化学生物学导论绪论.ppt

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1、化学生物学,参考书目,使用教材：化学生物学导论 马林 古练权编著 化学工业出版社出版，2006年生物化学 主编 古练权等，高等教育出版社出版,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 主编 沈同 王镜岩 高等教育出版社出版,Why 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

2、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。,化学生物学的发展史,1953年：Waterson+Crick=DNA双螺旋结构生物+化学=分子生物学，生物有机化学，化学生物学的序幕1985年：聚合酶链式反应（PCR）20世纪60年代：DNA合成,化学对生命的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。坏的一面是可以导致一些疾病，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-：生物化学学科的诞生

3、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-：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。化学生物学的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。,化学与生物学的第一次融合,19世纪初，人工尿素的合成揭示了生物体的反应同样遵循物理和化学的规律。20世纪初，化学的理论和方法被全面引进生物学的研究之中，诞生了用化学研究生命的边缘科学-生物化学(生命的化学)生物化学一诞生，便与同一时期诞生的用物理学研究生命的生物物理学一道，相互促进，共同发展，以其自身的迅速发展大大推进了生命科学的发展，使人类对生命活动的研

4、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。,4050年代，从事蛋白质、多肽和核酸的化学家组建生物化学学科，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，诞生新的学科领域-分子生物学。分子生物学的出现，反映出当代对生命现象及疾病发生和发展过程的研究达到新的、更高的境地。世界上各国的生物化学多多少少脱离了化学系或化学社会的主流。,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。随

5、后有意识地深入探讨生命体的无机化学组成（除碳、氮、氧、氢之外的各种无机元素）与活动状况，促成生物化学与无机化学的结合，出现新的边缘学科-生物无机化学。,化学与生物学的第三次融合,新的前沿交叉学科领域-化学生物学应运而生，它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，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。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，促进化学学科本身的发展。,利

6、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。化学与生物学的有机结合，同时用化学的和生物学的技术、工具、理论来系统研究生命体系，开创了化学生物学研究的新领域。,生命的本质是化学的,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,无机化学,有机化学,分析化学,物理化学,高分子化学,交叉融合,材料科学,医药学,新化学理论,新应用领域,新分析技术,新合成技术,物理,生物学,医学,环境,能源,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

7、应深入研究的需要。,一个新药约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,Dr.SchreiberBroad Institute,Dr.Schultz,化学生物学创始人,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改变生物分子如蛋白质和核酸的功能；化学生物学则采用化学的手段，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。,Chemical Biology Program-Schreiber Group,以化

8、学生物学命名的学术刊物：Nature Chemical Biology ACS Chemical Biology设立化学生物学系的大学和研究院：Harvard University The Skaggs Institute for Chemical Biology 厦门大学 北京大学医学部 南京大学 南开大学,化学生物学是当今化学界皇冠上的宝石什么是化学生物学？ChemicalBiology！,生物化学指生物分子结构和活性的研究.分子生物学指基因表达和控制的研究.化学生物学使用小分子作为工具解决生物学的问题或通过干扰/调节正常过程了解蛋白质等生物分子的功能.在某种意义上,使用小分子调节目标蛋白

9、质与制药公司发展新药类似.但是,当所有公司的目标蛋白质到目前为止仅是约450种的时候,人类基因组计划为我们带来了至少几万个目标蛋白质.最终的目标是寻找特异性调节素或寻找解开所有蛋白质之谜的钥匙,但这需要更系统和整体的方法而并非传统方法.化学生物学看起来是有希望的答案.,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

10、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”。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。,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,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

11、明显的区别，同时从“Chemical biology”字面上也比较容易理解。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（包括无机、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。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、生物学功能和医药学作用的一门科学。,化学生物学,Chemical Biology,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

12、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,与其它学科的关系,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,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能,为功能基因组学的研究提供了有力的工具。3，在整体水平上研究细胞内蛋白质的组成及其活动规律,包括:蛋白质的修饰加工转运定位结构变化蛋白质与蛋白质的相互作用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,化学生物学可以做什么？,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？,