1、一、生物化学、化学生物学、分子生物学，三者联系与区别欧洲化学生物学的一个专门刊名为ChemBioChem刊物，这部刊物在我所阅读的文献中被反复提及，我查到该文献的两位主编分别是Jean-MarieLehn教授和AlanR.Fersht教授，他们在诠释刊物的宗旨1时指出：ChemBioChem意指化学生物学和生物化学，其使命是涵盖从复杂的碳水化合物、多肽蛋白质到DNA/RNA，从组合化学、组合生物学到信号传导，从催化抗体到蛋白质折叠，从生物信息学和结构生物学到药物设计，这一范围宽广而欣欣向荣的学科领域。既然化学生物学涵盖面这么广泛，它到底和其它学科之间怎么区分呢？想到拿这个题目出来介绍是因
2、为这是我在第一节课课堂讨论中的内容，我们小组所参考的文献主要是关于对化学生物学这门学科的认识，化学生物学的分析手段以及一些新的研究进展，比如药物开发和寻找药物靶点。当时课堂上对于题目中三者展开过热烈讨论，作为新兴学科的化学生物学，研究的是小分子作为工具解决生物学问题的学科，它如何从生物化学和分子生物学中分别出来，这也是我自己最开始产生过矛盾的问题，这里我结合所查阅的文献谈一下自己的理解。1.1生物化学(BiologicalChemistry)生物化学是研究生命物质的化学组成、结构、化学现象及生命过程中各种化学变化的生物学分支学科1。根据一些生物化学的书我归纳了一下，其研究的基本内容包括对生
3、物体的化学组成的鉴定，对新陈代谢与代谢调节控制，生物大分子的结构与功能测定，以及研究酶催化，生物膜和生物力学，激素与维生素，生命的起源与进化。生物化学对其他各门生物学科的深刻影响首先反映在与其关系比较密切的细胞学、微生物学、遗传学、生理学等领域。通过对生物高分子结构与功能进行的深入研究，揭示了生物体物质代谢、能量转换、遗传信息传递、光合作用、神经传导、肌肉收缩、激素作用、免疫和细胞间通讯等许多奥秘，使人们对生命本质的认识跃进到一个崭新的阶段。(摘自1.2化学生物学（ChemicalBiology）化学生物学是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1。曾看
5、系的小分子调控中,分子识别和分子间相互作用的化学基础研究从自然界发现新的生物活性物质,寻找它们在生物体中的靶位点,研究小分子与生物大分子之间的相互作用、构效关系和作用机制,进一步在分子和化学键水平上研究它们在调控生理过程中的分子识别、信息传递3分子进化及其系统工程的研究(1)分子进化是研究生命起源的重要内容(2)研究天然化合物的生物合成途径,揭示通过DNA、RNA、蛋白质和糖等生物大分子的突变和选择改变生物表型和性状进化的分子机制。1.3分子生物学(MolecularBiology)分子生物学是在分子水平上研究生命现象的科学。研究生物大分子(核酸、蛋白质)的结构、功能和生物合成等，从这些方
6、面来阐明各种生命现象的本质。研究内容包括各种生命过程如光合作用、发育的分子机制、神经活动的机理、癌的发生等。自20世纪50年代以来，分子生物学是生物学的前沿与生长点，其主要研究领域包括蛋白质体系、蛋白质-核酸体系(中心是分子遗传学)和蛋白质脂质体系（即生物膜）。(摘自）1.4三者之间的联系与区别联系：化学生物学虽然目前探讨比较热烈,但它仍然是一个新的、定义不太明确的领域,化学生物学这个名词对于不同的人有不同的含义。从它与其它学科的联系来看,化学生物学是化学生物学是一门新兴的交叉学科，它利用化学的理论、研究方法和手段来探索生物医学问题的科学，很好结合了的化学知识和生物学知识，与生物化学和分子
7、生物学等学科有着非常密切的联系。这种理解与生物化学和分子生物学的含义有较大的重叠,它强调的是化学与生物学的交叉与融合2。由此看来必须给化学生物学下一个好的定义，才能将它们很好的区分。之前已经提到Schreiber的定义是化学生物学是“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功能”，这是化学生物学的核心。因此，化学生物学的中心任务2是采用小分子达到对生物通路的调控。合成和筛选生物活性小分子，从生物活性小分子出发寻找它们的生物靶分子，来研究活性小分子与生物靶分子相互作用、分子识别、信息传递、生命过程的小分子调控机制及发现新颖药物是化学生物学的研究关键。区别：在了解
8、了化学生物学的定义和内涵之后，就不难区分三者的差别了：生物化学更强调的是描述生命的化学本质，比如对生物体的化学组成的鉴定，对生物大分子的结构与功能测定，我认为它更偏向于生物，范围也更广泛些，探讨更多的是关于生物体的化学组成结构，以及作用过程的化学本质和机理；分子生物学是从分子水平研究生命现象的，比如生物大分子的结构与功能，以及化学合成（光合作用等）。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，所谓定点突变(而化学生物学是对生物化学、分子生物学的有力补充，化学生物学上采用化学的手段，如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创制的天然化合物类的新颖分子作为探针,去探
9、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含的分子机制，所以它应该更加侧重对生物体的调控，应用范围和前两者不同。三者之间存在着研究方向和思维方式的不同，但是三者之间又是相辅相成，互为补充和发展前提的，只有三门学科得共同的进步，化学生物学的研究才能迈上一个新的台阶。二、中外化学生物学教学对比由于化学生物学是一门多交叉学科，同时又是新兴学科，教学历史比较短，不像其他课程的教学那样有成熟的教学大纲及知识点体系，所以我对化学生物学这门课的教学形式产生过好奇，因为之前也做过关于本校与国外排名位居前列的院校在生物医学工程上的对比调研，所以结合经验和文献，对中西方化学生物学教学作了简单的对
15、立的化学生物学联合实验室，山东大学微生物国家重点实验室建立的“工业生物技术与环境化学生物学”研究组,华中师范大学组建的“农药与化学生物学”教育部重点实验室等3。国外1995年Harvard大学率先将化学系改名为化学与化学生物学系，之后建立了“化学与细胞生物学研究所”，随后还有美国加州Scripps研究所的Skaggs化学生物学研究所和康奈尔大学建立的化学生物学研究所等3-5。这一点上可以看出我国比较偏重于本国特色以及应用与化学生物学的融合，而国外更注重理论的研究。2.2课程对象及专业设置课程对象：这方面国内采取的是本科、研究生、博士生兼备的方式，而国外对于开设了化学生物学课程的大学,该课程面
17、生应该占据主要地位。专业设置：多数学校的化学生物学专业设置在化学系，化学专业仍是其主导专业，在此基础之上来加强生物学知识。如浙江大学和中山大学等学校招生名称仍然是化学或应用化学，在其后注明为化学生物学方向4。而国外是直接在原有基础上更改，比如Harvard大学率先将其化学系改名为化学与化学生物学系5。重视程度不同。2.3课程设置和教学手段国内在课程设置和教学上有如下特点4：1）化学生物学的教材目前国内有化学生物学导论以及化学生物学与生物技术编)两本，而化学生物学实验的教材只有一本翻译过来的化学生物学实验教程可供参考。化学生物学等交叉课程教材的缺乏。2）课程设置中与交叉学科相适应的课程占较大比
22、即将传统的化学工作者“结构”和“反应性”的思维模式与生物工作者“生物化学功能和生物学功能”的思维模式有机的结合起来4。以上是我对文献的一些总结和个人的一些看法，想法还比较浅薄，总之，化学生物学的研究现在还是处于一个起步阶段，所以可以引用一些西方成功范例。取长补短，对自身学习会有很大帮助！三、小分子探针药物研究方面的进展和展望当今创新药物的发现越来越依赖于靶点的发现以及靶点与活性化合物作用模式的确定，化学小分子探针在这两方面的突出优越性使其成为药物化学的研究热点。在我所读的文献中，很大一部分内容都讲到了如何用化学生物学的方法来创造新药物。而化学生物学的核心就是“采用化学的手段，如运用小分子或人工
24、是蛋白质）、核酸、离子通道或DNA等。药物分子在体内作用于靶点的特定部位，形成复合物，从而诱发生物化学及生理学上的变化，产生药物效应，达到治疗疾病的目的。若能发现这些靶点，就可以在此基础上建立相应的筛选模型，对活性化合物进行高效率的活性评价。从而促进先导物发现和结构优化的进程6。3.2小分子探针在靶点发现等方面的应用何种蛋白质是针对某种疾病的小分子药物的靶点，在目前基因水平上的生物技术仍然无法解决。随着后基因时代的到来，人们逐渐认识到蛋白质才是生理功能的执行者，也是生命现象的直接体现者。因此针对药物发现的技术重心已经由基因组转向了蛋白质组7。利用化学小分子的多样性，选择适当的活性小分子，设计
25、合成能够高选择性地探测蛋白质的功能、结构以及与活性小分子作用模式的探针化学小分子探针，可以为重大疾病的诊断和防治提供新的标记物、新的药物作用靶点和新的先导结构，从而为创新药物的发现奠定基础8。什么是小分子探针探针分子一般是以其母体化合物（最初的活性化合物）为基础，根据初步的构效关系设计合成的。设计的探针分子应具有适当的活性，与靶点的作用机制应与母体化合物保持一致，在不影响其活性的条件下，选择在活性分子的适宜位置引入各个功能部位。活性化合物与靶点的作用方式主要有两种6：1）活性化合物中含有某些反应基团，可以与靶点蛋白的活性部位发生反应形成共价键（如图2）因此这种结合非常稳定，是不可逆的；2）活性
26、化合物与靶点蛋白通过离子键、偶极-偶极相互作用、范德华力、氢键等分子间引力相互吸引，形成复合物，这种作用相对较弱、不稳定，是可逆的。图2小分子探针作用机理6分子探针可以快速、灵敏、实时获得这些信息，目前常用的分子探针有两种7：一种是Kramer等首次设计合成的分子信标核酸探针，它所具有的特殊发夹结构使之具有高度的特异性，能检测目标链中的单碱基突变。美国Florida大学的Tan等利用分子信标制作成了世界上最小的DNA分子马达。另一种核酸探针是能与蛋白质等配体专一、高效结合的Aptamer探针；利用Aptamer对靶分子的高识别能力和强亲和力，结合现有的核酸探针技术，已发展出灵敏，特异性的蛋白
27、质探针。小分子探针的作用在药物发现过程中，化学小分子探针主要有以下几个方面的作用6：1）针对靶点已知的有药理活性的化合物，可以进行以下三个方面的研究：v了解药物分子与靶点作用部位的结构信息，为进一步的结构改造提供帮助；v利用探针分子研究靶点蛋白在生理与病理状态下的分布情况，深入研究蛋白质的功能；v利用探针分子进行细胞或体内的标记实验，可能会发现一些与活性化合物有交叉作用的靶点蛋白，从而为已知的小分子药物可能产生的毒副作用提供预测。2）对于体内作用靶点未知，有药理活性的化合物，特别是来自天然产物的活性化合物，可以将其设计成探针分子，通过对细胞或动物的标记实验来发现其体内的作用靶点，建立