化学生物学综合实验

加强学科交叉是基础研究发展的重要趋势和方向，促进跨界和学科交叉融合是各国对未来发展方向的共识。化学生物学，作为化学与生命科学高度交叉的前沿学科，是服务“健康中国”国家战略的重要学科，涉及化学、生物化学、细胞生物学、分子生物学和医学等多个领域。化学生物学的起源可以追溯到化学和生物学作为独立学科崭露头角的时期，但直到20世纪90年代后期才逐渐发展成为一个独立的跨学科领域，并在全球范围内蓬勃发展。化学生物学的定义为“化学生物学是一门利用外源的化学物质、化学方法或途径，在分子层面上对生命体系进行精准和动态修饰、调控和阐释的科学”。一方面，化学家发展了更多的反应、方法、试剂适合于生物复杂体系的研究，这在2022年诺贝尔化学奖颁发给了三位“开发点击化学和生物正交化学”的化学生物学家中得到了充分的体现；另一方面，化学家也将生物学研究方法与技术融入化学研究中。化学生物学将化学家和生物学家（在分子和原子尺度上工作）汇聚在一起，联合围绕更深入地理解基本生物学过程开展研究，寻找新的药物靶标和治疗模式，以及更好地确定生物标志物和诊断策略。近十年来，科学技术的迅速发展不断拓宽了化学生物学领域的研究范围，推动了生物学方面的重大发现。
为了顺应化学与生命科学日益交叉融合的发展趋势，培养具备坚实化学基础和较好生物学基础的交叉型人才，厦门大学化学化工学院于2003年率先在全国重点高校增设化学生物学本科招生专业。作为一门注重实验技术的学科，化学生物学实验教学在专业人才培养中发挥着重要作用。自2006—2007学年起，厦门大学化学化工学院就为首届化学生物学专业的本科生开设了化学生物学综合实验课程，为学生提供实际操作的机会。随着化学生物学专业在国内各高校相继开设，厦门大学化学生物学教研室的老师们结合自己的教学、科研经历，通过合作和共同努力，集体设计并编写了这本《化学生物学综合实验》教科书。
本书包含了7个专题，精选了13个化学生物学实验，主要涉及核酸的化学合成及其性质探究，新型溶酶体荧光探针的设计、合成与评估，绿色荧光蛋白的克隆表达和表征，非经典氨基酸的定点修饰与标记，蛋白质的非定点荧光标记，细胞生物正交代谢氟标记，功能小分子与底物蛋白质的非共价相互作用研究等。专题一～三和专题七包含了多个相对独立又前后关联、层层递进的实验，专题四～六则为相对独立的实验。这种不同专题形式的编排有助于学生更好地理解和巩固跨学科知识，培养综合运用学科知识、技术与方法的能力，促使其具备独立发现、分析和解决问题的综合实践能力。
本书由颜晓梅和吴丽娜共同组织编写，并负责全书的统稿工作，林泓域、杨朝勇、韩守法、刘艳、朱志、高锦豪和杨柳共同参与了本书的编写工作。实验内容主要来源于与编者研究方向密切相关的经典化学生物学实验技术或前沿研究成果，经过精心调研和改编，满足提倡的高阶性、创新性和挑战度的“两性一度”要求，确保教学与科研密切联动，为学生提供优质的教育资源。本书附录中对部分实验试剂提供的危险化学品安全技术说明书（MSDS）或国际化学品安全卡（ICSC）和常用溶剂配制等资料由陈玉清和洪歆怡完成。
本书是厦门大学全面贯彻党的二十大精神“加强教材建设和管理” 新要求, 落实开展一流本科课程建设，树立课程建设新理念，推进课程改革创新的成果。化学生物学综合实验课程的探索与教材的出版得到了厦门大学首批“十四五”精品教材建设项目立项和2024年厦门大学本科教材建设立项的资助，对此表示诚挚的感谢。我们相信，这本教材将成为化学生物学实验教学的重要工具，帮助学生更好地理解和应用化学生物学的原理和技术，也将为他们未来的科学研究和职业生涯奠定坚实的基础。限于编者水平，书中难免存在不足，请各位读者批评指正。

编者    
2024年1月

《化学生物学综合实验》包含了当今化学生物学研究前沿的常用实验技术。全书精选了7个专题实验，涵盖核酸和蛋白质的合成、小分子调控、相互作用研究、生物活性分析、活体标记和荧光成像技术等内容，并详细介绍了开展化学生物学研究所需的背景知识以及实验技术。《化学生物学综合实验》适合作为高年级本科生、研究生及化学生物学相关领域研究人员的教学用书或参考书，旨在满足国内高水平大学的教育需求，以期能够为我国化学生物学青年人才的培养提供实验课使用的教学手册，从而更好地迎接科技领域的挑战。

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专题一  核酸的化学合成及其性质探究 1
实验1-1  DNA的化学合成及DNA解链温度的测定 3
实验1-2  核酸适体对凝血酶活性的抑制实验 10
实验1-3  G-四链体对hemin催化活性的促进实验 14

专题二  新型溶酶体荧光探针的设计、合成与评估 18
实验2-1  dRB-EDA探针的合成及荧光性能评估 20
实验2-2  dRB-EDA探针的细胞溶酶体成像性能评估 24
附1：细胞实验基本操作 28

专题三  绿色荧光蛋白的克隆表达和表征 29
实验3-1  质粒载体DNA的制备与检测 34
实验3-2  PCR技术扩增目的基因 42
实验3-3  外源基因的转化与表达 48
附2：软件资源 58
附3：微生物实验基本操作 59

专题四  非经典氨基酸的定点修饰与标记 61
实验4-1  非经典氨基酸Alkyne-UAA的定点修饰与点击反应标记 66

专题五  蛋白质的非定点荧光标记 73
实验5-1  利用FITC对蛋白质进行非定点荧光标记 82

专题六  细胞生物正交代谢氟标记 87
实验6-1  肿瘤细胞的特异性氟标记 92

专题七  功能小分子与底物蛋白质的非共价相互作用研究 98
实验7-1  电喷雾质谱研究磷酰基对丙氨酸与溶菌酶分子间相互作用的影响 103
实验7-2  肌红蛋白的电喷雾质谱研究 106

附录 110
附录1  常用仪器设备使用规程 110
附录2  主要试剂的配制 115
附录3  实验室用水 119
附录4  常见的市售酸碱的浓度 121
附录5  普通使用的抗生素溶液 122
附录6  实验室安全 123

《化学生物学综合实验》包含了当今化学生物学研究前沿的常用实验技术。全书精选了7个专题实验，涵盖核酸和蛋白质的合成、小分子调控、相互作用研究、生物活性分析、活体标记和荧光成像技术等内容，并详细介绍了开展化学生物学研究所需的背景知识以及实验技术。《化学生物学综合实验》适合作为高年级本科生、研究生及化学生物学相关领域研究人员的教学用书或参考书，旨在满足国内高水平大学的教育需求，以期能够为我国化学生物学青年人才的培养提供实验课使用的教学手册，从而更好地迎接科技领域的挑战。

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