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115年:營養生理生化(1)

下列那一種基因突變對蛋白質的功能影響最大？

Asilent mutation（or synonymous）
Bmissense mutation
Cnonsense mutation
Dframeshift mutation

詳細解析

本題觀念：

本題考查的是**基因突變（Gene Mutation）**對蛋白質轉譯及其結構功能的影響。核心概念在於了解不同類型的突變如何改變 mRNA 的密碼子（Codon）序列，進而影響氨基酸的排列與蛋白質的最終構形。

基因突變主要分為單點突變（Point mutation）與插入/缺失突變（Indel）。根據其對蛋白質序列的影響，可分為靜默突變、誤義突變、無義突變及移碼突變。評估影響程度的關鍵在於：該突變是否改變了閱讀框（Reading frame）以及影響了多少氨基酸序列。

選項分析

  • A. Silent mutation (or synonymous)（靜默突變 / 同義突變）：

    • 定義：DNA 序列改變，但轉錄出的 mRNA 密碼子仍編碼相同的氨基酸（例如：GAA 變成 GAG，兩者皆編碼 Glutamate）。這是由於遺傳密碼的簡併性（Degeneracy/Redundancy）。
    • 影響：氨基酸序列完全不變，蛋白質功能通常不受影響。
    • 例外：極少數情況下可能影響 mRNA 的剪接（Splicing）或穩定性，但在本題比較的四者中，其影響最小。

  • B. Missense mutation（誤義突變）：

    • 定義：DNA 序列改變導致 mRNA 密碼子改變，編碼出不同的氨基酸（例如：鐮刀型貧血，GAG 變成 GTG，Glutamate 變 Valine）。
    • 影響：蛋白質序列中僅有一個氨基酸被替換。影響程度視該氨基酸的位置與化學性質而定。若發生在活性中心或造成劇烈性質改變（如親水變疏水），影響較大；否則可能僅造成輕微功能改變或無影響。其破壞性通常小於無義突變與移碼突變。

  • C. Nonsense mutation（無義突變）：

    • 定義：DNA 序列改變，使原本編碼氨基酸的密碼子變為終止密碼子（Stop codon: UAA, UAG, UGA）。
    • 影響：轉譯提前終止，產生截斷（Truncated）的蛋白質。
    • 嚴重性：通常導致蛋白質功能喪失（Loss of function），且截斷的 mRNA 常會被細胞的「無義突變媒介衰變機制（Nonsense-Mediated Decay, NMD）」降解。雖然嚴重，但該突變點之前的氨基酸序列仍是正確的。

  • D. Frameshift mutation（移碼突變）：

    • 定義：DNA 序列發生插入（Insertion）或缺失（Deletion），且鹼基數目不是 3 的倍數。這會導致突變點之後的閱讀框（Reading frame）發生位移。
    • 影響：
      1. 全盤錯誤：突變點之後的所有密碼子都會被錯誤解讀，導致下游所有的氨基酸序列完全改變。
      2. 提前終止：閱讀框改變後，極高機率會在下游隨機遇到終止密碼子，導致蛋白質同時具備「序列錯誤」與「截斷」的雙重缺陷。
    • 結論：由於它不僅截斷蛋白質，更從根本上改變了整段下游的氨基酸組成，破壞了蛋白質的一級結構，因此被公認為對蛋白質功能影響最大的突變類型。

答案解析

正確答案：D

在所有選項中，**移碼突變（Frameshift mutation）**造成的後果最為災難性。

  1. Silent mutation 不改變氨基酸，影響最小。
  2. Missense mutation 僅改變一個氨基酸，蛋白質整體長度與大部分序列保留。
  3. Nonsense mutation 雖然會截斷蛋白質，但突變點前的序列是正確的。
  4. Frameshift mutation 則是因為閱讀框位移，導致突變點後的所有氨基酸序列全部錯誤，且通常也會導致提前終止。這種突變生成的產物通常完全不具備原本的生物功能，甚至可能產生具細胞毒性的錯誤摺疊蛋白。

因此，移碼突變對蛋白質結構與功能的破壞力最大。

核心知識點

考生應掌握以下基因突變類型及其臨床對應：

  1. Point Mutation (單點突變)：

    • Silent：無改變，由密碼子簡併性（Wobble hypothesis）緩衝。
    • Missense：單一氨基酸改變。例：鐮刀型貧血 (Sickle Cell Anemia) (Glu6Val)。
    • Nonsense：產生 Stop codon，蛋白截斷。例：乙型地中海貧血 (Beta-Thalassemia) (部分類型)、神經纖維瘤第一型 (NF1)。

  2. Frameshift Mutation (移碼突變)：

    • 插入/缺失非 3 的倍數 (Indel ≠\neq 3n)。
    • 下游序列全毀 + 提前終止。
    • 例：戴-薩二氏症 (Tay-Sachs disease) (HEXA 基因插入 4bp)、克隆氏症 (Crohn's disease) (NOD2 基因插入 1bp)。
    • 注意：若插入/缺失為 3 的倍數（In-frame mutation），則僅增減氨基酸，不會移碼。例如 囊腫性纖維化 (Cystic Fibrosis) 最常見的 ΔF508\Delta F508 是缺失 3 個鹼基（少一個 Phenylalanine），屬於 In-frame deletion，而非 Frameshift。

參考資料

  1. Jove - Silent, Missense, Nonsense, and Frameshift DNA mutations
  2. Lumen Learning - Mutations and Protein Structure
  3. Study.com - Mutation Types and Impact
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