有關高等真核生物蛋白質合成過程所需aminoacyl-tRNA synthetases的敘述，下列何者正確？

本題觀念：

本題主要測驗考生對於 Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRS, 胺醯-tRNA 合成酶) 的功能認知，特別是針對高等真核生物中，除了傳統的蛋白質轉譯功能外，aaRS 演化出的非典型功能 (Non-canonical functions)，以及其生化反應特性與準確度比較。

選項分析

• A: 其活性缺失可能影響細胞凋亡 (正確)

  • 解析：在高等真核生物中，aaRS 除了負責將胺基酸接上 tRNA 的傳統功能外，還演化出了額外的結構域（如 UNE-S, WHEP domains），使其具備非典型功能。這些功能包括調控細胞凋亡 (Apoptosis)、血管新生 (Angiogenesis)、發炎反應 (Inflammation) 與免疫調節等。例如，人類的 Tyrosyl-tRNA synthetase 在被切割後可由類似細胞激素 (Cytokine) 的功能來調控血管新生；而 Glutaminyl-tRNA synthetase 等特定 aaRS 的活性或定位改變已知與細胞凋亡路徑有關。因此，其活性缺失或失調確實可能影響細胞凋亡。

• B: 參與RNA polymerase校對的步驟 (錯誤)

  • 解析：aaRS 確實具有校對 (Proofreading/Editing) 功能，但那是為了確保胺基酸與 tRNA 配對的正確性（即水解錯誤接上的胺基酸），發生在轉譯 (Translation) 階段之前。RNA polymerase 的校對發生在轉錄 (Transcription) 過程中，由 RNA polymerase 自身或相關因子執行，aaRS 並不參與此步驟。

• C: 此酵素在蛋白質合成過程中的出錯率較DNA複製低 (錯誤)

  • 解析：生物體內遺傳訊息傳遞的準確度以 DNA 複製最高，出錯率約為 $10^{-9}$ (經修復後)；而蛋白質合成（轉譯）的出錯率相對較高，約為 $10^{-4}$ 左右。雖然 aaRS 具有校對功能，能將錯誤率降至約 $10^{-4} \sim 10^{-5}$，但仍遠高於 DNA 複製的準確度。因此，aaRS 的出錯率是較 DNA 複製高（即準確度較低）。

• D: 其作用為產能反應 (錯誤)

  • 解析：aaRS 催化的反應是將胺基酸活化並連接到 tRNA 上，反應式為：Amino Acid + tRNA + ATP → Aminoacyl-tRNA + AMP + PPi。此過程需要消耗 ATP 水解的高能磷酸鍵來活化胺基酸（形成高能酯鍵），因此屬於耗能反應 (Energy-consuming)，而非產能反應。

答案解析

正確選項為 (A)。 高等真核生物的 aaRS 具有演化上的特殊性，除了基本的酵素功能外，獲得了許多與細胞生理恆定相關的非典型功能（Non-canonical functions），其中明確包含對細胞凋亡的調控。

核心知識點

1. aaRS 的雙重功能：
   • 典型功能 (Canonical)：催化 tRNA 的 Aminoacylation (耗能 ATP -> AMP + PPi)，具備校對 (Proofreading) 活性以維持轉譯準確度。
   • 非典型功能 (Non-canonical)：在高等真核生物中，aaRS 參與血管新生、發炎反應、細胞凋亡 (Apoptosis)、mTOR 訊息傳遞等生理調節。
2. 遺傳訊息傳遞準確度 (Fidelity)：
   • DNA Replication (複製) > Transcription (轉錄) > Translation (轉譯)。
   • DNA 複製最準確，轉譯過程容錯率相對較高。

參考資料

1. Noncanonical functions of aminoacyl-tRNA synthetases - PubMed
2. Potential functions of aminoacyl-tRNA synthetases in apoptosis - FASEB Journal
3. Fidelity of DNA Replication vs Protein Synthesis - NCBI Bookshelf