分子生物學（molecular biology）廣義上可以指從分子水平研究生命現象、探究生命本質的學科，實際上分子生物學主要以核酸和蛋白質的結構及其在遺傳信息、細胞信息傳遞中的作用為研究對象，核心內容是核酸在生命過程中的作用，分子生物學更嚴格的定義是從分子水平研究基因的結構和功能的學科，包括遺傳信息的傳遞、表達和調控等內容。
分子生物學的發展史可以追溯到19世紀中葉，施萊登（Schleiden）和施旺（Schwann）提出細胞是動植物個體的基本結構和功能單位；1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構模型作為現代分子生物學誕生的里程碑開創了分子遺傳學基本理論建立和發展。1954年克里克（Crick）提出的遺傳信息傳遞規律（即中心法則）。
分子生物可以應用親子鑒定、及嬰兒男女鑒定方面的內容，大體為大分子內容的實際用途。利用現代分子生物技術制造轉基因生物，將某些生物的基因轉移到其他物種中去，改造生物的遺傳物質，使其在形狀、營養品質、消費品質等方面向人們所需要的目標轉變。
發展歷史
準備和醞釀階段
19世紀后期到20世紀50年代初，是現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物質基礎
19世紀末Buchner兄弟證明酵母無細胞提取液能使糖發酵產生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名稱，酶是生物催化劑。20世紀20-40年代提純和結晶了一些酶（包括脲酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、共同酶、細胞色素C、肌動蛋白等），證明酶的本質是蛋白質。1953年Sanger和Thompson完成了第一個多肽分子——胰島素A鏈和B鏈的氨基酸全序列分析。由于結晶X-線衍射分析技術的發展，1950年Pauling和Corey提出了α-角蛋白的α-螺旋結構模型。所以在這階段對蛋白質一級結構和空間結構都有了認識。
確定了生物遺傳的物質是DNA
20世紀20-30年代已確認了自然界有DNA和核糖核酸兩類核酸，并闡明了核苷酸的組成。1944年O.T.Avery等證明了肺炎球菌轉化因子是DNA；1952年S.Furbery等的X-線衍射分析闡明了核酸并非平面的空間構像，提出了DNA是螺旋結構；1948-1953年Chargaff等用新的層析和電泳技術分析組成DNA的堿基和核苷酸量，積累了大量的數據，提出了DNA堿基組成A=T、G=C的Chargaff規則，為堿基酸對的DNA結構認識打下了基礎。
現代分子生物學的建立和發展階段
1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺旋結構模型作為現代分子生物學誕生的里程碑開創了分子遺傳學基本理論建立和發展。脫氧核糖核酸雙螺旋發現的最深刻意義在于：確立了核酸作為信息分子的結構基礎；提出堿基配對是核酸復制、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生命中的作用打下了最重要的基礎。在些期間的主要進展包括：
遺傳信息傳遞中心法則的建立
1956年A.Kornbery首先發現DNA聚合酶；1958年Meselson及Stahl同位素標記和超速離心分離實驗為DNA半保留模型提出了證明；1968年Okazaki（岡畸）提出DNA不連續復制模型；1972年證實了DNA復制開始需要核糖核酸作為引物；70年代初獲得DNA拓撲異構酶，并對真核生物DNA聚合酶特性做了分析研究；這些都逐漸完善了對DNA復制機理的認識。在研究DNA復制將遺傳信息傳給子代的同時，提出了RNA在遺傳信息傳到蛋白質過程中起著中介作用的假說。1958年Weiss及Hurwitz等發現依賴于DNA的RNA聚合酶；1961年Hall和Spiege-lman用RNA-DNA雜增色證明mRNA與DNA序列互補；逐步闡明了RNA轉錄合成的機理。
1957年Hoagland、Zamecnik及Stephenson等分離出轉運RNA并對它們在合成蛋白質中轉運氨基酸的功能提出了假設；1961年Brenner及Gross等觀察了在蛋白質合成過程中mRNA與核糖體的結合；1965年Holley首次測出了酵母丙氨酸tRNA的一級結構；特別是在60年代Nirenberg、Ochoa以及Khorana等幾組科學家的共同努力破譯了核糖核酸上編碼合成蛋白質的遺傳密碼，隨后研究表明這套遺傳密碼在生物界具有通用性，從而認識了蛋白質翻譯合成的基本過程。1970年Temin和Baltimore又同時從雞肉瘤病毒顆粒中發現以RNA為模板合成脫氧核糖核酸的反轉錄酶，又進一步補充和完善了遺傳信息傳遞的中心法則。
對蛋白質結構與功能的進一步認識
1956-58年anfinsen和White提出蛋白質的三維空間結構是由其氨基酸序列來確定的。1958年Ingram證明正常的血紅蛋白與鐮刀狀細胞溶血癥病人的血紅蛋白之間，亞基的肽鏈上僅有一個氨基酸殘基的差別。與此同時，對蛋白質研究的手段也有改進，1969年Weber開始應用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質分子量；60年代先后分析得血紅蛋白、核糖核酸酶A等一批蛋白質的一級結構；1973年氨基酸序列自動測定儀問世。中國科學家在1965年人工合成了牛胰島素；在1973年用1.8AX-線衍射分析法測定了牛胰島素的空間結構，為認識蛋白質的結構做出了重要貢獻。
初步認識生命本質并開始改造生命的深入發展階段
70年代后，以基因工程技術的出現作為新的里程碑，標志著人類涂認識生命本質并能主動改造生命的新時期開始。其間的重大成就包括：
重組DNA技術的建立和發展
1967-1970年R.Yuan和H.O.Smith等發現的限制性核酸內切酶為基因工程提供了有力的工具；1977年Boyer等首先將人工合成的生長激素釋放抑制因子14肽的基因重組入質粒，成功地在大腸桿菌中合成得到這14肽；1978年Itakura（板倉）等使人生長激素191肽在大腸桿菌中表達成功；1979年美國基因技術公司用人工合成的人胰島素基因重組轉入大腸桿菌中合成人胰島素。
轉基因動植物和基因剔除植物的成功是基因工程技術發展的結果。1982年Palmiter等將克隆的生長激素基因導入小鼠受精卵細胞核內，培育得到比原小鼠個體大幾倍的”巨鼠“，激起了人們創造優良品家畜的熱情。1994年能比普通西紅柿保鮮時間更長的轉基因西紅柿投放市場。1996年轉基因玉米、轉基因大豆相繼投入商品生產，美國最早研制得到抗蟲棉花，中國科學家將自己發現的蛋白酶抑制劑基因轉入棉花獲得抗棉鈴蟲的棉花株。到1996年全世界已有25萬公頃土地種植轉基因植物。
基因診斷與基因治療是基因工程在醫學領域發展的一個重要方面。1991年美國向一患免疫缺陷病（遺傳性腺苷脫氨酶ADA基因缺陷）的女孩體內導入重組的ADA基因。獲得成功。中國也在1994年用導入人凝血因子IX基因的方法成功治療了乙型血友病的患者。在中國用作基因診斷的試劑盒已有近百種之多。基因診斷和基因治療正在發展之中。
這時期基因工程的迅速進步得益于許多分子生物學新技術的不斷涌現。包括：核酸的化學合成從手工發展到全自動合成。1975-1977年Sanger、Maxam和Gilbert先后發明了三種脫氧核糖核酸序列的快速測定法；90年代全自動核酸序列測定儀的問世；1985年Cetus公司Mullis等發明的聚合酶鏈式反應（PCR）的特定核酸序列擴增技術，更以其高靈敏度和特異性被廣泛應用、對分子生物學的發展起到重大的推動作用。
基因組研究的發展
分子生物學已經從研究單個基因發展到研究生物整個基因組的結構與功能。1977年Sanger測定了ΦX174-DNA全部5375個核苷酸的序列；1978年fiers等測出SV-40DNA全部5224對堿基序列；80年代λ噬菌體DNA合部48502核苷酸堿基對的序列全部測出；一些小的病毒包括乙型肝炎病毒、艾滋病毒等基因組的全序列也陸續被測定；1990年人類基因組計劃（HumanGenomeProjiect）開始實施。
單克隆抗體及基因工程抗體的建立和發展
1975年Kohler和Milstein首次用B淋巴細胞雜交瘤技術制備出單克隆以來，人們利用這一細胞工程技術研制出多種單克隆抗體，為許多疾病的診斷和治療提供有有效的手段。80年代以后隨著基因工程抗體技術相繼出現的單域抗體、單鏈抗體、嵌合抗體、重構抗體、雙功能抗體等為廣泛和有效的應用單克隆抗體提供了廣闊的前景。
基因表達調控機理
分子遺傳學基本理論建立者Jacob和Monod最早提出的操縱元學說。1977年最先發現猴SV40病毒和腺病毒科中編碼蛋白質的基因序列是不連續的，這種基因內部的間隔區（內含子）在真核基因組中是普遍存在的，揭開了認識真核基因組結構和調控的序幕。1981年Cech等發現四膜蟲rRNA的自我剪接，從而發現核（核糖核酸催化劑）。80-90年代，使人們逐步認識到真核基因的順式調控元件與反式轉錄因子、參與蛋白南間的分子識別與相互作用是基因表達調控根本所在。
細胞信號轉導機理研究成為新的前沿領域
Sutherland1957年發現cDNA、1965年提出第二信使學說，是人們認識受體介導和細胞信號轉導的第一個里程碑。70年代中期以后，癌基因和抑癌基因的發現、蛋白酪氨酸激酶的發現及其結構與功能的深入研究、各種受體蛋白基歷的克隆和結構功能的探索等，使細胞信號轉導的研究更有了長足的進步。
學科內容
分子生物學主要包含以下三部分研究內容：
核酸的分子生物學
核酸的分子生物學研究核酸的結構及其功能。由于核酸的主要作用是攜帶和傳遞信息，因此分子遺傳學（moleculargenetics）是其主要組成部分。由于50年代以來的迅速發展。該領域已形成了比較完整的理論體系和研究技術，是分子生物學內容最豐富的一個領域。研究內容包括核/基因組的結構、遺傳信息的復制、轉錄與翻譯，核酸存儲的信息修復與突變，基因表達調控和基因工程技術的發展和應用等。遺傳信息傳遞的中心法則（centraldogma）是其理論體系的核心。
蛋白質的分子生物學
蛋白質的分子生物學研究執行各種生命功能的主要大分子——蛋白質的結構與功能。盡管人類對蛋白質的研究比對核酸研究的歷史要長得多，但由于其研究難度較大，與核酸分子生物學相比發展較慢。雖然在認識蛋白質的結構及其與功能關系方面取得了一些進展，但是對其基本規律的認識尚缺乏突破性的進展。
細胞信號轉導的分子生物學
細胞信號轉導的分子生物學研究細胞內、細胞間信息傳遞的分子基礎。構成生物體的每一個細胞的分裂與分化及其各種功能的完成均依賴于外界環境所賦予的各種指示信號。在外源信號的刺激下，細胞可以將這些信號轉變為一系列生物化學變化，例如蛋白質構象的轉變、蛋白分子的磷酸化心臟蛋白與蛋白相互作用的變化等，從而使其增殖、分化及分泌狀態等發生改變以適應內外環境的需要。信號轉導研究的目標是簡明這些變化的分子機理，明確每一種信號轉導與傳遞的途徑及參與該途徑的所有分子的作用和調節方式以及認識各種途徑間的網絡控制系統。信號轉導機理的研究在理論和技術方面與上述核酸及蛋白質分子有著緊密的聯系，是當前分子生物學發展最迅速的領域之一。
學科關系
由于分子生物學涉及認識生命的本質，因此，其理論和技術發展廣泛地滲透到醫學各學科領域中，成為現代醫學重要的基礎知識和應用技術。在醫學各個學科中，包括生理學、免疫學、病理學、微生物學，藥理學以及神經科學、腫瘤等臨床各學科，分子生物學都正在廣泛地形成交叉與滲透，形成了一些交叉學科，如分子免疫學、分子腫瘤學、分子病毒學、分子病理學和分子藥理學等，極大地促進了醫學的發展。
分子生物學與生物化學
生物化學與分子生物學的關系最為密切，兩者同在一個二級學科中，稱為“生物化學與分子生物學”，但兩者存在區別。生物化學主要從化學角度研究生命現象，著重研究生物體內各種生物分子的結構與新陳代謝。傳統的生物化學研究的主要內容是代謝，包括一些大分子，如糖，脂類，氨基酸和核苷酸，以及能量代謝等。而分子生物學主要的研究目的是闡明生命的本質，主要研究生物大分子的結構與功能以及遺傳信息的傳遞和調控。
分子生物學與細胞生物學
分子生物學、細胞生物學和神經科學被認為是當代生物學研究的三大主題，分子生物學推動了細胞生物學和神經生物學的發展。細胞作為生物體基本的構成單位是由許多分子組成的復雜體系，傳統的細胞生物學主要研究細胞以及亞細胞器的形態、結構與功能，探討細胞的結構與功能的關聯性;分子生物學則是從研究各個生物大分子的結構入手，研究各種生物大分子間的相互作用，尤其是細胞整體反應的分子機理，因此產生了分子細胞學或細胞分子生物學，促進了現代細胞生物學的發展。
分子生物學與遺傳學
分子生物學對遺傳學發展影響最大。Mendel豌豆雜交實驗以及由此得到的遺傳規律，在分子生物學理論和技術發展中逐步得到分子水平上的解釋。越來越多的遺傳學原理被分子水平的實驗所證實或摒棄;利用分子生物學技術，闡明許多遺傳病的分子機制以及診療靶點，使其得到控制或矯正，分子遺傳學已成為人類了解，闡明和改造自然界的重要武器之一。
此外，分子生物學的發展也為發育生物學、考古學、數學、物理學、化學、信息與材料科學提出了許多新概念和新思路，促使這些學科在理論和方法上得到發展。
相關技術
克隆表達
將編碼某一多肽或蛋白質的基因（外源基因）組裝到細菌質粒（質粒是細菌染色體外的雙鏈環狀 脫氧核糖核酸分子）中，再將這種質粒（重組質粒）轉入大腸桿菌體內，這樣重組質粒就隨大腸埃希菌的增殖而復制，從而表達出外源基因編碼的相應多肽或蛋白質。由于質粒具有不相容性，即同一類群的不同質粒常不能在同一菌株內穩定共存，當細胞分裂時就會分別進入到不同的子代細胞中，所以來源于一個菌株的質粒是一個分子克隆，而隨質粒復制出的外源基因也就是一個分子克隆。
多聚酶鏈式反應
多聚酶鏈反應 （Polymerase chain Reaction簡稱 PCR），是分子生物學領域中應用極廣的一項，這是一種模擬天然脫氧核糖核酸復制過程，在體外擴增特異性 DNA 片段的新技術。該項技術于 1985年由美國Cetus公司和加利福尼業大學聯合建立，它的出現被認為是分子遺傳學上的一項突破性進展，僅1988年一年，美國引證該項技術的雜志就高達353種。
凝膠電泳
自從瓊脂糖（agarose）和聚丙烯酷胺（聚丙烯酰胺）凝膠被發現以來，按相對分子質量大小分離DNA的凝膠電泳技術，已經成為分析鑒定重組 DNA分子及蛋白質與核酸相互作用的重要實驗手段。
高分子印跡法和探測
Southern印跡法
在電流作用下，埃德溫·薩瑟恩（Edwin?Southern）成功地將脫氧核糖核酸片段從瓊脂糖凝膠中轉印到硝酸纖維膜上進行分子雜交分析，因此稱為Southern印跡法。
Northern印跡法
艾爾文（Alwine）用類似方法也成功地將核糖核酸從電泳膠中轉印到硝酸纖維膜上作分子雜交分析，但他并沒有稱這一技術為Alwine印跡法，而是稱之為Northern印跡法，以便與Southern印跡法相對應。
Western印跡法
1981年布瑞特（Burette）又成功地將SDS-PAGE膠中的蛋白質轉印到膜上進行免疫學分析（如抗原抗體結合、蛋白質與配基結合等），繼Alwine之后，Burette稱這一技術為Western印跡法。蛋白印跡法是一項廣泛用于檢測細胞或組織提取物中蛋白表達水平的技術。這項技術借助抗體與目的蛋白的結合作用，測量生物樣品中的蛋白質水平。
Eastern印跡法
后來有人提議將IEF膠（即等電聚焦電泳）中的蛋白質轉印到膜上的技術稱為Eastern印跡法，但這一建議并未被廣泛接受。Eastern印跡法是一種檢測蛋白質翻譯后修飾的技術，其檢測目標是蛋白質上特定的修飾基團或部位，如脂肪酸鏈、糖基、磷酸化的氨基酸等等。在Eastern印跡法的實驗中，通常要先用2D電泳將蛋白質分離，然后轉到膜上，再用特異的探針去檢測。蛋白質的翻譯后修飾是蛋白質執行功能過程中普遍存在的調控手段。
微陣列技術
脫氧核糖核酸 微陣列是一種工具，用于確定來自特定個體的 DNA 是否包含 BRCA1 和 BRCA2 等基因的突變。該芯片由一塊包裹在塑料中的小玻璃板組成。一些公司使用類似于制造計算機微芯片的方法制造微陣列。從表面上看，每個芯片都包含數千個短的、合成的、單鏈的DNA序列，這些序列加起來就是所討論的正常基因，以及在人群中發現的該基因的變異（突變）。
應用
親子鑒定
親子鑒定近幾年來，人類基因組研究的進展日新月異，而分子生物學技術也不斷完善，隨著基因組研究向各學科的不斷滲透，這些學科的進展達到了前所未有的高度。在法醫學上，STR位點和單核苷酸（SNP）位點檢測分別是第二代、第三代脫氧核糖核酸分析技術的核心，是繼RFLPs（限制性片段長度多態性）VNTRs（可變數量串聯重復序列多態性）研究而發展起來的檢測技術。作為最前沿的刑事生物技術，DNA分析為法醫物證檢驗提供了科學、可靠和快捷的手段，使物證鑒定從個體排除過渡到了可以作同一認定的水平，DNA檢驗能直接認定犯罪、為兇殺案、強奸殺人案、碎尸案、強奸致孕案等重大疑難案件的偵破提供準確可靠的依據。隨著DNA技術的發展和應用，DNA標志系統的檢測成為破案的重要手段和途徑。此方法作為親子鑒定已經是非常成熟的，也是國際上公認的最好的一種方法。
與人類自身發展
分子生物學作為現代科學的一門綜合科學，其意義不止體現在純粹的科學價值上；更為重要的是它的發展關系到人類自身的方方面面。分子生物學又可以細致的劃分為大分子生物與電子生物學兩種。上面提到的關于在刑偵方面的應用以及包括但不限于親子鑒定、及嬰兒男女鑒定方面的內容，大體為大分子分子內容的實際用途。而電子生物生物學則是從比大分子更細致的小分子及原子角度來解釋生命的基本要素和構成，有著更多未解的謎題和更為廣闊的科學前景。克隆技術基本上只是此項課題的一個入門階段的應用。可以想象未來隨著研究的深入以及物理學的進一步發展。人類有可能成為創造另類生物的“上帝”。
轉基因食品
轉基因生物是利用現代分子生物技術，將某些生物的基因轉移到其他物種中去，改造生物的遺傳物質，使其在形狀、營養品質、消費品質等方面向人們所需要的目標轉變。以轉基因生物為直接食品或為原料加工生產的食品就是“轉基因食品”，包括轉基因植物食品、轉基因動物食品和轉基因微生物食品。轉基因技術可用來改變植物的某些遺傳特性，培育高產、優質、抗病毒、抗蟲、抗寒、抗旱、抗澇、抗鹽堿、抗除草劑等的作物新品種； 可用轉基因植物或離體培養的細胞來生產外源基因的表達產物，如人的生長素、胰島素、干擾素、白介素2、表皮生長因子、乙型肝炎疫苗等基因已在轉基因植物中得到表達。
研究意義
分子生物學是從研究各個生物大分子的結構入手，但各個分子不能孤立發揮作用，生命絕非組成萬分的隨意加和或混合，分子生物學還需要進一步研究各生物分子間的高層次組織和相互作用，尤其是細胞整體反應的分子機理。這在某種程度上是向細胞生物學的靠攏。分子細胞學或細胞分子生物學就因此而產生，成為人們認識生命的基礎。由于分子生物學涉及認識生命的本質，它也就自然廣泛的滲透到醫學各學科領域中，成為現代醫學重要的基礎。已有人干擾素、人白介素2、人集落刺激因子、重組人乙型肝炎病毒為疫苗、基因工程幼畜腹瀉疫苗等多種基因工程藥物和疫苗進入生產或臨床試用，世界上還有幾百種基因工程藥物及其它基因工程產品在研制中，成為當今農業和醫藥業發展的重要方向，將對醫學和工農業發展作出新貢獻。應用分子生物學的基本理論及實驗技術與病理學相互滲透形成分子病理學，研究人類疾病基本發生的過程及機制，以協助病理診斷和分型、指導靶向治療、預測治療反應及判斷預后的一種病理診斷技術。
參考資料 >
生物化學.河南大學藥理教研室.2023-12-12
什么是轉基因食品?.中國科學院.2023-12-07
相關新聞及評論.中國科學院.2023-12-12
DNA-Microarray-Technology.genome.2023-12-12