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， ic 第2 7 卷第3 期 vo 1 2 7 n o 3 绥化学院学报 j o u rna l o f s u i h u a un i v e r s i t y 2 o o 7 年5 月 ma v 2 0 07 化学与生命科学 王胡 ( 哈尔滨师范大学黑龙江哈尔滨1 5 0 0 8 0 ) 摘要： 化学贯穿于人类活动与环境的相互作用之中， 与能源、 材料、 环境、 生命和人类生活紧密相连。生命过程中的大量 化学问题成为化学家关心的焦点。本文对化学和生命科学的关系进行了初步的探索， 并从有机化学与生命科学、 无机化学与生 命科学、 生物化学和化学生物学等四方面进行了全面的讨论， 阐述 了化学与生物问题的密切结合将促进和推动化学与生命科学 的共 同发展。 关健词： 化学； 生命科学； 有机化学； 无机化学； 生物化学； 化学生物学 中图分类号： q 一 1 文献标识码： a 文章编号： 1 0 0 4 8 4 9 9 ( 2 0 0 7) 0 3 - 0 1 4 6 - 0 5 化学贯穿于人类活动与环境的相互作用之中，与能源、 材 料、 环境、 生命和人类生活紧密相连。 一些著名的科学家在论述 今后发展的趋势时， 提出了“ 化学是中心科学” 的论点。化学是 在分子水平上研究物质世界的科学 ， 说它是中心科学， 是因为 它联系着物理学和生物学、 材料科学和环境科学、 农业科学和 医学， 它是所有处理化学变化的科学的基础。 生物学在 2 0 世纪取得了巨大的进展，以基因重组技术为 代表的一批新成果标志着生命科学研究进入了一个崭新的时 代 ， 人们不但可以从分子水平了解生命现象的本质， 而且可以 从更新的高度去揭示生命的奥秘。 生命科学的研究从宏观向微 观发展， 从最简单的体系去了解基本规律， 从最复杂的体系去 探索相互关系。 生命过程中的大量化学问题也成为化学家关心 的焦点。 一 、有 机化学与生命科学 ( 一) 有机化学与生命科学的关系。 有机化学与生命科学的 关系极为密切。有机化学就其最初的意义而言， 是生物物质的 化学。1 8 0 7年， j f y o n b e r z i l i u s 首先把从活细胞中获得的化合 物命名为有机化合物。那时人们对生命现象的本质还没有认 识 ， 因而便赋予有机化合物一种神秘的色彩 ， 许多化学家认为 有机物是不可能用人工的方法合成的， 它们是“ 生命力” 所创造 的。但是 ， 1 8 2 8 年， f wo h l e r 从无机物氰酸铵制得了尿素， 否定 了关于“ 生命力” 的假说 ， 可以说是化学家第一次干预了生命科 学 。 在后来的研究中， 化学家们的兴趣主要是在有机物的结构 研究和合成方法上， 较少关心它们的生物功能。 尽管如此 ， 许多 化学家卓有成效的研究成果还是成为了生命科学发展过程的 里程碑 。 1 9 世纪中叶， i p a s t e u r 关于左旋和右旋酒石酸经典式的研 究，导致 7 0年代 v a n t h o ff和 l e b e l 碳原子四面体构型学说的 建立， 它是生命分子结构不对称性的基础。 e f is c h e r 对碳水化合物立体化学和肽合成化学的贡献是 这两大类重要的生命分子化学的奠基石 ( 获 1 9 0 2年诺贝尔化 学奖) 。 2 0世纪 5 0年代 ， a t o d d建立的核糖核酸( r n a) 和脱氧核 糖核 酸( o n a) 的化学结构 ， 为 v a t s o n c r i c k d n a双螺旋结构 的提出铺平了道路。 2 0世纪 6 0年代 ， b me r r i fi e l d 发 明了多肽固相合成法， 此 法使得长片段肽的化学合成，以及 7 0 年代后期长片段寡核苷 酸的化学合成成为现实。 从方法学角度来看， 有人曾认为 f s a n g e r 成功地运用纸色 谱的手段才阐明了胰岛素两个主链的化学结构 ( 获 1 9 5 8 年诺 贝尔化学奖) 。 这说明有机分析、 有机分离方法在研究生命科学 收稿日期 】 2 0 0 7 -03 2 9 ， ic 作者简介】 王弱， 女， 哈尔滨师范大学 2 0 0 3级在读教育硕士， 绥化市第一中学教师。 1 4 6 维普资讯 h t t p :/w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 h t t p :/w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 中的重要性。 近年来， 荧光标记试剂、 同位素试剂又大大提高了 各种方法的灵敏度和精确度。 有机分析方法也进步到了离子交 换色谱、 气相色谱、 高压液相色谱， 使蛋白质一级结构测定工作 达到了高速 、 超微量和自动化的程度， 至今， 有近 3 0 0个蛋白质 的结构已经被阐明。 总之， 有机化学理论上和实践上的成就为现代生物学的诞 生和发展打下了坚实的基础。 价键理论、 构象学说、 反应机理等 成为解释生化反应的有力手段， 蛋白质和核酸的组成和结构研 究， 顺序测定方法的建立 ， 合成方法的创建等重大成就 ， 为现代 生物学及生物技术开辟 了道路。 有机化学与生物问题的密切结 合是推动生命科学发展的有力支柱。 ( 二) 生命科学中有机化学发展的前言及研究热点。近 2 0 年来 ， 生命科学中的有机化学在理论概念、 研究方法和实验手 段等方面都有不少新的突破 ， 其研究正进入一个极富发展活力 的新阶段。 核酸、 蛋白质和多糖三大生物分子化合物 ， 它们在生物体 内的化学反应 ， 它们之间的相互作用， 它们和各种小分子化合 物的相互作用， 构成了生命运动的基础。 生物膜化学和信息传递的分子基础的化学研究 ， 是另一个 重要的研究领域， 对医学、 卫生、 农业生产会产生深远的影响。 随着寡糖化学和生物膜化学等研究的深入 ， 有关信息分子 的识别、 功能及信息传递等问题， 有可能得到更多的阐明。 随着 有机化学和分子生物学的发展， 将有更多的生命过程的环节得 以用有机化学语言来表达。 二、 无机化学与生命科学 无机化学主要是研究关于元素及其化合物的问题的。 生命 体也同样是由化学元素组成的。按重量百分比计算 ， 人体内的 主要化学元素碳、 氢、 氧和氮， 占人体重量的9 6 。这四种化学 元素是有机化学的基础物质，所以可以说人体的 9 6 是有机 物。其中氧占6 5 磅 1 8 ， 氢 1 0 ， 氮 3 。一般都认为， 人体 必须的微量元素有 9种 ： 铁、 氟、 锌、 铜、 铬、 锰、 碘、 钼、 钴。 我国无机化学在生物学的研究中比较注重于应用， 比如研 究元机金属离子在疾病过程中的作用 ， 这方面的研究在世界上 已占 有一席之地， 困难是无机化学在生物科学的研究中还不太 为人注意。 ( 一) 生物无机化学的发展。 生物无机化学的蕴生和发展差 不多经历了半个世纪， 而作为一个独立学科的建立， 却是近 3 0 年的事情，通常人们把国际期刊 j o u r n a l o f i n o r g a n i c b i o c h e m i s t r y的创立( 1 9 7 1 年) 作为标志。众所周知 ， 这个学科是在无机 化学和生物学的相互交叉、 渗透中发展起来的一门边沿学科。 无机物( 包括金属离子、 配合物、 非金属小分子、 无机物微 粒等) 与生物大分子的相互作用和引起的结构功能变化研究这 方面的研究是生物无机化学研究的基础。 它的基本任务是从现 象学上以及从分子、 原子水平上研究金属与生物配体之间的相 互作用。 而对这种相互作用的阐明有赖于无机化学和生物学两 门学科水平的高度发展。 由于应用理论化学方法和近代物理实 验方法研究物质( 包括生物分子 ) 的结构、 构象和分子能级的飞 速进展， 使得揭示生命过程中的生物无机化学行为成为可能。 目前 ， 对生物无机化学的研究主要有以下几个方面。 1 金属蛋白和金属酶( 包括含硒蛋白) 的结构、 功能和蛋白 设计。 包括： 金属酶和金属蛋白的基因表达； 通过基因表达合成 新的金属酶； 金属离子在蛋白质与 d n a、 蛋白质与蛋白质相互 识别、 构象变化和缔合中的作用等。 2 细胞层次的无机化学研究。 选择与病理毒理药理过程有 关的细胞过程和无机物( 包括致病因子、 毒物和药物) ， 对它们 的相互作用的化学机理进行研究， 阐明细胞对不同无机物应答 的化学规律 ，如无机物与细胞相互作用时，细胞化学组成、 结 构、 功能方面的变化和无机物结构变化机理 ； 与无机物结构的 关系； 无机物与细胞相互作用中的细胞化学计量关系； 金属离 子介入细胞信号系统的规律；无机物和自由基对细胞增殖、 分 化和凋亡级联过程中的作用位点、 干预方式、 作用机理与无机 物性质的关系；无机物对某些相关基因组和蛋白组的影响； 在 上述基础上， 研究用无机物定向控制细胞增殖、 分化的途径等。 发展新的适合的研究方法也是 目前这一领域研究工作的重要 方 面。 3 无机化合物在重大疾病防治和作用机理的研究。包括： 通过细胞层次的 a d m f d t o x p k系统研究金属离子和配合物在 人体内的吸收、 转化 、 分布 、 排出和毒性与组成、 结构和性质的 关系； 研究干预和调整细胞病理过为基础的针对性预防无机药 物的作用机理( 如过度积累的金属的螯合排出、 抑制活性氧生 成转化、 阻断或调整病理信号转导过程、 生物脱矿的阻断等) ； 在治疗用药方面要注意扩展研究的疾病谱和靶分子。 鼓励研究 无机物的新靶点和新作用机理。 探索通过表达蛋白寻找新线索 和新靶点， 探索新药理作用； 研究结构与作用机理和功能的关 系逐步开展无机药物的计算机辅助设计。 在无机药物研究方面 应该逐步采用现代新药研究体系， 摆脱缺少设计思想、 简单模 仿( 已知活性化合物) 、 只有药物筛选而没有机理研究的旧的研 究模式。 4 无机仿生材料和固体生物无机化学。 生物矿化始终是生 物无机化学研究中的一个重要领域， 今后应加强在细胞和基因 水平的研究工作， 实现元机材料生物合成的新途径。 此外 ， 由于 纳米科学合纳米药物的兴起， ( 纳米) 固体生物无机化学将是未 来生物无机化学研究的一个崭新领域。 5 创造新的研究方法学。包括实验方法和理论分析、 计算 机模拟、 设计和预测等。 除积极引进已有的方法外， 应注意创造 适合我们研究的新方法， 注意积极引进现有分子生物学方法和 与方法学研究专业工作者的合作。 ( 二) 我国目前生物无机化学的发展情况。 生物无机化学在 我国较早就有一些不同学科的研究者在如生物矿化等方面开 展工作； 但是作为一门学科的出现 ， 似应以全国第一次生物无 机化学会议( 1 9 8 4年 ， 武汉) 的召开为标志。 1 金属离子及其配合物与生物大分子的作用。 金属离子与 生物大分子结合后 ， 常常会发生明显的生物化学效应。计亮年 等观察到一些金属( 碱和碱土金属) 氯化物和葡萄糖酸盐对葡 1 47 维普资讯 h t t p :/w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 h t t p :/w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 萄糖氧化酶( g od ) 的活性有激活和抑制作用。 生物大分子结合的金属离子可被不同类型的螫合剂夺取。 李荣昌等研究了牛血清白蛋白镉( ) 的这类反应， 提出用竞争 参数 f来表征螯合剂从生物大分子金属配合物中夺取金属的 能力， 求得了多种螫合剂相应的 f值和稳定常数。 应用金属及其配合物对肽键的化学切割， 是作为金属水解 肽酶的模拟物来加以研究的。朱龙根等发现， 简单的p b水配 合物能选择性的与含蛋氨酸和甲硫半胱氨酸残基小肽中的硫 原子配位， 进而陕速地切割它们的羧基端的肽键。他们还发现 氨基酸和二肽的配合物也能有效地水解肽键， 活性配合物为双 核配合物。 2 稀土元素生物无机化学。 我国科学工作者对稀土生物无 机化学、 稀土生物化学和稀土毒理学进行了研究。早期主要是 进行了大量的环境调查及农用稀土毒理研究。8 0 年代开始从 分子水平及细胞水平上开展稀土的生物无机化学研究， 并已出 版了专著 。 3 金属离子与细胞的作用。 同一般物质跨膜传递的特征一 样， 细胞与重金属配合物传递的方式可分为三类 ： 主动运送、 被 动扩散和细胞的吞吐作用。 主动运送是膜上载体蛋白将物质逆 电化学梯度从低浓度侧经过膜运送到高浓度的过程。 这一过程 需要能量的供给才能实现， 其能量来源于a t p的水解。被动扩 散是顺物质浓度梯度由较浓一侧向较稀一侧的运送。 这是不需 要能量供给的自发过程。某些亲水性物质， 特别是金属离子或 它们的配合物常常在载体或膜内通道蛋白的帮助下， 顺浓度梯 度进入细胞。此类过程由于需要异性的载体， 因此有选择性和 饱 和性 。 4 金属蛋白与金属酶。细胞色素( c y t ) 是一类含血红素的 电子传递蛋白， 在生物氧化、 固氮和光合作用、 以及能量转换及 储存中有重要功能。 关于酶的修饰及固定化， 李春华等将 旺一淀粉酶、 糖化酶 和葡萄糖异构共固定化， 用于淀粉转化于果糖 ， 取得了良好的 效果。硒蛋白和硒多糖中人体重要的功能蛋白， 硒对人的健康 有重要影响， 国外研究 已取得重要进展。我国也开展了不少研 究。 杨铭等从恩施富硒大蒜中分离出一中硒多糖。 关于金属辅 酶， 陈慧兰研究组设计 、 合成了三个系列、 近 3 0个不同烷基、 反 应碱基及平面配体的烷基钴西夫碱类模型化合物， 测定了它们 的 c o - c键离解能 ， 取得 了新 的结果 。 5 生物矿化。 自然界生物利用矿物至少已有 3 5 亿年历史。 从细菌、 微生物到动物、 植物的体内均可形成矿物。 生物矿化的 研究始于本世纪初。近些年来我国学者也开展了这方面的研 究， 并已有专著问世。 崔福斋等采用 x 一 射线分析等方法， 对象 牙从纳米到厘米的分级做详细的研究， 结果表明象牙与人类的 牙齿的牙本质相似，是由羟基磷灰石晶体和胶原纤维所组成。 然而， 由于羟基磷灰石中的钙部分地被镁所取代， 从而导致象 牙中钙的化学环境在比羟基磷灰石晶体中的更加复杂。 他们还 用扫描电镜、 透射电镜和 x 一 射线衍射等方法， 研究了在硬脂 酸单分子膜磷酸钙的控制结晶作用 ， 发现当无膜存在时， 磷酸 钙 ( o c p )晶体以2 0 ri m 5 0 ran的微小晶簇混乱地从溶液中析 1 48 出， 且 不具有择优取 向。 随着生物矿化研究工作的开展， 在充分比较生物矿物与纯 矿物的形成过程及晶体结构的基础上， 进一步认识到， 有机基 质及有机 一 无机界面的分子识别， 在晶体的成核、 生长以及微 结构的有序组装方面起着关键作用。 6 环境生物无机化学。 环境生物无机化学从环境与生物体 的相互作用出发 ， 研究无机元素在环境中的存在形态、 转化及 其效应和人体健康的关系。 国内研究工作集中在： ( 1 ) 与地方病 和心血管病有关的碘、 氟、 铅、 铬等； ( 2 ) 结合动物和人体健康进 行的汞 、 镉、 铅、 铜、 锌、 砷、 铝和硒的研究 ； ( 3 ) 结合作物生长开 展的硼、 锰、 锌和钼的研究 ； ( 4 ) 结合微量元素应用的潜在危害 作用研究， 如农用稀土研究等。 ( 三) 一氧化氮与人体生物功能。 近来发现一氧化氮( n i t r i c o x i d e ， n o) 广泛分布于生物体内各组织中， 特别是神经组织中。 它是一种新型生物信使分子 ， 1 9 9 2年被美国s c ie n c e 杂志评选 为明星分子。n o是一种极不稳定的生物自由基， 分子小， 结构 简单 ， 常温下为气体 ， 微溶于水， 具有脂溶性， 可快速透过生物 膜扩散， 生物半衰期只有 35 s ， 其生成依赖于一氧化氮合成 酶( n i t r i c o xi d e s y n t l l a s e ， n o s ? ) 并在心脑血管调节、 神经免疫调 节等方面有着十分重要的生物学作用。因此， 受到人们的普遍 重视 。 1 9 8 0年 ， 美国科学家 f u r c h a o u t 在一项研究中发现了一种 小分子物质， 具有使血管平滑肌松驰的作用 ， 后来被命名为血 管 内皮 细胞 舒 张 因子( e n d o t h e l i u m - d e r i v e d r e l a x i n g f a c t o r , e d r f ) 是一种不稳定的生物自由基。e d r f被确认为是 n o 。众 所周知， 硝酸甘油是治疗心胶痛的药物， 多年来人们一直希望 从分子水平上弄清楚其治疗机理。近年的研究发现， 硝酸甘油 和其它有机硝酸盐本身并无活性，它们在体内首先被转化为 n o， 是 n o刺激血管平滑肌内 c g mp形成而使血管扩张， 这种 作用恰好 同e d r f具有相似性。1 9 8 7年， mo n c a d a等在观察 e d r f对血管平滑肌舒张作用的同时， 用化学方法测定了内皮 细胞释放的物质为 n o， 并据其含量 ， 解释了其对血管平滑肌 舒 张的程度 。1 9 8 8年 ， p o l me r等人证 明 ， i ， - 精氨酸 ( i r a 卜 s i n i n e ， l - - a r g ) 是血管内皮细胞合成 n o的前体 ， 从而确立了哺 乳动物体内可以合成 n o的概念。 n o的生物学作用和其作用机制研究方兴未艾， 它的发现 提示着无机分子在医学领域中研究的前景。 相信还会有更多的 无机分子在人体内被发现、 被研究、 被应用于促进人类健康的 研究领域中。 三、 生物化学 生物化学是一门比较年轻的学科，直到 2 0 世纪初才引进 “ 生物化学” 这个名称而成为一门独立的学科。 纵观生物化学的 发展史 ， 可以约略划分为叙述生物化学、 动态生物化学与机能 生物化学三个阶段。 期间生物化学发展经历了由整体生物层次 研究至细胞层次研究又至分子层次研究两次飞跃。 ( 一) 生物化学与生命科学。 生物化学是研究生命过程的化 维普资讯 h t t p :/w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 h t t p :/w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 学 ， 生物化学发展的最终 目标是要解析包括人体在内的生命体 的微观结构， 体内生化反应机制及复制生命体器官等， 它们的 研究直接关系到人类的医疗和健康 ， 因此 ， 随着人们其他生活 条件的改善， 生物化学方面的研究越来越引起人们的重视。当 今化学和生物化学正在通过对生物结构与构筑的研究相互融 合。 化学家的研究从下往上， 由原子到分子， 由分子到分子聚集 体； 生物化学家的研究从上往下， 由整体生物到细胞 ， 到分子聚 集体。 生物化学研究的根本 目的是为了增进人们的健康并为工 农业生产服务。 因此， 生物化学的发展具有巨大的动力。 了解与 人类健康密切相关的生化过程， 并将其应用于医药、 卫生、 保健 等， 这对研究营养素、 改善膳食、 制备新药 、 寻求防治、 延年益寿 都有重要的意义。同时， 在农业生产上， 由于人口不断的增长 ， 粮食、 农副产品 日益感到不足， 因此 ， 必须试验抗虫害、 高产量 的种子， 开发固氮和光合作用两个领域， 以及动、 植物生长素 等， 甚至考虑用人工合成的办法制取可食用的粮食 ， 以满足人 类的需求， 而在工业生产上 ， 如食品加工、 酿造、 生物制剂制备、 制革、 合成新材料等生物化学均有应用。 ( 二) 光合作用。光合作用是植物所特有的生理功能， 是地 球上最大规模的将太阳能转换为化学能， 并利用它把二氧化碳 和水等无机物合成为有机物同时放出氧气的过程。 光合作用所 形成的有机物质及其中所固定的太阳能是地球上无数生物和 人类赖以生存的基础。 可以说光合作用是生物化学中的重大课 题， 更是生命科学中的重大基础理论问题。 正是因为对光合作用的研究对于生命科学及人类未来前 景具有重大意义 ， 所以许多科学家致力于光合作用研究 ， 利用 生物化学、 分子生物学、 物理学和化学等学科优势 ， 从不同的侧 面相互交叉、 渗透和相互结合， 不断引入新概念、 新理论、 新技 术和新方法来进行光合作用的研究， 这也是国际上光合作用领 域研究的新趋势。 光合作用的反应步骤可以分为 ： 原初反应、 光合电子传递、 光合磷酸化、 光合碳同化。光合作用的主要步骤( 原初反应 、 光 合电子传递、 光合磷酸化) 都是在在光子吸收后 ， 通过激子、 电 子、 质子和离子在具有一定分子排列及空间构象蛋白质复合体 中， 在膜内和膜外定向传递完成的。 在 2 1 世纪初 ， 未来的 2 、 3 0年内， 光合作用机理的研究 ， 及 其在高科技与工农业生产中的应用将会取得重大突破。 这不仅 可以阐明光合作用高效吸能、 传能和转能的分子机理 ， 并能促 进生命科学、 物理学及化学等基础学科和晶体学、 波谱学等技 术学科前言领域的发展 ， 还可以提供理论依据、 新途径和新技 术， 以实现农作物光能转化效率的调节和控制。 ( 三) 生物化学的研究方向。 目前生化研究所能达到的深度 还是很有限度的， 但是其发展前途是不可限量的。其研究方向 较突出的有以下几方面： 1 大分子生命物质的合成、 结构与功能的研究。 蛋白质 ， 特 别是酶蛋白， 核酸的合成、 结构与功能的研究， 尤其是空间结构 的改变与活性的改变的研究， 以及了解其作用机制是生物化学 一 直研究的方向。 2 生物膜的研究。生物膜的化学组成、 结构与功能是生物 化学分子水平上的活跃领域， 提出了许多假说和模型。如单位 膜模型、 晶格镶嵌模型等， 都有待于科学家去证实。 3 基因工程的研究。 基因工程有可能在实验室中复制出活 性基因， 还有可能利用人造基因代替造成各种疾病的不 良与失 调的基因，是分子生物学的重要课题，利用这一技术可扩增 d n a、 生产蛋白质、 改良生物品种、 生产新药等。 4 物质代谢调空的研究。 物质代谢是一切生命现象的基本 特征之一， 代谢调节就是对代谢反应的起、 止和快、 慢的控制能 力。 但是目前对代谢调节还只局限于认识一些调节因素对活体 作用的后果， 对于其作用机制， 知之甚少 ， 需要深入研究。 5 衰老生化与营养生化。 衰老生化是从分子水平上研究衰 老机制和抗衰措施的一门新兴学科，由此引发了对氧自由基、 超氧歧化酶( s o d) 、 维生素 e及微量元素等的研究。而营养生 化研究食物中的各种营养素的组分、 人体的需要量以及维持机 体最佳功能状态等内容。合理的营养才能保证身体的健康、 增 强抵抗力、 防止疾病的发生以及加强医疗效果。 四、 化学生物学 2 0世纪 8 0年代后期，一大批边缘学科得以蓬勃发展， 化 学生物学就是其中之一。 化学生物学是利用化学的理论、 研究方法和手段来探索生 物医学问题的科学。 化学生物学作为一个新兴的交叉前沿研究 领域， 所发现和创制的新颖生物活性物质 ， 将为医学和生命科 学研究提供重要的研究工具， 用来发现和保证它们在生物体中 的靶分子对生理过程有调控作用的蛋白质、 核酸和糖的复合 物等生物大分子， 为开发新颖药物、 临床诊断和治疗提供新的 途径。有的能直接作为创制新颖药物或农药的先导化合物 ， 从 而为医药、 农业和环境等方面高新技术的发展提供资源。 ( 一) 化学生物学的诞生。 化学与生物学第一次交叉与融合 发生在 1 9 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， 标志着生物化学这一交叉学科的诞 生。 1 9 5 3年 wa s t s o n c r i c k提 出 d n a双螺旋 结构 ， 1 9 5 8年 k o mb e r g 第一次分离出 d n a聚合酶 ，标志着分子生物学的到 来。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。 分子生物学研究中探讨的有关基因表达、 细胞发育和分化 的调控的分子机制， 以及阐明生物分子问相互识别、 相互作用 和信号转导的基本化学原理等一系列重大科学问题对化学学 科提出了有力的挑战； 同时 ， 生物科学 中基因工程、 蛋 白质工 程、 细胞工程等生物技术领域发展新的概念和新的技术为化学 如何进一步介入生命科学 ， 与生物科学更紧密地交叉与融合提 供了新的机遇。 化学家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、 合成而创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问相互作用和细胞发育与分化的 1 49 维普资讯 h t t p :/w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 h t t p :/w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 调控作用极其所包括的分子机制。因此， 一个新的前沿交叉学物表型和性状进化的分子机制。 通过人工合成或生物表达的手 科化学生物学应运而生。 段， 人为地制造大量突变， 然后按照特定的需要和目的， 给予选 ( 二) 化学生物学的内涵。 化学生物学应涵盖生物有机化学择压力， 筛选出符合特定要求和 目的的分子， 如拮抗剂、 抑制剂 和生物无机化学两方面， 并且与近代酶学及药物化学有相当的和药物先导化合物， 从而实现试管中分子水平的模拟进化。这 重叠 ， 它也应该从结构生物学、 分子生物学和细胞生物学得益。 方面的研究有可能成为药物筛选与设计的新手段。 化学生物学的中心任务是采用化学的手段和方法研究生4 纳米尺度和单分子水平上的化学生物学研究。 生命体内 物学问题， 采用小分子达到对生物通路的调控。 痕量活性物质的分析与检测对获取生命过程中的化学与生物 化学生物学的研究一般都是从对生物体的生理或病理过信息、 了解生物分子结构与功能的关系、 阐释生命活动的机理 程具有调控作用的小分子生物活性物质开始，研究其结构， 发以及疾病都有重要的意义 ，也是化学生物学的重要研究内容。 现其在生物体中的靶分子， 研究这些物质与生物体靶分子的相随着生命科学的迅速发展 ， 人们对生命现象的观察和研究已深 互作用， 进一步采用化学的方法改造其结构， 创制具有某种特入到单细胞、 单分子和核酸的单个碱基这样的层次， 迫切需要 异性质的新颖生物活性物质， 探讨其结构与活性的关系和作用在更加微观的尺度上原位、 活体 、 实时地获取相关生物化学信 机制。 阐明病理过程的发生、 发展与调控机制， 揭示生命过程的息， 许多传统的、 常规的生物分析化学方法与手段面临极大的 秘密， 并进一步从中发展出新的诊断和治疗方法。通过分离的挑战。 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 纳米技术与分子生物学的迅速发展为分析化学工作者敞 现象。 合成和筛选生物活性小分子， 从生物活性小分子出发 ， 寻开了一扇新的大门。 基于生物纳米颗粒和分子信标核酸探针的 找它们的生物靶分子，研究活性小分子与生物靶分子相互作生物分析化学新原理、 新方法与新技术 ， 近年来得到了很大的 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发展 ， 使人能够获取纳米尺度甚至单分子水平上的相关生物化 颖药物是化学生物学的研究关键。 学信息。纳米颗粒是一种尺度为纳米量级的超细颗粒， 能为制 ( 三) 化学生物学当前的重要研究方向。 化学生物学这一领造超微生物化学传感器提供新材料。 域的核心任务是运用生物活性小分子作为化学探针去理解蛋 进入分子水平以来，生命科学在最近几十年里迅速发展 ， 白质或核酸的生物功能和达到对生物体系的