01-绪论化学生物学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化学生物学,生物化学根底,刘 洛 生,Tel:82378,绪 论,化学生物学与生物化学定义,生物化学的根本内容,化学生物学主要研究方向简介：,化学、生物化学与其他学科的关系,学习生物化学应注意的问题,化学生物学,通过用化学的理论和方法研究生命现象、生命过程的化学根底，通过探索干预和调整疾病发生开展的途径和机理，为新药发现中提供必不可少的理论依据。,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的功能。在某种意义上,使用小分子调节目标蛋白质,这与制药公司开展新药类似.,化学生物学又被叫做,化学遗传学,(chemical genetics),遗传学,研究对象是生物体内的各种变异，包括:,宏观水平,个体或细胞的形态变化，,分子水平,基因,或,蛋白质,的突变。,因此，,遗传学家的主要任务是通过研究基因的变异,来发现基因的功能。,生物化学,生物化学 研究生命现象化学本质的科学。,具体讲：用化学的理论和方法研究生物体的化学组成、结构、功能和生命活动过程中物质及能量变化规律、说明生命现象的化学本质的学科。,简单讲：是生命的化学。,生物化学的根本内容包括:,发现和说明构成生命物体的分子根底,生物分子的化学组成、结构和性质;,生物分子的结构、功能与生命现象的关系;,生物分子在生物机体中的相互作用及其变化规律。,生物体的化学组成,在地 球上存在的 92 种天然元素中,只有,28,种元素在生物体内被发现。,自然界所有的生命物体都由三类物质组成,:,水,约占生物体质量的三分之二,生物分子,约占三分之一,无机离子,约占百分之一。,元素组成：C、H、O、N、P、S 及微量元素。,根本成分：,1蛋白质、核酸、多糖、脂类,生物体四大根本组成，作为生物体骨架，,提供能量。,2维生素、激素、有机酸次生物质,酶、维生素、激素三者又称为催化调节物质。,3无机盐和水。,常见无机盐K、Na、Ca、Mg盐等。,新陈代谢,生物体与外界环境进行,物质交换,与,能量交换,的过程。,同化作用：,对外物的吸收、加工和转化构成自,身的,合成过程,。,异化作用：,对内、外物,分解排泄过程,。,生物体的,物质代谢、能量转换,和,代谢调节,代谢调控是近代生物化学研究的一个重要方面,生物体活细胞内的数万个反响能在同一时间互不干扰、互相配合、有条不紊地在各自代谢途径中进行，而且在合成、分解速度和数量上，都恰到好处地符合生物体的各种需要。,生物体的信息代谢,核酸,是遗传信息的携带者,蛋白质是,生命信息表达：,它的,合成,构成了生物体内遗传信息传递,的主要通路，,它的,生物,活性,是表现生命活力所必需,生物体信息代谢的表征是,分子生物学的研究核心。,化学生物学主要研究方向简介,：,1 蛋白质结构功能预测与分子设计,在后基因组时代所要解决的根本问题：,基因产物蛋白质的结构、功能及调控机制。,_ 蛋白质氨基酸序列与其空间结构的关系。,利用理论及模拟的方法研究蛋白质序列与结构的关系，,开展蛋白质结构预测的新方法；,通过蛋白质-蛋白质、蛋白质-小分子相互作用研究进行蛋白质功能预测；在此根底上进行具有全新结构或功能蛋白质的设计，并进行实验验证。,2 蛋白质折叠及生物分子识别机制研究,与蛋白质结构预测相对应的问题是:,蛋白质在溶液中是如何折叠及组装成生物活性状态的。,利用圆二色光谱、荧光光谱、微量量热与分子生物学实验及理论模拟相结合研究:,蛋白质的折叠过程、,蛋白质与其它分子识别的机制，,以及蛋白质自组装成为复杂结构的机理。,3 基于结构的药物设计,利用,高通量,虚拟筛选及合理设计的方法进行,药物先导物的发现，针对疾病相关的蛋白质靶标开展药物设计、合成及生物活性评价。,同时着重研究,药物设计,中的难点问题，如：,药物与受体作用自由能计算、,药物与受体作用结合过程中受体构象变化、,化合物毒副作用计算等。,4功能基因组和蛋白质组研究热点,以功能基因开发为根底的“基因产业正在形成：,基因是新兴生物制药业的源头，,对基因结构及其功能的说明、发现,和鉴定具有重要功能蛋白的基因，,将是21世纪生物高技术企业开发新产品的根底，,可为新药的开发带来决定性的影响。,例如：细胞的纠错功能,癌细胞能克隆出正常胚胎,美国科学家利用,小白鼠,大脑癌细胞,基因克隆出,正常,的,鼠胚胎,。,操作方法,从,肿瘤细胞,中取出,受损DNA的细胞核,，,注入到,小鼠的,卵细胞,中。,试验结果：,卵细胞通过,某种形式,纠正,了,遗传错误,，,发育成了一个,正常胚胎,。,说明什么？,某些基因被,活化的同时，,某些基因的信,号被,关闭,，,调节,了胚胎形成和发育,Genentech 公司,第一个基因工程公司,1976年：,27岁的风险投资人Robert Swanson,与 Herb Boyer教授University of California共饮了几杯啤酒，讨论了基因工程技术的商业前景。讨论结束时，他们决定建立一个公司，并取名为GenentechGenetic Engineering Technology。,Genentech,的骄人业绩,1976,Genentech,创立,1977,首次在微生物里生产了人蛋白生长激素抑制素,1978,克隆了人胰岛素基因,1979,克隆了人生长激素素基因,1980,公司上市，募集,$35million,1982,第一个基因重组药（人胰岛素）上市（转让给,Lilly,公司）,1984,第一个,VIII,因子，转让给,Cutter Biological,1985,第一个自己生产的产品（人生长激素）,1987,生产组织纤溶酶原激活剂（,tPA,）,1990,生产,interferon,1,1990,与瑞士,Roche,医药公司合并（,$2.1billion,）,基因经济,基因经济genee conomy 以基因产品满足人们精神和物质需求并能形成资本运作、资本市场、扩大再生产和推动整个社会经济迅速增长和开展的一种新经济。,基因经济目前正处于成长期。,到基因工程成为大规模的商业化市场时，基因经济便臻成熟，届时将取代信息经济，跨进基因经济时代。,美国已批准上市的基因工程药物1997.7,中文名称,商品名称,英文名缩写,开发公司,胰岛素,Humulin,Novolin,Humalog,Insulin,lispoinsulin,Lilly,Novo Nordisk,Lilly,人生长激素,Protropin,Humatrope,NutropinAQ,rhuGH,Genentech,Lilly,Genentech,干扰素,IntronA,ReferonA,Avonix,Betaseron,Actimmune,Alferon-N,rhuIFNa2b,rhuIFNa2a,rhuIFN,rhuIFN,1b,rhuIFN,1b,rhuIFNa3,Schering,Roche,Biogen,Chiron,Genentech,Interferon Science,白细胞介素2,Proleukin,rhuIL2,Chiron,粒细胞集落刺激因子,Neupogen,rhuG-CSF,Amgen,粒细胞巨噬细胞集落刺激因子,Leukine,rhuGM-GSF,Immunex,红细胞生成素,Epogen,Procrit,rhuEPO,Amgen,Ortho,组织溶纤原激活剂,Activase,rhuTPA,Genentech,生长激素,Serostin,somatotropin,Serono,促生长素,Nutropin,Saizen,Genotropin,Norditropin,Bio-Tropin,somatopin,Genentech,Serono,Pharma/Upjohn,Novo Nordisk,Biotech General,抗血友病因子VIII,Kogenate,Recombinate,Factor VIII,Bayer,Baxter,葡萄脑苷脂酶,Cerezyme,glucocerebrosidase,Genzyml,脱氧核糖核酸酶,Pulmozyme,domase,Genentech,乙型肝炎疫苗,RecombivaxHB,Engerix B,Comrax,Hepatitis B vaccine,Merck,Smith Kline,Merck,甲型肝炎疫苗,Havrix,Hepatitis B vaccine,Smith Kline,体内用单克隆抗体,Reopro,Ortho OKT-3,Onco Scint CR/OV,Onco Scint OC103,Onco Scint CR103,Prostascint,MAB,blood clots,MAB,Kidney sup,MAB,diag inject,Centocor,Ortho Biotech,Cytogen,Cytogen,Cytogen,Cytogen,鼠单克隆抗体,Panorex,Murine MAB,Glaxo Welcome,1,中国已经批准上市的基因工程药物1998.5,药品名缩写,开发生产公司,批准时间,适应症,rhuINFa1b(外用）,rhuINFa1b,rhuINFa2a,长春生研所,上海生研所,深圳兴科,长春生研所,长生药业,三生药业,1989试,1996正,1996正,1996正,1997正,1997正,病毒性角膜炎,HBV,HCV,HBV,HCV,尖锐湿疣，疱疹等,HBV,HCV,HBV,HCV,rhuIFNa2b,新大洲药业,里亚哈尔,华立达,安科,华新,1997正,1996正,1997正,1997试1997试,HBV,HCV,HBV,HCV,HBV,HCV,HBV,HCV,HBV,HCV,rhuINF,上海生研所,克隆,丽珠生物工程,1994试,1995试,1995试,类风湿,类风湿,类风湿,rhuIL2,长春生研所,长春药业,四环制药,华新,三生药业,深圳兴科,中华合通,金丝利,康利制药,1997正,1997正,1997正,1997正,1997正,1997正,1995试,1995试,1995试,癌辅助治疗,癌辅助治疗,癌辅助治疗,癌辅助治疗,癌辅助治疗,癌辅助治疗,癌辅助治疗,癌辅助治疗,癌辅助治疗,rhuG-CSF,九源,1997试,化疗生白血病,rhuGM-CSF,特宝,1997试,化疗生白血病,rSK,医大实业,1996试,心梗溶栓,rhuEPO,华欣,永铭维沃,1997试,1997试,再生障碍性贫血,再生障碍性贫血,bFGF（外用）,珠海东大,1996试,创伤，烧伤,化学、生物化学与其他学科的关系,以生物体为研究对象的生物学科有很多分支：,生物体 植物、动物,生物学 器官 根、茎、叶、花、果实、心、肝、肺 等,组织 机械组织、输导组织、肌肉组织等,细胞 叶肉细胞、薄壁细胞、红细胞、白细胞,细胞生物学,细胞器 线粒体、叶绿体、内质网、细胞核等,生物超分子复合物 染色体、核糖体、糖蛋白、,多酶复合物等,生物化学 生物大分子 多糖、蛋白质、核酸、脂类,根本生物分子 单糖、AA、核苷酸、甘油、羧酸等,分子 水、二氧化碳、无机盐等,化学,原子 C、H、O、N、P、S等,1建立起以生物功能为轴线的思维体系。,因为生物化学的理论体系是以生物功能为轴线建立起来的，不同于无机化学以元素周期系为根底的理论体系；也不同于有机化学以官能团为根底的理论体系。从静态生化到动态生化都贯穿着生物功能这根轴线。,静态生化中有些生化物质的概念与有机化学的不同。关于分子结构与生物功能的关系更是生化重点讨论的内容。例如，维生素类化合物有30多种，它们的化学结构相差很大，可分别属于有机化学的醇、酸、酚、酮、醛、胺、苷等化合物。因为它们在体内部有调节代谢、维持生命的作用，故同归为一类，叫做维生素。,生物化学中的脂类化合物，是泛指生物合成并能被生物体利用的所有溶于有机溶剂的化合物。其成员复杂，远远超出了有机化学中酯类的范围，却又不能包括有机化学中所有的酯