主要概念
生物學
生命
DNA
雙螺旋
介紹
有沒有想過 DNA，生命形式的遺傳藍圖，是如何編碼和傳遞關於如何生長和維持該生命形式的資訊的？就像食譜包含一道菜的配方一樣，DNA 儲存著生物體生命的配方。然而，與各種食譜不同，非常不同的生物體的 DNA，例如真菌、植物或動物的 DNA，看起來都非常相似。儘管每個人都有獨特的 DNA 序列，但我們所有人 DNA 的相似度約為 99.9%！在這個活動中，你將製作一個 DNA 短片段的模型——足以瞭解它的樣子以及它如何編碼生命。
背景
植物、真菌和動物可能看起來彼此非常不同，但它們都是由稱為細胞的微小構建塊組成的，並且——極少數例外——這些細胞中的每一個都在其中心有一個分子，其中包含生物體的藍圖。這個分子叫做 DNA：脫氧核糖核酸。儘管不同生命形式的藍圖有所不同——畢竟，植物、真菌和動物是非常不同的生物體——但它在 DNA 中的編碼方式是相同的。
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DNA 分子使用四種化學鹼基編碼所有資訊：胞嘧啶 (C)、鳥嘌呤 (G)、腺嘌呤 (A) 和胸腺嘧啶 (T)。它有兩條互補鏈，每條鏈都有一個長的糖-磷酸骨架，四種化學物質附著在上面。這些化學物質的序列或順序包含開發、維持和生長生物體的資料。在 DNA 中，這四種化學物質總是以相同的方式連線在一起形成對：A 與 T 配對；C 與 G 配對。透過這種非常特殊的方式，兩條互補鏈連線在一起形成 DNA：一個長分子，看起來有點像繩梯——只有大約 200,000,000 倍小！順時針扭動“梯子”，你就能明白為什麼 DNA 也被稱為“雙螺旋”。
當生物體生長時，它們的細胞分裂，並且在幾乎所有情況下，每個細胞都會收到 DNA 分子的副本。DNA 的巧妙結構允許輕鬆複製：雙螺旋的每條鏈都包含建立新 DNA 分子所需的所有資訊。如果鹼基對彼此鬆開，則每個帶有四個化學物質序列的骨架都可以成為新 DNA 分子的基礎。由於 A 和 T 始終配對，C 和 G 也始終配對，因此一條鏈足以重新建立分子。
材料
膠帶，約兩釐米寬，1.5 米長（如美紋紙膠帶）
卡紙或結實的紙
紅色、黃色、藍色和綠色記號筆
尺子
鉛筆
剪刀
夥伴
毯子或紙張
繩子或粗繩約一米長（可選）
準備工作
從紙上剪下 40 條紙條，每條 4 釐米乘 1 釐米。用鉛筆線將每條紙條分成兩部分，使其由兩個 2 釐米乘 1 釐米的矩形組成。這些矩形代表你 DNA 的鹼基或密碼化學物質。
DNA 中只有四種不同的鹼基或密碼化學物質。我們將使用顏色來指示每一種：紅色、黃色、藍色和綠色。這些密碼化學物質非常特殊——紅色只與黃色結合，藍色只與綠色結合。* 在分隔線的兩側為紙條著色，使你得到紅-黃和藍-綠條。正面和背面都以相同的方式著色。（請注意，在你的身體中，這些鹼基對很小且沒有顏色！我們使它們變得又大又鮮豔，以便模型美觀且更易於理解。你的 DNA 長度約為 30 億個鹼基對，因此你只會模擬 DNA 的一部分——而不是整個序列！）此活動製作一個 DNA 片段的模型。
DNA 看起來像一個扭曲的繩梯。對於你的模型，你將首先製作梯子的“骨架”側面，然後新增“鹼基對”橫檔。首先剪下兩段膠帶，每段長 65 釐米。將它們彼此平行地放在桌子上，粘性面朝上，中間留出約兩釐米的空間。在你新增鹼基對時，使用短膠帶將兩個骨架固定到位。
步驟
拿起一條準備好的紙條（一個鹼基對），將一端粘在一個骨架上，另一端粘在另一個平行的骨架上。紙條應該在兩個骨架之間形成一個漂亮的橋樑，並與骨架成直角交叉，就像繩梯上的橫檔一樣。請注意，你的紙條不會到達兩條膠帶的整個寬度，而是從膠帶的中間附近開始和結束。
將更多的紙條粘在骨架上，使它們形成平行的橫檔。在橫檔之間留出約一釐米的空間。這樣做直到你的骨架透過鹼基對從一端連線到另一端。
取下將骨架固定在桌子上的膠帶片，並將每條膠帶縱向對摺在中間。膠帶將摺疊在鹼基對的末端上，將它們固定在摺疊的膠帶片之間。
你的模型幾乎完成了！還缺少一個細節：DNA 是扭曲的。握住梯子的一端，讓你的夥伴握住另一端。順時針扭轉你的一端幾次。當你扭轉它時，你的 DNA 片段的長度會發生什麼變化？你明白為什麼 DNA 被稱為雙螺旋了嗎？
DNA 可以使用任一鏈中包含的資訊複製自身。你認為你可以用你的 DNA 分子做同樣的事情嗎？
為了測試你是否可以，解開你的 DNA 模型，將其平放在桌子或地面上。用紙或毯子蓋住一條鏈。你的工作是利用你在製作 DNA 分子時獲得的知識來完成分子。對於每種可見的顏色（密碼化學物質）你能說出哪種顏色（密碼化學物質）被隱藏了嗎？這如何幫助你複製你的 DNA 分子？
額外內容： 在兩種顏色（每種顏色代表一種密碼化學物質）相遇的地方剪斷每個鹼基對。現在，使用每條鏈來複制原始 DNA 模型。你得到兩個相同的分子了嗎？
額外內容： 計算你的 DNA 片段中鹼基對的數量。人類 DNA 由 30 億個鹼基對組成。你能估計一下，如果你模擬所有 30 億個鹼基對，你的模型會有多長嗎？
額外內容：拿一段約一米長的繩子。扭轉繩子並繼續扭轉。你看到長鏈如何扭曲和摺疊成更緊湊的空間了嗎？你認為這在我們的身體內部有什麼幫助？
觀察與結果
你很可能能夠說出隱藏的顏色是什麼——無論你選擇隱藏哪條鏈。這是因為一旦你知道一對的一側，你就知道它的夥伴，因為這些化學物質總是與相同的夥伴配對：紅色與藍色；綠色與黃色。
真實 DNA 中的四種密碼化學物質通常用字母 T、A、C 和 G 表示。它們沒有顏色，但它們也同樣特殊：T 和 A 始終配對在一起，G 和 C 也是如此。DNA 分子一條骨架上的序列包含重新建立該分子的所有資訊。
你的模型中可能大約有 30 個鹼基對。你需要將其延長 1 億倍才能模擬人類 DNA 的所有 30 億個鹼基對。你的模型將長約 60,000 公里或 37,300 英里——大約是環繞地球 1.5 圈！你的 DNA 分子可能大約 4 釐米寬。真實 DNA 寬約 2 奈米，即百萬分之二毫米。這意味著你的模型比真實 DNA 寬約 2000 萬倍。這條長長的 DNA 鏈盤繞和摺疊到人體幾乎每個細胞的中心！
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*編者注（7/10/20）：此句子在釋出後新增，以更正顏色組合的描述。