1.5　生物化学的发展前景

生物化学是研究生命化学本质的科学。从20世纪后半叶起，生物化学和分子生物学突飞猛进，使整个生命科学进入分子时代，在分子水平上揭示生命世界的基本结构和基础以及生命的物质和能量统一性。从生物化学的发展趋势看，21世纪上半叶，下面几方面的研究仍是生物化学研究的热门领域。

1.5.1　生命大分子物质的合成、结构与功能的研究

构成生命的基本物质是核酸与蛋白质，蛋白质和核酸的合成、结构与功能及其关系的研究是揭示生命奥秘的关键所在，尤其是空间结构的改变和活性的改变，了解其作用机制是生物化学研究的主要内容。

蛋白质是生命活动的主要承担者，几乎所有的生命活动都要依靠蛋白质来进行。蛋白质的结构与功能的研究不仅继续以往的一级结构与功能关系的研究，肽链折叠形成的高级结构与功能的关系已引起科学家们的关注，成为蛋白质研究的热门方向。

核酸是遗传信息的携带者和传递者。研究核酸的结构与功能，特别是DNA及基因的结构（基因组学），仍是核酸研究的主要方向。这些基因结构研究的成果，包括人体全套基因结构、昆虫基因结构（如蜜蜂）、农作物基因结构（如水稻）、微生物菌群的基因组等，将会给整个生命科学、医学、农学、环境保护等带来深刻的影响。

糖类也是生命的基础物质，它不仅作为能源，而且具有复杂的结构和多样的生物活性，如细胞间的通信、识别作用，胚胎的发生、转移，信号的传递，细胞的运动与黏附，抗微生物的黏附与感染及调节机体的免疫功能等。从20世纪70年代开始糖化学和生物化学交叉研究，因此诞生了糖生物学（glycobiology）这门新学科。21世纪，糖的结构与功能的研究，仍将继续受到重视。

1.5.2　生物膜的研究

生物膜结构是细胞结构的基本形式，包括细胞的外周质膜和细胞内的各种具有特定功能的细胞器膜，它对细胞内很多生物大分子的有序反应和整个细胞的区域化都提供了必需的结构基础。生物体内许多重要过程（如物质运送、能量转换、细胞识别、细胞免疫、神经传导和代谢调控）以及激素和药物作用、肿瘤发生等，均与生物膜有关。

目前对生物膜的结构与功能的了解和认识有待深入，提出的许多假设模型有待证实。从分子水平阐明生物膜的组成、结构与功能，不仅对认识生命活动的本质具有重要意义，而且在工、农、医实践方面也具有广阔的应用前景。例如，工业上模拟生物膜的各种功能进行污水处理、海水淡化以及回收工业副产品；农业上从生物膜的结构与功能研究农作物的抗旱、抗寒、抗病和耐盐等机制；医药上许多质膜上的受体可能是药物的靶体，人工膜（如脂质体、微胶囊）作为药物载体等。总之，20世纪70年代以来，生物膜的研究已深入到生物学的很多领域，这些研究将进一步拓展并持续到21世纪。

1.5.3　物质代谢调控的研究

生物细胞内进行的物质代谢是一系列由酶催化的极其复杂的生化过程，各个代谢途径相互联系、相互协调、有条不紊，这就是靠调节机构的精确调控。目前对代谢调控的认识还只限于一些调节因素对活体作用的后果，对其作用机制知之甚少。阐明生物体内新陈代谢调节的分子基础，揭示其自我调节的规律，不仅有助于揭开生命之谜，而且可以借鉴用于工业体系，使其高效、自动生产某些产品。目前，生物的反馈调节原理初步用于发酵工业生产抗生素、氨基酸和核苷酸等产品。随着代谢工程研究的深入，其工业应用前景将更加美好。

1.5.4　生物工程的研究

生物工程也称生物技术，包括基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程和发酵工程。生物工程的每一步进展都与生物化学研究密不可分，自20世纪50年代人们弄清了DNA的结构及其在遗传过程中的作用后，生物技术的研发进入了一个崭新的时代。由DNA重组技术带动的现代生物技术研究日趋活跃，其中基因工程药物的研究与开发是现代生物技术应用的主战场。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗等，胰岛素是最早研制出来的细胞因子。

以抗生素、基因工程药物和转基因动植物为代表的20世纪生物技术产品给人类生活带来巨大变化，但随着这些产品的广泛应用，新的问题也随之而来，如滥用抗生素导致病菌耐药性提高，基因工程药物较短的半衰期和相对昂贵的价格给患者及其家属带来沉重的经济负担，基因疗法中的关键问题——基因运送和定位控制也没有得到很好的解决，转基因植物的安全性等。另外由转基因动植物和动物克隆引发的宗教、伦理、道德等方面的争论恐怕还要持续下去。

展望21世纪，获得各种生物细胞中全部DNA序列的“基因组时代”还将持续，但这只是生物学研究进入一个新时代的开始，更重要的是在所谓的“后基因组时代”或“蛋白质组时代”把这些遗传和发育蓝图的含义搞清楚，这才是生物学家所面临的真正挑战。对生命奥秘的进一步揭示，必将为21世纪的生物技术和生物产业带来新的活力。