分子生物學(xué)是從分子水平研究生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能從而闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)的科學(xué)。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，分子生物學(xué)是生物學(xué)的前沿與生長(zhǎng)點(diǎn)，其主要研究領(lǐng)域包括蛋白質(zhì)體系、蛋白質(zhì)-核酸體系 (中心是分子遺傳學(xué))和蛋白質(zhì)-脂質(zhì)體系(即生物膜)。

分子生物學(xué)的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段。

1、準(zhǔn)備和醞釀階段

19世紀(jì)后期到20世紀(jì)50年代初，是現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的準(zhǔn)備和醞釀階段。

在這一階段產(chǎn)生了兩點(diǎn)對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)上的重大突破：確定了蛋白質(zhì)是生命的主要基礎(chǔ)物質(zhì);確定了生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是DNA。

2、現(xiàn)代分子生物學(xué)的建立和發(fā)展階段

這一階段是從20世紀(jì)50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型作為現(xiàn)代分子生物學(xué)誕生的里程碑，開(kāi)創(chuàng)了分子遺傳學(xué)基本理論建立和發(fā)展的黃金時(shí)代。

DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)的最深刻意義在于：確立了核酸作為信息分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ);提出了鹼基配對(duì)是核酸復(fù)制、遺傳信息傳遞的基本方式;從而最后確定了核酸是遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，為認(rèn)識(shí)核酸與蛋白質(zhì)的關(guān)系及其在生命中的作用打下了最重要的基礎(chǔ)。

在此期間的主要進(jìn)展包括：遺傳信息傳遞中心法則的建立;對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。

3、初步認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)并開(kāi)始改造生命的深入發(fā)展階段

20世紀(jì)70年代后，以基因工程技術(shù)的出現(xiàn)作為新的里程碑，標(biāo)志著人類深入認(rèn)識(shí)生命本質(zhì)并能動(dòng)改造生命的新時(shí)期開(kāi)始。

其間的重大成就包括：重組DNA技術(shù)的建立和發(fā)展;基因組研究的發(fā)展;單克隆抗體及基因工程抗體的建立和發(fā)展;基因表達(dá)調(diào)控機(jī)理;細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理研究成為新的前沿領(lǐng)域。

可以看到在近半個(gè)世紀(jì)中它是生命科學(xué)范圍發(fā)展最為迅速的一個(gè)前沿領(lǐng)域，推動(dòng)著整個(gè)生命科學(xué)的發(fā)展。至今分子生物學(xué)仍在迅速發(fā)展中，新成果、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，這也從另一方面說(shuō)明分子生物學(xué)發(fā)展還處在初級(jí)階段。

分子生物學(xué)已建立的基本規(guī)律給人們認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)指出了光明的前景，但分子生物學(xué)的歷史還短，積累的資料還不夠，例如：在地球上千姿萬(wàn)態(tài)的生物攜帶龐大的生命信息，迄今人類所了解的只是極少的一部分，還未認(rèn)識(shí)核酸、蛋白質(zhì)組成生命的許多基本規(guī)律。

即使到2005年我們已經(jīng)獲得人類基因組的全序列，確定了人的5萬(wàn)-10萬(wàn)個(gè)基因的一級(jí)結(jié)構(gòu)，但是要徹底搞清楚這些基因產(chǎn)物的功能、調(diào)控、基因間的相互關(guān)系和協(xié)調(diào)，要理解80%以上不為蛋白質(zhì)編碼的序列的作用等等，都還要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的研究道路。可以說(shuō)分子生物學(xué)的發(fā)展前景光輝燦爛，道路還會(huì)艱難曲折。

目前，分子生物學(xué)研究的前沿內(nèi)容主要包括如下5個(gè)方面。

1、生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能研究

主要任務(wù)是研究生物大分子特定的空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與其生物學(xué)功能關(guān)系的科學(xué)，屬于結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)的范疇。它包括結(jié)構(gòu)的測(cè)定、結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律及結(jié)構(gòu)與功能的相互關(guān)系。

目前，研究三維結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的手段主要是X線衍射晶體學(xué)，其次是采用二維或多維磁共振技術(shù)研究液相結(jié)構(gòu)，還有人用電子衍射、中子衍射和各種頻譜學(xué)方法等研究生物高分子的空間結(jié)構(gòu)。

2、基因表達(dá)調(diào)控研究

原核生物的基因表達(dá)調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平;真核生物有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程在時(shí)間和空間上都被分隔開(kāi)，且在轉(zhuǎn)錄和翻譯后都有復(fù)雜的信息加工過(guò)程，其基因表達(dá)調(diào)控可以發(fā)生在各種不同的水平上。

基因表達(dá)調(diào)控研究主要表現(xiàn)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究、轉(zhuǎn)錄因子研究及RNA剪輯3個(gè)方面。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是指外部信號(hào)通過(guò)細(xì)胞膜上的受體蛋白傳到細(xì)胞內(nèi)部，從而引發(fā)細(xì)胞功能發(fā)生變化的應(yīng)答過(guò)程。轉(zhuǎn)錄因子是一群直接或間接與特定基因的特定序列相結(jié)合，并在特定時(shí)間內(nèi)調(diào)控基因表達(dá)強(qiáng)度的蛋白質(zhì)因子。

3、DNA重組技術(shù)的研究與應(yīng)用

DNA重組技術(shù)是核酸化學(xué)、蛋白質(zhì)化學(xué)、酶工程及微生物學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)長(zhǎng)期深入研究成果的結(jié)晶，而限制性核酸內(nèi)切酶、DNA連接酶及其他工具酶的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用則是這一技術(shù)得以建立的關(guān)鍵。

DNA重組技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。它可被用于大量生產(chǎn)某些在正常細(xì)胞代謝中產(chǎn)量很低的多肽，如激素、抗生素、酶類及抗體等。DNA重組技術(shù)還可用于定向改造某些生物的基因組結(jié)構(gòu)，使它們所具備的特殊經(jīng)濟(jì)價(jià)值或功能得以成百上千倍地提高。另外，DNA重組技術(shù)也是進(jìn)行基礎(chǔ)研究的重要手段。

4、基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組與生物信息學(xué)研究

2003年，人類基因組序列圖繪制成功。此后已有數(shù)十種原核生物及酵母、線蟲(chóng)、果蠅等多種真核生物基因組被基本破譯，極大豐富了人類的知識(shí)寶庫(kù)，加快了人類認(rèn)識(shí)自然改造自然的步伐。然而，基因組計(jì)劃不可能直接闡明基因的功能，更不能預(yù)測(cè)該基因所編碼蛋白質(zhì)的功能與活性。于是，科學(xué)家又在基因組計(jì)劃的基礎(chǔ)上提出了“蛋白組計(jì)劃”，旨在快速、高效、大規(guī)模鑒定基因的產(chǎn)物和功能。

巨大的基因組信息給科學(xué)家?guī)?lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。依靠計(jì)算機(jī)快速高效運(yùn)算并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類和結(jié)構(gòu)功能預(yù)測(cè)的生物信息學(xué)就是在這樣的背景下誕生的。沒(méi)有生物信息學(xué)的知識(shí)，不借助于最先進(jìn)的計(jì)算科學(xué)，人類就不可能最大限度地開(kāi)發(fā)和運(yùn)用基因組學(xué)所產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)。

5、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究

細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)研究與基因表達(dá)調(diào)控研究密不可分。當(dāng)信號(hào)分子(配體)與細(xì)胞相應(yīng)的受體結(jié)合后，可以激活受體分子的構(gòu)型變化，使之形成專一性的離子通道，也可以激活受體分子的蛋白激酶或磷酸酯酶，還可以通過(guò)受體分子指導(dǎo)合成細(xì)胞內(nèi)的cAMP、cGMP、IP。等第二信使分子，從而將信息轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)部，最后活化了某些蛋白質(zhì)分子，使之發(fā)生構(gòu)型變化，進(jìn)而直接作用于靶位點(diǎn)，打開(kāi)或關(guān)閉某些基因，調(diào)控特定基因表達(dá)。

綜上，分子生物學(xué)研究的核心內(nèi)容是通過(guò)核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能及其相互作用等運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究來(lái)闡明生命的分子基礎(chǔ)，從而探討生命的奧秘。

現(xiàn)今的生物實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，分子生物學(xué)技術(shù)分類繁多，其中的分子生物傳感器是根據(jù)分子生物所結(jié)合的固定技術(shù)，利用生物識(shí)別原件銜接在換能器上，與此同時(shí)，待檢測(cè)的物品會(huì)與生物傳感器發(fā)生特異性的結(jié)合識(shí)別。然后分子生物傳感器就會(huì)進(jìn)行內(nèi)部技術(shù)識(shí)別，然后將識(shí)別的分子通過(guò)信號(hào)的方式傳輸出去，傳輸?shù)姆绞接址譃殡娦盘?hào)和光信號(hào)。

剩余的待測(cè)物質(zhì)會(huì)通過(guò)下一程序進(jìn)行定性檢測(cè)，再對(duì)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)分析。檢測(cè)液體中會(huì)存在微量的蛋白物質(zhì)、小分子物質(zhì)和核酸等小分子物質(zhì)，這些物質(zhì)都可以用分子生物傳感器來(lái)檢測(cè)。

另外，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)中所涉及的技術(shù)程序十分復(fù)雜，可以成為醫(yī)學(xué)臨床診斷和病例病情分析的重要依據(jù)。生物傳感器就是利用分子生物學(xué)的技術(shù)，生物傳感器對(duì)醫(yī)學(xué)臨床檢測(cè)大有幫助，可以幫助主治醫(yī)師的臨床治療。分子生物學(xué)技術(shù)，是以核酸生化為基礎(chǔ)的新式檢驗(yàn)方法，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。

分子生物學(xué)研究在醫(yī)學(xué)和藥學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛滲透，使醫(yī)藥科學(xué)進(jìn)入了分子水平，并由此誕生了許多分支學(xué)科，如分子細(xì)胞學(xué)、分子免疫學(xué)、分子病理學(xué)、分子藥理學(xué)、分子神經(jīng)學(xué)、分子遺傳學(xué)、基因診斷學(xué)、基因治療學(xué)等。

由于分子生物學(xué)的新理論和新技術(shù)不斷滲入藥學(xué)研究領(lǐng)域，從而使以藥學(xué)、化學(xué)為主的傳統(tǒng)藥物學(xué)研究模式轉(zhuǎn)化為以生命科學(xué)、藥學(xué)和化學(xué)相結(jié)合的新藥研究模式，藥學(xué)分子生物學(xué)的概念便應(yīng)運(yùn)而生。因此，分子生物學(xué)研究對(duì)現(xiàn)代醫(yī)藥科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了全面而深遠(yuǎn)的影響。

1、分子生物學(xué)技術(shù)與疾病診斷

利用現(xiàn)代分子生物學(xué)的技術(shù)和方法，直接檢測(cè)基因(DNA或RNA)結(jié)構(gòu)及其表達(dá)水平是否正常，從而對(duì)疾病作出診斷的方法稱為基因診斷。目前基因診斷方法包括核酸分子雜交、DNA基因芯片、PCR、單鏈構(gòu)象多態(tài)性分析、DNA序列測(cè)定等。

DNA基因芯片有可能成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究及醫(yī)學(xué)診斷學(xué)發(fā)展強(qiáng)有力的工具?；蛐酒夹g(shù)還可用于基因表達(dá)方法的檢測(cè)、基因定位克隆和尋找新基因、基因的測(cè)序、測(cè)定基因突變的多態(tài)性等。

2、分子生物學(xué)技術(shù)與疾病治療

基因治療是指將某種遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到患者細(xì)胞內(nèi)，使其在體內(nèi)發(fā)揮作用，以達(dá)到治療疾病目的的方法。早期主要用于單基因遺傳病治療，現(xiàn)已擴(kuò)展到腫瘤、心血管疾病、自身免疫病、感染性疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等危害較大且不能有效治療的疾病。

基因治療途徑很多，包括基因矯正、基因置換、基因增補(bǔ)、基因失活。如將p53基因?qū)虢Y(jié)腸癌細(xì)胞，腫瘤細(xì)胞將會(huì)失去活性。

3、分子生物學(xué)原理與發(fā)病機(jī)制研究

通過(guò)乙肝病毒(HBV)DNA資料發(fā)現(xiàn)，肝癌細(xì)胞DNA整合有HBVDNA，認(rèn)為乙肝與肝癌的發(fā)生有密切關(guān)系。采用分子生物學(xué)原理與技術(shù)使人們認(rèn)識(shí)了某些遺傳疾病的發(fā)病機(jī)制，根據(jù)人類基因組計(jì)劃的作圖測(cè)序，利用遺傳圖、物理圖、轉(zhuǎn)錄圖和序列圖尋找遺傳性疾病基因，如Down綜合征是由于基因突變所致。

4、分子生物學(xué)技術(shù)與醫(yī)藥工業(yè)

重組微生物是利用DNA重組技術(shù)和組合生物技術(shù)生產(chǎn)有用小分子代謝產(chǎn)物(如維生素、氨基酸、抗生素等)的反應(yīng)器，利用基因工程技術(shù)生產(chǎn)細(xì)胞因子、胰島素、干擾素及血液因子等，利用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物或轉(zhuǎn)基因植物生產(chǎn)藥用蛋白質(zhì)。

5、藥物分子生物學(xué)與新藥開(kāi)發(fā)研究

藥物基因組學(xué)是主要以闡明藥物代謝、藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和藥物靶分子的基因多態(tài)性與藥物作用包括療效和不良反應(yīng)之間關(guān)系的一門科學(xué)，是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。

藥物基因組學(xué)的分子基礎(chǔ)是基因的多態(tài)性。它主要研究基因序列變異及其對(duì)藥物的不同反應(yīng)，是研制特效藥物的重要途徑，從而為患者和特定人群尋找合適的藥物。藥物基因組學(xué)主要應(yīng)用于開(kāi)辟全新的藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，合理用藥與個(gè)體化治療，以及藥物的臨床和臨床前研究。

60年前分子生物學(xué)先驅(qū)Watson和Crick向世人展示了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，分子生物學(xué)研究突飛猛進(jìn)——中心法則，基因重組，表達(dá)調(diào)控，蛋白質(zhì)翻譯后加工、折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)，生物大分子相互作用、識(shí)別、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等界碑式的工作搭建了分子生物學(xué)“大廈”。

人類基因組計(jì)劃的完成，標(biāo)志著生命科學(xué)研究轉(zhuǎn)向?qū)θ祟惿奶骄?。要解決人的問(wèn)題，分子生物學(xué)應(yīng)與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、預(yù)防醫(yī)學(xué)、檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)等密切結(jié)合，研究人體各種生理和病理狀態(tài)下的分子機(jī)制。正因?yàn)橛辛藞?jiān)實(shí)的基礎(chǔ)研究作后盾，才有效推動(dòng)了新的診斷、治療、預(yù)防方法的出現(xiàn)以及新的健康理念的發(fā)展。

PCR技術(shù)作為分子生物學(xué)最常見(jiàn)且常用的技術(shù)，應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中，縮短了診斷時(shí)間，提高了診斷精確度，為患者爭(zhēng)取了寶貴的治療時(shí)間。人類基因組計(jì)劃不只是告訴我們DNA的排列是什么樣的，而且告訴我們疾病、癌癥以及生命的本質(zhì)。雖然藥物繁多，但是都面對(duì)著治標(biāo)不治本的難題，基因治療給我們帶來(lái)了一線曙光。

相信隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種問(wèn)題都是可以解決的。