115年:營養營養學(1)
有關蛋白質結構的敘述，下列何者正確？
A二級結構是多胜肽摺疊成三度空間的立體形狀
B三級結構是多條多胜肽集合在一起
C四級結構可被加熱破壞
D鐮刀型貧血是因為tRNA出錯影響血紅素的蛋白質三級結構
詳細解析
本題觀念：
本題考查蛋白質的結構層次 (Protein Structure Levels) 以及蛋白質變性 (Denaturation) 的原理，同時結合了鐮刀型貧血 (Sickle Cell Anemia) 的分子病理機轉。考生需區分一級至四級結構的定義，並了解環境因子（如溫度）對結構的影響，以及遺傳疾病的中心法則（Central Dogma）錯誤來源。
選項分析
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A. 二級結構是多胜肽摺疊成三度空間的立體形狀
- 錯誤。
- 二級結構 (Secondary structure) 指的是多胜肽鏈的主鏈（Backbone）藉由氫鍵形成規則性的局部構造，如 -螺旋 (-helix) 或 -摺板 (-sheet)。
- 「摺疊成三度空間的立體形狀」通常是指 三級結構 (Tertiary structure)，即整條多胜肽鏈藉由側鏈（R group）間的交互作用（如疏水性作用、離子鍵、雙硫鍵等）進一步捲曲成的最終球狀或纖維狀構形。
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B. 三級結構是多條多胜肽集合在一起
- 錯誤。
- 這描述的是 四級結構 (Quaternary structure)。
- 三級結構 仍然是針對「單一條」多胜肽鏈的整體構形。
- 四級結構 才是由兩條或兩條以上具三級結構的多胜肽鏈（次單元，Subunits），透過非共價鍵（有時含雙硫鍵）組裝而成的複合體（例如：血紅素由4個次單元組成）。
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C. 四級結構可被加熱破壞
- 正確。
- 蛋白質變性 (Denaturation) 指的是蛋白質受到物理或化學因素（如加熱、酸鹼值改變、有機溶劑、重金屬等）影響，導致其空間結構瓦解，失去生物活性。
- 加熱主要破壞維持蛋白質結構的弱化學鍵（如氫鍵、疏水性作用力、凡得瓦力、離子鍵）。
- 四級結構主要依靠次單元間的這些弱作用力維持，因此極易受熱破壞導致次單元解離。加熱同樣也會破壞三級和二級結構，但通常不會破壞一級結構（胜肽鍵）。
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D. 鐮刀型貧血是因為tRNA出錯影響血紅素的蛋白質三級結構
- 錯誤。
- 鐮刀型貧血的根本原因是 DNA (基因) 發生點突變（Point mutation）。
- 具體來說，是血紅素 -球蛋白鏈 (HBB) 基因上的第6個密碼子由 GAG 突變為 GTG。
- 這導致在轉錄成 mRNA 後，轉譯出的胺基酸由麩胺酸 (Glutamate) 變為 纈胺酸 (Valine)。
- 此過程中 tRNA 並沒有出錯，tRNA 忠實地根據突變後的 mRNA 密碼子抓取了對應的胺基酸（纈胺酸）。錯誤源頭在於 DNA 模板，而非轉譯工具。
- 註：此突變確實改變了一級結構，進而影響三級結構並導致在缺氧狀態下形成異常的聚合體（影響四級結構排列），但選項歸因於 tRNA 出錯是錯誤的。
答案解析
正確答案為 (C)。
蛋白質的四級結構是由多個次單元（Subunits）藉由非共價鍵（氫鍵、疏水作用、離子鍵）結合而成。這些化學鍵鍵能較低，對溫度敏感。當加熱時，分子的動能增加，足以打斷這些弱作用力，導致次單元分離，結構瓦解，即發生變性。因此，四級結構確實可被加熱破壞。
核心知識點
考生應熟記以下蛋白質結構與病理對應關係，此為生物化學與病理學常見考點：
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蛋白質結構層次定義：
- 一級 (Primary)：胺基酸序列，由胜肽鍵 (Peptide bond) 連接。（由基因 DNA 序列決定，加熱難破壞）。
- 二級 (Secondary)：局部摺疊 (-helix, -sheet)，由主鏈原子間的氫鍵維持。
- 三級 (Tertiary)：整條鏈的 3D 構形，由側鏈 (R group) 間的作用力（疏水作用、雙硫鍵、離子鍵等）維持。
- 四級 (Quaternary)：多條多胜肽鏈的組裝，由次單元間的非共價鍵維持。
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變性 (Denaturation)：
- 破壞二、三、四級結構，不破壞一級結構（胜肽鍵不斷裂）。
- 成因：高溫、強酸強鹼、重金屬、有機溶劑、清潔劑。
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鐮刀型貧血 (Sickle Cell Anemia)：
- 病因：體染色體隱性遺傳。基因突變 (DNA Level) mRNA 改變 蛋白質一級結構改變。
- 分子機制：-Globin 基因第 6 位胺基酸：Glu (親水) Val (疏水)。
- 後果：去氧狀態下，血紅素聚合形成長纖維，導致紅血球變鐮刀狀，易溶血及阻塞血管。