分子生物學

學習目標

• 說明 DNA 的雙螺旋結構與鹼基配對，用半保留複製推算標記的分布。
• 依中心法則說出轉錄、轉譯的地點、模板與產物，讀懂密碼子表。
• 說明原核與真核基因表現的差異，以及 RNA 干擾等調控方式。
• 解讀 PCR 與電泳結果，說明基因轉殖與 CRISPR 的原理。

先測一下

1. DNA 一條鍵的序列是 5'-ATGC-3'，互補鍵是？
2. 真核細胞的轉錄在哪裡進行？轉譯呢？
3. PCR 需要哪些材料？

看詳解

1. 3'-TACG-5'（即 5'-GCAT-3'）。
2. 細胞核；細胞質中的核糖體。
3. 模板 DNA、引子、耐熱 DNA 聚合酶、四種核苷酸、緩衝液。

核心概念

DNA結構與複製

• 核苷酸 = 磷酸 + 五碳糖 + 含氮鹼基。DNA：A-T、G-C；RNA 以 U 取代 T。兩鍵反向平行。
• 半保留複製：每個子 DNA 有一條舊鍵、一條新鍵；新鍵只能 5'→3' 延長。
• 標記核苷酸（如 BrDU 取代胸腺嘧啶、與 A 配對）：加入後複製一次 → 每個 DNA 都是一條含標記；當 DNA 複製時才會被嵌入（S 期，不是中期）。
• 細胞 DNA 含量：G1 為 2C、G2/M 為 4C；三倍體的洋蔥胚乳（由一個精核 + 兩個極核）為 3C 與 6C。

看詳解

只複製一次：每個 DNA 都是「舊鍵無標記 + 新鍵含 BrDU」，全部只有單股含 BrDU。這是 110 學測自然 單選 43（答對率 36%）；BrDU 與腺嘧啶配對，取代的是胸腺嘧啶（不是尿嘧啶）。

看詳解

一半；一半。

轉錄與轉譯

• 轉錄：RNA 聚合酶以 DNA 一條鍵為模板，合成 mRNA（5'→3'）。真核在核內，需剪接修飾後出核。
• 轉譯：核糖體從 mRNA 的 5' 端沿著 3' 方向讀密碼子；tRNA 的反密碼子配對。起始密碼子 AUG（Met）。
• 核糖體的 A 位：新進入、帶胺基酸的 tRNA；P 位：帶著生長中胜肽的 tRNA；E 位：離開的空 tRNA。胜肽從 P 位轉到 A 位的 tRNA 上。
• 原核生物沒有核膜，轉錄尚未完成就開始轉譯，圖上可見「一條 DNA 上多個 RNA 聚合酶，每條 mRNA 上又有多個核糖體」。

看詳解

帶有單一胺基酸的 tRNA（例如 Ser），以及剛接過胜肽、尚未移位的 tRNA（例如帶有 Met-Phe-Ser-Tyr-Cys 的 tRNA）。空的 tRNA 在 E 位；Met 的 tRNA 由 P 位開始，不在 A 位。這是 112 分科生物 多選 14（答對率 38%）。

基因調控

• 原核：操縱子（乳糖操縱子：有乳糖時抑制蛋白被移開，開始轉錄）。
• 真核：可在染色質、轉錄（轉錄因子）、RNA 剪接、mRNA 安定度、轉譯與蛋白質修飾等層級調控。所有細胞含相同基因，差異來自表現哪些基因（細胞分化）。
• RNA 干擾：雙股 RNA → siRNA → RISC 與互補 mRNA 配對並切斷，專一地使基因靜默。

看詳解

可以：轉殖的基因片段已嵌入基因體。RNA 干擾具專一性，需要雙股 RNA，且靜默訊號可在細胞間傳遞。這是 109 指考生物 單選 40（答對率 39%）。

生物技術

• PCR：變性（約 95°C）→ 退火（引子配對）→ 延長（耐熱聚合酶），每循環加倍。引子決定放大哪一段。
• 電泳：DNA 帶負電往正極移動，片段越小跑越遠。親子鑑定：子代的每條帶都應來自父或母。比對樣本時，各樣本要用相同引子。
• 基因轉殖：限制酶切割、連接酶接合、質體為載體；人的胰島素基因可在大腸桿菌表現（密碼子通用）。
• CRISPR-Cas9：gRNA 與目標 DNA 配對定位，Cas9（核酸酶）在細胞核中切斷，細胞自己修補時產生突變，可遺傳。

重點整理

解題策略

1. 先標 5'、3' 與方向，再判斷「誰先開始」。
2. 標記題：一代一代畫出舊鍵與新鍵。
3. 電泳題：子代的每條帶都要找得到來源。

混合練習

1. mRNA 密碼子 5'-AUG-3' 對應的 tRNA 反密碼子？
2. 1 個 DNA 經 PCR 10 個循環，約得幾個分子？
3. 為什麼人的基因放進細菌也能做出人的蛋白質？
4. DNA 中 A 佔 30%，G 佔幾成？

看詳解

1. 3'-UAC-5'。
2. $2^{10}\approx1000$ 個。
3. 遺傳密碼幾乎通用。
4. 20%。

常見錯誤

小試身手

1. 108 指考生物 多選 39：CRISPR（答對率 59%）
2. 109 指考生物 單選 40：RNA 干擾（答對率 39%）
3. 112 分科生物 多選 14：核糖體 A 位（答對率 38%）
4. 110 學測自然 單選 43：半保留複製（答對率 36%）
5. 挑戰題：108 學測自然 單選 59：DNA 含量分布（答對率 31%）

複習計畫