生物食品是指通过基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程等生物技术和方法生产：的食品。转基因食品是生物食品的组成部分。为了对生物食品有进一步的了解和认识，有必要介绍分子生物学的基础知识。
与生物食品有关的分子生物学基础知识，主要包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程几大部分。
基因工程与相关生物工程
基因工程(Gene engineering)的核心内容是以分子遗传学为基础，以DNA重组技术(Recombinant technology of DNA)或称克隆技术(Cloning technology)为手段，实现动物、植物、微生物等种之间的基因转移或DNA重组，获得目的基因，达到食品原料或食品微生物的改良。或者在此基础上，采用DNA分子克隆对蛋白质进行定位突(Site directed mutagenesis)的所谓蛋白质工程(Protein engineering)，这对提高农作物营养价值及加工性能，具有重要的科学价值和应用前景。
这一新技术之所以列入当今世界七大高科技领域之一，它是在分子生物学、生物化学、应用微生物学、化学工程、发酵工程和电子计算机的最新科学成就基础上所形成的综合性学科，并广泛应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源和国防等许多部门。其发展已日益显示其巨大的潜力，将为世界面临的蛋白质、能源、环保和癌症等问题的解决提供美好的前景。
细胞工程(Cell engineering)是指应用细胞生物学方法，按照人们预定的设计，有计划地改造遗传物质和细胞培养技术，包括细胞融合技术以及动物、植物大量控制性培养技术，实现对生物原料或品种的改良，生产各种工业品和保健食品的有效成分以及新型食品与食品添加剂。
酶工程(Enzyme engineering)指酶的活细胞产生的具有高度催化活性和高度专一性的生物催化剂。为了提高酶催化各种物质转化，以实现控制工程过程的能力，因此酶工程的主要内容是把游离酶固定化，称为固定化酶，把经过培养发酵产生的目的酶活力高峰时的整个微生物细胞再固定化，可直接应用于食品生产过程中物质的转化。
发酵工程(Fermentation engineering)是采用现代发酵设备，使经优选的细胞或经现代技术改造的菌株进入放大培养和控制性发酵，获得工业化生产预定的食品或食品的功能成分。例如，改良面包酵母菌种是基因工程应用于食品工业中的第一个例子。原理是将具有较高活性的酶基因转移至面包酵母(Saccharomycescercvisiae)，便能使面包酵母显著地提高麦芽糖透性酶(maltosepermease)及麦芽糖酶(maltase)的活性，使面团发酵时产生大量的C02，形成膨发性能良好的面团，从而提高面包质量和生产效率。
基因的本质
早在1865年，奥地利修道士格里哥尔·孟德尔(GregorMendal)就用庭院种植的豌豆(Pisum sativum)做过8年的育种研究。通过杂交育种观察遗传因子由亲代传至子代，第一子代不显示亲代的特征，可能在第二子代显示出来，第一子代隐藏的亲代性状称为“隐性”。研究认为，遗传性状由一对遗传因子所决定，称为孟德尔遗传规律。
1909年，托马斯·亨特·摩根(Thomas Hunt Morgan)从饲育的成千个红眼的果蝇中发现有白眼的雄性果蝇，首次提出突变(Mutation)的概念，由于突变导致物种的变异，突变这一概念对遗传学的发展十分重要。1911年，丹麦人约翰逊(W．Johanssen)把遗传因子重新命名为基因(Gene)。1926年摩根出版了《基因论》一书，创立了基因学说，认为基因是控制性状表现的遗传基础，呈线状排列于染色体上。基因学说的最大贡献是把决定性状的基因确切地落实到染色体上，它存在于细胞核染色体中。
1943年，O．T．Avery等研究证实转化因子是DNA。基因的本质是DNA，基因存在于细胞染色体上，DNA是遗传物质，DNA大分子中蕴藏着成百上千个基因，基因决定蛋白质结构及性状。基因是具有生物学功能的DNA分子中一个片断，是一个分子遗传的功能单位。
1、DNA结构与功能
1953年，美国遗传学家华生(J．D．Watson)和英国生物化学家克里克(F．H．C．Crick)，根据对DNA品状的X-射线衍射结构分析，在英国《自然》杂志上发表《DNA的结构》一文，提出了DNA双螺旋结构模型，首次阐明了DNA结构与功能，为遗传信息的贮存、传递和利用提供了科学依据，创立了现代分子遗传学。DNA双螺旋结构模型的提出，为分子生物学的诞生和发展奠定了理论基础。
DNA的生物学功能为：
（1）DNA分子能自我复制
生命物质与非生命物质的主要区别在于自我复制和繁殖能力，并将遗传信息传递到子代。根据DNA双螺旋结构模型，在两条多聚核苷酸链中，任何一条都可作为另一条生物合成的模板，经过自我复制出来的每一个DNA分子都包含一条原来分子中的“旧”链和“新”链，原来DNA分子中的一条链被保留下来，这种复制一般称为半保留复制(Semi conservativereplication)。
这种把亲代的遗传信息传递到子代，其遗传基因再进一步通过转录、翻译，最终生物合成的蛋白质结构及特征保留了亲代的特征，称为分子遗传。
（2）DNA是遗传基因的载体
其相对分子质量很大，可以大至数10万u(道尔顿)，DNA是由两条多聚核甘酸链组成，每一条链山众多核苷酸通过磷酸二酯键连接而成。一个核苷酸由1分子脱氧核糖、1个磷酸基和4种碱基(腺嘌呤A、胞嘧啶C、鸟嘌岭G、胸腺嘌呤T)中的任一种组合而成。这种生物大分子，由于碱基种类的不同和排列方式的差异，可容纳大量基因信息，例如一种微小的细菌DNA可蕴藏数千个基因，可复制、转录、翻译和合成数千个结构与特性不同的蛋白质。
（3）DNA双螺旋结构模型为遗传信息的保存、传递和利用提供了基础
Crick等人提出的遗传学中心法则，其遗传信息传递从DNA分子中基因的自我复制开始，通过转录合成信息核糖核酸(mRNA)，然后在核糖体核糖核酸(rRNA)、运送核糖核酸(tRNA)及多种酶、化学能及微量元素参与下翻译合成特定的蛋白质。换句话说，特定的蛋白质是由特定的DNA基因所决定的，是由特定的DNA基因信息传递的结果。DNA并不直接参与蛋白质合成，但它能控制和调节蛋白质的合成，决定着物种特性和蛋白质结构及其生物学功能。只要采用科学方法育种(或改变DNA结构)，便可使物种产生遗传或变异，向着有利于人类或生产需要的方向进行调节控制，生产出许多发酵食品及生化制品。
2、RNA结构与功能
细胞是生命的基本单位，细胞中最为重要的物质足核酸，核酸有两类：第一类为脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，简称DNA)，主要存在于细胞核中，少数DNA存在于细胞质中，其结构为双螺旋闭环或单螺旋闭环，在基因重组中担当着载体的角色。另一类为核糖核酸(ribonucleic acid，简称RNA)，主要存在于细胞质中。根据其结构与功能的不同，RNA又可分为三种，rRNA、tRNA和mRNA。
核糖体(Ribosome)粒子中的RNA，称为核糖体RNA(Ribosome RNA，简称rRNA)。核糖体是一种微小的细胞器，是蛋白质生物合成的场所。在合成蛋白质过程中，许多核糖体聚集在一起，称为多聚核糖体。核糖体包含2个亚单位，其中原核生物核糖体有30S和50S两个亚单位组成；真核生物核糖体由60S和40S两个亚单位组成。
存在于细胞中的第二种RNA运送氨基酸至蛋白质合成地方的作用，称为转移RNA(Transfer-RNA，简称tRNA)。其相对分子质量比较小，大约为23000～28000u，由70～80个核苷酸组成，在细胞质中，其含量占RNA的10％～15％。
第三种RNA是由DNA转录而合成的核糖核酸，其分子长链中构成许多所谓“三联体”信息密码。因此，这种RNA称为信息核糖核酸(MessengerRNA，简称mRNA)，存在于细胞质中，相对分子质量为0．6~106，其含量占总RNA的2％～5％。实验证明，mRNA是一条不定型的单链，在细胞中每一条mRNA的存在半衰期很短，其生物学功能是合成蛋白质的信息链，可直接作为合成蛋白质的模板。
3、蛋白质的生物合成及调控机制
mRNA翻译和合成蛋白质的机制是：翻译过程是从酶催化ATP(腺嘌呤核苷三磷酸)所放出的能量使氨基酸激活开始的。活性的酶把氨基酸加到tRNA上形成氨基酰-tRNA，它和核糖桃休及mRNA联结起来。这三朴核苷酸碱基(反密码子)在rRNA碱基中与mRNA核苷酸三联体密码(密码子)相配对。多肽链的发生与成长是由于一系列复杂的反应而出现的，直至最终产物蛋白质合成出来为止。
概括地说，蛋白质的生物合成是以mRNA作为模板，tRNA为运送氨基酸工具，核糖体作为蛋白质合成场所，有多种酶参与；ATP或GTP作为能量，尚有起始因子(1nitiative factor)、延长因子(Elongation factor)、终止因子(Release factor)等因素参与。几个阶段反复循环，直至多肽链合成终止。特定的mRNA链上的密码顺序便被翻译为多肽链中相应的氨基酸残基顺序。多肽链合成后，尚需进行胞内的分子修饰，形成折叠二级和三级卷曲的蛋白质结构。
（1）酶的诱导合成调节
EJacob和J．Monod阐明了酶的诱导合成机理，认为细胞DNA分子中存在并排列着结构基因(Structural gene)、操纵基因(Operater gene)和起动基因(Promoter gene)，这3种基因构成操纵子(Operon)。另外，远离操纵子一端存在着调节基因(Regulator gene)。结构基因决定着具体蛋白质的结构与性质，操纵基因决定着结构基因是否需要表达(开或关)，调节基因经过转录、翻译形成阻遏蛋白(Repressor protein)。当没有乳糖存在(即没有底物)时，调节基因合成的阻遏蛋白与操纵基因结合，RNA聚合酶不能使基因转录为mRNA，操纵基因呈关闭状态，因此，β-半乳糖苷酸等3种酶不能合成。当有乳糖存在时，其诱导物(即底物)与阻遏蛋白结合，形成被钝化了的阻遏蛋白，由于这种蛋白不能与操纵基因结合，因而RNA聚合酶可顺利地使基因转录为mRNA，并翻译形成3种酶的结构。因此，酶的诱导合成的本质就是诱导物钝化了阻遏蛋白，使它与操纵基因的亲和力降低，解除了阻遏蛋白对操纵基因的抑制，从而促使蛋白质合成。
根据酶生物合成与环境条件的关系，可把微生物细胞合成的酶分为组成酶和诱导酶两大类。“本能”的合成酶，如参与细胞基本新陈代谢和生长繁殖的各种酶，称为组成酶。只有当酶的作用底物或它的结构类似物存在时才能合成的酶，或适应环境而产生的酶，称为适应酶或诱导酶。加入适当的诱导物，可以提高酶合成的产量。链霉菌发酵诱导合成葡萄糖异构酶，就是根据这种机制，加入0．02％木糖或其代用品作为其诱导底物，便可使葡糖异构诱导合成。
（2）酶合成的反馈阻遏
另一种酶合成调节与酶的诱导合成机制不同，称为酶的反馈阻遏。对于合成氨基酸等必需物质的酶显得重要，只有在缺乏最终产物时才有必要产生，最终产物存在时这种酶合成被阻遏，因为酶作用后的最终产物对酶的合成产生抑制作用(不是对酶的活性抑制)，引起反馈阻遏的是小分子量末端产物。除了微生物细胞代谢产生的内源性终产物外，在培养基中加入外源性末端产物也同样能起到酶合成的反馈阻遏作用。基因调节控制与诱导酶合成调节是不同的，酶在反馈阻遏时，与操纵基因结合的是阻遏蛋白与终产物的复合物，阻遏蛋白不能单独与操纵基因结合，换句话说，蛋白质的合成只有在没有终产物生成物时进行。
设法从发酵液中或培养基中除去其终产物则可消除其反馈阻遏，从而提高酶的合成速率。例如生产蛋白酶的芽孢杆菌在含有氨基酸的培养基中只产生很少蛋白酶，如把培养基或发酵液中的氨基酸除去，则可大大地增加蛋白酶的产量；限制培养基中氮的含量，也有利于消除反馈阻遏，增加酶的产量；向培养基中加入代谢途径的某个抑制因子，切断代谢通路，也可限制细胞内末端产物积累，减少分子共阻遏物的形成，消除酶的反馈阻遏，提高酶的合成速率。
（3）分解代谢的阻遏作用
培养基中的葡萄糖给微生物生长提供了碳源，但又往往能明显地抑制某些酶(主要是分解代谢的诱导酶类)的合成。例如葡萄糖能降低芽孢杆菌蛋白酶的合成。换言之，葡萄糖的存在能阻遏某些蛋白质的合成作用称为分解代谢的阻遏作用(或称为葡萄糖效应)，这是基因调控的一种类型。因为葡萄糖的存在能影响细胞内环腺苷酸(cAMP)物质的形成，而cAMP对于启动RNA聚合酶转录结构基因是不可缺少的。其他一些分解代谢产物也能对某些酶合成起阻遏作用。实验证明，甘油代替果糖，可使α-淀粉酶产量增加25倍。
（4）反馈抑制
反馈抑制(Feedback inhibition)与反馈阻遏不同，前者是终产物返回抑制反应链中第1个酶的活性，而后者是终产物返回抑制反应链中各步反应酶的合成。反馈抑制有时是由两个以上的物质发生，其调节代谢过程更为复杂。
总之，现代分子生物学的创立为基因工程的诞生和发展奠定了理论基础。