化学生物学导论绪论课件

1、11化学生物学导论Foundation of Chemical Biology参考书目使用教材：化学生物学导论 马林 古练权编著 化学工业出版社，2006年生物化学 主编 古练权，高等教育出版社,2000年参考书目：生物化学教程 主编 张洪渊 四川大学出版社出版生物化学(上下）主编 王镜岩 高等教育出版社联系地点：化学南楼三楼309室电话：84113690邮：学习成绩评议方式1，作业内容是思考性题目，可能不是书上内容，也可能是书上没讲的内容-30%。3，期末考试-全面的复习、书上及课堂讲过的内容-70%一、Why is the chemical biology?近百年

2、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、新试剂、新方法和新理论。 20 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。医药工业的发展与化学紧密相关。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3000亿美元，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 90年代化学工业产值约占30%，化学品出口占总出口的30%，位居世界第二位。化学取得的成就并未获得社会认同在20世纪的100年中,化学与化工取得了空前辉煌的成就。化学合成和分离了2285万种

3、新化合物、新药物、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展的需要, 化学是以指数函数的形式向前发展的。没有一门其他科学能像化学那样在过去的100年中创造出如此众多的新化合物。这个成就用“空前辉煌”来描述并不过分。但“化学家太谦虚”(这句话是Nature杂志在2001年的评论中说的),没有向社会宣传化学与化工对社会的重要贡献。因此20世纪化学取得的辉煌成就,并未获得社会应有的认可。化学家非常谦虚,在交叉学科中放弃冠名权，如分子晶体管、分子马达、分子计算机等都是化学家开始研究的,但开创这方面研究的化学家却不提出“化学器件学”这一新名词,而微电子学专家马上看出这些研究的发展远景,并称之为“分子电子

4、学”。又如化学家合成了60,于1996年被授予诺贝尔化学奖,后来化学家又做了大量研究工作,合成了碳纳米管。但是许多由这一发明所带来的研究被人们当作应用物理学或纳米科学的贡献。内行人知道分子生物学正是生物化学的发展。在这个交叉领域里化学家与生物学家共同奋斗,把科学推向前进。但是在“分子生物学”中“化学”一词已经消失了。这样,化学这门重要的中心科学反而被社会看作是伴娘科学而不受重视。世界著名的Nature杂志也为化学家鸣不平,在2001年发表了社论说:“化学的形象被其交叉学科的成功所埋没”。但化学家仍然很谦虚,居然不喊不叫也不抱怨。化学没有树立品牌,化学与化工被认为是污染源, 。在自然科学的基础学

5、科中，化学一直有着独特的位置。当然这个中心是指化学面向物质变化的这一科学，从这一意义上讲，它能联系到自然科学的方方面面，从而处于一个独特的位置。汉语“化学”一词也较好地概括了这门包容万物、集天地之造化的学问。这是化学科学的第一个特征。可以说化学是我们这个社会无处不在的现实。“化学是中心科学” 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、人类带来的痛苦。坏的一面是可以一些疾病，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：1920- 50s：生物化学学科的诞生1970- ：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。1995-

6、 ：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。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。未来的化学如何发展？ “化学是中心科学”，是为人类进步提供物质基础的基础学科。可以说化学是我们这个社会无处不在的现实。那么，未来的化学如何发展？未来化学将在与其他学科综合研究中有所突破，这种突破将会产生若干新的领域，是未来科学的生长点。未来化学研究模式将体现在如下几个方面：从实际问题中抽出化学基本问题来研究；吸收其他学科的新理论和新结果，孕育化学生长点；与其他学科融合，开拓化学新领域；把握动向和时机，提出新的思路和新的研究方向；重视化学学科自身发

7、展与整体科学技术的发展相结合。 学科的发展促使化学生物学诞生分子生物学药学化学生物学研究生命过程的途径用基因突变的方法，干扰正常的生命过程，已经不能适应深入研究的需要。一个新药约需6-10年的时间耗资大，成本高。高通量筛选技术的发现促使发展新的技术以适应其发展。已能合成自然界发现的任何复杂的天然化合物，设计合成新颖化合物，具备了研究复杂分子和分子体系的能力化学生物学由此， 20世纪80年代，随着生命科学材料科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。化学生物学融合了传统的天然产物化学生物有机化学生物无机化学生物化学药物化学晶体化学波谱学和信息化学等学科的特点和

8、研究方法，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和快速发展，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，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，从而促进化学学科本身的发展。 二，什么是化学生物学？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。Schreiber等人指出：“化学生物学是对分子生物学的

9、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。 1,生物化学与分子生物学的概念 生物化学是在分子水平上研究生命科学的一门学科，是生命科学的重要基础学科之一。生物化学主要是应用化学的理论和方法来研究生命现象，阐明生命现象的化学本质。生物化学的基本内容包括：发现和阐明构成生命物体的分子基础生物分子的化学组成、结构和性质；生物分子的结构、功能与生命现象的

10、关系；生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。 生物化学是在分子水平上研究生命科学 分子生物学的概念分子生物学是从分子水平研究生命本质为目的的一门新兴边缘学科，它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象。阐明遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理，从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。阐明携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子的结构。 生物大分子结构及结构与功能的关系 2,化学生物学的概念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“composition, structu

11、re, properties, and interactions of chemicals within living organisms”，意思是化学物质的组成、结构、性质以及与生物体（生物大分子、细胞以及生物）的相互作用。这个定义比较简单、明确，可以被不同学科的人员理解，也与生物化学的定义有明显的区别，同时从“Chemical biology”字面上也比较容易理解。无机有机高分子物质生物大分子合成分离纯化分析化学物质相互作用细胞动植物蛋白质酶核酸细胞膜信号转导细胞凋亡细胞周期细胞分化药物代谢毒理学生物化学功能生物转化生物学功能医药学学作用化学生物学的研究内容简单的可以分为四个大的方面：化学

12、生物学需要化学做什么？根据化学生物学的研究-尤其是化学遗传学或者化学基因组学的研究方法，可以看出进行化学生物学研究首先需要构建化合物库，小则几十种化合物，多则上万种化合物，涉及到快速合成、快速分离分析，然后进行生物活性筛选；最后才能进入生物学研究阶段。其特点是：（1）化合物合成量少，一般mg级足够。（2）化合物种数多，需要简单的合成反应，快速合成。（3）需要快速分离纯化化合物。（4）需要快速筛选化合物的生物活性。化学遗传学方法的基本步骤 Monastrol 活化培养细胞的纺锤体组装过程的免疫荧光图谱 与其他学科的关系化学生物学化学生物有机化学生物无机化学生物分析化学生物物理化学生物医学高分子药

13、物化学药学分子药理学分子毒理学环境毒理学分子病理学药物学细胞生物学结构生物学分子遗传学分子生物学生物有机化学天然有机化学分析化学无机化学物理化学高分子化学组合化学超分子化学化学物质的合成分离、分析蛋白质的结构与功能基因的结构与功能无机化合物有机化合物医药高分子生物活性检测或筛选微生物动植物细胞蛋白质、核酸动植物化学生物学或药物化学高活性的化合物动植物（细胞）的形态变化蛋白质或基因动植物吸收性能毒性药效病理学毒理学药理学化学生物学医学1，药物开发：据统计，现有药物的分子靶标不超过500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，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。2，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