化学生物学绪论课件.ppt

化学生物学 Chemical Biology,赵仲麟河南农业大学,化学生物学 Chemical Biology,参考书目,使用教材： 化学生物学基础 刘磊等编著 科学出版社，2010年出版 化学生物学导论 马林 古练权编著 化学工业出版社出版，2006年 参考书目： 生物化学 主编 沈同 王镜岩 高等教育出版社出版,参考书目使用教材：,化学生物学绪论课件,第一部分 化学生物学的分子基础第二部分 化学生物学的概念和技术第三部分 化学生物学的应用和延展,化学生物学总目录,第一部分 化学生物学的分子基础化学生物学总目录,第一章 多肽和蛋白质,第二章 核酸,第一节 多肽的化学生物学第二节 蛋白质化学合成第三节 蛋白质修饰和蛋白质药物,第一节 核酸的分类、结构和合成第二节 核酸的分子的相互作用第三节 核酸工具第四节 DNA损伤、修复和修饰,第一章 多肽和蛋白质第二章 核酸第一节 多肽的化学生,第三章 糖的化学生物学,第一节 概述第二节 糖的结构和分类第三节 糖的合成二级结构第四节 糖和蛋白质的相互作用构第五节 糖的序列分析和糖组学第六节 糖的生物应用,第四章 生命体系中有机小分子,第一节有机小分子的简介第二节有机小分子的来源第三节生命体系中有机小分子的功能,第三章 糖的化学生物学 第一节 概述第二节 糖的结,第五章 生命中的金属,第一节 生命中的金属元素及研究简史第二节 生物无机化学第三节 专题讨论,第五章 生命中的金属 第一节 生命中的金属元素及研,第八章 组合化学与多样性导向合成,第七章 化学遗传学,第六章 基因组学和蛋白质组学,第九章 生物大分子的进化,第十章 分子成像,第二部分 化学生物学的概念和技术,第八章 组合化学与多样性导向合成第七章 化学遗传学 第六,第十三章 生物药物,第十二章 化学小分子药物,第十一章 生物催化,第十四章 疾病诊断,第十五章 合成生物学,第三部分 化学生物学的应用,第十三章 生物药物 第十二章 化学小分子药物 第,出题形式 填空体、判断题、名词解释题、 简答题、问答题等。 期末考试成绩（70%）+平时成绩（30%）,出题形式,绪 论 化学生物学的概念,绪 论 化学生物学的概念,生物学,化学,化学生物学,融合,生物学化学化融合,一、化学何去何从?,化学已有200余年的历史，是一门成熟的老科学，现在发展的前途不大了?20世纪的化学取得了辉煌的成就，21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、信息科学、能源、环境、海洋、空间科学的相互交叉,相互渗透，相互促进中共同大发展。,一、化学何去何从?化学已有200余年的历史，是一门成熟的老科,创始人：哈 佛 大 学 的 S. L. 施 瑞 伯 L. Schreiber 教授,哈佛大学博士，开始时研究有机化学合成, 不久他意识到可以合成一些由生命体产生的物质, 然后再利用这些物质研究生命体,此时化学成为他研究生命的重要工具。,创始人：哈 佛 大 学 的 S. L. 施 瑞 伯,蟑螂引诱剂,首先合成了一种蟑螂用来吸引配偶的信息素, 并且证明具有生物活性。,蟑螂引诱剂 首先合成了一种蟑螂用来吸引配偶,Reproductive Biology: Enhancing Sperm Vitality,抗氧化剂 杂交聚合体 精子细胞表面,Reproductive Biology: Enhancin,开设化学生物学的高校,北京大学、湖北大学、中山大学、厦门大学、华中师大、浙江大学,开设化学生物学的高校 北京大学、湖北大学、中,美国国家卫生研究院NIH，2010年年度预算300亿美元。2000年启动的优先资助领域第一项就是化学生物学。,美国国家卫生研究院NIH，2010年年度预算,化学生物学的中心任务,采用化学手段， 用小分子实现对生命过程的调控。,化学生物学的中心任务采用化学手段， 用小分子实现对生命过程的,化学生物学绪论课件,在自然科学的基础学科中，化学一直有着独特的位置。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。,在自然科学的基础学科中，化学一直有着独特的位置。,化学,无机化学,有机化学,分析化学,物理化学,高分子化学,交叉,材料化学,生物医学,理论化学,应用化学,精细化工,化无有分物理化学高分子化学交叉材料化学生物医学理论化学应用化,化学,信息科学,朝阳科学,生命科学,材料科学,环境科学,能源科学,地球科学,空间科学,核科学,化学信朝阳科学生材环能地空核,化学生物学绪论课件,化学取得的成就,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。,化学取得的成就 在20世纪的100年中,化学与化工取,Nature杂志在2001年的评论,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。,Nature杂志在2001年的评论 没有一门其他科,现今估计外源化学物已达到十多万种，其中已进入社会的约有6-8万种。这些外源化学物包括工业品及工业使用的原材料、食品色素与添加剂、农药、化妆品以及医用药品等。为我们的生活及生命提供了丰富多彩的物质。,现今估计外源化学物已达到十多万种，其中已进入社会的约有6-8,100 年前，“化学可以赋予你更好的生活”的承诺把成千上万的人造化合物引进了人们的生活。随着工业化社会的发展，人类在生活和生产过程中可能接触到的外源化学物日益增多。,100 年前，“化学可以赋予你更好的生活”的承诺,“化学开创美好生活” 杜邦公司广告用语,“化学开创美好生活”,杜邦植物保护DuPont Crop Protection杜邦,杜邦（Du Pont）：世界上最大的化学公司,两百年前，杜邦主要是一家生产火药的公司。 一百年前，业务重心转向全球的化学制品、材料和能源。 总收入：2013年总收入为357亿美元。,杜邦（Du Pont）：世界上最大的化学公司 两,2013年杜邦农业部门销售额大幅增长,杜邦公司2013全年销售额同比增长12.6%，收入改善的主要原因为拉美地区杀虫剂销售的增长、巴西safrinha玉米的出货、北美农民的直接种子出货。 2013全年销售额同比增长12.6%，达117.39亿美元。,2013年杜邦农业部门销售额大幅增长,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“分子电子学”。化学家合成了60,于1996年被授予诺贝尔化学奖,后来合成了碳纳米管。但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。,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,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”。,化学生物学绪论课件,从80年代以来，人们观察到化学在社会公众中的形象有一些微妙的变化。杜邦公司广告用语中“化学”被删去，只剩下“开创美好生活”一句了。我们国内一些食品、化妆品广告或包装上常加一句“本品不含任何化学添加剂”。好像“化学”成了“有害”的同义词，其实它标榜的纯天然物也都是化学品。,一、化学物质对生命的影响,某些人工合成或天然存在的化学物质对生物体内发生的生物化学过程的调控作用,通常被称为生理活性物质。例如食物、药物、农药和有毒物质等。服用的药物、所吃的食物和使用的用品以及家居环境中无处不存在化合物所造成的危害。,一、化学物质对生命的影响某些人工合成或天然存在的化学物质对生,营养食物,谷物,肉类,蔬菜,水果,蛋类,豆制品,化学成分？,抗生素激素瘦肉精,农药增熟剂保鲜剂,石膏卤水吊白块,苏丹红激素,农药增熟剂保鲜剂,农药转基因,营养食物谷物肉类蔬菜水果蛋类豆制品化学成分？抗生素农药石膏苏,药物与毒物,在一定条件下，较小剂量即能够对机体产生损害作用或使机体出现异常反应的外源化学物称为毒物。 毒物与药物之间并无绝对界限，某种外源化学物在某些特定的条件下可能是有毒的，而在另外一些条件下又可能是无毒的。,药物与毒物在一定条件下，较小剂量即能够对机体产生损害作用或使,药物,镇痛、消炎,抗感冒药,抗菌药,降血脂药,胃药,抗肿瘤药物,降血糖药,药物的作用机制？,中药,药物镇痛、消炎抗感冒药抗菌药降血脂药胃药抗肿瘤药物降血糖药药,有毒物质,生物毒素（黄曲霉毒素等）,重金属（汞、铅、银、铬、砷）,环境污染物（多环芳烃、芳香胺等）,化学品（甲醇、CO、苯、氰化物）,毒品（吗啡、海洛因、冰毒）,化学武器（芥子气、沙林等）,农药（有机磷、氨基甲酸酯等）,为什么有毒？,有毒物质生物毒素重金属环境污染物化学品毒品化学武器农药为什么,问题？,为什么某些金属离子会引发疾病？会致癌？其真正的化学本质是什么？为什么表面活性剂对人体具有毒性？为什么化学物质能够引起癌症？治疗癌症的药物是如何起作用的？为什么中药可以治病？其有效成分是什么？药物的药理是什么？,问题？为什么某些金属离子会引发疾病？会致癌？其真正的化学本质,煎炸食品好吃，丙烯酰胺致癌,丙烯酰胺是一种有机化合物，纯品为白色结晶固体，易溶于水、甲醇、乙醇，稍溶于乙酸乙酯、氯仿，微溶于苯，在酸碱环境中可水解成丙烯酸。职业性接触主要见于丙烯酰胺生产和树脂、黏合剂等的合成，在地下建筑、改良土壤、油漆、造纸及服装加工等行业也有接触机会。日常生活中，丙烯酰胺可见于吸烟、经高温加工处理的淀粉食品及饮用水中。,煎炸食品好吃，丙烯酰胺致癌丙烯酰胺是一种有机化合物，纯品为白,致癌机理,致癌机理,化学生物学绪论课件,2002年科学家于油炸、烘烤等高温烹调的炸薯条、洋芋片等含高淀粉类食物，发现能致癌丙烯酰胺。 植物类食物中丙烯酰胺的产生，可能是由于植物中天门冬胺酸高温下与糖一起加热,经由褐化反应来移除羰基，最后形成丙烯酰胺。,2002年科学家于油炸、烘烤等高温烹调的炸薯条、洋芋片等含高,丙烯酰胺属中等毒类，对眼睛和皮肤有一定的刺激作用，可经皮肤、呼吸道和消化道吸收，在体内有蓄积作用，主要影响神经系统。长期低浓度接触可引起慢性中毒，中毒者出现头痛、头晕、疲劳、嗜睡，手掌、足心多汗，进一步发展可出现四肢无力、肌肉疼痛以及小脑功能障碍等。,淀粉含量高的食品在高温加工处理后易产生丙烯酰胺,丙烯酰胺属中等毒类，对眼睛和皮肤有一定的刺激作用，可经皮肤、,蛋白胶,蛋白胶,毒害人体的反式脂肪酸,反式脂肪酸，其实就是大家俗称的人造脂肪，即人造奶油，是食品业者在制造植物油的过程中通过微生物与氢化技术产生的人造植物油脂。,毒害人体的反式脂肪酸 反式脂肪酸，其实就是大家俗称,用 途,延长食品的保质期，增加食物的可口程度，比如让糕点变得更酥脆，固定食品形状。为增加货架期和产品稳定性而添加氢化油的产品中都可以发现反式脂肪酸。,用 途延长食品的保质期，增加食物的可口程度，比如让糕点变得更,长期以来，人们一直认为人造脂肪来自植物油，不会像动物脂肪那样导致肥胖，多吃无害。含多不饱和脂肪的红花油、玉米油、棉子油可以减低胆固醇水平，但是当氢化为反式脂肪酸时，作用恰恰相反，他们虽然不象饱和脂肪危害大，但是他们升高血液胆固醇水平。,长期以来，人们一直认为人造脂肪来自植物油，不会像动物脂肪那样,研究结果显示 人造脂肪导致心血管疾病的几率是饱和脂肪酸的3-5倍，还会损害人们的认知功能。,研究结果显示,日用洗涤剂与人类健康,日用化学洗涤剂正在逐步地成为当今社会人们离不开的生活必需品。在这些被包装得多彩多姿的化学洗涤剂的使用过程中，化学污染便通过各种渠道对人类的健康进行着危害。,日用洗涤剂与人类健康 日用化学洗涤剂正在逐步地成为当今社会人,化学洗涤剂,化学洗涤剂实际上是将石油垃圾开发的副产品。由于它溶于水，所以它的本质一直被忽视掉。同时由于它造价低，洗涤性能良好，所以一经发现，很快极人们所接受，并用色香味的障眼法将其包装起来进入社会之中。,化学洗涤剂 化学洗涤剂实际上是将石油垃圾开发的副产品。由于它,洗涤剂去污原理,洗涤剂的洗污能力主要来自表面活性剂,表面活性剂有可以降低表面张力的作用，可以渗入到连水都无法渗人的纤维空隙中，把藏在纤维空隙中的污垢挤出来。,洗涤剂去污原理 洗涤剂的洗污能力主要来自表面活性剂,洗涤剂的毒副作用,表面活性剂也可以渗人人体。沾在皮肤上的洗涤剂大约有0.5%惨入血液，皮肤上若有伤口则渗透力提高10倍以上。进入人体内的化学洗涤剂毒素可使血液中钙离子浓度下降，血液酸化，人容易疲倦。这些毒素还使肝脏的排毒功能降低。使原本该排出体外的毒素淤积在体内积少成多，使人们免疫力下降，肝细胞病变加剧，容易诱发癌症。,洗涤剂的毒副作用表面活性剂也可以渗人人体。沾在皮肤上的洗涤剂,人们在广泛的使用化学洗涤剂洗头发、洗碗筷、洗衣服、洗澡的同时，化学毒素就从千千万万的毛孔渗入，人体就在夜以继日的吸毒，化学污染从口中渗入，从皮肤渗入，日积月累，潜伏集结。这种污染的危害在短时间内不可能很明显，但是微量污染持续进入体内，积少成多可以造成严重的后果，导致人体的各种病变。,人们在广泛的使用化学洗涤剂洗头发、洗碗筷、洗衣服、洗澡的同时,二、化学与生物学的第一次融合,在19世纪初，人工尿素的合成揭示了生物体的反应同样是遵循物理和化学的规律，化学的理论和方法才开始被全面引进生物学的研究之中。生物化学和研究生命的生物物理学相互促进，推进了生命科学的发展，使人类对生命活动的研究深入到分子水平，从静止的观察与描述发展到动态的定量分析，从生命现象的探索上升到生命本质的阐述。,二、化学与生物学的第一次融合在19世纪初，人工尿素的合成揭示,4050年代或更早从事蛋白质、多肽和核酸的化学家后来组建了生物化学学科，随后生物化学、细胞生物学和遗传学交织在一起，成为一个不可分割的整体，从而诞生了一个新的学科领域-分子生物学。分子生物学的出现，反映出当代对生命现象以及疾病发生和发展过程的研究达到新的、更高的境地。,4050年代或更早从事蛋白质、多肽和核酸的化学家后来组建了,化学与生物学的第二次融合,20世纪70年代之后，没有脱离化学社会的化学家在应用有机化学、分析化学的理论和方法在分子水平上研究生命现象的化学本质形成了生物化学的分支-生物有机化学、生物分析化学。探讨生命体的无机化学组成与活动状况，促成了生物化学与无机化学的结合，从而出现了新的边缘学科-生物无机化学。,化学与生物学的第二次融合20世纪70年代之后，没有脱离,选择性合成、手性合成技术和组合化学的实现，人们已能合成自然界发现和鉴定的任何复杂的天然化合物，并且在此基础上能够设计和合成具有特定性能的新颖化合物，化学已具备了研究复杂分子和分子体系的能力。尝试用外源性活性小分子-天然化合物，或以天然化合物为模板设计合成而研制的天然化合物类的新颖分子为探针，去探讨生物体中的分子间相互作用和细胞发育与分化的调控作用及其分子机制。,选择性合成、手性合成技术和组合化学的实现，人们已能合成自然界,生物学研究生命过程的途径是用基因突变的方法，利用天然存在的变种或无序引入突变或定点突变干扰正常的生命过程，再用对照比较的方法弄清楚这些过程的内在联系和相互关系。化学与生物学的融合就产生了用化学小分子来干扰生命过程，从而来分析这些变化的新研究途径。,生物学研究生命过程的途径是用基因突变的方法，利用天然存在的变,用化学小分子为探针直接研究生命体系在20世纪50年代就已开始，目的只是为了研究药物的药理作用，而不是系统地去揭示生命过程的调控体系，所用的工具局限在已知的药物。当时化学家的工作只是去发现和合成新结构，而药理学家利用这些化合物发现了新的生理活性。,用化学小分子为探针直接研究生命体系在20世纪50年代就已开始,化学家的研究和生物学家的研究是分离的。即便如此，仍然发现很多有效的药物，同时揭示了生命过程中很多调控机制。不断研究的深人，发展了“受体”的概念。这些受体的发现奠定了生物体系调控作用中分子识别的物质基础。,化学家的研究和生物学家的研究是分离的。即便如此，仍然发现很多,三、化学与生物学的第三次融合,化学生物学结合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、波谱学和计算机化学等学科的部分研究方法，从而大大拓宽了研究领域。在这方面化学家将充分发挥化学物质的结构和反应性，以及利用反应性创造(合成)新物质的能力。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。,三、化学与生物学的第三次融合化学生物学结合传统的天然产物化学,化学学科向生物学的渗透 R. Lerner 提出 “我的指导思想是化学是中心学科，在生物学和医学中发生的每件事都有它的化学基础，如果你没有化学的思维，就无法设计许多试验；如果你不能合成分子，那么就会有整个试验层次的研究被排除在你的思考之外。”,化学学科向生物学的渗透,The Scripps Research Institute, TSRI，即美国斯克利普斯研究所，创办于1924年，是美国最大的私立非赢利性质的研究所。以免疫学，化学和实验生物学见长。在美国生命科学研究生教育机构中，和加州大学旧金山分校，耶鲁大学及 华盛顿大学并列第七名。在化学研究生教育机构中，紧随哈佛大学，排名第六名。美国有机化学研究生排名第3，生物学第7。,The Scripps Research Institu,主要研究成果,发现了抑制脑肿瘤血管生长因子和眼科疾病的新血管生长因子；在小鼠上发现了减低核心体温而使寿命竲加20%的分子机制；研发了调控神经退行性疾病像福氏共济失调症的药物；研制出了抗肥胖疫苗；发现了控制胚胎干细胞命运的小分子合成物，使干细胞能够转化成为心肌细胞，为心脏再生提供了新的制疗前景。,主要研究成果 发现了抑制脑肿瘤血管生长因子和眼科疾病的新血管,化学生物学的应用,开发出疗效好而副作用小的新药；从研究生物催化和生物转化中可以开发出新型高效的生物催化剂和生物催化体系。,化学生物学的应用,各地化学生物学系的建立,世界著名的哈佛大学于1995年首先将其化学系改名为化学与化学生物学系(Department of Chemistry and Chemical Biology)，康内尔大学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、药学院在我国首先成立了化学生物学系，近几年来，我国的许多大学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“化学生物学”专业培养本科生、硕士和博士研究生。,各地化学生物学系的建立,陈 鹏 博士 2009- 特聘研究员 博士生导师， 2007-2009 博士后，美国Scripps 研究所及诺华制药美国圣迭戈研发中心 2007 理学博士 美国芝加哥大学 化学系,化学生物学专业,研究方向蛋白质工程，蛋白质特异标记，蛋白质药物化学； 临床感染性病菌与人体免疫系统相互作用的机理研究； 面向生物活体内的化学反应与技术； 蛋白质的金属离子及有机小分子生物传感器的开发；,陈 鹏 博士 化学生物学专业研究方向,2009 北京大学化学与分子工程学院，兼职教授2008-至今 美国芝加哥大学化学系， （终身）副教授 2000-2002 美国哈佛大学化学系，博士后1995-2000 美国麻省理工学院化学系，理学博士,研究领域研究和证明多种临床感染性病原体中的全局性调控蛋白的调控机理。研究和开发针对各种临床感染性病原体的小分子药物。 发展和使用新型活性位点化学偶联技术，拓展到RNA修复蛋白的研究当中。 金属蛋白调控机理研究与金属蛋白进化 金属催化反应,2009 北京大学化学与分子工程学院，兼职教授2,化学生物学的概念,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。,化学生物学的概念,Schreiber等人指出：“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”。,Schreiber等人指出：“化学生物学是对分子,由于缺乏宣传，这些年来，许多化学、生物及药物学学科，尤其是一些非相关学科的教师、学生对化学生物学的内涵有很多误解，常常认为化学生物学就是化学学科建立的生物化学学科，是生物化学学科的另一种说法，导致人们对化学生物学学科的建立很不理解。化学学科的一些教师和学生也不理解，常常认为化学学科原有的生物无机化学、生物有机化学、生物分析化学、天然产物化学等内容的加合就是化学生物学的内容。,由于缺乏宣传，这些年来，许多化学、生物及药物学学科，尤其是一,我们需要一个简单的、明确的可以被不同学科人员理解的化学生物学的定义。,化学生物学绪论课件,化学生物学的研究范畴大体可以分为两个方面： 一、通过对生物机制，特别是对人类疾病发病机制的理解和操控，为医学研究提供严格的证据并使之发展成为有前景的诊断和治疗方法； 二、通过分离的和微型化的模拟手段，理解和探索生物医学科学中的一些特殊现象。,化学生物学的研究范畴大体可以分为两个方面：,四 化学生物学的基本内容,从对生物体的生理或病理过程具有调控作用的小分子生物活性物质开始，研究其结构，发现其在生物体中的靶分子，研究这些物质与生物体靶分子的相互作用;采用化学方法改造其结构，创制具有某种特异性质的新颖生物活性物质，探讨其结构与活性关系和作用机制;阐明生理或病理过程的发生、发展与调控机制，揭示生命过程的秘密，并进一步从中发展出新的诊断与治疗方法或药物。,四 化学生物学的基本内容从对生物体的生理或病理过程具有调控,化学生物学是利用化学的理论、研究方法和手段来探索生物、医学问题的科学。以生物、医学问题为最终目标，涉及到分子药理学、分子毒理学、生物化学、分子生物学、细胞生物学和微生物学等学科。,化学生物学是利用化学的理论、研究方法和手段来探索生物、医学问,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, structure, properties, and interactions of chemicals within living organisms”，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。,美国加利福尼亚大学药学院网站对化学生物学的定义为,从化学的角度理解化学生物学,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构解析技术获得各种各样的化学物质,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。从天然化合物和化学合成中发现对生命体系代谢过程具有调控作用的物质；发展作用于新靶点的新一代治疗药物；发现生物合成和自然界分子进化的调节控制规律。,从化学的角度理解化学生物学化学生物学的核心内容是如何利用化学,从化学的角度理解为化学生物学是研究化学物质的生物化学功能、生物学功能和医药学作用的一门科学。,从化学的角度理解为化学生物学是研究化学物质,化学生物学是一个研究内容非常丰富，范围十分广泛的新兴领域，而且化学家、生物学家以及药学家对化学生物学的内涵有着不同的理解。国际学术界认为化学生物学包括蛋白质组学和基因组学、分析技术、生物无机化学、生物有机化学、组合化学、生物高分子、生物催化与生物转化、作用机制、模拟体系和下一代疗法等。,化学生物学是一个研究内容非常丰富，范围十分广泛的新兴领域，而,孟山都是谁？,美国商业周刊评选出的2008年十大最具影响力企业，更占据了全球90%的转基因种子市场，中国每年有80%的大豆依赖进口，但所有进口的大豆中，90%以上都是采用孟山都的技术种植出的转基因大豆。,孟山都是谁？ 美国商业周刊评选出的20,EPSP合酶途径被动过程,草甘膦与PEP具有类似结构，因此竞争性抑制莽草酸途径中的关键酶EPSPS活性，进而阻断植物、微生物芳香族氨基酸的合成,EPSP合酶途径被动过程草甘膦与PEP具有类似结构，因此,草甘膦（glyphosate)除草剂,孟山都推出了抗农达Flex棉花。和原有的抗农达棉花技术相比，这个新品种可以节省更多劳作，让农民们轻松应对整个作物生长期。 具有Roundup Ready Flex技术的第二代抗虫棉的推出，使孟山都成为第一家推出第二代组合技术产品的农业公司。这种棉花具有对草甘膦更高的耐药性，正是农民们迫切需要的产品。 因此，孟山都榨取了更多的原本属于农民的利润，将农民的收入大部分夺走，进而造成依赖性。,草甘膦（glyphosate)除草剂 孟山都推出了抗农达Fl,化学生物学的研究内容虽然涉及到上述许多成熟的化学学科、生物学学科和医药领域和方向，但并非是将这些学科和方向简单的合并，而是在一定程度上的融合。化学生物学的主要研究内容仍然没有一个系统的可以被不同学科研究人员理解清晰的范围。,化学生物学绪论课件,根据国际上化学生物学的研究概况，化学生物学的研究内容简单的可以分为几个大的方面：,根据国际上化学生物学的研究概况，化学生物学的,1. 化学物质的获得 化学物质的合成、分离、分析,合成化学物质：通过化学合成技术合成化学物质，分析结构，研究它们的物理化学性质，为测试生物活性提供依据；天然化学物质：从天然动植物种分离纯化各种天然产物，分析结构，研究它们的物理化学性质，寻找可以作为药物先导化合物的新物质。,1. 化学物质的获得 化学物质的合成、分离、分析,2. 化学物质的生物化学功能 化学物质与生物大分子的相互作用,自然界发现的新活性物质，寻找他们的靶位点，研究这些物质与生物大分子的相互作用，从了解它们在调控生理过程中的分子识别、信息传递。,2. 化学物质的生物化学功能 化学物质与,Labeling SNAP-ADRb2 localized on cell surface with Alexa Fluor488 followed by wash Labeling SNAP-Histon2B localized in nuclei with TMR-Star,Spatial and Spectral Resolution of Molecules Sequential Labeling and Imaging of Live HEK293 Cells Co-transfected with SNAP-ADRb2 and SNAP-H2B,Labeling SNAP-ADRb2 localized,3. 化学物质的生物学功能 对细胞功能的控制 化学遗传学： 使用小分子活性化合物为探针，探索和控制细胞过程。,3. 化学物质的生物学功能 对细胞功能的控制,Monastrol 活化培养细胞的纺锤体组装过程的免疫荧光图谱,Monastrol 活化培养细胞的纺锤体组装过程的免疫荧光,化学遗传学的特点,化学遗传学看起来与传统的遗传方法类似，化学遗传学继承了传统遗传学方法高度特异性和方便实用性的优点，但是化学遗传学与传统遗传学方法相比，有其独特的优越性。 化学遗传学方法具有以下特点：,化学遗传学的特点 化学遗传学看起来与传统的遗传方法类似，化学,即时性,而用小分子化合物调节细胞内蛋白质的功能时，小分子则是直接对蛋白发生作用，因此具有高既性，可以在细胞生长的任何时间加入小分子化合物，操作方便，其产生的生物学效果非常迅速。在加入小分子之后的几分钟到几个小时之内立刻观测到蛋白功能的变化，这不仅方便了研究，而且也大大加速了研究进程。 利用小分子研究基础生物学过程，可以通过用药剂处理细胞的状态或去除药剂后细胞的状态进行研究。,采用传统遗传学的方法，无论是基因突变还是反义RNA或是RNAi等方法，调节蛋白水平都需要一段时间来完成，这对于研究细胞内的动态过程显然不适宜。,即时性 而用小分子化合物调节细胞内蛋白质的功能时，小分子则,可逆性,小分子化合物对生物体的影响是可逆的，与传统的遗传方法（基因突变）相比，由于化学遗传学所使用的小分子化合物与体内生物大分子的作用常常是可逆的非共价相互作用，暂时地抑制或激活了某种蛋白质的生物活性，使细胞的整体功能发生了改变，在一定时间后，这些小分子化合物会被细胞内的酶催化代谢分解掉，因此，它们对细胞的生物学影响是可逆的。在遗传学方法中，基因敲除和过度表达通常是不可逆的，具有永久性。而在化学遗传学中，小分子的作用就像是开关一样，当加入的小分子被代谢清除之后，蛋白的功能又可以恢复到正常状态。,可逆性 小分子化合物对生物体的影响是可逆的，与传统的遗传,可调性,有些对生命体很重要的蛋白，敲除其基因往往是致命的，甚至在还没有观察到感兴趣的表型之前，研究对象就已经死亡，以致无法进行下一步工作.而用化学遗传学方法进行研究时，就可以在细胞、胚胎等有机体发展到一个合适的阶段时，再加入小分子，从而来观察和研究它对生物学功能的影响。,可调性 有些对生命体很重要的蛋白，敲除其基因往往是致命的，,可操作性,传统的遗传学方法，一旦改变所要求的实验对象，就要重新筛选新的遗传突变体。而在化学遗传学中，一个小分子化合物可用于研究一系列不同有机体中的同一个过程。比如,布雷菲尔德菌素(brefeldin)可用于研究酵母、植物甚至哺乳动物细胞中从内质网到高尔基体的运输过程，如用传统遗传学的方法，其工作量就相当的大。,可操作性 传统的遗传学方法，一旦改变所要求的实验对象，就要,化学生物学,Chemical Biology,化学生物学Chemical Biology,化学生物学的内涵,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,化学生物学的内涵无机生物大分子合成纯化化相细胞动植物蛋白质细,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,与其他学科的关系化化学生物有机化学药学分子药理学细胞生物学生,生物化学：研究构成生命体的分子基础，包括分子的化学组成、结构和性质；生物分子的结构、功能与生命现象的关系。分子生物学：以蛋白质和核酸等分子的结构和在遗传信息中的传递作用为研究对象，阐明遗传、生殖、生长发育等分子机理，为利用和改造生物奠定理论基础。,生物化学：研究构成生命体的分子基础，包括分子的化学组成、结构,化学生物学能达到什么目的？,化学生物学,化学,发现化学物质的生物学性能，指导有机合成,生物学,探索生物体内生命现象中未知蛋白质的功能。,药物学,探索生物体内新的药物开发靶点。开发新一代治疗药物,病理学,探索许多疾病的发病机理。,毒理学,探索化合物对生物损伤的机理，研究化学物质的环境污染机理。,农学,探索植物、昆虫生长过程中的蛋白质功能，研究新农药。,中医药,探索复方中药的分子药理学。研制新的复方中药制剂,化学生物学能达到什么目的？化化学发现化学物质的生物学性能，指,也许某些同学在刚学习一段时间后认为化学对自己不合适，不感兴趣，学习没有动力。化学这一职业已经不能使你感到兴奋。但是一个可持续发展社会在很大程度上还要靠科学家的努力，更需要不断有年青人献身于科研工作。化学学科领域和生物学领域，只要你去寻觅，总会发现有适合你奋斗的位置。,也许某些同学在刚学习一段时间后认为化学对自己不合适，不感兴趣,五 如何学习化学生物学？,细胞,蛋白质,酶,核酸,聚糖,脂质,化合物,相互作用,？么什解了要需点重,生物大分子的组成生物大分子的结构生物大分子的特点生物大分子的功能生物大分子的代谢,化合物如何与生物大分子相互作用？,五 如何学习化学生物学？细胞蛋白质酶核酸聚糖脂质化合物相互,建议,如果你不喜欢你现在的专业，记住你学习的是化学即可，只要你成绩好，将来你可以选择任何专业。掌握各种基础知识和技能，你就可以在今后的工作中学有所用，创造辉煌。如果你实在不喜欢化学生物学，改变专业已不可能，你必须在通过化学考试的同时，利用业余时间学习其它课程，挑战自己来改变命运。,建议如果你不喜欢你现在的专业，记住你学习的是化学即可，只要你,谢 谢 大 家！,谢 谢 大 家！,