基礎與生命的分子觀

分子世界的尺度(scale and units)

分子生物學發生在我們感官無法觸及的尺度上,所以為這些東西到底有多小、有多長建立一點直覺,是很值得的。常用的尺子是奈米,寫作nm,它是一米的十億分之一,比一毫米還要小一百萬倍。生命的分子以奈米來量,而它們那些資訊鏈的長度則以字母的數目來量。

幾個錨定的數字能讓這個世界變得具體。DNA雙螺旋約寬2奈米,沿著它走一步、也就是一個鹼基對,約長0.34奈米。一個典型的蛋白質寬幾奈米,像大腸桿菌這樣的細菌約長1000奈米(即一微米),而一個動物細胞大概比它再大十到一百倍。對於資訊,DNA我們以鹼基對(bp)來數,常用千(千鹼基,kb)或百萬(兆鹼基,Mb):一個典型的基因有幾kb,一個細菌基因組有幾Mb,而人類基因組約為3000 Mb,大約三十億個鹼基對。若把一個人體細胞裡的DNA首尾拉直,約長兩米,然而它卻摺疊進了一個直徑僅約6000奈米的細胞核裡。

這些數字不是冷知識;它們決定了什麼是可能的。因為一個鹼基對只有三分之一奈米,巨量的資訊便擠進了極小的空間,這就是為什麼細胞必須解決一個嚴峻的打包問題,才能把兩米長的DNA塞進一個微觀的細胞核。同樣的尺度也解釋了為什麼我們需要間接的工具——用PCR複製、定序、以及強大的顯微鏡——才能看清裡面發生了什麼,因為這些角色實在太小,普通的光分辨不了它們。

你某個細胞裡那約兩米長的DNA,必須摺疊進一個直徑約6微米的細胞核中。按比例放大,這就好比把約40公里長的釣魚線塞進一個籃球裡——而且還要能隨時找到其中任何一小段。

兩米的DNA,六微米的盒子——一幅圖就道出了打包難題。

要留意單位前綴:一奈米(nm)是一米的十億分之一,一微米(µm)是一米的百萬分之一,所以1微米等於1000奈米。把它們搞混、相差一千倍,是初學者最常犯的尺度錯誤。

又稱
nanometre scalemolecular units分子尺度