分子生物学
摘自：郭保章《20世纪化学史》；591-593，625-629，635-649
第十六章 分子生物学的诞生和发展（591-593）
分子生物学是生物化学发展的第三阶段，至今还是相互交叉，密不可分。生物化学与分子生物学同是生命的化学，是在化学和生物学之间架起的一座桥梁。分子生物学这一名词的出现，可以追溯到1938年。这一年美国洛克菲勒基金会的韦弗(W．Weaver，1894-?)在他的一份“自然科学”的报告中说：“基金会支持了一系列相当新
的，可以被称为分子生物学的领域。在那里，精密的现代技术被用来观测某些生命过程中非常小的细节。”韦弗在他的任职期间(1932-1955)曾经用经费支持了不少关于生物化学和分子生物学的研究工作，对分子生物学的产生有重大影响的美国冷泉港每年一次的学术讨论会就是由他支持的。他虽然是一位数学家，却很有眼光，表现出对新生学科的远见卓识。
50年代以来，分子生物学取得了举世瞩目的成就，解决生物学中许多重大问题。如核酸双螺旋结构、核酸复制、遗传密码、遗传的中心法则等。病素逆转录酶的发现，更加速了基因工程技术的现实可行性。蛋白质的纯化方法及结构分析的快速发展、激素受体学说、信息传递的第二信使的发现等等都使生命科学上了一个新台阶。用体细胞克隆羊“多利”成功，突破了利用胚胎细胞进行细胞移殖的传统方式，使动物“复制"进入崭新阶段，是生物工程技术的一个里程碑。因此，可以说战后的50年是分子生物学的世纪。几乎每年的诺贝尔生理学或医学奖以及若干诺贝尔化学奖都颁给了从事生物化学与分子生物学的科学家。他们的贡献在生命科学的历史上留下了光辉的一页。
第二次世界大战后，分子生物学的迅猛发展，研究成就主要集中于英、法、美这三个国家。前苏联主要受到李森科运动的影响，使遗传学走进了死胡同达数十年之久，在中国摩尔根遗传学也遭受到批评，无疑会影响到分子生物学研究的开展。分子生物学是远比大多数古老的生物学领域更为费钱的事业。只有经济富裕才能大规模开展分子生物学研究。战后的美国经济和物质实力雄厚，通过国内、外的经济扩张，财政资源可以有效地、大规模支持科学研究，而这种支持又是亚细胞水平上研究所需要的，分子生物学便蓬勃发展了起来。
一、分子生物学的本质
近些年来，“分子生物学”这一术语变得很时髦，并且用法也很不相同。在某些人看来，它已经成为生物化学的同义语；而在另一些人看来，它是为了争得研究资金的套语；还有一些人认为，它不过是深入到分子结构水平上的超微结构生物学的一个分支。一位X-射线结晶学家约翰·肯德鲁(John Kendrew)曾指出，事实上，虽然“分子生物学”这一术语经常被使用，但许多分子生物学家甚至不清楚他们学科的确切含义是什么?作为“分子生物学"这一术语的创立人和宣传者之一的W·T·阿斯特伯里(W．T．Astbury)，在1950年曾把分子生物学定义为：
“……专门(涉及)生物分子的形式及这些形式在朝着越来越高的组织结构水平的进化、扩展和演变。分子生物学主要是研究三维的和结构的方面，但这并不意味着，分子生物学只是一种精密的形态学。它必须同时研究起源和功能问题。”
在同一篇文章里，阿斯特伯里对这个术语的使用做了进一步的补充：“与其说它是一种技术，不如说它是一种探索方法。它的主导思想是从所谓基础科学的观点出发，按相应的分子活动来探讨经典生物学中的大量现象。”然而，在许多方面这个定义是不完全的，它只暗示了分子形态和功能之间的关系，这是当代分子生物学的主旨。
现在的“分子生物学"不仅包括结构和功能的因素，而且也包括信息的因素。它涉及一些重要的生物大分子(如蛋白质或核酸)结构如何在细胞代谢中行使功能和携带特定的生物学信息的问题。物理的和结构化学的方法(诸如晶体分子的X射线衍射和建立分子模型)，已被用于研究分子的结构，同时，生物化学的方法也被用于确定细胞内的大分子与其他小分子之间是如何相互作用的。从历史上看，正如我们今天所知道的，分子生物学是沿着三条思想路线形成的o
(1)结构方面：与生物分子的结构有关。
(2)生化方面：与生物大分子在细胞代谢和遗传中如何相互影响有关。
(3)信息方面：与信息如何在有机体世代间传递以及该信息如何被翻译成特定的生物分子有关。
结构方面的研究特别与三维问题，即分子的形状以及在某种程度上形状如何决定特殊的功能有关。传统的信息方面的研究，仅涉及一维问题，即携带特定生物信息的分子各部分的线性排列顺序。
生物化学可以说介乎二者之间，但在现代分子生物学中，所有上述这三个方面都融合起来了。正是由于结构、生化和信息三方面的融合，分子生物学在20世纪生物学中才取得这样显著的地位。
七、生命究竟是什么? （625-629）
正是由于生命的出现，几十亿年，地球才改变了已往那种荒凉冷漠、死气沉寂，呈现出今日兴旺繁荣、生气勃勃的景象。于是自古以来，在人的脑海里便有两大问题，除了地球上“生命是怎样起源的?”以外，便是生命是什么?
生命是什么?人类对这个问题的认识经历了由整体到部分、由宏观到微观、由现象到本质的逐渐深化过程。虽然这个问题至今尚未得到最终的完满答案，但随着时代的发展，随着现代科学各领域的理论与技术的广泛应用，人们得以从多层次、多角度地深入研究生命现象，了解生命的多种属性，从而积累了关于生命的丰富知识，为加快探索生命本质的进程建立了基础。
(一)生命的层次
人类对生命的了解，起始于对生物“个体"的观察与研究。人类积累的有关生命的各种知识，最终也都要在生物个体这个层次的生命活动中进行检验。生物个体是一个完整、统一的整体，它具有最直观的生命特征：发育、生长、呼吸、消化、循环、排泄、生殖、衰老和死亡。生物体或称生命体的一个最概括的特征就是一个“活"字；生命体是活的物体。
除了原始的生物以外，地球上所有的生命体都具有机能结构的一致性，即都由“细胞”构成，细胞是生命的结构基础，也是生命的最小机能单位。生命体的一切生命活动都是细胞活动的结果，生命活动起源于细胞的受精与分化、生长与增殖、信息传递、化学反应、物质输送以及能量转换等等生命过程。
当然，单个的细胞以及某一种细胞的生命活动，还不能构成一个完整生命体的生命活动。一群形态和构造相似、机能相同的细胞及其细胞间质，还要按照一定规律结合在一起，组成各种“组织"。几种不同类型的组织又要按一定的结构联合形成具有特定形态特征和生理机能的“器官”，如胃、肠、心脏、血管、肺、肾、眼、耳等。几种器官再协同工作构成一个个“系统"，如消化系统、血液循环系统、呼吸系统、神经系统等等。这就是说，生命活动是有层次的，表现在“个体-系统-器官-组织-细胞"这五个水平上。
(二)生命的物质基础
自然界由物质构成的，生命体当然也不例外，只不过它们是由有生命活性的物质——蛋白质、酶和核酸等生物分子构成。生命体的一致性，不仅表现在它们都由细胞组成、主要的组成物质的成分都是蛋白质和核酸，还表现在这些组成成分微观结构的一致性。组成生命体的不同蛋白质和核酸种类尽管不同，但其构成的“元件”则是完全相同的。在各种蛋白质分子里一共只有20种不同的氨基酸，这些氨基酸以一定的顺序结合起来形成“肽链”。核酸的基本结构元件是核苷酸，核苷酸由碱基、糖和磷酸三部分组成，根据所含的糖的不同，核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)；又由于所含碱基(嘌呤或嘧啶)的不同，这两类核酸分别由4种主要的核苷酸组成，这些核苷酸以一定的顺序结合，形成核苷酸链。
蛋白质和核酸是生命的主要物质基础，生命活动是这两种生物分子运动的结果。肽链和核苷酸链的组成是它们的化学结构，主链原子的局部空间排列及其盘绕和卷曲，以及分子亚基间的相互关系，又构成了蛋白质和核酸的空间结构。蛋白质和核酸分子的这种复杂结构，决定了它们的特殊性质和在生命活动中所起的重要作用。例如，作为生命重要特征的新陈代谢，离不开一类特殊蛋白质——酶的催化作用；动物的呼吸是通过血红蛋白实现的；肌肉收缩以及机体免疫的调控等等，也都要通过蛋白质来实现。
(三)生命的本质
显然，生物分子是表现生命现象的又一个重要层次，在这一层次上探索生命的奥秘，诞生了一门新的生物科学分支——分子生物学。分子生物学的研究结果告诉我们，只有在生物分子水平这一微观层次所表现出的生命活动，才真正反映了生命的本质。例如：关于遗传现象，在宏观层次上观察到是遗传性状(形态特征或生理特性)的分离和组合规律；在细胞层次上了解到的是染色体为基因载体，基因控制遗传性状；只有在分子水平上，才看到主要的遗传物质是DNA，而基因则是具有遗传效应的DNA片断，一个DNA分子含有许多个基因，上一代传给下一代的遗传信息是由构成基因的各种核苷酸的种类、数量及其排列顺序表述的。基因对遗传性状的控制，则通过利用遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的单向传递过程，“指导”合成特定的蛋白质得以实现，即遗传这一重要生命活动实质上是核酸分子运动的结果。
此外，在分子水平上还可以看到，构成生命活动本质的许多其他问题，如能量转换、细胞识别、免疫、激素及药物的作用、神经传导、物质转运和信息传递等，又都离不开生物膜的作用。生物膜主要包括细胞的外周膜的细胞内的各种细胞器膜，由磷脂分子和嵌在其中处于运动状态的蛋白质、酶和糖分子组成。生命体的能量转换反应主要是在膜结构上进行的，无论是植物利用太阳能进行光合作用，还是动物通过一系列氧化反应利用食物，都是通过膜上的酶系统进行着一系列复杂反应，最后合成能量的利用和储存的中心物质三磷酸腺苷(ATP)，以供给生命体生长、发育和运动等生物过程需要的能量。激素等物质对细胞代谢的调节以及药物的作用，也都与生物膜在细胞间或细胞内外的信息传递功能有关。
(四)生命究竟是什么?
尽管有关生命的探索与研究走过了漫长的道路，并且已经积累了丰富的资料，使人们越来越深刻地感受到生命是最富魅力的自然现象；然而迄今为止，还依然难于给生命一个公认的确切定义。每个专业的研究者都倾向于用自己的术语和知识来下定义，而深究起来又都有疏漏和不甚确切之处。
生理学家把生命往往定义为具有进食、代谢、排泄、呼吸、运动、生长、生殖和应激性等功能的系统。但汽车也具有其中列举的一些功能，而某些细菌却不呼吸。
生物化学家也有定义：生命是包含有储存与传递遗传信息的核酸和调节代谢的酶与蛋白质的系统。但目前已知某种病毒样生物就无核酸。
遗传学家们关于生命的定义却是：生命是通过基因复制、突变和自然选择而进化的系统。
生物热力学家们目前则认为：生命是个开放系统，它通过能量流动和物质循环而不断增加其内部的有序性。
那么，生命究竟是什么?何时人类才会彻底揭示包括脑的学习与记忆机制在内的有待回答的全部问题，并拿出一个关于生命的完善而贴切的定义?
让我们在努力探索中热切地期待着。
九、生物化学与分子生物学的发展趋势（635-645）
生物化学与分子生物学虽然只是生命科学中的一个学科，但是它代表了生命科学的未来与希望。回顾20世纪初，生命科学分科十分细，各学科所涉及的领域彼此问界限甚是分明，例如解剖学、细胞学、微生物学、病理学、生理学、药理学等等。它们各有明确的研究领域，运用特定的理论与手段进行研究。但是到了20世纪末期的今天，学科间的界限变得十分模糊，方法学上相互运用，理论上彼此借鉴，大家有了共同的语言。这是因为生命科学家都在用化学的方法、手段与理论去探讨生命现象中的众多问题。目前生命科学家已有了共识：只有把维系生命现象的过程如同化学反应一样去研究它，理解它，才能把生命现象的本质揭示出来。这是生命科学发展的必然趋势。
50年代以来，生物化学与分子生物学取得了惊人的进展，解决了生物学中许多重大问题。核酸的双螺旋结构、核酸复制、遗传密码、遗传的中心法则、病毒中逆转录酶的发现，为基因工程技术奠定了基础。蛋白质的纯化方法、结构分析的高速发展，激素的受体学说及信息传递的第二信使的发现等等，都使生命科学上了一个新台阶。几乎每年的诺贝尔医学或生理学奖以及若干诺贝尔化学奖都授予了从事生化与分子生物学的科学家，他们的贡献在生命科学历史上留下了光辉的一页。
这些发明创造及由此产生的影响遍及生命科学各个领域，也为今后发展勾划出前进的方向。目前已是20世纪的最后数年，可以预言，21世纪的生物化学与分子生物学仍然会充满生机，并将继续影响生命科学的各个方面。生物化学与分子生物学的主要研究对象是蛋白质、酶、核酸、糖及脂类，其研究内容已更为深入并渗透到许多领域。
(一)蛋白质与酶学
蛋白质的功能丰富多样，诸如运动、消化、吸收、信息传递等都是蛋白质功能的表现。如果没有一个基本原理去解释它们，就会被各种现象所迷惑。过去用严谨的物理学和化学理论以及实验技术揭示了小分子物质的性质与功能，同样的原理，大体上也能推导和预测像蛋白质那样复杂大分子的性质和功能，因此，当前蛋白质研究的一个中心课题是确定组成蛋白质的每个原子的三维空间排列。其最终目标是从蛋白质的化学式和三维空间结构预测其结构和功能，从而达到人类可以改造、模拟并合成蛋白质。
蛋白质一级结构即氨基酸的序列研究是蛋白质研究的基础。过去40年已有长足进展。近年来，分析手段的发展很快，如应用快原子轰击质谱(FAB／MS)分析，核磁共振(MR)波谱分析，X射线衍射分析等。 X射线衍射晶体学方法开发较早，但至今仍是研究蛋白质晶体结构的最有效的手段。编码蛋白质基因的分子克隆技术以及快速DNA序列分析技术的建立，是蛋白质结构分析的又一有力武器。
目前，已有的分析方法正在进一步计算机化、微量化和联机化。可靠、迅速的分析方法积累了大量数据，随之也建立了有效的数据库。一些未知功能的蛋白质通过与其他蛋白质之间的氨基酸序列相比较而得到了线索。
蛋白质基础理论研究的成就，大大促进了新技术的开发。如多肽工程与蛋白质工程，这是80年代兴起并迅速发展的领域。开始时主要是通过点突变来改造天然蛋白质，以后发展到蛋白质分子的全新设计以至非肽模拟。多肽与蛋白质工程的发展最终将改变传统工业的高温、高压、高能耗状况，代之以节省能量与资源的高效率生产方式。
酶学研究是蛋白质结构、功能与生物催化机理研究的结合。由于生物化学与分子生物学的每个领域都涉及酶学的理论和实验手段，因此酶学和蛋白质研究都是生物化学和分子生物学的共同基础。
酶是生物催化剂，体内所有化学反应几乎都是在酶的催化下进行。过去一直认为酶的本质是蛋白质，并希望能有朝一日人工合成酶蛋白，但始终未能实现。 80年代，发现了酶活性核糖核酸(ribozyme)和抗体酶(abzyme)，打破了酶即是蛋白质的经典概念。抗体酶技术将为酶的定向设计展现广泛的前景，如果一旦能制造出对氨基酸序列有特异性的抗体酶，能限制性地切割不同氨基酸残基间的肽键，则将对蛋白质结构的研究提供新的手段。抗体酶的定向设计也开辟了一个不依赖于蛋白质工程的真正酶工程领域。
酶学研究除了上述基础理论方面的重要成就以外，在应用研究方面也取得很大进展。
60年代后期兴起的固定化酶技术在工农业和医学中实际应用的巨大效益，已受到世界各国的注意。事实上，果葡糖浆、氨基酸、有机酸、酒精、抗生素等重要化工、医药产品已可由固定化酶技术生产。建立在吸附、共价结合、交联、包埋等物理和化学原理基础上的近百种方法已被用来将酶固定化在载体上或载体内。今天人们已能根据应用目的和酶的特性，选择合适的固定化方法和载体。固相酶的理论研究也因需要而获得发展，诸如固相酶的稳定性、动力学、底物专一性的改变等都已有不少报道和研究。通过固相化，使酶在有机溶剂中的催化成为可能，有机化合物的不对称水解、不对称合成、氧化还原反应和加成反应都有可能用固相化酶在温和条件下催化。在单一酶固相化的基础上，发展了多酶体系的共固相化，如天冬氨酸酶和天冬氨酸脱羧酶的共固相化可从延胡素酸生产L-丙氨酸。近几年来又进一步建立了固相活细胞技术，使细胞能在载体上生长繁殖，获得高密度制剂，并能将细胞生长期和生产期分开，延长生产期，使用后衰减的生产能力还可再生。为了生产高等生物体内某些具有经济价值的酶、激素、免疫化合物、生物碱、色素和香料等，又从固相微生物细胞发展至难度较高的固相动、植物细胞。各种微载体和大孔胶材料为贴壁的动物细胞提供了较大的比表面，如琼脂糖凝胶、海藻酸聚赖氨酸微囊和中孔纤维可用来包埋贴壁细胞和悬浮细胞。已有报道应用固相化动物细胞生产单克隆抗体、干扰素和乙肝疫苗等。利用固相化植物细胞从简单碳源合成生物碱或进行生物碱等药物中间体的转化也已有不少成功的例子。
固相酶技术的发展使生物传感器应运而生。生物传感器是具有专一识别功能的生物材料(如酶)与基于化学或物理学原理的换能检测装置结合而构成的，酶电极就是最早期的生物传感器。目前约有lO种可用于临床生化测定的酶电极商品化，分别可测定葡萄糖、尿素、尿酸、乳酸和谷氨酸等。近几年来，生物传感器的发展十分迅速，有专一识别能力的生物材料已从酶发展到抗体、受体、细胞器甚至细胞组成功能元件，换能检测器也从电极(气敏、离子敏)发展到离子敏场效应晶体管、热敏电阻器、发光二极管、光纤和石英压电振荡器，能把各种化学信息转变成电信号加以度量。目前生物传感器的主要趋向是微型化和多功能化，并发展成生物芯片。把具有信息传递、记忆、分子识别、能量传递和放大功能的生物分子组成像集成电路那样的芯片，这将促进未来的生物电脑的出现。
(二)核酸
核酸是一类重要生物活性大分子。40年代艾弗里(Avery)等人发现遗传物质是核酸，1953年沃森和克里克创立了DNA双螺旋结构学说，奠定了现代分子生物学基础。此后，衍生出了分子遗传学和基因工程，为医学、农业、工业、环境保护等开拓了新局面。 30多年来核酸研究方面的科学家16次获得诺贝尔化学奖或生理医学奖，几占总颁奖数的四分之一。这也说明了核酸研究的重要性和发展迅速。
80年代以来，核酸研究的新动向有四方面，一是RNA的研究又趋活跃，新的发现层出不穷。如酶活性RNA的发现，提示着生命起源过程中曾经有过一个RNA世界。RNA曾经既携带遗传信息，又具有催化活性。再如RNA编辑机理的发现是对中心法则的一个重要的补充。一个基因在不同组织或不同生理状态下，以从不同转录起始位点开始转录、不同的剪接方式和不同的3´端成熟而形成多种不同的蛋白，这是比基因重排更为灵活的调控方式。RNA的应用前景也日益宽广，如酶活性RNA阻断各种有害基因的表达和反义核酸的应用等。
核酸研究的第二个动向是研究的主要材料已从80年代前的原核生物转向真核生物。无论是DNA复制、RNA转录及前体的加工，还是蛋白质的生物合成，真核生物中的反应都较原核生物复杂得多。尽管真核生物中的这些过程现在还没有完全被阐明，但研究材料的改变已经引发如酶活性RNA、RNA编辑、mRNA前体剪接、DNA聚合酶等一系列重要现象的发现，它大大推动了核酸研究的发展。
核酸研究的第三个动向是核酸与核酸、核酸与其他生物大分子的相互作用越来越引起人们的重视。事实上，生物体内绝大多数核酸自一合成出来后就一直处于核酸与蛋白质、核酸与核酸、核酸与其他生物大分子的复合物中，它的各种生物功能也是在各种复杂的核蛋白体中完成的。如在基因转录的起始过程中，涉及很多核酸与蛋白质、蛋白质与蛋白质间的相互作用。不同基因的表达受不同组合蛋白因子的协同调节控制。
最后一点是，生物科学已经历了从生物整体水平研究向分子水平研究的转移，近年来一些研究又开始从分子水平研究转向整体与分子水平研究结合的阶段。例如果蝇的发育受调控基因网络的控制，一些实验室正在以整体与分子水平研究结合的方式研究这一问题。核酸研究在这第二次转移中正在并将继续起着先导的作用。
(三)糖复合物与生物膜
糖的生化研究已经历了近一个世纪，例如淀粉、麦芽糖、葡萄糖等的结构，在体内的消化吸收及氧化供能等的研究都取得很大成果。近二三十年来，发现另一类甚为复杂的糖化合物——糖蛋白、糖脂及蛋白多糖。它们有的覆盖在细胞表面形成一层糖被，起着细胞间的粘合、识别作用；有的存在于细胞间质及血浆、关节腔中，起着润滑及稳定蛋白质作用；它们还和细胞分化、癌变等密切相关。在生理上的重要性大大促进了这方面的研究。各种分析方法层出不穷，并取得了极大成就。当前主要问题仍是发掘其主要功能。
生物膜研究是综合生物学、化学及物理学的跨学科工程。它的成就已在药理学、神经生物学、细胞生物学等领域起到不可估量的作用。
细胞外面有一层质膜包裹。真核细胞除质膜外，还有各种细胞器的膜，将细胞分隔成许多功能区域。
生物膜的基本结构为脂双层，在通常情况下均以这种结构出现。但在某些生理条件下可出现非脂双层结构，如六角形或微团等。通过生物膜结构的研究，先后出现了“流体镶嵌"模型和“板块镶嵌"模型。
细胞所含的蛋白质约有20％～25％与生物膜结构相连，被称之为膜蛋白。膜蛋白结构的研究近年来有所突破。膜蛋白结构的阐明可推动对其功能的深入了解。这方面的研究仍然是分子生物学的前沿和热点领域。此外，跨膜信息传递的研究、膜蛋白与膜脂相互作用的研究近年来均取得不少进展，而且今后会继续受到很大关注。
(四)激素、生长因子及癌基因
激素是沟通细胞间与器官间的化学信使，通过内分泌、自分泌、旁分泌、神经内分泌等作用方式行使传讯功能，从而使机体组合成一系列严密的控制系统，调节生命的全过程。生物从受精卵开始，生长、发育、成熟乃至衰老，都受激素的影响和调节。激素作用的本质和活动规律的阐明，不仅对于生命科学具有重要的理论意义，而且对于人类的内分泌疾病(如糖尿病、脑垂体病和甲状腺病等)及非内分泌疾病(如心血管疾病、肿瘤、精神疾病等)的发病机理、临床诊断与治疗，对于实现人类计划生育及延缓衰老均有实际意义。动物激素研究对于家畜饲养、鱼类增产，以及植物激素研究对农业增产和农产品储存均有广泛应用价值。此外新型激素及生物活性肽类药品的研究也有良好前景。
近20年来，生物化学在理论上及技术上渐趋成熟，新肽类激素的发现层出不穷。迄今为止，陆续发现的胃肠肽类激素已达40余种，神经肽有50余种(如吗啡调节肽、催眠肽等)，循环系统肽类激素有数十种(如心钠素、血管紧张素、抗心律失常肽、内皮素等)，肽类生长因子也有50余种(如表皮生长因子、血小板衍生的生长因子、胰岛素样生长因子、成纤维细胞生长因子、神经生长因子)等，此外，还有胰抑素、甘丙素、降钙素基因相关肽α和β等。
与此相应，肽类激素受体结构与功能的研究也进展迅速。受体研究对一些新的生物分子和新合成药物的设计、评价作出了很大贡献。很多生物分子和药物可以利用与受体结合的方法进行筛选，并可以发现新的物质。例如脑啡肽就是在研究识别吗啡的阿片受体工作中发现的。人们通过进一步对分子结构的改造就有可能制成镇痛效果强而不会成瘾的药物。大脑的神经递质激素和其他物质的受体与学习、记忆、思维和情绪等密切相关，如脑中神经递质或其他活性物质的受体脱敏，可引起机体反应迟滞和障碍，因此，神经兴奋药和它的抑制剂与记忆和智能关系的研究，也是受体研究的重大课题之一。
固醇类激素的作用在于调控基因表达。激素在靶细胞中以高亲和力、专一性地结合特定的受体蛋白后，进入细胞核与染色质结合，从而导致某些特定基因的激活或抑制。大量的研究都集中于各种激素受体的鉴定、提纯、结构功能分析，以及受激素调控的靶基因的分离与鉴定。最近五六年来，几乎所有固醇类激素受体基因均得以克隆和序列测定，可以看到它们的结构有很大的同源性，形成一个所谓的“固醇类受体超大家族”(steroid receptor superfamily)。其成员除已知的固醇类受体外，还包括甲状腺素、维生素D3及视黄酸等的受体。
癌基因的发现是肿瘤研究的一个里程碑，而阐明激素、生长因子受体与癌基因及其产物的关系是近年分子生物学和分子肿瘤学研究的热点。
近几年来，大量实验结果表明，不同的原癌基因产物都是复杂的细胞信号转导网络中的组分。在信号网络中，这些蛋白质完成不同的功能，其中包括：在细胞外侧表现为配体及生长因子功能；在质膜中表现为受体的功能；在胞质中具有信号转导物的作用；以及在核中作为转录因子。这些实验提示，即使不是全部，大多数癌基因的产物参与生长因子-受体应答途径，由于在这点上的变化导致恶性转化。
生长因子与受体结合后，通过受体后的信号传递，最后导致特定的基因激活：蛋白质生物合成以及细胞的分裂、增殖、分化等活动产生。目前受体后的信号传递途径的研究已成为前沿领域，特别是生长因子和癌基因产物在信号传递中的相互关联更是令人注目。
(五)分子免疫学、分子遗传学及分子病毒学
当今国际上分子免疫学的主要课题是识别分子(如抗体、细胞因子)和效应分子(如抗原、受体等)的结构、功能和基因的研究。目前，对抗体的结构以及基因表达的全过程已经了解得比较清楚了。如抗体生成不仅要有产生抗体的B细胞，还要有T细胞的参与；组织或器官移植要考虑两个个体之间是否相容，即所谓组织相容抗原；抗原-抗体反应尚有补体参与；干扰素、白细胞介素、肿瘤坏死因子是一群调节免疫应答的蛋白质等等。上述内容都是当今分子免疫学的热门课题。如何通过主动免疫预防诸如艾滋病、血吸虫病等严重危害人类健康的疾病，当然也是分子免疫学中重大课题。
分子遗传学在分子水平上研究遗传与变异机理。近年来由于重组DNA技术、聚合酶链反应(PCR)、DNA限制性片段多态性(RFLP)和快速放大多态DNA(RAPD)方法的开发应用，使分子遗传学研究发展日新月异。在此基础上建立的遗传工程不仅成为一个新的生产领域，同时又反向促进了分子遗传学、生物化学、细胞生物学等学科的发展。未来发展的一个大趋势是反向生物学，即从内在的基因人手，研究生物分子的结构和功能、编码的蛋白产物在细胞或个体生命活动中的作用，阐明外观上千变万化的生命现象的本质。分子遗传学研究应占这一发展趋势的核心地位。
病毒学是一门横跨生物学、医学和农学的十分重要的独立学科。噬菌体的定量遗传研究曾经为分子遗传学的创立奠定了基础。近30年来，随着生物化学、细胞学、遗传学、免疫学、临床医学和动、植物病理学的相互渗透，相互促进，各种物理、化学新技术和分子生物学方法的广泛应用，使病毒学已经全面进人分子病毒学阶段，并成为分子生物学前沿的综合性学科之一。
病毒是研究基因组结构和表达调控机理的最好模型。研究反转录病毒发现了反转录酶，从而修改补充了遗传信息传递的“中心法则"，同时使cDNA基因的合成和异源重组表达成为现实。肿瘤病毒的研究导致了原癌基因的发现，使肿瘤发生机理研究有了新的突破。真核病毒基因组结构和表达的一系列重要发现，如基因重叠、内含子的剪辑、转录后加工、翻译后修饰、增强子等各种顺式调控信号和反式调控蛋白因子等等，为阐明真核基因表达调控的基本原理，带动分子生物学迅速发展起了重要作用。
现代临床病毒学研究表明，有更多的新病毒病正在严重危害和威胁着人类生存。据统计，人和动物的传染病约有四分之三是由病毒所引起。诸多病毒病对人类的严重威胁与寥寥无几的防治手段形成了极鲜明的反差。造成这种局面的主要原因之一，就是因为人们对各种病毒的分子生物学知识积累仍远远不足以为防治病毒病提供必要的理论指导和可行的技术手段。分子病毒学的发展将为改变这种状况作出重要的贡献。同时以杆状病毒为代表的无公害病毒杀虫剂的开发应用，以各种病毒为载体的基因工程，将为减轻虫害、改善环境、促进以生物技术为支柱的高技术产业的发展和实现肿瘤及遗传疾病的基因治疗开创新的途径。
(六)基因工程
基因工程技术自70年代建立后引起了科学界的高度重视，这是由于用基因工程方法可在体外按人们的要求进行基因重组和基因改造，并通过各类基因载体进行基因转移，打破了基因重组和基因转移的物种界限。以基因工程为核心的分子生物学方法在生物学研究中得到广泛的应用，几乎渗透到生命科学的各个领域，成为研究和揭示生命现象本质和规律的一种重要工具。另一方面，基因工程使生产人体内源各类细胞因子、激素等活性多肽、蛋白质成为现实，基因工程产品已逐步发展为生物技术产业中一个重要的引人注目的新兴产业。
十、中国生物化学和分子生物学发展概况（645-649）
中国有自己的现代生物化学是20世纪20年代的事。最初是个别医学院(北京协和医学院、济南齐鲁大学医学院)开始讲授生物化学。 1924年吴宪主持北京协和医学院生物化学科后，才开始有生物化学研究。随后各医学院(上海医学院、同济大学医学院、中央大学医学院、湘雅医学院、华西医学院)亦先后开设生物化学课程并从事研究，少数农学院亦开始讲授生物化学或营养学。此外，个别研究单位如上海雷斯德研究所、中央研究院化学研究所、南京中国科学社生物研究所等分别设置了生物化学研究室。 1945年内迁成都的中央大学医学院创设了中国教育史上第一个生物化学研究所，正式招收攻读硕士学位的研究生。
1949年以前，中国的生物化学研究，主要在血液和营养成分的研究，其中吴宪改进的血糖定量分析法远远超过了当时通用的本尼迪克特法。我国生物化学家从事蛋白质生物化学的研究是比较早的，吴宪教授在这方面有突出贡献。吴宪从1924年起用各种方法使蛋白质变性，使他得出这样的理论，蛋白质变性是由于蛋白质分子由折叠变为舒展。这是蛋白质变性的第一个合理学说，从而给“变性作用”下了一个明确的定义。这一理论，后来得到了更多的实验结果证实，使蛋白质大分子高级结构的研究，取得了突破性的进展。吴宪在当时已接触到蛋白质的四级结构，为蛋白质大分子高级结构研究开了个好头。吴宪关于蛋白质变性作用的学说，全文发表于1931年的中国生理学杂志(英文)。该文的摘要曾在美国波士顿召开的第13届国际生理学会议上宣读。事隔64年，又在《化学进展》(Advances in Protein Chemistry)，Vol 47(1995年)上重新全文刊登，并给予极高的评价，这在国际科学界是罕见的。
刘思职教授(1904-1983)曾在吴宪的领导下，从事过相当长时间的蛋白质生物化学，特别是对蛋白质变性和抗体等问题的研究。他曾用蛋白质化学的手段，定量研究抗体和抗原的免疫沉淀反应，这在国际上还是首创。此外，刘思职还于1950年初拟定了中国第一部比较系统的中文《生物化学名词草案》，为我国生物化学教科书的编写工作打下了良好的基础。
吴宪在建立和主持生物化学科18年间，除为我国培养了大批高质量的毕业生外，还接收进修生和研究生约20人，吸收刚回国的青年化学家到他的实验室工作，先后达10余人。这些人都成为国家栋梁之材，为发展我国生物化学或其他化学学科做出了贡献。吴宪在1949年以前无愧于是我国生物化学的奠基人。
1949年后，生物化学教学在国内全面展开。各医学院校都开设生物化学课程，不少综合性大学(如北京大学、南京大学、复旦大学)都相继开设了生物化学专业，中国科学院成立了专门从事科学研究的生物化学研究所，中国医学科学院也设立了生物化学研究室，还有几个大学设立了生物化学或分子生物化学研究室。在这里，我们也特别指出王应睐是1949年后把生物化学作为一门独立的边缘学科建立起来的主要奠基人之一。他在亲自参加实验室工作的同时，以更大的精力培养人才，组织队伍，制定规划，以发展我国的生物化学事业。
从国际上看，在50年代，核酸DNA双螺旋结构的发现，蛋白质晶体衍射的进展，使生物化学和分子生物学研究处于一个大飞跃时期。从国内情况看，各方面的基础十分薄弱，不仅人才少，仪器设备也十分缺乏。王应睐感到，要迅速扭转这种状况，仅仅靠个人的努力是不行的，必须组织一支有实力的队伍，要有一个坚强的集体。因此，王应睐首先争取一批在国外工作的学者回国，以他们为骨干，逐步培养一支我国自己的生物化学专业队伍。
王应睐设法与国外的老同学、老朋友取得联系。第一位是邹承鲁，邹承鲁是王应睐的同学，王应睐曾介绍邹承鲁到他的导师凯林教授实验室当研究生。 1951年，邹承鲁回国，立即在王应睐任副所长的上海生理生化研究所开展了酶化学研究工作。经过邹承鲁介绍，王应睐又认识了曹天钦。 1952年，曹天钦也从英国回来，在王应睐的所里开展了蛋白质研究工作。王德宝和王应睐在中央大学共事过，王德宝去美国后，两人还经常联系。 1954年，王德宝历经曲折回到祖国，王应睐立即让他组织力量，开展了核酸的研究工作。接着纽经义、周光宇等科学家也陆续到上海生理生化所工作。这样，在上海生理生化所逐渐形成了一个包括酶、蛋白质、核酸、代谢等方面的研究体系，并培养了如彭加木和伍荣钦等一批年轻专家。
1958年中国科学院上海生物化学研究所成立，王应睐任所长。从此，生物化学获得了长足的发展，在国内著名有机化学家的合作参加下，中国先后于1965年和1981年在世界上首次成功地完成了具有生物活性的人工合成结晶牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸两项重大基础理论研究工作(王应睐分别担任这两个协作组的组长)，使中国人工合成生物大分子的水平在彼时保持着世界领先地位，受到了国际同行的高度评价。
我国分子生物学的大发展是1978年以后，由于纠正了“文革"中的失误，坚持了改革开放的政策，迎来了科学的春天。各大学和医学院的生物化学系改成生命科学系或分子生物学系，开展了在分子水平上的生物化学研究工作。
近1O年来，又有大批中青年科学家到国外进修后回国工作。国内重点院校和科研院所均设立生物化学与分子生物学的硕士和博士点，从而也培养了一大批国内的研究力量。
近年来，我国又建立了相当数量的国家重点实验室和部门开放实验室，涉及生物化学与分子生物学领域这类实验室已有10多所。国内重点院校也通过世界银行贷款增添了不少生物化学与分子生物学研究所必须的大型设备。目前设备条件与十多年前相比已有很大的改进，可以说已具备一定的基础。
在我国除原来的多肽与蛋白质、酶和核酸等基础研究领域不断扩大和深入外；更为重要的是，若干新兴领域，如分子遗传学、分子病毒学、分子免疫学等得到重点扶持和加强。与此同时，我国已开展基因工程和蛋白质工程研究，使我国生物化学与分子生物学在国家经济建设中崭露头角。许多研究得到较高强度的国家专项经费的支持，促进了有关分支学科的发展。从而使我国在生物化学与分子生物学领域的各主要分支学科已基本配套。
在我国，生物化学与分子生物学领域内已取得一批重大成果，基本达到或接近国际先进水平，如牛胰岛素和酵母丙氨酸tRNA的合成，核酸顺序测定，水稻基因图谱研究，天花粉蛋白一级结构测定，胰岛素及一些蛋白质晶体结构研究，酶修饰的动力学和酶的结构与功能研究，生物膜的研究，光合作用的研究，视觉分子生理学等，受到国际生物化学与分子生物学界的重视。然而，近年来蛋白质科学领域(相对核酸)队伍有些削弱，某些过去有一定基础的课题(如蛋白质溶液构象)，又重新出现萎缩现象，多年来，生物科学已经历了从生物整体水平研究向分子水平研究的转移；近年来一些研究又开始从分子水平研究向生物分子的组合以及向整体与分子水平研究结合的阶段。我们何处去，形势很严峻，任务更艰巨。