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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 microRNA387

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