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第1章 绪论 1

1.1 分子以上层次的化学 1

1.1.1 化学的辉煌——物质组成与转化规律的揭示与应用 1

1.1.2 化学的困惑——分子间相互作用的忽略与影响 4

1.1.3 化学的出路——分子以上层次化学的提出与发展 6

1.2 化学与生物学的三次融合 7

1.2.1 第一次融合——生物化学 8

1.2.2 第二次融合——药物化学与分子识别 8

1.2.3 第三次融合——化学生物学 9

1.3 化学生物学 9

1.3.1 化学生物学的定义 9

1.3.2 化学生物学的研究内容 10

1.3.3 如何学习化学生物学 12

第2章 生命的物质基础 13

2.1 细胞 13

2.1.1 细胞的基本共性 13

2.1.2 病毒及其与细胞的关系 13

2.1.3 细胞的空间尺寸 15

2.1.4 各类细胞的大小、形态结构与功能的分析 19

2.2 生命体的物质组成 22

2.2.1 水 22

2.2.2 生命元素 23

2.2.3 有机物 31

2.3 生命的化学环境 35

2.3.1 大气环境 35

2.3.2 天然的水 37

2.3.3 细胞外液 42

2.3.4 细胞内液 52

第3章 生命物质的特性 58

3.1 矿物质与生命必需元素 58

3.1.1 矿物质在生命体中的运动规律 58

3.1.2 微量元素与必需元素 66

3.2 分子的立体异构与不对称性 72

3.2.1 立体异构 72

3.2.2 优势构象与分子的物理和化学性质 73

3.2.3 立体选择性反应和立体专一性反应 73

3.2.4 生物分子中几种铁配合物的立体化学 74

3.3 生物液晶 75

3.3.1 生物与液晶的关系 76

3.3.2 液晶及其特性 79

3.3.3 液晶在生命中的重要作用 83

3.3.4 生物分子的液晶性质 85

3.3.5 生物液晶的应用举例 91

3.3.6 生物膜 93

3.4 生物自由基 96

3.4.1 自由基的性能 96

3.4.2 碳烯的结构与性能 97

3.4.3 水合电子 97

3.4.4 活性氧的性能与作用 98

3.4.5 生物体内自由基引发的一些反应与变化 99

3.4.6 生物体内防御 101

3.4.7 自由基与肿瘤 102

第4章 分子间相互作用与分子识别 103

4.1 分子识别的物理基础 103

4.1.1 扩散 103

4.1.2 运动 103

4.2 分子识别过程的动力学 104

4.2.1 结合与解离 104

4.2.2 平衡常数 104

4.3 分子识别的化学基础 104

4.3.1 共价键结合 104

4.3.2 非共价键的结合 106

4.4 分子识别的特性 109

4.4.1 作用的专一性 109

4.4.2 分子识别过程中高级结构的变化 111

4.4.3 分子识别过程的连续性与协调性 111

4.5 生物大分子之间的相互作用 111

4.5.1 生物大分子 111

4.5.2 生物大分子间相互作用 113

4.6 分子识别中的立体化学因素 116

4.6.1 几何异构 116

4.6.2 光学异构 116

4.6.3 构象异构 117

第5章 超分子化学 119

5.1 超分子化学基础 119

5.1.1 超分子化学的概念 119

5.1.2 超分子化学的理论基础 119

5.2 超分子的重要特征 120

5.2.1 自组装 120

5.2.2 自组织 122

5.2.3 自复制 123

5.3 超分子组装及自组装 123

5.3.1 超分子的组装方式 123

5.3.2 超分子自组装体系 126

5.3.3 超分子举例 130

5.4 超分子液晶 133

5.4.1 电荷转移作用组装超分子液晶体系 133

5.4.2 离子相互作用组装超分子液晶聚合物 134

5.4.3 共价键作用组装超分子液晶 135

5.4.4 金属配位组装超分子液晶 136

5.4.5 光化学组装合成超分子液晶 137

5.5 分子印迹聚合物应用 138

5.5.1 分子印迹技术的基本原理 138

5.5.2 分子印迹技术的特点 139

5.5.3 分子印迹技术的应用 140

5.6 超分子液晶材料的应用及发展前景 140

第6章 化学物质与蛋白质的相互作用 141

6.1 化学物质对蛋白质的沉淀作用 141

6.1.1 沉淀作用的分类 141

6.1.2 蛋白质的沉淀方法及常用沉淀剂 142

6.2 化学物质对蛋白质的稳定作用 145

6.2.1 维持蛋白质结构稳定性的主要因素 145

6.2.2 蛋白质不可逆失活的化学因素 147

6.2.3 蛋白质的稳定化策略 148

6.3 蛋白质的化学修饰 150

6.3.1 化学物质对蛋白质侧链基团的共价修饰作用 151

6.3.2 蛋白质肽链的化学修饰 155

6.3.3 修饰蛋白在生物医学和生物技术上的应用 155

6.3.4 蛋白质化学修饰的展望 156

6.4 蛋白质探针 156

6.4.1 金属探针 157

6.4.2 染料探针 158

6.4.3 蛋白质荧光探针 159

6.4.4 光散射探针 163

6.4.5 量子点探针 163

6.5 小分子药物与蛋白质的相互作用 164

6.5.1 作用于蛋白质的小分子药物 164

6.5.2 以蛋白酪氨酸激酶为靶点的抗肿瘤药物研究 167

6.5.3 G蛋白偶联受体及其相关药物 170

6.5.4 分子印迹技术在蛋白质识别中的应用 172

第7章 化学物质与核酸的相互作用 174

7.1 核酸的结构与功能 174

7.1.1 核酸的组成 174

7.1.2 核酸的结构与功能 175

7.2 化学物质的致突变作用 179

7.2.1 基因突变的类型 179

7.2.2 化学诱变 180

7.2.3 化学诱变的应用 183

7.2.4 化学致癌物质 184

7.3 小分子化合物与DNA的相互作用 188

7.3.1 共价结合 188

7.3.2 非共价结合 191

7.3.3 剪切作用 198

7.3.4 金属离子与DNA的相互作用 200

7.4 小分子化合物与RNA的相互作用 201

7.4.1 RNA药靶的优越性 201

7.4.2 作用于RNA的小分子药物 202

7.5 核酸探针及应用 204

7.5.1 核酸的光谱探针 205

7.5.2 端粒DNA及其识别探针 211

7.5.3 核酸适配体 215

7.6 肽核酸 218

7.6.1 肽核酸结构 218

7.6.2 肽核酸的合成和修饰 219

7.6.3 肽核酸的应用 224

第8章 酶的化学生物学 226

8.1 生命过程中的酶 226

8.1.1 生物氧化与酶 227

8.1.2 生物代谢过程中的酶 234

8.1.3 遗传信息传递与表达中的酶 242

8.1.4 遗传信息表达过程的化学调控 248

8.2 化学物质对酶的抑制作用 254

8.2.1 可逆抑制作用 254

8.2.2 不可逆抑制作用 257

8.3 化学物质对酶的激活作用 259

8.3.1 有机分子激活剂 259

8.3.2 生物大分子 262

8.3.3 高分子化合物 263

8.4 生物催化 263

8.4.1 酶制剂的类型 263

8.4.2 酶催化反应的介质 265

8.4.3 酶催化的有机化学反应 266

8.4.4 结论与展望 276

8.5 酶研究前沿领域简介 276

8.5.1 人工合成酶和模拟酶 277

8.5.2 核酶和抗体酶 277

8.5.3 固定化酶在医药领域中的应用 278

8.5.4 酶在环境治理方面的应用 279

第9章 糖的化学生物学 280

9.1 糖与糖的化学生物学 280

9.1.1 糖化学与糖生物学 280

9.1.2 糖生物学的意义 280

9.1.3 寡糖 281

9.1.4 糖缀合物与糖基化 281

9.2 糖的合成 283

9.2.1 糖的保护基 283

9.2.2 糖的液相合成 284

9.2.3 糖的固相合成 285

9.2.4 酶促寡糖的合成 286

9.3 糖-蛋白质相互作用 287

9.3.1 凝集素 287

9.3.2 细胞表面的糖-蛋白质相互作用 288

9.4 糖的生物医药应用 289

9.4.1 糖的标记 289

9.4.2 糖类疫苗 290

9.4.3 糖芯片 291

9.4.4 糖类物质作为药物使用 291

9.4.5 总结和展望 292

9.5 壳聚糖及其衍生物 292

9.5.1 壳聚糖的改性 292

9.5.2 壳聚糖及其衍生物的功能 294

9.5.3 壳聚糖的降解 296

9.5.4 壳聚糖及其衍生物的应用 297

第10章 细胞化学生物学 299

10.1 细胞信号转导 299

10.1.1 细胞通信方式 299

10.1.2 细胞间化学信号 300

10.1.3 受体 308

10.1.4 细胞信号转导途径 317

10.1.5 细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息 326

10.2 细胞凋亡 326

10.2.1 细胞周期与调控 327

10.2.2 细胞凋亡的生物学特征 331

10.2.3 细胞凋亡的过程及机理 333

10.2.4 细胞凋亡的化学调控 337

10.3 化学遗传学 338

10.3.1 概述 338

10.3.2 正向化学遗传学 340

10.3.3 反向化学遗传学 344

10.3.4 化学遗传学举例 345

10.3.5 天然产物探针在化学遗传学中的功能 347

10.4 作用于细胞膜的药物 351

10.4.1 多肽类抗生素 351

10.4.2 多烯类抗生素 353

10.4.3 离子载体抗生素 353

第11章 化学生物学新技术和新进展 355

11.1 基因组学和化学基因组学 355

11.1.1 基因组学 355

11.1.2 化学信息学 357

11.1.3 化学基因组学 359

11.2 蛋白质组学 363

11.2.1 提出背景和含义 364

11.2.2 基因组学与蛋白质组学的关系 365

11.2.3 蛋白质组学的研究内容 366

11.2.4 蛋白质组研究策略与技术 367

11.2.5 蛋白质组学的应用 370

11.2.6 前景与展望 371

11.3 分子成像 372

11.3.1 荧光分子成像 373

11.3.2 磁共振成像 375

11.3.3 超声成像 376

11.3.4 核素成像 376

11.4 核酸的应用 376

11.4.1 核酶 376

11.4.2 分子信标 380

11.4.3 基因诊断 384

11.4.4 反义核酸 384

11.4.5 RNA干扰 385

11.4.6 microRNA 387

11.4.7 DNA模板有机反应 391

11.5 Bcl-2抑制剂类抗癌前药 392

11.5.1 Bcl-2蛋白家族 392

11.5.2 Bcl-2抑制剂药的研究进展及展望 393

11.5.3 S1及其作用机理 394

11.6 研究新技术 395

11.6.1 芯片技术 395

11.6.2 生物核磁共振 399

11.6.3 生物质谱 401

11.6.4 生物传感器 401

11.6.5 单细胞检测 402

11.6.6 生物分子和生物体原位、实时、在线分析和检测 403

11.6.7 表面等离子体共振 403

11.6.8 单分子检测 404

参考文献 405

后记 409