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甲組《分子生物學》

本題主要在測試學生對於染色質 (chromatin) 結構層次組織的理解。染色質的組織是從 DNA 纏繞組蛋白形成核小體 (nucleosome) 開始，然後進一步組織成較高的結構。

解題步驟：

1. 核小體形成 (Nucleosome formation)：這是染色質組織的第一步，DNA 雙股纏繞在八個組蛋白 (histones) 周圍，形成核小體。這是 10 nm 的纖維結構。
2. 30 nm 纖維形成 (30 nm fiber formation)：核小體進一步捲曲或堆疊，形成更緊密的 30 nm 染色質纖維。

核心觀念

染色質重塑（chromatin remodeling）是利用 ATP 水解所產生的能量，改變核小體的位置、組成或 DNA—組蛋白之間的接觸，使特定 DNA 區域的可及性發生變化。

常見 ATP 依賴型染色質重塑複合體包括：

• SWI/SNF（BAF）家族：通常促進核小體移動或移除，使轉錄因子較容易接近 DNA。
• ISWI 家族：參與核小體間距與染色質排列，可造成開放或緊密的染色質結構。
• NuRD 家族：同時具有 ATP 依賴型重塑與組蛋白去乙醯化活性，常與轉錄抑制及染色質壓縮相關。
• INO80 家族：參與核小體移動、組蛋白變異體交換及 DNA 損傷修復。

因此，「染色質重塑」不等於一律使 DNA 更容易接近；其結果可能是增加，也可能是降低 DNA 的可及性。

解題方法

本題要求找出「不正確」的描述。逐項檢查時，應掌握三個判斷重點：

1. 染色質重塑是否需要 ATP。
2. BRG1 是否為 ATPase，以及其與 BAF 複合體的關係。
3. 各重塑家族的功能是否必然都是使 DNA 更加開放。

前四項描述都符合染色質重塑複合體的基本特徵；第五項把所有家族的功能過度概括為「增加 DNA 可及性」，因此錯誤。

選項分析

(A) Remodeling requires ATP for energy

正確。ATP 依賴型染色質重塑複合體的核心催化次單元屬於 Snf2-like ATPase，利用 ATP 水解能量改變核小體與 DNA 的相對位置，例如使核小體滑動、移除或交換組蛋白。

(B) BRG1 associates with BAFs

正確。BRG1（SMARCA4）是哺乳類 SWI/SNF 複合體的重要催化 ATPase，與 BAF（BRG1/BRM-associated factors）複合體中的多種次單元共同作用，因此可說 BRG1 associates with BAFs。

本題考查剪接體 (spliceosome) 的組裝過程以及 ATP 在其中的作用。剪接體是由小核核糖核蛋白 (snRNPs) 和其他蛋白質組成的複雜結構，負責去除內含子 (intron) 並連接外顯子 (exon)。

解題步驟：

1. 剪接體組裝的起始：剪接體組裝是一個動態的過程，通常始於 U1 snRNP 識別剪接體上游剪接位點 (5' splice site) 和分支點位點 (branch point site)。
2. ATP 的作用：ATP 在剪接體組裝的幾個關鍵步驟中起作用，特別是在 snRNPs 的招募和 RNA 解旋酶 (RNA helicase) 活性方面。
   • U1 snRNP：首先識別剪接位點，不直接需要 ATP。
   • U2 snRNP：與分支點位點結合，需要 ATP 參與，以促進其結合和隨後的結構變化。
   • U4/U6.U5 三聯體 snRNP：在 U2 snRNP 結合後，U4/U6.U5 三聯體 snRNP 招募到剪接體中。這個招募和後續的 RNA 解旋酶活性（特別是 U6 snRNP 的結構重排）需要 ATP 的參與。U4/U6 snRNP 包含 U4 和 U6 兩個 snRNP，U5 snRNP 則獨立結合。
   • U5 snRNP：也參與剪接體的組裝，並在催化步驟中發揮作用，其結合和功能也可能受到 ATP 影響。
   • U6 snRNP：是剪接體催化活性的核心組分，其結構重排和與其他 RNA 的相互作用需要 ATP。

關鍵點在於，ATP 絕大多數用於推進剪接體組裝的結構重排和 RNA 解旋酶活性，這些過程涉及 U2、U4/U6 和 U5 snRNPs 的招募和活化。

• U2 snRNP 的結合到分支點位點需要 ATP 驅動的 RNA 解旋酶（如 SF3A, SF3B 複合體中的組分）。
• U4/U6.U5 三聯體 snRNP 的加入和隨後的結構重排，特別是 U4 的脫離和 U6 的活化，需要 ATP。

在提供的選項中，U1 是最早結合的，不直接依賴 ATP。U2 的結合需要 ATP。U4/U6.U5 三聯體 snRNP 的加入也需要 ATP。然而，題目問的是「binding…requires ATP」。

本題考查剪接體 (spliceosome) 的催化機制。剪接體的核心催化活性被認為是 RNA 催化 (ribozyme) 的，其中 U2 和 U6 snRNA 起關鍵作用，並且需要二價陽離子（如 Mg2+）作為輔因子。

解題步驟：

1. RNA 催化：現代觀點認為，剪接體的核心催化活性主要來自 U2 和 U6 snRNA，它們共同形成一個類似於核酶 (ribozyme) 的結構，負責催化兩次轉酯化反應 (transesterification reactions)，從而去除內含子並連接外顯子。
2. 輔因子 Mg2+：大多數 RNA 酶和 DNA 酶都需要二價陽離子（如 Mg2+）來穩定 RNA 的結構、作為催化反應的輔因子，以及中和磷酸骨架的負電荷。剪接體也不例外，Mg2+ 被認為是其催化活性的必需成分。
3. 分支點位點 (Branch point region)：內含子中的分支點位點 (branch point A) 是第一步轉酯化反應的反應物，它被 U2 snRNP 識別並參與反應，但它本身不是催化中心的一部分，而是反應的底物。
4. U1, U4, U5 snRNP 的角色：U1 snRNP 負責識別 5' splice site，U4/U6.U5 三聯體 snRNP 在剪接體組裝和催化步驟中起輔助作用，但催化活性主要歸因於 U2 和 U6。

綜合以上分析：

• 催化中心需要 Mg2+（選項 A, D, E）。
• 催化中心的核心是 U2 和 U6 snRNP (或更準確地說是 U2 和 U6 snRNA)（選項 B, E）。
• 分支點位點是反應位點，但不是催化中心本身（選項 C, D, E）。

因此，最能代表剪接體催化中心的組成部分是 Mg2+、U2 snRNP 和 U6 snRNP。選項 (E) 包含了所有這些關鍵要素。

選項分析：
(A) Mg2+：是催化活性必需的輔因子，但不是全部。
(B) U2 和 U6 snRNP：是催化活性的核心 RNA 組分，但缺少 Mg2+。
(C) 分支點位點：是反應位點，但不是催化中心。
(D) Mg2+ 和分支點位點：缺少 U2 和 U6 snRNP，且分支點位點不是催化中心。

本題考查微小 RNA (microRNA, miRNA) 的功能。miRNA 是一類非編碼 RNA，長度約 21-23 個核苷酸，透過與目標 mRNA 的序列互補結合，調控基因表現。

解題步驟：

1. miRNA 的主要機制：miRNA 主要透過與目標 mRNA 的 3' 非轉譯區 (3' UTR) 結合來發揮作用。
   • 如果 miRNA 與目標 mRNA 的結合是完全互補的，通常會導致 mRNA 的降解 (mRNA degradation)。
   • 如果 miRNA 與目標 mRNA 的結合是不完全互補的，通常會導致 mRNA 的轉譯抑制 (translational repression)，這可以表現為抑制轉譯起始 (translation initiation blockade) 或抑制轉譯延長 (translation elongation blockade)。
2. miRNA 的其他潛在功能：
   • miRNA 也可以調控基因表現的其他方面，例如影響 RNA 的剪接、核輸出等。
   • 有些研究表明 miRNA 也可能與 DNA 結合，調控基因表現，但這不是其主要或最常見的作用機制。
   • miRNA 誘導的 mRNA 降解和轉譯抑制是其最廣為人知的功能。

選項分析：
(A) targets viral DNAs：miRNA 主要作用於 mRNA，雖然有研究顯示 miRNA 可能影響病毒複製，例如透過作用於病毒 RNA 或 DNA，但直接「靶向病毒 DNA」並非 miRNA 的典型或主要作用方式。相較於其他選項，這個可能性較低。
(B) mRNA degradation：當 miRNA 與目標 mRNA 完全互補時，會啟動 mRNA 降解途徑。這是 miRNA 的一個主要功能。
(C) stimulate translation：miRNA 的主要作用是抑制基因表現，透過抑制轉譯或誘導降解。雖然有少數例外情況，miRNA 在特定條件下可能間接促進轉譯，但「刺激轉譯」並非其典型或預期的作用。

本題考查原核生物 mRNA 的起始識別機制，以及與 30S 核糖體亞基結合的序列。

解題步驟：

1. 原核生物 mRNA 的起始識別：在原核生物中，mRNA 的翻譯起始過程是 30S 核糖體亞基識別 mRNA 上的起始密碼子 (AUG) 並結合。為了準確定位起始密碼子，30S 亞基需要識別 mRNA 上的一個特定序列。
2. Shine-Dalgarno 序列：在原核生物中，mRNA 的 5' 端通常有一個稱為 Shine-Dalgarno 序列 (也稱為 SD 序列) 的富含嘌呤的短序列，它位於起始密碼子之上游約 6-10 個核苷酸處。這個序列與 16S rRNA（30S 核糖體亞基的組成部分）的 3' 端序列 (5'-AUUCCUAC-3') 互補配對，從而將 30S 核糖體亞基準確地定位到起始密碼子上。
3. 其他選項的解釋：

本題考查真核生物翻譯起始調控，特別是血紅素控制阻抑物 (heme-controlled repressor, HCR) 在血紅素缺乏的網狀紅血球 (reticulocytes) 中的作用。

解題步驟：

1. HCR 的作用機制：HCR 是一種蛋白質激酶，它在血紅素缺乏的網狀紅血球中被激活。被激活的 HCR 會磷酸化真核起始因子 2 (eIF2) 的 α 亞基。
2. eIF2 的功能：eIF2 是真核生物翻譯起始過程中一個關鍵的起始因子。它與起始 tRNA (Met-tRNAiMet) 結合，形成一個三元複合物 (eIF2-GTP-Met-tRNAiMet)。這個三元複合物然後與 40S 核糖體亞基結合，並尋找 mRNA 上的起始密碼子。
3. 磷酸化 eIF2 的影響：當 eIF2 的 α 亞基被磷酸化時，eIF2-GTP 的水解會被加速，導致 eIF2-GDP 的形成。eIF2-GDP 雖然可以與 Met-tRNAiMet 結合，但它與鳥苷酸交換因子 (GEF) eIF2B 的結合能力大大降低。

本題考查蛋白質翻譯過程中參與鳥苷酸交換 (guanine nucleotide exchange) 的因子。鳥苷酸交換因子 (GEF) 的作用是促進 GTP 結合蛋白（如 G 蛋白或翻譯因子）與 GDP 解離，並結合 GTP，從而使其處於活性狀態。

解題步驟：

1. 翻譯因子中的 GEF：在蛋白質翻譯過程中，有幾個關鍵的 GTP 結合蛋白需要 GEF 來活化。

   • eIF2：真核生物翻譯起始因子，它與 GTP 結合。其 GEF 是 eIF2B。
   • eIF5B：真核生物翻譯起始因子，它促進 60S 核糖體亞基與 40S 亞基的結合，並需要 GTP 結合。eIF5B 是一個 GTP 結合蛋白，其活化（結合 GTP）需要 GEF。
   • EF-Tu (Elongation Factor Tu)：原核生物的延伸因子，負責將氨醯-tRNA 運輸到核糖體的 A 位點。EF-Tu 是一個 GTP 結合蛋白，其 GEF 是 EF-Ts (Elongation Factor Ts)。
   • EF-G (Elongation Factor G)：原核生物的延伸因子，負責將核糖體沿 mRNA 移動（易位）。EF-G 也是一個 GTP 結合蛋白，其活化（結合 GTP）需要 GEF。
   • IF2 (Initiation Factor 2)：原核生物的起始因子，負責將起始 tRNA 遞送到 30S 核糖體亞基，是一個 GTP 結合蛋白。其 GEF 是 IF-2B。

2. 分析選項：

   • (A) eIF5A：eIF5A（以前稱為 eIF-5A）是一個真核生物的起始因子，它與翻譯起始有關，但它的作用機制與 G

本題考查原核生物翻譯延伸過程中的易位 (translocation) 步驟，特別是其機制和所需條件。易位是指核糖體沿著 mRNA 移動一個密碼子的過程，從而將 A 位點的氨醯-tRNA 移至 P 位點，並將 P 位點的脫醯化-tRNA 移至 E 位點。

解題步驟：

1. 易位的關鍵因子：在原核生物中，易位過程主要由延伸因子 G (EF-G) 和 GTP 提供能量來介導。EF-G 是一種 GTP 結合蛋白，它結合到核糖體上，並利用 GTP 水解釋放的能量來推動核糖體的移動。
2. GTP 水解的時間：GTP 水解通常發生在 EF-G 結合到核糖體上並引發構象變化之後，其結果是推動核糖體移動，並將 EF-G-GDP 釋放出來。因此，GTP 水解是發生在易位之後或伴隨易位之後。
3. 核糖體的易位能力：核糖體本身具有一定的催化能力，可以響應 EF-G 和 GTP 的作用而移動。一些研究表明，在某些體外實驗條件下，脫離了 EF-G 的核糖體可能仍能進行一定程度的移動，這暗示了核糖體本身可能具有某種內在的易位能力或對構象變化的敏感性。
4. EF-G 的釋放：易位完成後，EF-G-GDP 會從核糖體上釋放。如果 EF-G 沒有被釋放，它會阻礙新的氨醯-tRNA 結合到 A 位點，從而阻止下一輪的延伸。

選項分析：
(A) GTP and EF-G facilitate translocation.：這是正確的。EF-G 和 GTP 是原核生物易位的主要驅動力。

本題考查蛋白質翻譯過程中，各因子與核糖體 A 位點 (aminoacyl site) 的相互作用。A 位點是接收新的氨醯-tRNA (aminoacyl-tRNA) 的地方。

解題步驟：

1. 核糖體 A 位點的功能：A 位點是核糖體上用於結合帶有正確氨基酸的氨醯-tRNA 的位置。在翻譯起始、延伸和終止過程中，不同的分子會與 A 位點相互作用。
2. 起始階段：
   • IF2/tRNA (原核生物) 或 eIF2/tRNA (真核生物)：在翻譯起始階段，起始因子與起始 tRNA 結合，並與 30S (或 40S) 核糖體亞基一起結合到 mRNA 的起始位點。這個起始 tRNA 會佔據 P 位點 (peptidyl site)，而不是 A 位點。然而，在某些起始模型中，起始因子與 tRNA 複合物的初始結合過程可能涉及 A 位點的空間。但如果嚴格來說，起始 tRNA 最終位於 P 位點。
3. 延伸階段：
   • EF-Tu/tRNA (原核生物) 或 eEF1α/tRNA (真核生物)：延伸因子 EF-Tu (或 eEF1α) 與氨醯-tRNA 形成複合物，並進入核糖體的 A 位點。這個複合物與 mRNA 的密碼子進行配對。因此，EF-Tu/tRNA 結合到 A 位點。
   • EF-G (原核生物) 或 eEF2 (真核生物)：延伸因子 EF-G (或 eEF2) 負責易位。在易位過程中，EF-G 會與核糖體結合，並利用 GTP 驅動核糖體移動。EF-G 本身會進入 A 位點的空間，並與核糖體構象變化，最終導致核糖體移動，使原先在 A 位點的 tRNA 移到 P 位點。所以 EF-G 雖然不是 tRNA，但它會佔據 A 位點的空間。
4. 終止階段：
   • RF1, RF2, RF3 (原核生物) 或 eRF1, eRF3 (真核生物)：釋放因子 (Release Factors, RFs) 識別終止密碼子 (stop codons)。RF1 (或 eRF1) 識別 UAA 和 UAG，RF2 (或 eRF1) 識別 UAA 和 UGA。

本題考查大腸桿菌 (E. coli) DNA 複製過程中引物合成酶 (primase) 的身份。

解題步驟：

1. DNA 複製的起始：DNA 複製需要 RNA 引物 (RNA primer) 來提供一個 3'-OH 末端，DNA 聚合酶才能在其上延伸合成新的 DNA 鏈。
2. 引物合成酶 (Primase)：在 E. coli 中，引物合成酶是一個專門的酶，它負責合成這些 RNA 引物。
3. E. coli 的 Primase：E. coli 的 primase 是由 DnaG 蛋白質構成的。DnaG 是一個 RNA 聚合酶，它能夠以 DNA 為模板合成短的 RNA 引物。
4. 其他選項的解釋：

本題考查 E. coli DNA 聚合酶 III (Pol III) 全酶 (holoenzyme) 的結構和功能，特別是其「滑動夾」(sliding clamp) 組分。

解題步驟：

1. E. coli Pol III holoenzyme 的結構：Pol III holoenzyme 是一個複雜的多亞基蛋白質，包含多個功能單元，其中核心酶 (core enzyme) 負責 DNA 合成，而其他組分則提供高保真度和高處理量。
2. 核心酶 (Core enzyme)：包含 α (alpha), ε (epsilon), 和 θ (theta) 亞基。
   • α 亞基：具有 5'→3' DNA 聚合酶活性。
   • ε 亞基：具有 3'→5' 外切核酸酶 (exonuclease) 活性，提供校對 (proofreading) 功能。
   • θ 亞基：穩定 ε 亞基，並協助其與 α 亞基的結合。

核心觀念

本題考查大腸桿菌 DNA 複製起始相關因子，以及 primosome（引發體） 與 DNA 複製起始、終止位置的區別。

大腸桿菌染色體複製由 oriC 開始：

1. DnaA 辨認並結合 oriC，造成局部 DNA 解鏈。
2. DnaB 以六聚體形式形成解旋酶，沿 DNA 移動並擴大解鏈區。
3. DnaG 為引發酶，與 DnaB 形成複合體，合成 RNA primer。
4. 後續由 DNA polymerase III 進行 DNA 延伸。

在考試常見的廣義分類中，DnaA、DnaB、DnaG 與 oriC 皆屬於複製起始及引發體形成所涉及的要素；TerE 則是 DNA 複製終止區的 ter site，與 primosome 無關。

解題方法

判斷各選項所屬的複製階段：

• oriC：複製起始位置。
• DnaA：起始辨識蛋白。
• DnaB：解旋酶。
• DnaG：引發酶。
• TerE：複製終止位置相關序列。

題目詢問「NOT part of the E. coli primosome」，因此找出屬於複製終止而非複製起始／引發作用的選項即可。

選項分析

(A) DnaA

DnaA 是大腸桿菌複製起始蛋白，會辨認 oriC 上的 DnaA-binding sites。DnaA 聚合後使 oriC 附近 DNA 解鏈，促進 DnaB 裝載。

因此，DnaA 屬於複製起始複合體及引發體形成過程中的重要因子。此選項不是答案。

(B) DnaB

DnaB 是大腸桿菌主要的 DNA 解旋酶，負責分離雙股 DNA。DnaB 也會和 DnaG 互動，協助引發酶接近單股模板。

DnaB 是 primosome 的核心蛋白之一。此選項不是答案。

(C) DnaG

本題考查 Chi (χ) 位點在 DNA 重組中的作用，特別是它對 E. coli RecBCD 途徑的影響。

解題步驟：

1. Chi 位點：Chi (χ) 位點是 E. coli 同源重組途徑中的一個 DNA 序列元件，通常是 GCTGGTGG。它存在於 E. coli 的基因組中，尤其是在基因間區域。
2. RecBCD 途徑：RecBCD 酶是一個核酸酶複合物，它能夠識別 DNA 的雙鏈斷裂 (double-strand breaks, DSBs) 或其他 DNA 末端，並進行解旋和切割。RecBCD 酶在 RecA 蛋白介導的同源重組中起關鍵作用。
3. Chi 位點的作用：Chi 位點是 RecBCD 酶的底物。當 RecBCD 酶遇到 Chi 位點時，它的切割活性會發生改變。具體來說，RecBCD 酶在識別 Chi 位點後，會從 Chi 位點處進行切割，並將其中一個鏈（通常是 3' 端）釋放出來，形成一個 3' 突出端 (3' overhang)。這個 3' 突出端隨後可以被 RecA 蛋白結合，啟動同源重組的 RecA 絲狀結構的形成，進而進行同源序列的搜尋和配對。

本題考查遺傳學中的「雜合失調」(hybrid dysgenesis) 現象，特別是在果蠅 (Drosophila) 中的 P 元素誘導的雜合失調。

解題步驟：

1. 雜合失調 (Hybrid Dysgenesis)：這是一種遺傳現象，發生在不同品系（通常是具有不同遺傳背景的品系）的生物雜交時，後代會表現出不育（sterility）、突變率升高、染色體異常等現象。這種現象通常是由可轉座元件 (transposable elements) 的活性差異引起的。
2. P 元素 (P elements)：在果蠅中，P 元素是一種可轉座元件。不同的果蠅品系對 P 元素的活性有不同的反應。
   • P 雜合品系 (P strains)：含有 P 元素，但 P 元素通常處於沉默狀態。
   • M 品系 (M strains)：不含 P 元素，或者含有失活的 P 元素。
3. 雜合失調的發生：當一個含有活躍 P 元素的雄性果蠅 (P male) 與一個 P 元素不活躍的雌性果蠅 (M female) 雜交時，後代（F1 代）會表現出雜合失調。

核心觀念

本題考查細胞週期各階段的 DNA 含量，以及 BrdU 脈衝標記（pulse labeling）的意義。

BrdU 是 thymidine 的類似物，只會在 DNA 複製、也就是 S 期，被掺入新合成的 DNA。因此，接受 BrdU 處理期間正在進行 DNA 合成的細胞，會出現 BrdU 訊號。

細胞週期與 DNA 含量的關係如下：

• G1 期：DNA 含量為 $2N$
• S 期：DNA 含量由 $2N$ 增加至 $4N$
• G2/M 期：DNA 含量為 $4N$

圖中：

• A 為 $2N$ 的 G1 期細胞
• B 為 DNA 含量介於 $2N$ 與 $4N$ 之間的 S 期細胞
• C、D 為 $4N$ 的 G2/M 期細胞

解題方法

BrdU 處理時間為 2 小時，且處理後立即進行細胞分選。判斷重點是：哪一群細胞在 BrdU 存在期間正在合成 DNA？

只有 S 期細胞會進行 DNA 複製，因此 BrdU 會被掺入其新合成的 DNA。流式細胞分析中，S 期細胞的 DNA 含量介於 $2N$ 與 $4N$ 之間，對應圖中的 B 區。

因此可偵測到 BrdU 訊號的主要是 B 區細胞。

選項分析

本題考查 DNA 複製的高保真度 (high fidelity) 是如何實現的，以及哪些因素與此無關。DNA 聚合酶的原始錯誤率很高，但細胞通過多種機制將錯誤率降低到極低的水平 (約 $10^{-9}$)。

解題步驟：

1. DNA 聚合酶的原始錯誤率：即使是高保真度的 DNA 聚合酶，其原始錯誤率也大約在 $10^{-4}$ 到 $10^{-6}$ 之間。題目中給出的 Taq DNA 聚合酶的錯誤率是 $10^{-5}$，這是一個相對較高的錯誤率，因為 Taq 聚合酶缺乏校對 (proofreading) 功能。

2. 提高 DNA 複製保真度的機制：

   • (A) DNA polymerase can proofread：許多 DNA 聚合酶（如 E. coli Pol III 的 ε 亞基，或真核生物的 Pol δ 和 ε）具有 3'→5' 外切核酸酶活性，可以識別並切除錯配的鹼基，這稱為校對。這能將錯誤率降低約 100-1000 倍。
   • (C) DNA polymerase can couple with the mismatch repair：錯配修復 (mismatch repair, MMR) 系統是一個細胞內的 DNA 修復機制，它能夠識別並切除 DNA 複製過程中產生的錯配鹼基，然後由 DNA 聚合酶重新填充。MMR 系統與 DNA 聚合酶協同工作，進一步降低錯誤率。
   • (E) DNA polymerization occurs only from 5' to 3'：DNA 聚合酶只能沿著 5' 到 3' 的方向合成 DNA。雖然這不是直接「降低錯誤率」的機制，但它確保了 DNA 合成方向的單一性，並與滯後鏈 (lagging strand) 的不連續合成（Okazaki fragments）以及相應的引物去除和修補過程相關。這個過程本身也需要精確的調控，以避免引入錯誤。但嚴格來說，它不是直接的「校對」或「修復」機制。然而，它與確保複製過程的整體準確性有關。

3. 分析選項，找出「NOT the reason」：

   • (A) DNA polymerase can proofread：這是提高保真度的重要原因。
   • (B) DNA polymerase is still active at 95 degree in Celsius.：Taq DNA 聚合酶在高温下（如 95°C）仍然活躍，這是 PCR (聚合酶鏈式反應) 的關鍵特性。然而，DNA 複製在細胞內發生，溫度通常是生理溫度（約 37°C）。DNA 聚合酶在高溫下的活性與其在細胞內複製的準確性無關。這是一個 PCR 相關的特性，而不是細胞內 DNA 複製高保真度的原因。
   • (C) DNA polymerase can couple with the mismatch repair：這是提高保真度的重要原因。

核心觀念

本題考查遺傳密碼的 wobble base pairing（擺動配對）。

一個胺基酸可由多個同義密碼子指定。當同一個胺基酸的密碼子只在第 3 個鹼基不同時，tRNA 反密碼子的第 1 個鹼基（與密碼子第 3 位配對）可利用較寬鬆的擺動配對辨識多個密碼子。

密碼子與反密碼子方向相反：

常見的 wobble 配對包括：

• 反密碼子第 1 位為 G，可與密碼子第 3 位的 C 或 U 配對。
• 反密碼子第 1 位為 I，可與 U、C 或 A 配對。
• 反密碼子第 1 位為 U，可與 A 或 G 配對。

因此，判斷兩個密碼子是否能由同一個 tRNA 讀取，應先確認：

1. 兩者是否指定同一種胺基酸。
2. 差異是否位於密碼子第 3 位。
3. 該第 3 位鹼基差異是否符合 wobble 配對規則。

解題方法

逐一比較各選項的密碼子所指定的胺基酸，並觀察其第 3 位鹼基。

若兩個密碼子只在第 3 位由 C 與 U 互換，則可由反密碼子第 1 位為 G 的同一個 tRNA 辨識。

選項分析

(A) CUU and UUU

• $CUU$ 編碼 Leu（亮胺酸）。
• $UUU$ 編碼 Phe（苯丙胺酸）。

兩者指定不同胺基酸，且第 1、2 位也不同，不屬於同義密碼子，因此不能由同一個 tRNA 讀取。

錯誤。

(B) GAU and GAA

核心觀念

本題考 RNA 干擾（RNA interference, RNAi）如何抑制特定蛋白質的表現。小型 RNA 可依序列互補性辨認目標 mRNA，並與 RNA 誘導沉默複合體（RISC）結合，使目標 mRNA 的翻譯受到抑制，或使 mRNA 被切割、降解。

miRNA 與 siRNA 都參與 RNAi。典型情況下，miRNA 與目標 mRNA 部分互補，常抑制翻譯；siRNA 與目標 mRNA 高度互補，常引導 RISC 切割目標 mRNA。兩者都能降低特定蛋白質的表現，但經典的「抑制翻譯」描述最直接對應 miRNA。

解題方法

先抓題幹的關鍵詞「block translation」，也就是讓目標 mRNA 不被核糖體有效翻譯。接著區分小型 RNA 的作用方式：miRNA 經 RISC 抑制目標 mRNA 的翻譯；siRNA 經 RISC 多半促使目標 mRNA 切割與降解。因此依單選題的典型考法，選 miRNA。

選項分析

• (A) miRNA：正確。 miRNA 與目標 mRNA 通常部分互補，可藉由 RISC 抑制翻譯，降低目標蛋白質的產生。

核心觀念

此題考查遺傳密碼中，信使 RNA（mRNA）的終止密碼子。標準遺傳密碼有三個終止密碼子：$UAA$、$UAG$、$UGA$。它們不指定胺基酸，而是讓核糖體停止翻譯。

解題方法

逐一比對選項與三個終止密碼子。選項中與終止密碼子相同者，就是正確答案。

選項分析

核心觀念

RNA 聚合酶 II（Pol 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）。其保守的七胜肽重複單元為：

哺乳類 CTD 通常含 52 個重複單元，酵母則約 26 個。轉錄進行時，重複序列中的胺基酸會受到不同組合與位置的可逆修飾，尤其是 Ser2、Ser5、Ser7 的磷酸化；這些會隨轉錄階段改變的修飾模式稱為 CTD code。它不是單一固定標記，而是由 CTD 修飾及其組合形成的辨識訊號，供不同蛋白質辨讀與結合。

解題方法

作答時先定義 CTD code，再按照「轉錄階段 → CTD 修飾 → 招募因子 → 基因表現結果」說明其功能。以 Ser5 磷酸化和 Ser2 磷酸化為主軸，串起轉錄起始、RNA 加工與轉錄終止。

CTD code 在基因表現中的角色

1. 調控轉錄起始與延伸轉換
   起始階段，TFIIH 所含的 CDK7 可磷酸化 CTD 的 Ser5；隨 Pol II 進入延伸階段，Ser2 磷酸化逐漸增加，Ser5 磷酸化則逐步降低。這種修飾變化協助 Pol II 從起始轉換至延伸，並改變可與 CTD 結合的調控因子。

2. 促進新生 RNA 的 5′ 加帽
   Ser5 磷酸化 CTD 可招募加帽酵素至轉錄中的 Pol II，使新生 RNA 的 5′ 端在轉錄早期加上帽結構。實驗顯示，Ser5 磷酸化與加帽酵素結合及 RNA 加帽有關。

核心觀念

真核生物蛋白質編碼基因的 RNA polymerase II（Pol II）轉錄終止，與新生前體 mRNA 的 3′端切割與加尾緊密耦合。Pol II 通過多腺苷酸化訊號（polyadenylation signal, PAS）後，會先切開新生 RNA；Pol II 本身仍繼續沿 DNA 轉錄一段距離，之後才從 DNA 模板解離。

解釋此過程的兩個經典模型是：

• 魚雷模型（torpedo model）：RNA 切割後，5′→3′核酸外切酶追上 Pol II，促使其解離。
• 變構模型（allosteric model）：Pol II 通過 PAS 後，延伸複合體的組成或活性改變，使 Pol II 延伸能力下降、容易終止。

現行機制通常以兩者協同來說明：PAS 引發 RNA 切割與延伸狀態改變，XRN2 再促進 Pol II 終止。 機制綜述；整合模型研究

解題方法

作答時沿著轉錄進程說明「PAS 辨識 → RNA 切割 → 魚雷追趕與變構促進 → Pol II 解離」，並交代切割後兩段 RNA 的命運，即可完整呈現終止機制。

1. 辨識 PAS 並招募 3′端加工因子
   Pol II 轉錄出 PAS 後，切割與多腺苷酸化複合體辨識新生 RNA 上的訊號。哺乳類常見 PAS 核心序列為 AAUAAA；切割與多腺苷酸化特異因子 CPSF 及切割刺激因子 CstF 等參與 RNA 的辨識與加工。

2. 切割新生 RNA，產生兩種 3′端命運
   CPSF73 是切割內切核酸酶，在 PAS 下游切開新生 RNA。

核心觀念

本題考查無義突變及抑制型 tRNA如何影響蛋白質轉譯。

遺傳密碼中的 UAG 是終止密碼子之一，稱為 Amber。正常情況下，核糖體遇到終止密碼子時會停止轉譯，並釋放新生多肽。

解題方法

(a) 什麼是 Amber 突變？

Amber 突變是指基因中的密碼子因突變而變成 UAG 終止密碼子的無義突變。轉譯時，核糖體在 UAG 處提早停止，產生截短的蛋白質；若蛋白質因此失去必要功能，就會造成突變表型。

(b) Amber 抑制子如何逆轉其效應？

Amber 抑制子通常是帶有改變型反密碼子的 抑制型 tRNA。它能辨識 mRNA 上的 UAG，並將其配對讀取；例如，反密碼子可寫作 $5′\text{-CUA-}3′$，與 $5′\text{-UAG-}3′$ 配對。

核心觀念

此題考核真核細胞的 5′ 端帽依賴型翻譯，以及脊髓灰質炎病毒（poliovirus）如何利用 內部核糖體進入位點（internal ribosome entry site，IRES）進行不依賴帽子的翻譯。

一般真核細胞 mRNA 的 5′ 端帶有 $m^7G$ 帽，核糖體藉由帽結合起始因子辨識 mRNA。脊髓灰質炎病毒基因體則是正股單股 RNA，可直接作為 mRNA 翻譯；其 5′ 端共價連接病毒蛋白 VPg，沒有典型的 $m^7G$ 帽。

解題方法

先比較兩種 RNA 的 5′ 端結構，再把結構差異連結到翻譯起始方式：

1. 典型細胞 mRNA： 具有 $m^7G$ 帽。帽結合起始因子 eIF4E 辨識帽結構，並經 eIF4F 複合體等因子促進核糖體在 mRNA 5′ 端附近組裝，接著掃描至起始密碼子。
2. 脊髓灰質炎病毒 RNA： 5′ 端連接 VPg，沒有 $m^7G$ 帽，因此不能依賴典型的帽辨識途徑。
3. 病毒 RNA 的 5′ 非轉譯區含有 IRES。

核心觀念

本題比較三種可移動遺傳元件，重點是辨認它們的結構、是否能自行編碼轉位所需蛋白，以及使用的轉位機制。

三者都屬於反轉位子，會先經轉錄產生 RNA，再由反轉錄酶將 RNA 轉成 DNA，插入新的基因組位置，屬於「複製並貼上」式的移動；原本位置的拷貝通常仍保留。

解題方法

可依序比較三個面向：

1. 結構分類：是否由長末端重複序列（LTR）夾住。
2. 自主性：元件自身是否編碼反轉錄及其他轉位所需蛋白。
3. 轉位方式：辨認其反轉錄酶與相關蛋白如何促成新插入。

三類元件比較

核心觀念

本題考查大腸桿菌如何以 LexA–RecA 調控系統感知 DNA 損傷，啟動並關閉 SOS 反應。SOS 反應是一組 DNA 損傷誘導基因的調控網路；其中的跨損傷合成（translesion synthesis, TLS）能讓複製越過受損 DNA，但因聚合酶忠實度較低，會提高突變率。主要相關基因包括 polB（DNA 聚合酶 II）、dinB（聚合酶 IV）與 umuDC（聚合酶 V）。SOS 反應綜述、跨損傷合成聚合酶綜述

解題方法：依「損傷訊號 → 基因去抑制 → 聚合酶活化 → 訊號消退」說明

一、正常狀態：LexA 抑制 SOS 基因

沒有明顯 DNA 損傷時，LexA 抑制蛋白會結合 SOS 基因啟動子附近的 SOS box，抑制相關基因轉錄。這使低保真度修復聚合酶不會持續大量表現。

二、開啟 SOS 反應：RecA 促使 LexA 自我切割*

DNA 損傷阻礙複製叉前進後，細胞內會累積單股 DNA。RecA 結合這些單股 DNA，並形成活化的核蛋白絲，稱為 RecA*。RecA* 具有共蛋白酶作用，能促進 LexA 在特定位點自我切割；RecA 並非直接切斷 LexA。LexA 失去抑制能力並被降解後，SOS 基因解除抑制，開始轉錄。LexA–RecA 調控機制

三、錯誤易發修復的活化：聚合酶 V 受多層控制

SOS 誘導後，細胞會增加多種跨損傷合成聚合酶的表現。聚合酶 V 的活化尤其受到嚴格控制：umuDC 轉錄後產生 UmuD 與 UmuC；RecA* 再促進 UmuD 自我切割，形成 UmuD′。兩個 UmuD′ 與一個 UmuC 組成 UmuD′₂C，並與 RecA、ATP 結合形成有活性的聚合酶 V 突變體複合物（Pol V Mut）。它可在受損 DNA 上進行跨損傷合成，使複製得以繼續，但也增加產生突變的機會。

核心觀念

表觀遺傳調控是指在 DNA 鹼基序列不變 的情況下，藉由改變染色質狀態與基因可近性，調節基因的轉錄量。DNA 較容易被轉錄因子與 RNA 聚合酶接觸時，基因通常較活躍；染色質緊密時，轉錄通常受到抑制。

解題方法

作答時先指出「序列不變、表現改變」的原則，再列出主要機制，說明它們如何改變染色質結構或轉錄機器的可近性：

1. DNA 甲基化：DNA 甲基轉移酶可在胞嘧啶上添加甲基，常見於 CpG 位點。啟動子 CpG 區域的甲基化通常會妨礙轉錄因子結合，並招募甲基化辨識蛋白及染色質抑制因子，使染色質較緊密，降低轉錄。
2. 組蛋白修飾：組蛋白乙醯化通常使染色質較開放，促進轉錄；去乙醯化則常使染色質緊密、抑制轉錄。