酶工程是在一定的生物反应器内，利用酶的催化功能将一种物质转变为人类所需要产品的一门科学技术。它包括酶的开发、生产、分离、提纯以及各行各业的应用操作等技术。酶是一种特殊蛋白质，是生物催化剂。酶的催化速度比一般无机催化剂快亿万倍，通常化学催化剂需上百万年干完的事，酶只需几秒钟即能完成。所以，酶向来有生物体内的“魔术师”之称。酶不但催化速度快，而且所需条件简单，如合成氨，用化学催化剂，需要150个大气压和500℃的高温。而豆科作物在酶的参与下，却可在常温、常压下将空气中的氮和氢合成氨。生物体内的酶目前已知的达2 300多种。酶工程目前主要是利用微生物来生产分解大分子物质的水溶性酶。例如，利用微生物的纤维素酶分解木屑、秸秆中的纤维素，以生产葡萄糖。有人估计，全世界的纤维素年产量达1 000亿吨，如能全部分解，可制糖10亿吨。目前正在研制能分解氰化物、有机汞、塑料等的酶。酶工程还有一个重要目标，就是合成蛋白质、核酸等。这类酶反应除需要特定酶外，还需三磷酸腺苷ATP等辅助因子参与。如何将酶、辅助因子及其再生系统组合成复杂酶系统，是酶工程的一个重要研究方向。
何谓操纵子
通过对大肠杆菌诱导酶产生机制的研究，1961年科学家提出了原核生物基因表达调控的模式，即操纵子模型，使人们对物质代谢调控的认识进入到基因水平。该模型认为，在原核生物中，与产物功能相关的基因常成串地排列于DNA分子上，组成一个表达和调节的单位，即操纵子。一般来说，一个典型的操纵子包括启动基因、操纵基因、结构基因和调节基因。调节基因在不同操纵子中位置不同，其功能是编码具有调节功能的蛋白，该蛋白可以特异地结合于本操纵子的操纵基因上，从而影响转录的启动；启动基因位于操纵基因之前，是RNA聚合酶的识别位点和转录的入口点；结构基因位于操纵基因之后，编码特定的RNA(rRNA、tRNA及mRNA)。有些操纵子中，在操纵基因和结构基因之间有一段可被转录的DNA序列，称为前导序列。前导序列中含有衰减子，衰减子的功能是在一定条件下使转录部分停止，从而定量调节转录。目前研究得较清楚的操纵子有乳糖操纵子等。操纵子的研究对治疗人类遗传病(如血友病、色盲等)及当今疑难病症(如白血病、癌症等)有着重大意义。
何谓第二信使
能把激素或神经递质的信息传到细胞内，并引起相应生理效应的细胞内的某种化学物质称为第二信使。大多数含氮激素及某些神经递质在与细胞膜受体结合时，首先触发细胞内某种化学物质的生成，进而通过该物质对细胞内多种代谢过程的影响而发挥生理作用。在此过程中，激素起第一信使的作用。一般认为，环腺苷酸(cAMP)是多数含氮激素作用的第二信使。此外，环鸟苷酸(cGMP)、钙离子以及前列腺素也可能起第二信使作用或起辅助配合作用，使环腺苷酸能充分而完善地发挥作用。
ATP是能量的“传递员”吗
人吃了饭，饭在人体里也要“燃烧”放出能量，这是一个复杂的过程，称为生物氧化。人吃完一顿饭，能维持几天的生命。这是因为“饭”里的有用东西，变成蛋白质、糖、脂肪等物质被人体储存起来，然后慢慢地进行生物氧化，陆续释放出能量，维持人体正常活动。生物氧化时放出的能量，不是一下就被利用了，而是分次分批按需供应，这个过程是由ATP和ADP等物质来协调的。ATP是分子中由一个腺苷(一个生物碱基——腺嘌呤、一个核糖组成)和三个磷酸组成的物质，叫腺三磷或三磷酸腺苷。其中A代表腺嘌呤，T代表3个，P代表磷酸。ATP中的三个磷酸并排连接在一起，彼此之间的化学键叫磷酸键。ATP中远离A的两个磷酸键里存有很多能量，称它为高能磷酸键。含有高能磷酸键的化合物，称为高能磷酸化合物。如果ATP脱掉一个磷酸，高能键中的能就放出来，ATP本身就变成二磷酸腺苷——ADP。ADP也可以再结合一个磷酸，收回同样多的能量，变回ATP。由于ATP的这个性质，它能在人体中担当能量的“传递员”。当生物氧化过程中产生了能量后，先由ADP接受，即ADP与磷酸结合形成ATP，能量就被储存在磷酸键里。这样，人体的哪个部位需要能量，ATP就活动到哪里，通过脱去一个磷酸分子而放出能量，再变回ADP。ATP运输能量的效率非常高，能有效地把蛋白质、糖、脂肪与能量储藏库的东西“搬”到需要的地方去。
氨基酸是生命的标志吗
自然界的生命是在氨基酸产生之后才逐渐诞生、进化的。现在，科学家在活的机体中已发现了80多种氨基酸，其中有20种是组成蛋白质的基本材料。这20种氨基酸以不同的数目、不同的连接方式组合，就可产生千百万种不同的蛋白质。这好像用0~9的数字组合电话号码一样，自然界千变万化的生命，就这样产生了。所以氨基酸被称为生命的标志。由于氨基酸分子中既含有氨基(碱性)又含有羧基(酸性)，所以是一种两性化合物。常温下，它是白色的结晶体，外形像味精、砂糖、精盐。大多数的氨基酸能够溶解在水里。氨基酸能够与许多物质发生反应，有些反应能够产生颜色，不同的反应颜色也不相同。科学家根据氨基酸的这些特性，可以分析出蛋白质里所含的氨基酸的种类和数量，还能测定蛋白质中各种氨基酸的排列顺序。
大多数植物和几乎所有的微生物，都能合成自身需要的全部氨基酸。哺乳动物自身没有这种本领，必须靠吃含有氨基酸的食物来补充。所以，在食物中添加一些氨基酸，就是极好的营养食品。现在市场上出售的赖氨酸面包就是其中的一种，它有助于儿童生长发育。我们平时吃的味精，也是一种氨基酸和钠结合的产物——谷氨酸钠，它不仅味道鲜美，而且也是人体所必需的。氨基酸对人体内物质的合成、分解和转换有重要的作用。组氨酸可以变成组胺；酪氨酸可变成酪胺。组胺使血管舒张，血压降低；酪胺则使血压升高。如果体内生成了过量的这类胺，就会引起神经或心血管等系统功能紊乱。但正常人可以自行调节，使各种胺的含量维持平衡。
为何说蛋白质是一切生物细胞的重要组成部分
蛋白质是一切生物细胞的重要组成部分。没有蛋白质，就没有生命。鸡蛋中的蛋白，是蛋白质的一种。牛肉、猪血、黄瓜、大豆、面粉、芝麻酱，甚至酱油里都含有不同数量的蛋白质。一般说来，植物体内蛋白质含量少，动物体内含量多。在人体中，内脏、肌肉、血液、皮肤、骨骼和毛发里都含有蛋白质。如果把身体内的水分去掉，剩下的部分有45％是蛋白质。
蛋白质的含量，是衡量食物营养水平的重要标准。世界各国还把每人每天摄入的蛋白质的多少，作为人民生活水平高低的标准之一。对人体来说，有八种氨基酸是必需的，如果蛋白质含有这八种氨基酸，就叫做完全蛋白质，否则，就是不完全蛋白质。氮是人体所必需的，因为糖和脂肪都不含氮，所以蛋白质还是人体氮素的主要来源。蛋白质由各种各样的氨基酸按一定顺序连成一串。成串的氨基酸像锁链一样按一定规则折叠、盘曲，再折叠、再盘曲，形成不同形状。有的好几条“链子”连在一起，很大很大；有的却很小很小。这都是由它们在生物体内的不同“职责”决定的。心脏跳动时，心肌蛋白在收缩和舒张；血管里的血红蛋白把氧气运送到需要的地方，再把二氧化碳运送出来；细胞膜上的蛋白质担负着细胞内外物质交换的任务；在胃里，生物放出一些执行消化任务的蛋白质(如某些酶)，帮助把食物消化分解成能被吸收的物质。蛋白质在生物体内还能抵御病菌，消灭病菌，保护人体健康。在生物遗传和高等动物的记忆、识别等方面，蛋白质都有重要的作用。
有些蛋白质必须与其他物质结合才能有一定的功能。这种蛋白质叫复合蛋白质(结合蛋白质)，很难把它们单独分离出来。例如与糖结合的糖蛋白，与核酸结合的核蛋白，还有脂蛋白等。随着科学技术的进步，人们可以分离不同的蛋白质，甚至人工合成一些具有活性的蛋白质，进而揭开生命的奥秘。
新生蛋白质是如何找到自己的位置的
人体由约10亿个蛋白质分子组成，每个蛋白质分子承担的职责各不相同。蛋白质分子在人体中的“寿命”有限，每一秒钟内，都有老的蛋白质分子死亡，又有新的蛋白质分子产生。有时，人体遭受外来伤害，在瞬息之间，就会有大量蛋白质分子受到损坏，同时，又有大量的新生蛋白质分子前去接任。新生的蛋白质仅仅是一个个分子而已，它们是如何知道自己承担的使命，找到应处的位置的?1999年诺贝尔生理学和医学奖获得者，美国细胞和分子生物学家甘特·布洛贝尔发现了其中的秘密。原来，每个蛋白质分子都具有特定的信息编码，这种编码由一种氨基酸链组成。特定的编码确定了相应的特定位置，保证新生的蛋白质分子能准确地找到自己的位置。就像我们拿着一张入场券，总能在剧场中找到相应的座位。假如蛋白质的编码发生差错，或在赴任途中受到阻碍，人体就会产生疾病。
为什么由蛋白质构成的干扰素能治病
干扰素是一种能抑制病毒在细胞内增殖的糖蛋白。为什么由糖蛋白组成的干扰素能对感冒、肺炎、肝炎、出血热及多种癌症具有良好的治疗效果呢?
原来，干扰素就是在人体与病毒相对抗的过程中产生的。当人或动物体内有病毒、细菌、真菌、原虫、立克次体、植物血凝素入侵时，就会释放出干扰素。干扰素能产生两种不利于病毒的酶，使病毒无法进行自身蛋白质的合成，失去了繁殖扩散能力。而人体或动物体内调节自身免疫机制的细胞，会进一步对病毒、细菌发起进攻，从而达到抵抗和消灭病毒等病原体的目的。任何一种诱导产生的干扰素，能抑制多种病毒的增殖，但对所作用的细胞种类有一定的选择性，也就是说，这种干扰素只对侵入同种或同类属动物细胞的病毒有抑制作用。
胆固醇与人类身体健康有何关系
胆固醇是以环戊烷多氢菲为基本结构的甾类化合物之一，环状高分子一元醇，是动物细胞膜的重要组成成分。在神经组织和肾上腺中含量丰富，胆汁中也大量存在，当与胆盐的比例不适当时，可沉积形成胆石。机体可以从食物中吸收胆固醇，同时，肝脏等组织也可合成胆固醇。胆固醇的主要生理功能有：维持生物膜的透性，构成神经髓鞘的绝缘物质，参与细胞解毒作用及作为胆酸、甾类激素、维生素D等生物物质的补体。
人体内约含胆固醇140g，1／4存在于脑和神经组织，每克组织含胆固醇20mg；肾上腺含量最高，每克组织含100mg；与皮质激素的合成有关。体内胆固醇的主要来源是靠自身合成。除脑组织外，其他各组织均可合成胆固醇，但合成胆固醇的主要器官是肝脏。人体每天合成的胆固醇约为1g，而每日仅有约03g来源饮食。胆固醇在人体内不能彻底氧化，只是进行一些侧链上的转变。约40％的胆固醇是在肝内氧化成胆汁酸并随胆汁排出。人体内的胆固醇含量过高或过低都会影响人类身体健康。
核酸为何被称为生命的使者
“种瓜得瓜，种豆得豆”。为什么生物的第二代总与第一代相似，而在第一代瓜和豆里找不到小瓜、小豆的雏形。保持两代之间一致的原因，在于遗传物质——核酸。
最初，人们是从脓细胞里发现这种物质的，因为它呈酸性，所以称它为核酸。后来，人们发现所有生物的细胞中都含有核酸。还发现，核酸有两种：一种是核糖核酸，简称RNA，另一种是脱氧核糖核酸，简称DNA。这两种物质的结构与功能都不相同。DNA主要是携带和传递由“上一辈”传下来的遗传信息。RNA则是转录DNA携带的信息，并据此指导合成新一代的蛋白质。孩子像父母，就是因为父母的遗传信息通过DNA传下来，再由RNA“翻译”合成为新的一代蛋白质的结果。因此，核酸就是“生命的使者”。
那么，核酸又是怎样携带遗传信息并用于合成新一代蛋白质的呢?科学家发现，核酸是由核苷酸聚合而成的。每个核苷酸是由磷酸、核糖(一种有五个碳原子的糖)和碱基组成的。这些碱基有多种，人们分别称它们为腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)和尿嘧啶(U)。每个核苷酸上只有一个碱基。
单个的核苷酸挨个地连成一条链，两链并列，每个核苷酸下碱基再依次横连起来，组成“绳梯”，然后再扭成“麻花”样，这就是DNA的结构——著名的“双螺旋”，贮存在细胞里。因为每三个碱基可以组成一个“密码”，而一个DNA上的碱基可多达几百万个，所以DNA上的信息多得数不清。两链间碱基横连时有一定的规则，A只连T，G只连C。如果一个链是…ATCGT…，那么另一条链就该是…TAGCA…这称为碱基配对法。这条法则非常有用，DNA就是按这条法则，复制出一条与原来一模一样的DNA。RNA也是通过这一法则把DNA上的“密码”“转录”下来的。
如果碱基的顺序排错了，或有缺失、增加等现象，都会造成遗传上的差错，引起疾病，甚至死亡。
何谓细胞因子
机体防御外来微生物，例如病毒、细菌，是通过天然免疫和后天获得的特异性免疫介导的，而天然免疫和特异性免疫两种效应机制大部分是通过蛋白质激素即细胞因子介导的。在天然免疫中，细胞因子大多数是由单核吞噬细胞产生，因此称为单核因子。在特异性免疫中，大多数细胞因子是由激活的T淋巴细胞产生的，这些分子通常称为淋巴因子。T细胞能产生几种细胞因子作为原始调节各种淋巴细胞群生长、分化并在T细胞依赖的免疫应答中起着重要的作用。其他T细胞来源的细胞因子的功能主要是激活和调节炎症细胞，例如单核巨噬细胞、中性粒细胞、嗜酸性白细胞，这些T细胞衍生的细胞因子是细胞介导免疫的效应分子，而且也是免疫细胞和炎症系统之间通讯传递的信息分子。此外，淋巴细胞和单核吞噬细胞还能产生其他细胞因子，例如集落刺激因子(CSF)，它能刺激骨髓中未成熟的白细胞分化和生长，以补充在炎症反应中消耗的白细胞。由于许多细胞因子是由血液中某些白细胞产生的并对其他白细胞群起作用，因此称这些分子为白介素(IL)。由于新的细胞因子具有分子的特征，因此用数字标明不同的白介素(例如IL-1，IL-2等)作为明确共用的术语。
