教科書之外

互補──完美的和諧

2020-09-01 撰文、插畫/陳文盛
對立的事物如果真的互補,它們的結合會達到最完美的和諧;看似不相稱的事物,常常是最自然的。——褚威格(Stefan Zweig,奧地利作家)


小時候在警匪片看到有人偷偷把別人的鑰匙放在肥皂上,用力壓出凹痕後,拿去當模子鑄造出新鑰匙。哇,好聰明!後來有一次遺失一把鑰匙,拿備用鑰匙去鎖店配新的。我看鎖匠把鑰匙夾在配鑰機的一座架子上,再把同型的鑰匙胚夾在另一座架子上,經過一番調整,再打開電源,機器就根據備用鑰匙的構造,來回割磨鑰匙胚,複製出新鑰匙。哇,新鑰匙也可以這樣複製,不用模子。


兩種複製方法,一種透過模子,一種則直接根據樣本打造;後來我學習DNA時也遭遇到。華生與克里克在1953年提出雙螺旋模型時,就從鹼基間的互補配對(A-T或G-C配)看出DNA的半保留複製方式:雙螺旋打開成兩條單股,兩股互為模子,鑄造出具有互補序列的另一股,完成複製。


最開始華生和克里克並沒有想到鹼基互補的點子。華生在《雙螺旋》書中說,他原來想到的是相同鹼基互相配對,亦即A配A、T配T、G配G、C配C。他非常喜歡這模型,因為它可以解釋DNA如何複製:就是兩股打開,各自當樣本(不是模子),打造同樣序列的新股,完成複製。這不就是鎖匠用配鑰機複製鑰匙的方式嗎?不過,這模型很快就被推翻掉。


基因以互補方式複製的點子,也不是華生和克里克最先想到的,而是由他們的競爭對手鮑林(Linus Pauling)先提出。鮑林在美國加州理工學院研究蛋白質結構的時候,就提出動物免疫抗體與抗原的互動中牽涉到兩者構造的互補性;還有進行催化反應的酶與受質之間的互動也有空間的互補性,後來他進一步把互補性觀念帶進基因。雙螺旋問世的五年前,他就在一場為題「分子結構與生命過程」的演講中說:「一般而言,基因或病毒用來當模板複製會產生不同但是互補的構造。當然一個分子也可能湊巧與鑄造它的模板既相同又互補。不過我看這種情形一般來說不太可能發生,除非出現下面情況:如果做為模板的構造(基因或病毒)有兩個部份,兩者的構造互補,那麼各個部份就可以互當模板,製造出另一部份的複製品……。」他描述的不就是雙螺旋結構和複製機制嗎?他認為「不太可能發生」的情形早就發生在地球上的每一個細胞中。


鮑林提出的基因複製模式是精采的腦力激盪,純粹依據邏輯理論,不像華生有實驗數據和模型建構的幫助。很可惜鮑林日後實際動手建構DNA模型時,沒想起這個點子;或許因為他和很多人一樣傾向基因是蛋白質的想法,不像華生與克里克那樣深信基因就是DNA。那時候艾佛瑞(Oswald Avery)和赫胥(Alfred Hershey)的實驗室已經先後提出支持DNA是遺傳物質的證據,很多人還是覺得DNA是很笨的分子,不可能是基因的構成物質。直到華生與克里克提出雙螺旋模型,才顯示DNA其實是很聰明的分子。


鹼基互補的相輔相成原理,就存在於太極陰陽圖中:畫出陰的輪廓,就得到陽的輪廓,反之亦然。荷蘭藝術家艾雪(M. C. Escher)更擅長發揮陰陽相輔相成,創造奇妙的互補圖案,就像上圖中的雁群。


# 關鍵字:教科書之外生物化學DNA華生克里克鮑林
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