《化学生物学导论》课程教学大纲

 

课程名称：化学生物学导论

英文名称：Introduction to chemical biology

适用专业：化学专业

课程类型：专业选修课

课程性质：专业课

制定时间：2014年1月

一 、使用说明

1、课程性质、目的及任务

在众多的自然学科中化学是一门“中心、实用、创新”的学科。化学学科的特点是与其他学科的相互交叉和相互渗透。化学的语言是诸多自然学科的共同语言。化学赖以取得成功的基本科学原理如“结构”和“反应性”等正为各种前沿科学如生命科学和材料科学分享。80年代中后期以来，随着各国政府和科学界对生命科学、材料科学和生物技术等研究领域的日益重视，一大批边缘学科得以蓬勃发展，化学生物学就是其中之一。

化学生物学结合传统的天然产物化学、生物有机化学、生物无机化学、生物化学、药物化学、晶体化学、波谱学和计算机化学等学科的部分研究方法，大大拓宽了其研究领域。化学生物学作为一个新兴的交叉前沿研究领域，所发现和创制的新颖生物活性物质将为医学和生命科学研究提供重要的研究工具，用来发现和保证它们在生物体中的靶分子—对生理过程有调控作用的蛋白质、核酸和糖的复合物等生物大分子，为开发新颖药物、临床诊断和治疗提供新的途径，有的能直接作为创制新颖药物或农药的先导化合物，从而为医药、农业和环境等方面高新技术的发展提供资源。另一方面，随着化学合成的现代技术、化合物分离手段和化学分子结构解析技术的发展，以及分子识别、分子间相互作用的理论和研究技术的进展，人们对于小分子化合物如何与生物大分子相互作用的认识也达到了一个前所未有的高度。因此，化学生物学是利用化学的理论、研究方法和手段来探索生物医学问题的科学。

培养具有坚实的化学与生物学基础知识和较广泛的化学生物学交叉领域的知识，具有熟练的化学与相关生物学实验技能，创新意识强，综合素质高，能在化学生物学、化学、生命、医药、材料、化工、环保等相关领域从事教学、科研、技术开发及管理工作的综合性人才。

2、课程学时、学分、主要教学环节

（1）每周2学时，共9周，总计18学时。

（2）学分：2分

（3）主要教学环节

A．课堂讲授为主，组织讨论为辅。

B．在线讨论与辅导：每周约1小时。

3、教材

马林 古练权主编，《化学生物学导论》第一版，化学工业出版社，2009

4、参考书

刘磊，陈鹏，赵劲，何川主编，《化学生物学基础》，科学出版社，2010年第一版

张礼和，王梅祥主编，《化学生物学进展》，化学工业出版社，2005年第一版

王镜岩，朱圣庚，徐长法主编，《生物化学》，高等教育出版社，2007年第三版

朱玉贤，李毅，郑晓峰主编，《现代分子生物学》，高等教育出版社，2007年第三版。

5、考核方式

本课程成绩满分 100 分，包括学生在线自主学习成绩（学生在线学习时间、提问情况以及分析解决问题的能力）、平时作业成绩（学生提交小论文、演示稿等电子作业情况）、在线辅导成绩（学生在规定的每周1小时辅导时间内的发言积极性、讨论效果等）、期末考试成绩四部分，其比例分别为30%：20%：20%：30%。

二、课程内容

1、课程教学要求

根据化学生物学的发展，化学生物学主要包括以下内容：1，相互作用、组装和过程；2，生物催化剂和生物转化；3，组合化学；4，催化机制；5，模型化合物；6；分析技术；7，生物无机化学；8，生物大分子。

因此，作为化学生物学基础，要求学生牢固掌握组成生物机体中主要物质（蛋白质、核酸、酶、聚糖以及生物膜）的化学组成、结构和主要性质。掌握蛋白质、核酸、糖、脂类在生物机体内的基本功能，以及各种物质在变化中的相互关系。基本掌握生物物质在体内的能量变化，高能磷酸化合物在生物机体内的作用；掌握糖、脂类的基本代谢途径，核酸在生物机体内的功能。了解化学物质与各种生物分子的相互作用及在生物体内的转化过程。

2、课程教学安排

绪论（0.5学时）

教学目的：

明确化学生物学定义及主要研究内容。

基本要求：

了解化学生物学的起源，定义及其主要研究内容；

了解化学生物学与生物化学、分子生物学的区别。

教学重点：

化学生物学主要研究内容

教学难点：

化学生物学与生物化学区别

第一专题 蛋白质的化学（3学时）

教学目的：

掌握氨基酸、蛋白质的分子结构、重要性质和结构与功能的关系，明确蛋白质结构的不同层次之间的联系，为进一步学习酶和信息代谢奠定基础。

基本要求：

掌握蛋白质水解的几种方法；

掌握构成蛋白质的二十种氨基酸的基本结构、基本分类方式和简写方式；

掌握氨基酸的结构特点、光学性质、两性电解质性质和特殊的化学性质；

掌握肽的定义及多肽、寡肽和蛋白质的区别；

了解蛋白质分类形式和各自特点；

掌握蛋白质一级结构的基本测定方法；

高级结构的定义，二级结构类型和特征，三级结构和四级结构的特性和区别。

掌握蛋白质的基本性质，掌握多肽的合成方法。

教学重点：

氨基酸的结构、分类及性质；肽的结构；

蛋白质不同结构之间的联系，蛋白质一级结构的的测定方法；

蛋白质结构与功能的关系。

教学难点：

氨基酸及蛋白质的两性解离及蛋白质的结构与功能的关系。

第二专题 酶（3学时）

教学目的：

系统地掌握酶的一般知识，为学习物质代谢奠定基础。

基本要求：

掌握酶做为生物催化剂的特点和特性；

掌握酶的构成及简单的分类方式，辅因子的定义和类型；

了解习惯命名法的命名原则；

了解国际系统命名法的基本原则以及酶的分类方法；

掌握辅酶的基本结构特点以及参与体内的化学反应的原理及作用；

掌握酶的专一性类型及其特点；

掌握酶活性中心的概念以及测定酶活性中心必需基团的一般方法；

了解酶活性与其高级结构的关系；

掌握酶的催化机制；

了解高效率和高度的专一性的原因；

了解各种理论、学说的基本原理；

掌握米氏方程的产生过程以及米氏常数的意义；

掌握各种因素影响酶催化作用的特点；

掌握酶的生物活性调节的类型和特点。

教学重点：

酶活性中心、必需基团的概念，酶作用机理（诱导契合学说、共价催化与酸碱催化等），米氏方程及其作图，酶抑制作用动力学及其特征曲线。

教学难点：

酶作用机理及酶促抑制作用动力学。

第三专题 核酸的化学（1.5学时）

教学目的：

掌握DNA的分子结构和核酸的主要理化性质，为进一步学习核酸的代谢奠定基础。

基本要求：

掌握核酸中的基本单位核苷酸的组成，核糖及RNA和DNA中所含的碱基；

掌握核苷酸、核苷、碱基的结构形式；

了解核酸分子中其它核苷酸的存在方式；

掌握细胞质RNA的三种类型和特性；

掌握核酸降解的几种方式和特点；

了解RNA一级结构的研究方法；

掌握RNA一级结构特点及tRNA的二级结构和三级结构特点；

掌握DNA的结构及基因的定义；

了解一级结构研究方法和真核细胞染色质DNA的结构特点；

重点掌握DNA的二级结构特征；

掌握核酸的性质及变性复性特性；

掌握核酶的定义和结构类型，催化反应及特点。

教学重点：

DNA和RNA的结构、核酸性质。

教学难点：

DNA和RNA的结构、核酸性质。

第四专题 聚糖的化学（1学时）

教学目的：

了解糖的组成、结构、性质和生物学功能。掌握多糖的结构和重要多糖。

基本要求：

掌握多糖存在的多样性（结构的多样性、糖衍生物的多样性、糖种类的多样性）；

掌握各种多糖的类型形式和基本结构特征，化学性质以及在分子识别过程中的作用；掌握糖蛋白和糖脂中糖链的连接方式和基本作用。

教学重点：

多糖结构

教学难点：

糖蛋白和糖脂中糖链连接方式

第五专题 化学物质与生物分子的相互作用（3学时）

教学目的：

理解化学物质与生物大分子的相互作用及在生物体内的转化。

基本要求：

掌握化学物质对蛋白质的沉淀作用、变性作用和稳定作用；

掌握化学物质对酶的抑制作用；

重点掌握抑制作用的类型，动力学特性以及抑制剂研究的意义；

了解酶对化学物质的催化作用；

了解酶催化反应在有机合成中的基本应用方式；

酶在有机合成中的应用的方法和技术；

了解酶催化的有机合成反应类型；

掌握DNA化学突变的原理和遗传变异的危害；

基因突变的化学机制；

了解化学物质相互作用的类型和意义。

教学重点：

化学物质与蛋白、酶、DNA的作用

教学难点：

化学物质与DNA的作用

第六专题 细胞与生物膜（3学时）

教学目的：

了解生物膜的结构组成，掌握膜的性质，结构及功能。

基本要求：

掌握细胞的类型和功能；

掌握原核细胞和真核细胞特点和区别；

掌握细胞膜的结构组成、性质及生物功能；

掌握细胞转运的类型和特点；

了解细胞器的种类和基本功能；

了解细胞骨架的种类和基本作用

教学重点：

生物膜的结构与功能

教学难点：

细胞信号传递

第七专题 现代分析测试技术在化学生物学中的应用（3学时）

教学目的：

掌握常用的现代分析测试技术原理及其在化学生物学中的应用。

基本要求

掌握紫外可见光谱原理、仪器构成、结果分析；

掌握红外光谱原理、仪器构造、结果分析；

掌握荧光光谱原理、仪器构造、结果分析；

掌握圆二色光谱原理、仪器构造、结果分析；

掌握电子显微镜工作原理；

掌握原子力显微镜工作原理。

教学重点：

各种分析测试技术的原理及应用

教学难点：

光谱数据的分析

电子显微镜工作原理

原子力显微镜工作原理