化學生物學基礎(chǔ)

前言

　　化學生物學是一門新興的交叉學科。它的萌生緣于化學的長期發(fā)展和成熟以及生物和醫(yī)藥科學研究的積累和需求。利用化學的原理、方法和具有生物活性的化合物來研究生命過程中的問題，在過去很長一段時間內(nèi)已經(jīng)在很多領(lǐng)域產(chǎn)生了重要成果，也帶動了如蛋白質(zhì)化學、結(jié)構(gòu)生物學、受體藥理學等學科的發(fā)展。特別是世紀之交基因組學、蛋白質(zhì)組學的興起和迅猛發(fā)展，標志著生命科學研究進入了一個嶄新的時代。人類在研究和認識生命過程中的大量問題時越來越依賴多學科的合作。在這一形勢下，化學面向生命過程的研究逐漸發(fā)展成了一個主要的研究領(lǐng)域和新興的學科，化學遺傳學（Chemical Genetics）、化學基因組學（Chemical Genomics）等研究相繼出現(xiàn)。20世紀90年代美國哈佛大學將化學系更名為”化學與化學生物學系”，同時歐美的諸多大學也為研究生和高年級本科生開設了化學生物學課程，從而使化學生物學（Chemical Biology）形成了一個研究范圍更廣泛的新學科。2000年以來，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）已把這一領(lǐng)域列為重要研究方向，國際很多制藥公司把這一領(lǐng)域的研究作為發(fā)現(xiàn)新靶點和新藥的途徑，我國國家自然科學基金委也把化學生物學列為重大研究計劃。我國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立專業(yè)和培養(yǎng)研究生?！　难芯績?nèi)容上看，化學生物學是一門跨度非常廣闊的學科。它主要包括：利用現(xiàn)代化學技術(shù)發(fā)現(xiàn)對生物體的生理過程具有調(diào)控作用的化學物質(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別作用和信息傳遞的機理，以達到對生物系統(tǒng)更深刻的理解；通過對生命過程中調(diào)控機制的了解以及對人類疾病發(fā)病機制的理解，為發(fā)現(xiàn)新生物靶點和新治療藥物打下基礎(chǔ)，為醫(yī)學研究提供新型診斷和治療方法；化學生物學也為復雜生物體系的進行表態(tài)和動態(tài)分析提供新技術(shù)和新方法等。

內(nèi)容概要

　　化學生物學是現(xiàn)代化學和生命科學交叉的新興領(lǐng)域。它的誕生不僅開拓了化學和生命科學的研究視野，也為更好地使用多學科手段解決諸如人類健康等社會重大問題提供了新的思路。大力發(fā)展化學生物學，不僅是基礎(chǔ)科學發(fā)展的需要，也是我國趕超世界尖端科學技術(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)代科學前沿介紹給大學生，促使他們迅速成長為主導國家發(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科的各方面基本概念、知識、技術(shù)和應用，包括化學生物學的分子基礎(chǔ)、化學生物學的概念和技術(shù)，以及化學生物學的應用和延展。強調(diào)化學生物學的系統(tǒng)知識和學科全貌，同時兼顧學科發(fā)展趨勢和在現(xiàn)代尖端科學技術(shù)中的應用?！　”緯m合作為高年級本科生、研究生、相關(guān)領(lǐng)域研究人員的教學用書或參考書。

作者簡介

劉磊
　　美國哥倫比亞大學博士，斯克里普斯研究所博士后。
　　現(xiàn)為清華大學化學系教授，博士生導師。

書籍目錄

第一部分　化學生物學的分子基礎(chǔ)  第1章　多肽和蛋白質(zhì)    1.1　多肽的化學生物學    1.2　蛋白質(zhì)化學合成    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、修復和修飾    結(jié)語  第3章　糖的化學生物學    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    3.6　糖的生物應用    結(jié)語  第4章　生命體系中的有機小分子    4.1　有機小分子的分類與簡介    4.2　有機小分子的來源    4.3　生命體系中有機小分子的功能    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史　　5.2　生物無機化學　　5.3　專題討論　　結(jié)語第二部分  化學生物學的概念和技術(shù)　第6章　基因組學和蛋白質(zhì)組學    6.1　基因組學    6.2　蛋白質(zhì)組學    結(jié)語　第7章　化學遺傳學    7.1　概述    7.2　正向化學遺傳學    7.3　反向化學遺傳學    結(jié)語　第8章　組合化學與多樣性導向合成    8.1　組合化學    8.2　小分子生物活性數(shù)據(jù)庫ChemBank    8.3　高通量篩選    8.4　多樣性導向合成    8.5　組合化學與多樣性導向合成在藥物發(fā)現(xiàn)中的應用    結(jié)語　第9章　生物大分子的進化    9.1　自然界的生物大分子進化    9.2　化學生物學中的生物大分子進化方法    9.3　生物大分子進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　生物大分子進化應用實例    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　化學生物學的應用和延展

章節(jié)摘錄

　　（1）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)以水解或化學切斷的方法得到的片段作為構(gòu)建單元合成目標蛋白質(zhì)。這種類似的方法目前也被運用于天然蛋白質(zhì)特定位點的修飾，如在目標蛋白的特定位點突變嵌入半胱氨酸殘基，利用其巰基的化學反應活性，將諸如熒光探針分子、糖類等鍵連到目標蛋白上。另外一種蛋白質(zhì)半合成方法是使用蛋白質(zhì)水解酶促進多肽片段的選擇性連接?！　。?）化學選擇性連接方法的研究?；瘜W選擇性連接方法解決了片段連接中多肽片段需要保護的問題。Kent開創(chuàng)的自然化學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)化學半合成。使用自然化學連接的化學半合成，對于重組蛋白或多肽的唯一要求就是在其中含有兩個化學選擇性反應基團中的任何一個，即N端半胱氨酸或C端硫酯。實際上，在重組蛋白或多肽中很容易引入半胱氨酸，最后得到在N端被化學合成分子修飾的目標蛋白。但是如果想在目標蛋白的C端或是在蛋白質(zhì)序列的中間引入化學合成多肽，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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