有言在先：這一系列文字根據的是我多年之前自編的講義串連而成，沒有嚴格的考證。近日發現一本新書 --- <孟德爾之夢：基因的百年歷史>，討論的主題是一樣的，但卻是由一位教授經過仔細文獻、書籍考證的結晶，所以，如果你真的喜歡遺傳學，去讀這本書吧，你的收穫必然更豐富。
有一群人相信，人類探索自然的結果，就是人類踏上一條遠離上帝恩澤的不歸路。從哥白尼、伽利略到維勒(Wöhler, Friedrich 1800-1882)、達爾文，一直到華生、克立克，這些科學家一直在將上帝推離人類。這種見解讓認同前述想法的人，對科學發展一直存有疑慮，甚至敵意。但如果你讀了聖經、相信上帝，那你應該很清楚，人類天生就是要與上帝對抗的。嗯，說對抗也許太過頭，但起碼並不那麼順從吧。現在，這些人的憂慮更深了，因為居然有科學家宣稱：人不當上帝，誰能？
是誰讓華生相信人可以扮演上帝創造生命的角色？孔伯格是也。孔伯格在1956年純化出史上第一個可合成DNA的酵素，即DNA聚合酶(DNA polymerase I)，也是這項工作讓他獲得1959年的諾貝爾獎(比起華生、克立克等了九年，孔伯格只等三年就獲肯定)。合成DNA有何重要性？這是因為幾乎所有生物(只有RNA型病毒例外)都以DNA為其建構生命的藍圖，能夠掌握製造生命藍圖的關鍵，創造(或許說是設計比較貼切。有越來越多科學家以為，創造生命這檔事，還是讓上帝來執行吧)生命怎麼不會是唾手可得呢？(我曾說過，若真有上帝，此時他一定又在竊笑了。人類也不想想，若創造如此輕巧，則以神的能耐，何以還得休息？參閱人的壽命為什麼這麼長？)
孔伯格了不起的地方可不只有純化而已，他還發明了無細胞系統(cell-free system)，讓DNA聚合酶在這樣一個極單純的系統裡利用一些建構DNA基本單元，與既有的單股DNA模板(template strand)便合成出史上第一組生物的全部DNA序列，總長5300個含氮鹼基對的「Φx174病毒」。可惜的是，這個「人工生命」無法表現生命現象，也就是說，在細菌體內無法複製。此一問題最後在蓋烈特(Gellert, Martin)與李曼(Lehman, Bob)發現接合酶(ligase)後被解決。接合酶可將前述的兩段人工合成DNA連成環形，在進入細菌體內後便開始複製，跟真的一樣。
那麼，DNA複製時的已知情節又如何呢？請看下列圖表文說明，可能有些小複雜。首先，下圖是構成DNA的單元，核苷酸的簡圖。
下面這張則是DNA複製的簡要過程，比較需要留意的是逆向合成股(Lagging strand)。DNA的雙股結構有點兒怪，兩股在化學鍵結上彼此以相反的方向延伸。可偏偏合成DNA的聚合酶又很難搞，非得從5’ 到3’ 端才願意將新的核苷酸給接上。這是因為酵素的作用部位都有空間特異性，當核苷酸擺放的位置不對時，DNA聚合酶就不認識它，便無法合成了。因此，順向合成股( 5’à3’)可一路順暢合成下去，但逆向合成股( 3’à5’)就變得非常麻煩，為了符合DNA聚合酶5’à3’端的合成特性，逆向合成股必須一段一段的合成，最後再由DNA接合酶善後，把那些稱為Okazaki片段的DNA一一接起來。
下表則是將DNA複製過程中，已知參與的蛋白質摘要性的表列其功能。
最後再提一點，原核生物多半是環形DNA，在複製的時候只有一個複製起點；真核生物則為線形，且有多個複製起點。不過不知道什麼原因，原核生物的複製速度比真核生物快了10倍，每秒可合成500個核苷酸。(真不曉得科學家是怎麼估算出來的)
本系列文章，在此暫時劃上休止符。分子生物學的發展已超過任何科學家的預料，期間的新發現在在改寫我們對生物的認知。有志從事生物學研究的同學，分子生物學絕對是你們的絕佳方向。
有一群人相信，人類探索自然的結果，就是人類踏上一條遠離上帝恩澤的不歸路。從哥白尼、伽利略到維勒(Wöhler, Friedrich 1800-1882)、達爾文，一直到華生、克立克，這些科學家一直在將上帝推離人類。這種見解讓認同前述想法的人，對科學發展一直存有疑慮，甚至敵意。但如果你讀了聖經、相信上帝，那你應該很清楚，人類天生就是要與上帝對抗的。嗯，說對抗也許太過頭，但起碼並不那麼順從吧。現在，這些人的憂慮更深了，因為居然有科學家宣稱：人不當上帝，誰能？
是誰讓華生相信人可以扮演上帝創造生命的角色？孔伯格是也。孔伯格在1956年純化出史上第一個可合成DNA的酵素，即DNA聚合酶(DNA polymerase I)，也是這項工作讓他獲得1959年的諾貝爾獎(比起華生、克立克等了九年，孔伯格只等三年就獲肯定)。合成DNA有何重要性？這是因為幾乎所有生物(只有RNA型病毒例外)都以DNA為其建構生命的藍圖，能夠掌握製造生命藍圖的關鍵，創造(或許說是設計比較貼切。有越來越多科學家以為，創造生命這檔事，還是讓上帝來執行吧)生命怎麼不會是唾手可得呢？(我曾說過，若真有上帝，此時他一定又在竊笑了。人類也不想想，若創造如此輕巧，則以神的能耐，何以還得休息？參閱人的壽命為什麼這麼長？)
孔伯格了不起的地方可不只有純化而已，他還發明了無細胞系統(cell-free system)，讓DNA聚合酶在這樣一個極單純的系統裡利用一些建構DNA基本單元，與既有的單股DNA模板(template strand)便合成出史上第一組生物的全部DNA序列，總長5300個含氮鹼基對的「Φx174病毒」。可惜的是，這個「人工生命」無法表現生命現象，也就是說，在細菌體內無法複製。此一問題最後在蓋烈特(Gellert, Martin)與李曼(Lehman, Bob)發現接合酶(ligase)後被解決。接合酶可將前述的兩段人工合成DNA連成環形，在進入細菌體內後便開始複製，跟真的一樣。
那麼，DNA複製時的已知情節又如何呢？請看下列圖表文說明，可能有些小複雜。首先，下圖是構成DNA的單元，核苷酸的簡圖。
下面這張則是DNA複製的簡要過程，比較需要留意的是逆向合成股(Lagging strand)。DNA的雙股結構有點兒怪，兩股在化學鍵結上彼此以相反的方向延伸。可偏偏合成DNA的聚合酶又很難搞，非得從5’ 到3’ 端才願意將新的核苷酸給接上。這是因為酵素的作用部位都有空間特異性，當核苷酸擺放的位置不對時，DNA聚合酶就不認識它，便無法合成了。因此，順向合成股( 5’à3’)可一路順暢合成下去，但逆向合成股( 3’à5’)就變得非常麻煩，為了符合DNA聚合酶5’à3’端的合成特性，逆向合成股必須一段一段的合成，最後再由DNA接合酶善後，把那些稱為Okazaki片段的DNA一一接起來。
下表則是將DNA複製過程中，已知參與的蛋白質摘要性的表列其功能。
原核生物DNA複製過程中所參與的蛋白質與其功能
| 蛋白質種類 | 功能 | |
| Helicase | 可將螺旋狀雙股DNA解開成複製分叉(Replication fork) | |
| Single-strand binding protein | 可與單股DNA結合並穩定其單股狀態直到能為複製的模板 | |
| Topoisomerase | 可藉由斷、轉、接三步驟校正複製分叉端過度旋轉的單股DNA | |
| 在順向合成股的功能 | 在逆向合成股的功能 | |
| Primase | 在順向股的5’ 端合成小片段單股RNA(Primer) | 在okazaki片段的5’ 端合成小片段單股RNA |
| DNA polymerase III * | 在Primer後連續接上核苷酸 | 在Primer後連續接上核苷酸 |
| DNA polymerase I | 從順向股的5’ 端移除primer並以DNA取代之 | 從okazaki片段的5’ 端移除primer並以DNA取代之 |
| DNA Ligase | 連接取代primer後的DNA之3’ 端與其餘順向股DNA | 連接okazaki片段 |
| *目前在真核生物中至少發現11種不同的DNA聚合酶，惟功能大都相同 | ||
最後再提一點，原核生物多半是環形DNA，在複製的時候只有一個複製起點；真核生物則為線形，且有多個複製起點。不過不知道什麼原因，原核生物的複製速度比真核生物快了10倍，每秒可合成500個核苷酸。(真不曉得科學家是怎麼估算出來的)
本系列文章，在此暫時劃上休止符。分子生物學的發展已超過任何科學家的預料，期間的新發現在在改寫我們對生物的認知。有志從事生物學研究的同學，分子生物學絕對是你們的絕佳方向。
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