113 年 國立臺灣海洋大學食品科學系碩士班生物科技組《分子生物學》

此題主要在考驗學生對於真核生物與原核生物在轉錄調控上的差異性理解。

真核生物與原核生物轉錄調控的主要差異：

1. 細胞核結構：

   • 真核生物： 轉錄發生在細胞核內，而轉譯發生在細胞質。這兩個過程在空間和時間上是分離的，為更複雜的調控機制提供了可能。
   • 原核生物： 轉錄和轉譯同時發生在細胞質中，因為沒有細胞核。

2. 啟動子結構與調控因子：

   • 真核生物： 啟動子通常更複雜，包含核心啟動子（如 TATA box）和近端啟動子。調控因子（轉錄因子）種類繁多，包括基礎轉錄因子（GTFs）、特異性轉錄因子（activators and repressors）等，這些因子與增強子（enhancers）和沉默子（silencers）等遠端調控元件結合，影響轉錄起始。
   • 原核生物： 啟動子相對簡單，通常包含 -10 區域（Pribnow box）和 -35 區域。調控主要依賴於 σ 因子與 RNA 聚合酶的結合，以及一些與啟動子鄰近或結合於操作子（operator）上的調節蛋白（activators and repressors）。

3. 轉錄因子結合位點：

   • 真核生物： 轉錄因子可以結合於啟動子附近的順式作用元件，也可結合於數千鹼基對之外的遠端調控元件（如增強子、沉默子），這些元件可與轉錄起始複合體進行三維互動。
   • 原核生物： 調節蛋白通常直接結合於啟動子附近的特定序列，如操作子，或與啟動子本身的特定區域互動。

4. RNA 聚合酶：

   • 真核生物： 存在多種類型的 RNA 聚合酶（Pol I, Pol II, Pol III 等），分別負責轉錄不同類型的 RNA（rRNA, mRNA, tRNA 等）。Pol II 主要負責 mRNA 的轉錄。
   • 原核生物： 通常只有一種 RNA 聚合酶，負責轉錄所有類型的 RNA，但其活性可通過不同的 σ 因子來調節。

5. 轉錄後修飾：

   • 真核生物： mRNA 前體（pre-mRNA）在轉譯前需要經過複雜的轉錄後修飾，包括 5' 端加帽（capping）、3' 端加聚腺苷酸尾（polyadenylation）和內含子剪接（splicing）。這些修飾對 mRNA 的穩定性、運輸和轉譯至關重要，也是調控的一部分。
   • 原核生物： mRNA 通常在轉錄完成後立即進行轉譯，不需要進行剪接或加帽等複雜修飾。

此題考查發育生物學中的「位置資訊」概念及其在形態發生中的作用。

位置資訊 (Positional Information)：

位置資訊是指在發育過程中，細胞獲得的關於其在胚胎中「位置」的訊號。這些訊號使得細胞能夠根據其所處的空間位置，做出不同的分化決定，進而形成複雜的組織和器官結構，最終建立正確的身體藍圖（pattern formation）。

位置資訊在形態發生中的作用：

1. 細胞分化： 細胞接收到的位置資訊會影響其基因表現，誘導細胞朝特定方向分化。例如，在胚胎發育早期，細胞可能尚未分化，但一旦接收到特定位置的訊號，就可能開始表現出與其位置相符的特徵，例如成為神經細胞、皮膚細胞或肌肉細胞。
2. 細胞命運決定： 位置資訊幫助細胞確定其最終的細胞命運。即使兩個細胞在遺傳上相同，但如果它們位於胚胎中的不同位置，接收到的位置資訊不同，它們的發育軌跡也可能完全不同。
3. 建立軸向和梯度： 位置資訊通常以化學梯度（morphogen gradients）的形式傳遞。某些分子（morphogens）在胚胎的一端高濃度，向另一端遞減，形成濃度梯度。細胞根據其接收到的 morphogen 濃度來判斷自己的位置，並依此做出分化反應。

此題考查對 CRISPR-Cas 系統的理解，特別是其在原核生物（以大腸桿菌 E. coli 為例）中抵抗病毒感染的功能。

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)：

CRISPR 是一種存在於細菌和古細菌基因組中的重複序列區域。這些重複序列之間夾雜著稱為「间隔區」（spacer）的短 DNA 片段。這些間隔區序列通常與過去感染過該細菌的病毒（噬菌體）或質粒的 DNA 序列相匹配。

CRISPR 系統與一系列 CRISPR 相關（Cas）基因共同作用，形成一種適應性免疫系統，能夠記憶並抵抗重複感染。

CRISPR 系統在 E. coli 中抵抗病毒感染的機制：

CRISPR 系統在細菌中的作用可以分為三個主要階段：

1. 適應階段 (Adaptation)：

   • 當細菌（如 E. coli）首次遭遇病毒感染時，病毒 DNA 會被細菌自身的酶切割成小片段。
   • 其中一部分病毒 DNA 片段（稱為「先導序列」protospacer）會被特定的 Cas 酶（如 Cas1 和 Cas2）識別並整合到細菌染色體上 CRISPR 區域的間隔區（spacer）中。
   • 這個過程相當於細菌「記憶」了病毒的 DNA 序列。間隔區序列的添加是定向的，通常添加到 CRISPR 區域的「首端」（leader-proximal end）。

2. 表達階段 (Expression)：

   • CRISPR 區域被轉錄成一個長 RNA 分子（pre-crRNA）。
   • 這個 pre-crRNA 會被 Cas 酶（如 Cas9, Cas12 等，具體種類依 CRISPR 系統類型而異）切割，產生一系列包含間隔區序列和部分重複序列的短 RNA 分子，稱為 CRISPR RNA (crRNA)。
   • 同時，與 CRISPR 區域相鄰的 Cas 基因也會被轉錄和轉譯，產生 Cas 蛋白。

此題要求繪製核苷酸的結構，並標示出核苷、鹼基、糖和酸（磷酸基）等組成部分。

核苷酸 (Nucleotide) 的結構：

核苷酸是核酸（DNA 和 RNA）的基本單元。一個核苷酸由三個主要部分組成：

1. 含氮鹼基 (Nitrogenous Base)： 這是核苷酸的「頭部」，包含一個或多個氮原子。
2. 五碳糖 (Pentose Sugar)： 這是核苷酸的「腰部」，可以是核糖（RNA 中）或去氧核糖（DNA 中）。
3. 磷酸基 (Phosphate Group)： 這是核苷酸的「尾部」，通常是一個或多個磷酸分子，通過磷酸二酯鍵連接到糖的 5' 碳原子上。

核苷 (Nucleoside)：

核苷是由含氮鹼基通過 N-糖苷鍵連接到五碳糖的 1' 碳原子上形成的結構。它不包含磷酸基。

鹼基、糖和酸的標示：

在繪製結構圖時，需要清晰地標示出：

• 含氮鹼基： 根據是 DNA 還是 RNA，可以是腺嘌呤 (A)、鳥糞嘌呤 (G)、胞嘧啶 (C)、胸腺嘧啶 (T)（僅 DNA）或尿嘧啶 (U)（僅 RNA）。
• 五碳糖：
  • 核糖 (Ribose)： 在 2' 碳原子上帶有羥基 (-OH)。
  • 去氧核糖 (Deoxyribose)： 在 2' 碳原子上缺少一個氧原子，只有氫原子 (-H)。
• 磷酸基 (Phosphate Group)： 連接在五碳糖的 5' 碳原子上。

結構圖（以去氧腺苷酸 dAMP 為例，DNA 的一個組成單位）：

以下是核苷酸結構的文字描述，繪圖時請參照：

此題考查 DNA 甲基化在基因調控中的作用以及表觀遺傳學 (Epigenetics) 的定義。

DNA 甲基化 (DNA Methylation)：

DNA 甲基化是指在 DNA 分子上，特別是胞嘧嘧啶 (Cytosine) 的第五個碳原子上，添加一個甲基 (-CH₃) 基團的生化過程。在哺乳動物中，絕大多數的 DNA 甲基化發生在 CpG 二核苷酸序列（胞嘧啶後面跟著鳥糞嘌呤）上，這些 CpG 位點常常成簇存在於基因的啟動子區域，形成 CpG islands。

DNA 甲基化的主要功能：

1. 基因沉默 (Gene Silencing)：

   • 直接阻礙轉錄因子結合： 甲基化會改變 DNA 的構象，特別是在 CpG islands 區域，甲基化可以物理性地阻礙轉錄因子（如基礎轉錄因子）與啟動子區域的結合，從而抑制基因的轉錄。
   • 招募抑制性蛋白： 甲基化後的 DNA 可以被特定的蛋白質（如甲基 CpG 結合蛋白，MBDs）識別和結合。這些 MBDs 接著可以招募組蛋白去乙醯化酶（HDACs）等輔助阻遏蛋白（co-repressors），導致組蛋白去乙醯化，進一步壓縮染色質結構，形成緊密的異染色質 (heterochromatin)，使得 DNA 更難以被轉錄機器接觸，從而實現基因沉默。

2. 染色質結構的穩定與重塑： DNA 甲基化是維持基因組穩定性和調控染色質結構的重要機制。它與組蛋白修飾協同作用，共同決定哪些基因區域是開放的（euchromatin, 易於轉錄）或緊密的（heterochromatin, 難以轉錄）。

3. 基因組印記 (Genomic Imprinting)： 在某些基因中，只有來自父方或母方的一個拷貝會被表達，另一個拷貝則被沉默。這種印記很大程度上依賴於 DNA 甲基化模式，確保了單親來源基因的沉默。

此題考查人類基因組的結構和組織方式。

人類基因組的結構與組織：

人類基因組是構成人類個體遺傳信息的總和，它包含在細胞核內（絕大部分）和細胞質中的線粒體內。這裡主要討論細胞核內的基因組。

1. 總體規模：

• 人類基因組約包含 30 億對鹼基 (base pairs, bp)。
• 其中，只有約 1-2% 的 DNA 序列編碼蛋白質（外顯子），其餘大部分是非編碼 DNA。

2. 染色體結構：

• 人類細胞核內有 23 對染色體：22 對常染色體 (autosomes) 和 1 對性染色體 (sex chromosomes, XX 為女性，XY 為男性)。
• 每條染色體都是一個高度濃縮的 DNA 分子，與蛋白質（主要是組蛋白）緊密結合，形成染色質 (chromatin)。
• 染色質進一步螺旋化、摺疊，在細胞分裂中期形成可見的染色體形態。

3. DNA 序列組成：

• 編碼序列 (Coding Sequences)： 佔基因組的小部分，包括外顯子 (exons)，這些區域最終被轉譯成蛋白質。
• 非編碼序列 (Non-coding Sequences)： 佔基因組的大部分，包括：
  • 內含子 (Introns)： 位於基因內部，在轉錄後需要通過剪接被去除，不參與蛋白質編碼。
  • 啟動子 (Promoters) 和增強子 (Enhancers)： 調控基因轉錄的區域。
  • 重複序列 (Repetitive Sequences)： 佔基因組的很大一部分，包括：
    • 串聯重複序列 (Tandem Repeats)： 例如微衛星 (microsatellites) 和小衛星 (minisatellites)，用於 DNA 指紋識別。
    • 散佈重複序列 (Dispersed Repeats)： 如轉座子 (transposable elements)，包括長散佈核元件 (LINEs) 和短散佈核元件 (SINEs)，約佔基因組的 45%。

此題考查原核生物轉錄過程的機制，包括起始、延伸和終止三個階段。

原核生物的轉錄 (Transcription in Prokaryotes)：

原核生物的轉錄過程發生在細胞質中，由一種 RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 完成。該過程可以分為三個主要階段：起始 (Initiation)、延伸 (Elongation) 和終止 (Termination)。

1. 起始 (Initiation)：

• RNA 聚合酶與 σ 因子 (σ factor)： 原核 RNA 聚合酶由核心酶 (core enzyme) 和 σ 因子組成。核心酶包含催化活性，而 σ 因子負責識別啟動子 (promoter) 序列。
• 識別啟動子： σ 因子與核心酶結合形成全酶 (holoenzyme)。全酶會尋找並結合到 DNA 模板鏈上特定序列的啟動子區域。原核生物啟動子通常包含兩個關鍵的保守序列：
  • -35 區域： 通常是 TTGACA 序列，σ 因子在此處與 DNA 結合。
  • -10 區域 (Pribnow box)： 通常是 TATAAT 序列，位於轉錄起始點上游約 10 個鹼基對處。全酶結合後，會在此區域打開 DNA 雙螺旋，形成一個「開放的轉錄泡」(transcription bubble)。
• 形成轉錄泡與起始複合體： 在 -10 區域打開 DNA 後，RNA 聚合酶與啟動子形成一個起始複合體 (initiation complex)。
• 起始轉錄： RNA 聚合酶開始在模板鏈上合成第一段 RNA。最初合成的幾十個核苷酸可能容易脫落（不穩定起始），這是起始階段的特徵。一旦 RNA 鏈長度達到一定程度（通常約 10-15 個核苷酸），σ 因子就會從 RNA 聚合酶上脫落。

2. 延伸 (Elongation)：

• σ 因子脫落： 脫落 σ 因子後，核心酶獨立地在 DNA 模板鏈上移動，沿著 3' 到 5' 方向解開 DNA 雙螺旋，並在 5' 到 3' 方向合成 RNA。
• 合成 RNA 鏈： RNA 聚合酶催化核糖核苷三磷酸 (NTPs) 的聚合反應，將其添加到 RNA 鏈的 3' 端。新合成的 RNA 鏈與 DNA 模板鏈的序列互補（U 替代 T）。

此題考查對遺傳密碼中「擺動配對」(wobble base pairing) 概念的理解與舉例。

擺動配對 (Wobble Base Pairing)：

擺動配對是指在轉譯過程中，攜帶密碼子的 mRNA 密碼子第三個位置 (3' end) 與攜帶反密碼子 (anticodon) 的 tRNA 第一個位置 (5' end) 之間的鹼基配對，可以比標準的 Watson-Crick 配對更為靈活。這種靈活性允許一個 tRNA 分子識別多個 mRNA 密碼子。

在標準的 Watson-Crick 配對中，A 與 U 配對，G 與 C 配對。但在擺動配對中，tRNA 反密碼子的第一個鹼基（位於 5' 端）可以與 mRNA 密碼子的第三個鹼基（位於 3' 端）發生非標準的配對。

擺動配對的規則：

擺動配對的主要規則是由 Francis Crick 提出的，其靈活的配對如下：

• tRNA 反密碼子的 5' 端的鹼基	mRNA 密碼子的 3' 端的鹼基
  G	C 或 U
  U	A 或 G
  I (Inosine)	A, U, 或 C

• 注意：

  • C 只能與 G 配對。
  • A 只能與 U 配對。
  • （在一些情況下，C 也可以與 G 配對；A 也可以與 U 配對；但這不是擺動配對的重點，而是標準配對的延伸。擺動現象主要體現在 tRNA 的 5' 端鹼基的靈活性。）

擺動配對的意義：

• 減少 tRNA 的數量： 由於擺動配對的存在，細胞只需要相對較少種類的 tRNA 分子，就能識別所有 64 個密碼子中的大部分。如果沒有擺動配對，則需要 61 個 tRNA 分子（每個編碼胺基酸的密碼子一個）來識別所有胺基酸。
• 節省細胞資源： 減少 tRNA 的種類，節省了細胞合成和維持這些 tRNA 的能量和資源。

舉例：

此題要求描述原核生物核糖體的組成和功能。

原核生物核糖體 (Prokaryotic Ribosomes)：

原核生物的核糖體是細胞質中負責蛋白質合成（轉譯）的細胞器。它們是 RNA 和蛋白質的複合物，其結構和組成與真核生物的核糖體有所不同，尤其是在大小和某些組分上。

組成 (Composition)：

原核生物核糖體的大小為 70S，由兩個亞基 (subunits) 組成：

1. 大亞基 (Large Subunit)： 50S 亞基

   • 由 2 個 rRNA 分子組成：
     • 23S rRNA (約 2900 個核苷酸)
     • 5S rRNA (約 120 個核苷酸)
   • 由 34 種不同的蛋白質組成。

2. 小亞基 (Small Subunit)： 30S 亞基

   • 由 1 個 rRNA 分子組成：
     • 16S rRNA (約 1540 個核苷酸)
   • 由 21 種不同的蛋白質組成。

總結組成：

• rRNA： 佔核糖體總質量的約 2/3，是核糖體結構和催化活性的主要成分。16S rRNA 在小亞基中負責識別 mRNA 的起始密碼子，23S rRNA 在大亞基中具有肽酰轉移酶 (peptidyl transferase) 的活性，催化肽鍵的形成。
• 蛋白質： 佔核糖體總質量的約 1/3，負責維持核糖體的結構穩定性，並參與與 mRNA、tRNA 和其他翻譯因子的相互作用。

功能 (Function)：

原核生物核糖體的核心功能是蛋白質合成 (Protein Synthesis)，即轉譯 (Translation)。這個過程涉及將 mRNA 分子上的遺傳密碼轉譯成特定胺基酸序列的蛋白質。其主要功能步驟包括：

1. mRNA 結合： 30S 小亞基通過其 16S rRNA 中的特定序列（通常是 Shine-Dalgarno 序列）識別並結合到 mRNA 的起始位點（通常是 A

此題考查對基因改造食品 (Genetically Modified Food, GMO Food) 的定義及相關實例的了解。

基因改造食品 (Genetically Modified Food, GMO Food) 的定義：

基因改造食品是指利用基因工程技術，將來自另一物種的基因（或對原有基因進行改造）轉入某種生物（通常是農作物），使其獲得新的、預期中的性狀，然後將這種生物體或其部分作為食物來源的食品。

簡單來說，就是通過人工手段改變生物體的基因，使其產生我們想要的特徵，然後用這些生物體來生產食品。這些改變的基因可以是外來的，也可以是對自身基因的修改。

基因改造食品的目標：

基因改造的農作物通常被期望具有以下一種或多種性狀：

• 抗蟲性 (Insect Resistance)： 能夠抵抗特定的農業害蟲，減少農藥使用。
• 抗除草劑性 (Herbicide Tolerance)： 能夠耐受特定除草劑，方便農民清除雜草。
• 抗病性 (Disease Resistance)： 能夠抵抗病毒、細菌或真菌的感染。
• 營養成分改良 (Nutritional Enhancement)： 提高某些營養素的含量，例如維生素 A (如黃金米)。
• 改善儲存性 (Improved Shelf Life)： 延長保鮮期，減少損耗。
• 耐逆境性 (Stress Tolerance)： 能夠在乾旱、鹽鹼等惡劣環境下生長。

基因改造食品的例子：

許多基因改造農作物已被廣泛種植和商業化，其產品或加工品進入了食品供應鏈。一些常見的例子包括：

1. 基因改造玉米 (Genetically Modified Corn)：
   • 抗蟲玉米 (Bt Corn)： 轉入了蘇雲金芽孢桿菌 (Bacillus thuringiensis, Bt) 的基因，該基因編碼一種殺蟲蛋白，能有效殺死某些鱗翅目害蟲。

此題考查聚合酶鏈式反應 (Polymerase Chain Reaction, PCR) 的原理和操作步驟。

聚合酶鏈式反應 (Polymerase Chain Reaction, PCR) 的原理：

PCR 是一種體外 DNA 體外複製技術，可以在短時間內將目標 DNA 片段進行指數級的擴增。其核心原理是模擬細胞內的 DNA 複製過程，但通過控制溫度循環來實現。PCR 的關鍵在於利用兩種寡核苷酸引物 (primers) 來特異性地識別和結合目標 DNA 序列的兩側，然後利用一種耐高溫的 DNA 聚合酶（如 Taq 聚合酶）在引物之間進行 DNA 的指數級複製。

PCR 的主要組成成分：

1. DNA 模板 (DNA Template)： 含有目標 DNA 序列的 DNA 分子。
2. 引物 (Primers)： 兩個短的、單鏈的 DNA 分子，序列特異性地設計來結合目標 DNA 序列的兩端（正鏈和負鏈的互補區域）。
3. DNA 聚合酶 (DNA Polymerase)： 一種能夠在 DNA 模板上合成新 DNA 鏈的酶。PCR 通常使用耐高溫的酶，如 Taq 聚合酶（來自 Thermus aquaticus）。
4. dNTPs (deoxynucleotide triphosphates)： DNA 合成的四種基本單元（dATP, dGTP, dCTP, dTTP）。
5. 緩衝液 (Buffer)： 提供適宜的 pH 和離子環境，以支持 DNA 聚合酶的活性。

PCR 的操作步驟 (Procedures)：

PCR 過程通過重複進行三個基本的溫度循環步驟來實現 DNA 的指數級擴增：

1. 變性 (Denaturation)：
   • 溫度： 約 94-98°C。
   • 目的： 在高溫下，DNA 雙鏈會解開，形成單鏈。這為引物結合到模板上提供了機會。
   • 時間： 通常 15-30 秒。

此題考查 mRNA 的 A-to-I RNA 編輯機制，包括其生理作用和催化酶。

mRNA A-to-I RNA 編輯 (mRNA A-to-I RNA Editing)：

A-to-I RNA 編輯是哺乳動物中最常見的一種 RNA 編輯現象。它指的是在 RNA 分子中，腺苷 (Adenosine, A) 被一種酶催化轉化為次黃嘌呤 (Inosine, I)。由於在轉譯過程中，次黃嘌呤 (I) 的配對行為與鳥嘌呤 (G) 相似，因此 A-to-I 編輯在 mRNA 中會導致密碼子的改變，進而影響所轉譯蛋白質的胺基酸序列。

催化酶 (Catalytic Enzyme)：

A-to-I RNA 編輯主要由一類稱為 ADAR (Adenosine Deaminases Acting on RNA) 的酶催化。ADAR 酶是一類 RNA 編輯酶，它們識別特定的 RNA 序列，並在其中進行 A→I 的脫氨基反應。

• ADAR 家族： 哺乳動物中有三個 ADAR 基因：ADAR1、ADAR2 和 ADAR3。

  • ADAR1： 在體內表達最廣泛，對雙鏈 RNA (dsRNA) 具有高度親和力，能夠編輯多種 RNA，包括 mRNA、miRNA 和病毒 RNA。
  • ADAR2： 主要在神經系統中表達，對特定序列的 RNA 具有更高的選擇性。
  • ADAR3： 在神經系統中表達，但其催化活性較弱，可能作為一種調節因子。

• 作用機制： ADAR 酶通過識別 RNA 上的特定雙鏈結構（通常是由 RNA 本身形成或與互補 RNA 形成）來定位編輯位點。一旦定位，ADAR 酶會催化 A 的氨基（-NH₂）水解，形成酮基（=O），從而將 A 轉變為 I。

生理作用 (Physiological Role)：

A-to-I RNA 編輯在生物體內具有多方面的生理作用：

1. 蛋白質功能多樣化：
   • 改變胺基酸序列： A-to-I 編輯可以將一個密碼子轉化為另一個，從而改變蛋白質的胺基酸序列。例如，在神經遞質受體（如 AMPA 受體）的 mRNA 中，編輯可以改變離子通道的通透性，影響神經信號傳導。

此題考查由 RNA 誘導的沉默複合體 (RNA-Induced Silencing Complex, RISC) 介導的基因沉默途徑。這主要與 RNA 干擾 (RNA Interference, RNAi) 有關。

RNA 誘導的沉默複合體 (RISC) 介導的基因沉默途徑：

RNA 誘導的沉默複合體 (RISC) 是一個關鍵的分子機器，它利用小 RNA 分子（如小干擾 RNA, siRNA 或微小 RNA, miRNA）來識別並沉默目標 mRNA，從而達到基因沉默的目的。這個過程是 RNAi 的核心。

主要組分：

• 小 RNA 分子： 這是 RISC 的「嚮導」，可以是 siRNA 或 miRNA。
  • siRNA (Small Interfering RNA)： 通常是雙鏈 RNA，來源於外源性的雙鏈 RNA（如病毒 RNA）或實驗室合成的雙鏈 RNA。
  • miRNA (MicroRNA)： 來源於細胞內自身轉錄的基因，最初形成稱為 pri-miRNA 的長鏈，經過進一步加工形成 pre-miRNA，最終形成成熟的雙鏈 miRNA。
• Argonaute (Ago) 蛋白： RISC 的核心組分，是 RNA 結合蛋白，並且具有核酸酶活性（在某些情況下）。Ago 蛋白結合小 RNA，並利用其來尋找互補的靶標 mRNA。
• 其他輔助蛋白： RISC 的組裝和功能還可能涉及其他蛋白質，如 Dicer（用於切割雙鏈 RNA 成小 RNA）和 RISC 組裝因子。

基因沉默途徑的步驟：

1. 小 RNA 的產生：

   • siRNA 途徑： 外源性 dsRNA 或內源性 dsRNA 被 Dicer 酶切割成約 21-25 個鹼基對的 dsRNA 小分子，即 siRNA。
   • miRNA 途徑： pri-miRNA 在細胞核中被 Drosha-DGCR8 複合物處理成 pre-miRNA。Pre-miRNA 被輸出到細胞質，在那裡被 Dicer 切割成約 21-25 個鹼基對的雙鏈 miRNA。

2. RISC 的組裝：

   • Dicer 將雙鏈小 RNA（siRNA 或 miRNA）切割後，其中一個鏈（通常是較少與 Ago 蛋白結合的鏈，稱為乘客鏈 passenger strand）會被降解或丟棄。
   • 另一個鏈（稱為導向鏈 guide strand）與 Argonaute (Ago) 蛋白結合，形成一個功能性的 RISC 複合體。Ago 蛋白是 RISC 的核心，它攜帶著導向鏈小 RNA。

此題考查核小體 (Nucleosome) 的結構、起源和生物學功能。

核小體 (Nucleosome)：

核小體是真核生物染色質結構的基本重複單元，它是 DNA 纏繞在蛋白質核心周圍形成的結構。核小體的存在是 DNA 高度濃縮和有效包裝的關鍵。

結構 (Structure)：

一個典型的核小體由兩部分組成：

1. 蛋白質核心 (Protein Core)：

   • 由八個組蛋白 (histone) 分子組成，形成一個蛋白質八聚體 (histone octamer)。
   • 這八個組蛋白是：兩個 H2A，兩個 H2B，兩個 H3，和兩個 H4。
   • 所有這些組蛋白都帶有豐富的帶正電的氨基酸殘基（如賴氨酸和精氨酸），能夠與帶負電的 DNA 骨架形成離子鍵，從而穩定結合。
   • DNA 雙螺旋大約纏繞在蛋白質核心的外部，形成約 1.65 圈（約 147 個鹼基對）。這種纏繞是左手螺旋方向的。

2. 連接 DNA (Linker DNA)：

   • 在相鄰的核小體蛋白質核心之間，DNA 分子會延伸出來，形成一段稱為連接 DNA 的區域。
   • 連接 DNA 的長度在不同生物或不同基因區域可能有所不同，通常約 20-60 個鹼基對。

3. H1 組蛋白 (H1 Histone)：

   • 在某些情況下，一個 H1 組蛋白分子會結合在核小體外部，位於 DNA 纏繞進入和離開蛋白質核心的位置。
   • H1 組蛋白被認為有助於進一步壓縮核小體，促進形成更高級的染色質結構（如 30 nm 纖維），並可能在基因調控中起作用。

起源 (Origin)：

• 組蛋白的起源： 組蛋白基因在真核生物的演化過程中高度保守。它們是相對小的蛋白質，在所有真核生物中都普遍存在，表明它們在維持基因組結構上的基本重要性。
• 核小體的形成： 核小體的形成是一個自發的過程，DNA 能夠在組蛋白八聚體的表面纏繞。這個過程在細胞核內持續進行，確保細胞分裂後，每個子細胞都能獲得足夠的 DNA 和組蛋白來構建新的染色質。

生物學功能 (Biological Roles)：

核小體在真核細胞中扮演著至關重要的角色：

此題考查稀有密碼子 (rare codons) 的定義以及其在蛋白質表達中引發的「密碼子使用問題」(codon usage problem)。

稀有密碼子 (Rare Codons)：

稀有密碼子是指在某種生物的遺傳密碼表中，其對應的胺基酸由相對較少數量的密碼子編碼，或者在該生物體內，編碼這些密碼子的 tRNA 豐度非常低。

更具體地說，雖然遺傳密碼有 64 個密碼子，但它們並非在所有生物體內都以相同的頻率被使用，或者說，並非所有生物體內都擁有足夠數量的、攜帶相應反密碼子的 tRNA 來高效識別所有這 64 個密碼子。

• 定義： 在特定生物體內，使用頻率極低、或缺乏相應 tRNA 的密碼子，即為稀有密碼子。
• 常見情況： 許多生物體對某些胺基酸有偏好的編碼方式，例如，某些胺基酸有多個密碼子，但該生物體最常使用的是其中一兩個。而那些不常用的密碼子，就變成了稀有密碼子。

密碼子使用問題 (Codon Usage Problem)：

密碼子使用問題是指在異源表達（將一個物種的基因轉移到另一個物種中進行表達）的過程中，由於兩種生物體對密碼子的使用偏好不同，導致目標基因在宿主細胞中表達效率低下或蛋白質產生錯誤的問題。

原因：

1. tRNA 豐度差異： 不同的生物體擁有的 tRNA 種類和豐度不同。如果一個基因（特別是外源基因）包含大量宿主生物體中 tRNA 豐度很低的稀有密碼子，那麼在轉譯過程中，核糖體在遇到這些稀有密碼子時，會頻繁地停滯，等待稀有的