化学生物学重点
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生物化学重点知识生物化学是生物学与化学的交叉领域,研究生物体内的化学反应和生物分子之间的相互作用。
在生物化学的学习过程中,有一些重点知识是必须要掌握的,下面将对一些重点知识进行详细介绍。
一、生物大分子生物大分子是构成生物体的主要分子,包括蛋白质、核酸、多糖和脂质。
其中,蛋白质是生物体内最为重要的大分子之一,具有结构和功能的双重性。
蛋白质的结构由氨基酸组成,氨基酸通过肽键连接而成。
蛋白质的功能多种多样,包括参与代谢反应、传递信号、构建细胞结构等。
另外,核酸是生物体内贮存和传递遗传信息的分子,包括DNA和RNA两类。
DNA是遗传信息的载体,其双螺旋结构能够稳定保存大量的遗传信息。
而RNA主要参与蛋白质的合成过程,包括转录和翻译。
多糖是生物体内的能量储备和结构支持物质,如淀粉、糖原和纤维素等。
多糖的结构复杂多样,具有不同的功能和生物活性。
脂质是生物体内最不溶于水的大分子,包括脂肪酸、甘油和磷脂等。
脂质在细胞膜的构建和代谢调节中起着重要作用。
二、酶和酶促反应酶是生物体内催化化学反应的蛋白质,具有高度的特异性和效率。
酶可以加速生物体内代谢反应的进行,并且在反应结束后不被消耗。
酶的催化活性受到温度、pH值等环境因素的影响。
酶促反应是在酶的催化下进行的生物体内化学反应。
酶促反应遵循米氏动力学,包括亲和力、酶底物复合物和酶活性等步骤。
酶促反应在维持生物体内稳态和平衡中起着不可替代的作用。
三、代谢途径代谢是生物体内所有化学反应的总称,包括合成代谢和分解代谢两个方面。
在代谢中,有一些重要的途径是需要重点掌握的。
糖代谢途径是生物体内最主要的能量来源,包括糖原异生途径和糖酵解途径。
细胞通过这些途径产生ATP能量,供给细胞代谢和功能活动。
脂肪酸代谢途径是细胞内脂质代谢的关键过程,包括脂质合成和脂质分解。
脂肪酸代谢可以提供额外的能量供应,同时也参与胆固醇合成等生物学过程。
氨基酸代谢途径是蛋白质合成和代谢的基础,主要包括氨基酸转氨、氨基酸降解和尿素循环等步骤。
完整版)生物化学知识点重点整理生物分子本章节将介绍生物分子的基本概念和特征,包括蛋白质、核酸、多糖和脂质的结构和功能。
本章节将讨论酶在生化反应中的作用机制和催化过程。
包括酶的分类、酶动力学和酶抑制剂等内容。
本章节将介绍生物体内的代谢途径,包括糖代谢、脂肪代谢和蛋白质代谢等重要过程。
本章节将探讨生物能量转化的过程,包括光合作用和呼吸作用等机制,以及相关的能量产生和消耗。
本章节将介绍生物体内遗传信息的传递过程,包括DNA复制、RNA转录和蛋白质翻译等重要步骤。
DNA复制DNA复制是遗传信息传递的第一步。
在细胞分裂过程中,DNA分子能够准确地复制自身,并将遗传信息传递给下一代细胞。
复制过程中,双链DNA分离,每条链作为模板合成新的互补链,形成两个完全一样的DNA分子。
RNA转录RNA转录是将DNA中的遗传信息转录成RNA的过程。
在细胞核中,RNA聚合酶将DNA作为模板合成RNA分子。
转录的产物是一条与DNA互补的RNA链,它可以是信使RNA(mRNA)、转移RNA(tRNA)或核糖体RNA(rRNA),这些RNA分子携带着遗传信息参与到蛋白质的合成过程中。
蛋白质翻译蛋白质翻译是将RNA中的遗传信息翻译成氨基酸序列,从而合成蛋白质的过程。
蛋白质翻译发生在细胞质的核糖体上,通过配对规则,每个三个核苷酸对应一个特定的氨基酸,从而组成特定的蛋白质。
翻译过程可分为启动、延伸和终止三个阶段。
以上是生物体内遗传信息的传递过程的重要步骤。
深入了解这些过程有助于理解生物体内的遗传机制和生命周期的维持。
本章节将讨论基因调控的机制和影响因素,包括转录因子、表观遗传学和信号转导等内容。
本章节将探讨生物化学与人体健康的关系,包括营养物质、药物代谢和疾病发生机制等相关内容。
本章节将探讨生物化学与人体健康的关系,包括营养物质、药物代谢和疾病发生机制等相关内容。
天津市考研化学生物学复习资料重点概念及实验方法化学生物学是化学与生物学的交叉学科,研究化学与生物学之间的相互关系,探索生命活动的化学基础。
对于准备参加天津市考研化学生物学考试的同学们来说,掌握相关的重点概念和实验方法非常重要。
本文将为大家介绍一些考研化学生物学复习的重点概念和实验方法,帮助大家提高复习效率和备考能力。
一、重点概念1. 生化基础概念在化学生物学中,有一些基础概念是我们必须要掌握的。
比如原子和分子的概念,不同元素的原子组成不同的分子,而分子又是构成生物体内各种物质的基本单位。
此外,还有离子、键、化合物、溶液、酸碱等概念,对于了解生物体内的化学反应和物质转化非常重要。
2. 生物分子结构与功能生物体内存在着许多复杂的有机分子,比如蛋白质、核酸、多糖等。
这些分子都具有特定的结构,不同的结构赋予它们不同的功能。
其中,蛋白质是生命活动中最基本的物质,它参与了几乎所有生命过程。
而核酸则是遗传信息的携带者,对于生物的遗传与进化起着重要作用。
了解这些生物分子的结构与功能,对于化学生物学的学习非常重要。
3. 代谢与能量转化代谢是生物体内进行化学反应的总和,是维持生命活动的必要过程。
在代谢过程中,能量的转化是一个重要的方面。
了解生物体内能量的来源、转化和利用,对于理解生命活动的本质和调控机制非常重要。
二、实验方法1. 分子生物学实验方法分子生物学是研究生物体内分子结构、功能和相互关系的一门学科。
其中,核酸的提取、放大和测序是分子生物学研究的基础实验方法。
PCR技术、电泳技术以及基因测序技术是常用的实验技术,通过这些方法可以对生物分子进行准确的检测、分离和分析。
2. 蛋白质分离和纯化技术蛋白质是生物体内功能最为复杂和多样的有机物质,因此对于分离和纯化蛋白质的方法也是非常重要的。
常用的蛋白质分离技术包括凝胶电泳、柱层析、亲和层析等。
这些技术可以根据蛋白质的不同特性(比如大小、电荷等),将其分离开来,并得到纯化的蛋白质样品,为后续的功能研究提供条件。
生物化学重点知识点生物化学是研究生物大分子的结构、组成、功能和相互作用的科学。
下面是一些生物化学的重点知识点:1.生物大分子:生物大分子包括蛋白质、核酸、多糖和脂质。
它们是生物体内最重要的分子,发挥着各种生命活动的功能。
2.氨基酸:氨基酸是蛋白质的基本组成部分。
有20种氨基酸,它们通过肽键连接形成多肽链。
氨基酸的顺序和空间结构决定了蛋白质的功能。
3.蛋白质结构:蛋白质的结构可分为四个层次:一级结构是氨基酸的顺序;二级结构是氢键的形成,如α-螺旋和β-折叠;三级结构是各个二级结构的空间排列;四级结构是多个蛋白质链的组装。
4.酶:酶是生物催化剂,能够加速化学反应的速率。
酶通过与底物形成亲和性复合物,降低活化能,使反应在生物条件下发生。
5.代谢途径:生物体的代谢途径包括糖酵解、有氧呼吸、脂肪酸合成、脂肪酸氧化和蛋白质合成等。
这些途径产生能量和所需的中间代谢产物。
6.核酸:核酸是遗传信息的携带者,包括DNA和RNA。
DNA是双链结构,RNA是单链结构。
DNA通过转录生成mRNA,再通过翻译生成蛋白质。
7.遗传密码:遗传密码是DNA碱基序列与蛋白质氨基酸序列之间的对应关系。
这种对应关系由密码子决定,每个密码子对应一种氨基酸。
8.代谢调控:生物体能够根据环境的变化来调控代谢途径。
这种调控发生在基因、酶活性和底物浓度等方面,以维持体内的稳态。
9.脂质:脂质是生物体内的重要功能分子,包括脂肪、磷脂和类固醇。
脂质在细胞膜结构和信号传导中起重要作用。
10.蛋白质折叠和疾病:蛋白质的错误折叠会导致一系列疾病,包括神经退行性疾病和癌症。
了解蛋白质折叠的机制有助于理解疾病的发生并开发新的治疗方法。
以上是生物化学的一些重点知识点。
了解这些知识可以帮助我们更好地理解生命的本质和生物体内各种生物化学过程的发生。
化学生物学笔记化学生物学是研究化学和生物学的交叉学科,主要关注生物分子的化学性质和生物分子的功能以及其在生物体内的作用。
以下是化学生物学的一些重要内容和知识点:1.生物分子的化学性质:生物分子包括蛋白质、核酸、多糖和脂类等,它们具有特定的化学性质和结构。
了解这些生物分子的化学性质对于理解其功能和相互作用非常重要。
2.蛋白质结构和功能:蛋白质是生物体内最重要的生物分子之一,它们在细胞的结构和功能中起着关键作用。
蛋白质的结构可分为四个层次:一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
了解蛋白质的结构和功能有助于理解其在生物体内的作用机理。
3.酶和催化反应:酶是生物体内的一类特殊的蛋白质,它能够加速化学反应的速率,称为催化作用。
了解酶的结构和功能有助于理解生物体内的代谢过程和生化反应。
4.核酸和基因组:核酸是构成DNA和RNA的生物分子,它们在遗传信息的传递和表达中起着关键作用。
理解核酸的结构和功能有助于理解基因的表达调控和遗传疾病的机制。
5.药物设计和药物作用机制:化学生物学的一个重要应用领域是药物设计和发现。
通过研究生物分子的结构和功能,可以设计和合成具有特定药效的化合物,并研究药物在生物体内的作用机制。
6.分子影像学:分子影像学是一种通过观察分子在生物体内的分布和相互作用来研究生物分子结构和功能的方法。
分子影像学技术有助于揭示生物体内分子的空间结构和相互作用关系。
7.化学生物学的实验方法:化学生物学的实验方法包括分离纯化、测定生物分子结构、分析生物分子功能以及研究生物分子相互作用等。
这些实验方法在研究生物分子的结构和功能上起着关键作用。
以上是化学生物学的一些重要内容和知识点,通过学习和掌握这些知识,可以深入理解生物分子的化学性质和生物体内的生化过程。
生物化学是研究生物体内生物分子的结构、功能和代谢过程的学科。
以下是一些生物化学中的重点知识:
1. 生物大分子:生物化学研究的主要对象包括碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸等生物大分子。
它们在生物体内发挥着重要的结构和功能作用。
2. 酶:酶是生物体内催化反应的蛋白质,可以降低活化能,加速生物化学反应的进行。
酶在生物体内参与代谢、信号传导、免疫等多个生理过程。
3. 代谢途径:生物体内的代谢途径包括糖酵解、三羧酸循环、氧化磷酸化、脂肪酸代谢等。
这些途径将营养物质转化为能量和生物体内所需的物质。
4. DNA和RNA:DNA是遗传信息的载体,RNA参与基因表达调控。
DNA复制、转录和翻译是细胞内重要的生物化学过程。
5. 蛋白质结构与功能:蛋白质的结构决定了其功能。
蛋白质通过折叠成特定的空间结构来实现其生物学功能,如酶活性、结构支持等。
6. 细胞膜结构与运输:细胞膜是细胞的重要组成部分,具有选择性
通透性。
细胞膜上的载体蛋白质参与物质的跨膜运输。
7. 信号转导:细胞内外的信号转导是生物体内重要的调控机制,包括激素信号、神经递质信号等的传递与响应。
以上是生物化学中的一些重点知识,深入了解这些知识可以帮助理解生物体内生命活动的分子基础和机制。
生物化学在解释疾病发生机制、药物作用以及生物技术等领域有着重要的应用。
引言概述:生物化学是考研生物学专业的重点内容之一。
在生物化学考研中,有一些重点知识点需要特别关注。
本文将从生物大分子、酶学、代谢途径、基因调控和信号传导等五个大点进行详细阐述,帮助考生更好地理解和掌握这些重点内容。
通过对这些重点知识点的全面了解,考生将能够更有针对性地备考,提高考试成绩。
正文内容:一、生物大分子1. 蛋白质- 结构和功能:介绍蛋白质的结构和各种功能,包括结构功能关系、酶的催化作用等。
- 翻译和转录:解释蛋白质的翻译和转录过程,讲述其中的关键步骤和调控因素。
- 蛋白质的修饰:探讨蛋白质的修饰类型和在细胞信号传导中的作用。
2.核酸- DNA和RNA的结构:介绍DNA和RNA的结构和特点,包括单链和双链结构、碱基组成等。
- DNA的复制和修复:讲解DNA的复制过程和各种修复机制,解释DNA的稳定性和遗传信息传递的重要性。
- RNA的转录和加工:解释RNA的转录和加工过程,阐述剪接、修饰和运送等关键步骤。
二、酶学1. 酶的分类和特性- 酶的分类:介绍不同类型的酶,包括氧化还原酶、水解酶等,解释它们的功能和催化机制。
- 酶的特性:讲述酶的催化速度、底物亲和力等特性,解释酶的催化效率和酶促反应的速率限制因素。
2. 酶的活性调控- 底物浓度和酶活性:探讨底物浓度对酶活性的影响,解释酶底物结合和解离的动力学过程。
- 酶的调控:介绍酶的调控方法,包括底物浓度调节、酶活化和抑制等,讲述这些调控机制的生理意义。
三、代谢途径1. 糖代谢- 糖酵解和糖异生:解释糖酵解和糖异生的过程和关键酶,解释它们在能量产生和产物合成中的作用。
- 糖原和糖酵解的调控:介绍糖原的合成和分解过程,解释糖酵解途径的调控机制。
2. 脂质代谢- 脂质的消化和吸收:讲解脂质在胃肠道中的消化和吸收过程,解释脂质消化酶的作用。
- 脂质的合成和分解:探讨脂质的合成和分解途径,解释关键酶的作用和调控方式。
四、基因调控1. 转录调控- 转录激活和抑制:介绍转录激活和抑制因子对基因转录的调控机制,解释它们与DNA结合的方式。
生物化学重点知识点总结生物化学是研究生物体及其组成部分的化学性质和化学过程的科学,它主要关注生物大分子的组成、结构和功能以及生物体内的各种化学反应。
以下是生物化学的重点知识点总结:1.生物大分子:生物大分子主要包括蛋白质、核酸、多糖和脂类。
蛋白质是生物体内最重要的大分子,它是组成细胞和组织的基本结构单元,参与几乎所有的生物功能。
核酸是存储和传递遗传信息的重要分子,包括DNA和RNA。
多糖是由单糖分子组成的长链聚合物,如淀粉和纤维素。
脂类是由甘油和脂肪酸组成的生物大分子,它们在细胞膜的构建和能量的储存中起重要作用。
2.生物大分子的结构和功能:生物大分子的结构决定了它们的功能。
蛋白质的结构包括四个层次:一级结构是由氨基酸的线性序列决定的,二级结构是由氢键形成的α螺旋和β折叠,三级结构是蛋白质的立体构象,四级结构是由多个蛋白质亚基组成的复合物的空间结构。
核酸的结构包括双螺旋的DNA和单链的RNA。
多糖的结构包括淀粉的分支链和纤维素的线性链。
脂类的结构包括单酰甘油、双酰甘油和磷脂。
3.生物体内的化学反应:生物体内的化学反应包括代谢途径和信号传导。
代谢途径包括蛋白质、核酸、多糖和脂类的合成和降解过程。
信号传导是细胞内外信息传递的过程,包括细胞膜受体介导的信号转导、细胞内信号分子的产生和调控。
4.酶和酶动力学:酶是催化生物体内化学反应的蛋白质,它们可以提高反应速率。
酶的催化机理包括亲和性和瞬态稳定性理论。
酶动力学研究酶的催化速率和底物浓度的关系,包括酶的速率方程、酶的底物浓度和酶的浓度对速率的影响。
5.代谢途径和调控:代谢途径是生物体内化学反应的网络,包括能量代谢途径和物质代谢途径。
能量代谢途径包括糖酵解、细胞呼吸和光合作用。
物质代谢途径包括核酸合成、脂类合成和蛋白质合成。
代谢途径的调控通过正反馈和负反馈机制来维持生物体内化学平衡,包括酶的合成和降解、调控基因表达和细胞信号传导。
6. 遗传信息的传递和表达:遗传信息通过DNA的复制和转录转化为RNA,再经过翻译转化为蛋白质。
生物化学重点笔记一、蛋白质化学蛋白质是生物体中最重要的大分子之一,具有多种重要的生物学功能。
1、蛋白质的组成蛋白质主要由碳、氢、氧、氮和少量的硫、磷等元素组成。
其基本组成单位是氨基酸,人体内共有 20 种常见的氨基酸。
2、氨基酸的结构氨基酸具有一个共同的结构特点,即同时连接着一个氨基(NH₂)、一个羧基(COOH)、一个氢原子(H)和一个侧链(R 基团)。
不同的氨基酸其 R 基团不同。
3、蛋白质的结构层次蛋白质具有四级结构。
一级结构指的是氨基酸通过肽键连接形成的多肽链的线性序列。
二级结构则包括α螺旋、β折叠等,主要依靠氢键维持。
三级结构是多肽链在二级结构的基础上进一步折叠形成的三维结构,涉及到侧链之间的相互作用,如疏水相互作用、离子键、二硫键等。
四级结构是指由多个亚基通过非共价键结合形成的蛋白质复合物。
4、蛋白质的性质蛋白质具有两性电离、胶体性质、变性和复性等特性。
变性是指蛋白质在某些物理和化学因素作用下,其特定的空间构象被破坏,从而导致其理化性质改变和生物活性丧失。
二、核酸化学核酸包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),它们是遗传信息的携带者。
1、核酸的组成核酸由核苷酸组成,核苷酸又包括含氮碱基、戊糖和磷酸。
DNA中的含氮碱基有腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C);RNA 中的含氮碱基用尿嘧啶(U)替代了胸腺嘧啶。
2、 DNA 的结构DNA 是双螺旋结构,两条链反向平行,碱基之间遵循互补配对原则(A 与 T 配对,G 与 C 配对)。
3、 RNA 的种类及功能RNA 主要有信使 RNA(mRNA)、转运 RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA)。
mRNA 是蛋白质合成的模板;tRNA 负责搬运氨基酸;rRNA 是核糖体的组成部分。
4、核酸的性质核酸具有紫外吸收特性,最大吸收峰在 260nm 波长处。
三、酶酶是生物体内具有催化作用的蛋白质或 RNA。
1、酶的特点酶具有高效性、专一性和可调节性。
化学生物学重点化学生物学重点1概论什么是化学生物学:化学生物学的研究涉及到生物大分子、生物分子作用机制、新一代治疗方法、生物催化和生物转化、组合化学、超分子化学、生物有机和生物无机、生物检测新方法等当代化学和生物学交叉的前沿领域。
化学生物学学科特点:新兴的交叉学科;内涵不断丰富和完善;涉及的面非常广阔化学生物学的定义:利用化学的方法和手段解决生物学问题。
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。
化学与生物学的第二次融合: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。
特别是DNA结构的发现,标志了一个新的学科领域的诞生-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。
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。
化学与生物学的第三次融合:进入90年代,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、波谱学和计算机科学等学科的部分研究方法,从而大大拓宽了研究领域。
化学生物学重点1概论什么是化学生物学:化学生物学的研究涉及到生物大分子、生物分子作用机制、新一代治疗方法、生物催化和生物转化、组合化学、超分子化学、生物有机和生物无机、生物检测新方法等当代化学和生物学交叉的前沿领域。
化学生物学学科特点:新兴的交叉学科;内涵不断丰富和完善;涉及的面非常广阔化学生物学的定义:利用化学的方法和手段解决生物学问题。
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。
化学与生物学的第二次融合: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。
特别是DNA结构的发现,标志了一个新的学科领域的诞生-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。
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。
化学与生物学的第三次融合:进入90年代,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、波谱学和计算机科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。
化学生物学的基本任务:运用化学的原理、语言和工具认识生命问题,包括揭示生命运动的化学本质;发展生命调控的化学方法;提供生命研究的化学技术化学生物学研究的具体方面: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);化学物质如何与生物大分子、细胞相互作用及分子识别。
;化学物质对细胞的调控。
;药物化学和新一代疗法。
化学生物学的研究范畴:一是通过对生物机制,特别是对人类疾病发病机制的理解和操控,为医学研究提供严格的证据并使之发展成为有前景的诊断和治疗方法;二是通过分离的和微型化的模拟手段,理解和探索生物医学科学中的一些特殊现象。
前者比较注重应用前景,而后者对基础研究的贡献极为重要。
目前化学生物学蓬勃发展的原因:理论化学、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日趋完善,特别是选择性合成、手性合成技术和组合化学的实现,人们已能合成自然界发现和鉴定的任何复杂的天然化合物,并且在此基础上能够设计和合成具有特定性能的新颖化合物,化学已具备了研究复杂分子和分子体系的能力。
科学家开始尝试用外源性活性小分子-天然化合物,或以天然化合物为模板设计合成而研制的天然化合物类的新颖分子为探针,去探讨生物体中的分子间相互作用和细胞发育与分化的调控作用及其所包括的分子机制。
化学生物学给生物学科带来的新变化:传统的生物学研究生命过程的途径往往是用基因突变的方法,利用天然存在的变种或无序引入突变或定点突变干扰正常的生命过程,再用对照比较的方法弄清楚这些过程的内在联系和相互关系。
化学与生物学的融合就产生了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。
化学生物学理论与应用能否取得突破的关键在于:(i) 用于生物体系中各种生物分子的存在形态、它们间相互作用的分析测试手段与技术分析测试手段与技术是制约化学生物学发展的瓶颈,现在的分析、分离技术仍不能适应复杂的生命体系。
(ii) 各种生物分子(含内、外源性活性小分子和生物大分子)间的作用机制生物分子间的相互作用是生命过程中最基本的问题,对揭示生命过程有重要意义。
探索各种生命活性分子(如小分子、核酸、蛋白质分子)间的分子识别与相互作用是深入进行化学生物学研究的当务之急。
从生物靶分子出发寻找高亲和性配体分子,是研究活性小分子与靶分子相互作用、分子识别、调控机制以及发现新药物的关键环节。
(iii) 外源性生物活性小分子的筛选理论与制备技术从天然产物或人工合成的化合物中选择到期望的活性小分子有很大困难,尤其是外源性小分子的筛选理论与制备技术有待加强。
化学生物学的应用:被认为可能开发出疗效好而副作用小的新药;从研究生物催化和生物转化中可以开发出新型高效的生物催化剂和生物催化体系;医药和制药工业等领域的技术进步正期待着从其发展中得到新的机会。
2 化学基因组学遗传学:揭示生物体内的基因变异所引起的功能或形态学的变化。
主要任务是通过基因的变异来研究基因的功能。
正向遗传学(Forward Genetics):从细胞特定表型出发,最终达到分离相关基因和基因群的目的。
反向遗传学(Reverse Genetics):从分析某个特定基因出发,以发现该基因在产生突变后所引起的形态学的变化为目的。
化学基因组学:是近年发展起来的由组合化学、细胞分子生物学和遗传学相结合并融合了高通量筛选技术的一门新兴交叉学科。
通过小分子对蛋白质的调控来研究基因的功能。
化学基因组学定义和内涵:Chemical genetics 化学遗传学利用作用活性高的、由选择性的化物来研究生物途径的过程;Chemical genomics 化学基因组学研究处理广大多重靶标的过程,比单独研究一系列不相关的靶标更有效;Chemogenomics 化学基因组学结合化学基因组学、化学遗传学及信息学工具、针对多重靶标鉴别类药分子。
正向遗传学(从表型到基因/蛋白)反向遗传学(从基因/蛋白到表型)经典遗传学方法促使细胞或集体组织随机突变,选择有特定表型的基因或个体研究,确定引起突变的基因选择一个感兴趣的基因,培养该基因变异的细胞或个体,比较变异前后的表型差异确定基因功能化学基因组学方法将小分字库引入细胞或个体,选择可导致感兴趣表型变化的分子,确认结合小分子的蛋白将小分子加入被纯化的目标蛋白,将和蛋白结合的小分子引入细胞或个体,观察表型变化化学基因组学优势:即时:加入小分子后可马上观察到效果。
;可逆:基因敲除和过表达是不可逆过程。
;梯度调控:可改变分子的浓度来观测持续的影响。
;可操作性:可在细胞和个体的任何时刻引入小分子。
化学基因组学和遗传学面临的挑战:蛋白质和表型并非一一对应关系。
;蛋白质功能可被补偿和替代。
;多种蛋白质行使同样的功能。
;蛋白质表达时期变化。
;间接变化引起的表型变化。
化学基因组学的关键技术:1 化学库的建立组合合成(Combinatorial Chemistry)目标导向合成(Target Oriented Synthesis TOS)基于已有目标化合物合成一系列物质。
多样性导向合成(Diversity Oriented SynthesisDOS)化学库(Chembank)2 高通量筛选技术:通过合理的筛选模式短时间快速鉴定大量化合物。
高效方便的检测方法。
体外生化筛选模型(斑马鱼脊椎动物果蝇线虫拟南芥)细胞水平筛选模型(哺乳动物细胞酵母葡萄球菌)胚胎水平筛选模型3 靶点的鉴定经典鉴定方法(噬菌体)微矩阵辅助完成靶点蛋白的鉴定(芯片技术)酵母杂交系统:DNA结合域BD和转录活化域AD协同作用对小分子和蛋白进行筛选3.组合化学组合化学:combinatorial chemistry组合化学是一项新型化学技术,利用一系列合成、测试技术,在短时间内合成数目庞大的有机化合物。
组合化学是应生物学家建立起来的高通量筛选技术的需要而产生的。
组合化学合成技术对于从事科研和生产的化学家们从观念上到实践中都造成了冲击。
是近年来科学上取得的重要成就之一。
组合化学的概念:组合化学不是单一的一种技术,它包含了一系列技术(有机化学、生物化学、药物化学、数学、物理和计算机),是一门交叉性学科。
以组合化学为基础的策略极为简单,即化学组块的组合,可存在着多种组合排列。
因此化学家不在去寻找把化合物A和B转化为C的条件,而是发现一系列As和Bs转化成大量Cs的最佳条件组合化学策略:要合成大量的化合物,目前有两种不同的策略可以进行:混合物合成方式和平行合成方式。
混合物合成方式:即在反应体系中多种反应物混合在一起进行反应,得到多种产物如:正丁酸与醇缩合形成酯的反应。
平行合成方式:是指在合成过程中以平行的方式同时合成多种反应产物。
每个反应是独立进行的,当每个反应同时独立进行时,即为平行合成方式。
组合化学基本要求:构建模块中的反应物间能顺序成键;构建模块必须是多样性且是可得到的,这样才可能获得一系列供研究的化合物库;模块中反应物进行的反应速度要接近,且反应的转化率和选择性要高;产物的结构和性质有高的多样性,以供研究,从中找出最佳结构;反应条件能调整,操作过程能实现自动化。
固相合成法(高通量合成方法的一种)的优点:可以使用过量的试剂是反应趋于完全;反应结束后,可以通过过滤、洗涤固相介质除去反应物;节省了分离纯化的时间;反应收率高,产物纯度高。
合成方法:1.混合均匀法Mix-SplitDr. Árpád Furka于1982年创建。
一珠一物法(one bead,one compound)该方法依赖于在树脂珠上合成化合物,一定数量的载体被分成相等的几部分,然后各部分独自与不同的起始单体原料反应。
反应后,树脂的各部分又重新合并,混匀,再被分成几部分,进一步与一系列试剂反应。
2.茶叶袋法:1985年Richard Houghten发明茶叶袋法teabag。
用具有74mm网眼的聚丙烯网袋(15mmX20mm),里面装满树脂珠,密封好。
最初树脂珠上都连有一个保护的氨基酸,然后它被浸在反应物核偶联剂的混合溶剂中,把袋子集中进行脱保护、洗涤、中和及再偶联等步骤。
组合合成的应用:药物、催化剂、高分子试剂、酶抑制剂的合成与筛选;酶催化的组合合4.生物催化和生物转化非水介质中酶促反应特性:酶在非水介质中由于水分子的减少,相对来说酶分子的构象表现出比水溶液中更具有“刚性”特点。