（清大物理系褚志彪、褚志崧整理）
1953 年，華生和克利克發現了DNA的雙股螺旋結構， DNA利用互補（ATCG含氮鹽基的配對）的方法將遺傳訊息由親代的一根helix做出另一根新的helix，藉此傳給子代的細胞，此方法也在1958年時獲得了證明。但在1953年華生和克利克發現DNA的雙股螺旋結構時，便注意到了一個問題，那就是當細胞分裂增殖時，兩條互為纏繞的DNA長鏈要被分開時所面臨的問題，像兩條互相纏繞的繩子，要解開它們也隨著纏繞出的總長度及外觀的立體空間形狀的複雜性而愈加的困難，如此一來便牽涉到了用來解決幾何問題所發展出來的「拓樸學」，而解決DNA長鏈纏繞的幾何問題正是由一群被稱為「DNA拓樸 」的酵素所進行著。
在人類和其他哺乳類的細胞中一共有五種的拓樸 ，分別為 I、II、II、III、III。奇數型又稱為第一類型的type I，此類型主要是把DNA其中一根鏈先打斷，解決拓樸上的問題後（如面對環形的DNA分子，將其切斷形成直線），再接起來。另一種為第二類型type II 的偶數型，該類型是把DNA兩根鏈都打斷，解決拓樸上的問題後，再接起來。本次演講的主題亦在此類型上，即第二類型type II 的DNA拓樸 。
氨基酸上的氫氧基和DNA上的磷酸根作用，形成一個PO的共價鍵，同時又打斷一個PO共價鍵，所以此反應可以在水溶液中進行，再形成DNA的一個鍵，把蛋白質和DNA分開，是所有 DNA拓樸 所使用的方式。1992年，王倬教授做了一個實驗，DNA拓樸 是一個dimer的結構，像鉗子一樣可以開和關，而ATP正是做為開關所需要的生物燃料，當ATP附在蛋白質上時，該dimer是呈現關的狀態，倘若ATP被水解成ADP和磷酸根時，dimer就會呈現開的狀態。但若是加入一個類似ATP但並不會水解的ATP衍生物時，就可以使其一直保持在關的狀態了。DNA拓樸 在和DNA作用時，主要作用在兩個部分，一根是附在酵素上的DNA 分子，稱為G部分（G為Gate），另一根可以穿過酵素分子進行作用的DNA稱為T 部分（T為Transfer），而T部分進入酵素的方法有兩種，一種是從前門進，後門出的方式，而另一種則是從前門進前門出的方式，第二種方式T部分從前門進入後，先停留在G部分內，然後再把G部分移開，T部分再出來，把G部分移開的原因是T經過G後，若再沿原路回來，則不會發生任何化學改變，故只讓其通過G部分一次。因此DNA拓樸 作用的過程便有了兩種假說，第一種稱為Two-Gate假說，第二種稱為One- Gate假說。王倬教授在1980年便提出了Two- Gate的假說，不過當時並沒有方法可以證明此說法，直至1994年一位西班牙人來到王倬教授的實驗室，利用了兩個環形的DNA分子，其中一個DNA上有 DNA拓樸 ，想讓一個環經過另一個環，並加入了不會水解的ATP衍生物以控制開和關。如果是Two-Gate的話，則產物是不在酵素裡面，且和酵素分離的，如果是One- Gate的話，門一關就出不來了，所以兩個環都在酵素內。這個實驗利用了DNA拓樸的方法，證明了Two- Gate的說法是正確的。
關於typeII拓樸 在醫學上的價值，目前還在摸索的階段，不過已知許多治療癌症的藥其作用都在typeII拓樸 上，而且其中的II還牽扯到哺乳類身體內神經和肌肉的關連。似乎一個渺小的DNA中，還隱藏著一個待人類開發探索的新世界呢。 |
