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化学生物学

化学生物学. 张志超 精细化工国家重点实验室. 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 ！！！. Why Chemical Biology?. 生物化学指蛋白质结构和活性的研究 . 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的功能 .

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化学生物学

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Presentation Transcript

  1. 化学生物学 张志超 精细化工国家重点实验室

  2. 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！！！

  3. Why Chemical Biology? • 生物化学指蛋白质结构和活性的研究. • 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的功能. • 在某种意义上, 使用小分子调节目标蛋白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.

  4. 化学生物学创始人 Dr. Schultz Dr.Schreiber Broad Institute 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.

  5. Chemical Biology Program---- Schreiber Group http://www.broad.mit.edu/chembio/platform/index.html

  6. 化学生物学目前主要包含以下子学科： • 一、面向生物学的合成化学,生物分子修饰和标记: • 固相承载合成多肽、多聚核酸、多糖。 生物小分子的合成，脂类、糖、核酸、氨基酸 • 二、生物指导化学研究: • 酶促有机合成、 天然化合物分离和鉴定、 组合生物合成 • 三、生物中的化学机理酶的抑制和反应机理： • 体内药物机理、小分子和生物受体的相互作用、催化核酸的进化和化学、体内蛋白的药学功能 、生物功能的分子探针 、翻译后修饰的机理化学 、后基因组时代的化学方法、RNA干扰、以及蛋白质组化学、生物体系中的金属 、小分子和生物分子的单分子化学、生物分子的理论模拟、分子识别 • 四、化学指导生物研究：高通量筛选 、化学指导药物设计和发展、合成生物学、非天然的生物分子类似物

  7. 以化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

  8. 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

  9. 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，从而诞生了用化学研究生命的边缘科学-可以称为是生命的化学的生物化学。 • 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。

  10. 就在此时，在40～50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。就在此时，在40～50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。 • 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。

  11. 化学与生物学的第二次融合 • 进入20世纪70年代之后，那些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。 • 随后开始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，又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。

  12. 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。

  13. 三、化学与生物学的第三次融合 • 由此，一个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，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。 • 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，从而促进化学学科本身的发展。

  14. 利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。利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。

  15. DNA 光 开 关

  16. 新的DNA扭力探针

  17. 新的DNA扭力探针 Zhichao Zhang, Y Yang, F Liu, X Qian. Acenaphtho[1, 2-b]pyrrole derivatives as new family of intercalators: Various DNA binding geometry and interesting antitumor capacity. Bioorgan. Med. Chem.2006, 14: 6962-6970.

  18. Hg2+离子探针EPNP Guo X, Qian X, Jia L: J Am Chem Soc 126, 2272-2273, 2004

  19. Hg2+在单个活细胞内的可视化 Zhichao Zhang, Kidney International, 2004, 66: 2279-2282.

  20. 推荐阅读： • Stuart L. Scheriber. Small molecules: The miss linking in the central dogma. Nature Chemical Biology,2005,1,64.

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