生物的活细胞，是一个“反应堆”。在细胞中，可同时发生1500～2000 个化学反应，而且完成这些反应的速度极快。例如，由缬氨酸开始，合成一条由150 个氨基酸组成的肽链仅需一分钟。尤其惊人的是，只需要常温、常压下就能完成这些反应。相比之下，现代的化学合成技术是何等的“笨拙”， 不但必须在几百、上千度的高温和几百个大气压下才能反应，而且最多只能同时进行几十个反应。
二者的差别为什么会这么大？最根本的原因就在于，在活细胞的化学反应中，起着支配和调节作用的是生物酶。
据估计，一个活细胞中往往含有几千种生物酶，它们的催化效率比化学工业上应用的无机催化剂要高得多，而且有很强的选择性，一种酶仅仅催化一种特定的反应，并且往往只是一个反应，这也大大加强了生物酶的催化作用。因此，人们正在努力寻找把酶反应应用到化学工业和化学分析中去的有效方法。但是，生物活细胞中酶的含量极少，要提取和纯化它们是十分困难的。因此，要在化学工业和化学分析中广泛采用生物酶去催化化学反应，几乎是不可能的；而人工模拟合成生物酶，才是可行的途径。不过，生物酶本身是一种蛋白质，是由一连串氨基酸组成的。其化学结构远比无机催化剂复杂，因而要用非生物化学方法严格地模拟酶也相当困难。经过进一步研究， 发现在酶的蛋白质链中，不是所有的氨基酸分子都具有同样重要的作用，起催化剂作用的只是其中的“活性点”的那一部分。因此，研究酶的活性点的结构是模拟生物酶的一个重要途径。
对生物固态酶的生物化学研究和化学模拟，是生物酶研究的一个例子。氮肥是植物生长发育必不可少的养料，氨是人工化学合成的氮肥。如果按每亩施用20 公斤氨计算，我国的16 亿亩耕地每年就需要3200 万吨氨。而目前全世界氨的产量不过4000 万吨，远远不能满足人类的需要。因此，寻找合成氨的简易方法，自然就成了举世瞩目的研究课题。
高等植物不能直接利用空气中的氮气作养料。但豆科植物根上的一种微生物——根瘤菌，则可以通过体内固态酶的作用，从空气中提取氮，从水中取出氢，并将二者合成氨，当然这是在常温、常压下以极高的速率进行的。目前，在石油工业、化学反应工业的生产过程中都广泛采用催化剂。
催化剂能够使一些化学反应的速度加快，而它们本身在化学反应结束后却没有什么损耗，也不发生化学变化，这种能使化学反应加快的本领是催化剂的一个特点，称为“活性”。催化剂的活性越高，被它催化的化学反应速度就越快。催化剂的活性是个很复杂的问题，许多原因现在还不是很清楚。目前比较普遍的看法是，在有催化剂的化学反应中，当参加反应的不同分子在互相进行化学反应之前，催化剂就先和反应分子接触，通过一些特殊的物理和化学作用，使这些反应分子的化学结构发生了有利于化学变化的反应。因此， 催化剂也是积极参加反应的，但是在反应之后还能从反应中解脱出来，仍然保持原来的性质。例如，在室温条件下，把氢气和氧气按2∶1 的比例放入玻璃瓶内密封，即使经过很长时间，也只有少量的氢气和氧气发生反应生成水。但是，如果在瓶内加入少量的白金粉末，绝大部分的氢气和氧气几乎立即化合成水，而白金粉末的数量和质量都没有发生改变。催化剂的第二个特点是对所催化的化学反应方向有选择性，使化学反应沿着某一方向进行。
生物发光
谈起生物发光，人们首先就会想到萤火虫。
在炎夏之夜的野外，人们经常看到点点流动的淡黄色或淡绿色闪光。有时是单独一个，忽而又会成双成对。这便是从萤火虫腹部末端的发光器发出的“求偶信号”。雄萤先发出寻找配偶的闪光信号，“有意”的雌萤便发出回答闪光，凭着这种奇特的“闪光”语言，它们便在夜幕中默默幽会了。萤火虫的发光器，由发光细胞层和反光细胞层构成。发光细胞含有荧光素和荧光酶，前者是光的产生者，后者是发光的催化剂。在荧光酶的作用下， 荧光素在细胞内的水分参与下，与进入的氧化合而发出荧光。荧光酶每次发光后，因失去能量而“熄灭”，此时萤火虫体内的一种高能化合物——三磷酸腺苷（ATP）便使荧光素重新产生，继续发光。
在海面上，有时会发现银色的光带，有时又会涌出一团火球，那就是海洋生物发的光。海洋是发光生物云集的地方，它们像夜空中闪烁的点点繁星， 给黑沉沉的海洋深处染上了瑰丽的色彩。海绵、珊瑚、海洋蠕虫、水母、甲壳类、蛤类、乌贼以及单细胞海生生物——海藻都能发光。
有一种称作“钓鱼者”的，又叫蛤蟆鱼，它生活在几十米至几千米深的海底，几乎完全失去了游泳能力。背鳍的第一棘特化为长长的丝状“钓竿”，顶端有一个像盏小灯笼的膨大的发光器。游过的鱼类常把在水里摆动着的这盏小灯误认为是食物，上去就是一口，这时， 就把大嘴一张， 周围的水突然变成一股下陷流，随即又把“钓竿”往口中一甩， 就坐食美餐了。
生物发光是“化学发光”的一种特殊形式。不同的生物，发光的形式也不尽相同，一般说来有三种：
一种是细胞内发光，这种发光过程是在生物体内专门的发光器官里进行的。萤火虫的发光属于此种。
另外一种是细胞外发光，即生物把荧光素和荧光酶排出体外而引起的发光现象。如海洋里的一种小动物——海荧，就是这样发光的。
还有一种是“共栖细菌发光”， 安康的发光属于此种。安康的那盏小灯笼里窝藏着一些发光细菌，它们靠供给养料， 以它们为钓饵。二者互相依存，形成一种特殊的共栖关系。
与人工光源相比，生物发光有着许多优点。电光源在发光过程中，灯丝一般要烧到3000℃的高温，90％以上的电能变成热能浪费掉了，因此叫“热光”。如普通的电灯泡的发光效率不到10％，荧光灯也不过25％。而生物发出的是一种不放出热量的“冷光”，发光效率是100％，可将化学能全部转变成光能。
许多研究者正在深入探讨生物发光的机理，以求制造新型高效人工冷光源。人类大规模使用冷光源照明的日子，已经为时不远了。到那时，屋内涂有特殊发光物质的墙壁，白天接收阳光照射储存能量，夜晚便可“大放光明”！
化学仿生研究前景展望
生物体是一个天然的、规模巨大的“化学工厂”。这个天然的“化学工厂”里面存在着无穷无尽的奥妙，等待着我们去发掘和利用，这就是仿生学在化学领域中面临着的一个艰巨任务。但由于任务面广量大，且非常艰巨， 所以对于化学仿生，目前研究得比较多的，仅局限在以下几个方面：
第一方面，是利用人工的方法，按照天然物质的结构形式，合成许多重要的物质，如生物碱、维生素、激素和抗生素、蛋白质，甚至核酸片段。或者对天然物质的部分结构加以改造，合成更有生物活性的物质，如按照某些蛾类性引诱剂的结构，合成一种可以消灭害虫的农药。
第二个方面是借用个别生化反应的机制，来改进人工合成的技术。如在新陈代谢过程中起重要作用的氢可的松。虽说人工可合成这种物质，已有很多年的历史了，但步骤繁多，可一些微生物活细胞却能轻而易举地完成这项任务。
第三方面是借用整个生物合成的路线来扩大人工合成的物质。如目前得到广泛应用的人工橡胶，可以用来加速食用酵母生长的全合成脱硫生物素， 以及能耐受4000℃高温、性能无与伦比的树脂等等。
第四方面是酶的模拟。酶的应用，我国最早，可以追溯到远古的时代。酶在公元前22 世纪的夏禹时代，就已经用于酿酒。约在战国以前，就已经利用淀粉酶水解来制造饴糖。利用酶来控制疾病，在我国也很普遍，如中药里的陈曲，就是一种非常重要的药剂，特别是在治疗胃病时常常用到它。酶也叫酵素，是构成机体细胞与组织的一种特殊蛋白质，分子量很大， 遇到60℃~70℃的温度时就会失去活性。它也是生物合成中用的蛋白质催化剂。它和化学工业中应用的无机催化剂相比，具有高效专一、条件温和、不促进新的反应、在反应过程中也不会被消耗等等的特点。