 Ochre（UAA）與 Opal（UGA）。

(b) Amber 抑制型如何逆轉 Amber 突變的效應？

Amber 抑制型通常是具有突變反密碼子的 tRNA。其反密碼子可與 UAG 配對，例如反密碼子以 $5' \text{-CUA-} 3'$ 表示的 tRNA，能辨認 mRNA 上的

核心觀念

典型真核細胞 mRNA 的 5′ 端具有 7-甲基鳥嘌呤帽（5′ cap），核糖體通常透過帽依賴性起始來辨識 mRNA。小兒麻痺病毒（poliovirus）的基因體則是正股單股 RNA，5′ 端沒有帽，而是共價連接病毒蛋白 VPg；其 5′ 非翻譯區含有內部核糖體進入位點（IRES），可協助核糖體在 RNA 內部起始翻譯。

解題方法

先比較病毒 RNA 與細胞 mRNA 的 5′ 端結構，再說明這項差異如何影響翻譯起始。病毒 RNA 沒有 5′ cap，無法依賴一般的帽辨識途徑；IRES 則提供另一種起始方式，使病毒 RNA 能在細胞帽依賴性翻譯受抑制時繼續被翻譯。

(a) 病毒基因體與典型細胞 mRNA 的差異

小兒麻痺病毒 RNA 的 5′ 端沒有 7-甲基鳥嘌呤帽，而是共價連接 VPg。典型真核細胞 mRNA 的 5′ 端則具有 5′ cap。病毒 RNA 的 5′ 非翻譯區另含有 IRES，這是其進行帽非依賴性翻譯的重要結構。

(b) 病毒如何利用這項差異進行翻譯

1. 以 IRES 啟動病毒 RNA 翻譯
   IRES 能在 RNA 內部招募核糖體及翻譯起始因子，讓小兒麻痺病毒 RNA 不必依靠 5′ cap 或帽結合蛋白 eIF4E，即可啟動翻譯。

核心觀念

這題考三類以 RNA 為中間物進行複製式轉位的反轉位子：Ty、LINE-1（L1）與 Alu。它們都先由基因組 DNA 轉錄出 RNA，再經反轉錄形成 DNA，插入新的基因組位置；原始拷貝通常仍保留，因此屬於「複製並貼上」型轉位。

主要差異在於：是否有長末端重複序列（LTR）、是否自行編碼轉位所需蛋白，以及反轉錄與整合的方式。

解題方法

依序比較三項即可整理答案：

1. 結構與大小：有無 LTR、是否含開放讀框、序列長短。
2. 編碼能力：能否自行製造反轉錄與整合所需蛋白。
3. 轉位機制：反轉錄在哪裡進行，以及如何將新拷貝插入基因組。

特徵	Ty element	LINE-1（L1）	Alu
類型	LTR 反轉位子，常以酵母 Ty1 為例	非 LTR 長散在核元件（LINE）	非 LTR 短散在核元件（SINE）
典型結構	兩端有 LTR；內含 GAG、POL	約 6 kb；通常有兩個主要開放讀框 ORF1、ORF2	約 300 bp；源自 7SL RNA 的短序列，沒有可供轉位使用的蛋白編碼讀框
編碼蛋白	Gag 結構蛋白；Pol 提供蛋白酶、反轉錄酶、RNase H、整合酶等	ORF1p 為 RNA 結合蛋白；ORF2p 具內切核酸酶與反轉錄酶活性	不自行編碼轉位所需蛋白
自主性	自主型	自主型	非自主型，仰賴 L1 蛋白

核心觀念

本題考查大腸桿菌如何以 SOS 反應因應 DNA 損傷，並透過多層調控，讓高錯誤率的跨損傷合成（translesion synthesis, TLS）在損傷嚴重或持續時啟動，損傷訊號消退後再關閉。

正常情況下，轉錄抑制蛋白 LexA 結合 SOS 基因啟動子附近的 SOS box，抑制相關基因轉錄。DNA 損傷造成複製叉停滯後，會產生暴露的單股 DNA（ssDNA）。RecA 結合 ssDNA 並形成活化核絲 RecA*；RecA* 促進 LexA 自我切割，使 LexA 失去抑制能力，SOS 基因因而表現增加。這是 SOS 反應啟動的核心開關。SOS 反應調控綜述

要特別分清楚：SOS 反應包含多種 DNA 修復與損傷耐受途徑；題目所稱的「error-prone repair」主要指低保真 DNA 聚合酶進行 TLS，讓複製繞過受損位置，但可能引入突變。

解題方法

依序追蹤兩個層次即可作答：

1. **轉錄層次：**LexA 是否仍結合 SOS box，決定 SOS 基因能否表現。
2. **蛋白質與酵素活性層次：**即使相關基因已轉錄，錯誤傾向的聚合酶仍須經過加工、組裝與活化，才真正執行 TLS。

這樣便能完整說明題目要求的「turn on/off」，也能交代錯誤易發修復為何受到延遲與限制。

啟動：DNA 損傷持續時開啟錯誤易發 TLS

1. 損傷訊號活化 RecA。
DNA 損傷阻礙複製，產生 ssDNA。RecA 結合 ssDNA 並形成 RecA* 核絲；RecA* 是促進切割反應的輔助因子，本身不是直接切割 LexA 的蛋白酶。

2. LexA 自我切割，SOS 基因解除抑制。
RecA* 促進 LexA 在 Ala84–Gly85 位點自我切割。LexA 因此無法有效結合 SOS box，包含 recA、dinB 與 umuDC 等基因的表現上升。LexA 切割後的片段會再由細胞蛋白酶降解。SOS 調控及 LexA 降解

3. SOS 基因分階段表現，Pol V 延後出現。
SOS box 與 LexA 的結合強度因基因而異，因此基因解除抑制的時序不同。umuDC 的 SOS box 對 LexA 有高親和力，須等 LexA 顯著降低後才充分解除抑制；Umu 蛋白本身也受到 Lon 蛋白酶降解，因此不會在損傷初期立即大量累積。這讓細胞先動員較低突變風險的修復反應，再在損傷持續時增加 Pol V。Pol V 的時空調控 UmuDC 的晚期誘導

4. UmuD 加工並組成活性的 Pol V。
umuDC 轉錄後產生 UmuD 與 UmuC。RecA* 促進 UmuD 在 Cys24–Gly25 位點自我切割，去除 UmuD 的 N 端 24 個胺基酸，形成 UmuD′。UmuD′ 二聚體與 UmuC 組成 DNA 聚合酶 V（Pol V），即 UmuD′₂C。活性的 Pol V 還須與 RecA-ATP 作用形成 Pol V mutasome，才有效進行 TLS；它可跨越受損 DNA，但因保真度低而增加突變風險。

核心觀念

表觀遺傳調控是指：不改變 DNA 的核苷酸序列，卻藉由改變染色質狀態與基因可近性，調節基因表現。這些調控狀態可在細胞分裂後維持，也可被移除或重塑。

基因表現的關鍵在於轉錄機器能否接近 DNA。染色質較鬆散時，轉錄因子與 RNA 聚合酶較容易結合，基因通常較易轉錄；染色質較緊密時，DNA 的可近性降低，轉錄通常受到抑制。

解題方法

回答時依序說明「染色質可近性如何改變」以及「哪些分子機制造成改變」，並指出其對轉錄的影響。主要機制如下：

1. DNA 甲基化
   DNA 甲基轉移酶可將甲基加到胞嘧啶上，常見位置是 CpG 位點。啟動子附近 CpG 區域的甲基化，可能阻礙轉錄因子結合，也可能招募辨識甲基化 DNA 的蛋白質，進一步帶來抑制性染色質修飾，因此常與基因轉錄降低相關。DNA 甲基化也可在 DNA 複製後由維持型甲基轉移酶複製到新股，使細胞分裂後保留原有表現狀態。

2. 組蛋白修飾
   DNA 繞在組蛋白上形成核小體。組蛋白尾端可接受乙醯化、甲基化等修飾，這些標記會影響核小體排列，並提供特定蛋白質辨識的訊號。

   • 組蛋白乙醯化：組蛋白乙醯轉移酶（HAT）加上乙醯基，通常使染色質較開放、促進轉錄；組蛋白去乙醯酶（HDAC）移除乙醯基，通常使染色質較緊密、降低轉錄。