化学生物学

化学生物学是一门跨越化学和生物学领域的科学学科。该学科涉及将化学技术、分析以及通过合成化学产生的小分子应用于生物系统的研究和操作。与涉及生物分子化学研究和细胞内和细胞间生化途径调节的生物化学相反，化学生物学涉及应用于生物学的化学（生物分子的合成，生物系统的模拟等）。

某些形式的化学生物学试图通过在化学水平上研究生物系统来回答生物学问题。与使用生物化学、遗传学或分子生物学的研究相比，在这些研究中，诱变可以提供感兴趣的生物体、细胞或生物分子的新版本，化学生物学使用专为特定目的设计的小分子在体外和体内探测系统目的或基于生化或基于细胞的筛选确定。

化学生物学是与旧的还原论领域不同的几门跨学科科学之一，其目标是实现对科学整体论的描述。化学生物学在药物化学、超分子化学、生物有机化学、药理学、遗传学、生物化学和代谢工程方面具有科学、历史和哲学根源。

化学生物学家致力于通过开发富集策略、化学亲和标签和新探针来改进蛋白质组学。蛋白质组学样品通常包含许多肽序列，感兴趣的序列可能具有高代表性或低丰度，这为它们的检测创造了障碍。

化学生物学方法可以通过使用亲和色谱法进行选择性富集来降低样品的复杂性。这涉及靶向具有显着特征（如生物素标签或翻译后修饰）的肽。已开发的方法包括使用抗体、凝集素捕获糖蛋白、固定化金属离子捕获磷酸化肽和酶底物捕获选定的酶。

为了研究酶活性而不是总蛋白质，已经开发了基于活性的试剂来标记蛋白质的酶促活性形式（参见基于活性的蛋白质组学）。例如，丝氨酸水解酶和半胱氨酸蛋白酶抑制剂已转化为自杀抑制剂。

该策略增强了通过直接靶向选择性分析低丰度成分的能力。酶活性也可以通过转化的底物进行监测。酶底物的鉴定是蛋白质组学中的一个重大难题，对于理解细胞中的信号转导通路至关重要。

已经开发的一种方法使用模拟敏感激酶使用非天然 ATP 类似物标记底物，通过独特的处理促进可视化和识别。

虽然 DNA、RNA 和蛋白质都是在基因水平上编码的，但聚糖（糖聚合物）并不是直接从基因组编码的，而且可用于研究的工具也很少。因此，糖生物学是化学生物学家积极研究的一个领域。例如，可以向细胞提供天然糖的合成变体以探测它们的功能。卡罗琳·贝尔托齐 ( Carolyn Bertozzi ) 的研究小组开发了通过合成糖在细胞表面对分子进行位点特异性反应的方法。

化学生物学家使用各种小分子库的自动合成来对生物过程进行高通量分析。 这样的实验可能会导致发现具有抗生素或化学治疗特性的小分子。 这些组合化学方法与药理学学科中采用的方法相同。

许多研究项目还专注于使用天然生物分子来执行生物学任务或支持新的化学方法。 对此，化学生物学研究人员表明，DNA可以作为合成化学的模板，自组装蛋白质可以作为新材料的结构支架，RNA可以在体外进化产生新的催化功能。

此外，异双功能（双侧）合成小分子如二聚体或 PROTAC 将两种蛋白质在细胞内结合在一起，这可以合成诱导重要的新生物学功能，如靶向蛋白质降解。

蛋白质的化学合成是化学生物学中的一个有价值的工具，因为它允许引入非天然氨基酸以及残基特异性掺入翻译后修饰，如磷酸化、糖基化。