分子生物學是從分子水平研究生物大分子的結構與功能從而闡明生命現(xiàn)象本質的科學。自20世紀50年代以來，分子生物學是生物學的前沿與生長點，其主要研究領域包括蛋白質體系、蛋白質-核酸體系 (中心是分子遺傳學)和蛋白質-脂質體系(即生物膜)。

分子生物學的發(fā)展大致可分為三個階段。

1、準備和醞釀階段

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

在這一階段產生了兩點對生命本質的認識上的重大突破：確定了蛋白質是生命的主要基礎物質;確定了生物遺傳的物質基礎是DNA。

2、現(xiàn)代分子生物學的建立和發(fā)展階段

這一階段是從20世紀50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構模型作為現(xiàn)代分子生物學誕生的里程碑，開創(chuàng)了分子遺傳學基本理論建立和發(fā)展的黃金時代。

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構基礎;提出了鹼基配對是核酸復制、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基礎，為認識核酸與蛋白質的關系及其在生命中的作用打下了最重要的基礎。

在此期間的主要進展包括：遺傳信息傳遞中心法則的建立;對蛋白質結構與功能的進一步認識。

3、初步認識生命本質并開始改造生命的深入發(fā)展階段

20世紀70年代后，以基因工程技術的出現(xiàn)作為新的里程碑，標志著人類深入認識生命本質并能動改造生命的新時期開始。

其間的重大成就包括：重組DNA技術的建立和發(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;基因表達調控機理;細胞信號轉導機理研究成為新的前沿領域。

可以看到在近半個世紀中它是生命科學范圍發(fā)展最為迅速的一個前沿領域，推動著整個生命科學的發(fā)展。至今分子生物學仍在迅速發(fā)展中，新成果、新技術不斷涌現(xiàn)，這也從另一方面說明分子生物學發(fā)展還處在初級階段。

分子生物學已建立的基本規(guī)律給人們認識生命的本質指出了光明的前景，但分子生物學的歷史還短，積累的資料還不夠，例如：在地球上千姿萬態(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，還未認識核酸、蛋白質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5萬-10萬個基因的一級結構，但是要徹底搞清楚這些基因產物的功能、調控、基因間的相互關系和協(xié)調，要理解80%以上不為蛋白質編碼的序列的作用等等，都還要經(jīng)歷漫長的研究道路?？梢哉f分子生物學的發(fā)展前景光輝燦爛，道路還會艱難曲折。

目前，分子生物學研究的前沿內容主要包括如下5個方面。

1、生物大分子的結構與功能研究

主要任務是研究生物大分子特定的空間結構及結構與其生物學功能關系的科學，屬于結構分子生物學的范疇。它包括結構的測定、結構運動變化規(guī)律及結構與功能的相互關系。

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

2、基因表達調控研究

原核生物的基因表達調控主要發(fā)生在轉錄水平;真核生物有細胞核結構，轉錄和翻譯過程在時間和空間上都被分隔開，且在轉錄和翻譯后都有復雜的信息加工過程，其基因表達調控可以發(fā)生在各種不同的水平上。

基因表達調控研究主要表現(xiàn)在信號轉導研究、轉錄因子研究及RNA剪輯3個方面。信號轉導是指外部信號通過細胞膜上的受體蛋白傳到細胞內部，從而引發(fā)細胞功能發(fā)生變化的應答過程。轉錄因子是一群直接或間接與特定基因的特定序列相結合，并在特定時間內調控基因表達強度的蛋白質因子。

3、DNA重組技術的研究與應用

DNA重組技術是核酸化學、蛋白質化學、酶工程及微生物學、遺傳學、細胞學長期深入研究成果的結晶，而限制性核酸內切酶、DNA連接酶及其他工具酶的發(fā)現(xiàn)與應用則是這一技術得以建立的關鍵。

DNA重組技術有著廣闊的應用前景。它可被用于大量生產某些在正常細胞代謝中產量很低的多肽，如激素、抗生素、酶類及抗體等。DNA重組技術還可用于定向改造某些生物的基因組結構，使它們所具備的特殊經(jīng)濟價值或功能得以成百上千倍地提高。另外，DNA重組技術也是進行基礎研究的重要手段。

4、基因組、轉錄組、蛋白質組與生物信息學研究

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、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寶庫，加快了人類認識自然改造自然的步伐。然而，基因組計劃不可能直接闡明基因的功能，更不能預測該基因所編碼蛋白質的功能與活性。于是，科學家又在基因組計劃的基礎上提出了“蛋白組計劃”，旨在快速、高效、大規(guī)模鑒定基因的產物和功能。

巨大的基因組信息給科學家?guī)砹饲八从械奶魬?zhàn)。依靠計算機快速高效運算并進行統(tǒng)計分類和結構功能預測的生物信息學就是在這樣的背景下誕生的。沒有生物信息學的知識，不借助于最先進的計算科學，人類就不可能最大限度地開發(fā)和運用基因組學所產生的龐大數(shù)據(jù)。

5、細胞信號轉導研究

細胞信號轉導研究與基因表達調控研究密不可分。當信號分子(配體)與細胞相應的受體結合后，可以激活受體分子的構型變化，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，還可以通過受體分子指導合成細胞內的cAMP、cGMP、IP。等第二信使分子，從而將信息轉導到細胞內部，最后活化了某些蛋白質分子，使之發(fā)生構型變化，進而直接作用于靶位點，打開或關閉某些基因，調控特定基因表達。

綜上，分子生物學研究的核心內容是通過核酸、蛋白質等生物大分子的結構、功能及其相互作用等運動規(guī)律的研究來闡明生命的分子基礎，從而探討生命的奧秘。

現(xiàn)今的生物實驗過程中，分子生物學技術分類繁多，其中的分子生物傳感器是根據(jù)分子生物所結合的固定技術，利用生物識別原件銜接在換能器上，與此同時，待檢測的物品會與生物傳感器發(fā)生特異性的結合識別。然后分子生物傳感器就會進行內部技術識別，然后將識別的分子通過信號的方式傳輸出去，傳輸?shù)姆绞接址譃殡娦盘柡凸庑盘枴?/p>

剩余的待測物質會通過下一程序進行定性檢測，再對物質進行檢測分析。檢測液體中會存在微量的蛋白物質、小分子物質和核酸等小分子物質，這些物質都可以用分子生物傳感器來檢測。

另外，現(xiàn)代醫(yī)學檢測技術中所涉及的技術程序十分復雜，可以成為醫(yī)學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的技術，生物傳感器對醫(yī)學臨床檢測大有幫助，可以幫助主治醫(yī)師的臨床治療。分子生物學技術，是以核酸生化為基礎的新式檢驗方法，目前已經(jīng)廣泛應用于醫(yī)學的各個領域。

分子生物學研究在醫(yī)學和藥學各個領域的廣泛滲透，使醫(yī)藥科學進入了分子水平，并由此誕生了許多分支學科，如分子細胞學、分子免疫學、分子病理學、分子藥理學、分子神經(jīng)學、分子遺傳學、基因診斷學、基因治療學等。

由于分子生物學的新理論和新技術不斷滲入藥學研究領域，從而使以藥學、化學為主的傳統(tǒng)藥物學研究模式轉化為以生命科學、藥學和化學相結合的新藥研究模式，藥學分子生物學的概念便應運而生。因此，分子生物學研究對現(xiàn)代醫(yī)藥科學的發(fā)展產生了全面而深遠的影響。

1、分子生物學技術與疾病診斷

利用現(xiàn)代分子生物學的技術和方法，直接檢測基因(DNA或RNA)結構及其表達水平是否正常，從而對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、單鏈構象多態(tài)性分析、DNA序列測定等。

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

2、分子生物學技術與疾病治療

基因治療是指將某種遺傳物質轉移到患者細胞內，使其在體內發(fā)揮作用，以達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、基因失活。如將p53基因導入結腸癌細胞，腫瘤細胞將會失去活性。

3、分子生物學原理與發(fā)病機制研究

通過乙肝病毒(HBV)DNA資料發(fā)現(xiàn)，肝癌細胞DNA整合有HBVDNA，認為乙肝與肝癌的發(fā)生有密切關系。采用分子生物學原理與技術使人們認識了某些遺傳疾病的發(fā)病機制，根據(jù)人類基因組計劃的作圖測序，利用遺傳圖、物理圖、轉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、分子生物學技術與醫(yī)藥工業(yè)

重組微生物是利用DNA重組技術和組合生物技術生產有用小分子代謝產物(如維生素、氨基酸、抗生素等)的反應器，利用基因工程技術生產細胞因子、胰島素、干擾素及血液因子等，利用轉基因動物或轉基因植物生產藥用蛋白質。

5、藥物分子生物學與新藥開發(fā)研究

藥物基因組學是主要以闡明藥物代謝、藥物轉運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之間關系的一門科學，是一個新興的研究領域。

藥物基因組學的分子基礎是基因的多態(tài)性。它主要研究基因序列變異及其對藥物的不同反應，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。藥物基因組學主要應用于開辟全新的藥物開發(fā)領域，合理用藥與個體化治療，以及藥物的臨床和臨床前研究。

60年前分子生物學先驅Watson和Crick向世人展示了DNA的雙螺旋結構，分子生物學研究突飛猛進——中心法則，基因重組，表達調控，蛋白質翻譯后加工、折疊、組裝、轉運，生物大分子相互作用、識別、信號轉導等界碑式的工作搭建了分子生物學“大廈”。

人類基因組計劃的完成，標志著生命科學研究轉向對人類生命的探究。要解決人的問題，分子生物學應與基礎醫(yī)學、臨床醫(yī)學、預防醫(yī)學、檢驗醫(yī)學等密切結合，研究人體各種生理和病理狀態(tài)下的分子機制。正因為有了堅實的基礎研究作后盾，才有效推動了新的診斷、治療、預防方法的出現(xiàn)以及新的健康理念的發(fā)展。

PCR技術作為分子生物學最常見且常用的技術，應用于醫(yī)學檢驗中，縮短了診斷時間，提高了診斷精確度，為患者爭取了寶貴的治療時間。人類基因組計劃不只是告訴我們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。雖然藥物繁多，但是都面對著治標不治本的難題，基因治療給我們帶來了一線曙光。

相信隨著分子生物學技術的發(fā)展，各種問題都是可以解決的。