化学生物学导论绪论

1、11参考书目参考书目v使用教材使用教材：化学生物学导论：化学生物学导论 马林马林 古练权编著古练权编著 化化学工业出版社出版，学工业出版社出版，2006年年v生物化学生物化学 主编主编 古练权等，高等教育出版社出古练权等，高等教育出版社出版版,2000年年v参考书目参考书目：v生物化学教程生物化学教程 主编主编 张洪渊张洪渊 四川大学出版社出版四川大学出版社出版v生物化学生物化学 主编主编 沈同沈同 王镜岩王镜岩 高等教育出版社出高等教育出版社出版版v联系地点联系地点：化学南楼三楼：化学南楼三楼309室室v电话：电话：8411369084113690，136408025151364080251

2、5 电邮：电邮：一、一、why is the chemical biology? 近百年来化学家已经设计和合成了数千万个化合物，几乎近百年来化学家已经设计和合成了数千万个化合物，几乎又创造了一个新的自然界；同时还发现了大量的新反应、又创造了一个新的自然界；同时还发现了大量的新反应、新试剂、新方法和新理论。新试剂、新方法和新理论。 20 20 世纪前半叶，由于基础化学中的高分子化学的兴起和世纪前半叶，由于基础化学中的高分子化学的兴起和发展，逐步形成了塑料、纤维、橡胶三大合成材料工业。发展，逐步形成了塑料、纤维、橡胶三大合成材料工业。 医药工业的发展与化学紧密相关。化学合成药在医学工业医药工业的发

3、展与化学紧密相关。化学合成药在医学工业中占主导地位。目前世界药物市场的年销售量约为中占主导地位。目前世界药物市场的年销售量约为30003000亿亿美元，在世界经济发展中有举足轻重的作用美元，在世界经济发展中有举足轻重的作用 化学工业已成为某些国家的支柱产业。例如，美国化学工业已成为某些国家的支柱产业。例如，美国 9090年年代化学工业产值约占代化学工业产值约占30%30%，化学品出口占总出口的，化学品出口占总出口的30%30%，位，位居世界第二位。居世界第二位。 化学对生命是影响存在两个相反的结果：好的一面是作化学对生命是影响存在两个相反的结果：好的一面是作为药物，解除疾病给动物、人类带来的痛

4、苦。坏的一面为药物，解除疾病给动物、人类带来的痛苦。坏的一面是可以一些疾病，甚至直接导致动物死亡。是可以一些疾病，甚至直接导致动物死亡。 而化学与生物学的融合经历了三个发展阶段：而化学与生物学的融合经历了三个发展阶段： 1920- 1920- ：生物化学学科的诞生：生物化学学科的诞生 1970- 1970- ：分子生物学学科的产生，生物有机化学、：分子生物学学科的产生，生物有机化学、生物无机化学、生物分析化学的产生。生物无机化学、生物分析化学的产生。 1995- 1995- ：化学生物学（化学遗传学、化学蛋白质组：化学生物学（化学遗传学、化学蛋白质组学、化学糖生物学等）的诞生。学、化学糖生物学

5、等）的诞生。 化学生物学是产生是化学学科发展的一个必然结果，也化学生物学是产生是化学学科发展的一个必然结果，也是生物学发展、药物化学发展的需求。是生物学发展、药物化学发展的需求。化化学学无无机机化化学学有有机机化化学学分分析析化化学学物物理理化化学学高分高分子化子化学学交叉融合交叉融合材材料料科科学学医医药药学学新化学理论新化学理论新应用领域新应用领域新分析技术新分析技术新合成技术新合成技术物理物理生物学生物学医学医学环境环境能源能源学科的发展促使化学生物学诞生学科的发展促使化学生物学诞生分子生物学分子生物学药学药学化学化学生物学研究生命过程的途径生物学研究生命过程的途径用基因突变的方法，干扰

6、正用基因突变的方法，干扰正常的生命过程，已经不能适常的生命过程，已经不能适应深入研究的需要。应深入研究的需要。一个新药约需一个新药约需6-106-10年的时间年的时间耗资大，成本高。高通量筛耗资大，成本高。高通量筛选技术的发现促使发展新的选技术的发现促使发展新的技术以适应其发展。技术以适应其发展。已能合成自然界发现的任何已能合成自然界发现的任何复杂的天然化合物，设计合复杂的天然化合物，设计合成新颖化合物，具备了研究成新颖化合物，具备了研究复杂分子和分子体系的能力复杂分子和分子体系的能力化化学学生生物物学学 由此，由此， 2020世纪世纪8080年代，随着生命科学年代，随着生命科学 材料科材料科

7、学和生物技术等研究领域的发展，诞生了一大批学和生物技术等研究领域的发展，诞生了一大批边缘学科，化学生物学就是其中之一。边缘学科，化学生物学就是其中之一。 化学生物学融合了传统的天然产物化学化学生物学融合了传统的天然产物化学 生物有生物有机化学机化学 生物无机化学生物无机化学 生物化学生物化学 药物化学药物化学 晶体化学晶体化学 波谱学和信息化学等学科的特点和研波谱学和信息化学等学科的特点和研究方法，从更深层面去研究生命现象和生命过程究方法，从更深层面去研究生命现象和生命过程 化学与生物学的融合带来化学生物学学科的形成化学与生物学的融合带来化学生物学学科的形成和快速发展，这已是不争的事实和快速发

8、展，这已是不争的事实 与此同时，化学家也将学习更多的生物学知识，与此同时，化学家也将学习更多的生物学知识，去熟悉和应用基因表达和蛋白质工程等重要生物去熟悉和应用基因表达和蛋白质工程等重要生物技术为研究复杂的超分子体系提供机会，从而促技术为研究复杂的超分子体系提供机会，从而促进化学学科本身的发展。进化学学科本身的发展。各地化学生物学系的建立各地化学生物学系的建立 为了顺应这一新学科领域的发展的需要，为了顺应这一新学科领域的发展的需要，近些年来近些年来一些国外著名的化学研究机构或大学正在纷纷进行一些国外著名的化学研究机构或大学正在纷纷进行调整以顺应这一新学科领域的发展的需要。调整以顺应这一新学科领

9、域的发展的需要。 如世界著名的哈佛大学于如世界著名的哈佛大学于19951995年首先将其化学系改年首先将其化学系改名为化学与化学生物学系名为化学与化学生物学系(department of (department of chemistry and chemical biology)chemistry and chemical biology)，康内尔大学，康内尔大学随后建立了化学生物学研究所。随后建立了化学生物学研究所。 北京大学化学与分子工程学院、药学院在我国首先北京大学化学与分子工程学院、药学院在我国首先成立了化学生物学系，成立了化学生物学系，近几年来，我国的许多大学近几年来，我国的许多大学

10、相继成立各种化学生物学方面的实验室和研究所，相继成立各种化学生物学方面的实验室和研究所，一些学校开始设置一些学校开始设置“化学生物学化学生物学”专业培养本科生、专业培养本科生、硕士和博士研究生。硕士和博士研究生。 二，什么是化学生物学？二，什么是化学生物学？what is the chemical biology?what is the chemical biology? 化学生物学已变成一个非常流行的名词，各种人，包括有化学生物学已变成一个非常流行的名词，各种人，包括有机化学家、生物化学家、分子生物学家和细胞生物学家都机化学家、生物化学家、分子生物学家和细胞生物学家都在讨论它，化学生物学仍然

11、是一个新的、定义不太明确的在讨论它，化学生物学仍然是一个新的、定义不太明确的领域，化学生物学这个名词对于不同的人有不同的含义。领域，化学生物学这个名词对于不同的人有不同的含义。 schreiberschreiber等人指出：等人指出：“化学生物学是对分子生物学的有化学生物学是对分子生物学的有力补充，分子生物学采用定点突变的方法来改变生物分子力补充，分子生物学采用定点突变的方法来改变生物分子如蛋白质和核酸的功能；而化学生物学是采用化学的手段，如蛋白质和核酸的功能；而化学生物学是采用化学的手段，如运用小分子或人工设计合成的分子作为配体来直接改变如运用小分子或人工设计合成的分子作为配体来直接改变生物

12、分子的功能生物分子的功能”。 化学生物学可以看作是一个特定的学科领域，与分子生物化学生物学可以看作是一个特定的学科领域，与分子生物学，生物化学之间存在着差别。因此，准确地对化学生物学，生物化学之间存在着差别。因此，准确地对化学生物学进行定义是非常重要的。学进行定义是非常重要的。 在美国加利福尼亚大学药学院网站对化学生物学在美国加利福尼亚大学药学院网站对化学生物学的定义为的定义为“composition, structure, composition, structure, properties, and interactions of chemicals properties, and int

13、eractions of chemicals within living organisms”within living organisms”，这个定义比较简单、，这个定义比较简单、明确，可以被不同学科的人员理解，也与生物化明确，可以被不同学科的人员理解，也与生物化学的定义有明显的区别，同时从学的定义有明显的区别，同时从“chemical chemical biology”biology”字面上也比较容易理解。字面上也比较容易理解。 本人认为化学生物学的核心内容是如何利用化学本人认为化学生物学的核心内容是如何利用化学合成的现代技术、化合物分离手段和化学分子结合成的现代技术、化合物分离手段和化学

14、分子结构解析技术获得各种各样的化学物质（包括无机、构解析技术获得各种各样的化学物质（包括无机、有机和高分子物质）；以及这些化学物质如何与有机和高分子物质）；以及这些化学物质如何与生物大分子、细胞相互作用及分子识别。生物大分子、细胞相互作用及分子识别。 因此，从化学的角度看，可以理解为化学生物学因此，从化学的角度看，可以理解为化学生物学是研究化学物质的生物化学功能、生物学功能和是研究化学物质的生物化学功能、生物学功能和医药学作用的一门科学。医药学作用的一门科学。无机无机有机有机高分子高分子物质物质生物大分子生物大分子合成合成分离分离纯化纯化分析分析化化学学物物质质相相互互作作用用细胞细胞动植物动

15、植物蛋白质蛋白质酶酶核酸核酸细胞膜细胞膜信号转导信号转导细胞凋亡细胞凋亡细胞周期细胞周期细胞分化细胞分化药物代谢药物代谢毒理学毒理学生物化生物化学功能学功能生生物物转转化化生物生物学功能学功能医药学医药学学作用学作用 化学生物学的研究化学生物学的研究内容简单的可以分内容简单的可以分为四个大的方面：为四个大的方面：化化学学遗遗传传学学方方法法的的基基本本步步骤骤 monastrolmonastrol 活化培养细胞的纺活化培养细胞的纺锤体组装过程的免疫荧光图谱锤体组装过程的免疫荧光图谱 与其他学科的关系与其他学科的关系化化学学生生物物学学化学化学生物有机化学生物有机化学生物无机化学生物无机化学生物

16、分析化学生物分析化学生物物理化学生物物理化学生物医学高分子生物医学高分子药物化学药物化学药学药学分子药理学分子药理学分子毒理学分子毒理学环境毒理学环境毒理学分子病理学分子病理学药物学药物学细胞生物学细胞生物学结构生物学结构生物学分子遗传学分子遗传学分子生物学分子生物学生物生物有机化学有机化学天然有机化学天然有机化学分析化学分析化学无机化学无机化学物理化学物理化学高分子化学高分子化学组合化学组合化学超分子化学超分子化学化学物质的合成化学物质的合成分离、分析分离、分析蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能基因的结构与功能基因的结构与功能无机化合物无机化合物有机化合物有机化合物医药高分子医药高分子生物

17、活性检测或筛选生物活性检测或筛选微生物微生物动植物细胞动植物细胞蛋白质、核酸蛋白质、核酸动植物动植物化学生物学或药物化学化学生物学或药物化学高活性的化合物高活性的化合物动植物（细胞）的形态变化动植物（细胞）的形态变化蛋白质或基因蛋白质或基因动植物吸收性能动植物吸收性能毒性毒性药效药效病理学病理学毒理学毒理学药理学药理学化学化学生物学生物学医学医学 1 1，药物开发：据统计，现有药物的分子靶标不超过，药物开发：据统计，现有药物的分子靶标不超过500500个。个。人类基因组序列的测定为药物开发提供了历史性的机遇，人类基因组序列的测定为药物开发提供了历史性的机遇，它不但大大增加了潜在药物靶标的数量，

18、而且对制药工业它不但大大增加了潜在药物靶标的数量，而且对制药工业开发创新药的能力产生了直接的影响。开发创新药的能力产生了直接的影响。 2 2，生物分子探针：化学遗传学利用小分子化合物系统地，生物分子探针：化学遗传学利用小分子化合物系统地探测生命过程的机制和蛋白质功能探测生命过程的机制和蛋白质功能, , 为功能基因组学的研为功能基因组学的研究提供了有力的工具。究提供了有力的工具。 在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律, , 包包括括: : 蛋白质的修饰加工蛋白质的修饰加工 转运定位转运定位 结构变化结构变化 蛋白质与蛋白质与蛋白质的相互作用蛋白质的相互作用 蛋白质与其他生物分子的相互作用等。蛋白质与其他生物分子的相互作用等。研究蛋白质在生物体内的功能是一项重大课题研究蛋白质在生物体内的功能是一项重大课题 三、化学生物学可以做什么？三、化学生物学可以做什么？ 四、如何学习化学生物学？四、如何学习化学生物学？细胞细胞蛋白质蛋白质酶酶核酸核酸聚糖聚糖脂质脂质化合物化合物相互作用相互作用？么么什什解解了了要要需需点点重重生物大分子的组成生物大分子的组成生物大分子的