Science Daily — 學過生物的人都知道 DNA，即便是一般大眾也聽過 DNA，「DNA 複製」這個名詞更常在好萊塢的電影中出現（最有名的電影之一大概就是 “Jurassic Park”）。不過對於 DNA 雙股螺旋的分離程序究竟是如何開始，以便讓 DNA 自身進行基因複製的這個基本問題，現在來自康乃爾大學的研究人員來告訴您答案是什麼！
圖1. This image shows a DNA double helix (green and purple strands) being separated by a helicase enzyme (green globule) at the junction where the two strands fork. To show that helicases actively separate the two strands of DNA, the researchers attached one end of a DNA strand to a microscope cover slip and attached the end of the other DNA strand to a micron-sized plastic bead. The bead was then trapped in a tightly focused laser beam (red), which allowed the researchers to measure the motion of the helicase as it unwound the DNA. (Credit: Chris Pelkie and Daniel Ripoll/Cornell Theory Center)
根據發表在最新一期國際權威生物期刊《細胞》中的研究成果顯示，扮演這個程序的關鍵角色就在於「解螺旋酶（helicase）」這個酵素，它負責將 DNA 雙股（DNA strands）分離，使其成為個別的單股（single strand）而適於複製程序的進行。
圖2. 解螺旋酶（中間黃色方框） － Helicase － 作用圖示（圖片來源：http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/library/cat-removed/u4aos1p2.html）
科學家已經知道解螺旋酶會結合到 DNA 雙股螺旋中的一段區域上，從這段區域為起點，將會彼此相互分叉開來，就像兩條彼此圍繞著的線的末端被切開了一樣。分叉區域的開啟與閉合速度相當的迅速。但是科學家們對於解螺旋酶 “從這個交叉區域分開兩股的活性” 或 “解螺旋酶被動地等待這個交叉區域自己變寬” 而始終爭論不休。
不過根據最新的發現是，解螺旋酶會對這個交叉區域施加一個力量，促使 DNA 雙股分離。
「如果只是簡單的被動地進行解開的機制是無法解釋我們的數據的，」Michelle Wang 這樣說到，她是本篇論文的主要作者，並且是一位物理學副教授。
「解螺旋酶的缺陷與許多人類的疾病息息相關，從癌症到早熟的老化均是，」另一位共同作者 Smita Patel 這樣說到，他是位在美國紐澤西州 Piscataway 羅伯屋強生醫學院（Robert Wood Johnson Medical School）的生物化學教授。
研究人員將雙股螺旋中，其中一股的一端尾部錨定於一個微蓋的表面上。而另一股的端點則連接上一個微體積的塑膠球。接著他們將雷射光束集中聚焦在這一個微小的球上，使這個小球完全的被雷射光束所涵蓋。這樣便可以讓研究人員量測到小球的位置以及其所承受的外力，藉此用來精確偵測因解螺旋酶運作過程中所產生的變化。當解螺旋酶移動到雙股螺旋展開的交叉口時，雙股螺旋的張力（tension）會變小。接著藉由統計學計算模型，研究人員便可以分別比較出主動作用與被動作用兩者與彼此之間實際上所量測到的數值差異。
圖3. 解螺旋酶的實驗模型卡通圖，圖片來源：Cell, 2007, 129, 1299. fig 1.
「展開的過程中是存在著主動活化的成分在的，而且根據我們的數據，我們可以告訴你它主動發生時的實際狀況究竟為何，」Wang 這樣表示。「基本上，這是一個主動活化的展開運作。」
不過，解螺旋酶在細胞內會表現得相當迅速，但在試管內的實驗則相當的緩慢。因此研究人員相信一定還有其他的酵素暗地裡幫忙解螺旋酶工作，「這些附屬的蛋白質們會藉由將交叉連結處變得不穩定，來幫助解螺旋酶的運作。」Wang 說到。
A major part of this work was done by Cornell physics graduate students Daniel Johnson, the lead author, Lu Bai and Benjamin Smith.
Note: This story has been adapted from a news release issued by Cornell University.
原始報導：
1. ScienceDaily：Researchers Solve Mystery Of How DNA Strands Separate
2. PHYSORG NEWS：Researchers solve mystery of how DNA strands separate
3. Cornell University NEWS：Cornell researchers determine how an enzyme plays a key role in gene copying
原始論文：
Single-Molecule Studies Reveal Dynamics of DNA Unwinding by the Ring-Shaped T7 Helicase
Cell, 2007, 129, 1299-1309.
Daniel S. Johnson, Lu Bai, Benjamin Y. Smith, Smita S. Patel, and Michelle D. Wang
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