没有钟表匠会有钟表吗？
想象一块老式怀表，里面有发条和很多齿轮的那种。许多零件的协同运动使得精确的时间呈现在表盘上。要让钟表工作，就要让机械部件正确匹配，要做到这一点，每个零件都必须符合严格的规范并正确安装。活细胞要比钟表更加复杂，但它们也需要准确构造的部件正确匹配到一起。细胞的部件不是金属齿轮和发条，而是蛋白质，生命必需的大分子。细胞比钟表更复杂，部件也更多，功能更多样，但每个蛋白质都必须有正确执行功能所需的属性。
钟表匠的比喻有很长的历史。1802年神学家威廉·佩利记述了穿过一片灌木时捡到钟表的经历。他比较了钟表和旁边的岩石，他知道岩石是一直在那儿的。他想知道的是为什么钟表会出现在这里。如果认为钟表也像岩石一样从最开始就一直在这里，显然很荒谬，钟表必定有制造者，而且基于同样的逻辑，人类必然也是这样。理查德·道金斯在他的《盲眼钟表匠》一书中采用了这个著名的比喻
。书中道金斯认为创造生命的钟表匠其实是进化过程，而不是佩利所认为的那样！
要彻底理解道金斯的观点，我们需要了解细胞的运作原理，以及蛋白质的生成。在现代世界之前，所有蛋白质都是由活细胞生成。要认识生命就必须认识细胞。这些微小的结构单元有一些基本的特性，如表4.2所列。每一项都依赖于蛋白质的活动。
表4.2 所有细胞都具有的7个特征
蛋白质通过与某物结合产生效用。同所有极微小的事物一样，它们是化学物质，并且同所有化学物质一样，它们的表面有原子尺度的特征，能够与其他物质原子尺度的特征产生吸引或排斥。这意味着如果某种蛋白质与另一种分子能够精确匹配并且表面的特征相互吸引，两者就可以黏合在一起。如果形状不匹配并且相互吸引的化学特征无法对齐，结合就不会发生。准确结合需要单个原子尺度上的空间位置能匹配，比钟表齿轮的啮合还要精密得多。细胞是怎样生成这种结构的呢？
在蛋白质的合成过程中，存储在DNA中的信息在细胞中扮演的角色同人类钟表匠执行的指令一样。用DNA写出的指令引导细胞中的机构准确组装特定的蛋白质分子。这个策略十分巧妙。许多步骤涉及自组装——免费的结构，但没有DNA中编码的指令，完整的过程就不会发生。
蛋白质是由名为氨基酸的小分子通过化学键连接到一起组成的链，就好像珠子串成的项链。氨基酸是相对简单的化学分子，有10到27个原子（比较一下，水分子有3个原子，乙醇有9个原子）。所有生物的所有细胞都基于同样的20种氨基酸，典型的蛋白质由数百个氨基酸组成，大蛋白质有数千个。
氨基酸都具有共同的可变结构部分，称为侧链。侧链的化学特性决定了氨基酸的特点。在一条链上氨基酸的相互作用（结合）会导致链向自身折叠，使得蛋白质在整体上具有特定的形状。这种形状及其表面的氨基酸的化学性质，决定了蛋白质可以与什么结合以及结合多紧密。图4.2展示了由129个氨基酸组成的还没有折叠的链，图4.3则是链折叠后自然形成的3维形状。
图4.2 129个氨基酸组成的溶菌酶的氨基酸链
图4.3 溶菌酶的3维折叠结构图。带状模型（上图）展示了氨基酸链的构形。表面模型（下图）则展示了分子表面的所有原子。绘图软件采用薛定谔有限责任公司的PyMOL分子图像系统，版本号1.2r3pre
在自然界，所有蛋白质都以同样的方法合成。DNA中编码的信息决定每条蛋白质链上氨基酸的顺序，顺序又决定了形状。图4.2和4.3中展示了溶菌酶蛋白质都具有同样的氨基酸序列和同样的形状，暴露在表面的也是同样的侧链。就算只改变一个氨基酸，形状和表面的细节也会有所不同。
一些蛋白质催化（加速）小分子的化学反应。具有这种特性的蛋白质称为酶。酶的功能是与参与反应的小分子结合。一些蛋白质的功能是与DNA结合，还有一些是与特定的蛋白质结合。所有结合都很精确，并且蛋白质的氨基酸序列的任何变化都有可能改变其表面结构的细节，从而无法与预定目标结合，也许会与其他东西结合。人类细胞能生成数千种不同的蛋白质，都能以高度的特异性与细胞内部或外部的某种物质结合。
细胞的运转依赖于大量精确的蛋白质结合事件，因此正确的蛋白质合成对所有生命都很重要。这是通过微小的分子机制实现的，而这种机制本身又是依靠蛋白质和RNA, RNA是与DNA关系密切的大分子。RNA的合成需要蛋白质酶，蛋白质的合成又需要RNA。因此细胞合成蛋白质的机制也依赖蛋白质。
蛋白质合成是从DNA开始。与蛋白质类似，DNA分子也是由微小单元组成的链。蛋白质是由氨基酸组成，DNA分子则是由核苷酸组成。核苷酸有4种不同类型，一般简记为A、G、C和T。核苷酸可以以任意序列组链。因此，DNA分子可以用字序列描述，例如ACGATTCAAAGTCTCAG，其中每一个字母都代表DNA链中的一个核苷酸。这些字母携带了对细胞有意义的信息，就好像文字可能携带对你有意义的信息一样。细胞中的DNA分子很长，通常包含100万（1·106）到1亿（1·108）个核苷酸。核苷酸组成基因，每种基因编码一种蛋白质。
细胞中的DNA由两条核苷酸链相互缠绕连接而成，形成双螺旋结构。能够形成这种结构是因为A核苷酸可以与T结合，G核苷酸可以与C结合。这种配对使得双螺旋中的两根单链具有互补性：一边是A另一边就是T，一边是G另一边就是C。这种冗余使得损伤可以修补，DNA分子也可以被复制。
合成蛋白质的第一步是复制DNA单链上的特定部位合成RNA。RNA的化学结构类似DNA，但使用的核苷酸有些不一样。它们也有单字母缩写，分别是A、G、C和U。一种名为RNA聚合酶的蛋白质负责合成RNA，合成的RNA的核苷酸链与选取的DNA段序列相同，不过DNA上为T的地方，RNA上为U（图4.4）。大多数复制的RNA是信使RNA（mRNA），但也有一些RNA具有其他功能。
图4.4 RNA聚合酶从DNA序列复制RNA的示意图
mRNA分子可以与核糖体分子结合。核糖体的作用是将氨基酸按mRNA中核苷酸的顺序连接起来合成蛋白质。这样DNA中核苷酸的顺序就间接而准确地决定了蛋白质中氨基酸的顺序。RNA核苷酸只有4种而氨基酸有20种，因此并不是一种氨基酸对应一种核苷酸。mRNA链中3个连续的核苷酸组成的三联码对应蛋白质链中的一个氨基酸。4种核苷酸3个一组总共有64种排列（AAU, ACU, GAU，……）；每种三联码称为一个密码子。64种密码子中有61种都对应特定的氨基酸。还有3种是“终止”密码子。这个合成过程称为转录，意指核苷酸编码的信息被“转译”成氨基酸编码的信息。
氨基酸与核苷酸的结合效率不高，还需要名为tRNA的适配器分子在核糖体中将正确的氨基酸与对应的mRNA密码子对齐（图4.5）。这种适配器确保氨基酸与每3个核苷酸对齐。这个过程的正确性很重要。一旦出错，生成的蛋白质就会有错误的氨基酸序列，从而可能折叠成错误的形状并且无法正确执行功能。
图4.5 核糖体、mRNA和tRNA适配器参与蛋白质的合成。深色结构是与mRNA（长链）作用的核糖体，tRNA与mRNA碱基配对，同时还连着一个氨基酸链。图中下一个要结合的tRNA正在从右边进入核糖体，前一个tRNA则正从左边离开。中间的tRNA在与mRNA的3个核苷酸配对后，连在它上面的氨基酸链将被转给后面进来的tRNA
越来越多的氨基酸被合成后，会从核糖体伸出来，氨基酸相互作用，使得尚未成形的蛋白质开始折叠成由序列决定的3维形状。大多数蛋白质在合成结束时就已经成形了；有一些则需要后续修饰，还有一些要等到与目标物结合时才会最终成形。
自发折叠是理解氨基酸链编码的信息如何转换成3维结构的关键。氨基酸会相互作用，因此链会寻找优化所有相互作用的总能量的形状。过程的这个部分是免费的结构。存在大量可能的蛋白质形状，因为有大量可能的氨基酸序列，每种都会折叠成不同的形状。这就是蛋白质的生成过程，细胞的正确运作需要准确生成的蛋白质。每个蛋白质的生成都遵循编码为DNA的指令。正是DNA序列确保了正确的蛋白质被生成出来。改变序列，就会改变蛋白质。生物不是钟表，而且要复杂得多，但它们的出现无需钟表匠的介入。