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學習重點 掌握 DNA 與 RNA 的五碳糖、鹼基及鹼性環境下穩定性的差異。 理解核酸互補配對與反向平行原則，能正確寫出指定方向的互補鏈。 區分 mRNA、tRNA、rRNA 與 siRNA 的功能，熟記色胺酸、甲硫胺酸與終止密碼子。 理解 DNA 變性與降解的差異，辨認高溫、NaOH、尿素與麩胱甘肽的作用。 掌握 Tm 是變性達到一半時的溫度，能判讀雙股 DNA 與 random coil 的比例。 核心觀念 一、DNA 與 RNA 的組成及穩定性 核酸由核苷酸連接而成，每個核苷酸包含含氮鹼基、五碳糖及磷酸。相鄰核苷酸以磷酸二酯鍵形成骨架，核酸序列通常依 5′→3′ 方向書寫。 比較項目DNARNA 五碳糖2-去氧核糖，2′ 碳連接 H核糖，2′ 碳具有 OH 主要鹼基A、G、C、TA、G、C、U 常見結構雙股反向平行螺旋通常為單股，可形成局部雙股及髮夾 鹼性環境下的穩定性骨架較不易因鹼而水解，但雙股可變性分離2′-OH 可促進磷酸二酯鍵斷裂，較不穩定 A、G 屬於嘌呤；C、T、U 屬於嘧啶。DNA 與 RNA 的主要鹼基差異是 DNA 使用胸腺嘧啶 T，RNA 使用尿嘧啶 U。 胸腺嘧啶又可稱為5-甲基尿嘧啶，因此比較兩者結構時，尿嘧啶比胸腺嘧啶少一個甲基；差別不是多了羥基或胺基。 轉錄時，RNA 是依 DNA 模板互補合成：模板上的 A 對應 RNA 的 U，模板上的 T 則對應 RNA 的 A。所謂「RNA 以 U 取代 T」，是指 RNA 的鹼基組成；若與 DNA 編碼股比較，RNA 序列通常相同，只是以 U 取代 T。 RNA 通常為單股，不代表不能鹼基配對。同一條 RNA 的互補區段可折疊形成髮夾或局部雙股，RNA 也可與其他 RNA 或 DNA 形成互補配對。 二、互補配對與序列方向 DNA 的標準配對是 A–T、G–C；RNA 的標準配對是 A–U、G–C。A–T 或 A–U 通常有兩個氫鍵，G–C 有三個氫鍵；鹼基堆疊作用也有助於穩定雙股結構。 DNA 雙股採反向平行排列：一股為 5′→3′，與它逐位置配對的另一股便為 3′→5′。若題目要求互補鏈也由 5′→3′ 書寫，必須將互補結果反向排列。 例如原股為 5′-ATGCCA-3′，逐位置配對為 3′-TACGGT-5′；將互補股改寫成 5′→3′，得到 5′-TGGCAT-3′。先互補、再反向，才能得到反向互補序列，不能只替換鹼基而忽略兩端方向。 三、蛋白質合成相關 RNA RNA 種類主要功能辨認關鍵 mRNA，訊息 RNA攜帶遺傳訊息，提供蛋白質翻譯的模板提供密碼子與胺基酸排列順序 tRNA，轉運 RNA攜帶特定胺基酸，以反密碼子辨認 mRNA 密碼子直接運送胺基酸 rRNA，核糖體 RNA與蛋白質構成核糖體，並參與催化肽鍵形成核糖體的結構與催化成分 siRNA，小干擾 RNA參與 RNA 干擾，促進標的 RNA 的沉默調控基因表現 胺基酸接在 tRNA 的 3′ 端；tRNA 的反密碼子則與 mRNA 密碼子配對。因此，「提供合成資訊」應想到 mRNA，「攜帶胺基酸」應想到 tRNA，「構成核糖體並催化肽鍵形成」應想到 rRNA。 四、標準遺傳密碼的必要對應 密碼子是 mRNA 上連續的三個核苷酸，依 5′→3′ 方向讀取。標準遺傳密碼中，一個密碼子指定一種胺基酸或終止訊號；多數胺基酸可由數個不同密碼子編碼，稱為簡併性。 胺基酸或訊號mRNA 密碼子判讀重點 色胺酸，tryptophan，TrpUGG標準遺傳密碼中只有此一密碼子 甲硫胺酸，methionine，MetAUG也通常作為起始密碼子 終止訊號UAA、UAG、UGA不編碼一般胺基酸 UGG 與 UGA 只差最後一個鹼基，意義卻不同：UGG 編碼色胺酸，UGA 在標準遺傳密碼中是終止訊號。作答時也要區分 mRNA 的密碼子與 tRNA 的反密碼子，不能混用。 五、DNA 變性與變性因子 DNA 變性是雙股螺旋失去原有配對與堆疊結構，使兩股分離。解鏈後的單股常以 random coil，即無規則捲曲形態描述。變性主要改變非共價作用，通常不切斷磷酸二酯骨架；降解則涉及核酸鏈的斷裂。 因素或試劑與 DNA 變性的關係 高溫促進雙股解鏈，破壞原有穩定結構 NaOH強鹼改變鹼基的離子化狀態，干擾配對，使雙股分離 尿素，urea干擾維持核酸結構的非共價作用，可促進變性 麩胱甘肽，glutathione主要具有還原與抗氧化作用，在上述比較中對 DNA 的變性作用最小 不要把蛋白質與 DNA 的變性機制直接混用。麩胱甘肽的還原作用與 DNA 雙股解鏈沒有相同的直接關係；DNA 雙股也不是靠雙硫鍵維持。 六、熔解溫度 Tm 的定義 Tm（melting temperature）是 DNA 熔解或變性達到一半時的溫度。依一般考題的簡化表述，此時約 50% DNA 維持雙股，約 50% 已解鏈而呈 random coil 形態；兩種說法描述的是相同的中點。 Tm 不是開始解鏈的溫度，也不是完全解鏈的溫度，更不是 DNA 降解 50% 的溫度。判讀重點是「一半變性、一半仍為雙股」。 其他條件相同時，GC 含量較高通常使 Tm 較高；鹽離子可屏蔽磷酸骨架間的負電荷排斥，因此適度提高鹽濃度通常也會提高 Tm。序列長度、錯配及溶液條件同樣可能影響 Tm，不能只由單一因素判定所有情況。 常考陷阱 「RNA 無法形成鹼基配對」：錯在把常見單股結構誤當成不能配對；髮夾與局部雙股都是反例。 「尿嘧啶比胸腺嘧啶多甲基」：方向顛倒。T 是帶有甲基的 U，因此 U 比 T 少甲基。 「互補後直接照原方向抄寫」：忽略反向平行。要求 5′→3′ 時，須寫反向互補序列。 「mRNA 攜帶胺基酸」：mRNA 攜帶訊息；直接攜帶胺基酸的是 tRNA。 「UGA 編碼色胺酸」：標準遺傳密碼中 UGA 是終止，UGG 才是色胺酸。 「Tm 時全部變成雙股或全部呈 random coil」：兩者皆錯，Tm 是變性中點。 「DNA 變性就是骨架斷裂」：混淆變性與降解；NaOH 可使 DNA 解鏈，也可使 RNA 骨架較容易水解。 記憶口訣 「T 比 U 多甲基；RNA 單股也配對。」 「m 傳訊、t 載料、r 組核糖體；UGG 色胺酸，AUG 甲硫起。」 「互補再反向；Tm 到一半；解鏈非斷鏈。」