《化学生物学》课程教学大纲
第一部分课程基本信息
课程名称 |
化学生物学 |
英文名称 |
Chemical Biology |
课程编号 |
S5190311 |
适应专业(领域) |
化学 |
开课学期 |
第2学期 |
预修课程 |
分析化学 |
课程性质 |
专业选修课 |
生物化学 |
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学时/学分 |
36学时/2学分 |
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考核方式 |
课程论文 |
开课单位 |
研究生部 |
课程负责人 |
姓名 |
职称 |
学历/学位 |
李丽 |
教授 |
研究生/博士 |
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课程负责人所在学院（部门） |
化学学院 |
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课程负责人联系方式 |
13756980569 |
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第二部分课程概述
1．本门课程在本学科体系中的学科地位。
化学生物学作为一个新兴的交叉学科，是在生物有机化学、生物无机化学、生物分析化学、结构生物化学以及天然产物化学等学科发展的基础上融合发展而来的。化学生物学突出了化学学科在化学与生命科学结合中的作用，是一个研究内容非常丰富，范围十分广泛的新兴领域。
2．本门课程的教学目标和基本要求。即要求学生通过本门课程的学习在理论基础、学术水平、实践能力等各方面取得哪些进步或达到什么程度。要实现该目标，对学生有哪些基本要求？
教学目标：通过开设此门课程，让学生了解化学生物学的概念、研究目的、国内外发展情况、以及化学物质对生命、生产、生活的主要影响。
基本要求：掌握以活性分子为探针，研究它们与生物靶分子的相互识别作用和信息传递机理，为发现新生物靶点和新治疗药物打下基础，为医学研究提供新型诊断和治疗方法。
第三部分课程主要教学内容
专题一 化学生物学概述
本专题重点和难点：化学生物学的基本概念、国内外发展情况
一、化学、生物学、生物化学及分支？
（一）化学及分支学科
（二）生物学及分支学科
（三）生物化学及分支学科
二、化学生物学
（一）基本概念
（二）研究目的
（三）化学物质对生命的影响
（四）化学生物学的形成与发展
三、化学与生物学的结合
（一）化学与生物学的第一次结合
（二）化学与生物学的第二次结合
（三）化学与生物学的第三次结合
本专题主要思考题：化学生物学具有哪些特点？
专题二 多肽和蛋白质
本专题重点和难点：多肽的化学合成及蛋白质修饰和蛋白质药物
一、多肽的化学生物学
（一）多肽的概念
（二）多肽的分类
1.按多肽的来源区分
2.按肽链骨架分
3.按肽链中氨基酸数目分
4.按化学键性质分
（三）多肽的化学合成
1.化学合成多肽的发展历程及分类
2.肽键形成原理
3.肽键形成步骤
（四）肽模拟物
1.肽模拟物概念
2.肽模拟物分类
（五）多肽的应用和肽类药物
1.肽靶蛋白的功能位点
2.确认靶标
3.高通量筛选的替代配基
二、蛋白质的化学合成
（一）蛋白质的化学全合成
（二）蛋白质的化学半合成
（三）蛋白质修饰和蛋白质药物
1.蛋白质修饰
2.蛋白质药物
本专题主要思考题：使用化学方法改造生物大分子的独特优势？
专题三 核酸
本专题重点和难点：核酸的分类、结构及核酸与蛋白质相互作用
一、核酸的组成、分类、结构和合成
（一）核酸的组成
1.碱基
2.戊糖
3.磷酸
（二）核酸分类
1.脱氧核糖核酸
2.核糖核酸
（三) 核酸结构
1.DNA结构
2.RNA结构
（三）核酸合成
二、核酸的物理化学性质
（一）物理性质
（二）化学性质
三、核酸与分子相互作用
（一）核酸与小分子相互作用
1.金属离子
2.有机小分子
（二）核酸与蛋白质相互作用
（三）核酸分子之间的相互作用
（四）核酸与寡聚高分子相互作用
本专题主要思考题：RNA和DNA有哪些结构？
专题四 糖的化学生物学
本专题重点和难点：多糖的合成及糖和蛋白质的相互作用
一、糖的生物学的意义
二、糖的结构和分类
（一）单糖
（二）二糖及寡糖
（三）糖缀合物与糖基化
三、糖的合成
（一）糖基的保护
1.理想的保护基的条件
2.注意事项
（二）寡糖的液相合成
1.线性合成
2.收敛式合成
3.双向式合成
4.“一锅法”合成
（三）寡糖的固相合成
1.载体选择
2.不溶性载体
3.可溶性载体
4.连接臂选择
5.常用糖基化试剂
（四）酶促寡糖的合成
1.糖基转移酶
2.糖苷酶
3.糖基合成酶
四、糖和蛋白质的相互作用
（一）凝集素
（二）细胞表面感染
五、糖的序列分析和糖组学
（一）糖的序列分析
（二）糖组学
六、糖的生物应用
（一）糖类疫苗
（二）糖芯片
（三）作为药物使用
本专题主要思考题：寡糖的合成包括哪几种方法？
专题五 生命体系的有机小分子
本专题重点和难点：小分子和生物大分子的相互作用
一、有机小分子的分类与简介
（一）脂类化合物
（二）生物碱
（三）甾体
（四）萜类
（五）醌类
（六）聚酮类
（七）非核糖体合成多肽
二、有机小分子的来源及功能
（一）来源
1.生物来源
2.化学来源
（二）功能
1.有机小分子与蛋白质相互作用
2.有机小分子和核酸的相互作用
本专题主要思考题：有机小分子可以分为哪几类？
专题六 生命中的金属
本专题重点和难点：金属元素在生物体系中的应用
一、生命中的金属元素及其简史
（一）生命金属离子分类
（二）金属离子的功能
1.小分子的传输，如氧气，一氧化氮的传输；
2.调控电子转移和自由基的生成过程；
3.结合和活化金属蛋白的底物；
4.调控细胞的生理过程
5.信号转导
二、生物无机化学
（一）金属离子的运输、存储和浓度平衡控制
（二）金属蛋白和金属酶
1.酶的分类
2.金属蛋白的分类
3.原子、分子及集团的迁移
（三）金属与核酸
三、生物金属有机化学
（一）天然生物金属有机化学
（二）合成生物金属有机化合物
四、生物矿化
五、金属探针
六、金属药物
（一）治疗药物
（二）诊断药物
本专题主要思考题：金属离子在生命体系中的功能？
专题七 基因组学和蛋白质组学
本专题重点和难点：基因组学和蛋白质组学的研究方法和鉴定技术。
一、基因组学
（一）基本概念
1.基因
2.基因组
3.基因组学
（二）基因组作图、测序
1.基因组作图
2.基因组测序
（三）基因组序列的解读
1.基因的定位
2.基因功能的确定
3.比较基因组学
（四）后基因组时代的研究热点
1.个人基因组
2.基因组的复制和转录调控
3.蛋白质的合成和加工
4.基因组表观遗传学
二、蛋白质组学
（一）蛋白质组学的内容
1.结构蛋白质组学
2.表达蛋白质组学
3.功能蛋白质组学
4.相互作用蛋白质组学
（二）蛋白质组学中用到的技术、方法
1.蛋白质分离技术
2.蛋白质鉴定技术
3.解析蛋白质结构的技术
4.研究蛋白质相互作用的技术
5.蛋白质组学的应用
本专题主要思考题：蛋白质分离主要应用到哪些技术？
专题八 化学遗传学
本专题重点和难点：化学遗传学定义和意义
一、化学遗传学概述
(一）化学遗传学
(二）中心法则
(三）意义
二、正向化学遗传学
（一）基本概念
1.正向化学遗传学
2.小分子
（二）方法
三、反向化学遗传学
（一）简介
（二）总则
四、正、反向化学遗传学与经典遗传学的对比
本专题主要思考题：正、反向化学遗传学与经典遗传学对比分析？
专题九 组合化学与多样性导向合成
本专题重点和难点：组合化学和高通量筛选
一、组合化学
（一）定义和基本原理
1.定义
2.基本原理
（二）组合化学的核心技术
1.组合合成方法
2.混合试剂法
3.组合化学的应用
二、小分子生物活性数据库
三、高通量筛选
（一）基于靶点的筛选模型
1.受体筛选模型
2.酶筛选模型
3.离子通道筛选模型
（二）细胞水平筛选模型
（三）胚胎水平的筛选模型
四、多样性导向合成
（一）构建单元的多样性
（二）立体化学的多样性
（三）骨架支化的多样性
五、组合化学与多样性导向合成在药物发现中的应用
本专题主要思考题：组合化学在药物发现中的应用有哪些？
专题十 生物大分子的进化
本专题重点和难点：化学生物学中生物大分子进化方法
一、自然界的生物大分子进化
（一）达尔文进化论
（二）自然界的生物大分子多样性
1.生物大分子分类
2.遗传多样性
（三）RNA世界假说
二、化学生物学中生物大分子进化方法
三、分子多样性建立
（一）常见的DNA文库的建立方法
1.基因组突变法：
2.易错PCR:
（二）分子库的放大
（三） 标记和区分蛋白质分子
四、生物大分子进化应用实例
（一）生长激素的重塑
（二）抗水解多肽
（三）核酸适配体的应用
本专题主要思考题：化学生物学中生物大分子进化方法？
专题十一 分子成像
本专题重点和难点：分子成像的分类、概念、原理
一、荧光分子成像
（一）荧光产生的机制
（二）荧光分子探针
1.定义
2.分类
二、磁共振分子成像
（一）定义
（二）磁共振成像的原理
（三）磁共振造影剂及其在分子成像中的应用
1.顺磁性的金属螯合物造影剂
2.超顺磁性的氧化铁微粒造影剂
三、核素分子成像
（一）定义
（二）分类
1.单光子发射计算机断层成像
2.正电子发射计算机断层成像
（三）SPECT示踪剂、原理及其在分子成像中的应用
1.SPECT示踪剂
2.原理
3.应用
本专题主要思考题：分子成像的分类和原理？
专题十二 生物催化
本专题重点和难点：酶催化的概念及原理
一、概述
（一）简介
（二）定义
二、酶催化的基本性质
（一）酶催化动力学原理
（二）酶催化机理
1.锁钥假说
2.Pauling假说
3.诱导契合假说
（三）酶催化的性能指标
1.酶活性
2.选择性
3.稳定性
三、生物催化剂的筛选以及改造
（一）生物催化剂的筛选
1.生物催化剂定义
2.生物和酶的筛选办法
（二）蛋白质工程方法
1.蛋白质理性化设计
2.蛋白质定向进化
四、人工酶
（一）催化抗体
（二）类蛋白催化剂
1.核酶
2.蛋白质模拟酶，
3.酶模型
五、生物催化的应用
（一）酶作为大宗活性分子物质的应用。
1.酶在衣用洗涤剂中的应用
2.酶在纺织品中的应用
3.酶在制浆造纸等浆工艺的应用
4.动物饲料中植酸酶的应用
（二）酶作为催化剂的使用
1.酶作为基础化工催化剂
2.酶作为精细化工催化剂
3.酶作为食品工业催化剂
4.酶应用于催化农作物保护化学品的合成
5.生物催化在制药中的应用
（三）非传统介质中生物催化
1.有机介质可以增强反应物的溶解度，加快反应速率。
2.有机介质可以改变化学反应平衡，调节反应结果。
3.有机介质中催化产物易于分离提取。
4.有机介质可以改变酶的选择性。
5.有机介质可以改变酶的选择性
六、生物催化的前景
本专题主要思考题：酶催化的概念及原理？
专题十三 化学小分子药物
本专题重点和难点：药物作用机理
一、药物化学的定义及发展简史
（一）基本概念
1.药物化学
2.药物
3.小分子药物和生物药物的区别
（二）药物化学发展简史
二、药物作用原理
（一）药物-受体相互作用
（二）作用于酶的药物
1.酶标志性特征
2.酶抑制剂主要分类及原理
（三）作用于核酸的药物
1.DNA可逆结合剂
2.DNA不可逆性结合剂
3.通过产生活性自由基使得DNA的核苷酸链断裂的药物。
（四）作用于非酶蛋白的药物
（五）作用于细胞壁的药物
（六）抗药性
1.抗药性定义
2.抗药性产生条件
（七）前药
1.前药定义
2.使用前药目的
三、药物动力学
（一）药物吸收
1.口服给药
2.通过肌肉注射等给药
3.静脉注射
（二）药物分布
（三）药物代谢
（四）药物排泄
四、现代药物研发过程
（一）药物发现
（二）药物的设计
（三）药物开发
（四）小分子药物市场与研发趋势
本专题主要思考题：小分子药物作用机理及药物代谢动力学研究？
专题十四 超滤液-质联用技术在药物筛选中应用
本专题重点和难点：超滤液-质联用技术原理及药物筛选
一、超滤液-质联用技术
（一）工作原理和特点
1.工作原理
2.特点
（二）应用
1.筛选中药中抑制金属蛋白酶2活性成分
2.筛选中药中抑制PDE4活性成分
3.筛选中药中抑制5-LOX活性成分
本专题主要思考题：如何应用超滤液-质联用技术进行药物筛选与鉴定？
专题十五 化学生物学最新研究进展
本专题重点和难点：化学生物学研究进展情况
本专题主要思考题：化学生物学在哪些领域有着广泛的应用？
第四部分主要教学参考资料
一、建议教材
1. 刘磊，陈鹏，赵劲主编，《化学生物学基础》，生命科学前沿出版社（第1版），出版时间，2010年9月
二、主要参考书
1．刘磊，陈鹏，李宜明 编著，《化学生物学实验》（第1版），中国科学技术大学出版社，出版时间，2015年8月
第五部分教学进度表
教学周 |
专题名称 |
主要内容 |
授课方式 |
学时分配 |
|
理论学时 |
实践（实验）学时 |
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第一周 |
化学生物学概述 |
化学生物学基本概念及发展 |
课堂 讲授 |
2 |
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第二周 |
多肽和蛋白质 |
多肽的化学生物学和蛋白质的化学合成 |
课堂 讲授 |
2 |
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第三周 |
核酸 |
核酸的组成、分类及与小分子的相互作用 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第四周 |
糖的化学生物学 |
多糖的合成及糖和蛋白质的相互作用 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第五周 |
生命体系的有机小分子 |
小分子的组成、分类及与生物大 大分子的相互作用 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第六周 |
生命中金属 |
金属元素在生物体系中的应用 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第七周 |
基因组学和蛋白质组学 |
基因组学和蛋白质组学基本概念、研究方法和鉴定技术 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第八周 |
化学遗传学 |
化学遗传学定义和意义 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第九周 |
组合化学与多样性导向合成 |
组合化学与多样性导向合成 定义及原理 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十周 |
组合化学与多样性导向合成 |
组合化学与高通量筛选 |
学术 研讨 |
2 |
|
第十一周 |
生物大分 子进化 |
逆生物大分子的进化方法 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十二周 |
分子成像 |
分子成像的分类、概念、原理 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十三周 |
生物催化化 |
酶催化的概念及原理 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十四周 |
化学小分子药物 |
药物化学的定义及发展简史 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十五周 |
化学小分 子药物 |
药物动力学及研发 |
学术 研讨 |
2 |
|
第十六周 |
超滤液- 质联用技术在药物筛选中应用 |
超滤液-质联用技术定义、原理、特点及应用 |
学术 研讨 |
2 |
|
第十七周 |
超滤液-质联用技术在药物筛选中应用 用 |
超滤液-质联用技术筛选中药抑 抑制MMP-2和5-LOX中活性成分 |
专题 报告 |
2 |
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第十八周 |
化学生物学最新研究进展 |
化学生物学最新研究进展情况 |
学术 研讨 |
2 |
|
学院主管领导审核签字：
年 月 日
