115年:(醫檢)檢驗(2)

此作用需要何種酵素?

ADNA polymerase
BRNA polymerase
Cprotein kinase
Drestriction endonuclease

詳細解析

本題觀念

本題屬於同一題組中依序作答的中心法則(central dogma)系列問題,共用同一張示意圖,該圖示在同題組前一小題已確認是在描述「轉錄(transcription)」這個作用,也就是以DNA模板股合成互補RNA分子的過程。本題進一步詢問執行這項轉錄作用所必需的酵素,考核的是中心法則各步驟與其對應關鍵酵素的配對能力。

分子生物學中心法則描述遺傳訊息由DNA轉錄為RNA、再由RNA轉譯為蛋白質的單向傳遞流程,其中每一個步驟都仰賴特定的酵素催化才能進行。轉錄這一步驟的核心酵素,必須具備辨識DNA上啟動子(promoter)區域、解開雙股螺旋、並依鹼基互補配對原則催化核苷三磷酸聚合成RNA鏈的能力,這正是本題四個選項所要比較與鑑別的重點。

選項分析

A:DNA polymerase是DNA複製(replication)過程中負責催化新DNA股合成的酵素,其模板與產物皆為DNA分子。這種酵素的作用發生在細胞分裂前的基因體複製階段,與圖示所描述之DNA轉為RNA的轉錄反應性質不同,並非本題所需之酵素,此選項不正確。

B:RNA polymerase是轉錄作用的核心酵素,能專一性辨識並結合DNA上的啟動子區域,將雙股DNA解開,再以其中一股DNA為模板,依鹼基互補配對原則(A配U、T配A、C配G、G配C)催化核苷三磷酸聚合形成RNA鏈。整個轉錄過程依序經歷起始、延長與終止三個階段,正是圖示所描述作用不可或缺的酵素,此選項為本題正確答案。

C:protein kinase是催化蛋白質磷酸化反應的酵素,主要功能在於細胞訊號傳導與蛋白質活性的轉譯後調控,其作用對象是已合成完成的蛋白質分子,而非DNA或RNA的合成過程,與轉錄反應的機轉無直接關聯,此選項不正確。

D:restriction endonuclease(限制酶)是能辨識並切割特定DNA序列位點的酵素,主要應用於分子選殖、基因重組操作及DNA限制酶切割圖譜分析等實驗技術,其功能是切斷DNA而非合成RNA,並非轉錄過程所需之酵素,此選項不正確。

答案解析

本題答案為B。解題的關鍵在於掌握中心法則各步驟與對應酵素的正確配對:DNA複製由DNA polymerase負責、轉錄由RNA polymerase負責、轉譯則由核糖體搭配轉譯因子完成,各步驟所需的酵素彼此不可混用。本題圖示所呈現的作用,經同題組前一小題確認為轉錄,也就是以DNA其中一股為模板、合成出互補RNA分子的過程;而能執行此一任務的酵素,正是RNA polymerase。RNA polymerase會先辨識啟動子序列並與之結合,接著解開DNA雙股螺旋,暴露出模板股,再依鹼基互補配對原則將游離的核苷三磷酸逐一連接延長成RNA鏈,直到辨識終止訊號為止。這一連串精密的分子機轉,使RNA polymerase成為轉錄作用中不可替代的關鍵酵素,也是本題其他三個選項所描述之酵素(分別作用於DNA複製、蛋白質磷酸化、DNA切割)皆無法取代的原因。

核心知識點

  1. 中心法則描述DNA轉錄為RNA、RNA再轉譯為蛋白質的遺傳訊息傳遞流程,各步驟皆有專屬且不可互換的催化酵素。
  2. RNA polymerase是轉錄作用的核心酵素,負責辨識啟動子、解開DNA雙股、並依模板股催化合成RNA鏈,過程分為起始、延長、終止三階段。
  3. DNA polymerase作用於DNA複製,以DNA為模板複製新的DNA雙股,與轉錄反應無關。
  4. protein kinase作用於蛋白質磷酸化與訊號傳導,屬轉譯後調控機轉,不參與DNA轉RNA之合成反應。
  5. restriction endonuclease作用於切割特定DNA序列,多用於分子選殖與基因重組,並非合成RNA所需之酵素。

參考資料

  1. RNA polymerase
  2. Central dogma of molecular biology
  3. DNA-directed RNA polymerase
  4. RNA Polymerase Function and Definition - Technology Networks
  5. RNA polymerase structural studies - PMC