115年:營養生理生化(1)
下列何種方法常用來鑑定酵素蛋白質分子的催化中心（active site）3D立體結構？
A雙能量X光吸收分析技術（DEXA）、液相層析–高解析度質譜儀（LC-MS）
B穿透式電子顯微鏡技術（TEM）、酵素免疫分析技術（ELISA）
CX光晶體繞射分析（X-ray crystallography）、核磁共振分析（NMR）
D磁振造影技術（MRI）、共軛焦顯微鏡技術（confocal microscopy）
詳細解析
本題觀念：
本題考查的核心觀念為**結構生物學（Structural Biology）**中，用於解析蛋白質（特別是酵素）原子級別3D立體結構的主要技術。要鑑定酵素的「催化中心（active site）」，必須知道胺基酸側鏈在空間中的精確排列位置（原子解析度），這通常需要埃（Angstrom, Å）等級的解析度。
選項分析
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A. 雙能量X光吸收分析技術（DEXA）、液相層析–高解析度質譜儀（LC-MS）：
- 錯誤。
- DEXA (Dual-Energy X-ray Absorptiometry)：主要用於測量**骨質密度（Bone Mineral Density）**和身體組成（體脂、肌肉量），解析度為巨觀層次，無法看到分子結構。
- LC-MS (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry)：用於分析分子的質量、鑑定蛋白質的胺基酸序列或後轉譯修飾，雖然對結構分析有輔助作用（如氫氘交換質譜 HDX-MS），但其本身無法直接解出原子級別的3D立體堆疊結構。
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B. 穿透式電子顯微鏡技術（TEM）、酵素免疫分析技術（ELISA）：
- 錯誤。
- TEM：雖然冷凍電子顯微鏡（Cryo-EM）是目前結構生物學的三大支柱之一，但傳統 TEM 多用於觀察細胞超微結構或病毒外觀，且選項搭配了 ELISA。
- ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)：是用於偵測和定量特定蛋白質（抗原）或抗體的濃度，完全無法提供分子的3D結構資訊。
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C. X光晶體繞射分析（X-ray crystallography）、核磁共振分析（NMR）：
- 正確。這是解析蛋白質原子級3D結構的兩大經典黃金標準。
- X-ray crystallography：將蛋白質純化並培養成晶體，利用X光繞射圖譜計算出電子密度圖，進而建構出精確的3D原子模型，是目前PDB資料庫中結構數據最多的來源。
- NMR (Nuclear Magnetic Resonance)：利用原子核在磁場中的磁性，測量原子間的距離限制，計算出蛋白質在溶液狀態下的3D結構，特別適合解析較小的蛋白質或觀察蛋白質的動態（Dynamics）。這兩種方法皆能提供足夠的解析度來鑑定酵素催化中心的立體構型。
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D. 磁振造影技術（MRI）、共軛焦顯微鏡技術（confocal microscopy）：
- 錯誤。
- MRI：雖然原理與NMR相同，但應用於臨床醫學影像，觀察的是人體組織、器官的巨觀結構（毫米級解析度），無法看到分子原子。
- Confocal microscopy：屬於光學顯微鏡，用於觀察細胞層次的螢光標記位置，解析度受限於光繞射極限（約200奈米），遠不足以解析蛋白質結構（奈米/埃等級）。
答案解析
要鑑定酵素催化中心的3D結構，必須使用能達到原子解析度（Atomic Resolution）的技術。目前科學界公認的主要方法有三種：X光晶體繞射（X-ray crystallography）、核磁共振（NMR）以及近年興起的冷凍電子顯微鏡（Cryo-EM）。選項C包含了其中兩項最經典且廣泛使用的技術，故為正確答案。
核心知識點
考生應掌握解析蛋白質（酵素）3D結構的三大核心技術及其適用情境：
- X光晶體繞射 (X-ray Crystallography)：
- 原理：利用晶體對X光的繞射。
- 特點：解析度最高，無分子量上限，但樣品必須能「結晶」。
- 核磁共振 (NMR)：
- 原理：利用原子核自旋磁矩。
- 特點：在「溶液」中進行，接近生理狀態，可研究蛋白質動態（Dynamics），但受限於分子量（通常<30-50 kDa）。
- 冷凍電子顯微鏡 (Cryo-EM)：
- 原理：利用電子束穿透冷凍樣品（Single Particle Analysis）。
- 特點：不需結晶，適合超大分子複合物（Macromolecular complexes），近年解析度已達原子等級（Revolution of Resolution）。