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化学生物学是一门怎样的学科?

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online_member 发表于 2022-12-17 07:53:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
它和生化有什么区别吗?偏重于化学还是生物呢?想咨询一下该专业研究生和博士期间主要研究方向有哪些?就业方向一般都是药企和学校吗?
online_member 发表于 2022-12-17 07:54:38 | 显示全部楼层
原某国内top1 chemical biology专业的学生不请自来。
化学生物学的概念最早由美国化学家Stuart Schreiber提出,是一门上世纪末发展起来的跨学科交叉研究领域,主要通过化学,辅以物理、生物、计算机等交叉学科手段研究生命体系与生命过程。化学生物学更加偏向于化学,主要是化学方法在生物体系内的应用,许多研究会利用合成的化学探针,有些还会涉及质谱、核磁、光谱、量热等生物物理等方法;而生物化学则注重于研究生物体内的化学反应,以及构成生命的蛋白、核酸等分子,是一门历史悠久的二级学科。
Chemical biology deals with how chemistry can be applied to solve biological problems while biochemistry is the study of the chemistry of biology. In general, the chemical biology major focuses on small molecules while the biochemistry major focuses on proteins and nucleic acids.
https://www.brandeis.edu/chemistry/undergrad/chemical-biology.html
为了让大家对化学生物学有一个更详细的了解,在这里提供几个化学生物学最典型、最具有影响力的研究实例:
(1)生物正交反应与非天然氨基酸/碱基/糖
生物体内化学环境极其复杂,细胞像一个24小时不停产的化工厂,进行着各种生化反应。在这样复杂的环境下,如何引入外源分子且不干扰正常细胞工作一直是一大难题。2003年,加州大学伯克利分校的化学教授Carolyn R. Bertozzi(现就职于斯坦福大学)首次提出生物正交反应(bioorthogonal reaction)这一概念。所谓生物正交反应,就是能在生物体内进行、不干扰生物体内内源化学反应的反应。除此以外,化学家需要考虑的影响因素还有很多,比如反应速率要快、在生理条件下容易发生、选择性好等等。
最早开发的生物正交反应为Staudinger偶联反应,其反应过程如下:
叠氮和三苯基膦化合物均不存在与正常生物体内,且不与生物体内的分子反应,使得该反应具有良好的选择性。通过该反应,可将目标底物R(一般是生物分子或其衍生物)和报告基团R'共价连接,从而方便后续分析。用简单话说,就是他们开发了一套能在生物分子上贴标签的化学方法。

化学生物学是一门怎样的学科?368 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

第一代生物正交反应,staudinger ligation

最广泛应用的生物正交反应非诺奖得主Barry Sharpless开发的炔基-叠氮[3+2]环加成反应莫属,由于该反应十分迅速犹如点击鼠标,因此又被叫做点击化学反应(click reaction)【更正:sharpless的原意是该反应类似于系安全带将两个部分粘合在一起,发出click的声音而得名,但由于错误的翻译而被误解为点击化学】。第一代click反应是由一价铜配合物催化的(Copper catalyzed alkyne-azide cycloaddition, CuAAC),由于铜离子对生物体系有一定毒性,一般不用于活体(in vivo),更多用于试管内(in vitro)。然而在绝大多数化学生物学实验室,CuAAC因为成本低、反应迅速而被广泛用于分析蛋白、核酸等生物分子。后来人们又开发了无铜催化、基于环张力的二代click反应,以及同样是环加成的烯基-四嗪反应,这些反应能在生理条件下高效快速完成,能更好地帮助化学家在生物体内引入共价小分子探针。

化学生物学是一门怎样的学科?338 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

铜催化的click反应(来源Wikipedia)

化学生物学是一门怎样的学科?261 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

无铜催化的环张力click反应(来源Wikipedia)

化学生物学是一门怎样的学科?547 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

Angew Chem Int Ed Engl. 2009;48(38):6974-98 封面。生物正交反应如同用特制的鱼钩在生物分子的海洋中钓起特定的鱼。

说完化学反应,然后来看看引入的报告基团。所谓报告基团,就是让科学家能用各种仪器或手段“看见”生物分子的标签。常见的报告基团按功能分包括荧光基团、放射性基团、富集基团、质量标签等。荧光、放射性基团发出的光线可以被仪器检测到而用于成像及定量分析,富集基团如生物素biotin可以与带有avidin的底物结合,从而将被标记的分子从大量无关分子中分离出来;而质量标签通过改变分子质量使其在质谱或凝胶电泳上区分开来。
可以毫不夸张地说,化学生物学领域至少一半的天空都是由生物正交反应撑起的。它使得化学家能得心应手地对生物分子进行标记与改造。以糖化学大牛、生物正交反应的提出者Carolyn Bertozzi为例,她利用人工合成的带叠氮非天然糖,开启了糖类研究的新纪元。对于糖类这种复杂的生物分子,由于其不直接被基因编码,独立于DNA-RNA-蛋白中心法则信息传递链之外,长期以来科学家找不到有效的方法对其深入研究。通过代谢标记或糖基转移酶标记的手段,他们成功在生物体内引入了带有生物正交反应基团的糖类,然后通过生物正交反应连接报告基团,就可以对糖类进行成像、质谱等一系列分析。这些研究揭示了糖在细胞内运输、代谢、合成的细节,让我们知道除了唇齿间的甜蜜外,糖在生命过程中的其他重要功能。

化学生物学是一门怎样的学科?542 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

Bertozzi团队利用非天然半乳糖进行代谢标记,研究蛋白糖基化。

说到Bertozzi的非天然糖,我又想到了同样是对天然的生物分子进行改造的两位著名化学家:Peter Schultz和Floyd Romesberg(均来自美国Scripps研究所)。Schultz以研究非天然氨基酸而闻名,Romesberg则主攻非天然碱基对。我们知道天然蛋白质由20种氨基酸构成(如果不包括硒代半胱氨酸和4-羟基脯氨酸等),根据中心法则,不同DNA编码的三联密码子对应着不同氨酰t-RNA,进而对应着不同氨基酸。氨酰t-RNA合成酶(aaRS) 负责对不同t-RNA加工合成带有对应氨基酸的氨酰t-RNA。为了在蛋白中插入非天然氨基酸,必须对aaRS进行改造,使其能够识别非天然氨基酸。Schultz团队选择了合成终止密码子的aaRS,这样可以利用三个终止密码子的其中一个编码非天然氨基酸而不影响其他天然氨基酸。他们筛选了带有不同突变的aaRS,终于找到了能够插入多种不同非天然氨基酸的突变型aaRS。在插入的非天然氨基酸中,最吃香的莫过于带有生物正交反应基团的几个,因为这样可以对蛋白进行后续加工操作。

化学生物学是一门怎样的学科?96 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

在活细胞蛋白质组中插入非天然氨基酸的方式。(来源UCSF Wang lab主页)

化学生物学是一门怎样的学科?221 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

Schultz团队合成的20余种非天然氨基酸【J Biol Chem. 2010; 285(15): 11039–11044.】

在蛋白上插入非天然氨基酸只需要改造aaRS一个酶,而在生物基因组里引入人工碱基对则需要改造涉及复制转录过程等的一系列酶,因此难度更大。其实非天然碱基的使用早在上世纪80年代就被科学家广泛使用,比如许多抗癌药物和抗病毒药物的本质都是核苷酸类似物,通过插入到病毒或者癌细胞基因组中达到扰乱正常生物功能杀死病原体的作用。但是我们要说的非天然碱基对是指能够稳定复制、遗传的,这和前者相比难度天差地别。2012年,Romesberg团队首次报道了带有d5SCIS-dNaM碱基对的扩展合成密码子,由此开启了合成生物学的全新时代。我们都知道生物体内的碱基(A\T\C\G\U)都是通过氢键配对的,而d5SCIS-dNaM竟然完全靠疏水相互作用以及π-π堆叠配对。他们找到了一种DNA聚合酶能够复制对应的碱基对,并从理论上证明了这种6碱基的扩展密码子的可行性。随后他们实验室又合成出了更多靠疏水相互作用配对的碱基对,并打通了从DNA复制、转录成RNA、翻译成蛋白的一系列过程。也就是说,只要在培养基中加入合成好的碱基,这种改造过的细菌就可以像正常生物一样完成中心法则里复制转录翻译的全过程。从某种意义上说,这样的细菌已经算是一种全新的生物了:地球上的生物虽然千差万别但是在中心法则下的这一套系统都是一致的,好比电脑里装了不同的软件;而利用非天然碱基和非天然氨基酸进行复制到翻译的细菌连操作系统都更换了。2019年美国Firebird公司Steven Benner团队也开发了另一种非天然碱基对系统,即hachimoji DNA,含有八种碱基,全部以氢键配对。改造非天然碱基似乎在目前实际科研应用中的价值不如非天然氨基酸,但它更像是站在造物主的角度思考生物学的本质问题:生命究竟是什么?构成我们体内的分子,是怎样用化学反应创造出生命的?

化学生物学是一门怎样的学科?776 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

Romesberg团队的非天然碱基对:从复制、转录到翻译全过程

化学生物学是一门怎样的学科?793 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

Steven Benner团队的八文字“hachimoji”DNA/RNA

(2)小分子药物筛选和蛋白靶标鉴定
化学生物学中一个重要的分支是小分子药物的筛选与生物功能验证。2000年,美国Scripps研究所的Benjamin Cravatt教授首次提出了基于活性的蛋白质组学(Activity Base Protein Profiling, ABPP)这一概念,为药物筛选提供了全新思路。用上面那张钓鱼的图可以很好地理解ABPP:比如我想研究一个半胱氨酸发生的共价小分子药物(诱饵)到底作用在什么蛋白(鱼)上,那么我需要一个带有特定标签的小分子类似物探针(鱼钩)——这个类似物一般是带有叠氮/炔基或者biotin的小分子,然后我们把鱼饵扔下水,与蛋白作用,之后通过avidin磁珠或者click反应连接其他基团上去富集出来(相当于鱼线),最后以质谱或者免疫印迹等方式鉴定富集得到的蛋白。对于与靶蛋白非共价结合的小分子,一个替代方式是引入交联基团(比如常见的diazirine,在紫外照射下脱氮形成卡宾,能和邻近分子共价反应捕获作用蛋白)将非共价结合变成共价结合。

化学生物学是一门怎样的学科?996 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

Nat Protoc 2, 1414–1425 (2007) ;利用ABPP鉴定共价小分子作用蛋白以及作用位点的实验流程图

ABPP不仅可以鉴定某一特定药物的作用蛋白,还可以利用一些高活性的小分子作为探针鉴定蛋白质组中潜在的药物靶点。在蛋白质中,半胱氨酸、丝氨酸、赖氨酸等具有亲核性的氨基酸往往是共价药物的主要靶标,但受到邻近化学环境影响,不同位置的亲核氨基酸反应活性有很大差异。ABPP可以将这些高反应活性的氨基酸找出,成为药物靶点。
研究蛋白-蛋白相互作用也是化学生物学的重要课题之一。传统蛋白相互作用鉴定主要通过免疫共沉淀法,需要裂解细胞,只能在体外进行,受到诸多局限。如何在生物体内鉴定某个蛋白的相互作用蛋白/核酸/小分子是一大难题。英国伦敦国王学院的Brian Burke首先提出了BioID的方式,即利用大肠杆菌内的biotin连接酶BirA进行标记,这种酶会在识别蛋白上的一段特定氨基酸序列,并在其中一个赖氨酸上连接一分子biotin,经过突变改造后可以用于蛋白邻近作用标记。BirA的作用半径大约只有20nm,可以很好地区分邻近蛋白和非相互作用蛋白。标记biotin后通过富集、质谱手段可以将这些邻近作用蛋白一一找出。
斯坦福大学的Alice Ting实验室给出了另一种解答:他们开发了一种叫做APEX的过氧化物酶,这种酶可以识别带有biotin的酚类,在过氧化氢存在下将苯酚氧化成自由基,然后这种自由基可以迅速与邻近的生物分子反应,使其标记上biotin。最后用avidin磁珠富集出被标记的蛋白,在质谱上鉴定。起初这种方法被用来鉴定线粒体基质蛋白,而后被UCSF的Krogen实验室发扬光大用于鉴定蛋白-蛋白相互作用。如果想要鉴定某一蛋白在活体内的作用蛋白,只需表达一个带有APEX的融合蛋白,然后加入biotin苯酚和过氧化氢底物。后续操作完全相同。

化学生物学是一门怎样的学科?210 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

BioID和APEX两种邻近相互作用蛋白鉴定方法对比(来源Addgene blog)

蛋白质的靶向降解也是化学生物学研究的重要课题之一。近年来,一种名为PROTAC (proteolysis targeting chimera)的蛋白质靶向降解技术在化学生物学领域得到了广泛应用。简单来说,PROTAC就是利用一个两亲性的小分子,一端结合待降解的靶标蛋白,另一端结合泛素化连接酶E3,从而让靶标蛋白被泛素化标记而降解。利用PROTAC技术,可以选择性降解促癌蛋白、病毒抗原,以及引发自免疫疾病的激酶蛋白,给癌症、病毒感染、自免疫疾病等治疗带来了新的方法。

化学生物学是一门怎样的学科?700 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

PROTAC技术示意图,来源 https://www.sigmaaldrich.com/US/en/technical-documents/technical-article/chemistry-and-synthesis/protein-degradation/partial-protacs

(3)蛋白结构与功能进化
2018年的诺贝尔化学奖颁发给了蛋白进化(protein evolution)和噬菌体展示技术(phage display)领域的三位先驱。所谓蛋白进化,是指通过人工设计或者随机突变的方式改变蛋白的功能。定向进化的概念来源于达尔文的生物进化,却远远快于自然条件下漫长的进化。上面提到的BioID/非天然氨基酸碱基对也是将蛋白改造后获得新功能的例子。Caltech的Francis Arnold教授是最早用直接定向进化方式改造各种蛋白功能的科学家之一。通过易错pcr等方式引入大量突变——筛选的重复轮回,最终找到合适的蛋白。利用定向突变技术,Arnold团队设计出了多种自然界中不存在的酶,用于催化化学反应或者实现特定功能。

化学生物学是一门怎样的学科?103 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

定向进化的过程示意图(PNAS, 2009 106 (S1) 9995-10000)

噬菌体展示技术则对于抗体药物的开发起到了助推作用。噬菌体是一类能够感染细菌的病毒,拥有核酸和蛋白衣壳。为了进化出针对某一抗原的高亲和力抗体,科学家将抗体基因库插入到噬菌体的外壳蛋白编码基因中,使其在表面表达一个抗体分子片段。这些带有不同抗体片段的噬菌体经过带有抗原的固定表面后,带有能与抗原结合抗体的噬菌体被留下,不能结合的噬菌体被洗掉。留下的噬菌体继续感染细菌增殖,在复制过程中积累突变,形成亲和力更高的抗体,再经过多轮筛选,直至得到具有极高亲和力的抗体。1985年,George Smith最先发明这一技术,最初被用于筛选高亲和的肽段,而后在90年代被Winter、Lerner、Barbas等人加以改进用于开发抗体和治疗性蛋白等。

化学生物学是一门怎样的学科?526 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

噬菌体展示技术示意图(来源wikipedia)

除了在实验室寻找更高亲和力的抗体和结合蛋白外,科学家还使用计算机技术模拟设计蛋白质。华盛顿大学的David Baker就是这样一位运筹帷幄、决胜千里的军事。本世纪初,Baker团队开发了名为Rosetta的软件,利用从头计算(ab initio)的方法对蛋白结构进行预测。不管是噬菌体展示技术还是蛋白定向进化技术,都需要一个原始的蛋白模板进行改造,而Rosetta软件的出现让科学家成为真正的造物主:他们可以不需要任何模板凭空制造出一个根本不存在的蛋白。
(4)基因编辑与核酸化学
2020年诺奖终于不负众望地颁给了CRISPR-Cas9这一改变世界的基因编辑技术。在CRISPR之前,基因编辑难如登天(虽然现在做基因编辑也不算太简单),而CRISPR出现后,短短2~3年内全世界的各大实验室都开始使用这一技术。CRISPR原本是细菌用来防御噬菌体感染的工具,能够识别噬菌体的某些特定基因序列并将外源DNA破坏掉,后来在Doudna、Charpentier等人的改造下变成了基因编辑工具,而将CRISPR技术首先用于细胞基因组编辑的则是张锋团队。CRISPR技术的两个重要原材料是针对目标基因的guide RNA(sgRNA)和核酸内切酶Cas9(最常用的一种,其他酶包括Cas3等)。guide RNA能与目标基因序列匹配,插入到双链DNA中形成复合物,Cas9则会在guide RNA3’端结构指导下切断DNA双链,使DNA断裂。DNA发生双链断裂后细胞会启动两种修复机制,即同源重组修复(HR)和非同源末端连接(NHEJ)的修复方式,后者会在断裂处随机插入或者删除碱基,从而引发读码框移码(frameshift)而对基因进行敲除。如果再加上一段DNA模板将目标基因导入,则有可能将原始基因编辑为目标基因。

化学生物学是一门怎样的学科?578 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

将guide RNA和Cas9蛋白构建到同一个质粒中表达,产生Cas9-sgRNA复合物RNP,可以直接用于基因编辑。

CRISPR的编辑效率其实并不太高,因为只有细胞发生非同源重组的修复才有可能引入碱基随机插入或者删除,才有可能破坏基因的功能。正常哺乳动物细胞拥有两条同源染色体,敲除一个就比较费劲了,两个当然更为困难。但是相比于TALEN、同源重组等老一辈基因编辑技术,成本和所需的时间已经大大降低了。
另一个与CRISPR同样传奇的基因编辑技术是哈佛broad institute的科学家David Liu开发的单碱基编辑技术。2016年David Liu团队开发的单碱基编辑技术。相比CRISPR-Cas9动辄一大片的indel,单碱基编辑不会引入DNA双链断裂,因此专一性也更好。胞嘧啶脱氨酶和腺嘌呤脱氨酶是David Liu团队通过定向进化技术改造的两种酶,可以将两种碱基转化为其他不同的碱基。基于CBE和ABE的单碱基编辑技术原理和CRISPR很类似:需要一个sgRNA引导脱氨酶识别目标DNA序列,以及Cas9n-脱氨酶融合蛋白进行编辑。Cas9酶经过改造失去了切断双链DNA的功能,只能打开双链螺旋而不能切断链,而携带的碱基脱氨酶负责水解特定碱基引入突变。之后在细胞的DNA修复机制下将mismatch回复成突变后的碱基对。CBE和ABE技术实现了G:C到A:T以及A:T到G:C的单碱基转化。

化学生物学是一门怎样的学科?196 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

https://www.genengnews.com/insights/all-about-that-base-editing/  基于脱氨酶的单碱基编辑原理

2019年, David Liu团队在传统碱基编辑技术上又开发了基于逆转录酶的prime editing技术,简单说就是利用融合了逆转录酶的cas9在其中一条DNA链上以pegRNA为模板逆转录出想要的DNA序列,从而将单碱基编辑的范围扩大到任意碱基的替换、插入和删除。

化学生物学是一门怎样的学科?446 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

Prime Editing工作原理,来源https://doi.org/10.1038/s41586-019-1711-4

核酸和蛋白一样,同样存在着复杂的化学修饰。传统的遗传学、生物化学受到中心法则限制只关心核酸、氨基酸序列,而现代的研究发现核酸、蛋白等生物大分子上存在广泛的化学修饰,且这些修饰会很大程度上影响和调控它们的功能。最早发现DNA甲基化是5-甲基胞嘧啶 (5-mC),修饰会影响基因的转录,且生物体内有多种酶能将这种修饰氧化为5-羟甲基胞嘧啶 (5-hmC) ,5-醛基胞嘧啶甚至5-羧基胞嘧啶(或者反过来还原)。DNA甲基化是表观遗传学(epigenetics)研究的重要内容:甲基化虽然不影响DNA的序列和转录翻译产物,但却可以直接沉默/激活某个特定基因。传统的Sanger测序很难检测DNA甲基化,只有通过化学手段才能检测到。最常用的检测5-mC方法是用亚硫酸氢钠处理DNA样品,使未被甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶,这样通过PCR测序反应前和反应后的核酸序列进行比对,就可以找到未甲基化的胞嘧啶(剩下的就是5-mC)。

化学生物学是一门怎样的学科?853 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

亚硫酸氢钠与胞嘧啶的化学反应,来源维基百科。

化学生物学是一门怎样的学科?32 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

亚硫酸氢钠法测序原理,来源维基百科。

近年来,RNA上的化学修饰也被给予大量关注。m6A修饰 (N6-甲基腺嘌呤) 是最早发现也是mRNA上最多的甲基化修饰,在细胞发育、肿瘤产生等过程都起到调控作用。为了对m6A修饰进行测序,科学家利用化学手段,将mRNA打碎成短片段,以m6A特异抗体将含有m6A的RNA片段富集并测序,再通过比对原始RNA序列找到含有m6A修饰的位点。该方法只能找到含有m6A修饰的一小段序列,并不能精确定位到单个碱基。此后又有多个实验室对方法进行了改进,使精度大大提高。

化学生物学是一门怎样的学科?942 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

免疫共沉淀法测定RNA m6A甲基化图谱。https://doi.org/10.1038/nature11112

对核酸的化学修饰在生物医药领域有着巨大的价值。近年来,基因编辑、基因治疗等领域广泛使用DNA/RNA载体,一些短核酸片段被作为固有免疫受体的激活剂(如TLR9激活剂含未甲基化CpG的短单链DNA,TLR3激活剂双链RNA poly I:C)起到调节免疫、抗病毒、疫苗佐剂等作用。天然核酸,DNA尤其是RNA,极易被体内外普遍存在的核酸酶降解,因此需要引入化学修饰以提高核酸的体内稳定性。最常见的化学修饰是将磷酸二酯键换成磷酸硫酯键,以及在RNA的2' OH上引入甲基化修饰。以最近的mRNA新冠疫苗为例,合成mRNA上加入了一系列化学修饰,包括改造RNA的5’帽端,改造磷酯键骨架,替换碱基(不影响翻译,但可以避免被TLR7, RIG-I等免疫受体识别),起到增强与翻译起始因子eIF2结合能力、降低免疫源性、增加体内稳定性等作用。再比如反义核苷酸(ASO)药物,在许多神经退行性疾病中有着极为出色的表现。反义核苷酸通过互补配对结合mRNA形成双链RNA直接降解致病mRNA,从而起到治疗作用。ASO同样需要上述化学修饰增加稳定性和减少免疫源性。

化学生物学是一门怎样的学科?169 / 作者:123457468 / 帖子ID:96595

mRNA疫苗中的化学修饰,包括5’端帽修饰,骨架修饰和碱基修饰。DOI: 10.3389/fcell.2022.901510

总结:
从上述研究中可以看到,化学生物学领域和生物化学的最大不同在于:生物化学注重研究机制和通路,而化学生物学善于创造方法和设计新工具。从提出概念到如今的40年来,化学生物学作为一门新兴学科极大地推动了生物、医药等领域的发展,利用交叉学科的优势不断探索生物领域的未解难题,开发新的治疗手段和研究工具。
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这篇应该是我在知乎上写过的最长回答没有之一了。感谢各位催更。虽然现在已经不做化生转入其他坑里,但是在P大化生系的两年时光读过的literature以及做过的bench work让我一直还在关注化生研究领域的动态。
最后歪个楼,欢迎大家报考PKU CCME
online_member 发表于 2022-12-17 07:55:17 | 显示全部楼层
化学生物学简而言之,侧重于用化学的手段来研究生物学问题。即通过外源的化学小分子来揭示生物学现象或行为、进而调控生命活动,促进人们对疾病发生机制的理解和对疾病治疗的研究。
什么是化学生物学?

    化学生物学主要强调利用外源的化学工具包括化学分子、技术等。利用外源化学小分子工具是化学生物学的核心理念,这是与其他学科特别是生物化学的根本区别所在。对很多来说,生物化学就是利用生物的手段来研究生物体内的化学,而化学生物学则是利用化学手段来研究生物。这样的定义往往让人产生混淆,令人难以琢磨。
   利用外源的化学工具能干什么呢?或者说有什么优势呢?通常的,外源化学工具又称为化学探针(Chemical Probe)是化生生物学的核心工具。可以说,化学探针的发展和其在生物体中的应用就是化学生物学的全部内容。随着化学探针的不断发展,人们对生物学问题相关研究或认识的"分子精度"不断提高。随着化学探针在生物学中应用越来越广泛,人们对生物学问题的认识不断加深,反过来对化学探针本身的要求也越来越高。
化学生物学的研究内容?

    化学生物学是一门交叉学科,可以说在所有生命科学领域都会有不同程度的应用。从各种生物大分子来看,包括核酸、蛋白质、糖以及脂等都是它的研究对象。由此衍生出了核酸化学生物学、蛋白质化学生物学......
    哈佛大学大牛Stuart Schreiber为代表开创的化学基因组学、美国Scripps研究所Peter G. Schultz为代表发展的遗传密码子扩展技术以及Stanford大学Carolyn Bertozzi开展的生物正交化学研究构成了化学生物学发展早期的绝大多数内容。目前化学生物学的研究内容还是利用上述研究发展的技术或理念来研究生物学问题。
online_member 发表于 2022-12-17 07:56:06 | 显示全部楼层
化学生物学呢,怎么说就是个混合学科吧。我们学校是属于理学系,下面再分的,当时的名字叫生命分子工程,觉得很有意思就报了的说。上课呢也是分方向的,分几个实验室的。有做生化的,做绿色化学的 ,做分离提取的。加入不同的实验室,老师对你选课有要求,必须选过某些课才行。有希呢最后选了绿色化学方向,毕业的时候给的学位是理学,其实也挺不错的,不仅仅有化学的有机无机物化等纯化学必修,生化,分子遗传,生物有机化学(天然产物合成,超累期末作业是写一篇jacs的全合成综述,还好80几分过的),动物生理学(解剖动物哦)都上了,也算是扩大了视野吧,纯化学应该没这么好玩吧,以上
online_member 发表于 2022-12-17 07:56:39 | 显示全部楼层
更新一下:
2019年6月硕士毕业,8月参加工作,12月结婚;
2021年6月辞职,9月入学。。。
没错,我读博了

化学生物学是一门怎样的学科?751 / 作者:凡心落幕 / 帖子ID:96595

非常感谢妻子和家人朋友的支持

化学生物学是一门怎样的学科?413 / 作者:凡心落幕 / 帖子ID:96595

更新于2021年10月19日


闲来无聊来更新一下:
我要毕业啦!
   这半年可能是我最忙碌的半年。大年初八就回到学校该论文,实验室空无一人。然后就是写毕业论文,同时还要做实验,增加一些工作量。有时候坐在电脑前一坐坐一天,从未感觉时间过的如此之快。偶尔还觉得屁股疼。。。然后忙了几个月,4中旬将论文完成,教给导师修改。月末寄出外审。同时准备答辩ppt,答辩前一周完成ppt,随后再实验室试讲2次。答辩前三天,准备答辩材料,排队打印论文人超多,打印了一上午,后来发现出错了又重新打印。5月19日答辩,还算顺利。后面事情就少很多了。
最后,又看了一下两年前写的回答,竟然想不出有什么可以补充的。。。最后欢迎大家来我们课题组读研!


<hr/>
---------------------------------------原回答如下----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
谢邀
本人本科专业为化学生物学,目前为四川大学该方向的一名研究生。到现在也算与化学生物学接触了5年了

化学生物学算是比较年轻的学科了,听我们本科时候的一位资深教授说,当时90年代,我们学校成为第一个开设了化学生物学专业的学校(不知道具体是国内第一个,还是全球第一个。有人吹是全球第一个,但我不是很信)。嗯,没错,我们学校是个很不出名的非211一本学校-----湖   北    大    学

因此背景我们专业成为了国家基地班

而与普通专业的区别在于
可以在图书馆多借几本书以及每次期末考试都是安排在最后
我们的课程特点:
四大基础化学等等与其他专业类似
另外还有几门生物学科
细胞生物学,生物化学,分子生物学
以及很多很多实验课。我觉得这是我们课程优势所在。
还有一门课<化学生物学>并没有什么官方教材,只有一本我们老师自己编的初稿。但该课程的目的也只是简单介绍。
所以在此我很难给出一个对于化学生物学的定义。
所以我在此简单讲述我研究生阶段的研究方向可能有助于题主理解。

很简单。就是探究酶对化学反应的影响。而且是非专一性影响。
我们都知道酶具有优良的催化性质,催化效率很高。专一性很好,并且反应条件很温和,不需要高温高压等剧烈条件,耗能低。
但缺点在于酶本身对于底物的专一性。之前可能很多人都和我一样。认为一种酶只能催化特定的某一种反应。比如某一种水解酶,只能催化某种酯类的水解。
但发现并不是这样的
他可能还会催化迈克尔加成,aldol反应,曼尼希反应等
而我们的目的就是探究这些,探究它非专一性的机理。
当然,我们课题组也有其他化学生物学的方向,比如探针,载药等。当初考研选择川大一部分是因为川大化学生物学方向的选择比较多。
针对题主的几个问题
偏生物较多还是偏化学较多?
答:肯定是偏化学较多。该专业一般都在化学学院。四大基础化学都讲的很详细。而几门生物学科除了生物化学大多都是简单介绍。这里仅仅指湖北大学的课程特点。
和生物化学的区别?
根据我所学习的生物化学的内容,我感觉它的研究对象为生物体内的一些化学反应。比如葡萄糖如何代谢,呼吸作用如何产生ATP,脂肪如何代谢等等
而化生。。。
好吧,原谅我这个研一的菜鸡吧

研究方向?
可以去研招网上查询各大名校的该方向专业。我抓机器就不去找图了。很好找。因为很少学校有这个专业,大概10个,并且都是985
就业?
路很多

另外再说一点。
我之所以考研没有犹豫选择化学生物学是因为我觉得这是个很有前景的学科,很年轻,而且是交叉学科,能够学习很多东西。
所以如果你对化学生物学感兴趣。
那么希望这些对你有用

化学生物学是一门怎样的学科?341 / 作者:凡心落幕 / 帖子ID:96595

最后附上沃森(沃森,克里克的那个沃森)与我校校长的合照
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