什么是化学生物学

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-Marie Lehn教授和Alan R. 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(Biological Chemistry)

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/view/253496.htm)

1.2 化学生物学（Chemical Biology）

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]。曾看到过一篇关于介绍化学生物学的奠基人Schreiber的文章，他曾经指出：“化学生物学是对分子生物学的有力补充，分子生物学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；而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的功能[2]。”

化学生物学是近年来出现的新兴研究领域，它融合了化学、生物学、物理学、信息科学等多个相关学科的理论、技术和研究方法，是一个有活力、有应用前景的新学科。它主要研究的内容包括[3]：1化学遗传学—采用小分子活性化合物作为探针,探索和调控细胞过程

(1)基因表达的小分子调控

(2)细胞周期的小分子调控研究

(3)细胞信号转导的小分子调控

2生物体系的小分子调控中,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(Molecular Biology)

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/view/2461.htm）

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

(/view/274624.htm?fr=ala0_1_1)是指通过聚合酶链式反应（PCR）等方法向目的DNA片段（可以是基因组，也可以是质粒）中引入所需变化（通常是表征有利方向的变化），包括碱基的添加、删除、点突变等。定点突变能迅速、高效的提高DNA所表达的目的蛋白的性状及表征。分子生物学探讨了有关基因表达和细胞发育和分化的调控的分子机制,以及阐明生物分子间相互识别、相互作用和信号转导的基本化学原理等一系列问题，我认为它站在了一个更加微观的角度上；

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