讓生物分子躍然紙上 專訪洪上程 研之有物 | 中研院洪上程
生物分子(Biomolecule)是指存在於生物體內的分子,包含人體中的膽固醇、DNA、還有微生物和植物產生的天然物等等。生物分子大多為有機化合物,由碳、氫、氧、氮、硫等原子,依循大自然的規則組成精巧的結構,彷彿造物主的摺紙作品。現在,你也能透過手中的紙張,摺出存在於你體內的生物分子。為了讓大人和小孩對生物分子自然產生興趣,而非痛苦地背教科書,中研院基因體研究中心的洪上程主任想到:「不如一起來玩摺紙吧!」攝影│張語辰紙張的超級變變變多數人聽到「摺紙」,會想到摺紙鶴、摺東南西北,就是小孩子的遊戲。但新式摺紙先...
生物分子 (Biomolecule) 是指存在於生物體內的分子,包含人體中的膽固醇、DNA、還有微生物和植物產生的天然物等等。生物分子大多為有機化合物,由碳、氫、氧、氮、硫等原子,依循大自然的規則組成精巧的結構,彷彿造物主的摺紙作品。現在,你也能透過手中的紙張,摺出存在於你體內的生物分子。
紙張的超級變變變多數人聽到「摺紙」,會想到摺紙鶴、摺東南西北,就是小孩子的遊戲。但新式摺紙先驅 Robert Lang 於演講[1]時曾分享:「摺紙的精髓, 在於摺的動作,在於成形的過程。」
摺紙只有一個簡單的方程式:想好要摺的結構 → 設計摺紙步驟 → 摺出成品。摺紙的這種思考方法,和科學家合成生物分子的思考方法類似。先從大到小,運用 X 射線晶體學[2]、核磁共振成像[3]、低溫電子顯微鏡[4]等設備與技術,窺見生物分子的結構樣貌,並將生物分子結構以反合成分析[5]拆解成小單元;接著,基於有機化學[6]、分子動力學[7]等知識,逆推這些小單元如何組合成完整的生物分子,從小到大,設計出合成反應的步驟。
「不是硬記公式,否則到了實驗室不一定做得出來。」洪上程提醒:要從週期表出發,先了解碳、氫、氧、氮、硫等元素的特性,以及了解這些元素和元素鍵結[8]會形成哪種官能基團,從這些關聯去推理合成反應。
如果這太抽象的話,摺紙可以幫助理解。洪上程拿出一些小紙片:「這些三角形、四角形、五邊形、六邊形,就像生物分子的最小建構單元,可以組合成很多摺紙造型,也能變化出很多生物分子結構。」
摺出你體內的小夥伴1953 年華生[9] (James Watson) 和克里克[10] (Francis Crick) 根據弗蘭克林[11] (Rosalind Franklin) 的X光晶體實驗結果提出 DNA 雙股螺旋[12]結構圖,...