化學(xué)生物學(xué)導(dǎo)論緒論課件

1、11化學(xué)生物學(xué)導(dǎo)論Foundation of Chemical Biology參考書目使用教材：化學(xué)生物學(xué)導(dǎo)論 馬林 古練權(quán)編著 化學(xué)工業(yè)出版社，2006年生物化學(xué) 主編 古練權(quán)，高等教育出版社,2000年參考書目：生物化學(xué)教程 主編 張洪淵 四川大學(xué)出版社出版生物化學(xué)(上下）主編 王鏡巖 高等教育出版社聯(lián)系地點：化學(xué)南樓三樓309室電話：84113690郵：學(xué)習(xí)成績評議方式1，作業(yè)內(nèi)容是思考性題目，可能不是書上內(nèi)容，也可能是書上沒講的內(nèi)容-30%。3，期末考試-全面的復(fù)習(xí)、書上及課堂講過的內(nèi)容-70%一、Why is the chemical biology?近百年

2、來化學(xué)家已經(jīng)設(shè)計和合成了數(shù)千萬個化合物，幾乎又創(chuàng)造了一個新的自然界；同時還發(fā)現(xiàn)了大量的新反應(yīng)、新試劑、新方法和新理論。 20 世紀(jì)前半葉，由于基礎(chǔ)化學(xué)中的高分子化學(xué)的興起和發(fā)展，逐步形成了塑料、纖維、橡膠三大合成材料工業(yè)。醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展與化學(xué)緊密相關(guān)?；瘜W(xué)合成藥在醫(yī)學(xué)工業(yè)中占主導(dǎo)地位。目前世界藥物市場的年銷售量約為3000億美元，在世界經(jīng)濟發(fā)展中有舉足輕重的作用化學(xué)工業(yè)已成為某些國家的支柱產(chǎn)業(yè)。例如，美國 90年代化學(xué)工業(yè)產(chǎn)值約占30%，化學(xué)品出口占總出口的30%，位居世界第二位?；瘜W(xué)取得的成就并未獲得社會認(rèn)同在20世紀(jì)的100年中,化學(xué)與化工取得了空前輝煌的成就。化學(xué)合成和分離了2285萬種

3、新化合物、新藥物、新材料、新分子來滿足人類生活和高新技術(shù)發(fā)展的需要, 化學(xué)是以指數(shù)函數(shù)的形式向前發(fā)展的。沒有一門其他科學(xué)能像化學(xué)那樣在過去的100年中創(chuàng)造出如此眾多的新化合物。這個成就用“空前輝煌”來描述并不過分。但“化學(xué)家太謙虛”(這句話是Nature雜志在2001年的評論中說的),沒有向社會宣傳化學(xué)與化工對社會的重要貢獻(xiàn)。因此20世紀(jì)化學(xué)取得的輝煌成就,并未獲得社會應(yīng)有的認(rèn)可。化學(xué)家非常謙虛,在交叉學(xué)科中放棄冠名權(quán)，如分子晶體管、分子馬達(dá)、分子計算機等都是化學(xué)家開始研究的,但開創(chuàng)這方面研究的化學(xué)家卻不提出“化學(xué)器件學(xué)”這一新名詞,而微電子學(xué)專家馬上看出這些研究的發(fā)展遠(yuǎn)景,并稱之為“分子電子

4、學(xué)”。又如化學(xué)家合成了60,于1996年被授予諾貝爾化學(xué)獎,后來化學(xué)家又做了大量研究工作,合成了碳納米管。但是許多由這一發(fā)明所帶來的研究被人們當(dāng)作應(yīng)用物理學(xué)或納米科學(xué)的貢獻(xiàn)。內(nèi)行人知道分子生物學(xué)正是生物化學(xué)的發(fā)展。在這個交叉領(lǐng)域里化學(xué)家與生物學(xué)家共同奮斗,把科學(xué)推向前進。但是在“分子生物學(xué)”中“化學(xué)”一詞已經(jīng)消失了。這樣,化學(xué)這門重要的中心科學(xué)反而被社會看作是伴娘科學(xué)而不受重視。世界著名的Nature雜志也為化學(xué)家鳴不平,在2001年發(fā)表了社論說:“化學(xué)的形象被其交叉學(xué)科的成功所埋沒”。但化學(xué)家仍然很謙虛,居然不喊不叫也不抱怨。化學(xué)沒有樹立品牌,化學(xué)與化工被認(rèn)為是污染源, 。在自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)

5、科中，化學(xué)一直有著獨特的位置。當(dāng)然這個中心是指化學(xué)面向物質(zhì)變化的這一科學(xué)，從這一意義上講，它能聯(lián)系到自然科學(xué)的方方面面，從而處于一個獨特的位置。漢語“化學(xué)”一詞也較好地概括了這門包容萬物、集天地之造化的學(xué)問。這是化學(xué)科學(xué)的第一個特征?？梢哉f化學(xué)是我們這個社會無處不在的現(xiàn)實。“化學(xué)是中心科學(xué)” 化學(xué)對生命是影響存在兩個相反的結(jié)果：好的一面是作為藥物，解除疾病給動物、人類帶來的痛苦。壞的一面是可以一些疾病，甚至直接導(dǎo)致動物死亡。而化學(xué)與生物學(xué)的融合經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：1920- 50s：生物化學(xué)學(xué)科的誕生1970- ：分子生物學(xué)學(xué)科的產(chǎn)生，生物有機化學(xué)、生物無機化學(xué)、生物分析化學(xué)的產(chǎn)生。1995-

6、 ：化學(xué)生物學(xué)（化學(xué)遺傳學(xué)、化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)、化學(xué)糖生物學(xué)等）的誕生?；瘜W(xué)生物學(xué)是產(chǎn)生是化學(xué)學(xué)科發(fā)展的一個必然結(jié)果，也是生物學(xué)發(fā)展、藥物化學(xué)發(fā)展的需求。未來的化學(xué)如何發(fā)展？ “化學(xué)是中心科學(xué)”，是為人類進步提供物質(zhì)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)學(xué)科?？梢哉f化學(xué)是我們這個社會無處不在的現(xiàn)實。那么，未來的化學(xué)如何發(fā)展？未來化學(xué)將在與其他學(xué)科綜合研究中有所突破，這種突破將會產(chǎn)生若干新的領(lǐng)域，是未來科學(xué)的生長點。未來化學(xué)研究模式將體現(xiàn)在如下幾個方面：從實際問題中抽出化學(xué)基本問題來研究；吸收其他學(xué)科的新理論和新結(jié)果，孕育化學(xué)生長點；與其他學(xué)科融合，開拓化學(xué)新領(lǐng)域；把握動向和時機，提出新的思路和新的研究方向；重視化學(xué)學(xué)科自身發(fā)

7、展與整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合。 學(xué)科的發(fā)展促使化學(xué)生物學(xué)誕生分子生物學(xué)藥學(xué)化學(xué)生物學(xué)研究生命過程的途徑用基因突變的方法，干擾正常的生命過程，已經(jīng)不能適應(yīng)深入研究的需要。一個新藥約需6-10年的時間耗資大，成本高。高通量篩選技術(shù)的發(fā)現(xiàn)促使發(fā)展新的技術(shù)以適應(yīng)其發(fā)展。已能合成自然界發(fā)現(xiàn)的任何復(fù)雜的天然化合物，設(shè)計合成新穎化合物，具備了研究復(fù)雜分子和分子體系的能力化學(xué)生物學(xué)由此， 20世紀(jì)80年代，隨著生命科學(xué)材料科學(xué)和生物技術(shù)等研究領(lǐng)域的發(fā)展，誕生了一大批邊緣學(xué)科，化學(xué)生物學(xué)就是其中之一?；瘜W(xué)生物學(xué)融合了傳統(tǒng)的天然產(chǎn)物化學(xué)生物有機化學(xué)生物無機化學(xué)生物化學(xué)藥物化學(xué)晶體化學(xué)波譜學(xué)和信息化學(xué)等學(xué)科的特點和

8、研究方法，從更深層面去研究生命現(xiàn)象和生命過程化學(xué)與生物學(xué)的融合帶來化學(xué)生物學(xué)學(xué)科的形成和快速發(fā)展，這已是不爭的事實與此同時，化學(xué)家也將學(xué)習(xí)更多的生物學(xué)知識，去熟悉和應(yīng)用基因表達(dá)和蛋白質(zhì)工程等重要生物技術(shù)為研究復(fù)雜的超分子體系提供機會，從而促進化學(xué)學(xué)科本身的發(fā)展。 二，什么是化學(xué)生物學(xué)？What is the chemical biology?化學(xué)生物學(xué)已變成一個非常流行的名詞，各種人，包括有機化學(xué)家、生物化學(xué)家、分子生物學(xué)家和細(xì)胞生物學(xué)家都在討論它，化學(xué)生物學(xué)仍然是一個新的、定義不太明確的領(lǐng)域，化學(xué)生物學(xué)這個名詞對于不同的人有不同的含義。Schreiber等人指出：“化學(xué)生物學(xué)是對分子生物學(xué)的

9、有力補充，分子生物學(xué)采用定點突變的方法來改變生物分子如蛋白質(zhì)和核酸的功能；而化學(xué)生物學(xué)是采用化學(xué)的手段，如運用小分子或人工設(shè)計合成的分子作為配體來直接改變生物分子的功能”。化學(xué)生物學(xué)可以看作是一個特定的學(xué)科領(lǐng)域，與分子生物學(xué)，生物化學(xué)之間存在著差別。因此，準(zhǔn)確地對化學(xué)生物學(xué)進行定義是非常重要的。 1,生物化學(xué)與分子生物學(xué)的概念 生物化學(xué)是在分子水平上研究生命科學(xué)的一門學(xué)科，是生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科之一。生物化學(xué)主要是應(yīng)用化學(xué)的理論和方法來研究生命現(xiàn)象，闡明生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)。生物化學(xué)的基本內(nèi)容包括：發(fā)現(xiàn)和闡明構(gòu)成生命物體的分子基礎(chǔ)生物分子的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；生物分子的結(jié)構(gòu)、功能與生命現(xiàn)象的

10、關(guān)系；生物分子在生物機體中的相互作用及其變化規(guī)律。 生物化學(xué)是在分子水平上研究生命科學(xué) 分子生物學(xué)的概念分子生物學(xué)是從分子水平研究生命本質(zhì)為目的的一門新興邊緣學(xué)科，它以核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)及其在遺傳信息和細(xì)胞信息傳遞中的作用為研究對象。闡明遺傳、生殖、生長和發(fā)育等生命基本特征的分子機理，從而為利用和改造生物奠定理論基礎(chǔ)和提供新的手段。闡明攜帶遺傳信息的核酸和在遺傳信息傳遞及細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間通訊過程中發(fā)揮著重要作用的蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)。 生物大分子結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 2,化學(xué)生物學(xué)的概念在美國加利福尼亞大學(xué)藥學(xué)院網(wǎng)站對化學(xué)生物學(xué)的定義為“composition, structu

11、re, properties, and interactions of chemicals within living organisms”，意思是化學(xué)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及與生物體（生物大分子、細(xì)胞以及生物）的相互作用。這個定義比較簡單、明確，可以被不同學(xué)科的人員理解，也與生物化學(xué)的定義有明顯的區(qū)別，同時從“Chemical biology”字面上也比較容易理解。無機有機高分子物質(zhì)生物大分子合成分離純化分析化學(xué)物質(zhì)相互作用細(xì)胞動植物蛋白質(zhì)酶核酸細(xì)胞膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞凋亡細(xì)胞周期細(xì)胞分化藥物代謝毒理學(xué)生物化學(xué)功能生物轉(zhuǎn)化生物學(xué)功能醫(yī)藥學(xué)學(xué)作用化學(xué)生物學(xué)的研究內(nèi)容簡單的可以分為四個大的方面：化學(xué)

12、生物學(xué)需要化學(xué)做什么？根據(jù)化學(xué)生物學(xué)的研究-尤其是化學(xué)遺傳學(xué)或者化學(xué)基因組學(xué)的研究方法，可以看出進行化學(xué)生物學(xué)研究首先需要構(gòu)建化合物庫，小則幾十種化合物，多則上萬種化合物，涉及到快速合成、快速分離分析，然后進行生物活性篩選；最后才能進入生物學(xué)研究階段。其特點是：（1）化合物合成量少，一般mg級足夠。（2）化合物種數(shù)多，需要簡單的合成反應(yīng)，快速合成。（3）需要快速分離純化化合物。（4）需要快速篩選化合物的生物活性?；瘜W(xué)遺傳學(xué)方法的基本步驟 Monastrol 活化培養(yǎng)細(xì)胞的紡錘體組裝過程的免疫熒光圖譜 與其他學(xué)科的關(guān)系化學(xué)生物學(xué)化學(xué)生物有機化學(xué)生物無機化學(xué)生物分析化學(xué)生物物理化學(xué)生物醫(yī)學(xué)高分子藥

13、物化學(xué)藥學(xué)分子藥理學(xué)分子毒理學(xué)環(huán)境毒理學(xué)分子病理學(xué)藥物學(xué)細(xì)胞生物學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)分子遺傳學(xué)分子生物學(xué)生物有機化學(xué)天然有機化學(xué)分析化學(xué)無機化學(xué)物理化學(xué)高分子化學(xué)組合化學(xué)超分子化學(xué)化學(xué)物質(zhì)的合成分離、分析蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能基因的結(jié)構(gòu)與功能無機化合物有機化合物醫(yī)藥高分子生物活性檢測或篩選微生物動植物細(xì)胞蛋白質(zhì)、核酸動植物化學(xué)生物學(xué)或藥物化學(xué)高活性的化合物動植物（細(xì)胞）的形態(tài)變化蛋白質(zhì)或基因動植物吸收性能毒性藥效病理學(xué)毒理學(xué)藥理學(xué)化學(xué)生物學(xué)醫(yī)學(xué)1，藥物開發(fā)：據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)有藥物的分子靶標(biāo)不超過500個。人類基因組序列的測定為藥物開發(fā)提供了歷史性的機遇，它不但大大增加了潛在藥物靶標(biāo)的數(shù)量，而且對制藥工業(yè)開發(fā)創(chuàng)新藥的能力產(chǎn)生了直接的影響。2，生物分子探針：化學(xué)遺傳學(xué)利用小分子化合物系統(tǒng)地探測生命過程的機制和蛋白質(zhì)功