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第一章 化学生物学近年发展情况回顾 1

第一节 化学生物学学科概述 1

一、化学生物学的起源 1

二、化学生物学的影响力 3

三、化学生物学的学科特征与定义 4

第二节 国际化学生物学近年发展情况回顾 7

一、国际化学生物学进展一览 7

二、国际上主要研究资助机构对化学生物学的资助 15

三、私立机构或私人基金会对化学生物学研究的资助 24

四、工业界的化学生物学研究与发展 26

第三节 我国的化学生物学发展情况回顾 27

一、我国的化学生物学研究 27

二、我国的化学生物学研究基地与平台 30

三、我国政府对化学生物学研究的资助 30

第四节 化学生物学学科发展趋势 37

本章附录 39

参考文献 43

第二章 化学生物学研究中的分析检测方法 45

第一节 单分子检测 45

一、蛋白质亚基组成的计量方法 46

二、分子间相互作用的动力学参数测定 47

三、超分辨成像技术 49

四、细胞内单分子的检测方法 50

五、原子力显微镜单分子成像与单分子力谱法 50

六、重要发展方向 51

第二节 单细胞检测 52

一、高通量单细胞分析 52

二、单细胞光学成像 53

三、单细胞电化学及其他成像技术 56

四、分离技术 57

五、活体成像技术 58

六、发展趋势 59

第三节 生物质谱与质谱成像 59

一、质谱在组学研究中的应用 60

二、质谱成像技术 62

三、敞开式离子化技术 63

四、发展趋势 64

第四节 核磁与活体成像 64

一、核磁共振在蛋白质研究中的应用 64

二、磁共振成像在化学生物学中的应用 68

三、超灵敏磁共振成像 70

参考文献 71

第三章 化学小分子探针与生物正交化学反应 79

第一节 小分子探针及相关化学生物学研究进展 79

一、针对蛋白酶的小分子探针 81

二、源于已知药物的小分子探针 83

三、经代谢途径进入细胞的小分子探针 83

四、新的活性小分子的发现及探针分子构建 85

第二节 生物正交化学反应研究进展 87

一、Staudinger反应 88

二、Click反应 89

三、Photo-Click反应 90

四、四嗪环加成反应 91

五、钯催化的偶联反应 92

六、其他生物正交反应 92

第三节 无标记活性分子探针技术 94

第四节 总结与展望 95

参考文献 96

第四章 金属离子探针技术与应用 101

第一节 生物体系中金属离子探针的研究概况 102

一、化学小分子探针 102

二、核酸探针 106

三、纳米材料探针 110

四、多肽及蛋白质探针 112

五、全细胞水平探针 114

第二节 金属离子探针在化学生物学领域的展望 116

参考文献 117

第五章 微量元素的化学生物学 124

第一节 微量元素化学生物学的发展历程 124

第二节 微量元素化学生物学研究概况 127

一、微量元素物种的形成、转化与状态 127

二、微量元素在调控、干扰和干预细胞内稳态中所起的作用 127

三、微量元素影响细胞网络的机制 128

四、微量类金属元素——硒的化学生物学 128

五、基于微量元素在病理过程中的作用发现新药理作用和新药 129

第三节 微量元素化学生物学研究进展 129

一、微量元素化学物种的形成、分布与转化 129

二、微量元素的细胞内稳态调控 132

三、微量元素对细胞网络的影响 135

四、微量类金属元素——硒的化学生物学 136

五、基于微量元素在病理过程中的作用发现新药理作用和新药 138

第四节 总结与展望 139

参考文献 141

第六章 天然产物的化学生物学 147

第一节 天然产物领域的研究简介 148

第二节 化学生物学在天然产物领域中的研究概况 149

一、天然产物作为探针的研究 149

二、天然产物的生物合成研究 159

第三节 化学生物学在天然产物领域中的展望 165

一、化学生物学促进天然产物的发现 165

二、现代天然产物分析方法与策略 174

第四节 总结 177

参考文献 178

第七章 蛋白质的化学合成及功能修饰 190

第一节 化学生物学在蛋白质化学合成方面的研究 190

一、蛋白质的化学全合成 191

二、蛋白质的化学半合成 198

三、化学生物学在蛋白质化学合成中的展望 203

第二节 蛋白质的功能修饰 205

一、基于密码子扩展的方法插入非天然氨基酸 206

二、生物正交反应 206

三、化学酶法合成均一糖蛋白 214

四、化学生物学在蛋白质修饰中的研究展望 215

参考文献 217

第八章 蛋白质相互作用网络 228

第一节 蛋白质相互作用网络发展简介 228

第二节 蛋白质相互作用网络研究方法 229

一、蛋白质相互作用网络组成与性质 229

二、蛋白质相互作用网络的构建 230

三、蛋白质相互作用网络的分析 231

第三节 蛋白质相互作用网络的应用 234

一、蛋白质功能的预测 234

二、蛋白质相互作用网络与复杂疾病的研究 235

三、蛋白质相互作用网络与网络药理学 235

第四节 生物体内蛋白质相互作用网络的鉴定与解析 237

一、传统蛋白质-蛋白质相互作用的研究方法 237

二、基于质谱的蛋白质-蛋白质相互作用的研究 239

三、化学生物学在蛋白质相互作用中的研究 241

第五节 化学生物学在蛋白质相互作用网络研究中的应用展望 245

参考文献 246

第九章 化学糖生物学 252

第一节 寡糖的合成 253

一、寡糖的一釜合成 253

二、寡糖的固相合成 254

三、寡糖的酶法合成 255

第二节 糖缀合物的合成 255

一、酶催化切除法制备糖缀合物 255

二、纯化学合成法制备糖缀合物 256

三、拟糖蛋白及其他糖缀合物的合成 257

第三节 糖芯片 257

一、糖芯片技术中的固定方法及技术优势 258

二、糖芯片技术的应用 259

第四节 糖链的标记 259

一、糖代谢工程的基本原理及进展 259

二、糖代谢工程的应用 261

第五节 化学糖生物学在生物医药中的应用 263

一、具有调控蛋白与糖相互作用的单价配体分子的发现 263

二、具有调控蛋白与糖相互作用的多价配体分子的发现 264

三、影响糖链组装与分解的小分子抑制剂的发现 265

第六节 化学糖生物学发展前景展望 266

参考文献 267

第十章 化学合成生物学 272

第一节 化学合成生物学研究的基本内容 272

一、核酸替代物 273

二、新合成多肽或蛋白质 273

三、最小细胞 274

四、天然活性产物与代谢工程 274

第二节 化学合成生物学的研究现状 275

一、肽核酸与非天然碱基对 276

二、蛋白质人工合成与被自然选择淘汰蛋白 277

三、人造细胞 278

四、化学合成生物学与代谢工程 280

第三节 我国化学合成生物学研究进展 280

一、结晶牛胰岛素与酵母丙氨酸转移核糖核酸（tRNAyAla）的人工全合成 281

二、化学合成生物学与天然产物的生物合成 281

三、化学合成生物学与植物代谢工程 282

四、化学合成生物学与微生物能源转化 282

第四节 化学合成生物学研究前景与展望 283

参考文献 286

第十一章 化学表观遗传学 291

第一节 DNA甲基化 291

一、细胞中DNA甲基化和去甲基化的机制研究 292

二、基因组中DNA甲基化位点测定 294

三、DNA甲基化过程的小分子调控因子 295

第二节 组蛋白的共价修饰 299

一、组蛋白共价修饰的类型及检测手段 299

二、组蛋白去乙酰化抑制剂在药物研发中的应用 301

第三节 非编码RNA的调控 302

一、siRNA的功能及其化学生物学研究进展 303

二、microRNA的功能及化学生物学研究进展 305

三、IncRNA的功能及化学生物学研究进展 311

四、riboswitch的功能及化学生物学研究进展 315

第四节 表观遗传的化学生物学——研究前景和发展趋势 319

一、研究前景 319

二、发展趋势 320

参考文献 321

第十二章 化学生物学的机遇与挑战 331

第一节 化学生物学在干细胞领域中的研究展望 332

一、干细胞重编程 332

二、干细胞定向分化 335

三、干细胞多能性维持 337

四、干细胞研究的发展趋势 337

第二节 化学生物学在脑神经研究领域中的进展 338

一、神经系统发育的生物学基础 338

二、神经系统的信号转导和物质传递机制 343

三、脑和神经系统疾病 350

四、化学生物学研究手段在脑神经生物学研究中的应用前景与展望 351

第三节 化学生物学在细胞衰老机制中的研究展望 352

一、长寿蛋白调控 353

二、染色体行为调控 353

三、信号通路调控 354

四、免疫调控 355

五、细胞衰老的化学生物学发展趋势 355

第四节 化学生物学在肠道菌群领域的研究展望 356

一、肠道菌群的基因组研究 357

二、肠道菌群的功能研究 358

三、肠道菌群相关疾病的研究 363

四、肠道菌群研究的化学生物学发展趋势 365

参考文献 365

关键词索引 377