探索生命《生物學》79
Vassallo, Kunde - I vespri siciliani, duet Arrigo Monforte act III
1. 細胞要正常運作最基本的就是必須精確地複製DNA。複製出錯是無法完全避免的，細胞複製發生的錯誤包括，成對鹼基配對錯誤、增加或刪除了核甘酸，以及某些核甘酸被化學修飾變形了。某些DNA複製錯誤嚴重到導致細胞功能異常。
2. 各種運作與建造有機體所需的蛋白質，染色體都有合成它們的指令；這些基因指令意外改變，大部分的結果是干擾程序，而不是增進程序的進行。
3. 染色體的基因不能隨便改變，如同一只運作得很好的機械手錶，隨意拿走一個齒輪再放到另一個地方結果造成手錶不能走，細胞也是一樣，基因隨機突變通常是有害的，而非有利的。
4. 舉例來說，人類血紅蛋白基因的第17個密碼鹼基對是腺嘌呤－胸腺嘧啶，如果與胸腺嘧啶配對的腺嘌呤被其他東西取代，將導致血紅蛋白的外型改變，連帶破壞紅血球細胞的外型，造成一種基因疾病鐮刀型貧血症 sickle cell anemia。
5. 集合數千種結構蛋白質、酵素、調控蛋白…等等的基因指令是由長達數百甚至數千個鹼基組成，鹼基發生錯誤的機率縱使低到只有千分之一，也會造成非常大的錯誤。
6. 毫無意外地，有一些特殊的機制使原核生物和真核生物的基因複製錯誤的比例降到非常低。此外，再多一層保障，原核生物和真核生物演化出一些酵素能夠找到基因複製過程中DNA壞損的地方並且修復它。
7. 就像其他的酵素，負責修復基因的酵素能夠辨識DNA損壞的部分，咬住損壞的DNA區域進行修復。DNA修復機制奏效的關係，生物突變mutation的比例很稀少。突變就是DNA的核甘酸序列永久性的改變。
8. 原核生物與真核生物用酵素複製基因的錯誤率大約是105對鹼基產生3個錯誤。如果放任這種錯誤率不修正，每個細胞的蛋白質大約有3％是錯誤的，以人類細胞為例，每複製一個人類細胞會出現1000個變樣的蛋白質。
9. 很幸運地，DNA聚合酶複合物DNA polymerase complex 上一種或多種酵素先校正每個鹼基，切掉錯誤的基因，然後DNA聚合酶上其他的酵素再補上正確的鹼基；完成之後DNA複合酶繼續往前，不會再檢查第二次。
10. 人類細胞大約有50,000組功能基因，每組功能性基因由兩條（股）DNA鏈組成，每條DNA鏈平均有1500個鹼基；經過修復之後，人類基因的錯誤率大約是細胞每複製10次會在基因的某個地方出1個錯誤。
11. 基因訊號的完整性也受到其他改變鹼基序列的因素威脅，其中包括熱、輻射、各種化學因子等等，這些都會增加突變率。這些因素對突變率增加的影響令人驚訝。
12. 舉例來說，光是熱能就能每天打斷人體細胞5000個嘌呤（腺嘌呤和鳥糞嘌呤）與它們的去氧核醣核酸的化學鍵。
13. 當皮膚細胞暴露在太陽光的紫外線下，紫外線會將鄰近的幾個胸腺嘧啶融合，造成基因突變，增加細胞致癌的風險。不過因為修復酵素持續作用的關係，細胞突變的機率下降，遠低於沒有修正錯誤下複製的錯誤率。
14. 細胞修復染色體的方式基本上跟複製時發生的突變錯誤的修正方法一樣。酵素混合物會辨識出錯的位置，咬住錯誤的核甘酸序列，切掉錯誤的部分，以保留的那一股完好的DNA鏈為底本進行修復。
15. 修復工程由一批特定酵素執行。舉例來說，約有20種不同的酵素掃瞄染色體上的鹼基是否發生化學異常，每種酵素各有其能夠解決的問題。
16. 另外有5種左右的酵素是用來解決鹼基與其他化學物質之間共價鍵結異常的問題，以及同一股DNA上相鄰的鹼基彼此之間鍵結異常的問題。
17. 此外，還有一些酵素的功能是咬住缺少鹼基的位置進行修補，例如嘌呤很容意在熱能的作用下脫離，必須加以修補。總之，細胞大約有50種酵素不斷地辨識與修正基因的錯誤。
18. 既然有機體內有這麼精密的基因修復系統，那麼協助物種適應環境變遷的基因突變是怎麼成功通過修復系統的考驗呢？顯然，這個世界上沒有完美的酵素檢驗系統，某些基因錯誤逃過酵素的法眼，另外一些是酵素修正出錯。此外，如果突變是剛剛好發生在複製之前的時間點，或者是在複製過程中發生突變，那酵素就沒有足夠的時間偵測與修復。
19. 最後一種情況是，修正酵素無法偵測得到某些突變。舉例來說，胞嘧啶很容易化學變形成胸腺嘧啶，一旦胞嘧啶變形成胸腺嘧啶，它的配對鹼基也會跟著變成鳥糞嘌呤，結果組成一對完全錯誤的鹼基；可是因為對酵素來說，胸腺嘧啶是正常的鹼基，無從修正胸線嘧啶或鳥糞嘌呤的錯誤。
20. 雖然DNA修復機制會錯過某些基因突變，不過整體而言基因突變的機率非常低，大約是細胞繁殖一百萬代才出現一個突變。因為修復程序非常有效，代代相傳的基因素材十分穩定。雖然突變的機率很低，突變是新基因的來源。
21. 基因多樣化有利於族群生存。基因突變使得物種多樣化，當族群面臨天擇時，多樣化的基因能夠幫助族群生存，突變可能繁殖不適應環境的後代，也可能繁殖出更適應環境的後代。
22. 如果基因都是一成不變，族群將無法演化，也無法因應環境的變遷。不過，族群基因多樣化的主因是有性生殖，然而不可否認的，突變也確實增加了基因多樣化，這些因素都是族群演化的基礎。
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