DNA复制
（这是一篇比较烧脑的科普，一般读者慎入，学医的同学，或者是上生物课的高中同学，如果对DNA复制机制有模糊点，或许这篇文章可以提供一根帮助理解的拐杖。）
细胞繁殖后代是靠有丝分裂，分裂产生的两个子代细胞，必须传承同样的内容，尤其必须传承同样的基因。知道基因是生命蓝图，能把基因原样传给子代，于是产生跟自己本质相同的副本，这是是生命跟非生命的关键区别。
要把基因传给后代，首先要复制副本，所以这是细胞分裂的第一步。
要完成这个工作是靠各种蛋白质机器的帮助。
基因写在DNA上，DNA是双螺旋体，看起来整条链长一个样，但有一些地段是有不同特征的，那标志着复制起点。解旋酶沿着DNA的一股往前拱，就好像单轨火车那样前进，这就把DNA双股链拆开，暴露出一个个碱基。这些被拆开的地方，看着像油条撕开一半，形成了分叉，所以被叫作复制叉。
拆开的两条股，每一条都可以作为模板，比照着制作一个互补副本。这不太难，因为沃森-克里克碱基对法则，A对T，C对G，这样的对子形状适合，对接时能保持等距离，不会扭曲双螺旋平行股，所以它们之间形成的氢键才能稳定下来。因为这种亲和力，抓一个配对的碱基放上去，很容易就建立起新的连接。
具体施工的是一种蛋白，叫作DNA聚合酶，其实它就是个抄写员，会按照模板上看到的碱基，抓取配对的碱基，就是A配T，C配G，组装成副本链条。每配好一个新碱基，马达蛋白拉着其他蛋白往前走一步，继续处理下一个碱基。
DNA股是有方向的，构成它的骨干的那根“绳子”，就是糖和磷酸基团连成的链条，一头叫5’，这地方有个磷酸基团。另一头叫3’，这里有个羟基。
碱基自己不能独立行动，它们都是用同样的糖和磷酸基团做底座，所以它们也都有3’和5’这样的“极性”。这种方向差异有个很霸道的后果：制作DNA新股的时候，只能从5’端往3’端延伸，不能反过来。
我们可以借一个虚构的动物故事来理解这个过程。比如说，亚马逊丛林里有个萨满，发现若是让蝎子连成一个长链，攻击性暴涨百倍，可以用来打猎，也可以用来御敌。但怎么让它们抱接成链，很费了点思量，最后他找到的做法是，用草茎把一只蝎子的螯捆住，这蝎子就会着魔，憋着劲想抱团，见谁抱谁，只不过它螯被捆着，没法发力。接着萨满把这蝎子的螯朝另一只蝎子的尾巴递过去，那蝎子本能地就用尾巴把来访者螯上的草茎给切断。这来访蝎子双螯解放，立即把对方一把抱住，这就是蝎子链的开端。接下来只要把别的蝎子也捆住螯，朝链条末尾那只蝎子的尾巴递过去，就可以如法炮制，不断延长蝎子链。
DNA新股的延长，就是蝎子链的化学版。每一股DNA碱基链都有5’和3’端，比如下面这一段：
5’-CAAGGAATA-3’
5’端相当于蝎子的螯，3’端则是尾巴。
DNA聚合酶（相当于那位亚马逊萨满）抓住一颗匹配的碱基，把它的5’端递向目前碱基链的3’尾巴。这个尾巴有个羟基（-OH），那个靠近的碱基则有个高能磷酸基团。
高能的意思是憋着劲，想找机会发力，这就像被捆着螯的蝎子。而碱基链尾巴那个羟基，因为形状和电荷分布的特别属性，刚好能打破这个高能磷酸基团的化学键，让内部能量释放出来，这就像链末蝎子用尾巴切断来访蝎子螯上的草茎。
高能磷酸基团释放出来的能量，促使链末的3’羟基和来访碱基的5’磷酸基之间形成新的化学键（磷酸二酯键），这就像双螯获得解放的来访蝎子一把抱住对方，加入蝎子链。
碱基只能用5’端去接上一个碱基的3’端，不能反过来，这是碱基化学属性带来的限制。如果你记得DNA两股方向相反，可能你会想到，这种单行线的复制规则，是不是会带来麻烦。
确实很有点麻烦。好在进化想出了解决办法。
我们看一个具体实例。图1里，两条DNA股（黑线）从左边开始被拆开，这就是解旋。实际的复制过程里，往另一个方向也也有同样的解旋动作，但我们只看一侧的活动就可以了解里面的原理，在这一侧，DNA聚合酶制作副本的时候，是从左边开工，一路向右延伸。图中的灰线表示需要制作的副本。
我们先看下面这股。它的右边是5’端，那么给它做副本的时候，新产生的股，右边必定是3’端，这样才能保证两条股上面的碱基是互补关系。
新股右边是3’端，那么复制方向是从5’往3’走，合乎要求，事情就很简单，3’有羟基，需要加挂的新碱基，把5’的磷酸基递上去，“咔嗒”一下就完工。图2用蝎子形象来展现这个动作。新碱基的“螯”（5’端）递上去，会被主链末端的3’（蝎子尾巴）切割，于是连接到主链上。
麻烦的是上面这一股。它的右边是3’，那么比着它制作的副本，右边是5’，也就是说，这里没有羟基，只有磷酸基。而进化早已定下规则，新来的碱基递过来的也是5’磷酸基，这就像榫头凸凸相对，没法衔接。
这个惹麻烦的股，术语叫后随链（lagging strand）。
细胞的解决办法有点笨拙，但确实解决了问题。而老祖宗告诉我们，如果一个笨方法能解决问题，那就不是笨方法。
这个笨方法，是往前方先扔一个跳板，就是一小段RNA残片，术语叫作引物。
引物虽然是残片，结构却是中规中矩的RNA，骨干是核糖跟磷酸相连，上面挂着若干碱基，所以它也是一头3’，一头5’。复制工程队把引物扔出去的时候，会让它的3’羟基端，相当于蝎子尾巴的一端，面对自己，DNA聚合酶拿着要拼接的碱基，5’磷酸基（“螯”端）朝前，但不是递给脚下碱基链的末端（这里也是磷酸基，递上去没用），而是递给前方的引物，让引物的3’尾巴破解磷酸基，这就把手里碱基挂到了引物上，形成一个连接点，如图3所示。图中每个蝎子代表一个碱基。简明起见，引物只画了一个碱基，实际上那是有10-12个碱基的RNA短链。图中“冈崎片段”的含义，下面马上会说。）而每个新添加的碱基都是3’端对着复制工程队，所以继续添加碱基不是问题。
DNA聚合酶一个一个碱基挂上去，连接不断延长，一直到跟脚下的链条对接，如图4。
这类似缝衣服的倒针走线法，总体缝线要朝右走，但具体每一步却是往左扎针走线。
把引物跟原有的股连上之后，这一段倒行构建的DNA有个名字叫冈崎片段，因为这是日本科学家冈崎令治和冈崎恒子夫妇最早发现的。
完成一段冈崎片段，马达蛋白拉着整个蛋白工作组前行，走到引物最前方，往前再扔出一个引物，还是把3’端朝自己，然后又开始倒行逆施，DNA聚合酶给引物递上碱基，让引物延伸，弥合缺口（图5）。这么一次次重复，一直到整股DNA都复制完毕。
你如果特别细心，可能会想到，引物跟在建股本身有距离，DNA聚合酶怎么能够得着远方的引物？
这个不用担心，有一组“钳工”蛋白质会帮忙，把在建的DNA股拧成U型，把需要添加碱基的3’端递到DNA聚合酶鼻子底下。
所有这些操作，为了理解方便，我们分段介绍。实际上，这里面牵涉到的十几种蛋白质和酶，合作非常密切，就像一套部件组成一台缝纫机，以快得让人炫目的速度做出DNA副本。
做完这一系列操作之后，回头看现场（图6），下面那一对，一股新股（灰色）跟旧股（黑色）完美搭配，可以直接交付。但上面那个却还有问题。那些斜线片段代表引物，引物不是DNA，而是RNA。细胞给3’股做副本的时候，一路拼接过来，产生一段又一段冈崎片段，而这些片段中间，镶嵌的是那些RNA引物（斜杠部分）。
这是不行的，因为这些引物是随机产生的一条RNA短链，唯一的要求是有3’和5’端，并且3’端朝向主链，里面的碱基序列跟它对面那股原版DNA完全没关系。作为保存遗传信息的DNA，这就不是忠实复制。所以下一步，细胞会把那些引物片段逐个去掉，替换成DNA（这两步也都是由特定的酶来完成，所以它们也是复制“缝纫机”的组成部件）。去掉引物之后，出现的缺口是冈崎片段的3’羟基端（蝎子尾巴），所以这里不再需要扔引物了，直接往冈崎片段的3’端递新碱基（蝎子螯）至于递什么碱基，则是用对面的原版DNA做模板，按沃森-克里克配对原则来选择，这就保证了忠实配对。把这些缺口填平，从而完成DNA复制，新股跟原股重新形成双股链，然后交给黏连蛋白和凝缩蛋白打包，为细胞分家做准备。
