現(xiàn)代化學(xué)研究方法課件

現(xiàn)代化學(xué)研究方法生命化學(xué)（LifeChemistry）是運(yùn)用化學(xué)原理和方法研究生命現(xiàn)象，闡明生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)，探討其發(fā)生和發(fā)展規(guī)律的學(xué)科。利用化學(xué)的原理和方法研究基體各組織、亞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能、物質(zhì)代謝和能量變化等基本生命過(guò)程，有助于人們深入了解人體正常的生理變化和異常的病理現(xiàn)象，尋求與疾病作斗爭(zhēng)的有效手段，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)保障人類健康的目的。蛋白質(zhì)是氨基酸(aminoacid)構(gòu)成的聚合物。

具有生物活性的蛋白質(zhì)是含碳、氫、氧、氮和硫的化合物。在生物體內(nèi)

蛋白質(zhì)約占細(xì)胞干物質(zhì)的50%。據(jù)估計(jì)在人體中蛋白質(zhì)的種類高達(dá)30萬(wàn)種，

而整個(gè)生物界約有1010~1012種蛋白質(zhì)。1.蛋白質(zhì)(Protein)蛋白質(zhì)依其在生物體內(nèi)所起的作用可分為5大類：（1）酶蛋白：能對(duì)生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)起催化作用的蛋白質(zhì)生物催化劑稱為酶蛋白。（2）運(yùn)載蛋白：運(yùn)載蛋白是能攜帶小分子從一處到另一處的一類特異蛋白質(zhì)。（3）結(jié)構(gòu)蛋白：結(jié)構(gòu)蛋白是參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)建成的一類蛋白質(zhì)。（4）抗體：具有免疫、防御功能的特異蛋白質(zhì)被稱為抗體。（5）激素：激素是一種具有調(diào)節(jié)功能的特異蛋白質(zhì)。它是由生物體內(nèi)某部分產(chǎn)生的。通過(guò)循環(huán)能調(diào)節(jié)生物體內(nèi)其他部分的生命活動(dòng)。2.核酸(Nucleicacid)核酸是由核苷酸(Nucleotide)構(gòu)成的酸性聚合物。1869年，瑞士科學(xué)家米歇爾（F．Miesher，1844－1895）在研究細(xì)胞核的化學(xué)成分時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核主要由含磷物質(zhì)構(gòu)成。19世紀(jì)末，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)構(gòu)成細(xì)胞核的含磷物質(zhì)具有強(qiáng)酸性，他們將其命名為核酸。其后德國(guó)科學(xué)家柯?tīng)枌⒑怂崴猓职l(fā)現(xiàn)核酸中含有三種物質(zhì)：核糖、有機(jī)堿基和磷酸。其中核糖和有機(jī)堿基組成核苷，而核苷和磷酸組成核苷酸，若干個(gè)核苷酸聚合，即為核酸。有機(jī)堿基是含氮的雜環(huán)化合物，因呈堿性故稱為堿基。其后，柯塞爾的學(xué)生，美國(guó)化學(xué)家萊（P.A.Levene,1869-1940）發(fā)現(xiàn)核糖分子比普通糖少一個(gè)碳原子，為戊糖。有些核糖分子中少一個(gè)氧原子，則將其命名為脫氧核糖。因此核糖有兩種類型：核糖與脫氧核糖。1953年，沃森和克里克以立體化學(xué)上的最適構(gòu)型建立了一個(gè)與DNA的X射線衍射資料相符的分子模型—DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型（如圖）。科學(xué)家推測(cè)，人的細(xì)胞中大約有6～10萬(wàn)個(gè)基因，組成這些基因即核苷酸的數(shù)量有30億個(gè)?？茖W(xué)家認(rèn)為，找到人類基因組30億個(gè)堿基對(duì)的排列序列，必將大大促進(jìn)生物信息學(xué)、生物功能基因組和蛋白質(zhì)等生命科學(xué)前沿領(lǐng)域的發(fā)展，也將為基因資源開(kāi)發(fā)利用，醫(yī)藥衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)等生物高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展開(kāi)辟更加廣闊的前景。（2）基因治療基因治療是指應(yīng)用基因工程的技術(shù)方法，將正常的基因轉(zhuǎn)入病患者的細(xì)胞中，以取代病變基因，從而表達(dá)所缺乏的產(chǎn)物，或者通過(guò)關(guān)閉或降低異常表達(dá)的基因等途徑，達(dá)到治療某些遺傳病的目的。目前已發(fā)現(xiàn)，人類與疾病相關(guān)的基因約有5000多個(gè)，迄今已有1／3被分離和確認(rèn)。遺傳病是基因治療的主要對(duì)象?；蛑委煹木唧w方法有DNA治療和RNA修復(fù)。DNA治療包括基因補(bǔ)償、DNA疫苗、肽核酸（PNA）等技術(shù)。最常用的是基因補(bǔ)償。（3）轉(zhuǎn)基因生物轉(zhuǎn)基因生物是指應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，植入了新基因的生物?？茖W(xué)家已創(chuàng)造了許多種轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。有些轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以用來(lái)作為生產(chǎn)醫(yī)藥產(chǎn)品的“化工廠”，有些轉(zhuǎn)基因動(dòng)物可以為人類器官移植提供原料。轉(zhuǎn)基因植物的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了轉(zhuǎn)基因動(dòng)物。利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)可培育出富含各種營(yíng)養(yǎng)素，又具抗旱、抗蟲(chóng)和抗土壤能力的農(nóng)作物。2.生物芯片生物芯片的概念來(lái)自計(jì)算機(jī)芯片，是在20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來(lái)的高科技產(chǎn)物。由于生物芯片最初的目的是用于DNA序列的測(cè)定，基因表達(dá)譜鑒定，所以生物芯片又被稱為DNA芯片或基因芯片。生物芯片只有指甲蓋一般大小，在這樣小的面積上通過(guò)平行反應(yīng)可得到無(wú)數(shù)的生物信息。生物芯片的基質(zhì)一般是經(jīng)過(guò)處理后的玻璃片，片上有成千上萬(wàn)個(gè)微凝膠，可進(jìn)行并行檢測(cè)；同時(shí)，由于微凝膠是三維立體的，它相當(dāng)于提供了一個(gè)三維檢測(cè)平臺(tái)，能固定住蛋白質(zhì)和DNA并進(jìn)行分析。目前，該技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域主要有基因表達(dá)譜分析、新基因發(fā)現(xiàn)、基因突變及多態(tài)性分析、基因組文庫(kù)作圖、疾病診斷和預(yù)測(cè)、藥物篩選、基因測(cè)序等。另外生物芯片在農(nóng)業(yè)、食品監(jiān)督、司法鑒定、環(huán)境保護(hù)等方面都將作出重大貢獻(xiàn)。生物芯片技術(shù)的深入研究和廣泛應(yīng)用，將對(duì)