下列何者對固有無序蛋白（ intrinsically disordered proteins ）特性的描述最適當？

本題觀念：

本題考查的是固有無序蛋白（Intrinsically Disordered Proteins, IDPs）的基本生物化學特性。這類蛋白質挑戰了傳統生物學中「序列決定結構，結構決定功能」（Sequence $\rightarrow$ Structure $\rightarrow$ Function）的中心法則，因為它們在生理條件下缺乏穩定的三維結構，卻仍具有重要的生物功能。

選項分析：

• A. 在生理上大多沒有功能：錯誤。

  • IDPs 在生物體內扮演極為重要的角色，特別是在細胞訊息傳遞（signaling）、轉錄調控（transcriptional regulation）和細胞週期控制等方面。
  • 它們的結構彈性使其能與多種不同的靶蛋白結合（binding promiscuity），這在複雜的調控網絡中是優勢，而非無功能。這被稱為「無序-功能範式」（Disorder-function paradigm）。

• B. 缺乏一個確定的三維結構：正確。

  • 這是 IDPs 的定義特性。在生理條件下，IDPs 不會摺疊成單一、穩定的二級或三級結構（如 $\alpha$-螺旋或 $\beta$-摺疊的緊密堆積），而是以**動態的構形集（dynamic ensemble）**形式存在，像是一團不斷變化的「蛋白質雲」（protein cloud）。
  • 它們通常在與特定的靶分子結合後，才會誘導摺疊出穩定的結構（Coupled folding and binding）。

• C. 主要由芳香族胺基酸組成：錯誤。

  • IDPs 的胺基酸組成具有高度特異性，通常被描述為「低疏水性、高淨電荷」。
  • 它們缺乏像色胺酸（Tryptophan）、酪胺酸（Tyrosine）、苯丙胺酸（Phenylalanine）這類巨大疏水性或芳香族胺基酸，因為這些胺基酸傾向於驅動蛋白質摺疊並形成穩定的疏水核心（hydrophobic core）。
  • 相反地，IDPs 富含帶電荷（如 Arg, Lys, Glu, Asp）和極性/破壞結構的胺基酸（如 Pro, Gly, Ser, Gln）。

• D. 不會與其他蛋白質相互作用：錯誤。

  • IDPs 是蛋白質交互作用網絡中的核心（hubs）。它們的結構可塑性允許它們透過「誘導契合」（induced fit）或「構形選擇」（conformational selection）與多種不同的蛋白質相互作用。
  • 這種交互作用通常具有「高特異性但低親和力（High specificity, low affinity）」的特點，非常適合需要快速結合與解離的調控過程。

答案解析

固有無序蛋白（IDPs）最核心的定義特性即是在生理狀態下缺乏穩定的三維結構（選項 B）。這種結構上的無序性並非缺陷，而是由其胺基酸序列（低疏水性、高電荷）所編碼的特性，使其能夠保持動態結構，進而執行如信號傳導和分子辨識等重要生理功能。

核心知識點

考生應掌握 IDPs (Intrinsically Disordered Proteins) 的以下關鍵特徵：

1. 結構特徵：缺乏穩定三維結構，呈現動態構形集（Ensemble）。
2. 序列特徵：
   • 低疏水性：缺乏芳香族（Trp, Tyr, Phe）與巨大疏水胺基酸（Ile, Leu, Val），無法形成疏水核心。
   • 高淨電荷：富含帶電胺基酸（Glu, Lys, Arg），造成靜電排斥，阻礙摺疊。
   • 富含無序促進胺基酸：如 Pro（破壞螺旋）、Gly（高彈性）、Ser、Gln。
3. 功能機制：
   • Coupled folding and binding：結合靶蛋白時才發生摺疊。
   • 一對多結合（Promiscuity/Hubs）：同一 IDP 可因應不同靶蛋白摺疊成不同結構（如 p53 的 C 端）。
   • 常見功能：訊息傳遞、轉錄調控、細胞週期調控、大分子組裝（scaffolding）。
4. 疾病相關：許多與神經退化性疾病（如阿茲海默症的 $\beta$-amyloid、帕金森氏症的 $\alpha$-synuclein）及癌症（如 p53）相關的蛋白都屬於 IDPs。

參考資料

1. Intrinsically disordered proteins - Wikipedia
2. Intrinsically Disordered Proteins: An Overview - NCBI
3. Role of Intrinsic Disorder in Protein-Protein Interactions - Royal Society