化学生物学-绪论

化学生物学ChemicalBiology赵仲麟河南农业大学参考书目使用教材：化学生物学基础刘磊等编著科学出版社，2010年出版化学生物学导论马林古练权编著化学工业出版社出版，2006年参考书目：生物化学主编沈同王镜岩高等教育出版社出版第一部分化学生物学的分子基础第二部分化学生物学的概念和技术第三部分化学生物学的应用和延展化学生物学总目录第一章多肽和蛋白质第二章核酸第一节多肽的化学生物学第二节蛋白质化学合成第三节蛋白质修饰和蛋白质药物第一节核酸的分类、结构和合成第二节核酸的分子的相互作用第三节核酸工具第四节DNA损伤、修复和修饰第三章糖的化学生物学第一节概述第二节糖的结构和分类第三节糖的合成二级结构第四节糖和蛋白质的相互作用构第五节糖的序列分析和糖组学第六节糖的生物应用第四章生命体系中有机小分子第一节有机小分子的简介第二节有机小分子的来源第三节生命体系中有机小分子的功能第五章生命中的金属第一节生命中的金属元素及研究简史第二节生物无机化学第三节专题讨论第八章组合化学与多样性导向合成第七章化学遗传学第六章基因组学和蛋白质组学第九章生物大分子的进化第十章分子成像第二部分化学生物学的概念和技术第十三章生物药物第十二章化学小分子药物第十一章生物催化第十四章疾病诊断第十五章合成生物学第三部分化学生物学的应用出题形式填空体、判断题、名词解释题、简答题、问答题等。期末考试成绩（70%）+平时成绩（30%）绪论化学生物学的概念生物学化学化学生物学融合一、化学何去何从?化学已有200余年的历史，是一门成熟的老科学，现在发展的前途不大了?20世纪的化学取得了辉煌的成就，21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、信息科学、能源、环境、海洋、空间科学的相互交叉,相互渗透，相互促进中共同大发展。创始人：哈佛大学的S.L.施瑞伯L.Schreiber教授哈佛大学博士，开始时研究有机化学合成,不久他意识到可以合成一些由生命体产生的物质,然后再利用这些物质研究生命体,此时化学成为他研究生命的重要工具。蟑螂引诱剂首先合成了一种蟑螂用来吸引配偶的信息素,并且证明具有生物活性。ReproductiveBiology:EnhancingSpermVitality抗氧化剂杂交聚合体精子细胞表面开设化学生物学的高校北京大学、湖北大学、中山大学、厦门大学、华中师大、浙江大学美国国家卫生研究院NIH，2010年年度预算300亿美元。2000年启动的优先资助领域第一项就是化学生物学。化学生物学的中心任务采用化学手段，用小分子实现对生命过程的调控。在自然科学的基础学科中，化学一直有着独特的位置。化学面向物质变化的这一科学，从这一意义上讲，它能联系到自然科学的方方面面，从而处于一个独特的位置。化学无机化学有机化学分析化学物理化学高分子化学交叉材料化学生物医学理论化学应用化学精细化工化学信息科学朝阳科学生命科学材料科学环境科学能源科学地球科学空间科学核科学化学取得的成就在20世纪的100年中,化学与化工取得了空前辉煌的成就：化学合成和分离了2285万种新化合物、新药物、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展的需要。Nature杂志在2001年的评论没有一门其他科学能像化学那样在过去的100年中创造出如此众多的新化合物。这个成就用“空前辉煌”来描述并不过分。现今估计外源化学物已达到十多万种，其中已进入社会的约有6-8万种。这些外源化学物包括工业品及工业使用的原材料、食品色素与添加剂、农药、化妆品以及医用药品等。为我们的生活及生命提供了丰富多彩的物质。100年前，“化学可以赋予你更好的生活”的承诺把成千上万的人造化合物引进了人们的生活。随着工业化社会的发展，人类在生活和生产过程中可能接触到的外源化学物日益增多。“化学开创美好生活”杜邦公司广告用语杜邦植物保护DuPontCropProtection杜邦先锋良种DuPontPioneerHi-bred杜邦营养与健康DuPontNutrition&Health杜邦高性能涂料DuPontPerformanceCoationgs杜邦钛白科技DuPontTitaniumTechnologies杜邦应用化学与氟产品DuPontChemicals&Fluoroproducts包装用塑料与工业树脂DuPontPackaging&IndustrialPolymers杜邦高性能聚合物DuPontPerformancePolymers杜邦防护科技DuPontProtectionTechnologies杜邦应用生物科学DuPontAppliedBioSciences杜邦（DuPont）：世界上最大的化学公司两百年前，杜邦主要是一家生产火药的公司。一百年前，业务重心转向全球的化学制品、材料和能源。总收入：2013年总收入为357亿美元。2013年杜邦农业部门销售额大幅增长杜邦公司2013全年销售额同比增长12.6%，收入改善的主要原因为拉美地区杀虫剂销售的增长、巴西safrinha玉米的出货、北美农民的直接种子出货。2013全年销售额同比增长12.6%，达117.39亿美元。分子晶体管、分子马达、分子计算机等都是化学家开始研究的,但开创这方面研究的化学家却不提出“化学器件学”这一新名词,而微电子学专家马上看出这些研究的发展远景,并称之为“分子电子学”。化学家合成了Ｃ60,于1996年被授予诺贝尔化学奖,后来合成了碳纳米管。但许多由这一发明所带来的研究被人们当作应用物理学或纳米科学的贡献。世界著名的Nature杂志也为化学家鸣不平,在2001年发表了社论说:“化学的形象被其交叉学科的成功所埋没”。•从80年代以来，人们观察到化学在社会公众中的形象有一些微妙的变化。杜邦公司广告用语中“化学”被删去，只剩下“开创美好生活”一句了。•我们国内一些食品、化妆品广告或包装上常加一句“本品不含任何化学添加剂”。好像“化学”成了“有害”的同义词，其实它标榜的纯天然物也都是化学品。一、化学物质对生命的影响某些人工合成或天然存在的化学物质对生物体内发生的生物化学过程的调控作用,通常被称为生理活性物质。例如食物、药物、农药和有毒物质等。服用的药物、所吃的食物和使用的用品以及家居环境中无处不存在化合物所造成的危害。营养食物谷物肉类蔬菜水果蛋类豆制品化学成分？抗生素激素瘦肉精农药增熟剂保鲜剂石膏卤水吊白块苏丹红激素农药增熟剂保鲜剂农药转基因药物与毒物在一定条件下，较小剂量即能够对机体产生损害作用或使机体出现异常反应的外源化学物称为毒物。毒物与药物之间并无绝对界限，某种外源化学物在某些特定的条件下可能是有毒的，而在另外一些条件下又可能是无毒的。药物镇痛、消炎抗感冒药抗菌药降血脂药胃药抗肿瘤药物降血糖药药物的作用机制？中药有毒物质生物毒素（黄曲霉毒素等）重金属（汞、铅、银、铬、砷）环境污染物（多环芳烃、芳香胺等）化学品（甲醇、CO、苯、氰化物）毒品（吗啡、海洛因、冰毒）化学武器（芥子气、沙林等）农药（有机磷、氨基甲酸酯等）为什么有毒？问题？为什么某些金属离子会引发疾病？会致癌？其真正的化学本质是什么？为什么表面活性剂对人体具有毒性？为什么化学物质能够引起癌症？治疗癌症的药物是如何起作用的？为什么中药可以治病？其有效成分是什么？药物的药理是什么？煎炸食品好吃，丙烯酰胺致癌丙烯酰胺是一种有机化合物，纯品为白色结晶固体，易溶于水、甲醇、乙醇，稍溶于乙酸乙酯、氯仿，微溶于苯，在酸碱环境中可水解成丙烯酸。职业性接触主要见于丙烯酰胺生产和树脂、黏合剂等的合成，在地下建筑、改良土壤、油漆、造纸及服装加工等行业也有接触机会。日常生活中，丙烯酰胺可见于吸烟、经高温加工处理的淀粉食品及饮用水中。致癌机理2002年科学家于油炸、烘烤等高温烹调的炸薯条、洋芋片等含高淀粉类食物，发现能致癌丙烯酰胺。植物类食物中丙烯酰胺的产生，可能是由于植物中天门冬胺酸高温下与糖一起加热,经由褐化反应来移除羰基，最后形成丙烯酰胺。丙烯酰胺属中等毒类，对眼睛和皮肤有一定的刺激作用，可经皮肤、呼吸道和消化道吸收，在体内有蓄积作用，主要影响神经系统。长期低浓度接触可引起慢性中毒，中毒者出现头痛、头晕、疲劳、嗜睡，手掌、足心多汗，进一步发展可出现四肢无力、肌肉疼痛以及小脑功能障碍等。淀粉含量高的食品在高温加工处理后易产生丙烯酰胺蛋白胶毒害人体的反式脂肪酸反式脂肪酸，其实就是大家俗称的人造脂肪，即人造奶油，是食品业者在制造植物油的过程中通过微生物与氢化技术产生的人造植物油脂。用途延长食品的保质期，增加食物的可口程度，比如让糕点变得更酥脆，固定食品形状。为增加货架期和产品稳定性而添加氢化油的产品中都可以发现反式脂肪酸。长期以来，人们一直认为人造脂肪来自植物油，不会像动物脂肪那样导致肥胖，多吃无害。含多不饱和脂肪的红花油、玉米油、棉子油可以减低胆固醇水平，但是当氢化为反式脂肪酸时，作用恰恰相反，他们虽然不象饱和脂肪危害大，但是他们升高血液胆固醇水平。研究结果显示人造脂肪导致心血管疾病的几率是饱和脂肪酸的3-5倍，还会损害人们的认知功能。日用洗涤剂与人类健康日用化学洗涤剂正在逐步地成为当今社会人们离不开的生活必需品。在这些被包装得多彩多姿的化学洗涤剂的使用过程中，化学污染便通过各种渠道对人类的健康进行着危害。化学洗涤剂化学洗涤剂实际上是将石油垃圾开发的副产品。由于它溶于水，所以它的本质一直被忽视掉。同时由于它造价低，洗涤性能良好，所以一经发现，很快极人们所接受，并用色香味的障眼法将其包装起来进入社会之中。洗涤剂去污原理洗涤剂的洗污能力主要来自表面活性剂,表面活性剂有可以降低表面张力的作用，可以渗入到连水都无法渗人的纤维空隙中，把藏在纤维空隙中的污垢挤出来。洗涤剂的毒副作用表面活性剂也可以渗人人体。沾在皮肤上的洗涤剂大约有0.5%惨入血液，皮肤上若有伤口则渗透力提高10倍以上。进入人体内的化学洗涤剂毒素可使血液中钙离子浓度下降，血液酸化，人容易疲倦。这些毒素还使肝脏的排毒功能降低。使原本该排出体外的毒素淤积在体内积少成多，使人们免疫力下降，肝细胞病变加剧，容易诱发癌症。人们在广泛的使用化学洗涤剂洗头发、洗碗筷、洗衣服、洗澡的同时，化学毒素就从千千万万的毛孔渗入，人体就在夜以继日的吸毒，化学污染从口中渗入，从皮肤渗入，日积月累，潜伏集结。这种污染的危害在短时间内不可能很明显，但是微量污染持续进入体内，积少成多可以造成严重的后果，导致人体的各种病变。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。生物化学和研究生命的生物物理学相互促进，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。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。化学与生物学的第二次融合20世纪70年代之后，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。探讨生命体的无机化学组成与活动状况，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。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。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分子机制。生物学研究生命过程的途径是用基因突变的方法，利用天然存在的变种