DNA半保留式複製機制

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。


在華生、克立克描述DNA模型的論文中，除了提出DNA呈現螺旋雙股的幾何結構外，他們還推測DNA的複製邏輯：像解開拉鍊般，細胞可將原本貼合在一起的雙股DNA分開，再依據A配T、G配C的原則，以舊股DNA為模板依序合成新股DNA，換言之，子代細胞中的雙股DNA，一半是原有的DNA，另一半則是新合成的。這個觀念是受到澳洲生物化學家查加夫(Chargaff, Erwin)發表在1947年的論文所得到的啟發，查加夫發現在DNA的分子組成解析資料中有一項不可忽視的規律性：在所有被分析的DNA中，腺嘌呤(adenine, A)的數量非常接近胸腺嘧啶(thymine, T)；而鳥糞嘌呤(guanine, G)與胞嘧啶(cytosine, C)的數量比又極接近1。(就如同孟德爾一直看到3：1的比例)
        題外話，請問若已知人類的DNA中腺嘌呤含量佔了30.3%，請問胞嘧啶含量佔了多少百分比？又已知大腸桿菌的DNA中腺嘌呤含量佔了26.0%，請問若逢機各取上述兩種生物等量鹼基數的DNA，則何者在加熱後較快從雙股完全變成單股？
        華生、克立克對DNA複製的假設，在他們發表文章的五年後，被兩位科學家以精巧的實驗證明了，他們就是梅色生與史塔爾。實驗原理與如下：
1.DNA的結構裡含氮元素，而氮元素存在兩種同位素，¹⁴N、¹⁵N。
2.若DNA在複製時使用了不同的N源，則將會在DNA的重量上產生差異。
3.離心處理時，較重的物體較易沉降到底部。
        於是他們將細菌培養在函¹⁵N的培養基中若干世代，再移至一般含¹⁴N的培養基。分別收集第一與第二子代的細菌，並萃取出其DNA經離心處理後結果如下：

2019大學指考生物試題

從離心管的分層比較結果中清楚的看得出來，第一子代的DNA只出現一條區帶，且其重量分佈介於¹⁴N¹⁴N與¹⁵N¹⁵N之間。由此可知，DNA複製之後得到的子代DNA中，保留了一半親代的DNA。至此，華生、克立克的半保留式複製已被證實為真。(需要再補充說明的請舉手)
        DNA複製機制的大綱是被闡明了，但距離人們真正了解DNA如何被複製還有一段長路要走。其中一位貢獻者，我的高中生物老師還曾特別提起他的大名：孔伯格(Kornberg, Arthur 1918-2007 )，1959年諾貝爾獎得主。我的印象特別深刻是因為，老師用「生命之父」來形容這位這科學家。他到底發現什麼？又做了什麼前無古人的創舉？且聽下回分解。
未完 預告
打從巴斯得那個年代起，人們就越來越覺得生命好像不再那樣是一團無法解開的謎。我指的是生命的真實運作，不是哲學家眼裡對生命的理解。越來越多生命現象可以在試管裡被重現，就連創造生命的藍圖也不例外…