DNA 複製過程中，下列何種酵素具有校對（proofreading）DNA 序列正確性的功能？
詳細解析
本題觀念
DNA 複製的正確性對於維持遺傳資訊至關重要，而校對（proofreading）機制是確保複製忠實度的第一道防線。本題考核 DNA 複製過程中四種酵素的功能差異，重點是辨別哪一種具有即時偵測並移除錯誤核苷酸的能力。掌握各酵素在複製叉上的角色分工，有助於理解基因穩定性的分子基礎。
選項分析
A. 引子酶（primase） 引子酶是一種 RNA 聚合酶，功能是在 DNA 模板上合成一段短的 RNA 引子（約 10 個核苷酸），提供自由的 3'-OH 末端讓 DNA 聚合酶開始延伸新股。引子酶只負責起始複製，本身沒有外切酶活性，也不具備校對功能。
B. 拓撲異構酶（topoisomerase） 拓撲異構酶的作用是緩解 DNA 複製叉前方因雙股螺旋展開而產生的超螺旋張力（supercoiling）。第 I 型切斷單股、第 II 型切斷雙股，切斷後旋轉再接合以釋放扭轉壓力。此酵素管理的是 DNA 的拓撲結構，與序列正確性無關，不具校對活性。
C. 5'→3' 外切酶（5'→3' exonuclease） 5' → 3' 外切酶活性與 DNA 聚合酶 I 相關，主要功能是在複製完成後移除 RNA 引子，並參與缺口平移（nick translation）進行 DNA 修復。此酵素從 5' 端往 3' 方向降解核苷酸，切除方向與 DNA 合成方向相同，無法回頭檢查剛合成的 3' 末端，因此不是校對功能。
D. 3'→5' 外切酶（3'→5' exonuclease） ✅ 3' → 5' 外切酶活性是 DNA 聚合酶內建的校對功能。當聚合酶在新合成股的 3' 末端嵌入錯誤的核苷酸時，會因錯配導致聚合酶暫停；此時 3' → 5' 外切酶域從 3' 端將錯誤核苷酸切除，讓聚合酶重新嵌入正確核苷酸。此機制使 DNA 複製的錯誤率從約 1.5 × 10⁻⁵ 降至 8 × 10⁻⁶ 以下，是維持複製忠實度的關鍵步驟。
答案解析
答案為 (D)。3' → 5' 外切酶活性是 DNA 聚合酶自帶的校對機制，能在複製過程中即時偵測 3' 末端的錯配核苷酸並將其切除，確保新合成 DNA 股的序列正確性。
核心知識點
- 校對（proofreading）由 DNA 聚合酶的 3' → 5' 外切酶活性執行，從新合成股 3' 末端切除錯配核苷酸
- 引子酶合成 RNA 引子起始複製，不具校對能力
- 拓撲異構酶緩解超螺旋張力，管理 DNA 拓撲結構而非序列正確性
- 5' → 3' 外切酶移除 RNA 引子與參與修復，切除方向與合成方向相同，無法回頭校對
參考資料
- DNA Replication - The Cell (NCBI Bookshelf) (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9940/)
- Exonuclease action of replicative polymerase gamma (PMC11894172)
- DNA replication enzymes - Jack Westin MCAT Content (https://jackwestin.com/resources/mcat-content/dna-replication/specific-enzymes-involved-in-replication)
- DNA replication - Microbial Genetics (https://open.maricopa.edu/microbialgenetics/chapter/dna-replication/)