113 年 國立成功大學臨床醫學研究所《生物化學》

此題為名詞解釋題，主要測試考生對生物化學與分子生物學領域中常見實驗技術與方法的熟悉程度。

(1) Single-cell RNA sequencing (scRNA-seq)：
單細胞 RNA 定序是一種分析單一細胞基因表現量的技術。傳統的 RNA 定序分析的是一群細胞的平均基因表現，而 scRNA-seq 則能解析細胞群體中的異質性，辨識不同細胞類型、細胞狀態或發育階段的差異。其步驟大致為分離單細胞、反轉錄 RNA 成 cDNA、建構定序文庫，最後進行高通量定序與生物資訊分析。
【答案】分析單一細胞基因表現量的技術，可揭示細胞異質性。

(2) Super resolution microscopy：
超解析度顯微鏡是一種突破光學繞射極限的顯微鏡技術，能觀察到傳統光學顯微鏡無法解析的奈米尺度結構。常見的技術包括 STED (Stimulated Emission Depletion)、PALM (Photoactivated Localization Microscopy) 和 STORM (Stochastic Optical Reconstruction Microscopy) 等。這些技術利用不同的原理，例如激發態耗竭或單分子定位，將影像解析度從傳統的約 200 奈米提高到 10-100 奈米，甚至更高。
【答案】突破光學繞射極限，提供奈米尺度影像解析度的顯微鏡技術。

(3) Transcriptomic analysis：
轉錄體分析是指對細胞或組織中所有 mRNA 分子的總和（即轉錄體）進行全面性的研究。這包括測量基因的表現水準、辨識新的轉錄本、分析剪接變異、比較不同條件下的基因表現差異等。常用的方法有 RNA 定序 (RNA-seq) 和基因微陣列 (microarray)。轉錄體分析有助於理解細胞的生理狀態、疾病機制及藥物反應。
【答案】對細胞或組織中所有 mRNA 分子進行全面性研究，分析基因表現。

(4) Knockout mice：
基因剔除小鼠（Knockout mice）是指透過基因工程技術，使其特定基因失去功能的小鼠。這通常是透過基因打靶 (gene targeting) 技術，將目標基因破壞或替換，使其無法表現出正常的蛋白質。基因剔除小鼠是研究基因功能的重要工具，可以觀察剔除特定基因後對生物體生理、發育及行為造成的影響，進而推斷該基因的功能。
【答案】透過基因工程技術，使其特定基因失去功能的實驗動物小鼠，用於研究基因功能。

(5) Next generation sequencing (NGS)：
次世代定序（Next generation sequencing, NGS），又稱為高通量定序 (High-throughput sequencing)，是一系列先進的 DNA 或 RNA 定序技術

此題為名詞解釋題，旨在測試考生對分子生物學、遺傳學與細胞生物學核心概念的理解。

(1) Wobble hypothesis：
擺動假說 (Wobble hypothesis) 是由 Francis Crick 提出的，用來解釋密碼子簡併性 (codon degeneracy) 的現象。該假說指出，在 mRNA 的密碼子與 tRNA 的反密碼子配對時，前兩個鹼基的配對是嚴格的 Watson-Crick 配對，但第三個鹼基（密碼子的最末端鹼基）的配對則較為寬鬆，允許非標準的鹼基配對（例如 G-U 配對）。這種「擺動」現象使得一個 tRNA 分子可以辨識多個不同的密碼子，減少了所需 tRNA 的種類，也與密碼子的簡併性有關。
【答案】解釋密碼子與反密碼子配對時，第三個鹼基配對較寬鬆的假說，可容納非標準鹼基配對。

(2) Replication fork：
複製叉 (Replication fork) 是 DNA 複製過程中，雙股 DNA 解旋後形成的 Y 形結構。在複製叉處，DNA 解旋酶 (helicase) 會解開雙股螺旋，暴露模板鏈，然後 DNA 聚合酶 (DNA polymerase) 等酶會沿著模板鏈合成新的 DNA 鏈。複製叉是 DNA 複製進行的實際場所，其移動方向決定了 DNA 合成的方向。由於 DNA 合成方向為 5' 到 3'，因此在複製叉處，一條鏈（領導鏈, leading strand）可以連續合成，另一條鏈（延遲鏈, lagging strand）則需要以岡崎片段 (Okazaki fragments) 的形式不連續合成。
【答案】DNA 複製過程中，雙股 DNA 解旋後形成的 Y 形結構，是 DNA 合成進行的場所。

(3) Topoisomerase：
拓樸異構酶 (Topoisomerase) 是一類能夠改變 DNA 拓樸結構的酶。DNA 在複製、轉錄、重組等過程中會產生超螺旋 (supercoiling) 和纏繞 (tangling)。拓樸異構酶透過切斷 DNA 鏈，允許 DNA 結構進行重組，然後再將 DNA 鏈重新連接，從而緩解 DNA 的超螺旋應力，維持 DNA 的穩定性與可操作性。有兩種類型的拓樸異構酶：第一型（Type I）只切斷單股 DNA，第二型（Type II）則切斷雙股 DNA。
【答案】能改變 DNA 拓樸結構的酶，透過切斷與再連接 DNA 鏈來緩解超螺旋應力。

(4) Okazaki fragment：
岡崎片段 (Okazaki fragment) 是在 DNA 複製過程中，延遲鏈 (lagging strand) 上不連續合成的短 DNA 片段。由於 DNA 聚合酶只能沿 5' 到 3' 方向合成 DNA，而延遲鏈的模板鏈是反向的，因此 DNA 合成必須以短片段的方式進行，每個片段的起始都需要一個 RNA 引子 (primer)。

此題分為兩小題，第一小題要求解釋「自噬作用」，第二小題則比較「自噬作用」與「泛素-蛋白酶體系統 (UPS)」的差異。

第一小題：What is autophagy?
自噬作用 (Autophagy)，字面意思是「自我吞噬」，是一種細胞內維持穩態的關鍵過程。在此過程中，細胞會將受損的胞器、長壽命的蛋白質、入侵的病原體等細胞內成分包裹在雙層膜結構的自噬體 (autophagosome) 中。隨後，自噬體會與溶酶體 (lysosome) 融合，其內容物在溶酶體內的酸性環境和水解酶作用下被降解，分解的產物（如胺基酸、脂肪酸）可以被細胞回收再利用。自噬作用在細胞的營養代謝、清除廢物、維持細胞健康以及應對壓力（如飢餓）方面扮演重要角色。
【答案】細胞內將受損胞器、蛋白質等成分包裹於自噬體，再與溶酶體融合降解以回收再利用的過程。

第二小題：What are the differences between autophagy and ubiquitin-proteasome system (UPS)?
自噬作用 (Autophagy) 和泛素-蛋白酶體系統 (Ubiquitin-Proteasome System, UPS) 都是細胞內重要的蛋白質降解途徑，但它們的目標底物、作用機制和應用範圍有所不同：

1. 目標底物 (Target Substrates)：
   • 自噬作用：主要負責降解大分子聚集物、長壽命蛋白質、受損的胞器（如粒線體、內質網）、細胞質中的異常蛋白質團塊，以及入侵的病原體。其底物通常是細胞質中的大體積或聚集態物質。

此題分為兩小題，第一小題要求定義「單核苷酸多型性」，第二小題則探討其在醫學上的重要性與應用。

第一小題：What is single-nucleotide polymorphism (SNP)?
單核苷酸多型性 (Single-nucleotide polymorphism, SNP)，發音為 "snip"，是指在基因體序列中，單一核苷酸鹼基（A、T、C 或 G）發生變異，且這種變異在人群中頻率達到或超過 1% 的現象。例如，在基因組的某個特定位置，一部分人是腺嘌呤 (A)，而另一部分人是鳥嘌呤 (G)。SNP 是基因體中最常見的遺傳變異形式，平均每 1000 個鹼基對就可能出現一個 SNP。
【答案】基因體序列中，單一核苷酸鹼基發生變異，且在人群中頻率超過 1% 的現象。

第二小題：Please describe its importance and application in medicine.
單核苷酸多型性 (SNP) 在醫學領域具有極其重要的價值，其應用廣泛，主要包括：

1. 疾病關聯性研究 (Disease Association Studies)：
   許多疾病，尤其是複雜性疾病（如糖尿病、心臟病、癌症、阿茲海默症等），與多個基因的遺傳變異有關。透過全基因體關聯性研究 (Genome-Wide Association Studies, GWAS)，科學家可以篩選出與特定疾病發生風險顯著相關的 SNP。