弄懂一節，就懂了整條鏈
在化學那一關裡，你學過單體—聚合物原理：生命把小小的、大體相同的單元扣成鏈，從而搭起它的長分子。DNA 和 RNA 正是這個思路，而我們終於要在這裡與它們那唯一的建築模塊面對面了。這個單元就是核苷酸，整個這一關的訣竅很簡單——弄懂一節，你就懂了整條鏈，因為一條 DNA 鏈不過是成千上萬乃至上百萬個核苷酸首尾相接，就像自行車鏈條上的鏈節。
每個核苷酸都由恰好三個部分扣在一起。第一是含氮鹼基——攜帶資訊的「字母」（A、G、C、T 或 U）。第二是一個五碳糖，鹼基就掛在它上面。第三是一個或多個磷酸基團，也就是你在「反應偶聯」裡見過的那種由磷和氧組成、帶負電的小團塊。鹼基朝側面伸出來拼出一段資訊；糖和磷酸接起來形成鏈條。把這三個部分牢牢記住，分子其餘的行為都能從中推得出來。
一字之差的陷阱：核苷與核苷酸
有兩個詞只差一個字母，幾乎把每個人都絆倒，我們現在就把它們釐清。核苷就是鹼基連著糖——三個部分裡的兩個，沒有磷酸。核苷酸則是獲得了一個或多個磷酸基團的核苷——三個部分齊全。區別就在那個磷酸，僅此而已。一個簡單的記法：核苷「酸」裡多了個「酸」字，磷「酸」也有這個字——帶「酸」的那個，就是帶磷酸的那個。
這不是咬文嚼字——細胞是真的在意。只有帶著帶電磷酸的核苷酸才能被連進鏈裡，因為正是磷酸去和下一個糖成鍵。光禿禿的核苷無可成鍵。這也正是為什麼有些抗病毒和抗癌藥物是「核苷類似物」：假的鹼基加糖，細胞誤以為是真貨、把它加到正在延長的鏈上，從而卡住複製機器。那一個磷酸，就是一個惰性的備用零件和一個能用的鏈節之間的差別。
四字母的字母表——以及它的兩種尺寸
資訊完全活在鹼基裡。含氮鹼基是一種扁平、富含氮的環狀分子（名字由此而來），重要的只有五種：腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）和尿嘧啶（U）。DNA 用 A、G、C、T；RNA 把 T 換成 U，用 A、G、C、U。這就是全部的字母表——一個約三十億個字母的人類基因組，通篇只是這四個字元反覆出現，就像圖書館裡每一本書都是用同樣的二十六個字母寫成的。
下面這個細節稍後會派上用場：這四個字母分兩種尺寸。嘌呤——腺嘌呤和鳥嘌呤——由兩個稠合環構成，是大的、雙環的字母。嘧啶——胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶——由一個環構成，是小的字母。一個好記的口訣是「嘌呤是 A、G 一夥」——PURine 對應 Adenine 與 Guanine。這種尺寸差異並非冷知識：在下一篇你會看到，大嘌呤總是伸過去與小嘧啶配對（A 配 T、G 配 C），於是螺旋的每一級橫檔都一樣寬。這正是本關後面講雙螺旋那篇能成立的原因。
不過得對這個簡化說法坦誠一點。「四字母字母表」是標準的講法，也大體公允——但細胞確實悄悄還用著幾個別的字元。甲基化的胞嘧啶，以及 RNA 中許多經過化學修飾的鹼基都很常見，並承載著真實含義。（這些鹼基在化學上還略帶鹼性，這一點連同其中的氮，正是「含氮鹼基」這個名字的由來。）真正的字母表帶有化學腳註；其中一些我們會在後面的關卡裡再談。
那個糖：一個氧分出 DNA 與 RNA
鹼基攜帶資訊，但悄悄決定你手裡是 DNA 還是 RNA 的，是那個糖。兩者都用一種五碳環糖，區別只在一個氧原子。RNA 的糖是核糖，它在編號為 2' 的碳上帶著一個羥基（一個 OH）。DNA 的糖是去氧核糖——字面意思就是在那個 2' 位上「少了一個氧」的核糖。所以兩種糖在結構上唯一的區別，就是 2' 碳上的一個 OH：核糖有，去氧核糖沒有。這就是藏在 DNA 與 RNA 名字裡的那個 D 與 R 之別。
這一個缺失的氧解釋了出奇多的事。多出的 2' OH 讓核糖更活潑、遠不如去氧核糖穩定——RNA 能攻擊自己的骨架並斷裂——這部分解釋了為什麼 RNA 是短命的工作副本，而 DNA 是耐久的主檔案。人們已經從數萬年前的骨頭裡讀出過古代 DNA；卻沒有人指望能用同樣方式回收完整的古代 RNA。等我們講到中心法則（DNA -> RNA -> 蛋白質）時，正是這種穩定性差異，讓細胞把資訊存放在結實的去氧核糖核酸裡，再派出用完即棄的 RNA 副本去做日常工作。
- 從糖開始——一個五角的環，碳從 1' 編到 5'。
- 在 1' 碳上扣一個鹼基。現在你有了一個核苷（鹼基＋糖）。
- 在 5' 碳上掛一到三個磷酸。現在它是個核苷酸了——完工的鏈節。
- 要長出一條鏈，細胞就把新鏈節 5' 角上的磷酸接到上一節空著的 3' 角上——再重複，重複幾千次。
同一種分子，也是細胞的燃料
下面這個聯繫，把這一篇接回到化學那一關。取核苷腺苷（腺嘌呤＋核糖），給它掛上三個磷酸，你就得到了ATP——正是我們談「把一個不利反應偶聯到一個有利反應」時認識的那個能量貨幣。ATP 並不是另外某種獨立的能量化學品；它實實在在就是一個帶著三個磷酸（而非一個）的 RNA 核苷酸。細胞的資訊分子和它的動力供應，原來是用同一套零件做成的。
為什麼是三個磷酸？這些磷酸各自帶負電，把三個擠在一起就像壓緊一根彈簧——它儲存了能量。掰掉最外側那個磷酸會釋放這份能量（一個強烈為負的 delta G，也就是你早先認識的自由能變化），細胞便用它來驅動做功。這同時也解答了本關裡的一個謎題：搭建一條鏈要耗能，所以細胞並不添加光禿禿的核苷酸——它添加的是核苷三磷酸（比如做 DNA 用的 dATP），讓兩個磷酸掰掉、為每一個新鏈節扣到位提供動力。資訊與能量，一族分子身兼兩職。
ASSEMBLE A LINK: base --on 1'--> sugar = NUCLEOSIDE (e.g. adenosine) nucleoside --on 5'--> phosphate = NUCLEOTIDE (AMP, 1 phosphate) add 2 more phosphates = ATP (still a nucleotide; the cell's fuel) CHAIN THEM (always 5' -> 3'): 5'-(P)-sugar-base ... 3'-OH + (P-P-P)-sugar-base-3' -> new bond joins 3' of the chain to 5'-phosphate of the next link -> 2 phosphates snap off, releasing energy