化學(xué)生物學(xué)的定義

 

化學(xué)生物學(xué)是20世紀(jì)后期發(fā)展起來的一門前沿科學(xué)，它以研究生命現(xiàn)象及其調(diào)控為目標(biāo)，在分子水平上探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)和維護(hù)生命功能，即通過研究生物活性分子的結(jié)構(gòu)、功能和作用，進(jìn)而利用化學(xué)的理論、方法、手段和策略來解決重要的生命及生物醫(yī)學(xué)問題；化學(xué)生物學(xué)是一門交叉學(xué)科，與生理學(xué)、細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)有著廣泛的聯(lián)系與交叉。

 

 

 

化學(xué)生物學(xué)的發(fā)展簡史

 

化學(xué)生物學(xué)作為一門新的交叉前沿學(xué)科，其誕生是在現(xiàn)代科學(xué)高速發(fā)展的前提下，化學(xué)與生物學(xué)和醫(yī)學(xué)交叉結(jié)合的必然結(jié)果。它既有獨(dú)特的科學(xué)背景，又呈現(xiàn)出深刻的科學(xué)內(nèi)涵。 自20世紀(jì)90年代開始，傳統(tǒng)生物學(xué)研究手段和簡單借鑒應(yīng)用化學(xué)方法的研究策略已不能適應(yīng)生命科學(xué)深入研究的需要，生物學(xué)家和化學(xué)家不得不在更高層次上密切合作。這一階段中，科學(xué)家們?cè)谏锎蠓肿拥慕Y(jié)構(gòu)和功能上取得了令人矚目的研究進(jìn)展，特別是對(duì)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞周期和信號(hào)跨膜傳導(dǎo)等的研究取得了突破性的進(jìn)展，打破了傳統(tǒng)學(xué)科間的界限并催化和衍生出新的分支學(xué)科。20世紀(jì)90年代初啟動(dòng)的旨在分子水平上破譯人類所有遺傳信息的人類基因組計(jì)劃，將生命科學(xué)推向了新的高峰。 隨著分析方法和技術(shù)的突破，科學(xué)家成功繪制了人類基因組序列并提前兩年完成人類基因組計(jì)劃幾乎所有目標(biāo)。蛋白質(zhì)組學(xué)和功能蛋白質(zhì)組學(xué)的概念也隨之被提出。功能蛋白質(zhì)組指的是不同時(shí)期細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變化，比如正常細(xì)胞和異常細(xì)胞之間，細(xì)胞用藥和不用藥之間的蛋白質(zhì)水平上的差別，這在疾病研究和藥物篩選上很有意義，也是蛋白質(zhì)組在應(yīng)用上最具前景的方面。顯然，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究任務(wù)的完成僅僅依靠生物學(xué)理論，生物化學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須全方位地結(jié)合化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的理論和技術(shù)。于是，利用化學(xué)的理論、手段和策略來研究生物學(xué)和醫(yī)學(xué)問題的科學(xué)——化學(xué)生物學(xué)就應(yīng)運(yùn)而生了。

 

 

 

化學(xué)生物學(xué)研究的重要領(lǐng)域

 

1. 化學(xué)遺傳學(xué)——采用小分子活性化合物作為探針，探索和控制細(xì)胞生命過程 化學(xué)遺傳學(xué)作為化學(xué)生物學(xué)的重要領(lǐng)域，采用的方法是通過尋找能微擾細(xì)胞內(nèi)過程的探針分子并對(duì)其作用模式進(jìn)行解析，從而得到對(duì)復(fù)雜細(xì)胞過程的新認(rèn)識(shí)。化學(xué)遺傳學(xué)主要采用生物活性小分子來修飾靶蛋白并產(chǎn)生類似的功能。目前，該領(lǐng)域的研究已擴(kuò)展到基因表達(dá)、細(xì)胞周期和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的小分子調(diào)控等幾方面。

 

2. 調(diào)控過程中分子間的相互作用與分子識(shí)別的研究生命體內(nèi)擁有大量的活性物質(zhì)，它們功能基團(tuán)繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，作用力種類眾多，構(gòu)造了蛋白質(zhì)、核酸和糖等生物大分子。這些大分子間的相互作用和對(duì)小分子的識(shí)別是揭開生命奧秘的關(guān)鍵之一。盡管眾多可多科學(xué)家在該方面做了許多探索，但是許多大分子之間，小分子與大分子的作用模式、構(gòu)效關(guān)系和作用機(jī)制仍然不明了，這方面的研究是當(dāng)前最活躍的前沿研究領(lǐng)域之一。

 

3. 分子進(jìn)化及其系統(tǒng)工程的研究分子進(jìn)化研究的目的是探討生命起源和化合物的生物合成途徑，以了解自然界生物進(jìn)化的分子機(jī)理，推動(dòng)生命科學(xué)的理論研究。分子進(jìn)化工程則是通過人工合成和生物表達(dá)的手段，人為地制造大量突變，按照特定的需要篩選出符合特定要求的分子，從而實(shí)現(xiàn)分子水平的進(jìn)化模擬。這方面的研究有可能成為藥物篩選與設(shè)計(jì)的新手段。目前該領(lǐng)域的研究尚處于起步階段。

 

 

 

化學(xué)生物學(xué)的發(fā)展前景

 

化學(xué)生物學(xué)作為一個(gè)新興的前沿交叉研究領(lǐng)域, 所發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)制的新穎生物活性物質(zhì)將為醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)研究提供重要的研究工具, 即用來發(fā)現(xiàn)和表征它們?cè)谏矬w中的靶分子——對(duì)生理過程具有調(diào)控作用的蛋白質(zhì)、核酸和糖復(fù)合物等生物大分子?；瘜W(xué)生物學(xué)工作者能進(jìn)一步研究生物活性小分子與生物體靶分子間的相互作用, 分子識(shí)別和信息傳遞,從而闡明各種生理和病理過程的分子機(jī)制, 為開發(fā)新穎藥物、臨床診斷、治療及疾病預(yù)防提供新的途徑。隨著化學(xué)生物學(xué)研究的深入，將給結(jié)構(gòu)生物學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、糖化學(xué)等領(lǐng)域帶來許多新課題，同時(shí)使它們提高到一個(gè)新的研究水平。同時(shí)，化學(xué)生物學(xué)的研究也將大大推動(dòng)生物制藥等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

 

 

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