DNA双螺旋结构：极其复杂的新发现
DNA双螺旋结构是有史以来最伟大的科学发现之一。DNA分子是建立每个生物体生理特征的最著名的遗传分子，它是由詹姆斯•沃森和弗朗西斯•克里克在1953年发现的。直到2001年中期，人类基因组计划和塞莱拉基因组公司才联合发表了DNA分子的真正性质及其包含的数字编码的复杂性。 我们现在知道，每个人的DNA分子是由约30亿的化学碱基按精确的顺序排列的。 即使是单细胞生物 — 细菌的DNA分子，如大肠杆菌 ，它所包含的信息写出来的书足以填满世界上最大的图书馆。

DNA的双螺旋结构：“碱基”
DNA（脱氧核糖核酸）是一个像螺旋楼梯般螺旋扭曲的双链分子。 每一个链是由一个磷酸糖骨架和众多连接在之上的成对的碱基化合物构成。 组成的螺旋楼梯状的每一阶楼梯的四个碱基是腺嘌呤（A），胸腺嘧啶（T），胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）。 这些楼梯充当着遗传字母表中的“字母”，连贯成复杂的序列，形成词，句，段，用来说明和指导宿主细胞的构成和功能。 或许更恰当地说，A，T，C和G在DNA分子遗传密码中，可以比作计算机软件二进制代码中“0”和“1”。 像计算机上的软件一样，DNA密码是向有机细胞传达信息的遗传学语言。

DNA密码，像软盘上的二进制代码，其基本的配对结构很简单。 但它编码的序列和功能却非常复杂。通过最新技术如x射线晶体学，我们知道细胞不只是“一滴原生质”，而是一种比航天飞机更为复杂的微型的奇迹。 细胞结构非常复杂，它以令人难以置信的精确度来通过DNA分子控制它自身的每一个功能。

虽然DNA的代码非常复杂，但真正令科学界为难的是与密码相关的信息翻译系统。 像任何语言一样，在赋予字母和文字意思的该语言的习俗以外，它们不具备任何意义。 这是现代信息论的核心。 一个简单的二进制信息论的例子就是“保罗•里维尔午夜策马传信。”在这个著名的故事中，如果英国军队从陆路来，里维尔先生就请朋友在北方教堂的窗前摆一盏灯，如果他们从海上来，则摆两盏。 保罗•里维尔和他的朋友之间如果没有共同的语言约定，这简单的沟通努力将毫无意义。 那么，用这一简单的例子，再乘以一个包含许多零的因素。

我们现在知道，DNA分子是一个错综复杂的信息系统。那些说DNA分子是物质力量随机产生的等同于说随意的物质力量可以产生信息。 许多科学家认为，DNA分子的化学组成部分是自然进化的结果。但他们必须清楚，一条信息的物质基础完全独立于信息的转换。因此，其化学组成成分与复杂信息的来源没有关系。 举一个简单的例子，在“自然是被设计的”这句话中所传递的信息与书写它的工具没有关系，无论是用墨水，颜料，粉笔或蜡笔。 事实上，这句话可以用二进制代码，穆尔斯电码或烟雾信号来写，但该消息是相同的，它独立于书写的媒介。 显然在信息和用来传递信息的物质基础之间没有关联。 目前的一些理论认为，在碱基化合物内部的自组成分创造了第一个DNA分子的信息。 其它的则认为，外源的自组成分创造了第一个DNA分子。 然而，所有这些理论都一定拥有一个不合逻辑的结论，即用来传递信息的物质本身也产生出了信息。这与目前进化论科学家的理论相反，前者认为遗传密码中携带的信息必须完全独立于DNA分子的化学组成。

DNA双螺旋结构：仅凭它的存在就足以击败任何进化理论
仅DNA的双螺旋结构这一科学事实就能单独挑战任何假设生命是非生命体通过物质力量产生的理论。 进化理论让很多人认为我们这个世界的结构，是“显而易见”— 是随机的，自然过程的结果。 但是，随着DNA分子的发现，制图和测序，我们明白，有机生命的基础是建立在大量复杂的信息进行编码之上的，如果苍穹中的键盘上没有一个伟大的设计者，这些信息便无法产生并得到解释。

DNA复制 — 概述
DNA复制是生物遗传的基础，是所有生物体中最基本的过程。而这一过程是半保留复制，是以最开始的双链分子中的一条作为模板进行DNA复制，产生两个完全一致的DNA分子。细胞水平的校正和纠错机制能确保非常精确地复制DNA的拷贝。DNA复制发生在基因组的特定位置也就是起始点，DNA分子在起始点形成复制叉开始复制。

DNA复制只能从DNA链的起始点向末端沿着一个方向进行。这是因为合成DNA双螺旋的两条链是反向平行排列的，其中一条链的起始端与另一条链的末尾端平行排列在一起，每一个复制叉只有一条链是按照从尾到头的正确方向指导新链从头到尾方向合成。根据这条指导链，DNA复制持续向前合成复制叉。

DNA复制不能沿滞后链进行，也就是说，从头到尾的DNA链，直到已经复制了足够长度的DNA分子，否则DNA复制不会继续沿着模本链进行复制，DNA复制于是从新合成复制叉处分开。在复制过程中必须暂停并等待更多的亲本DNA链片段，而此时整个长度只是沿着开始到结束方向前进了一小段距离。

DNA复制 — 复制体
复制体是一个执行DNA复制的复杂分子机器。它由大量的次级元件组成，每一个次级元件在复制的过程中都行使一个特殊的功能。解螺旋酶能切断两条DNA分子之间的氢键，从而在DNA合成前分开两条链。当解螺旋酶解开双螺旋时，引导DNA其它区域的超螺旋体排列好。

旋转酶的作用是解开由解旋酶切断DNA链产生的超螺旋化，解旋酶使DNA链旋转并释放超螺旋体，使它们重新加入到DNA链中。旋转酶最常见于复制叉的上游，形成超螺旋的位置。

由于DNA聚合酶只能连接DNA链（不能开始），所以由引物酶引导指导链进行复制。引物酶将与模本链互补的RNA引物加到DNA链上开始复制冈崎片段。

DNA合成酶Ⅲ由2个催化核心构成，一个引导DNA链复制，一个间隔DNA链。但是DNA合成酶Ⅲ不能停留足够时间，有效地复制姐妹链。于是包含3个亚基的二聚物β聚合物共同包裹住DNA链使DNA合成酶Ⅲ留在DNA链上，确保DNA聚合酶Ⅲ能在链上合成几千个核酸而不是几百个。

DNA合成酶Ⅰ将引物酶添加的RNA引物去掉，完成冈崎片段。而DNA合成酶Ⅰ的作用会使冈崎片段之间产生小的空白区域，这就需要连接酶将冈崎片段连接起来，最终两个冈崎片段的末端以共价键结合。

单链结合蛋白绑定在暴露的碱基上竭力防止DNA链的不稳定并保证单链DNA之间不会由氢键形成危险的发夹结构。DNA合成酶包含一个校对机制，通常指的是“外切核酸酶活性”，即将错误添加的核酸去除掉。

DNA聚合酶包含一个'校对'机制，通常被称为 ‘外切酶活性'。这样就删除了误添加的核苷酸。

DNA复制 — 设计签名
DNA的复制是对那些坚持达尔文主义世界观的的人们的一项基本挑战。作为生物信息被复制并传递给后代的过程，这是一个对于细胞的自我复制过程必要的机制。细胞的自我复制对于任何选择性的过程中都是必要的，比如自然选择。因此，试图用自然选择来解释这个机制巨大的复杂性需要人们先要假设他们想解释的东西的客观存在。由于其极为复杂的性质，大多数生化学者先前认为该系统产生，是在最后一个共同祖先的起源之前。此外，许多生化学家长久以来一直把在所有生命中观察到的DNA复制的功能性的相似当作DNA复制的单一的起源。不过在1999年，美国国家卫生研究院的研究人员证明，参与细菌和古细菌或真核细胞（生命进化之树的两个主干）的DNA复制的核心酶其实并没有一个共同的进化起源。因此，它看起来好像细菌和古细菌独自产生了两个相同的DNA复制系统 — 在这两个进化的谱系据信分化自最后的共同祖先之后。

认为这一工程奇迹是一次形成的就以令人惊叹的，更不用说两次。没有明显的原因表明DNA复制是通过一个半保留的，RNA引物依赖性的，双向的机制发生的，该机制依靠前置链和滞后链产生DNA后代分子。即使DNA复制可以在两个不同场合独立地演变，考虑到他们的特性，有理由认为对于细菌和古细菌或真核细胞会出现根本不同的机制。但是没有。

垃圾DNA — 它反驳设计说吗？
所谓的垃圾DNA，是没有编码的蛋白质的DNA。有四种主要的垃圾DNA。内含子是基因内的片段，在RNA被剪除。通过插入或删除来阻止假基因活动。卫星序列是短的重复片段。而遍布的重复片段重复的序列更长，其中大部分产生自移动的DNA成分。达尔文主义者往往列举这样的垃圾DNA作为证据来更宏大地宣扬进化理论，声称这样的垃圾DNA使智能设计的观点没有任何意义。但这样的说法公平吗？

与达尔文主义者的声称相反，最近的科学发现表明，基因组内没有编码的蛋白质区域控制规范着DNA编码蛋白质使用的RNA分子的产生。细胞和基因组生物学家也发现，这些所谓的非蛋白质编码的基因组区域有以下的功能：

1. 规定DNA复制
2. 规定转录
3. 标记的遗传物质程序重排的位点
4. 影响染色体正确的折叠和维护
5. 控制核膜与染色体之间的相互作用
6. 控制RNA加工、编辑和剪接
7. 调节翻译
8. 调节胚胎发育
9. 修复DNA
10. 协助对抗疾病

垃圾DNA — 达尔文主义是科学的阻挡者吗？
新达尔文主义认为，新的生物信息作为一个突变过程的试验和错误的结果，预示将有一个无功能的DNA在真核有机体的基因组积累的趋势。另一方面，智能设计理论，预言大多数基因组中非编码蛋白质序列应该执行一些生物功能。

远不是达尔文主义者这样的科学阻挡者经常所说的那样，事实上这是一个智能设计鼓励科学尝试的领域。从达尔文主义的角度来看，我们期望有大量无用的DNA。反过来说，如果生物是被设计的，那么我们应该预言尽可能多的展现出功能的DNA。有趣的是，在这种情况下，正是达尔文主义者的声明-不是智能设计-该负起阻止研究者寻找所谓‘垃圾DNA’的功能的科学阻挡者的责任。

垃圾DNA — 结论
总之，垃圾DNA远不止是像唯物质的模型所断言的，是过去的进化序列遗留下来的无用的残余物，非蛋白质编码的DNA指导基因组中其他信息的使用。这是智能设计做出的众多科学领域的预测之一，这些预测能够并且已经被科学和科学实验所验证，这与人们经常批评的恰恰相反。

无论如何，智能的设计说中过去有功能的/编码的DNA失去其各自的功能，可能是由于基因的突变，这个观点是完全可信的。无论哪种方式，这样的观点都不能再被用来作为对智能设计是一种科学模型的合理的批判或由此来努力证明达尔文主义的合理。

DNA结构 — 概述
DNA由两个链状分子（多聚核苷酸）围绕彼此旋转，形成了典型的双螺旋结构。细胞通过把四种核苷酸连接在一起形成多聚核苷酸链。用来构建DNA链的核苷酸有腺嘌呤（A)，鸟嘌呤（G）的胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）。DNA储存用来制造细胞使用的多肽的信息。DNA链上核苷酸的顺序（称为基因）说明了多肽链上的氨基酸的序列。

显然DNA的四种核苷酸和用于合成多肽的二十种氨基酸不能存在一对一的关系。因此，细胞用三组核苷酸（称为‘密码子'）来指定20种不同的氨基酸。每一个密码子指定一个氨基酸。

由于某些密码子是多余的，一个特定的多肽链的氨基酸序列可以由几个不同的核苷酸序列来确定。事实上，研究已证实，细胞并不随意使用多余的密码子来指定多肽链中的某一特定的氨基酸。相反，似乎在基因密码子的使用背后有一个微妙的原因。

DNA的结构 — 精细调整和优化
高度重复的核苷酸序列缺乏稳定性而且易于发生变异。然而，加利福尼亚大学一项生物基因组不同的基因密码子的研究表明，基因中的密码子事实上是设计好的，目的是为了避免导致不稳定序列的重复！进一步的研究显示，基因密码子的使用也是为了使核糖体合成的蛋白质的准确性最大化。

此外，基于功能的强化，核苷酸的组成成分似乎也经过精心挑选。构成DNA链的核苷酸有复杂的分子，它由一个磷酸基团和加入五碳糖（脱氧核糖）的一个碱基（腺嘌呤，鸟嘌呤，胞嘧啶和胸腺嘧啶）组成的复杂分子。在核糖核酸中，五碳糖核糖取代了脱氧核糖。

一个核苷酸的磷酸基团与另一个单位的脱氧核糖相连形成DNA链的主链。当两条链排列缠绕形成经典的双螺旋结构时，碱基是中间的‘梯子横档'。

科学家们早就知道，大量的糖和许多其他碱基可以成为细胞的信息存储介质（DNA）的一部分。 但为什么DNA和RNA的核苷酸亚基由特定的成分组成？磷酸盐可形成同时具有两个糖的键（称为磷酸二酯键），连接两个核苷酸，同时保留一个负电荷。这使得这个化学组合完全适合形成稳定的DNA分子的主链。其他化合物可以在两个糖中间形成键，但不能保留一个负电荷。磷酸基团的负电荷赋予DNA主链稳定性，从而保护它不受水分子反应的裂解。此外，磷酸二酯键的性质也是经过精心调整的。例如，连接RNA核糖的磷酸二酯装置可能需要一个相邻核糖分子 2’ OH 或 3’ OH羟基的核糖分子的 5’ OH羟基。核糖核酸完全利用了5'到3'端的连结。事实证明，5'到3'端的连结比5'到2'赋予RNA分子更大的稳定性。

为什么脱氧核糖和核糖分别是DNA和RNA主链的组成成分？两者都是形成五元环的五碳糖。使用多种不同的含有四个，五个，六个碳的，能形成五和六元环的糖来制造DNA类似物是有可能的。但是这些DNA变种与DNA和RNA相比，具有不良性质。例如，一些DNA类似物不形成双螺旋。那些形成双螺旋的，核苷酸链缠绕得不是太紧，就是太松，或者显示出结合中不适当的选择性。此外，从形成六元环的糖生成的DNA类似物，形成六元环继承了太多的结构构造。在这种情况下，它使得细胞正确执行DNA复制和转录变得异常困难。其他研究表明，只有脱氧核糖在DNA双螺旋主链区域提供必要的空间来容纳大型核酸碱基。没有其他的糖满足这一要求。

DNA结构 — 结论
DNA的分子成分似乎已经优化了化学性质，从而产生稳定的螺旋状结构来存储细胞活动所需的信息。目前还没有详细的解释来说明这样一个为细胞存储最重要信息的途径的优化结构是如何自然产生的。认为如此意义深远的优化的形成纯属偶然是很多人不愿意接受的信仰的一个大的飞跃。