115年:醫學一(1)
下列何者是原核細胞蛋白表現載體（expression vector）必備的序列？
A核糖體結合區（ribosome-binding site）、內含子（intron）
B核糖體結合區（ribosome-binding site）、轉錄啟動子（promoter）
C內含子（intron）、轉錄啟動子（promoter）
D核糖體結合區（ribosome-binding site）、端粒（telomere）
詳細解析
本題觀念：
本題考查**原核生物蛋白表現載體（Prokaryotic Expression Vector）**的核心組成元件。 要在原核細胞（如大腸桿菌 E. coli）中成功表現外源蛋白質，載體必須具備能夠被宿主細胞的轉錄與轉譯機器識別的特定序列。
原核蛋白表現的中心法則流程為：DNA mRNA Protein。因此載體必須包含：
- 轉錄（Transcription）相關元件：讓 RNA 聚合酶結合並開始轉錄 mRNA。
- 轉譯（Translation）相關元件：讓核糖體結合到 mRNA 上並開始合成蛋白質。
選項分析
-
(A) 核糖體結合區（ribosome-binding site）、內含子（intron）
- 核糖體結合區（RBS）：正確。在原核生物中，mRNA 5' 端需要有一段特定序列（稱為 Shine-Dalgarno sequence），讓 30S 核糖體次單元能夠辨識並結合，這是轉譯起始的關鍵。
- 內含子（Intron）：錯誤。原核生物（如細菌）通常缺乏將 mRNA 中的內含子剪接（splicing）掉的機制（缺乏 spliceosome）。如果在原核載體中放入含有內含子的基因，細菌無法移除它，會導致轉譯出錯誤的蛋白質或提早終止。因此，原核表現載體通常使用不含內含子的 cDNA。
-
(B) 核糖體結合區（ribosome-binding site）、轉錄啟動子（promoter）
- 核糖體結合區（RBS）：正確。如上所述，這是原核細胞啟動轉譯（Translation）的必備序列。
- 轉錄啟動子（Promoter）：正確。這是原核細胞啟動轉錄（Transcription）的必備序列（如 lac, T7 promoter）。RNA 聚合酶必須結合在啟動子上才能開始製造 mRNA。沒有啟動子，基因無法被轉錄，也就無法產生蛋白質。
- 結論：此選項包含轉錄與轉譯兩個最關鍵的起始步驟所需元件，是正確答案。
-
(C) 內含子（intron）、轉錄啟動子（promoter）
- 轉錄啟動子：正確。
- 內含子：錯誤。如 (A) 所述，原核系統無法處理內含子。
-
(D) 核糖體結合區（ribosome-binding site）、端粒（telomere）
- 核糖體結合區：正確。
- 端粒（Telomere）：錯誤。端粒位於真核生物線性染色體的末端，用於保護染色體並解決複製末端縮短的問題。原核表現載體（質體 Plasmid）通常是環狀 DNA，不需要也不具備端粒結構。
答案解析
正確答案為 (B)。 一個功能完整的原核表現載體，為了達到「蛋白表現」的目的，必須能將 DNA 轉錄成 mRNA（需要 Promoter），並將 mRNA 轉譯成蛋白質（需要 Ribosome-binding site, RBS）。
核心知識點
考生應掌握原核表現載體（Plasmid）的五大關鍵元件及其功能：
- 複製起點 (Origin of Replication, ori)：確保質體能在細菌內自我複製與維持數目。
- 選擇性標記 (Selectable Marker)：通常是抗生素抗藥基因（如 Ampicillin resistance gene, ），用於篩選含有質體的細菌。
- 啟動子 (Promoter)：RNA 聚合酶結合位，控制轉錄的啟動（常見如 T7, lac, tac promoter）。
- 核糖體結合位 (RBS / Shine-Dalgarno sequence)：位於起始密碼子（ATG）上游，引導核糖體結合以啟動轉譯。
- 多重選殖位 (Multiple Cloning Site, MCS)：含有多個限制酶切位，便於插入外源基因。
臨床重要性： 許多臨床藥物（如胰島素、生長激素、單株抗體片段）是利用重組 DNA 技術在細菌中生產的。理解載體設計原理有助於醫師了解生物製劑的生產過程及潛在的結構修飾（如去除 C-peptide 或不含醣基化）。