化學(xué)生物學(xué).ppt

化學(xué)生物學(xué),張志超 精細(xì)化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,化學(xué)生物學(xué)是當(dāng)今化學(xué)界皇冠上的寶石 什么是化學(xué)生物學(xué)？ ChemicalBiology！,Why Chemical Biology?,生物化學(xué)指蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和活性的研究. 分子生物學(xué)指基因表達(dá)和控制的研究. 化學(xué)生物學(xué)使用小分子作為工具解決生物學(xué)的問題或通過干擾/調(diào)節(jié)正常過程了解蛋白質(zhì)的功能. 在某種意義上, 使用小分子調(diào)節(jié)目標(biāo)蛋白質(zhì)與制藥公司發(fā)展新藥類似. 但是, 當(dāng)所有公司的目標(biāo)蛋白質(zhì)到目前為止僅是約450種的時候, 人類基因組計劃為我們帶來了至少幾萬個目標(biāo)蛋白質(zhì). 最終的目標(biāo)是尋找特異性調(diào)節(jié)素或?qū)ふ医忾_所有蛋白質(zhì)之謎的鑰匙, 但這需要更系統(tǒng)和整體的方法而并非傳統(tǒng)方法. 化學(xué)生物學(xué)看起來是有希望的答案.,Dr.Schreiber Broad Institute,Dr. Schultz,化學(xué)生物學(xué)創(chuàng)始人,化學(xué)生物學(xué)是對分子生物學(xué)的有力補(bǔ)充,分子生物學(xué)采用定點(diǎn)突變的方法來改變生物分子如蛋白質(zhì)和核酸的功能;而化學(xué)生物學(xué)是采用化學(xué)的手段,如運(yùn)用小分子或人工設(shè)計合成的分子作為配體來直接改變生物分子的功能.,/chembio/platform/index.html,Chemical Biology Program- Schreiber Group,一、面向生物學(xué)的合成化學(xué),生物分子修飾和標(biāo)記 : 固相承載合成多肽、多聚核酸、多糖。 生物小分子的合成，脂類、糖、核酸、氨基酸 二、生物指導(dǎo)化學(xué)研究: 酶促有機(jī)合成、 天然化合物分離和鑒定、 組合生物合成 三、生物中的化學(xué)機(jī)理酶的抑制和反應(yīng)機(jī)理： 體內(nèi)藥物機(jī)理、小分子和生物受體的相互作用、催化核酸的進(jìn)化和化學(xué)、體內(nèi)蛋白的藥學(xué)功能 、生物功能的分子探針 、翻譯后修飾的機(jī)理化學(xué) 、后基因組時代的化學(xué)方法、RNA干擾、以及蛋白質(zhì)組化學(xué)、生物體系中的金屬 、小分子和生物分子的單分子化學(xué)、生物分子的理論模擬、分子識別 四、化學(xué)指導(dǎo)生物研究：高通量篩選 、化學(xué)指導(dǎo)藥物設(shè)計和發(fā)展、合成生物學(xué)、非天然的生物分子類似物,化學(xué)生物學(xué)目前主要包含以下子學(xué)科：,以化學(xué)生物學(xué)命名的學(xué)術(shù)刊物： Nature Chemical Biology ACS Chemical Biology 設(shè)立化學(xué)生物學(xué)系的大學(xué)和研究院： Harvard University The Skaggs Institute for Chemical Biology 廈門大學(xué) 北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部 南京大學(xué) 南開大學(xué),化學(xué)生物學(xué)的發(fā)展史,1953年： Waterson+Crick=DNA雙螺旋結(jié)構(gòu) 生物 + 化學(xué) = 分子生物學(xué)，生物有機(jī)化學(xué)，化學(xué)生物學(xué)的序幕 1985年： 聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR） 20世紀(jì)60年代： DNA合成,二、化學(xué)與生物學(xué)的第一次融合,在19世紀(jì)初，人工尿素的合成揭示了生物體的反應(yīng)同樣是遵循物理和化學(xué)的規(guī)律，化學(xué)的理論和方法才開始被全面引進(jìn)生物學(xué)的研究之中，從而誕生了用化學(xué)研究生命的邊緣科學(xué)-可以稱為是生命的化學(xué)的生物化學(xué)。 生物化學(xué)一誕生，便與同一時期誕生的用物理學(xué)研究生命的生物物理學(xué)一道，相互促進(jìn)，共同發(fā)展，以其自身的迅速發(fā)展大大推進(jìn)了生命科學(xué)的發(fā)展，使人類對生命活動的研究深入到分子水平，從靜止的觀察與描述發(fā)展到動態(tài)的定量分析，從生命現(xiàn)象的探索上升到生命本質(zhì)的闡述。,就在此時，在4050年代或更早從事蛋白質(zhì)、多肽和核酸的化學(xué)家后來組建了生物化學(xué)學(xué)科，隨后隨后生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)交織在一起，成為一個不可分割的整體，從而誕生了一個新的學(xué)科領(lǐng)域-分子生物學(xué)。 分子生物學(xué)的出現(xiàn)，反映出當(dāng)代對生命現(xiàn)象以及疾病發(fā)生和發(fā)展過程的研究達(dá)到新的、更高的境地。 世界上各國的生物化學(xué)多多少少脫離了化學(xué)系或化學(xué)社會的主流。,進(jìn)入20世紀(jì)70年代之后，那些沒有脫離化學(xué)社會的化學(xué)家在應(yīng)用有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)的理論和方法在分子水平上研究生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)形成了生物化學(xué)的分支-生物有機(jī)化學(xué)、生物分析化學(xué)。 隨后開始有意識地深入探討生命體的無機(jī)化學(xué)組成（除碳、氮、氧、氫之外的各種無機(jī)元素）與活動狀況，又促成了生物化學(xué)與無機(jī)化學(xué)的結(jié)合，從而出現(xiàn)了新的邊緣學(xué)科-生物無機(jī)化學(xué)。,生命的本質(zhì)是化學(xué)的,如果你沒有化學(xué)的思維，就無法設(shè)計許多試驗(yàn)；如果你不能合成分子，那么就會有整個試驗(yàn)層次的研究被排除在你的思考之外。,三、化學(xué)與生物學(xué)的第三次融合,由此，一個新的前沿交叉學(xué)科領(lǐng)域-化學(xué)生物學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，它結(jié)合傳統(tǒng)的天然產(chǎn)物化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、藥物化學(xué)、晶體化學(xué)、波譜學(xué)和計算機(jī)化學(xué)等學(xué)科的部分研究方法，從而大大拓寬了研究領(lǐng)域。在這方面化學(xué)家將充分發(fā)揮化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性，以及利用反應(yīng)性創(chuàng)造(合成)新物質(zhì)的能力。 與此同時，化學(xué)家也將學(xué)習(xí)更多的生物學(xué)知識，去熟悉和應(yīng)用基因表達(dá)和蛋白質(zhì)工程等重要生物技術(shù)為研究復(fù)雜的超分子體系提供機(jī)會，從而促進(jìn)化學(xué)學(xué)科本身的發(fā)展。,利用化學(xué)小分子來干擾生命過程，從而來分析這些變化的新研究途徑?；瘜W(xué)與生物學(xué)的有機(jī)結(jié)合，同時用化學(xué)的和生物學(xué)的技術(shù)、工具、理論來系統(tǒng)研究生命體系，開創(chuàng)了化學(xué)生物學(xué)研究的新領(lǐng)域。,DNA 光 開 關(guān),新的DNA扭力探針,新的DNA扭力探針,Zhichao Zhang, Y Yang, F Liu, X Qian. Acenaphtho1, 2-bpyrrole derivatives as new family of intercalators: Various DNA binding geometry and interesting antitumor capacity. Bioorgan. Med. Chem.2006, 14: 6962-6970.,Hg2+離子探針EPNP,Guo X, Qian X, Jia L: J Am Chem Soc 126, 2272-2273, 2004,Hg2+在單個活細(xì)胞內(nèi)的可視化,Zhichao Zhang, Kidney International, 2004, 6