生物化学综述样板论文

化学生物学化学化工学院化学三班白潇然一、引言：化学生物学是研究生命过程中化学基础的科学。

疾病的发生发展是致病因子对生命过程的干扰和破坏；药物的防治是对病理过程的干预。

化学生物学通过用化学的理论和方法研究生命现象、生命过程的化学基础，通过探索干预和调整疾病发生发展的途径和机理，为新药发现中提供必不可少的理论依据。

二、起源：化学生物学是自90年代中期以来的新兴研究领域。

哈佛大学的Schreiber博士和Scripps研究所的Schultz博士分别在东西海岸引领这个领域，他们的所在地所形成的重心地位甚至在加强。

从源头来讲，化学是研究分子的科学，生物化学，分子生物学，还有生物学化学都是一样的。

但是由于科学家们长期以来的习惯称谓，我们通常使用生物化学指蛋白质结构和活性的研究，用分子生物学指基因表达和控制的研究，用生物学化学指分子水平上的生物现象的研究。

三、关键词化学生物学与分子生物学；临床医学；多学科融合；科研创新；虚拟实验；多方向研究；综合性实验四、主题综述：化学生物学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。

在某种意义上，使用小分子调节目标蛋白质与制药公司发展新药类似。

但是，当所有公司的目标蛋白质到目前为止仅是约450种的时候，人类基因组计划为我们带来了至少几万个目标蛋白质。

最终的目标是寻找特异性调节素或寻找解开所有蛋白质之谜的钥匙，但这需要更系统和整体的方法而并非传统方法。

化学生物学看起来是有希望的答案。

系统的化学生物学仅仅诞生于90年代中期，部份是由于基础条件到那时才刚刚完备。

代表性的技术进步包括机器人工程，高通量及高灵敏度的生物筛选，信息生物学，数据采集工具，组合化学和芯片技术例如DNA芯片。

化学生物学更普遍的被叫做化学遗传学，而且它正在扩展到化学基因组学。

和经典遗传学相比较，小分子并不是取代或超越基因表达，而是被用于抑制或活化翻译过程。

化学生物学、计算生物学与合成生物学，在生物芯片技术、计算模型方法与基因网络设计等方面构成了现代系统生物学与系统遗传学的重要技术基础。

五、研究法方向及方法在进行研究的过程中，分为了正向研究和逆向研究。

在正向法中，目标生物学现象第一次被定义，然后引起被寻找现象的分子选择自许多被应用的分子。

被选择的分8子能被附到某些蛋白质上而且抑制/活化它们，引发重要的修饰，然后与分子相连的蛋白质被检查并研究。

下面是使用正向法发现和发展肌基质蛋白的例子Nat。

首先，为了获得足量得化合物以引发要得到的现象，通过组合化学的合成方法制得嘌呤文库。

多种化合物可与放射性研究引起的不同变异相比较。

已经分化的神经原细胞和肌肉细胞很少被增殖。

因此，一旦受伤，细胞长不好，恢复很难。

这项研究的最初目的是为了找到一种化合物来引起改变肌肉细胞分化，达到再生目的。

分化的肌肉组织构成交织的管状结构。

几百个嘌呤类化合物被在96孔圆片上植入潜伏肌肉组织中，找到了能够分离相连接的组织的化合物。

这种化合物自肌管隔断嘌呤命名为肌基质蛋白。

事实上，肌基质蛋白并不仅切断肌管分离细胞，而且洗涤化合物并添加必需的养分以帮助增殖。

更令人激动的是如果增殖的细胞开始分化，它们又造出肌管。

换言之，如果这种化合物被注入组织，一部分肌肉细胞就可期望再度生长并增殖，因而产生新的肌肉组织。

虽然发现能够诱导需要的现象的化合物是最重要的前步骤，对与化合物反应的目标蛋白质的细致检查然后理解其活性和角色才是真正的辛苦工作。

如果需要的现象定义得好，是否存在活性化合物的研究结果可以在短时间内显示。

在肌基质蛋白的例子中，当细胞结构迅速改变时，预计细胞结构的构建蛋白质受到进攻，可以使用带有荧光标记的抗体观察细胞图像。

然后是染色的肌球蛋白，它是体细胞的重要组成部分。

绿色的是肌球蛋白，蓝色的是核。

肌基质蛋白处理前后的差异是显而易见的。

在肌基质蛋白处理之前，细胞被统一连接，但是处理后，可以看到细胞相互分离。

然而，是否肌球蛋白是目标蛋白质还不能确定。

一些骨骼蛋白质是染色了的但是结果是相似的。

可是，当使用微管蛋白使微管染色的时候，却得到了有趣的数据。

同样，绿色是微管蛋白，蓝色是核。

在被肌基质蛋白处理之前，与先前的照片类似，细胞与微管紧密相连，但是以肌基质蛋白处理过的细胞表现出破裂的微管。

因此，一般猜测肌基质蛋白直接的或间接的攻击微管蛋白或微管。

微管是个管形结构，含有a，b微管蛋白组合，它参与了支持细胞结构和染色体运动。

微管蛋白有GTP连接位点，也是制造微管过程中GTP水解制得GDP的GTP酶。

微管含有增长+末端和消除-末端。

在细胞分裂中，染色体转移需要良好控制的微管的形成和破坏。

天然物质破坏微管或阻止微管蛋白的合成，干扰正常细胞的分裂。

Colchicines是被用于无核西瓜的物质。

从另一方面来说，紫杉酚过度稳定微管并阻止其动力学变化，也因其停止正常细胞的分裂而被用于抗癌药。

为使微管正常工作，微管联合蛋白(MAP)也非常重要。

所以，还不清楚肌基质蛋白直接在微管蛋白还是其它MAP上发生功能。

为了检验这一点，从Cytoskeleton中提取了纯净的微管蛋白，它在特种溶剂中制造微管。

当微管被插入时，管形结构明显消失。

所以，这证实了肌基质蛋白直接在微管蛋白或微管上发生作用。

根据以前的经验，已证明微管蛋白在体外被肌基质蛋白进攻，但是在体内怎么样呢?为了寻找具有生物活性的分子与之成键的蛋白质，普通大小的固相树脂被用于活性分子的亲和力矩阵，然后蛋白质被钓出。

肌基质蛋白上被加以连接分子，然后与固相树脂相连做成钓索。

然后浸入细胞质混合物一段时间，蛋白质与树脂相连并被分析。

然而，由于肌基质蛋白的活性和蛋白质合成现在被中止，这项工作不容易。

这是化学生物学方法中众所周知的问题。

在肌基质蛋白的例子中，如果不是使用连接分子与树脂相连，叫做链霉抗生素蛋白的生物素与蛋白质强烈成键，一种强活性官能团的亲核分子。

这种方法的优点是引入了亲和分子，简单的将其插入活细胞内就可与目标蛋白质成键，而不是把细胞研碎而混合蛋白质。

如果目标蛋白质与分子成键，化学活性基团将以共价键与蛋白质的亲核部分结合，因而可以通过生物素使链霉抗生素蛋白体与目标蛋白质成键。

已证明实验后体内微管蛋白与亲和分子成键。

综上所述，由筛选系统发现的肌基质蛋白使得已分化的肌细胞再生成为可能，已证明微管蛋白引起了这种现象。

与经典遗传学相比，人们可以掌握出现的目标基因并甚至得到控制目标蛋白质活性的小分子开关。

这种肌基质蛋白，在经过实验后，可被用作新的药物候选者。

在逆向法中，目标蛋白质受到化学物质进攻，首先被分类，然后可以通过观察插入相关化学物时的结果作用来分析目标蛋白质的体外功能。

这里有一个这种方法的实例:purvalanol的发展和应用。

细胞分裂是多种完备功能的蛋白质的和谐演出。

CDK(细胞周期蛋白依赖性激酶)是每步细胞分裂中的控制开关蛋白质，其中，CDK2参与了G1到S而CDK参与了G2到M。

一些寻找它们特定功能的研究非常活跃，正在进展。

所以在这项研究中我们决定寻找能够抑制CDK1或CDK2功能的化合物。

以正向法制得的嘌呤文库被用于在纯净的CDK1和CDK2上筛选酶抑制剂。

之所以使用嘌呤是为了让嘌呤类物质通过辅酶与ATP竞争结合位点。

为了加速筛选过程，通过使用放射性标记的ATP和组蛋白在96圆片上使酶活化，然后测量磷酸基自用硝基纤维素滤纸过滤出的蛋白质转移到组蛋白这过程中的所有的放射性。

由olomocine起始，几步重复之后我们得到约1000倍活化的purvalanol系列化合物。

这些化合物同等程度抑制CDK1和CDK2。

这是因为两种酶都是通过非常相似的路线建立起来的，它们的ATP 结合位点也相似。

如果CDK1和2被抑制，将有什么发生呢?由于众所周知的事实，这些酶在有丝分裂的每一步都扮演了重要角色，研究的第一步就是观察对易于观测有丝分裂的青蛙卵提取物的作用。

在这个实验中，注入激素以诱发更多排卵，从卵中提取出必要的物质。

当植入从青蛙精子提取的DNA时，卵细胞误识其为受精，并模仿细胞分裂。

通过控制中期(metaphase)Ca的数量可以中止细胞分裂。

卵细胞对这个实验非常有用，因为它们含有大量的蛋白质。

为了使图片清晰，核DNA染成蓝色而微管蛋白染成红色。

在正常阶段，DNA折叠以形成染色体并排成一行。

然后微管连到其上将其分到两边。

但是，如果在这个阶段加入purvalanol，DNA不会完全折叠，微管就找不到它们的连接位点。

这应该是进攻了G2到M的步骤。

可以说，对CDK1的抑制强于CDK2。

另外，如果肌基质蛋白同时被加入，DNA一点也不折叠，而且微管结构完全消失。

这可能是G2阶段后紧随的M阶段的微管受到进攻。

为了查证哪一种蛋白质与purvalanol成键，使用了琼脂树脂亲和力柱钓出未知的蛋白质。

通常，在亲和力柱中，由于柱中其它碱性物质的存在，甚至一些没有任何选择性的蛋白质也与目标蛋白质一同获得。

为了分离这些不要的蛋白，使用了以purvalanol类无亲和性物质做成的相对亲和力柱。

培养的卵提取物经柱子处理后过滤，亲和力柱在应用purvalanol前后(A)表现出非常相似的结果，但是相对亲和力柱出现了正常有丝分裂的步骤(B)。

结果说明亲和力柱仅吸附重要的蛋白质，参与正常的有丝分裂，在过滤步骤中与卵提取物分离。

因此，一个可行的测试是到重新注入认为已被去处的蛋白质，检查正常有丝分裂是否再次发生。

由于已发现purvalanol 抑制CDK1或CDK2，当每个酶被用于(A)情况的时候，CDK不显示任何变化，但是CDK1清楚显示了紊乱有丝分裂步骤。

这个结果明确解释了CDK1是(A)状态的不足因素。

另一方面，(A)和(B)柱吸附的蛋白质被过滤而且以阴离子洗涤剂十二烷基磺酸钠(SDS)处理，然后通过聚丙烯酰胺凝胶电泳分离。

两柱都吸附的蛋白质被忽略，考虑到它们在柱子上随机附着，或者通常与嘌呤结构成键，只有亲合性柱吸附的蛋白质被证实是CDK1。

为了检查肌基质蛋白和purvalanol在卵提取物以外的其它活细胞上的作用，也处理了U937，一种白血病细胞。

蓝色是染色的DNA，绿色是染色的微管。

小盒子是一个正在分裂的细胞。

在普通的中期，着丝点分裂到细胞两边，DNA折叠中的微管在中间排列。

微管与它们连接然后将它们牵引到细胞的两端。

肌基质蛋白在没分裂的细胞上不产生作用，但是通过破坏微管为离散结构而影响分裂的细胞。

同时，以purvalanol处理的细胞表现出未收缩的DNA和已经分裂为两个但没有到达指定位置的着丝点。

这是在G2-M 期中止的结果。

另外，细胞变得比正常细胞大。

这是因为尽管中止了细胞周期，细胞仍然进行蛋白质合成和新陈代谢。

六、参考文献：《化学进展》2003年第5期《生物界面上的化学过程——关于化学生物学研究前沿的讨论》——王夔《化学进展》2003年第6期《化学生物学新前沿——化学蛋白质组学》——周家兴《化学进展》2004年第2期《从生物有机化学到化学生物学》——张礼和《化学进展》2006年第4期《如何从化学学科的角度理解化学生物学的内涵》——马林《化学进展》2007年第12期《化学生物学中识别与组件的若干问题》——沈家骢吴玉清《化学进展》2007年第12期《迈克尔反映受体分子化学生物学研究》——赵勤实丛玉文《大学化学》2004第1期《纳米尺度和单分子水平上的化学生物学研究》——王柯敏何晓晓唐志文《国际学术动态》2010年第5期《核酸和糖化学生物学的研究热点和最新进展》——席真《中国药物与临床》2004年第9期《以金属蛋白酶APN/CD13为靶点的抗癌药物的化学生物研究》——张涛徐文方《世界科学技术——中医药现代化》2010年第12期《化学蛋白质组学在中药现代化研究中的应用》——岳荣彩严诗楷张卫东《世界华商经济年鉴•高校研究》2008年第10期《化学生物学——新世纪跨学科人才培养模式改革与实践》——刘德立王玉凤。