回顧：一個複製叉，一台單向機器
在前幾篇裡，你看著細胞把自己的 DNA 打開。解旋酶把螺旋撬開，形成一個 Y 形的複製叉，兩條鏈被撐開，於是主力酶DNA 聚合酶登場，把每條暴露的鏈當作模板來讀取，依照 A-T、G-C 的配對規則，一次一個鹼基地鋪出一條新的互補鏈。到這裡都還很整齊。本篇要講的，正是那個偏偏不肯整齊的細節——以及細胞為應對它而演化出的精巧解法。
這個細節，是關於聚合酶如何工作的一條硬性規則：它只能把新構件添加到正在延長的鏈的某一個特定端點上。化學家把這個端點叫做 3′ 端（寫作 3'），你不喜歡這套術語也無妨——關鍵只在於：這台機器是單向的。它只朝一個方向合成，無法倒著跑。因此一條新鏈永遠朝同一個方向生長，就像一個砌牆的工人，永遠只能把下一塊磚加到牆的右端，絕不能加到左端。
為什麼單向合成會惹麻煩
現在，把這條單向規則，與你在兩級之前見過的一個事實正面相撞：DNA 的兩條鏈是反向平行的——它們頭尾相錯、方向相反，就像兩條逆向交錯而過的車道。聚合酶讀取模板時，所合成的新鏈方向與它正在抄寫的模板相反。於是在兩條模板鏈中的一條上，自然的合成方向恰好指向*正在前進的*複製叉——機器只要追著那正在拉開的拉鏈跑，就能以複製叉解旋的速度邊追邊鋪新 DNA。而在另一條模板鏈上，自然的合成方向卻指向*背離*複製叉的一側，朝著機器早已走過的地方往回。
問題就出在這第二條鏈上。隨著複製叉不斷打開，新的模板不斷出現在機器*不被允許*合成的那個方向上。聚合酶不能乾脆掉頭去追複製叉，因為它無法倒退。這就好比你只會從左往右寫字，可紙卻偏偏從左邊一截一截送出來——每一片新露出的空白紙面，都出現在你身體上根本無法朝其書寫的那一側。
領先股：一路順風
先看輕鬆的那一半。在合成方向指向複製叉的那條模板上，一台聚合酶可以咬住正在打開的螺旋，平穩地、不間斷地合成它的新鏈。複製叉拉開一段；聚合酶把它補上；複製叉再拉開更多；聚合酶始終跟得上。一條連綿不斷的新 DNA，成千上萬個鹼基在一次毫不中斷的連續作業中鋪就。這條悠然連續的拷貝就是領先股——領先股，因為它能緊跟在複製叉的前沿之後。
即便在這裡也有一個小小的前提，它正好從上一篇延續下來：聚合酶不能憑空起頭開始一條鏈。它只能*延長*一段已經存在的片段。所以在領先股開始之前，引子酶會先鋪下一小段 RNA 引子——一個小小的「起針」——聚合酶再從那裡繼續往下接。在領先股上，這件事基本只發生一次，就在最開頭，之後便一帆風順。
延遲股：故意倒著合成
現在來到精彩之處。在那條麻煩的第二條模板上——合成方向背離複製叉的那條——細胞做了一件近乎自相矛盾的事：它*倒著*合成，而且是一陣一陣地短促進行。每當複製叉拉開這條模板的一小段新區域，引子酶就在靠近複製叉處放下一段新的 RNA 引子，一台聚合酶便*倒著*把這段空隙填上，朝背離複製叉的方向走，直到撞上前一段為止。然後複製叉再多打開一點，一段新引子在更靠近複製叉的地方鋪下，過程重複。結果不是一條長長的絲線，而是一連串短小的、各自起頭的片段——這就是延遲股，得名於它總要慢半拍，是一塊一塊地拷貝出來的，而非一氣呵成。
這些短小片段中的每一段，都是一個岡崎片段——岡崎片段，以岡崎令治與岡崎恒子這對夫妻檔命名，他們在 20 世紀 60 年代首次發現了它們，方法是捕捉到 DNA 正以一小段一小段的形式被合成出來。在細菌裡，一個片段大約長一千到兩千個鹼基；在你自己的細胞裡則短得多，約一百到兩百個鹼基。人體內一個複製叉在完工之前，要把成千上萬個這樣的片段縫接起來。
fork moving this way ===>
leading template 3'------------------------------5'
leading new 5'----------------------> (one smooth run)
---- FORK ----
lagging new <----3 <----2 <----1 (3 short fragments)
lagging template 5'------------------------------3'
each <---- = one Okazaki fragment, built away from the fork
gaps between fragments are later sealed by ligase把碎片縫成一條完整的鏈
一條由互不相連的碎塊組成的鏈，還不算完成的 DNA。還剩兩件活。第一，每個岡崎片段開頭仍帶著那一小段 RNA 引子，而 RNA 不屬於最終的 DNA——於是一台聚合酶再走一遍，把每段 RNA「起針」啃掉，用真正的 DNA 把那個位置重新填好。第二，即便如此，這些片段也只是首尾相挨地躺著；它們的骨架還沒有在化學上連成一體。每一對相鄰片段之間，都有一個缺口——糖磷酸軌道上的一處微小斷裂。
封住這些缺口，是最後一種酶的工作：DNA 連接酶。連接酶在後頭沿鏈行走，把相鄰片段的鬆散末端焊接成一條連續的糖磷酸骨架。等它把延遲股從頭走到尾，那成百上千個原本各自獨立的岡崎片段，就連成了一條完整無缺的絲線——在化學上與那條一氣呵成的領先股已無從分辨。對於讀取這條完工雙螺旋的人來說，絲毫看不出其中一條新鏈是一次鋪成的，而另一條是由一大群碎片倒著拼湊、再縫合起來的。
- 引子酶在延遲模板上靠近複製叉處鋪下一小段 RNA 引子。
- 聚合酶向後延伸（背離複製叉），直到碰上前一段，合成出一個岡崎片段。
- 一台聚合酶移除每段 RNA 引子，並用 DNA 把空隙補滿。
- DNA 連接酶封住缺口，把所有片段焊接成一條連續的鏈。
請記住什麼——以及接下來是什麼
退後一步，欣賞這套解法的形狀。細胞面對的是一道棘手的幾何陷阱：一台單向的機器，要去複製兩條指向相反的鏈。它沒有靠發明一個「倒檔」來解決——化學不允許這樣做。相反，它接受了這道限制，並繞過它：一條鏈平順地複製，另一條則以一連串短促的「倒針」來完成，再悄悄縫成天衣無縫的整體。這相當於分子層面的一位裁縫：他只會朝一個方向縫，卻仍能靠一小口一小口規整的來回針腳，縫出一道乾淨的折邊。
還有一項需要誠實記住的代價。這套「補塊加縫合」的方案確實精彩，卻讓線狀染色體的最末端難以收尾：延遲股最後一段引子無法像其餘部分那樣被替換並焊接，於是每複製一輪就丟失一小截。那截鬆動的末端，正是我們將在後面一篇遇到的端粒問題的種子——而更迫在眉睫的是，每接合一個片段，都是一次可能接錯鹼基的機會。下一篇裡，我們將從速度轉向準確：聚合酶如何校對自己的成果，以及細胞如何修補那些漏網的差錯。