化學(xué)生物學(xué)基礎(chǔ)

前言

　　化學(xué)生物學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科。它的萌生緣于化學(xué)的長(zhǎng)期發(fā)展和成熟以及生物和醫(yī)藥科學(xué)研究的積累和需求。利用化學(xué)的原理、方法和具有生物活性的化合物來研究生命過程中的問題，在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)已經(jīng)在很多領(lǐng)域產(chǎn)生了重要成果，也帶動(dòng)了如蛋白質(zhì)化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、受體藥理學(xué)等學(xué)科的發(fā)展。特別是世紀(jì)之交基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的興起和迅猛發(fā)展，標(biāo)志著生命科學(xué)研究進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。人類在研究和認(rèn)識(shí)生命過程中的大量問題時(shí)越來越依賴多學(xué)科的合作。在這一形勢(shì)下，化學(xué)面向生命過程的研究逐漸發(fā)展成了一個(gè)主要的研究領(lǐng)域和新興的學(xué)科，化學(xué)遺傳學(xué)（Chemical Genetics）、化學(xué)基因組學(xué)（Chemical Genomics）等研究相繼出現(xiàn)。20世紀(jì)90年代美國(guó)哈佛大學(xué)將化學(xué)系更名為”化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)系”，同時(shí)歐美的諸多大學(xué)也為研究生和高年級(jí)本科生開設(shè)了化學(xué)生物學(xué)課程，從而使化學(xué)生物學(xué)（Chemical Biology）形成了一個(gè)研究范圍更廣泛的新學(xué)科。2000年以來，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）已把這一領(lǐng)域列為重要研究方向，國(guó)際很多制藥公司把這一領(lǐng)域的研究作為發(fā)現(xiàn)新靶點(diǎn)和新藥的途徑，我國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委也把化學(xué)生物學(xué)列為重大研究計(jì)劃。我國(guó)的一些院校和研究單位也開始了這方面的研究并嘗試在一些高校設(shè)立專業(yè)和培養(yǎng)研究生。　　從研究?jī)?nèi)容上看，化學(xué)生物學(xué)是一門跨度非常廣闊的學(xué)科。它主要包括：利用現(xiàn)代化學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)對(duì)生物體的生理過程具有調(diào)控作用的化學(xué)物質(zhì)；系統(tǒng)地以這些生物活性分子作為探針和工具，研究它們與生物靶分子的相互識(shí)別作用和信息傳遞的機(jī)理，以達(dá)到對(duì)生物系統(tǒng)更深刻的理解；通過對(duì)生命過程中調(diào)控機(jī)制的了解以及對(duì)人類疾病發(fā)病機(jī)制的理解，為發(fā)現(xiàn)新生物靶點(diǎn)和新治療藥物打下基礎(chǔ)，為醫(yī)學(xué)研究提供新型診斷和治療方法；化學(xué)生物學(xué)也為復(fù)雜生物體系的進(jìn)行表態(tài)和動(dòng)態(tài)分析提供新技術(shù)和新方法等。

內(nèi)容概要

　　化學(xué)生物學(xué)是現(xiàn)代化學(xué)和生命科學(xué)交叉的新興領(lǐng)域。它的誕生不僅開拓了化學(xué)和生命科學(xué)的研究視野，也為更好地使用多學(xué)科手段解決諸如人類健康等社會(huì)重大問題提供了新的思路。大力發(fā)展化學(xué)生物學(xué)，不僅是基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展的需要，也是我國(guó)趕超世界尖端科學(xué)技術(shù)所必須重視的戰(zhàn)略方向。作為介紹這一重要新興領(lǐng)域的基礎(chǔ)教科書，本書希望能夠更好、更早地把現(xiàn)代科學(xué)前沿介紹給大學(xué)生，促使他們迅速成長(zhǎng)為主導(dǎo)國(guó)家發(fā)展的拔尖創(chuàng)新人才?！　”緯譃槿蟛糠质逭?，系統(tǒng)地闡述了這一新興學(xué)科的各方面基本概念、知識(shí)、技術(shù)和應(yīng)用，包括化學(xué)生物學(xué)的分子基礎(chǔ)、化學(xué)生物學(xué)的概念和技術(shù)，以及化學(xué)生物學(xué)的應(yīng)用和延展。強(qiáng)調(diào)化學(xué)生物學(xué)的系統(tǒng)知識(shí)和學(xué)科全貌，同時(shí)兼顧學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)和在現(xiàn)代尖端科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用?！　”緯m合作為高年級(jí)本科生、研究生、相關(guān)領(lǐng)域研究人員的教學(xué)用書或參考書。

作者簡(jiǎn)介

劉磊
　　美國(guó)哥倫比亞大學(xué)博士，斯克里普斯研究所博士后。
　　現(xiàn)為清華大學(xué)化學(xué)系教授，博士生導(dǎo)師。

書籍目錄

第一部分　化學(xué)生物學(xué)的分子基礎(chǔ)  第1章　多肽和蛋白質(zhì)    1.1　多肽的化學(xué)生物學(xué)    1.2　蛋白質(zhì)化學(xué)合成    1.3　蛋白質(zhì)修飾和蛋白質(zhì)藥物    結(jié)語  第2章　核酸    2.1　核酸的分類、結(jié)構(gòu)和合成    2.2　核酸與分子相互作用    2.3　核酸工具    2.4　DNA損傷、修復(fù)和修飾    結(jié)語  第3章　糖的化學(xué)生物學(xué)    3.1　概述    3.2　糖的結(jié)構(gòu)和分類    3.3　糖的合成    3.4　糖和蛋白質(zhì)的相互作用    3.5　糖的序列分析和糖組學(xué)    3.6　糖的生物應(yīng)用    結(jié)語  第4章　生命體系中的有機(jī)小分子    4.1　有機(jī)小分子的分類與簡(jiǎn)介    4.2　有機(jī)小分子的來源    4.3　生命體系中有機(jī)小分子的功能    結(jié)語  第5章　生命中的金屬    5.1　生命中的金屬元素及其研究簡(jiǎn)史　　5.2　生物無機(jī)化學(xué)　　5.3　專題討論　　結(jié)語第二部分  化學(xué)生物學(xué)的概念和技術(shù)　第6章　基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)    6.1　基因組學(xué)    6.2　蛋白質(zhì)組學(xué)    結(jié)語　第7章　化學(xué)遺傳學(xué)    7.1　概述    7.2　正向化學(xué)遺傳學(xué)    7.3　反向化學(xué)遺傳學(xué)    結(jié)語　第8章　組合化學(xué)與多樣性導(dǎo)向合成    8.1　組合化學(xué)    8.2　小分子生物活性數(shù)據(jù)庫ChemBank    8.3　高通量篩選    8.4　多樣性導(dǎo)向合成    8.5　組合化學(xué)與多樣性導(dǎo)向合成在藥物發(fā)現(xiàn)中的應(yīng)用    結(jié)語　第9章　生物大分子的進(jìn)化    9.1　自然界的生物大分子進(jìn)化    9.2　化學(xué)生物學(xué)中的生物大分子進(jìn)化方法    9.3　生物大分子進(jìn)化的基本概念和思路    9.4　分子多樣性的建立　　9.5　分子庫的放大    9.6　標(biāo)記和區(qū)分蛋白質(zhì)分子    9.7　挑選和篩選    9.8　生物大分子進(jìn)化應(yīng)用實(shí)例    結(jié)語　第10章　分子成像    10.1　熒光分子成像    10.2　磁共振分子成像    10.3　核素分子成像　　……第三部分　化學(xué)生物學(xué)的應(yīng)用和延展

章節(jié)摘錄

　?。?）蛋白質(zhì)半合成的提出。蛋白質(zhì)半合成最原始的思路是：將天然蛋白質(zhì)以水解或化學(xué)切斷的方法得到的片段作為構(gòu)建單元合成目標(biāo)蛋白質(zhì)。這種類似的方法目前也被運(yùn)用于天然蛋白質(zhì)特定位點(diǎn)的修飾，如在目標(biāo)蛋白的特定位點(diǎn)突變嵌入半胱氨酸殘基，利用其巰基的化學(xué)反應(yīng)活性，將諸如熒光探針分子、糖類等鍵連到目標(biāo)蛋白上。另外一種蛋白質(zhì)半合成方法是使用蛋白質(zhì)水解酶促進(jìn)多肽片段的選擇性連接?！　。?）化學(xué)選擇性連接方法的研究?；瘜W(xué)選擇性連接方法解決了片段連接中多肽片段需要保護(hù)的問題。Kent開創(chuàng)的自然化學(xué)連接方法是目前蛋白質(zhì)合成方法中最有效的一種，也適用于蛋白質(zhì)化學(xué)半合成。使用自然化學(xué)連接的化學(xué)半合成，對(duì)于重組蛋白或多肽的唯一要求就是在其中含有兩個(gè)化學(xué)選擇性反應(yīng)基團(tuán)中的任何一個(gè)，即N端半胱氨酸或C端硫酯。實(shí)際上，在重組蛋白或多肽中很容易引入半胱氨酸，最后得到在N端被化學(xué)合成分子修飾的目標(biāo)蛋白。但是如果想在目標(biāo)蛋白的C端或是在蛋白質(zhì)序列的中間引入化學(xué)合成多肽，就遇到了重組蛋白硫酯的制備問題，于是研究者開創(chuàng)了蛋白質(zhì)剪接技術(shù)。

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