回顾：一个复制叉，一台单向机器
在前几篇里，你看着细胞把自己的 DNA 打开。解旋酶把螺旋撬开，形成一个 Y 形的复制叉，两条链被撑开，于是主力酶DNA 聚合酶登场，把每条暴露的链当作模板来读取，依照 A-T、G-C 的配对规则，一次一个碱基地铺出一条新的互补链。到这里都还很整齐。本篇要讲的，正是那个偏偏不肯整齐的细节——以及细胞为应对它而演化出的精巧解法。
这个细节，是关于聚合酶如何工作的一条硬性规则：它只能把新构件添加到正在延长的链的某一个特定端点上。化学家把这个端点叫做 3′ 端（写作 3'），你不喜欢这套术语也无妨——关键只在于：这台机器是单向的。它只朝一个方向合成，无法倒着跑。因此一条新链永远朝同一个方向生长，就像一个砌墙的工人，永远只能把下一块砖加到墙的右端，绝不能加到左端。
为什么单向合成会惹麻烦
现在，把这条单向规则，与你在两级之前见过的一个事实正面相撞：DNA 的两条链是反向平行的——它们头尾相错、方向相反，就像两条逆向交错而过的车道。聚合酶读取模板时，所合成的新链方向与它正在抄写的模板相反。于是在两条模板链中的一条上，自然的合成方向恰好指向*正在前进的*复制叉——机器只要追着那正在拉开的拉链跑，就能以复制叉解旋的速度边追边铺新 DNA。而在另一条模板链上，自然的合成方向却指向*背离*复制叉的一侧，朝着机器早已走过的地方往回。
问题就出在这第二条链上。随着复制叉不断打开，新的模板不断出现在机器*不被允许*合成的那个方向上。聚合酶不能干脆掉头去追复制叉，因为它无法倒退。这就好比你只会从左往右写字，可纸却偏偏从左边一截一截送出来——每一片新露出的空白纸面，都出现在你身体上根本无法朝其书写的那一侧。
前导链：一路顺风
先看轻松的那一半。在合成方向指向复制叉的那条模板上，一台聚合酶可以咬住正在打开的螺旋，平稳地、不间断地合成它的新链。复制叉拉开一段；聚合酶把它补上；复制叉再拉开更多；聚合酶始终跟得上。一条连绵不断的新 DNA，成千上万个碱基在一次毫不中断的连续作业中铺就。这条悠然连续的拷贝就是前导链——前导链，因为它能紧跟在复制叉的前沿之后。
即便在这里也有一个小小的前提，它正好从上一篇延续下来：聚合酶不能凭空起头开始一条链。它只能*延长*一段已经存在的片段。所以在前导链开始之前，引物酶会先铺下一小段 RNA 引物——一个小小的“起针”——聚合酶再从那里继续往下接。在前导链上，这件事基本只发生一次，就在最开头，之后便一帆风顺。
后随链：故意倒着合成
现在来到精彩之处。在那条麻烦的第二条模板上——合成方向背离复制叉的那条——细胞做了一件近乎自相矛盾的事：它*倒着*合成，而且是一阵一阵地短促进行。每当复制叉拉开这条模板的一小段新区域，引物酶就在靠近复制叉处放下一段新的 RNA 引物，一台聚合酶便*倒着*把这段空隙填上，朝背离复制叉的方向走，直到撞上前一段为止。然后复制叉再多打开一点，一段新引物在更靠近复制叉的地方铺下，过程重复。结果不是一条长长的丝线，而是一连串短小的、各自起头的片段——这就是后随链，得名于它总要慢半拍，是一块一块地拷贝出来的，而非一气呵成。
这些短小片段中的每一段，都是一个冈崎片段——冈崎片段，以冈崎令治与冈崎恒子这对夫妻档命名，他们在 20 世纪 60 年代首次发现了它们，方法是捕捉到 DNA 正以一小段一小段的形式被合成出来。在细菌里，一个片段大约长一千到两千个碱基；在你自己的细胞里则短得多，约一百到两百个碱基。人体内一个复制叉在完工之前，要把成千上万个这样的片段缝接起来。
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把碎片缝成一条完整的链
一条由互不相连的碎块组成的链，还不算完成的 DNA。还剩两件活。第一，每个冈崎片段开头仍带着那一小段 RNA 引物，而 RNA 不属于最终的 DNA——于是一台聚合酶再走一遍，把每段 RNA“起针”啃掉，用真正的 DNA 把那个位置重新填好。第二，即便如此，这些片段也只是首尾相挨地躺着；它们的骨架还没有在化学上连成一体。每一对相邻片段之间，都有一个缺口——糖磷酸轨道上的一处微小断裂。
封住这些缺口，是最后一种酶的工作：DNA 连接酶。连接酶在后头沿链行走，把相邻片段的松散末端焊接成一条连续的糖磷酸骨架。等它把后随链从头走到尾，那成百上千个原本各自独立的冈崎片段，就连成了一条完整无缺的丝线——在化学上与那条一气呵成的前导链已无从分辨。对于读取这条完工双螺旋的人来说，丝毫看不出其中一条新链是一次铺成的，而另一条是由一大群碎片倒着拼凑、再缝合起来的。
- 引物酶在后随模板上靠近复制叉处铺下一小段 RNA 引物。
- 聚合酶向后延伸（背离复制叉），直到碰上前一段，合成出一个冈崎片段。
- 一台聚合酶移除每段 RNA 引物，并用 DNA 把空隙补满。
- DNA 连接酶封住缺口，把所有片段焊接成一条连续的链。
请记住什么——以及接下来是什么
退后一步，欣赏这套解法的形状。细胞面对的是一道棘手的几何陷阱：一台单向的机器，要去复制两条指向相反的链。它没有靠发明一个“倒挡”来解决——化学不允许这样做。相反，它接受了这道限制，并绕过它：一条链平顺地复制，另一条则以一连串短促的“倒针”来完成，再悄悄缝成天衣无缝的整体。这相当于分子层面的一位裁缝：他只会朝一个方向缝，却仍能靠一小口一小口规整的来回针脚，缝出一道干净的折边。
还有一项需要诚实记住的代价。这套“补块加缝合”的方案确实精彩，却让线状染色体的最末端难以收尾：后随链最后一段引物无法像其余部分那样被替换并焊接，于是每复制一轮就丢失一小截。那截松动的末端，正是我们将在后面一篇遇到的端粒问题的种子——而更迫在眉睫的是，每接合一个片段，都是一次可能接错碱基的机会。下一篇里，我们将从速度转向准确：聚合酶如何校对自己的成果，以及细胞如何修补那些漏网的差错。