111 年 國立臺灣大學免疫學研究所《基礎分子生物學》

此題考驗對 DNA 突變原的認識。突變原是指能引起 DNA 序列改變的物理或化學因子。
(A) 熱：高溫可能導致 DNA 鹼基脫氨基、嘧啶二聚體形成等，進而引起突變。
(B) 紫外線 (UV)：UV 光，尤其是 UV-B，會導致相鄰嘧啶鹼基形成環丁烷嘧啶二聚體 (cyclobutane pyrimidine dimers, CPDs)，這是最常見的 UV 誘導 DNA 損傷，若修復不當會導致突變。
(C) 溴化乙錠 (Ethidium bromide)：這是一種嵌入劑 (intercalating agent)，可以插入 DNA 雙股螺旋的鹼基對之間，導致 DNA 複製時發生插入或刪除突變 (insertion/deletion mutations)，形成移碼突變 (frameshift mutations)。

此題考驗對細菌 DNA 修復機制的了解，特別是哪些機制是「容易出錯」(error-prone) 的。
DNA 修復機制可分為兩大類：忠實性修復 (error-free) 和易錯性修復 (error-prone)。易錯性修復通常是細胞在面對大量 DNA 損傷、面臨死亡威脅時，為了生存而採取的權宜之計，其修復過程可能引入新的突變。

(A) 光復活 (Photoreactivation)：這是針對嘧啶二聚體的一種光依賴性修復機制，由光復活酶 (photolyase) 催化，直接逆轉 CPD 的形成，是忠實性修復。
(B) 切除修復 (Excision repair)：包括核苷酸切除修復 (nucleotide excision repair, NER) 和鹼基切除修復 (base excision repair, BER)。這兩種機制都是非常忠實的，能準確移除受損鹼基或核苷酸並進行替換。

此題考驗對 DNA 複製過程中岡崎片段 (Okazaki fragments) 的理解。岡崎片段是 DNA 複製中滯後股 (lagging strand) 上合成的短 DNA 片段。

(A) 短 RNA 引物 (primers) 是 DNA 聚合酶開始合成 DNA 所必需的，由引物酶 (primase) 合成，而不是岡崎片段本身的描述。岡崎片段是 DNA。
(B) 岡崎片段是 DNA 聚合酶在滯後股上，沿著 5' 到 3' 方向合成的短 DNA 片段，因為滯後股的合成方向與複製叉的移動方向相反，需要不斷合成新的引物並從引物開始合成短片段。這是岡崎片段的正確描述。

此題考驗對細菌 DNA 複製所需酶的認識。

(A) DNA gyrase (或稱 DNA topoisomerase II)：在細菌 DNA 複製中至關重要，它通過引入負超螺旋來減輕 DNA 超螺旋的扭曲，防止 DNA 在複製過程中纏繞打結。
(B) RNA primase：負責合成 DNA 複製所需的 RNA 引物 (primer)，DNA 聚合酶只能在已有的 3'-OH 端上添加核苷酸，因此引物是起始合成的必需品。

此題考驗對細菌水平基因轉移 (horizontal gene transfer, HGT) 機制的了解。水平基因轉移是指將遺傳物質從一個生物體傳遞到另一個同代生物體，而不是通過垂直傳遞（親代到子代）。

(A) Transformation (轉化)：細菌從環境中直接吸收游離的 DNA 片段，並將其整合到自身基因組中。
(B) Transfection (轉染)：這個術語通常用於真核細胞，指將外源 DNA 引入真核細胞。在細菌中，類似的過程稱為轉化。
(C) Transduction (轉導)：通過噬菌體 (bacteriophage) 作為載體，將細菌 DNA 從一個細菌轉移到另一個細菌。
(D) Conjugation (接合)：通過直接細胞接觸，細菌之間通過性菌毛 (sex pilus) 形成細胞橋，將質粒 (plasmid) 或染色體片段從供體細菌傳遞到受體細菌。
(E) Transposon (轉座子)：也稱為「跳躍基因」，是能夠在基因組內移動的 DNA 序列。

此題考驗對基因表達調控層級的理解。基因表達是一個多步驟的過程，從 DNA 到 RNA 再到蛋白質。調控可以發生在任何一個步驟。

(A) Transcription (轉錄)：這是基因表達調控的最主要和最常見的層級之一。通過調控轉錄因子、啟動子、增強子、沉默子等，可以控制基因是否被轉錄以及轉錄的速率。
(B) mRNA processing (mRNA 處理)：在真核生物中，轉錄後的 pre-mRNA 需要經過剪接 (splicing)、加帽 (capping) 和加尾 (polyadenylation) 等處理才能成為成熟的 mRNA。這些過程本身可以被調控，例如可變剪接 (alternative splicing) 可以產生不同的蛋白質異構體。

此題考驗對真核生物中不同 RNA 分子由哪種 RNA 聚合酶 (RNA polymerase) 轉錄的知識。真核生物主要有三種 RNA 聚合酶：

RNA 聚合酶 I (Pol I)：主要負責轉錄核糖體 RNA (rRNA) 中的大部分（18S, 5.8S, 28S rRNA）。
RNA 聚合酶 II (Pol II)：主要負責轉錄信使 RNA (mRNA) 前體 (pre-mRNA)，以及大部分小核 RNA (snRNA) 和 microRNA (miRNA)。
RNA 聚合酶 III (Pol III)：主要負責轉錄轉運 RNA (tRNA)、5S rRNA 以及一些其他小 RNA，如 7SL RNA (SRP RNA)。

此題考驗對不同生物體內基因結構和 RNA 剪接 (splicing) 機制的了解。剪接是去除內含子 (introns) 並連接外顯子 (exons) 以形成成熟 mRNA 的過程，在真核生物中普遍存在，但其複雜程度和依賴性在不同物種間有所差異。剪接主要由剪接體 (spliceosome) 完成。

(A) Homo sapiens (人類)：人類基因含有大量內含子，需要複雜的剪接體進行剪接。
(B) Drosophila melanogaster (果蠅)：果蠅基因也含有內含子，需要剪接體。

此題考驗對參與 RNA 剪接的幾種關鍵小核 RNA (snRNAs) 的認識。剪接體 (spliceosome) 是由多種蛋白質和五種主要的 snRNAs 組成的複合物：U1, U2, U4, U5, 和 U6 snRNAs。這些 snRNAs 與 pre-mRNA 上的特定序列發生鹼基配對，引導剪接體組裝和催化剪接反應。

(A) U1 snRNA：識別 pre-mRNA 的 5' 剪接位點。
(B) U2 snRNA：識別 pre-mRNA 的分支位點 (branch point)，並與分支位點附近的嘧啶區結合

核心觀念

Ribozyme（核酶）是指「具有催化活性的 RNA」。傳統觀念認為酵素主要由蛋白質組成，但部分 RNA 能藉由特定三維結構與金屬離子，降低反應活化能，因而催化化學反應。

常見例子包括：

• RNase P 的 RNA 部分：催化 tRNA 前驅物的剪切。
• 自我剪接 intron：RNA 分子催化自身剪接反應。
• 核糖體的大次單元 rRNA：催化胜肽鍵形成，因此核糖體的胜肽基轉移酶中心本質上是核酶。

因此，判斷本題的關鍵是：選項是否正確描述「具有催化功能的 RNA」。

解題方法

先掌握定義：

再將每個選項與此定義比較：

1. 是否明確指出催化物質是 RNA？
2. 是否把核酶誤解為一般蛋白質酵素？
3. 是否將核酶功能誇大為所有 RNA 相關反應或細胞運輸？

符合「具有催化活性的 RNA」者為正確答案。

選項分析

(A) A catalyst that uses RNA as substrate

錯誤。此敘述只表示「以 RNA 作為受質的催化劑」，並未指出催化劑本身是 RNA。許多蛋白質酵素也能以 RNA 為受質，例如 RNA 降解酵素或 RNA 修飾酵素，因此不能以此敘述定義 ribozyme。

部分核酶確實以 RNA 為受質，例如 RNase P 的 RNA 成分能催化 tRNA 前驅物剪切；但這只是部分核酶的功能，不是 ribozyme 的必要定義。

(B) An enzyme that synthesizes RNA as a part of the transcription process

錯誤。轉錄過程中負責合成 RNA 的主要酵素是 RNA polymerase，其本身是蛋白質。RNA polymerase 以 DNA 為模板，催化核糖核苷酸聚合形成 RNA：

此題考驗對 RNA 干擾 (RNA interference, RNAi) 機制在不同生物體中是否存在性的了解。RNAi 是一種重要的基因調控機制，通過雙鏈 RNA (dsRNA) 誘導序列特異性的 RNA 降解或翻譯抑制。

RNAi 在真核生物中廣泛存在，並在許多物種中被研究。
(A) Homo sapiens (人類)：存在 RNAi 機制，包括 miRNA 和 siRNA 的調控。
(B) Drosophila melanogaster (果蠅)：RNAi 是在果蠅中首次發現和深入研究的。

此題考驗對 microRNA (miRNA) 調控基因表達機制的了解。miRNA 是一類小的非編碼 RNA，通過與目標 mRNA 的 3' 非翻譯區 (3'-UTR) 結合來調控基因表達，主要有兩種方式：

(A) 抑制翻譯 (Repress translation)：當 miRNA 與目標 mRNA 的結合是通過完全配對或近乎完全配對時，通常會導致翻譯被抑制。
(B) 觸發 mRNA 裂解 (Trigger cleavage)：當 miRNA 與目標 mRNA 的結合是通過接近完全互補配對時（常見於植物 miRNA），會導致 mRNA 被 RISC 複合物中的 Argonaute 蛋白切割，從而降解 mRNA。

此題考驗對真核生物翻譯起始複合物 (translation initiation complex) 組成的知識，特別是哪些翻譯起始因子 (initiation factors, IFs) 是必需的，哪些不是。

在真核生物中，翻譯起始涉及 40S 核糖體亞基、起始 Met-tRNAi (Met-tRNAi^Met)、mRNA 和一系列翻譯起始因子 (eIFs)。
eIF2：結合 GTP，並與 Met-tRNAi^Met 形成三元複合物 (ternary complex)，將其遞送到 40S 亞基上。這是起始複合物形成的核心因子。
eIF3：是一個大型複合物，結合到 40S 亞基上，有助於防止 40S 和 60S 亞基過早結合，並協助 Met-tRNAi^Met 的結合。

此題考驗對定量檢測特定 mRNA 量的技術的了解。

(A) Real-Time quantitative reverse transcription PCR (RT-qPCR)：這是一種高度靈敏和準確的方法，用於定量測量 mRNA 的量。首先通過逆轉錄酶將 mRNA 轉錄為 cDNA，然後使用 PCR 技術對 cDNA 進行擴增，並實時監測 PCR 產物的積累，從而推斷起始 mRNA 的量。
(B) Primer extension analysis (引物延伸分析)：這是一種用於確定轉錄起始位點或定量 mRNA 的技術。通過使用一個與 mRNA 結合的引物，然後用逆轉錄酶進行延伸，可以生成 cDNA。通過分析延伸產物的長度或量，可以獲得關於 mRNA 的信息。它可以用於定量，但 RT-qPCR 通常更常用於精確定量。

此題考驗對 Real-Time quantitative reverse transcription PCR (RT-qPCR) 實驗所需酶的理解。RT-qPCR 包含兩個主要步驟：逆轉錄 (reverse transcription) 和 PCR 擴增。

(A) E. coli DNA polymerase I：具有 5'→3' 外切酶活性，用於移除 RNA 引物並填補 DNA 空隙。在標準的 RT-PCR 中，它可能用於後續的 cDNA 合成或 PCR，但不是 RT-qPCR 核心的逆轉錄和 PCR 步驟必需的。
(B) T4 DNA ligase：用於連接 DNA 片段。在某些 RT-PCR 策略中可能用到（例如，如果需要連接 cDNA 片段），但在標準的 RT-qPCR 實驗中，它不是必需的。
(C) Taq DNA polymerase：一種熱穩定性 DNA 聚合酶，是 PCR 擴增步驟的關鍵酶。
(D) Reverse transcriptase：是逆轉錄步驟的關鍵酶，將 mRNA 逆轉錄為 cDNA。
(E) T7 RNA polymerase：是一種 RNA 聚合酶，用於轉錄 DNA 模板為 RNA。在 RT-qPCR 實驗中，我們是將 RNA 逆轉錄為 DNA，而不是合成 RNA。

因此，T7 RNA polymerase (E) 不是 RT-qPCR 實驗必需的。E. coli DNA polymerase I (A) 和 T4 DNA ligase (B) 也通常不是 RT-qPCR 實驗的必需組分，儘管它們可能在某些變體或下游應用中用到。但 T7 RNA polymerase 是最明確不需要的。

仔細分析：RT-qPCR 的核心是逆轉錄 (Reverse transcriptase) 和 PCR (Taq DNA polymerase)。

此題考驗對檢測蛋白質-蛋白質相互作用 (protein-protein interaction, PPI) 技術的了解。題目已列出兩種常用方法：酵母雙雜交 (Yeast two-hybrid, Y2H) 和共免疫沉澱 (Co-immunoprecipitation, Co-IP)。

(A) Electrophoretic mobility shift assay (EMSA)：主要用於檢測 DNA-蛋白質相互作用，而不是蛋白質-蛋白質相互作用。
(B) Farwestern blot analysis：是 Western blot 的變體，用於檢測蛋白質-蛋白質相互作用。將蛋白質印跡到膜上後，用另一種「標記」的蛋白質作為探針進行雜交。
(C) Glutathione-S-transferase (GST) fusion protein pull-down：這是一種常用的體外 (in vitro) 檢測 PPI 的方法。

此題考驗對 RNA-蛋白質相互作用 (RNA-protein interaction) 檢測方法的了解。

(A) Electrophoretic mobility shift assay (EMSA)：也稱為 gel shift assay。將 RNA 和蛋白質混合，如果它們結合，則形成的複合物在電泳時移動速度會變慢。這是檢測 RNA-蛋白質相互作用的經典方法。
(B) Real-Time quantitative reverse transcription PCR (RT-qPCR)：主要用於定量 RNA，而不是直接檢測 RNA-蛋白質相互作用。
(C) Protein-RNA pull-down assays：與 GST pull-down 類似，但這裡是用標記的蛋白質（或帶有親和標籤的蛋白質）作為「誘餌」，從細胞裂解物中「拉下」與之結合的 RNA。

核心觀念

本題考查「基因功能失活」與「DNA 序列是否被改變」的區別。

基因功能失活（functional inactivation）是指使基因無法正常產生具有功能的 RNA 或蛋白質，但不一定要直接修改該基因的 DNA 序列。常見機制包括：

• DNA 層級的基因剔除或突變：直接改變 DNA 序列。
• RNA 層級的抑制：不改變 DNA，而是降低該基因 mRNA 的量或阻止其翻譯。
• 蛋白質層級的抑制：使已產生的蛋白質失去活性。

題目限定「without changing its DNA sequence」，因此正確方法必須能在不修改基因組 DNA 的情況下，使基因失去功能。

解題方法

逐一判斷各方法的主要作用層級：

1. 若方法直接進行 DNA 切割、重組或突變，會改變 DNA 序列，排除。
2. 若方法作用於 mRNA 或翻譯過程，不改變 DNA 序列，保留。
3. 題目問的是「可以使用的方法」，複選時需逐項判斷，不能只看是否能造成基因失活。

選項分析

(A) CRISPR/Cas9 genome editing：錯誤

CRISPR/Cas9 通常利用 Cas9 在目標 DNA 產生雙股斷裂，細胞再透過非同源末端接合（NHEJ）或同源重組修復。NHEJ 常造成插入或缺失（indel），使基因產生移碼突變或提早終止密碼子，進而失活。

但此過程會直接改變基因組 DNA 序列，因此不符合題目「不改變 DNA 序列」的條件。

(B) RNAi interference：正確

RNA interference（RNAi）作用於 RNA 層級，不需要改變 DNA 序列。導入 siRNA 或表現 shRNA 後，會形成可辨識目標 mRNA 的雙股 RNA，並由 RISC（RNA-induced silencing complex）處理。

以 siRNA 為例：

1. siRNA 與目標 mRNA 互補配對。
2. RISC 中的 Argonaute 蛋白切割目標 mRNA，或抑制其翻譯。
3. 目標 mRNA 降解或無法有效翻譯。
4. 目標蛋白質量下降，使基因在功能上被抑制或失活。

其概念可表示為：

此題考驗對真核生物內含子 (intron) 剪接位點和相關序列特徵的認識。典型的內含子在 5' 端和 3' 端有特定的剪接位點，並且在內部有一些關鍵的序列元素。

(A) 5' 剪接位點 (5' splice site)：通常是 GU 序列 (GU-AG 規則)。
(B) 3' 剪接位點 (3' splice site)：通常是 AG 序列 (GU-AG 規則)。

此題考驗對識別 DNA 序列中基因存在的證據的理解。基因是具有特定功能的 DNA 片段，通常包含編碼區 (exons) 和非編碼區 (introns，在真核生物中)。

(A) 與已知的 cDNA 序列部分比對：cDNA 是由 mRNA 逆轉錄而來，代表了基因的編碼區。如果一段 DNA 序列能與 cDNA 部分比對，則表明該 DNA 序列可能包含一個基因的編碼區。
(B) 與其他生物體的已知基因相似：基因的保守性是判斷其功能和存在的證據。如果一段序列與其他生物體的已知基因相似，則可能表明它也編碼一個具有相似功能的蛋白質，因此是一個基因。
(C) AT-rich 序列：AT 豐富的序列本身並不直接表明是一個基因。

此題考驗對核酸 (nucleic acids) 基本結構和性質的理解。

(A) A (腺嘌呤) 與 T (胸腺嘧啶) 配對，G (鳥嘌呤) 與 C (胞嘧啶) 配對 (DNA)。RNA 中 A 與 U 配對。A 不與 C 配對。
(B) 核苷酸 (nucleotide) 的結構包括一個五碳糖 (pentose sugar，如脫氧核糖或核糖)、一個含氮鹼基 (nitrogenous base) 和一個磷酸基團 (phosphate group)。五碳糖是五元環，而不是六元環。

此題考驗對細胞複製過程中 DNA 合成特徵的理解。

(A) DNA 聚合酶只能沿 5' 到 3' 方向合成 DNA，但由於 DNA 雙螺旋的解旋和模板的性質，合成可以同時在兩個方向上進行（由於滯後股的間斷合成）。「either direction depends on where the primer is located」的說法不夠準確。DNA 合成方向始終是 5' 到 3'，取決於模板鏈的取向。
(B) 滯後股 (lagging strand) 的合成是不連續的，產生稱為岡崎片段 (Okazaki fragments) 的短 DNA 片段。這是正確的描述。

此題考驗對染色質 (chromatin) 調控及其對基因表達影響的理解。

(A) 组蛋白甲基化 (Histone methylation)：在不同的位點和不同的氨基酸殘基上，甲基化可以導致基因表達的激活或抑制。例如，H3K4me3 通常與基因激活相關，而 H3K9me3 和 H3K27me3 通常與基因抑制相關。因此，「only results in suppression」是錯誤的。
(B) DNA 甲基化 (DNA methylation)：在哺乳動物中，DNA 甲基化主要發生在 CpG 二核苷酸上，通常與基因沉默 (gene silencing) 相關。組蛋白甲基化 (Histone methylation) 則如 (A) 所述，影響複雜。因此，DNA 和組蛋白都可以在人類細胞中發生甲基化。

核心觀念

本題考查真核生物 RNA 的：

1. RNA 聚合酶分工
2. mRNA 5′ cap 與 3′ poly(A) tail 的形成
3. mRNA 的標準降解途徑
4. 翻譯與 nonsense-mediated decay（NMD）的關係

真核細胞主要 RNA 聚合酶如下：

• RNA polymerase I：主要合成大型核糖體 RNA
• RNA polymerase II：合成 mRNA、部分 snRNA、miRNA 等
• RNA polymerase III：合成 tRNA、5S rRNA 等

典型真核 mRNA 的成熟過程包括：

mRNA 降解通常先進行 去腺苷化（deadenylation），接著可進行 去帽（decapping），最後由核酸外切酶分解 RNA。

解題方法

判斷本題各選項時，應分別檢查：

1. 該 RNA 是否由正確的 RNA polymerase 合成。
2. cap 與 poly(A) tail 是否真的與 RNA polymerase 無關。
3. poly(A) tail 是否已經編碼在 DNA 中。
4. 標準 mRNA 降解的先後順序。
5. NMD 是否依賴 RNA 的翻譯狀態。

其中，涉及「全部、獨立、編碼」等絕對性敘述時，必須特別注意其適用範圍。

選項分析

(A) mRNA is made by RNA polymerase II

正確。

真核細胞的 mRNA 主要由 RNA polymerase II（Pol II） 轉錄產生。Pol II 轉錄出的初級轉錄本通常稱為 pre-mRNA，之後經過 5′端加帽、剪接及 3′端加工，形成成熟 mRNA。

因此：

此選項正確。

(B) Cap structure and polyA is an RNA modification after RNA is made, thus it is independent of the type of RNA polymerase that is used to make the RNA.

錯誤。

此選項前半段部分正確，但後半段的推論錯誤。

5′ cap 與 poly(A) tail 確實屬於轉錄後加工的一部分，但它們的形成並不是完全獨立於 RNA polymerase。真核 mRNA 的 cap 形成與 RNA polymerase II 的 C-terminal domain（CTD） 密切相關。

Pol II 的 CTD 可招募：

• 加帽酵素
• 剪接相關蛋白
• 3′端切割與 polyadenylation 複合體

5′ cap 通常在 RNA 轉錄出約 20–30 個核苷酸後即進行，屬於與轉錄同步的加工，而非等到整條 RNA 完成後才完全獨立進行。

此外，並非所有 RNA 都會同時具有典型的 5′ cap 與 poly(A) tail。這些結構主要是成熟真核 mRNA 的特徵，與 RNA 的種類及其轉錄聚合酶有關。

因此，「cap 與 poly(A) 的形成獨立於 RNA polymerase 種類」這個結論錯誤。

(C) PolyA tail is a string of A encoded in the DNA sequence

錯誤。

典型 mRNA 的 poly(A) tail 並不是由 DNA 模板逐一編碼而成，而是由 poly(A) polymerase 在 RNA 的 3′端直接添加。

基因中的 DNA 通常只編碼：

1. polyadenylation signal，例如：

2. 下游切割位置附近的序列。

此題考驗對非編碼 RNA (noncoding RNA, ncRNA) 的理解。

(A) 非編碼 RNA 是指不被翻譯成蛋白質的 RNA 分子，包括 tRNA、rRNA、miRNA、siRNA、lncRNA 等。這是正確的定義，並且 tRNA 和 rRNA 是 ncRNA 的重要例子。
(B) 真核生物的三種 RNA 聚合酶都參與轉錄不同類型的 ncRNA：
- Pol I 主要轉錄 rRNA (18S, 5.8S, 28S)。
- Pol II 轉錄 miRNA、siRNA、lncRNA 等。
- Pol III 轉錄 tRNA、5S rRNA 等。

此題考驗對真核生物翻譯 (translation) 的理解。

(A) 翻譯是合成蛋白質的過程。在真核生物中，mRNA 的 5' 帽結構 (capping) 對於起始複合物的結合和翻譯的起始至關重要。因此，這個過程需要 mRNA 的帽結構。
(B) 在真核生物中，一個 mRNA 分子通常只編碼一個蛋白質（單順反子 mRNA，monocistronic）。而在原核生物中，一個 mRNA 可以包含多個編碼區，即多順反子 mRNA (polycistronic mRNA)。因此，此說法在真核生物系統中是錯誤的。
(C) RNA 剪接 (splicing) 和翻譯 (translation) 在真核生物中是分開的過程，剪接在細胞核進行，翻譯在細胞質進行。它們不是同時發生的。

此題考驗對 CRISPR-Cas9 基因編輯系統的理解。

(A) CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) 最初是在細菌和古菌中發現的，作為一種適應性免疫系統，用於抵抗病毒和質粒。這是正確的。
(B) Cas9 蛋白是 CRISPR 系統中最為人熟知和廣泛使用的效應酶，但並非所有類型的 CRISPR 系統都使用 Cas9。例如，CRISPR Type II 系統使用 Cas9，而 Type I 和 Type III 系統使用其他 Cas 蛋白。因此，Cas9 並非存在於所有細菌的 CRISPR 系統中。
(C) 在將 CRISPR-Cas9 系統應用於哺乳動物細胞進行基因編輯時，通常需要引入 Cas9 酶（或編碼 Cas9 的載體）以及引導 RNA (guide RNA, gRNA)，而不是「guide DNA」。gRNA 包含一個與目標 DNA 序列互補的區域，引導 Cas9 到達目標位點進行切割。

此題考驗對細胞器結構和功能的理解，特別是涉及 RNA 和蛋白質合成的過程。

(A) 核仁 (Nucleolus) 是細胞核內的一個結構，是 rRNA 合成和核糖體組裝的場所。因此，它位於細胞核內。這是正確的。
(B) 核糖體 RNA (rRNA) 是在細胞核的核仁中合成的，然後與蛋白質組裝成核糖體亞基，再輸出到細胞質。因此，rRNA 不是在細胞質中合成的。

此題考驗對氨基酸側鏈在生理 pH 值下的電荷狀態的理解。氨基酸的電荷取決於其側鏈 (R group) 的性質。在 pH 7 的緩衝液中，pH 值與氨基酸側鏈的 pKa 值進行比較，可以判斷其電荷。

帶正電荷的氨基酸側鏈通常含有鹼性基團，在 pH 7 時會被質子化，帶正電荷。
(A) Arginine (精氨酸)：側鏈含有胍基 (guanidino group)，pKa 約為 12.5。在 pH 7 時，胍基被質子化，帶正電荷。
(B) Aspartate (天冬氨酸)：是天冬氨酸 (Aspartic acid) 的去質子化形式。

此題考驗對酶 (enzyme) 的基本性質和動力學的理解。

(A) 催化活性和底物結合活性通常是緊密聯繫的，但理論上可以分離。例如，通過基因突變，可以產生一個結合底物但沒有催化活性的酶，或者結合能力非常弱但仍有一定催化活性的酶。然而，在大多數情況下，它們是不可分割的。但更準確的說法是，酶的催化功能依賴於其準確的底物結合。
(B) 酶的催化功能主要依賴於其活性位點 (active site) 中的氨基酸殘基。這些殘基的側鏈，特別是帶電的、極性的或疏水的側鏈，在形成酶-底物複合物、穩定過渡態、促進化學反應中起關鍵作用。因此，催化功能很大程度上依賴於氨基酸側鏈的性質，尤其是帶電和極性側鏈。
(C) 在 Michaelis-Menten 動力學中，Vmax 是指在底物濃度足夠高時，所有酶分子都被底物飽和時的最大反應速率。

此題考驗對哺乳動物細胞轉錄調控的理解。

(A) 啟動子近端元件 (promoter-proximal elements) 和增強子 (enhancers) 的位置和間隔對於轉錄調控非常重要。改變它們與 TATA 盒等核心啟動子元件之間的距離，可以顯著影響轉錄活性，這已被證實對某些真核啟動子有效。
(B) 轉錄因子形成異二聚體 (heterodimers) 是一種常見的調控機制，這增加了結合目標 DNA 的多樣性和特異性，從而提供了細胞適應環境的能力。說「less advantages to cells」是錯誤的，異二聚體形成通常是有利的。
(C) 許多轉錄因子是結構域 (domain) 化的蛋白質。

核心觀念

本題考查 RNA 與 DNA 在化學結構、鹼基配對、鹼性穩定性及催化功能上的差異。判斷重點如下：

1. RNA 的核糖含有 $2'$-羥基（$2'-OH$）；DNA 的去氧核糖在 $2'$ 位是氫原子。
2. RNA 可透過互補鹼基配對形成局部雙股結構。
3. RNA 的 $2'-OH$ 可在鹼性條件下攻擊鄰近磷酸二酯鍵，使 RNA 容易鹼水解。
4. RNA 通常由核苷酸以 $5'\rightarrow3'$ 磷酸二酯鍵連接。
5. 部分 RNA 可形成具催化活性的核酶（ribozyme）。

解題方法

逐項檢查敘述是否符合 RNA 的基本結構與功能：

• 先比較 RNA 與 DNA 的糖部位。
• 再判斷雙股結構的形成方式與配對對象。
• 接著利用 $2'-OH$ 判斷鹼性穩定性。
• 最後確認 RNA 的骨架連接方式及其是否具有催化功能。

選項分析

(A) 錯誤

RNA 含有核糖，核糖在 $2'$ 碳上具有羥基：

DNA 含有去氧核糖，$2'$ 碳上缺少氧原子，僅連接氫原子：

因此 RNA 的羥基數量比 DNA 多，不是較少。

(B) 錯誤

RNA 確實能因自身序列中的互補鹼基配對而「折回自身」，形成局部雙股 RNA 結構，例如莖環（stem-loop）或髮夾結構：

但題目敘述將此結構描述為與 DNA 形成，與「fold back on itself」的概念不符。折回自身所形成的是 RNA 與 RNA 之間的雙股區域；RNA 與 DNA 也能形成 RNA–DNA hybrid，但那是兩條不同核酸鏈的互補配對，並非 RNA 單鏈折回自身。

(C) 錯誤

此題考驗使用比爾-朗伯定律 (Beer-Lambert Law) 計算溶液濃度。比爾-朗伯定律的公式是 $A = \epsilon \cdot b \cdot c$，其中：
$A$ 是吸光度 (absorbance)
$\epsilon$ 是莫耳吸光係數 (molar absorptivity)，單位通常為 $L \cdot mol^{-1} \cdot cm^{-1}$
$b$ 是光程長度 (path length)，單位為 cm
$c$ 是濃度 (concentration)，單位通常為 M (mol/L)

根據題目給出的資訊：
$A = 0.330$
$\epsilon_m = 15,100 \, L \cdot mol^{-1} \cdot cm^{-1}$ (題目中的 ɛm 應為 $\epsilon$)
$b = 1.00 \, cm$

此題考驗單個氨基酸替換對蛋白質功能的影響。一個氨基酸的改變可能對蛋白質產生多種影響，具體取決於該氨基酸的位置、性質以及蛋白質整體的結構和功能。

(A) 消除所有抗原性 (eliminate all antigenicity)：抗原性 (antigenicity) 是指蛋白質引起免疫反應的能力。蛋白質的抗原決定基 (epitopes) 是由其氨基酸序列和三維結構決定的。一個氨基酸的改變可能改變一個或多個表位，但要「消除所有」抗原性，需要極其廣泛的改變，單個氨基酸替換通常不足以做到。
(B) 對抗原性沒有影響 (have no effect on antigenicity)：如果改變的氨基酸位於蛋白質的內部，或者替換的氨基酸性質與原來的相似，並且該區域不參與形成表位，那麼抗原性可能不受影響。

此題考驗對分子生物學實驗技術和應用的理解。

(A) 體外翻譯 (in vitro translation)：將克隆的 cDNA（通常在表達載體上）在體外進行翻譯，可以產生目標蛋白質。通過在翻譯體系中加入標記的氨基酸，可以得到標記的蛋白質。這是正確的。
(B) 抑制突變 (Suppressor mutations) 可以用於識別與特定基因（或其產物）相互作用的基因。例如，如果一個基因突變導致表型異常，而另一個「抑制突變」能夠恢復正常表型，則表明這兩個基因的產物可能在同一條通路中相互作用。這是一種鑑定相互作用蛋白質或通路的方法。這是正確的。
(C) S1 核酸酶保護分析 (S1 nuclease protection assay) 和引物延伸分析 (primer extension assay) 都是用於確定轉錄起始位點 (transcription start sites, TSS) 的常用技術。

核心觀念

本題考查細菌培養液的細胞密度（通常以 $\mathrm{CFU/mL}$ 表示）與平板計數法（plate count）的換算。

基本公式為：

其中：

• 每一個菌落視為由一個可形成菌落的細胞或細胞團形成，因此菌落數可估計 viable cell 數。
• 接種體積必須換算為 mL。
• 若樣品為 $10^{-n}$ 稀釋液，稀釋倍數為 $10^n$。

解題方法

題目給定平板上有 $45$ 個菌落，接種體積為 $0.2\ \mathrm{mL}$。

依照題目文字「10-fold dilution」的字面意思，代表僅稀釋 $10$ 倍，因此：

先計算每毫升稀釋液中的菌落數：

再乘回 $10$ 倍稀釋倍率：

因此，若題目確實是「10-fold dilution」，答案應為：

但題目所列選項皆為約 $10^7$ 的數量級，與上述結果不符，表示題幹的稀釋倍數應有排版或抄錄遺漏。

若原題 intended dilution 為 $10^{-5}$，則：

核心觀念

本題考查四個分子生物學基本概念：

1. 基因組文庫與 cDNA 文庫的區別
2. 核酸互補股的雜交
3. 由 mRNA 製備 cDNA
4. 胞質遺傳與胞器基因組的特性

判斷重點在於辨認關鍵名詞是否使用正確，以及胞器 DNA 的結構是否符合一般生物學特徵。

解題方法

逐項檢查選項中的定義與敘述：

• 由完整基因組 DNA 切割成片段並分別克隆，形成的是 genomic library。
• 由 mRNA 反轉錄得到的是 cDNA，不是 genomic DNA。
• 互補的單股核酸可透過鹼基配對形成雙股核酸。
• 胞器基因所造成的性狀可經由胞質傳遞，屬於胞質遺傳。
• 粒線體與葉綠體通常具有獨立於核 DNA 的環狀 DNA，不是線性 DNA。

選項分析

(A) 錯誤

題目敘述：

An entire genome can be cloned as fragments in a heterogeneous population of microbial cell or viruses that is called a cDNA library.

將一個完整基因組切割成許多 DNA 片段，分別插入載體，再由大量微生物細胞或病毒分別攜帶這些片段，所形成的是 基因組文庫（genomic library）。

cDNA library 則是以細胞中的 mRNA 為模板，經由反轉錄酶製造 cDNA，再將這些 cDNA 片段克隆形成的文庫。cDNA 文庫只代表特定組織、細胞或發育階段所表現的基因，通常不包含完整的基因組，也缺乏內含子與多數調控區域。

因此，本選項把 genomic library 誤稱為 cDNA library，錯誤。

(B) 正確

單股核酸若具有互補的核苷酸序列，會透過鹼基互補配對彼此辨認並形成雙股結構，此過程稱為核酸雜交（nucleic acid hybridization）。

DNA 中的配對規則為：

RNA 中則為：

例如，一股核酸序列為：

其互補股為：

在適當的鹽濃度、溫度與其他反應條件下，兩條互補的單股核酸會在溶液中自發雜交。因此本選項正確。

(C) 錯誤

核心觀念

Enhancer（增強子）是真核生物 DNA 上可調控基因轉錄的順式作用調控序列，主要功能與特徵包括：

• 可被特定轉錄因子辨識與結合。
• 增強目標基因的轉錄作用。
• 通常不受嚴格的方向限制，正向或反向皆可發揮功能。
• 通常可位於啟動子上游、下游，甚至位於基因內含子中，與啟動子的距離也可相當遠。

Enhancer 結合轉錄因子後，常透過 DNA looping，使轉錄因子與 promoter 上的基本轉錄機制及 Mediator complex 產生功能性接觸，進而提高 RNA polymerase II 啟動轉錄的效率。

解題方法

逐一檢查各選項是否符合 enhancer 的定義與典型功能：

1. 是否為 enhancer 的專一結合蛋白或相關分子？
2. 是否能增強真核基因轉錄？
3. 是否符合 enhancer 通常具有的「位置與方向相對獨立」特性？
4. 是否混淆了 enhancer 與 DNA 複製、基因選殖等無關概念？

符合 enhancer 核心特徵的選項即為正確答案。

選項分析

(A) DNA Pol I binding sites：錯誤

DNA polymerase I（DNA Pol I）主要是細菌中的 DNA 複製與修補相關酵素，參與移除 RNA primer、填補 DNA 缺口及修補 DNA。Enhancer 則是調控真核基因轉錄的 DNA 序列，主要結合的是 transcription factors，而不是 DNA Pol I。

因此，DNA Pol I binding sites 並非 enhancer 的特徵。

(B) orientation and position dependent：錯誤

Enhancer 的重要特徵是其作用通常具有方向與位置相對獨立性：

• 可以位於 promoter 上游或下游。
• 可以位於目標基因附近或距離較遠的位置。
• 將 enhancer 反向插入時，通常仍能保有增強轉錄的能力。

因此，「orientation and position dependent」與 enhancer 的典型特性相反。

此題考驗對檢測 DNA 結合蛋白 (DNA binding proteins) 的技術的了解。

(A) DNAase I sensitivity assay：這種方法用於評估染色質的開放程度。DNAse I 是一種核酸酶，它在染色質較為開放的區域（如活躍的基因區域）更容易切割 DNA。雖然這與 DNA 結合蛋白有關（它們可以影響染色質結構），但它本身不是直接檢測 DNA 結合蛋白的方法。
(B) Southern blot：用於檢測和定量 DNA 序列，而不是檢測 DNA 結合蛋白。
(C) Chromatin immunoprecipitation assay (ChIP)：這是一種強大的技術，用於確定在活細胞中，特定的蛋白質（如轉錄因子）是否結合到特定的 DNA 區域。

此題考驗對內質網 (Endoplasmic Reticulum, ER) 中蛋白質的處理和定位的理解。進入 ER 的蛋白質通常是分泌蛋白、膜蛋白或內含子蛋白。

(A) 許多蛋白質在 ER 中被正確摺疊，然後被運輸到其他細胞器。然而，也有一些蛋白質被設計為留在 ER 中，例如 ER 駐留蛋白 (ER-resident proteins)，它們通常具有特定的信號序列（如 C-terminal KDEL 序列）來將其「召回」或保留在 ER 中。這是正確的。
(B) 蛋白質在 ER 中的一個重要加工過程是糖基化 (glycosylation)，特別是 N-連接糖基化。這有助於蛋白質的正確摺疊、穩定性和運輸。這是正確的。
(C) 進入 ER 的蛋白質合成起始於細胞質中的遊離核糖體。